CC BY
11
HayKOBHH BicHHK .HbBiBCbKoro Ha^oHaibHoro ymBepcHrery BeTepHHapHoi' MeguuHHH
Ta 6ioTexHonoriH iMeHi C.3. I^H^Koro Scientific Messenger of Lviv National University of Veterinary Medicine and Biotechnologies named after S.Z. Gzhytskyj
doi: 10.15421/nvlvet7527
ISSN 2519-268X print ISSN 2518-1327 online
http://nvlvet.com.ua/
УДК 641.512+532.135
Дослвдження процесу НдроструминноУ водополiмерноl обробки харчових продукпв рпанням
А.В. Погребняк Pogrebnyak.AV@mail.ru
Харювський державний унгверситет харчування та торгiвлi, вул. Кпочтвська, 333, м. Харюв, 61051, Украта;
1вано-Франк1вський нацюнальний mexHi4Huü утверситет нафти i газу, вул. Карпатська, 15, м. 1вано-Франк1вськ, 76019, Украша
До^джували закономiрностi процесу гiдрорiзання харчових продуктiв з метою тдвищення його eфeктивностi шляхом модифжацп робочог рiдини. Вплив вiдстанi вiд зрiзу сопла до поверхт харчового продукту на глибину рiзу вивчали при тем-пeратурi -7 i -25 °С, змШ тиску вiд 50 до 150 МПа, дiамeтру сопла 0,3510' i 0,6010-3м, швидкостi перемщення гiдрострумeня щодо харчового продукту 0,015; 0,025; 0,050 та 0,100 м/с. Використовували узагальнений аналiз експери-ментальних даних, методи теорп подiбностi й розмiрностi, а також методи математичноi статистики. Отримана розрахункова залежтсть в бeзрозмiрному виглядi для визначення глибини рiзу в харчовому продуктi з урахуванням його мiцностi на одновiснe стискання, оптимальноi вiдстанi мiж зрiзом сопла i поверхнею продукту, дiамeтра сопла, молекулярной маси i концентрацп полиетиленоксиду, а також гiдравлiчниx i режимних парамeтрiв гiдрострумeня, швидкостi перемщення струменя i якiстi його формування. До^джували вплив концентрацп полиетиленоксиду на глибину i продук-тивтсть рiзання харчових продуктiв при -25 °С водополiмeрним струменем з тиском витжання 100 МПа i дiамeтром сопла 0,3510'3 м. Експериментально доведено, що використання в якостi робочо1 рiдини водних розчитв ПЕО тдвищуе оптимальну вiдстань мiж поверхнею харчового продукту i зрiзом сопла в 15 разiв, глибину рiзу - в 4 рази при швидкостi рiзу 0100 м/с.
K.mnoei слова: xарчовi продукти; гiдрорiзання; глибина рiзу; ширина рiзу; яюсть поверхт розрiзу; полжерний розчин; полieтилeноксид.
Исследование процесса гидроструйной водополимерной обработки
пищевых продуктов резанием
А.В. Погребняк Pogrebnyak.AV@mail.ru
Харьковский государственный университет питания и торговли, ул. Клочковского, 333, г. Харьков, 61051, Украина;
Ивано-Франковский национальный технический университет нефти и газа, ул. Карпатська, 15, г. Ивано-Франковск, 76019, Украина
Исследовали закономерности процесса гидрорезания пищевых продуктов с целью повышения его эффективности путем модификации рабочей жидкости. Влияние расстояния от среза сопла до поверхности пищевого продукта на глубину реза изучали при температуре -7 и -25 °C, изменении давления от 50 до 150 МПа, диаметре сопла 0,3510'3 и 0,6010'3 м, скорости перемещения гидроструи относительно пищевого продукта 0,015; 0,025; 0,050 и 0,100 м/с. Использовали обобщенный анализ экспериментальных данных, методы теории подобия и размерностей, а также методы математической статистики. Получена расчетная зависимость в безразмерном виде для определения глубины реза в пищевом продукте с
Citation:
Pogrebnyak, A. (2017). Research of the Hydro-jet Water-polymer Processing of Food Products by Cutting. Scientific Messenger LNUVMBT named after S.Z. Gzhytskyj, 19(75), 134-139.
учетом его прочности на одноосное сжатие, оптимального расстояния между срезом сопла и поверхностью продукта, диаметра сопла, молекулярной массы и концентрации полиэтиленоксида, а также гидравлических и режимных параметров гидроструи, скорости перемещения струи и качества ее формирования. Исследовали влияние концентрации полиэтиленоксида на глубину и производительность резания пищевых продуктов при -25 °C водополимерной струей с давлением истечения 100 МПа и диаметром сопла 0,3510-3 м. Экспериментально доказано, что использование в качестве рабочей жидкости водных растворов ПЭО повышает оптимальное расстояние между поверхностью пищевого продукта и срезом сопла в 15 раз, глубину реза - в 4 раза при скорости реза 0,100 м/с.
Ключевые слова: пищевые продукты; гидрорезание; глубина реза; ширина реза; качество поверхности разреза; полимерный раствор; полиэтиленоксид.
Research of the Hydro-jet Water-polymer Processing of Food Products by Cutting
A. Pogrebnyak Pogrebnyak.AV@mail.ru
Kharkiv State University of Food Technology and Trade, Klochkivska Str., 333, Kharkiv, 61051, Ukraine;
National Technical University of Oil and Gas, Karpatska Str., 15, Ivano-Frankivsk, 76019, Ukraine
The article deals with the regularities of the frozen foodstuff hydrocutting to increase its efficiency and to improvethe quality of cut surface by working liquid modification. The influence of the distance from the nozzle edge to the surface of the food product on the cutting depth is investigated at -7 °C, -25 °C, pressure change from 50 MPa to 150 MPa, 0.3510'3m and 0.6010'3m nozzle diameter, the speed of waterjet movement over the foodstuff being 0.015 m/s; 0.025 m/s; 0.050m/s, and 0.100m/s. Generalized analysis of experimental data, the methods of dimensional and statistical analysis is used. A non-dimensional dependence for selecting cutting depth of foodstuff taking into account its strength properties, optimum distance between nozzle edge and food surface, nozzle diameter, as well as waterjet hydraulic and operating parameters waterjet movement speed of and quality of its formation, is shown. Experimental data show that when water jet speed increases cutting surface increment speed also increases, reaches a maximum and then starts decreasing, regardless of the temperature of the food product, water pressure, and nozzle diameter. The influence ofpolyethylene oxide concentration on cutting depth and rate for food frozen at -25 °C by pressure waterpolymer jet of 100MPa flow pressure and 0.3510'3 m nozzle diameter is investigated. It is received that rational cutting speed increases more than twice with increasing PEO concentration in water and reaches its maximum at 0.0013% when PEO molecular mass is 6106 and 0.007% for molecular mass of 4106. It is experimentally proved that when polyethyleneoxide water solutions as a working liquid are used the optimum distance between nozzle edge and food surface increases 15 times, cutting depth at cutting speed of 0.100 m/s - 4 times, and the quality of the cut surfaces is also improved.
Key words: foodstuff; hydrocutting; cutting depth; cutting width; quality of cut surface; polymer solution;polyethyleneoxide.
Вступ
Проблема розробки шновацшного рiзального устаткування залишаеться одшею з важливих проблем розвитку харчово! промисловосп. Методи та устаткування, яш застосовуються сьогодш мають так ютотш недолiки: небезпечш шд час обслуговування устаткування; високий рiвень шуму та вiбрацil; низь-кий рiвень саштарно! безпеки; внаслщок руйнування та стирання робочого шструменту частки металу мо-жуть потрапляти в продукт; швидка затуплювашсть i необхщшсть заточування, а надалi замши робочого органа; велика ширина рiзання та утворення стружки, що призводить до додатково! втрати продукту; вини-кають проблеми щд час розрiзання харчових продукпв, що мають температуру нижче шж -10 оС та ш. (Zapletnikov and Pohrebniak, 2013).
ХХ столитя збагатило людство великими вщкрит-тями. До них вщноситься i гiдрорiзання, яке ще 25 рошв тому називали технолопею майбутнього. Сьогодш ця технолопя вже працюе у багатьох галузях промисловосп (Zajakin, 2003; Salenko et al., 2005). Якщо тонким водяним струменем викликати ерозио матерiалу, збшьшивши енерпю струменя за рахунок пвдвищення li швидкосп, то можна отримати ефект
розр1зання будь-якого матер1алу (Pogrebnjak, 2008). Тому як альтернативный споаб розр1зання харчових продукпв, особливо, за низьких температур, може стати процес пдрор1зання, який виключае вказаш вище недол1ки.
Головною причиною широкого поширення методу пдрор1зання е його висока технолопчшсть, пор1вняно з традицшними методами р1зання. Проте в харчовш промисловосп метод пдрор1зання як в Укра!ш, так i кра!нах СНД практично не використовуеться. Головною причиною, чому метод гiдрорiзання не застосо-вуеться в харчовш промисловосп, е ввдсутшсть ком-плексних наукових дослщжень процесу гiдрорiзання харчових продукпв, а отже i розробок устаткування для його реалiзацil (Pohrebniak and Perkun, 2013). У зв'язку з цим, з точки зору науково! новизни, цей метод викликае значний штерес.
Окремо видшимо одну з головних переваг waterjet-технологп - можливють комп'ютерного управлшня процесом гiдрорiзання, що дозволяе здшснити 3D обробку харчових продукпв. Гiдрорiзальна струми-ноформуюча голiвка за допомогою сервоприводiв може перемщатися в 3-х напрямах, обробляючи хар-човий продукт з рiзних бошв. При цьому розрiзи мо-жуть виходити будь-яко! складностi, у будь-якому
Mic^ i i3 3anporpaMoBaHoro 3MiHoro napaMeTpiB rigpopi-3aHHa xapnoBHx npogyKTiB. Цe go3BognTb, HanpnKgag, Tpagn^ftHy po6oTH3oBaHy giHiro nepBHHHoi' o6po6KH -KoHBeep, 3MeHmHTH go ogHiei' (hh geKigbKox) o6po6Hoi' tohkh, b aKift rigpopi3agbHa cipyMHHo^opMyrona rogiB-Ka po6HTHMe Bigpa3y geKigbKa onepa^ft.
CborogHi gga BnpoBag®eHHa waterjet-TexHogorii' b xapnoBy npoMHcgoBicTb noTpi6He npng6aHHa gopororo ycTaTKyBaHHa BncoKoro TncKy, ^o BHMarae He gume 3HaHHux ogHopa3oBux BHTpaT, a ft BHTpaT Ha ftoro noga-gbme o6cgyroByBaHHa. BKa3aHa o6craBHHa - bhcoK po6oni thckh, oT®e, BncoKa BapTicTb yciaTKyBaHHa, a TaKo® Magi mBngKocri nepeMi^eHHa BogaHoro cTpyMeHa, ^o He 3a6e3nenyMTb MaKcnMagbHoi' npogyKTHBHocri 3 HaftMeHmuMH eHeproBHTpaiaMH Ha ^opMyBaHHa cTpyMeHa i cragn BH3HanagbHHMH b nociaHoB^ 3aBgaHHa po3po6KH BucoKoe^eKTHBHoro npoцecy rigpocrpyMHH-Hoi' o6po6KH xapnoBux npogyKTiB pi3aHHaM.
npu rigpopi3aHHi xapnoBnx npogyKTiB hk pi3agbHnft opraH BHKopucToByeTbca BncoKomBngKicHuft tohkhh cTpyMiHb piguHH. Big BgacTHBocTeft po6oHoi' pignHH 3age®HTb 3gaTHicTb oipnMaHHa Heo6xigHux rigpognHa-mhhhx xapaKTepucTHK rigpocrpyMeHa, ^o 3a6e3neny-MTb MaKcuMagbHy npogyKTHBHicTb i HaftKpa^y aKicTb noBepxHi po3pi3y 3 HaftMeHmnMH eHeproBHTparaMH Ha ^opMyBaHHH cTpyMeHa. ToMy Bn6ip Tuny i cKgagy po-6oHoi' piguHH e ogHHM 3 ochobhhx nuraHb, aKi Heo6xig-ho BupimyBaTH nig Hac po3po6KH TexHogoriHHoro npo-цecy rigpocTpyMHHHoi' o6po6KH xapnoBnx npogyKTiB pi3aHHaM.
Ao BupimeHHa 3aBgaHHa nigBH^eHHa e^eKTHBHocii npoцecy rigpocTpyMHHHoi' o6po6KH xapnoBnx npogyKTiB pi3aHHHM Mo®Ha nigiftTH, BHKopncTOByroHH gga цbOгo cnociepe®yBaHi «aHoMagii'» npn nogoB®Hift Tenii' po3-HHHiB nogiMepiB, aKe peagi3yeTbca y BxigHift gigaH^ conga (Pogrebnjak, 2014; Pogrebnyak and Ivanyuta, 2015; Deynichenko et al., 2015; Pogrebnyak and Deynichenko, 2016), y i'x rigpoguHaMiHHift noBegiH^. ToMy nigBH^HTH e^eKTHBHicTb npoцecy rigpopi3aHHa Mo®Ha, hk^o pi®ynnft xapnoBnft npogyKT BogaHnft cTpyMiHb 3aMiHHTH Ha BogonogiMepHnft (Pogrebnyak and Ivanyuta, 2014).
Memom cmammi e eKcnepuMeHTagbHe nigTBepg®eH-hh «aHoMagbHo» bhcokoi e^eKTHBHocii npoцecy rigpocTpyMHHHoi' o6po6KH xapnoBHx npogyKTiB pi3aHHaM 3a yMoB BHKopucTaHHH po3HHHiB nEO hk po6onoi' pignHH gga po3pi3aHHa xapnoBHx npogyKTiB.
MaTepia.H i MeTogu goc.ig:»:eHHH
nogiMep, HKuft BHKopncTOByeTbca gga ^opMyBaHHa BogonogiMepHoro cTpyMeHa, Mae 6yTH 6e3neHHoro peno-bhhom Ta go3BogeHHM gga BHKopncTaHHa b xapnoBift npoMucgoBocTi. TaKHM nogiMepoM e nogieingeHoKcng (nEO), ^o BHKopucTOByeTbca b xapnoBift npoMucgoBoc-Ti hk 3arycHHK, ^goKygaHT Ta iH.
O6po6Ka xapnoBHx npogyKTiB pi3aHHHM 3giftcHroBa-gacb Ha rigpopi3agbHift ycтaнoвцi yPr-3020 3 po6ohhmh TucKaMH go 500 Mna, 3 Mo®gnBiciro 3MiHroBarn Ta KoffipogroBaTH hk iHTerpagbHi, TaK i gn^epeH^agbrn napaMeTpu npoцecy rigpopi3aHHa. EKcnepuMeHTagbHe gocgig®eHHa BngHBy BigciaHi Big 3pi3y conga go noBep-
xHi xapnoBoro npogyKTy lo Ha rgu6uHy pi3y h npoBogn-gn Ha 3pa3Kax M'aca agoBHHHHH i cbhhhhh, a TaKo® $ige pn6n xeKa i KypKH 6poftgepa 3a TeMnepaiyp t Big KiMHa-THoi' go -25 oC Ta 3MiHH TucKy APo Big 50Mna go 150Mna, guaMeipy conga do 0,3510-3, 0,610-3m i mBug-Kocii nepeMi^eHHa BogonogiMepHoro cTpyMeHa ^ogo 3pa3Ka xapnoBoro npogyKTy Vn 0,015, 0,025, 0,050 i 0,100 m/c. B eKcnepuMeHTax BHKopucToByBagu BogHi po3HHHH nEO MogeKygapHux Mac - 3 106,4 106 Ta 6 106. Кoнцeнтpaцiн nEO MogeKygapHux Mac Mroo 3 106, 4 106 i 6 106 y BogHoMy po3HHHi BapiiOBagaca Big 0 go 0,05%. BigciaHb Big conga go noBepxHi xapno-Boro npogyKTy, ^o po3pi3aeTbca lo, 3MiHroBagaca Big 210-3 go 10010-3m.
Aga BHBHeHHa BngHBy HeraTHBHHx TeMnepaiyp y mupoKoMy giana3oHi Ha $i3HKo-MexaHiHHi BgacTHBocii (TBepgicTb, rpaHHHHe Hanpy®eHHa 3pi3y i Me®a мiцнocтi npu ogHoBicHoMy ciucKyBaHHi) 3pa3KiB 3aMopo®eHHx xapnoBux npogyKTiB 6ygo po3po6geHo i peagi3oBaHo cneцiagbнi cucieMH TepMociaiyBaHHa i cra6igi3aail HH3bKoi' TeMnepaiypu.
Pe3y^bTaTH Ta ix o6roBopeHHH
Ha pucyHKy 1 HaBegeHa 3age®HicTb rgu6uHH pi3y b $ige pu6u xeKa, ^o Mae TeMnepaiypy -25 °C Big Bigcia-Hi Mi® ftoro noBepxHero i 3pi3oM conga 3a pi3HHx кoнцe-mpa^ft nEO b Bogi. BugHo, ^o rgu6uHa pi3y b $ige pu6u xeKa gocuTb pi3Ko 3pociae 3i 36igbmeHHaM кoнцe-нтpaцii nEO b BogonogiMepHoMy cipyMeHi i gocarae MaKcuMyMy npu gocarHeHHi geaKoi' onTHMagbHoi' Begu-hhhh. Aga nEO MogeKygapHoi' Macu 3106 onTHMagbHa кoнцeнтpaцiн gopiBHroe 0,15 ^0,20%, a gga MogeKygapHux Mac 4106 i 6 106 - 0,007-0,01% Ta 0,0015-0,0020% BignoBigHo.
200
]vl0~\i
150
A 2
/ / j
( / < 1
/ i
> /
0,001
0,01
clliuhs^o
t = -25oC, APo= 100Mna, do= 0,610"3m, Vn= 2510"3m/c, lo= lonT;
MnEO: 1 - 6106, 2 - 4106, 3 - 3 106 PHC. 1. 3a^e^HicTt r.m6HHH pi3y B PH6H xeKa Big KOH^HTpa^'i nEO y BogonogiMepHoMy CTpyMeHi
AaHi, ^o xapaKTepu3yroTb BngHB BigciaHi Big 3pi3y conga go noBepxHi xapnoBHx npogyKTiB Ha rgu6uHy pi3y, HaBegeHi Ha puc. 2 (gga M'aca cbhhhhh). Bogono-giMepHHft cTpyMiHb MaB кoнцeнтpaцiro nEO, aKa gopiB-HroBaga onTHMagbHift BegnniHi.
то
h,'IO"3M
4
t t ,007%
-i / /J 0.007 V
■J 1
ЛЦ.7
1 1(1 ¿,-10 м 100
t=-7 оС; ДРо=100МПа; do=0,3510-3M ; Vn: 1 и 3 - 10010"3м/с,
2 и 4 - 5010"3м/с; Рис. 2. Залежшсть глибини pi3y водополимерним струменем у м'яс свинини в1д вiдстанi мiж його поверхнею до 3pi3y сопла
Видно, що залежнiсть глибини pi3y h ввд вiдстанi м1ж 3pi30M сопла i поверхнею замороженого харчово-го продукту lo проходить через максимум. Такий характер залежносп h вiд lo зберiгаeться для рiзних умов експерименту, тобто для вах дослвджених нами тис-шв водного розчину ПЕО ДРо , дiаметрiв сопел do i швидкостей перемiщення водополiмерного струменя щодо зразшв заморожених харчових продyктiв Уп . При вщносно малих вiдстанях ввд 0 до 1опт збiльшення глибини рiзy зi зростанням вiдстанi ввд зрiзy сопла до поверхнi замороженого харчового продукту ввдбува-еться, мабуть, внаслвдок того, що процес струмино-формування зак1нчуеться не безпосередньо б™ зрiзy сопла, а на деякш вiдстанi ввд нього, рiвнiй 1опт. При цьому вiдстань 1опт е з ще! точки зору рацюнальною.
Отриманi експериментальнi результати, як1 пока-зують, як змiнюеться безрозмiрна глибина розрiзy h/hmax в заморожених харчових продуктах ввд безроз-мiрноl ввдстат до зрiзy сопла 1o/do описуеться функць ею, що мае максимум у дшянщ безрозмiрно! вiдстанi ввд сопла, яке залежить вiд довжини початково! дшя-нки 1нс (Zapletnikov and Pohrebniak, 2010) водополiме-рного струменя.
Залежшсть 1опт , яка вiдповiдае максимуму на кри-вих h/hmax=f(1o/do), вщ дiаметра сопла do i довжини початково! дшянки 1нс водополiмерного струменя, отримана емпiрично з коефiцiентом варiацi! в межах 10^15% виглядае в безрозмiрномy виглядi наступним чином:
1опт = 1н.с ■ S • 9С , (1)
1 о 2 • е • с1 о
де е - основа натурального логарифму;
В - подовжпш гращент швидкостi у вхвднш дм-нцi сопла;
0С - час релаксаци водного розчину ПЕО.
За В9С<1 початкова дiлянка водополiмерного струменя 1н с дорiвнюе початковш дiлянцi водяного струменя 1н . Формула (1) мае наступн меж1 застосу-
вання: воднi розчини ПЕО повинн задовольняти кри-терiю концентрованосп за Дебаем - • Спэо<1, а
величина пiсля перемножения подовжнього градiента швидкостi у вхвднш областi сопла на час релаксаци 0С водного розчину ПЕО вщповщати умовi -
1 < веС <10.
Збтшення вiдстанi 10 бiльш 1опт, в результатi вза-емодп водополiмерного струменя з повiтрям, призво-дить до поступово! втрати кшетично! енерги струменя, його дiаметр зб№шуеться, а величина осьового динамiчного впливу на зразок харчового продукту зменшуеться, що i призводить до зменшення глибини рiзу. При досягненнi деякого граничного значення вiдстанi ввд зрiзу сопла до поверхнi харчового продукту 1гран процес розрiзання припиняеться.
У таблицi наведено ширину рiзу в замороженому м'ясi за температури -25 °С залежно вiд ввдсташ мiж поверхнею м'яса i зрiзом сопла. Данi таблицi сввдчать, що водополiмерний струмiнь мае кращi, н1ж водяний струмiнь, гiдродинамiчнi характеристики, що i забез-печуе високу продуктившсть за умови високо! якостi поверхш розрiзу в м'ясi.
Таблиця
Вплив вщсташ мiж поверхнею м'яса 1 зр1зом сопла на ширину р1зу водопол1мерним 1 водяним
Робоча рщина Ширина р1зу b для р1зних lo,10 3 м
10 20 40 60 90
Водний розчин ПЕО 0,36 0,37 0,39 0,41 0,45
Вода 0,45 0,50 0,57 0,62 0,77
Так, наприклад, якщо струмiнь води iз заданою продуктивнiстю забезпечуе високояк1сний розрiз у замороженому харчовому продуктi за 10= 1опт, то стру-мiнь водного розчину ПЕО дозволяе одержати зi збе-реженням продуктивностi ту ж глибину розрiзу й таку ж яшсть поверхнi розрiзу на вщсташ в 15 разiв бшь-ший. Це дае можливiсть рiзати не пльки товстiшi шматки харчового продукту, а й розрiзати шматки, конф^ращя яких не дозволяе пiдвести !хт поверхнi безпосередньо до струминоформуючо! гол1вки або одержувати необхiднi технологiчнi параметри за зна-чно менших тисшв.
Дослвдження впливу концентрацп ПЕО на продуктившсть рiзаиня замороженого м'яса при -25 °С водо-полiмерним струменем з тиском витiкання 100 МРа i дiаметром сопла 0,3510-3 м показало, що рацiональна швидшсть рiзу значно зростае зi збшьшенням концентрацп ПЕО у водi й досягае максимуму за деяко! оптимально! величинi СПЕо. Експериментально було отримане значення (яке виходить за меж1 можливостi гидроустановки) пвдвищення рацiонально! швидкостi перемiщення гiдроструменя ввдносно зразка харчового продукту пд час його розрiзання за рахунок добавок у воду ПЕО з молекулярною масою 4' 106.
Експериментально було встановлено, що якщо швидшсть рiзу е бiльшою, шж рацiональне !! значення (^^У^ац), то в процес гiдрорiзання замороженого харчового продукту профшь розрiзу набувае слабо
o
o
виражено1 V-подiбноï форми, а за дуже низько1 швид-KOCTi рiзання (Vn<<Vnp34) мае профiль А-подiбноï форми. Пдрорiзання замороженого харчового продукту з рацюнальною швидкiстю або близькою до рац1-онально1 приводить до формування розрiзу П-подiбноï форми.
Узагальнений аналiз отриманих нами експеримен-тальних даних, що характеризують процес пдростру-минноï водополiмерноï обробки харчових продукпв (фiле риби хека i курки бройлера, м'яса свинини i яловичини) рiзанням з використанням методiв теорп подiбностi й розмiрностi, скейлингу, а також методiв математично1' статистики дозволили отримати розра-хункову залежнiсть в безрозмiрному вигJIядi для ви-значення глибини рiзу h в заморожених харчових продуктах з урахуванням 1'х мiцностi на одновiсне стискування азж, оптимально1' вiдстанi 1опт м1ж
зрiзом сопла i поверхнею харчового продукту, а також гiдравлiчних АРо i режимних параметрiв Vo струменя водного розчину ПЕО, швидкостi перемщення водо-полiмерного струменя Vn i яшсть його формування
lH в такому виглядi:
d о
I
А Ро
l H
,0,75 | . 10"
V п
ß °
(2)
-.еоек .
2 . Q . tg
k 2
dо 2.е.dо А.dк
де е- основа натурального логарифму, k = [т)]0 • Спэо
Вплив молекулярно1' маси ПЕО та його концентра-ци у водополiмерному струменi рiвняння (2) враховуе залежшсть часу релаксацй' 0c = 00ек (00 - час релак-
сацй' за безкiнцевим розведенням) водних розчинiв ПЕО от МПЕО и СПЕО. За ¿0c< 1 початкова дшянка
водополiмерного струменя 1н с дорiвнюе початковiй
дiлянцi водяного струменя h . Формула (2) мае таю
меж! застосування: водш розчини ПЕО повинш задо-вольняти критерiй концентрованостi за Дебаем -Но • Спэо <1, а величина шсля перемноження подовж-
. . 2 • Q • tg ß- . нього градiента швидкосл g =_L. у вхвднш
А • dк
д1лянц1 сопла на час релаксацй 9c водного розчину ПЕО задовольняти умову - 1 < s9c < 10. Важливою особлив1стю р1вняння (2) е те, що воно враховуе якють формування струменя iн c водного розчину
ПЕО за вар1ац1ею СПЕО и МПЕО.
Коеф1ц1ент кореляцiï для р1вняння (2) складае R2 = 0,89, критерш Ф1шера F=195, а критичне його значен-ня за 5% р1внем значимост1 - F0,05=9,3. Коеф1ц1енти у р1внянн1 (2) витримують перев1рку на значим1сть за критер1ем Стьюдента. Коефщ1ент варiацiï експериме-нтальних даних щодо розрахункових склав не б1льше Квар=8,7%. Цим п1дтверджуеться адекватн1сть отри-
мано1 розрахунково1 залежностi експериментальним даним.
Висновки
1. Показана перспективнiсть технологiï пдрорь зання, особливо для розрiзання харчових продукпв заморожених до -25 °С i нижче. Вирiшене важливе шженерне завдання - запропоновано високоефектив-ний пдроструминний водополiмерний спосiб штен-сифшацп процесу обробки харчових продуктiв рiзан-ням.
2. Експериментальнi данi сввдчать про те, що во-дополiмерний струмiнь мае кращi гiдродинамiчнi властивосп, нiж водяний, i тим забезпечуе високу ефективнiсть процесу обробки харчових продукпв рiзанням. Тому використання водополiмерного струменя для розрiзання заморожених харчових продукпв найдоцшьшше.
3. Використання розчину ПЕО як робочо1 рвдини вимагае подальшого дослвдження процесу взаемодп пдроструменя з замороженими харчовими продуктами та оптимiзацiï параметрiв, пов'язаних з конструк-тивними особливостями струминоформуючоï голiвки гiдрорiжучого устаткування та молекулярно-концентрацiйними характеристиками полiмерного розчину.
Бiблiографiчнi посилання
Zapletnikov, I.M., Pohrebniak, A.V. (2013). Innovatsiini pidkhody do polipshennia ekspluatatsiinykh kharakterystyk obladnannia kharchovykh vyrobnytstv. Donetsk: Noulidzh (in Ukrainian). Salenko, O.F., Strutynskyi, V.B., Zahirniak, M.V. (2005). Efektyvne hidrorizannia. Kremenchuh: KDPU (in Ukrainian).
Zajakin, S.A. (2003). Rezat' vodoj // Oborudovanie, 8, 43,
55. (in Russian). Pogrebnjak, A.V. (2008). Vysokojeffektivnoe gidrorezanie tverdyh pishhevyh produktov i materialov. Upravlenie reologicheskimi svojstvami pishhevyh produktov. M.: Moskovskij gos. un-t pishh. Proizvodstv, 173-179 (in Russian). Pohrebniak, A.V., Perkun, I.V. (2013). Fizychnyi mekhanizm hidrostrumennoho rozrizannia kharchovykh produktiv hlybokoho zamorozhennia ta yakist rozrizu. Prohresyvni tekhnika ta tekhnolohii kharchovykh vyrobnytstv restorannoho hospodarstva i torhivli. Kharkiv: Khark. derzh. un-t kharchuvannia ta torhivli. 1(17), 1, 196-202 (in Ukrainian). Pogrebnyak, A.V., Ivanyuta, Yu.F. (2015). Structure formation in polyethyleneoxide solution streaming through jet-shaping head while cutting foodstuffs. Scientific journal NRU ITMO Series: Processes and equipment for food production. 1(23), 138-141. Deynichenko, G.V., Pogrebnyak, A. V., Ivanyuta, Yu.F. (2015). The nature of increased cutting ability of a polyethylene oxide solution jet while processing food products. Scientific journal NRU ITMO Series: Processes and equipment for food production. 3(25), 6-13.
0,25
l
I
a
Pogrebnyak, A.V., Deynichenko, G.V. (2016). Research of the process of hydrocutting food products. Scientific journal NRU ITMO Series: Processes and equipment for food production. 3(29), 48-62.
Pogrebnjak, A.V. (2014). Priroda uvelichenija rezhushhej sposobnosti vodopolimernoj strui pri obrabotke pishhevyh produktov. Materialy 27 Mezhdunarodnogo Simpoziuma po relogii. M.: In-t neftehim. sinteza im. A.V. Topchieva RAN, 151-152 (in Russian).
Pogrebnyak, A.V., Ivanyuta, Yu.F. (2014). Peculiarities of polyethyleneoxide solution streaming through jet-shaping head while cutting foodstuffs. Obladnannia ta
tekhnolohii kharchovykh vyrobnytstv. Donetsk: Donets. nats. un-t ekonomiky i torhivli imeni Mykhaila Tuhan-Baranovskoho. 32, 50-59 (in Ukrainian).
Zapletnikov, I.M., Pohrebniak, A.V. (2010). Struktura i dynamika strumenia hidrorizky. Pratsi Tavriiskoho derzhavnoho ahrotekhnolohichnoho universytetu. 10, 3-13 (in Ukrainian).
Cmammn nadiumm do peda^ii 21.03.2017
