CC BY
2UDC: 662.997.004.14:638.27(045)(575.1) EDN: https://elibrary.ru/ndocqf
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРНОГО И ВЛАЖНОСТНОГО РЕЖИМА ВНУТРИ СОЛНЕЧНОГО УСТРОЙСТВА ДЛЯ ЗАМАРИВАНИЯ КОКОНОВ ТУТОВОГО ШЕЛКОПРЯДА
кандидат технических наук, заведующий лабораторией «Первичная обработка, стандартизация и сертификация коконов» ОЯСЮ: 0000-0002-1826-5619 е-таП: за^ог.итагоу1976@ gmail.com
Научно-исследовательский институт шелководства
Умаров Сардор Фотихович
Аннотация. В данной работе отмечается актуальность использования солнечной энергии, в частности для замаривания коконов тутового шелкопряда. Приведены результаты экспериментов по исследованию температурного и влажностного режима внутри солнечного устройства парникового типа. Изменения температуры и влажности внутри солнечного устройства в процессе замаривания коконов измеряли по общеизвестной методике с использованием приборов, апробированных на практике. Разработана и предложена математическая формула для вычисления количества испарившейся из коконов влаги в процессе их замаривания в солнечном устройстве, приведены результаты вычисления. Как следует из полученных результатов, в связи с незначительным количеством расходуемой тепловой энергии при испарении влаги из коконов в процессе их тепловой обработки её влиянием на общий тепловой баланс устройства можно пренебречь. Приведены показатели изменения влажности коконов, заморенных в солнечном устройстве и коконосушильном агрегате, которые применяются в производстве для обработки коконов. Благодаря исследованию выявлено, что, несмотря на незначительные потери влажности коконов, заморенных в солнечном устройстве, время достижения влажности коконов до воздушно-сухого состояния одинаково с коконами, заморенными горячим воздухом на коконосушильном агрегате. По истечении этого времени коконы можно затаривать в мешки для длительного хранения до момента размотки на шелкомотальных фабриках.
Ключевые слова: живой кокон, тутовый шелкопряд, солнечное устройство, коконосушильный агрегат, влажность кокона, замаривание кокона, воздушно-сухой кокон, относительная влажность воздуха, испарение влаги из коконов, теневая коконосушилка.
TUT IPAK QURTI PILLASI G'UMBAGINI JONSIZLANTIRUVCHI QUYOSH QURILMASI ICHIDAGI HARORAT VA NAMLIK REJIMLARINING TAJRIBAVIY TADQIQOTLARI
Umarov Sardor Fotixovich
texnika fanlari nomzodi, "Pillaga dastlabki ishlov berish, standartlashtirish va sertifikatlashtirish" laboratoriyasi mudiri
Ipakchilik ilmiy-tadqiqot instituti
Annotatsiya. Ushbu maqolada tut ipak qurti pillasi g'umbagini jonsizlantirish jarayonida quyosh energiyasidan foydalanish masalasi ko'rib chiqilgan. Maqolada issiqxona turidagi quyosh qurilmasi ichidagi harorat va namlik rejimlarini tadqiq etish bo'yicha tajriba natijalari keltirilgan. Pilla g'umbaginijonsizlantirish jarayonida quyosh qurilmasi ichidagi harorat va namlik o'zgarishi aprobatsiyalangan asboblar yordamida, umumiy uslubga asoslanib amalga oshirildi. Tajriba natijalari asosida quyosh qurilmasi ichida pilla g'umbagini jonsizlantirish jarayonida ulardan bug'lanib chiqqan namlik miqdorini hisoblovchi matematik formula ishlab chiqildi va taklif etildi. Shuningdek, hisoblash natijalari taqdim qilindi. Hisob-kitob natijalaridan ko'rinib turibdiki, quyosh qurilmasida issiqlik ishlovi berish jarayonida pilla namligining bug'lanib chiqishiga juda oz miqdorda issiqlik energiyasi sarflanishi sababli uning qurilma umumiy issiqlik balansiga ta'sirini inobatga olmaslik ham mumkin. Bu holat pilla g'umbagini jonsizlantirish jarayoni samaradorligini yanada
H^TH6ocnHK^HTHpoBaHHe/ritation: Umarov, S. F. (2024). Experimental studies of temperature and humidity conditions inside the solar device for mulberry silkworm cocoons pickling. (In Russian). Science and Innovative Develop- 41 ment, 7(5), 41-53.
oshirish imkonini beradi. Maqolada quyosh qurilmasi va ishlab chiqarishda pilla g'umbagini jonsizlantirishda foydalanilayotgan pilla quritish agregatida ishlov berilgan pilla namligining o'zgarishi natijalari bayon qilindi. Natijalardan ko'rish mumkinki, quyosh qurilmasida g'umbagi jonsizlantirilgan pillalar namlikni oz miqdorda yo'qotishiga qaramasdan, ularning soyali pilla quritgichlarda havo namligidagi quruq pilla holatiga kelguniga qadar qurish davomiyligi pilla quritish agregatida ishlov berilgan pillalarning qurish davomiyligi bilan bir xil. Vaqt o'tishi bilan pillalarni pillani qayta ishlash fabrikalarida chuvashga qadar uzoq muddatga saqlash uchun qoplarga joylash mumkin.
Kalitso'zlar: tirikpilla, tut ipak qurti, quyosh qurilmasi, pilla quritish agregati, pilla namligi, pilla g'umbagini jonsizlantirish, havo namligidagi quruq pilla, havoning nisbiy namligi, pilladan namlikning bug'lanishi, soyali pilla quritgich.
EXPERIMENTAL STUDIES OF TEMPERATURE AND HUMIDITY CONDITIONS INSIDE THE SOLAR DEVICE FOR MULBERRY SILKWORM COCOONS PICKLING
Umarov Sardor Fotikhovich
Candidate of Technical Sciences, Head of the Laboratory "Primary processing, standartization and certification of cocoons"
Research Institute of Silk Breeding
Kelib tushgan/ Получено/ Received: 23.09.2024
Цабул цилинган/Принято/ Accepted: 11.10.2024
Нашр этилган/
Опубликовано/Published:
31.10.2024
Abstract. This work reveals relevance of using solar energy, in particular, for exterminating silkworm cocoons. Findings from experiments made to study the temperature- and humidity conditions inside a greenhouse-type solar device have been presented. Changes in temperature and humidity inside the solar device during extermination of silkworm cocoons were measured using known methods and verified tools. The retrieved findings enabled developing a mathematical formula and calculating the amount of moisture evaporated from cocoons during the process of extermination of silkworm cocoons in the solar device, and the results of the calculation are being presented, too. The findings showed that the effect of insignificant amount of thermal energy consumed for evaporation of moisture from the cocoons during their heat treatment, on the overall thermal balance of the device can be neglected. Changes in humidity of cocoons with pupas exterminated in the solar device and in a cocoon drying unit used in manufacture for processing of cocoons, are being presented. The results showed that despite little loss of moisture in cocoons pupas of which were exterminated in the solar device, the time to reach the humidity of cocoons to an air-dry state is the same as for cocoons pupas of which were exterminated with hot air in a cocoon drying unit. Further the cocoons can be packed into bags for long-term storage until unwinding at silk-reeling factories. Keywords: living cocoon, silkworm, solar device, cocoon drying unit, cocoon humidity, killing pupa of silkworm cocoon, air-dry cocoon, relative air humidity, evaporation of moisture from cocoons, shadow cocoon dryer.
Введение
Одним из направлений снижения расхода топливно-энергетических ресурсов для замаривания коконов тутового шелкопряда в условиях нашей республики является использование энергии солнечного излучения (итагоу & итагоу, 2012).
В связи с этим масштабное использование солнечной энергии в различных отраслях народного хозяйства, в частности в шелководстве, связано с ускоренной разработкой приемлемых способов её преобразования в другие виды энергии (Aуezoу & итагоу, 2005). Суммарное годовое значение лучистой энергии Солнца, падающей на 1 м2 горизонтальной поверхности Земли, в Узбекистане составляет в среднем 1,35 Гкал, что эквивалентно тепловой энергии, получаемой при сжигании условного топлива в количестве 0,2 т (итагоу, 2007). Следует отметить, что при валовом потенциале 95млрд т условного топлива технический потенциал солнечной энергии составляет 0,33 млрд т условного топлива, что в пять раз больше, чем сегодняшний потребляемый
уровень суммарных первичных энергоресурсов в республике (итагоу, 2004а; Zaгipoу & ишагоу, 2005).
Согласно литературным данным, наибольшая интенсивность солнечной радиации на территории Узбекистана приходится на май, июнь, июль и август. Несолнечные дни в эти месяцы, например в Ташкенте, практически отсутствуют. Число ясных дней соответственно по месяцам равно 10, 15, 22 и 25 дней, а число ясных дней с незначительной облачностью - 22, 24, 29 и 25 (итагоу, 2004Ь).
Совпадение с этим сезона коконозаготовок май-июнь даёт большую возможность использовать солнечную энергию для первичной обработки коконов.
Над созданием гелиоустановок для первичной обработки коконов тутового шелкопряда работали многие учёные. В частности, в работе Ж.Мурадова и Р.Байджанова предложена гелиосушилка для коконов с полной рециркуляцией нагретого воздуха по контуру «солнечный воздушный коллектор-конвекционная сушильная камера» (итагоу, 2005).
Циркуляция горячего воздуха через воздушный коллектор общей площадью 22 м2, ориентированный на юг с наклоном 35-40° к горизонту, и конвективную сушильную камеру объёмом 1,6х30х2,25 м3, куда загружается сырьё, обеспечивается центробежным вентилятором с мощностью электродвигателя 270 Вт. Для сокращения времени сушки коконов в установке периодически меняется направление движения воздуха. При циркуляции горячий воздух, проходя через джерки с коконами, отбирая влагу, частично выходит наружу, а основная его часть, проходя через воздушный коллектор, вновь поступает в сушильную камеру, и этот цикл периодически повторяется. Производительность сушилки при этом составляет 1,14^1,42 кг/ч с 1 м2 площади сушилки.
В работе В. Бурлакова и Ж. Мурадова предложена гелиосушилка, представляющая собой деревянный короб, верхняя и передняя часть которого состоит из двуслойного стекла, общей площадью 160 м2, обращённый на юг [Yuldasheу et а1., 2002). На расстоянии 10-15 см от внутреннего слоя стекла, вдоль него, установлен гофрированный алюминиевый лист чёрного цвета для увеличения площади и интенсивности поглощения тепла. Для сообщения с морильной камерой в алюминиевых листах просверлены отверстия. Коконы сушатся в камере, где обеспечивается принудительная циркуляция воздуха. Производительность сушилки при этом составляет 0,78 кг/ч с 1 м2 площади сушилки.
В работе итагоу et а1. (2000) предложена гелиосушилка для сушки коконов. Установка состоит из камеры с дверью. Подлежащие сушке умиротворенные коконы раскладывают на сетчатых поддонах. Дверь загрузки сушильной установки плотно закрывается. Падающие сквозь двухслойное прозрачное стекло лучи солнца проникают через слой чёрного металла к сушильной камере, при этом в камере установлены стеллажи. В нижней части установки размещён парафин, аккумулирующий тепло, скорость воздушного потока составляет 0,2 м/с. Куколки шелкопряда высушиваются с 22 до 70 % влажности за 720 мин. при соответствующей скорости потока воздуха в солнечной сушилке 0,2 м/с. Сравним: на открытом солнце необходимо 1460 мин. сушки до конечного содержания влаги 12 %. Гелиосушилка может использоваться для сушки до 28-30 кг коконов тутового шелкопряда.
Из-за низкой производительности и длительной обработки вышеприведённые гелиосушилки не нашли практического применения в промышленности.
В работах итагоу (2023а) и итагоу (2023Ь) применено солнечное устройство парникового типа, специально предназначенное для замаривания коконов тутового
шелкопряда. В данном устройстве, в отличие от вышеупомянутых гелиоустановок, высушивание заморенных коконов осуществляется в теневых коконосушилках, специально предназначенных для сушки заморенных коконов.
В процессе замаривания коконов шелкопряда в солнечных устройствах парникового типа незначительная часть влаги из коконов переходит в воздушную среду, о чём свидетельствует повышение относительной влажности последней. Поэтому определение количества испарившейся из коконов влаги в целях составления общего теплового баланса солнечного устройства для замаривания коконов тутового шелкопряда является важной задачей.
Материалы и методы
В сезон коконозаготовки провели натурные эксперименты с целью исследования температурно-влажностного режима внутри солнечного устройства, загруженного живыми коконами, с продолжительностью замаривания 90 мин. и интервалом в измерении, равном 15 мин.
Измеряли температуру воздуха окружающей среды и внутри солнечного устройства (на поверхности наружного и внутреннего приёмника излучения и внутреннего дна камеры, в нижнем, среднем и верхнем слое воздушной среды при рабочем положении солнечного устройства), относительную влажность воздуха окружающей среды и внутри солнечного устройства, а также интенсивность потока суммарной солнечной радиации, падающей на горизонтальную поверхность приёмника излучения солнечного устройства.
Температуру и относительную влажность окружающей среды измеряли аспирационным психрометром Ассмана. Психрометр состоит из пары одинаковых параллельно расположенных метеорологических ртутных термометров, один из которых используется в качестве «влажного», а другой - «сухого» термометра. Термометры психрометра защищены от воздействия солнечных лучей специальным защитным и светоотражающим приспособлением. Поэтому при измерении они могут устанавливаться открыто, без дополнительной защиты. При измерении относительной влажности воздуха резервуар правого термометра, обёрнутого батистовой тканью, предварительно смачивается при помощи специальной пипетки дистиллированной водой, и оба термометра обдуваются вентилятором с постоянной скоростью, который расположен вместе с заводным ключом в аспирационной головке психрометра. Влажность определяется по показаниям обоих (влажного и сухого) термометров с помощью психрометрической таблицы. Температура окружающей среды определяется по показаниям сухого термометра.
Температуру внутри устройства измеряли термоэлектрическими измерителями температуры - термопарами хромель-копель (ТХК). Термопара хромель-копель представляет собой термочувствительный элемент (датчик), применяемый в измерительных и преобразовательных устройствах для измерения температур. Состоит термопара из проволоки двух разнородных электропроводящих высокочувствительных металлических сплавов - хромеля и копеля. За счёт разницы температур между соединениями разнородных сплавов возникает разность потенциалов и рождается термоэлектродвижущая сила (ТЭДС). ТХК имеет наибольшую ТДЭС (Е(100°С, 0°С) = 6,88 мВ) по сравнению с другими термоэлектрическими измерителями температуры, но сравнительно невысокий верхний предел длительного использования (500-600°С) в воздушной среде (итагоу & Yuldoshev, 2000; Afanasev et а1., 1988).
ТЭДС термопар измеряли универсальным цифровым вольтметром В7-21 с точностью до 0,01 в мВ. Для поочерёдного измерения ТЭДС термопар использовался
ручной переключатель. Схема соединения термопары к переключателю и измерительному прибору показана на рисунке 1.
2
ti t2 t3 и ts и
т
Рис. 1. Схема соединения термопар к переключателю и измерительным приборам
На рисунке 1 видно, что независимо от количества присоединённых к переключателю (1) термопар есть только один холодный спай, помещённый в сосуд для холодной спайки (3). Термопары изготавливали с длинными концами, поэтому они непосредственно соединены к переключателю и универсальному цифровому вольтметру (2). Для того чтобы не образовался контур с новым спаем, проволоки выше спая изолировались друг от друга изоляционным материалом (кембригом).
Интенсивность потока суммарной солнечной радиации, падающей на горизонтальную поверхность (приёмник излучения) солнечного устройства измеряли термоэлектрическим пиранометром Янишевского. Приёмник пиранометра представляет собой пластину с поверхностью, разделённой на чёрные и белые клетки, расположенные в шахматном порядке. Белые клетки окрашены магнезией -холодные спаи термобатареи, а чёрные - сажей - горячие. Термобатарея защищена от осадков и ветра стеклянным полусферическим колпаком. Поверх колпака надевается металлическая крышка, служащая для определения места нуля гальванометра и предохранения стеклянного колпака от повреждения.
При воздействии прямой солнечной и рассеянной радиации на приёмник между белыми и черными спаями термобатареи возникает разность температур, а следовательно, появляется ТЭДС, приближенно пропорциональная измеряемому потоку радиации.
ТЭДС падающего на приёмник пиранометра потока радиации измеряли стрелочным гальванометром М2027-М1. Для измерения интенсивности суммарной солнечной радиации при направленном положении головки пиранометра в сторону солнца её закрывали металлической крышкой. При каждом закрытии и открытии крышки выждали время, равное инерции гальванометра 40 сек., что указано в поверочном свидетельстве. По истечении времени определили положение нуля стрелки гальванометра и, открыв крышку, производили измерения. Полученные значения исправляли при помощи шкаловых поправок, взятых из поверочного свидетельства гальванометра, и от исправленных значений вычитали значение положения нуля. Полученные значения по гальванометру умножали на переводный
- OCTOBER 2024
множитель пары: пиранометр - гальванометр. В результате получили значения в Вт/м2.
Кроме того, с целью определения влажности (влажность коконов в %, как и любого материала, определяется по отношению к абсолютно сухой их массе) живых и заморенных в солнечном устройстве и конвейерной коконосушилке СК-150К коконов с каждого варианта отобрали по пять образцов живых коконов, весом 200 г, в марлевых мешочках, которые подвергли замариванию. Четыре образца заморенных коконов каждого варианта доставили в технологическую лабораторию Ташкентского института текстильной и лёгкой промышленности для сушки в кондиционном аппарате АК-2 до абсолютно сухого состояния.
Результаты исследования
Результаты экспериментов, проведённых в утренние часы (с 9:25 до 10:55), полуденные часы (с 12:00 до 13:30) и послеполуденные часы (с 14:15 до 15:45) с целью определения температурного и влажностного режима внутри солнечного устройства, приведены на рисунке 2.
Как следует из рисунка 2, в утренние часы при температуре воздуха окружающей среды (£0) 24,4-25,4 °С и практически постоянном значении интенсивности потока суммарной солнечной радиации, падающей на горизонтальную поверхность устройства (ц д), в 895,7 Вт/м2, температура воздуха внутри устройства (£ ) в течение 90 минут поднимается от 64 до 72 °С. Относительная влажность воздуха окружающей среды изменилась с 52,5 до 44,2 %, а внутри устройства - с 29 до 95 %.
Причиной снижения tgн между 9:25 и 9:40 с 64 до 59 °С является загрузка в предварительно подогретое до 60 °С устройство сырья (живых коконов) с более низкой температурой, приблизительно равной температуре воздуха окружающей среды (24,4 °С). В результате расхода части накопленной к моменту загрузки энергии солнечного излучения на разогрев сырья температура воздуха внутри коллектора снизилась. После баланса температуры воздуха внутри устройства и коконов температура воздуха внутри устройства начала увеличиваться.
Благодаря повышению цпад с 895,7 (утром) до 929 Вт/м2 (к полудню), то есть на 7,6 %, а ^ с 25,2 °С (утром) до 28,4 °С (к полудню) величина 1в оказалась на 3°С выше, чем в утренние часы.
При понижении цпад с 929 (полдень) до 893 Вт/м2 (после полудня), то есть на 4% и при почти одинаковых значениях ^ (28,4^26,8) величина tgн оказалась на 5,5 °С ниже, чем в полуденные часы.
Как видно из результатов проведённых экспериментов, с увеличением температуры воздуха окружающей среды и интенсивности потока суммарной солнечной радиации температура воздуха внутри устройства увеличивается. С понижением температуры воздуха окружающей среды и интенсивности потока суммарной солнечной радиации температура воздуха внутри устройства уменьшается.
Опыты показали, что относительная влажность воздуха внутри устройства в начале загрузки коконов была почти одинаковой с относительной влажностью воздуха окружающей среды. В процессе замаривания коконов относительная влажность воздуха внутри солнечного устройства повысилась и в конце замаривания достигла 92-93 %, а температура внутри устройства в порах слоя коконов - 73-75 оС.
Далее определили количество испарившейся из коконов влаги в целях учёта доли тепловой энергии, расходуемой на испарение в общем тепловом балансе солнечного устройства для замаривания коконов тутового шелкопряда.
1 - температура воздуха окружающей среды; 2 - относительная влажность воздуха окружающей среды; 3 - температура воздуха внутри устройства; 4 - относительная
влажность воздуха внутри устройства. Рис. 2. Результаты экспериментов, проведённых в утренние, полуденные и
послеполуденные часы
Применяя уравнение состояния для идеальных газов (ЮгШт et а1., 1983) к влажному воздуху внутри герметичной камеры объёмом V, содержащей МП кг водяных паров, имеем:
Р V = М Я Т
П П П
Запишем выражение с учётом его абсолютной влажности:
= Мп = рп Лп V кпг'
(1)
(2)
где Рп - ппрциальное давление водяных паров во влажном воздухе внутри гермети пн ой каме ры;
Т - аб солютная температур а влажного воздуха внутри герметичной камеры;
Мп
йп =--газовая постоянная для водяных паров;
В
/ - 18,016
кг
В = 8314,41
кмоль Дж
кмоль-К
молекулярная масса водяныхпаров; - универсальнаягазоваяпостоянная.
С учётом значений В и /мп выражение (2) может быть переписано как (Baltabayev & Parpiyev, 1980):
Zn = 2,167-10-3^, (3)
1 м
Значение Рп, входящее в (3), в диапазоне изменения Г от1 273,15 до 373Д5К определяется из:
Рп в 0 ■ а,579 • 002Р5Т, (4)
где ф - относительная влажность воздуха внутри герметичной камеры.
Подставляя (4) в (3) и с учётом, чво 1 мм рт. ст. = ,33,322 Па, имеем:
7,45£
1 ЭТ)^.10235+' нг
;Мп = о.^7^:^!^—^—, —. (5)
Пользуясь (5), можем записать выражение для изменения абсолютаой влажности воздуха внутри герметвчоой камер+1 в течение промежутка времени т—т., при котором значения ф и Тменяются ов <о. и 7е. до ф и^. соответственно, то есть:
7,45^я1 7,45Ц
= тл 1. 10235яtiяl ^0535я1:1 (6)
Хп,я1 -Хп, в 0.Г2Г • (1 + 1 —--(1)1-—-■ (6)
Скорость испарения влаги при этомопределяется из:
т"£Я1 Ч
а общее количество испарённой из коконов влаги в процессе одного цикла замаривания при этом определяется как:
М=ЧХп1-Хп)'Кг (8)
где ХПнач и ХПкон - абсолютная влажность воздуха внутри герметичной камеры соответственно в начале и конце процесс а замаривания.
Значение Ук в (7) и (8) складывается из объёмов воздуха о порах слоя роконов (У1) и воздуха в пространстве между ппверхнпстным слоем кокон ов и внутр енним остеклением ^2), то есть:
^к с9)
Значение У1 при этом определяется из овношения (Апгоу е1а1., 1979):
где % - коэффициент порозности слоя коконов;
Усл - объём слоя коконов в герметичной камере.
Согласно расчётам по методике (Аегоу et а1., 1979), при длине коконов от 16 до 46 мм и ширине от 12 до 24 мм ^иЫпоу, 1981; Yuldashev & итагоу, 2001; Yuldashev et а1., 2003; Yuldashev & итагоу, 2002а; Yuldashev & итагоу, 2002Ь) значение % в среднем составляет 0,4.
Результаты количества испарившейся из коконов влаги в процессе их замаривания в солнечном устройстве приведены в таблице 1.
Таблица 1
Результаты количества испарившейся из коконов влаги в процессе их замаривания в солнечном устройстве
Начало процесса замаривания Окончание процесса за-маривания t , oC нач Ф ' нач ХПнаЧ кг/м3 t , oC кон Ф ' кон у ^•коН кг/м3 М, г
9:05 10:35 55,0 0,36 0,0429 70,0 0,87 0,1713 16,54
13:00 14:30 52,4 0,17 0,0503 70,6 0,71 0,2049 19,91
15:15 16:45 56,1 0,26 0,0513 67,2 0,95 0,1803 16,60
9:35 11:05 64,0 0,44 0,0675 72,0 0,95 0,2035 17,51
12:25 13:55 52,8 0,35 0,0730 72,9 0,87 0,2361 21,00
14:40 16:10 55,4 0,35 0,0779 64,4 0,95 0,1877 14,13
9:45 11:15 61,0 0,37 0,0509 73,0 0,92 0,2061 19,98
12:15 13:45 52,7 0,31 0,0681 72,7 0,89 0,2615 24,90
14:10 15:40 55,6 0,17 0,0364 69,3 0,92 0,2126 22,68
9:10 10:40 62,0 0,28 0,0393 72,0 0,90 0,1938 19,89
12:20 13:50 53,7 0,24 0,0642 72,6 0,87 0,2447 23,24
10:15 11:45 57,3 0,25 0,0343 72,8 0,92 0,1893 19,96
12:45 14:15 61,0 0,39 0,0952 71,0 0,91 0,2511 20,06
9:45 11:15 53,3 0,36 0,0632 69,4 0,95 0,2203 20,21
12:35 14:05 54,0 0,37 0,0761 71,9 0,95 0,2381 20,86
14:50 16:20 54,5 0,32 0,0492 60,9 0,93 0,1729 15,92
9:25 10:55 64,0 0,29 0,0447 72,0 0,95 0,2035 20,44
12:00 13:30 65,0 0.30 0,0483 75,0 0,95 0,2203 22,14
13:45 15:15 53,7 0,21 0,0487 69,1 0,91 0,2281 23,09
11:30 13:00 47,0 0,24 0,0455 66,8 0,95 0,2246 23,06
13:15 14:45 51,1 0,307 0,0582 68,6 0,95 0,2612 26,12
9:40 11:10 63,5 0,298 0,0450 74,0 0,95 0,2203 22,56
11:45 13:15 57,3 0,305 0,0653 72,3 0,91 0,2371 22,10
14:00 15:30 43,1 0,22 0,0552 69,4 0,89 0,2457 24,52
9:05 10:35 63,5 0,285 0,0430 72,5 0,882 0,1926 19,26
12:10 13:40 50,5 0,245 0,0590 70,4 0,91 0,2463 24,11
Как следует из результатов, при загрузке живых коконов массой 15 кг в герметичную камеру общая потеря массы составляет в среднем 20,8 г, то есть 0,15 % от общей массы коконов. Расход тепловой энергии на испарение указанного количества влаги в среднем составляет 48,7 кДж.
Результаты изменения влажности коконов до и после обработки коконов приведены в таблице 2.
Как видно из полученных результатов (табл. 2), влажность живых коконов, принятых от шелководов в один день, в обоих вариантах почти одинаковая (178,0 и 176,9%), которые соответствуют влажности для живых коконов ^иЫпоч 1981). В результате замаривания коконов в солнечном устройстве их влажность изменилась в среднем на 9,0% от первоначальной и составила 169,1%. При замаривании коконов на СК-150К влажность коконов изменилась в среднем на 33,6% от первоначальной влажности и составила 144,3 %>. Разница в изменении влажности коконов при различных способах замаривания объясняется тем, что в процессе замаривания коконов в СК-150К горячий сушащий воздух, непрерывно поступающий в камеру сушилки конвекцией, частично уносит влагу наружу. Замаривание коконов в солнечном устройстве происходит в герметичной камере, где поступление и выход воздуха исключены. Поэтому потеря влажности коконов в СК-150К относительно большая, чем в солнечном устройстве.
Таблица 2
Изменение влажности коконов в процессе замаривания их в солнечном
уст юйстве и коконосушильном агрегате СК-150К
Вариант Масса образца коконов для замаривания, г Влажность образца коконов до замаривания, % Влажность образца коконов после замаривания, % Потеря влажности коконов в процессе замаривания, %
200 172,1 162,5 9,6
Солнечное устройство 200 178,9 169,8 9,1
200 183,1 174,9 8,2
x ± mx 200 178,0 ± 3,2 169,1 ± 3,6 9,0 ± 0,4
Коконосушильный агрегат СК-150К 200 172,5 140,3 32,2
200 174,1 142,7 31,4
200 184,0 146,9 37,1
x ± m- 200 176,9 ± 3,6 144,3 ± 2,0 33,6 ± 1,7
Другую часть образцов коконов каждого варианта оставили в условиях окружающей среды для определения времени достижения влажности коконов до воздушно-сухого состояния в теневых коконосушилках. На рисунке 3 приведено время достижения влажности коконов до воздушно-сухого состояния. Как видно из рисунка, коконы, заморенные в солнечном устройстве и коконосушильном агрегате СК-150К, достигают равновесной влажности в течение одинакового промежутка времени, то есть в течение 28-30 дней. Это показывает, что, несмотря на незначительные потери влажности коконов в процессе замаривания в солнечном устройстве, время достижения равновесной влажности коконов одинаково по сравнению с коконами, заморенными горячим воздухом в коконосушильном агрегате СК-150К.
7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37
Время достижения равновесной влажности, дни
1 - солнечное устройство; 2 - коконосушилъный агрегат СК-150К. Рис. 3. Продолжительность достижения влажности коконов до воздушно-сухого состояния
Анализ результатов исследования
Анализ результатов проведённого исследования в области использования солнечной энергии для первичной обработки коконов показывает, что в разработанных и созданных упомянутыми в статье авторами гелиоустановках процессы замаривания и высушивания коконов осуществляются в одной установке. За счёт этого продолжительность обработки коконов увеличивается, её длительность составляет 8-12 ч. Кроме того, в их исследованиях не изучено изменение влажностного режима внутри установки в процессе обработки коконов.
Для составления теплового баланса солнечного устройства для замаривания коконов требовалось определить количество испарившейся из коконов влаги в процессе замаривания коконов и тепловой энергии, расходуемой для испарения этой влаги.
Отметим, что количество испарившейся влаги может быть определено традиционным весовым способом или по изменению абсолютной влажности воздушной среды внутри герметичной камеры солнечного устройства.
Весовой способ определения количества испарившейся из коконов влаги базируется на изменении массы коконов за счёт потерь в процессе замаривания. Практическая реализация данного способа требует обеспечения высокой точности измерений (до нескольких г) при общей массе устройства 70 кг. Для обеспечения такой точности требуется проведение измерений с помощью аналитических весов. Однако в наших исследованиях взвешивание устройства с такой большой массой при помощи аналитических весов или их размещение внутри теплового устройства для измерения изменения массы коконов в герметичной камере практически не представляется возможным. Поэтому мы определили количество испаренной из коконов влаги по данным измерений температуры и относительной влажности воздуха внутри герметичной камеры.
Анализ результатов экспериментов показывает, что в процессе замаривания живых коконов относительная влажность воздуха внутри солнечного устройства с момента загрузки живых коконов постепенно поднимается и достигает 92-95 %. Это происходит за счёт испарения влаги из куколок живых коконов. Это объясняется тем, что в зрелом коконе на долю куколки приходится около 76-86%, а шёлковой оболочки - 14-24% его массы, масса личиночной шкурки - менее 0,5 % массы кокона ^иЫпоу et а1., 1986).
Разработанная математическая формула позволяет определить количество испарившейся из коконов влаги в процессе замаривания коконов в солнечных устройствах парникового типа по данным измерений начальной и конечной температуры и относительной влажности воздуха внутри устройства.
Выводы
1. Из проведённых экспериментов установлено, что в процессе замаривания коконов с момента загрузки в солнечное устройство относительная влажность воздуха с повышением температуры внутри устройства постепенно поднимается и в итоге достигает 92-95 %. Это свидетельствует об испарении влаги из куколок коконов и передачи её в воздушное пространство герметичной рабочей камеры устройства.
2. Для составления теплового баланса солнечного теплового устройства для замаривания коконов разработана математическая формула расчёта количества испарившейся из коконов влаги в процессе их замаривания в солнечном устройстве в зависимости от начальной и конечной температуры и относительной влажности воздуха внутри солнечного устройства. Как следует из расчётов, при загрузке живых коконов массой 15 кг в герметичную камеру общая потеря массы коконов за счёт испарившейся из них влаги составляет в среднем 20,8 г, то есть 0,15 % от общей массы коконов.
3. Эксперименты показали, что при одинаковой влажности живых коконов до замаривания влажность коконов после замаривания в солнечном устройстве оказалась на 25 % меньше влажности коконов, заморенных горячим воздухом в коконосушильном агрегате СК-150К. Но продолжительность достижения влажности коконов до воздушно-сухого состояния у коконов, заморенных в солнечном устройстве, одинакова по сравнению продолжительностью замаривания горячим воздухом.
4. Высокая влажность и относительная невысокая температура внутри устройства (73-75 оС) позволяет в течение одинакового времени (90 мин.) по сранению с коконосушильным агрегатом полностью замаривать коконы и сохранить оболочку коконов от воздействия высокой температуры в процессе замаривания, отрицательно влияющей на нативные свойства оболочки коконов - в результате коконы плохо разматываются. В существующем коконосушильном агрегате по принятому режиму при замаривании коконы подвергаются высокой температуре свыше 100 оС. Поэтому применение солнечного способа замаривания коконов позволяет сохранить нативные свойства оболочки коконов и сэкономить энергоресурсы, расходуемые при обработке коконов горячим воздухом в существующих коконосушильных агрегатах.
REFERENCES
1. Aerov, M. E., Todes, O. M., & Narynskiy D.A. (1979). Apparaty so statsionarnym zernistym sloyem. Gidravlicheskiye i teplovyye osnovy raboty [Devices with a stationary granular layer. Hydraulic and thermal fundamentals of work]. (In Russian). Lvov: Himiya Publ.
2. Afanasev, V. N., Afonin, A. A., & Isayev, S. I. (1988). Laboratornyj praktikum po termodinamike i teploperedache [Laboratory workshop on thermodynamics and heat transfer]. (In Russian). Moscow: Vysshaya shkola Publ.
3. Avezov, R. R., & Umarov, S. F. (2005). Sledyascheye solnechnoye ustroystvo dlya zamarivaniya shelkovichnykh kokonov [Solar tracking device for killing pupa of mulberry cocoons]. (In Russian). Proccedings of the IV Republican Conference on Physical Electronics (p. 175). Tashkent.
4. Baltabayev, S. D., & Parpiyev A. P. (1980). Suschka hlopka syrtsa [Drying raw cotton]. (In Russian). Tashkent: Ukituvchi Publ.
5. Kirillin, V. A., Sychyov, V. V., & Sheyndlin A. E. (1983). Tehnicheskaya termodinamika [Technical thermodynamics]. (In Russian). Moscow: Energoatomizdat Publ..
6. Rubinov, E. B. (1981). Tekhnologiya shyolka [Silk technology]. (In Russian). Moscow: Legkaya i pischevaya promyshlennost Publ.
7. Rubinov, E. B., Mukhamedov, M. M., Osipova, L. Kh., & Burnashev, I. Z. (1986). Shelkosyr'yo i kokonomotaniye [Silk raw materials and cocoon reeling]. (In Russian). (2nd., revised and expanded ed.). Moscow: Legprombitizdat Publ.
8. Umarov, F. F., & Umarov, S. F. (2012). Solnechnyy teplovoy kollektor [Solar thermal collector]. (In Russian). Technologies of the XXI century, (2), 10-11.
9. Umarov, S. F. (2004a). Issledovaniye izmeneniya vlazhnosti kokonov v protsesse zamarivaniya ikh v solnechnom ustroystve [Study of changes in the humidity of cocoons during the process of killing pupa of cocoons in a solar device]. (In Russian). Texnikayulduzlari - Tech Stars, (2), 85-89.
10. Umarov, S. F. (2004b). Opredeleniya rezhima zamarivaniya kokonov na solnechnom ustrojstve [Determination of the mode of killing pupa of cocoons on a solar device]. Bulletin of Tashkent State Technical University, (2), 233-237.
11. Umarov, S. F. (2005). Sposob zamarivaniya zhivynh kokonov energiyey solnechnogo izlucheniya [Method of killing of pupa in the living cocoons with solar radiation energy]. (In Russian). Textile Problems, (2), 27-29.
12. Umarov, S. F. (2007). Razrabotka i ispol'zovaniye solnechnogo teplovogo kollektora dlya zamarivaniya shelkovichnykh kokonov [Development and use of a solar thermal collector for killing pupa of mulberry cocoons]. (In Russian). [Abstract of PhD thesis, p. 26]. Tashkent.
13. Umarov, S. F. (2023a). Quyosh energiyasi yordamida pilla g'umbagini zhonsizlantiruvchi qurilmaning takomillashtirilgan tazhriba namunasini tehnik ko'rsatkichlarini aniqlash [Determination of technical parameters of a modernized prototype of a solar device for killing cocoons]. (In Uzbek). O'zbekiston qishloq va suv ho'zhaligi - Agriculture and Water Management Uzbekistan, 55-57.
14. Umarov, S. F. (2023b). Matematicheskaya model' tempa izmeneniya temperatury vnutri solnechnoy teplovoy ustanovki dlya zamarivaniya kokonov tutovogo shelkopryada [Mathematical model of the rate of temperature change inside a solar thermal device for killing silkworm cocoons]. (In Russian). Science and Innovative Development, (6), 47-55.
15. Umarov, S., & Yuldoshev, Sh. (2000). Quyosh qurilmasi yordamida pilla g'umbagini zhonsizlantirish zharayonlarini o'rganish [Studying the processes of killing silkworm cocoons using a solar device]. (In Uzbek). Silk, (2), 16-19.
16. Umarov, S., Yuldashev, Sh., Oripov, S., & Zhabborov, H. (2000). Pillaga dastlabki ishlov berishda quyosh nuridan fojdalanish istiqbollari [Prospects for the use of solar radiation during primary cocoon processing]. (In Uzbek). Silk, (1), 10-12.
17. Yuldashev, Sh. & Umarov, S. (2002a). Model' raschyota massy vlagi, isparyonnoy iz kokonov shelkopryada pri zamarivanii ikh v solnechnykh ustanovkakh [Model for calculating the mass of moisture evaporated from silkworm cocoons when they are marinated in solar units]. (In Russian). Bulletin of Tashkent State Technical University, (1), 55-58.
18. Yuldashev, Sh., & Umarov, S. (2001). Calculating moisture loss in silkworm cocoons upon death in hotbed solar units. Geliotekhnika, (4), 19-21.
19. Yuldashev, Sh., & Umarov, S. (2002b). Raschyot poteri vlagi shelkovichnyh kokonov v processe zamarivaniya v solnechnyh ustanovkah [Calculation of moisture loss of mulberry cocoons during pickling in solar units]. (In Russian). Youth in the Development of Science and Technology: Proceedings of the Scientific and Practical Conference of Gifted Students (vol. 2, p. 29). Tashkent.
20. Yuldashev, Sh., Umarov, F., & Umarov, S. (2003). Model' raschyota poteri vlagi shelkovichnykh kokonov v protsesse zamarivaniya v solnechnyh ustanovkakh [Model for calculating moisture loss of silkworm cocoons during pickling in solar units]. (In Russian). Development of Technical Sciences in a Market Economy: Proceedings of the Republican Scientific and Practical Conference (vol. 2, pp. 42-43). Tashkent.
21. Yuldashev, Sh., Umarov, S., & Aripova, A. (2002). Ustroystvo dlya zamarivaniya kokonov shelkopryada i sushki fruktov solnechnymi luchami [Device for killing of pupa in the silkworm cocoons and drying fruits by solar rays]. (In Russian). Bulletin of Tashkent State Technical University, (4), 57.
22. Zaripov, N. O., & Umarov, S. F. (2005). Ispol'zovaniye energii solnechnogo izlucheniya v protsesse zamarivaniya shelkovichnykh kokonov [Using the energy of solar radiation in the process of killing pupa of mulberry cocoons]. (In Russian). Youth in the Development of Science and Technology: Proceedings of the V Scientific and Practical Conference of Gifted Students (pp. 93-94). Tashkent.
