CC BY
13
Information about the authors
Bashilov Aleksey Mihailovich - Doctor of Technical Sciences, professor, Moscow Aviation Institute (National Research University), MAI (Moscow, Russian Federation). Phone: +7-926-114-92-84. E-mail: bashilov@inbox.ru.
Korolev Vladimir Aleksandrovich - Candidate of Technical Sciences, associate professor, Moscow Aviation Institute (National Research University), MAI (Moscow, Russian Federation). Phone: +7-903-280-71-38. E-mail: vieshvk@yandex.ru.
Taranov Mikhail Alexeevich - Corresponding Member of the Russian Academy Sciences, Doctor of Technical Sciences, professor of the Operation of power installations and electrical machines department, Azov-Black Sea Engineering Institute - branch of FSBEI HE «Don State Agrarian University» in Zernograd (Rostov region, Russian Federation). Phone: 8(86359) 34-8-85. E-mail: expl_el_mach@achgaa.ru.
Gulyaev Pavel Vladimirovich - Candidate of Technical Sciences, associate professor of the the Operation of power installations and electrical machines department, Azov-Black Sea Engineering Institute - branch of FSBEI HE «Don State Agrarian University» in Zernograd (Rostov region, Russian Federation). Phone: 8(86359) 34-8-85. E-mail: expl_el_mach@achgaa.ru.
Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Conflict of interest. The authors declare no conflict of interest.
УДК 637.125
ОСНОВНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ПАСТЕРИЗАЦИИ МОЛОКА С ПОМОЩЬЮ ГИДРОДИНАМИЧЕСКОГО НАГРЕВАТЕЛЯ
© 2020 г. И.Н. Краснов, А.Ю. Краснова, В.В. Мирошникова, А.Н. Глобин
Применительно к хозяйствам поселений, семейным фермам и фермам малых хозяйств, в которых в настоящее время производится значительное количество молока в большинстве стран мира, показана целесообразность производства среди операций его первичной обработки пастеризации молока непосредственно на ферме или в специальном молокоприёмном пункте, организуемом молочным заводом. Установлена перспективность использования для этого малогабаритных пастеризационных установок, оборудованных гидродинамическими нагревателями, повышающих сроки хранения молока перед реализацией потребителю. Получен ряд зависимостей, которые описывают технологию пастеризации молока в установке на основе гидродинамического нагревателя. Дан анализ процесса нагрева молока гидродинамическим воздействием на него в условиях постоянного смешивания нагретым до температуры пастеризации молока при высоком тепловом КПД. Получены расчётные зависимости для определения основных параметров такого нагревателя исследуемой установки для пастеризации молока: необходимого расхода тепла на пастеризацию молока; секундной производительности тепла гидродинамическим нагревателем; закономерностей теплопередачи через стенку корпуса нагревателя в атмосферу; температуры нагрева его наружной стенки; теплового КПД гидродинамического нагревателя; критерия пастеризации молока; долей, вносимых в него нагревателем, выдерживателем и регенератором пастеризационной установки; времени тепловой обработки молока в выдерживателе; вместимости выдерживателя и других показателей. Установлено, что в конструкции гидродинамического нагревателя необходимо использовать утепление не только корпуса нагревателя, но и регенератора пастеризационной установки. Установки такого типа имеют меньшие габариты, более компактны и просты в диссипации энергии вращения ротора в тепловую при нагреве молока до температуры пастеризации, имеют сравнительно высокий тепловой КПД.
Ключевые слова: молоко, пастеризация, гидродинамический нагреватель, выдерживатель, регенератор, охладитель.
BASIC REGULARITIES OF MILK PASTEURIZATION USING A HYDRODYNAMIC HEATER © 2020 I.N. Krasnov, A.Yu. Krasnova, V.V. Miroschnikova, A.N. Globin
Relating to the farms of settlements, family farms and small farms, which currently produce a significant amount of milk in most countries of the world, it is shown the expediency of milk production directly on the farm or in a special milk collection point, organized by dairy farm. It has been concluded that it is future-proof to use small-sized pasteurization units equipped with hydro-dynamic heaters for this, increasing the storage time of milk before being sold to the consumer. A number of dependencies have been obtained that describe the technology of milk pasteurization in an installation based on a hydrodynamic heater. The analysis of milk heating process by hydrodynamic action on it under conditions of constant mixing with milk heated to pasteurization temperature with high thermal efficiency is given. Calculated dependencies were obtained to determine the main parameters of such a heater of the studied installation for milk pasteurization: the required heat consumption for milk pasteurization; second heat output by hydrodynamic heater; patterns of heat transfer through the wall of the heater body to the atmosphere; heating temperature of its outer wall; thermal efficiency of hydrodynamic heater; milk pasteurization criterion; the shares carried into it by the heater, holding and regenerator of the pasteurization unit; time of heat treatment of milk in a holding tank; holding capacity and other indicators. It was found that in the design of a hydrodynamic heater, it is necessary to use insulation not only of the heater body, but also of the pasteurization unit's regenerator. Installations of this type have smaller dimensions, are more com-
pact and easy to dissipate the rotor rotation energy into heat when milk is heated to the pasteurization temperature, and have a relatively high thermal efficiency.
Keywords: milk, pasteurization, hydrodynamic heater, holding, regenerator, cooler.
Введение. Вопросы заготовки молока от населения и ферм небольших хозяйств в последние годы стали весьма актуальными. Здесь производится значительная часть молока, и для приёма его молочные заводы организуют специальные сельские молокоприёмные пункты. Это вызывает необходимость более тщательной его обработки, включая пастеризацию на месте производства до сдачи на молзавод или для торговой реализации [1, 2, 3].
Тепловая обработка молока и ряда других молочных продуктов путём пастеризации распространена во всех странах мира. Этим повышают сроки хранения их перед реализацией потребителю. Процессы же пастеризации с использованием серийных пастеризационных установок осуществляются косвенным нагревом молока промежуточными носителями тепла, такими как нагретые жидкости или их пары. В аппаратах и устройствах прямого теплового
воздействия на молочные продукты большой интерес для малых ферм представляют пастеризационные установки с тепловым воздействием на молоко с помощью гидродинамических нагревателей (ГДН). Установки такого типа имеют меньшие габариты, они более компактны и просты в диссипации энергии вращения ротора в тепловую при нагреве молока до температуры пастеризации, имея сравнительно высокий тепловой КПД [4, 5].
Экспериментальные установки и методы исследований. На рисунке 1 представлена общая схема установки для пастеризации молока с помощью ГДН. Кроме нагревателя гидродинамического типа 1 в её составе находятся выдерживатель 4, пластинчатый теплообменник, насос 7 в линии подачи молока на тепловую обработку и насос 12 для охлаждающей воды.
1 - нагреватель; 2, 3 и 5 - краны; 4 - молочный выдерживатель; 6 - бак приёма молока; 7 и 12 - насосы; 8 - автоклапан; 9 и 10 - регенератор и охладитель молока; 11 - бак для воды; 13 - ёмкость для пастеризованного молока Рисунок 1 - Схемное решение пастеризационной установки на базе ГДН
На рисунке 2 представлена схема нагревателя молока [6] в составе исследуемой пастеризационной установки, в основу которого положен принцип гидродинамического воздействия на него. Конструкция его предусматривает установку в корпусе 4 с определённым зазором ротора 5. В зазоре между ними с необходимым шагом сделан ряд сквозных отверстий 3 с образованием своеобразных полуячеек на внутренней поверхности корпуса и наружной ротора. Со-
седние полуячейки изготовлены с образованием между ними перегородок в виде своеобразных лопаток, а сами ячейки 3 соединены сверлениями 7 с расточкой 1 в роторе. С боков нагреватель закрывают крышки, причём в одной имеется отверстие 9 для ввода молока в ГДН и патрубок 8 в районе ячей для вывода нагретого до температуры пастеризации молока, а в другой - выходное отверстие для вала 6 привода ГДН.
4
1 - расточка ротора; 2 - теплоизоляционный слой; 3 - ячейка; 4 и 5 - корпус и ротор ГДН; 6 - вал приводной; 7 - канал радиальный; 8 и 9 - отверстие для подачи молока и выводной патрубок Рисунок 2 - Нагреватель гидродинамический
На работающей установке насосом 7 молоко подаётся из бака 6 сначала в регенератор 9, где оно подвергается подогреву в контакте с потоком горячего молока, подаваемого после выдерживателя 4 установки. Предварительно подогретое таким образом молоко по каналам 7 поступает (рисунок 2) непосредственно в ячейки 3 ротора 5 ГДН. Вращаясь, ротор производит на молоко в ячеях механическое воздействие лопатками, вызывая турбулизацию его потока. Благодаря внутреннему трению динамическая энергия ротора преобразуется при этом в энергию тепла для нагрева молока. Из ГДН нагретое молоко под напором поступает далее в выдер-живатель 4, некоторое время выдерживается в нём и подаётся, наконец, на охлаждение в регенератор 9 с помощью холодного молока и артезианской воды.
Анализ результатов исследований. С учётом разности температуры пастеризации ^ молока и начальной его температуры Ь расход тепла в нагревателе будет определяться зависимостью
е = а• С• (гп -гн)• (1 -8), (1) где в - производительность ГДН, кг/с; с - теплоемкость (удельная) молока, Дж/(кг-К);
8- доля регенерации тепла в исследуемой установке.
По этой зависимости теплопроизводи-тельность исследуемого нагревателя снижается по мере повышения коэффициента 8, характеризующего регенерацию тепла в установке для пастеризации молока. Это вызывает, с одной
стороны, уменьшение материальных затрат на ГДН, но значительное повышение затрат, с другой стороны,по регенерации тепла.
По полученным Э.С. Ашуралиевым данным теплопроизводительность ГДН (секундная) находится в функции диаметра О и частоты вращения а ротора:
е = (Ь - а • •р• Въ •а3, (2)
где Ь и а - константы варьирования коэффициента мощности в пределах температур t молока (в °С), для расчётов рекомендовано Ь = 0,01, а а = 0,00008.
Использование уравнений (1) и (2) обеспечивает определение основных рабочих параметров ГДН необходимой теплопроизводитель-ности установки.
В рассматриваемом нагревателе поток тепла к молоку в ячее распространяется к корпусу (к периферии) и нагревает его менее интенсивно, чем молоко, что существенно отличает его от серийных паровых пастеризаторов [7, 8] (рисунок 3).
В ячейке ГДН, где образовано турбулентное ядро, молоко нагревается до установленной температуры пастеризации его и При этом поток тепла распространяется через пограничный пристенный у ячейки слой толщиной 8, стенку в корпусе ГДН, имеющем толщину А, в наружный окружающий воздух, нагревая его до температуры tв. Допустив с ошибкой до 1% [4], что температуры на внутренней t2 и внешней и сторонах корпуса нагревателя примерно равны t2 = и = ^т, получим для:
Молоко
Рисунок 3 - Схема к расчёту теплопередачи через стенку корпуса ГДН
- теплопотерь в окружающий воздух
б = Ра1(гст - г.) ■ 2; (3)
- передачи тепла к корпусу от горячего мо-
лока
б = Ра2{гп - гст) ■2
(4)
где Г - площадь внутренней поверхности ГДН, омываемой молоком м2; а1 и а.2 - коэффициенты, учитывающие отдачу тепла от корпуса ГДН в воздух и от пристенного слоя молока в его корпус;
г - затраты времени на пастеризацию молока, с.
Приравняв (3) к (4), получим формулу для определения температуры нагрева наружной поверхности корпуса ГДН:
г =
а, г +а, г
1 в 2 п
а+а2
(5)
По этому выражению температура поверхности корпуса ГДН достаточно высока и может уменьшиться в сравнении с температурой пастеризации молока только на 6-9 градусов. Пристенный (пограничный) слой, имея толщину 8, обладает тепловым сопротивлением 8/Асл, которое в разы превышает сопротивление
стенки корпуса в нагревателе А/А* (где Лсл и А* - теплопроводности указанных слоя и корпуса). Поэтому для границы контакта турбулентного ядра с пограничным слоем
1 8 1 + —, (6)
а
А
а
где агр - величина коэффициента отдачи тепла от ядра к рассматриваемому пристенному слою.
По выражению (6) с повышением скорости потока молока толщина его слоя у стенки корпуса снижается, а температура корпуса, наоборот, повышается, что способствует лучшему нагреву молока в этом слое и созданию достаточных условий для подавления вредной микрофлоры. Характерным недостатком при этом является увеличение потерь тепла в воздух, из-за чего возникает необходимость теплоизоляции ГДН. Для расчёта этих потерь тепла получено уравнение
б.
р а 1а 2
а +а2
(г - г ).
\ п в /
(7)
Следовательно, тепловой КПД нагревателя определится выражением
л =
' т
(Ь - аг)рв5ю3 - Р(а,а ■ к)(гп - О
(Ь - аг)рВ5ю3
(8)
в котором к
а +а2
По нашим исследованиям [9, 10] тепловой КПД гидродинамического нагревателя в составе пастеризационной установки на 0,95 ниже, что
значительно превышает КПД в серийных паровых пастеризационных установках [8].
Для оценки полноты завершенности пастеризации молока используется в науке и практике критерий Ра Пастера [7]. Он безразмерен и представляется отношением времени действительного воздействия температуры Тф
1
на молоко при пастеризации к достаточному Тп для завершения этого процесса:
Р,
(9)
На рисунке 4 дан график изменения температуры молока в различных аппаратах установки для тепловой обработки молока. По этому графику молоко подаётся при её работе в регенератор (III зона), и его температура увеличивается до tp, после чего оно нагревается в ГДН (I зона) до температуры пастеризации tn, выдерживается (II зона) при ней за время Твыд и горячим входит в пластинчатый регенератор (снова III зона). В регенераторе оно подвергается охлаждению в контакте с потоками встречного холодного молока до tK, а затем холодной воды в охладителе.
Возможная для пастеризации минимальная температура нагрева молока т обозначена на рисунке прямой Ай, зона выше неё представляет область уверенного подавления микробов. В эффекте пастеризации участвуют аппараты установки, в пределах зон с температурой от т до и и далее до точки й графика по рисунку 4. Зоны аппаратов ниже пунктирной прямой Ай не имеют отношения к расчёту величины критерия Ра и никакого участия в уничтожении микробов в молоке не принимают. Поэтому для установки с использованием ГДН условием полной пастеризации молока будет:
Ра = Ра/+ Ран + Раш>1, (10)
где РаI, Ран и Раш - эффекты частичной пастеризации молока в ГДН, выдерживателе и регенераторе пастеризационной установки.
Рисунок 4 - Схемное представление пастеризации молока
Обычно температура молока линейно зависит от площади пластин секции охлаждения регенератора, тогда:
t -1
п_
t -1
F' _ р
F
(11)
где I и тп - текущая и минимальная тп (не более 60 °С) температуры молока в регенераторе;
Рр'и Рр - площади пластин регенератора с изменением температуры молока соответственно от и до t и от и до т.
Время нахождения молока в таком регенераторе тоже пропорционально указанным площадям Р:
t п -1
t -1 п min
T
р
Т
где Тр и Тор - продолжительности процесса пастеризации молока в соответствии с площадями Рр' и Рр.
Отсюда dTp = -
dt
t - t 1п min
• Т .
ор
При температуре t нагрева молока длительность его выдержки Тп для полного уничтожения в нём микрофлоры в соответствии с [8] должна быть IпТп =а-рг. По нему
Т
ea-ßt, а 1
T
e
-a+ß
Тогда регенератор вносит в критерий пастеризации молока:
.dT
Pa = f —^
111 J dT
ор
T
ор
t -1
1_ ß
e
-a+ß
Решением этого выражения для Раш = 1 получим зависимость времени тепловой обра-
t
п
t
mm
ботки молока при пастеризации за счёт только регенератора:
Тор = Оп - 1шп)Р--(12)
Ра,
е
г -г
-а+р
п тгп
(13)
г - г
п к
Длительность выдержки молока получим, используя ранее известное выражение [7, 8]:
Т
е
а-р
(14)
Тогда доля, вносимая в критерий Ра вы-держивателем за время Твыд, будет:
Т
Ра„ = ■ выд
Т
выд
Т
а-р 1п
(15)
Далее можно определить и вносимую ГДН долю в критерий Ра, представив теплопро-изводительность его аналогично известным гидродинамическим дисковым устройствам [6]:
Ь
е =\рБ5а3-^, (16) г м 0,04
где Лм и Ьр - коэффициент мощности и ширина ротора в м.
По выражению (2) коэффициент мощности ГДН Лм имеет прямую зависимость от вязкости и температуры молока Ли = Ь - аг, и тепловой баланс ГДН можно представить в виде дифференциального уравнения
ЫсЖ + dFk(tn - гв) = (Ь - аг )рВ,
(17)
где М и с - масса и теплоёмкость (удельная) молока;
tв - температура окружающего воздуха; Г и к - площадь поверхности и коэффициент отдачи тепла от нагревателя в этот воздух; В = О5 а3.
Но в пастеризации молока участвует только часть Во общей мощности ГДН в соот-
ветствии с температурами пастеризации от 60 °С до П что представлено следующим уравнением:
<18>
Ь - аг
dт = МЛ. Т
Вр
По нему определена и доля, вносимая ГДН в критерий Ра:
Ра, =
dT Мелп
гат • Т
ВоР
• Т„_ е
-а+рг
dt
Ь - а
Заменой Ьа = у, а затем введением но-
х = Ь/ • у
вой переменной а получим для доли ГДН в Ра:
где
Ра, = АТ I]?*
I оп J
(19)
(20)
а 7 х
, Мел -
А =-и • е
В0 Р
; 21 = -Ь{ь - а • 60° 112 =-~(Ь - а • гп )■ а а
Ь
Далее для длительности процесса пастеризации лишь за счёт ГДН (при Ра1 =1) разложением в ряд выражения (20) получим:
т.. = Ь-•-_1_- (21)
2 3
, х х
1пх + х +---1---+ ■■
4 18
Определение доли Ра, приходящейся на ГДН и регенератор, позволяет найти далее необходимую длительность пребывания молока непосредственно в выдерживателе установки:
Теыд > (1 -Ра1 -Раш)еа-Р,с
(22)
г
а
60
а
е
х
60
По ней вместимость выдерживателя будет равна:
МТвыд
V
выд
>
, (23)
3600
где М - проектная подача молока в установку для его пастеризации, м3/ч.
Это позволяет производить необходимые расчеты основных параметров проектируемых устойств для пастеризации молока.
Выводы. Получен ряд зависимостей, описывающих технологию пастеризации молока в установке на основе гидродинамического нагревателя. По данным их анализа работа ГДН пастеризационной установки происходит в условиях постоянного смешивания подаваемого на тепловую обработку молока с находящимся в ГДН нагретым до температуры пастеризации молоком при высоком тепловом КПД. Это представляет одно из существенных отличий его от известных прямоточных и противоточных установок с промежуточным теплоносителем.
Литература
1. Innovative livestock production technology / A.B. Baragunov, I.A. Savvateeva, S.H. Kushaev, A.A. Kuma-khov, Z.R. Kudaev // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. conference proceedings. Krasnoyarsk Science and Technology City Hall of the Russian Union of Scientific and Engineering Associations. - Krasnoyarsk, 2020.
2. Барагунов, А.Б. Пути совершенствования технологии молокопроизводства в условиях горного хозяйствования / А.Б. Барагунов // Вестник Башкирского государственного аграрного университета. - 2020. - № 2 (54). - С. 50-55.
3. Байрамов, Т.Х.О. Изучение перспективных методов пастеризации молока для фермерского хозяйства / Т.Х.О. Байрамов // Аграрный научный журнал. - 2020. -№ 6. - С. 76-80.
4. А. с. 1324620 СССР, МКИ4 А23 С 3/033 Устройство для нагрева жидкости / Заушицин В.Е., Фомин В.И., Фаянс Ю.А., Проценко Г.И., Кривцов Л.Н., Мучник М.И. -№ 3857459/30-13; зявл. 28.02.85; опубл. 23.07.87, Бюл. № 27. - С. 7.
5. Krasnov, I.N. The roles of milking motives in cows' milk discharging / Ivan N. Krasnov, Aleksandra Yu. Krasnova, Valentina V. Miroshnikova // EurAsian Journal of BioSciences Eurasia J Biosci. - 2018. - № 12. - Р. 83-87.
6. Алексопольский, Д.Я. Гидродинамические передачи / Д.Я. Алексопольский. - Москва: Машгиз, 1963. -271 с.
7. Кук, Г.А. Пастеризация молока / Г.А. Кук. -Москва: Пищепромиздат, 1951. - 239 с.
8. Кук, Г.А. Процессы и аппараты молочной промышленности. Т. I / Г.А. Кук. - Москва: Пищепромиздат, 1955. - 472 с.
9. Краснов, И.Н. Малая молочная ферма модульного типа / И.Н. Краснов, В.В. Мирошникова // Сельский механизатор. - 2012. - № 2. - С. 45-50.
10. Молокоприёмные и молокоперерабатывающие пункты / В.И. Трухачев, И.Н. Краснов, И.В. Капустин, В.И. Будков, А.Ю. Краснова, Е.И. Капустина. - Ставрополь: АГРУС, 2013. - 312 с.
References
1. Baragunov A.B., Savvateeva I.A., Kushaev S.H., Kumakhov A.A., Kudaev Z.R. Innovative livestock production technology [Innovative livestock production technologies], IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. conference proceedings. Krasnoyarsk Science and Technology City Hall of the Russian Union of Scientific and Engineering Associations, Krasnoyarsk, 2020.
2. Baragunov A.B. Puti sovershenstvovaniya tekhnologii molokoproizvodstva v usloviyakh gornogo kho-zyaystvovaniya [Ways of improving milk production technology in mining conditions], Vestnik Bashkirskogo gosudarstven-nogo agrarnogo universiteta, 2020, No 2 (54), pp. 50-55. (In Russian)
3. Bayramov T.X.O. Izuchenie perspektivnykh meto-dov pasterizatsii moloka dlya fermerskogo khozyaystva [Research of prospective methods of milk pasteurization for the farm], Agrarnyy nauchnyy zhurnal, 2020, No 6, рр. 76-80. (In Russian)
4. Zaushicin V.E., Fomin V.I., Fayans Yu.A., Procen-ko G.I., Krivczov L.N., Muchnik M.I. A. s. 1324620 SSSR, MKI4 A23 S 3/033. Ustroystvo dlya nagreva zhidkosti [Liquid heating device], No 3857459/30-13, zyavl. 28.02.85, opubl. 23.07.87, Byul. No 27, p. 7. (In Russian)
5. Krasnov I.N. Krasnova A.Yu., Miroshnikova V.V. The roles of milking motives in cows' milk discharging. EurAsian Journal of Biosciences Eurasia J Biosci, 2018, No 12, pp. 83-87.
6. Aleksopol'skiy D.Ya. Gidrodinamicheskie peredachi [Hydrodynamic transmission], Moskva: Mashgiz, 1963, 271 p. (In Russian)
7. Kuk G.A. Pasterizaciya moloka [Milk pasteurization], Moskva: Pishhepromizdat, 1951, 239 p. (In Russian)
8. Kuk G.A. Processy i apparaty molochnoj promysh-lennosti [Dairy processes and apparatus], T. I, Moskva: Pishhepromizdat, 1955, 472 p. (In Russian)
9. Krasnov I.N., Miroshnikova V.V. Malaya moloch-naya ferma modul'nogo tipa [Small modular dairy farm], Sel'skiy mekhanizator, 2012, No 2, pp. 45-50. (In Russian)
10. Trukhachyov V.I., Krasnov I.N., Kapustin I.V., Budkov V.I., Krasnova A.Yu., Kapustina E.I. Molokopriyom-nye i molokopererabatyvayushhie punkty [Milk reception and milk processing stations], Stavropol': AGRUS, 2013, 312 p. (In Russian)
Сведения об авторах
Краснов Иван Николаевич - доктор технических наук, профессор кафедры «Технологии и средства механизации агропромышленного комплекса», Азово-Черноморский инженерный институт - филиал ФГБОУ ВО «Донской государственный аграрный университет» г. Зернограде (Ростовская область, Российская Федерация).
Краснова Александра Юрьевна - кандидат технических наук, доцент кафедры «Технический сервис в АПК», Азово-Черноморский инженерный институт - филиал ФГБОУ ВО «Донской государственный аграрный университет» в г. Зернограде (Ростовская область, Российская Федерация). E-mail: krasnov1310@rambler.ru.
Мирошникова Валентина Викторовна - кандидат технических наук, главный специалист по научно-исследовательской работе дирекции Азово-Черноморского инженерного института - филиала ФГБОУ ВО «Донской государственный аграрный университет» в г. Зернограде (Ростовская область, Российская Федерация).
Глобин Андрей Николаевич - доктор технических наук, доцент, профессор кафедры «Технологии и средства механизации АПК», Азово-Черноморский инженерный институт - филиал ФГБОУ ВО «Донской государственный аграрный университет» в г. Зернограде (Ростовская область, Российская Федерация). Тел.: +7-909-400-61-33. E-mail: globin_andn@rambler.ru.
Information about the authors
Krasnov Ivan Nikolaevich - Doctor of Technical Sciences, professor of Technologies and means of mechanization of the agro-industrial complex, Azov-Black Sea Engineering Institute - branch of FSBEI HE «Don State Agrarian University» in Zernograd (Rostov region, Russian Federation).
Krasnova Alexandra Yuryevna - Candidate of Technical Sciences, associate professor of the Technical service in the agro-industrial complex department, Azov-Black Sea Engineering Institute - branch of FSBEI HE «Don State Agrarian University» in Zernograd (Rostov region, Russian Federation). E-mail: krasnov1310@rambler.ru.
Miroshnikova Valentina Viktorovna - Candidate of Technical Sciences, chief research specialist of the directorate, Azov-Black Sea Engineering Institute - branch of FSBEI HE «Don State Agrarian University» in Zernograd (Rostov region, Russian Federation).
Globin Andrey Nikolaevich - Doctor of Technical Sciences, associate professor, professor of the Technologies and means of mechanization of agroindustrial complex department, Azov-Black Sea Engineering Institute - branch of FSBEI HE «Don State Agrarian University» in Zernograd (Rostov region, Russian Federation). Phone: +7-909-400-61-33. E-mail: globin_andn@rambler.ru.
Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Conflict of interest. The authors declare no conflict of interest.
УДК 631.437.213
ВЛИЯНИЕ ЧАСТОТЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО СИГНАЛА НА ИЗМЕРЯЕМОЕ УДЕЛЬНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ ПРИ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКОМ ПОДХОДЕ ОЦЕНКИ СВОЙСТВ ПОЧВ ГУМИДНОЙ ЗОНЫ
© 2020 г. М.В. Левшин
Современным трендом в области производства растениеводческой продукции признано точное земледелие. Его базисом является внесение удобрений в зависимости от пестроты почвенного плодородия. С целью агрохимической оценки, отвечающей требованиям экономичности и экспрессности, необходима разработка высокоточных методов анализа. Современный электрофизический метод, основанный на электрическом сопротивлении, в почвенно-аналитической практике получил широкое распространение. Он зарекомендовал себя как удобный и экспрессный способ получения комплексной характеристики свойств почв. Общеизвестно, что в зоне преобладания аридных почв активно используется электрическое сопротивление и обратное ему - электропроводность - для оценки степени засоления. Эффективное применение метода в гумидных зонах возможно только после оценки величины отдельных почвенных свойств на сопротивление индивидуально и в совокупности. Установлено, что для эффективного применения электрофизического метода оценки свойств почв гумидной зоны способом переменного электрического поля, необходимо учитывать влияние частоты электрического сигнала. Выявлено различное влияние этого фактора на полученные значения удельного электрического сопротивления на примере черноземов обыкновенных, черноземов солонцеватых и дерново-подзолистых типах почв. Произведена оценка влияния частоты подаваемого сигнала на измеренное удельное электрическое сопротивление при разных уровнях влажности. При повышении частоты в диапазоне влажности 4-20% для черноземов обыкновенных, черноземов солонцеватых и для дерново-подзолистых в диапазоне 4-16% удельное сопротивление уменьшается. В диапазоне влажности 20-32% и 16-32%, соответственно типам почв, происходит насыщение почвы влагой, в результате сопротивление практически не зависит от частоты.
Ключевые слова: удельное электрическое сопротивление, частота переменного электрического поля, гумидная зона, электрофизический метод оценки свойств почвы.
