ÚPRAVA RASTLINNÝCH PRODUKTOV - SOLÁRNA SUŠIAREŇ VEGETABLE COMMODITY PROCESSING - SOLAR DRYING ROOM

Transcription

1 ÚPRAVA RASTLINNÝCH PRODUKTOV - SOLÁRNA SUŠIAREŇ VEGETABLE COMMODITY PROCESSING - SOLAR DRYING ROOM Vladimír Rataj, Branislav Zloch Abstract: The work presents results of examination of parameters influencing drying of apple fruits. The influence of drying air temperature and size of fruit parts to the drying dynamics were examined. On the base of the results, system of solar drying room which is able to work independently on the external energy source, is proposed in the work. Key words: Apple, drying, temperature, moisture, air, solar drying room. 1. Úvod Sušenie patrí medzi významné technologické postupy spracovania produktov v poľnohospodárstve, ovocinárstve, lesníctve, rybárstve a pod. Čerstvé produkty obsahujú značné množstvo vody (cca 5 9 % - podľa druhu). Veľká časť svetovej produkcie sušenej zeleniny, rýb, ovocia, krmovín a obilia je po zbere spracovávaná najjednoduchším spôsobom - vplyvu slnečného žiarenia na voľnom vzduchu, pričom sú sušené potraviny vystavené nepriazni počasia, dažďu, prachu, baktériám, hmyzu, hlodavcom a pod. Akosť produktov sa v takomto procese spracovania zhoršuje. Ak má byť sušený produkt kvalitný, treba voliť také technológie, pri ktorých existuje možnosť proces sušenia riadiť. Túto požiadavku riešia teplovzdušné sušiarne rôzneho druhu, pri ktorých však treba zvažovať ekonomickú efektívnosť ich nasadenia. Jednou z ciest riešenia, aj v podmienkach strednej Európy, je využívanie solárnej energie. 2. Cieľ práce Cieľom práce je na príklade sušenia plodov jabĺk určiť základné parametre sušenia. Na ich základe navrhnúť zariadenie pre sušenie záhradných, lesných a poľnohospodárskych plodín určených pre potravinárske účely, ktoré bude pracovať nezávisle na externých zdrojoch energie. 3. Materiál a metódy Pre stanovenie parametrov sušiarne boli vykonané laboratórne experimenty na vzorkách jabĺk odrôd Golden Delicious, Jonathan a Red Spur Delicious. Vzorky pred sušením boli vyberané z kolekcie rovnako veľkých plodov a boli nakrájané na 16 častí. Výber plodov a veľkosť nakrájaných častí boli zaťažené faktorom subjektívneho posúdenia. Pre každý blok meraní bolo použitých 1 plodov. 239

2 Tradičné a netradičné druhy rastlín vo výžive, poľnohospodárstve a rozvoji vidieka Zisťovanie kriviek sušenia bolo vykonávané gravimetrickou metódou - vážením vzoriek váhou Sartorius BA31S. Vzorky boli sušené v teplovzdušnej sušiarni HS 61A s automatickou reguláciou teploty. V súlade s cieľom práce boli sledované nasledovné závislosti: 3.1 Vplyv sušiacej teploty na dynamiku sušenia Experiment bol vykonaný pre čerstvé plody jabĺk odrôd Golden Delicious, Jonathan a Red Spur Delicious. Sušenie prebiehalo v 12 hodinových blokoch, pri stálych teplotách 5 C, 6 C, 7 C a 8 C. 3.2 Vplyv úpravy plodov na dynamiku sušenia Experiment bol vykonaný pre plody jabĺk odrody Golden Delicious. Vzorky boli pripravené z čerstvých plodov a boli nakrájané v rovnakom smere na mesiačikovité časti s hmotnosťou 6g, 8g, 1g, 12g, 14g a 16g. Sušenie prebiehalo v 12 hodinových blokoch, pri stálych teplotách 7 C a 8 C. 3.3 Návrh parametrov sušiarne Na základe zistených závislostí boli určené konštrukčné parametre pre stavbu solárnej sušiarne. Dosiahnuté parametre sušiarne boli experimentálne overené. 4. Výsledky 4.1 Vplyv sušiacej teploty na dynamiku sušenia Experimentálnym meraním boli zistené krivky sušenia, ktoré charakterizujú dynamiku sušiaceho procesu - úbytok vlhkosti. Na obr. 1 je uvedený úbytok vlhkosti vzoriek plodov jabĺk odrody Jonathan zisťovaný pri rôznych sušiacich teplotách. Vzorky boli pripravené z čerstvých (neskladovaných) plodov. vlhkosť, % čas sušenia, h 5 C 6 C 7 C 8 C Obrázok 1: Dynamika sušenia čerstvých plodov jabĺk odrody Jonathan 2

3 Identický charakter sušiacich kriviek bol zistený aj pri vzorkách čerstvých plodov jabĺk odrody Golden Delicious a Red Spur Delicious. Experimenty prebiehali pri 4 sušiacich teplotách. Porovnanie výsledkov experimentov zisťovaných pri sušiacej teplote 7 C je uvedené na obr. 2. vlhkosť, % čas sušenia, h Golden Delicious Red Spur Delicious Jonathan Obrázok 2: Dynamika sušenia čerstvých plodov jabĺk pri sušiacej vlhkosti 7 C 4.2 Vplyv úpravy plodov na dynamiku sušenia Predpoklad výrazného vplyvu primárnej úpravy plodov pred sušením je dokumentovaný výsledkami uvedenými na obr. 3. Vzorky plodov jabĺk odrody Golden Delicious boli ručne upravené na tvarovo rovnaké dieliky (mesiačikovitého tvaru) s hmotnosťami 6g, 8g, 1g, 12g, 14g a 16g. Z výsledkov získaných pri stálej teplote 7 C je zrejmá vysoká závislosť dynamiky sušenia, ktorá je výraznejšia so znižovaním hmotnosti sušených častí. vlhkosť, % čas sušenia, h 6 g 8 g 1 g 12 g 14 g 16 g Obrázok 3: Dynamika sušenia plodov jabĺk Golden Delicious zisťovaná pri sušiacej teplote 7 C, pre rôzne hmotnosti sušených vzoriek 241

4 Tradičné a netradičné druhy rastlín vo výžive, poľnohospodárstve a rozvoji vidieka Zmenšením hmotnosti vzorky o 5 % (zo 16g na 8g) možno čas potrebný na získanie cieľovej vlhkosti 15 % znížiť z cca 9 na 3 hodiny. 4.3 Návrh parametrov sušiarne Návrh parametrov solárnej sušiarne, ktorá bude schopná pracovať nezávisle na externých zdrojoch energie pozostával z voľby vyhrievacieho systému, návrhu kolektora, návrhu sušiaceho priestoru a z návrhu regulácie prúdenia vzduchu. Pre riešenie úlohy bol zvolený solárny vyhrievací systém so vzduchovým kolektorom. Základnými časťami zariadenia sú: slnečný kolektor, sušiaci priestor a systém regulácie prúdenia vzduchu. Zariadenie tvorí kompaktný celok s možnosťou nenáročnej demontáže pre prípad premiesťovania. Konštrukcia je dostatočne stabilná a odolná zmene poveternostných podmienok. Funkčnosť zariadenia (ohrev, prúdenie a regulácia prúdenia vzduchu) je nezávislá na externých zdrojoch energie. Navrhované zariadenie je určené pre rozsah pracovných teplôt 5-8 C. Pre takéto - nízko tepelné systémy sú vhodné ploché kolektory. Použitý kolektor má absorbér s vlnitým povrchom nastriekaným čiernou matnou farbou. Transparentný kryt kolektora umožňuje maximálnu priepustnosť krytu pre slnečné žiarenie. Medzi materiály s najlepšou priepustnosťou pre slnečné žiarenie patrí číre sklo (84 až 86 %). Pre kryt kolektora bolo navrhnuté sklo. Tepelnú izoláciu tvoria polystyrénové dielce a utesnenie medzier je riešené polyuretánovým tmelom. Sušiaci priestor je riešený ako vertikálne postavená komora nad vyústením kolektora. Zadná strana komory má dvierka na plnenie resp. vyprázdňovanie sušiaceho priestoru. Samotné uloženie sušených produktov umožňujú liesky v tvare zásuviek. Odvod vlhkého vzduchu umožňuje odvetrávací otvor v hornej časti sušiacej komory. Jednoduché solárne sušenie je v princípe prerušovaný proces. V období noci, resp. nevhodných klimatických podmienok je výkon absorbéra výrazne obmedzený. V takomto období hrozí hygroskopický efekt spätné prijímanie vzdušnej vlhkosti materiálom už čiastočne vysušeným. Obmedziť tento efekt možno odstránením materiálu zo sušiaceho priestoru, alebo uzatvorením sušiaceho priestoru na potrebný čas. V snahe zautomatizovať prevádzku sušiarne, s dodržaním požiadavky na funkčnosť bez externých zdrojov energie, bol vyvinutý automatický systém regulácie prúdenia vzduchu. Princíp spočíva vo včasnom uzatvorení nasávacieho a odvetrávacieho otvoru sušiacej skrine. Riadiacou veličinou je pokles vonkajšej teploty. Akčným členom zariadenia je uzatvorený priamočiary hydromotor (hydraulický valec) naplnený hydraulickým olejom. 242

5 4.4 Experimentálne overenie funkčnosti navrhnutého solárneho zariadenia Experimentálne overenie funkčnosti navrhnutého solárneho zariadenia bolo vykonané v klimatických podmienkach Záhoria v okrese Senica. Kolektor solárneho zariadenia bol orientovaný na juh. Jeho sklon bol počas overovania nastavený na 35 (odporúčané hodnoty pre mesiace jún a júl - 3,august - 45 ). Počas prevádzky bola kontinuálne meraná teplota a vlhkosť vonkajšieho (vstupného) vzduchu a teplota a vlhkosť vnútorného (ohriateho) vzduchu. Tieto parametre boli merané dvomi termohydrografmi (obr. 4). Obrázok 4: Zostava solárnej sušiarne počas testovania Základný parameter práce kolektora je hodnota oteplenia sušiaceho média (vzduchu), ktorá je daná rozdielom vnútornej a vonkajšej teploty. Príklad sledovania prevádzkových parametrov sušiarne je uvedený na obr. 5. Merané parametre teplota vzduchu, C čas, h vlhkosť vzduchu, % teplota - vonk. teplota - vnút. vlhkosť - vonk. vlhkosť - vnút. 243

6 Tradičné a netradičné druhy rastlín vo výžive, poľnohospodárstve a rozvoji vidieka Obrázok 5: Priebeh sledovaných parametrov solárnej sušiarne Spracované výsledky sledovaného obdobia sú uvedené na obr. 6. Z prezentovanej charakteristiky je zrejmé, že oteplenie vzduchu dosahovalo hodnoty 2 až 2,5 a v jednom dni dosiahla hodnotu až 3. To znamená, že v určitom čase bola teplota ohriateho vzduchu až 3-krát väčšia ako teplota vonkajšieho (do zariadenia vstupujúceho) vzduchu. Záporný rozdiel teplôt sa prejavil v ranných, resp. skorých doobedňajších hodinách, keď sa teplota vonkajšieho vzduchu zvyšovala rýchlejšie než teplota vzduchu vnútorného. Rozdiel teplôt (t vnút. - t von. ) rozdiel teplôt, C čas, h Obrázok 6: Spracované výsledky sledovaných parametrov solárnej sušiarne Záver Z vykonaných experimentov s plodmi jabĺk možno stanoviť nasledovné závery: dynamiku sušenia všetkých sledovaných odrôd plodov jabĺk výrazne ovplyvňuje sušiaca teplota, odporúčané cieľové vlhkosti sušených jabĺk (1-15 %) možno dosiahnuť na hranici sušenia 1 hodín (7 C odporúčaná teplota), pri teplote sušenia 5 C neboli dosiahnuté vlhkosti vzoriek < 15 % ani po sušení 12 hodín, trend dynamiky sušenia plodov sledovaných odrôd je zhodný a vzájomné odchýlky sú málo výrazné, vplyv úpravy častí plodov pred sušením má výrazný vplyv na dynamiku sušenia. Na základe overovacích skúšok solárnej sušiarne možno konštatovať že: počas testovacieho obdobia pracovalo zariadenie bez najmenšej závady, 244

7 vnútorné teploty sa pohybovali v rozsahu 12 C 7 C, vnútorné teploty do 5 C boli zastúpené viac než na 6 %, maximálny tepelný zisk zariadenia sa pohyboval na hranici C. Z overovacej prevádzky i z ďalšieho využívania solárnej sušiarne možno jednoznačne konštatovať, že navrhovaná zostava sušiarne je schopná v podmienkach Slovenska zabezpečiť potrebné parametre sušenia. Súhrn: V predloženej práci sú uvedené výsledky skúmania parametrov vplývajúcich na sušenie plodov jabĺk. Sledovaný je vplyv teploty sušiaceho vzduchu a veľkosti častí plodov na dynamiku sušenia. Na základe výsledkov je v práci navrhnutý systém solárnej sušiarne, ktorá je schopná pracovať nezávisle na externom zdroji energie. V závere práce sú uvedené výsledky overovacích meraní sušiarne. Kľúčové slová: jablko, sušenie, teplota, vlhkosť, vzduch, solárna sušiareň Použitá literatúra Cihelka, J.: Sluneční vytápěcí systémy. Praha, 1984 Halahyja, M. Valášek, J.: Solárna energia a jej využitie. Bratislava : ALFA, s. ISBN Haš, S.: Rozbor zkušeností z pilotních solárních projektů. Praha, VÚZT Řepy, 1993 Ilčík, F. - Vagunda, J. - Čurdová, M.: Technologie konzervárenství, Praha 198 Kleczek, J.: Sluneční energie úvod do heliotechniky. Praha: SNTL, s. ISBN Kováčová, S.: Progresívne spôsoby sušenia ovocia a zeleniny, Průmysl potravin 41, 199, 1, s.539 MZeČR: Ovoce - situační a výhledová zpráva. Praha 1994 Rataj, V.: Vplyv technologických faktorov na pozberové spracovanie jabĺk sušením. In :Žufánek, J. Jelínek, A.: Ekologické aspekty výzkumu, vývoje a provozu zahradnické techniky. Lednice: MZLU v Brně, VÚZT Praha, 1998, s ISBN Šťastný, J. - Talajka, E.: Spracovanie ovocia a zeleniny, Príroda Bratislava 1987 Zloch, B.: Solárne sušenie poľnohospodárskych materiálov: Diplomová práca. Nitra: SPU, 1996, 54 s. doc. Ing. Vladimír Rataj, PhD., Katedra strojov a výrobných systémov, Slovenská poľnohospodárska univerzita, Tr. A. Hlinku, Nitra, Slovenská republika, [email protected] 245