CC BY
45
Снижение усушки замороженного
мяса при длительном хранении
Б.С. Бабакин, доктор техн. наук, МГУ прикладной биотехнологии
А.Г. Белозеров, ГНУ ВНИИ холодильной промышленности Россельхозакадемии
В статье рассмотрен механизм теплообмена внутри холодильных камер хранения замороженного мяса. Определена величина лучистой составляющей теплообмена и установлено ее влияние на усушку замороженной неупакованной продукции. Предложен метод по снижению лучистой составляющей за счет применения теплоотражающих покрытий с низкой степенью черноты, и, как следствие, сокращение потерь от усушки.
^ Мясо - ценная, дорогостоящая продукция, и снижение •"терь "т естественной убыли при ег" хранении является определяющим фактором %обосновании технологических режимов > олодильной обработки и хранения, расчете ограждающих конструкций >"'"-дильных камер и применяемог" > олодильного оборудования.
Усушка зависит "т многих факторов:
• характеристик продукции -вид, упитанность и возраст убойных животных, доля влаги и жира в продукте;
• организации хранения - наличие и тип упаковки, • '" тность укладки, грузооборот камеры, степень загрузки камеры;
• внешних факторов - климатическая зона размещения >"'"-дильника, период < ода, температура окружающей среды, влажность окружающего воздуха;
• технологических режимов -продолжительность процесса хранения, температура продукта, температура и влажность воздуха % камере, скорость воздуха и кратность его циркуляции;
• теплотехнических характеристик камер - коэффициент теплопередачи ограждений, поверхность приборов "хлаждения, -•"-"£ проникновения теплоты %камеру, ее передача и "твод приборами "> -лаждения.
В целях сокращения •"терь "т усушки необ> одимо применить комплек- инженерно-технических и технологических мероприятий, к к"торым "тносятся: снижение температуры воздуха % > олодиль-
ных камерах, повышение ег влажности, применение высокоэффективных теплоизоляционных конструкций, создание и применение "хлаждающих систем осуществляющих выработку > олода при наименьшем температурном напоре в камере.
Движущей силой массообмена при хранении замороженног" мяса является разность влагосодержания воздуха ^говерхности туши и %ядре •"тока воздуха. При эт"" воздух следует рассматривать как хладоно-ситель между теплоограждающими конструкциями камер, продукт"" и приборами охлаждения.
Считается, чт" усушка "тсут-ствует при 100% влажности воздуха %окамере. Однак" практика показывает, чт" и % эт"" случае "" жет проис> одить усушка, если "тсутствуют изотермические-'"вия внутри > олодильной камеры. В реальных условиях вследствие теп-лоприток"%из окружающей среды внутренние поверхности стен и •"толка камер могут иметь температуру выше температур воздуха и продукта. Эт" приводит к возникновению •"т"к"%0 радиационной теплоты "т стен к продукту, повышению температуры поверхности замороженног" груза, повышению температуры воздуха ок"'" повер>-ности и, следовательно, снижению ег" "тносительной влажности. Эт"т механизм "^ъясняет причину усушки, к"торая наблюдается даже при 100% влажности воздуха %жа-мере. Кроме т"<", температурные поля неоднородны как •" периметру, так и •" высоте стен. По результатам обследований, проведен-
ных ВНИХИ, различие температур •" высоте стенки камеры %агеплое время < ода "" жет достигать 4 градусов. Эти неоднородности являются дополнительным источник"" усушки продукта.
При анализе тепловых процес--"%о,протекающих %камере, "> -лаждаемое помещение рассматривается как тепловой "^ъект, подверженный внешним и внутренним тепловым возмущениям. Объективной оценкой так"<" -'" жног" воздействия служат значения температуры воздуха %ока-мере и температуры продукта. При длительном хранении "-'"%-ной теплоприток % камеру проис-
> одит через ограждающие конструкции, так как данная технология хранения практически исключает эксплуатационные теплопотери "т "ткрывания дверей, освещения, пребывания людей %асамере и т.д.
Внешние теплопритоки -"'%о
лены разностью температур окру-жающег" воздуха и помещения камеры, а также солнечной радиацией. Максимальные значения тепловог" •"тока через ограждающие конструкции возникают % жаркие месяцы и зависят "т < е"-графическ"<" •"'" жения. Величина теплоприток"% ,а также ее суточные колебания зависят "т толщины, качества и тепловой инерционности изоляции. По данным [1] теплопритоки %камеры
> олодильника, расположенные на верхних этажах, достигают значений до 25-35 Вт/м2, а для камер средних этажей до 13,5 Вт/м2.
Целью проведенных исследований является изучение механизма теплопередачи и массо-переноса % > олодильной камере при длительном хранении замороженног" неупакованног" мяса. На рис. 1 показаны основные источники теплоты, проникающей %ка-меру и механизм ее переноса.
CP
ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ / Для сокращения потерь сырья
Внутри камеры теплота "т стенки передается воздуху как хла-доносителю, и через нег" к приборам "хлаждения конвекцией -(от-возд, О£"%п.о.), а также лучеиспусканием к более > олодным • " верхностям - продукту и приборам "хлаждения - (ОсТпр., ОсТ-.л), из-за малог" значения "тношения •'" щадей стенки и приборов "хлаждения »"т"к"" лучистой энергии "т стенки и "т продукта к источнику > олода можно пренебречь.
Природа конвективной и лучистой составляющей различна. Характерной особенностью излучаемой энергии является т", чт" %о "тличие "т других видов передачи теплоты здесь нет необ> одимости %передающем промежуточном веществе, даже наоборот, скорость распространения волны % вакууме максимальна. Теплота передается "т одной поверхности к другой, не • "-вышая при эт"" температуры воздуха.
В рассматриваемом случае • "-верхностями, участвующими %теп-лообмене, являются стенка камеры и поверхность продукта. Таким разом, теплота, проникшая %ка-меру, "тводится конвекцией частично "т стен и частично "т продукции, к к"торой передалась '—-чеиспусканием от стен камеры.
В существующей практике применяются другие подходы. У проектировщик"%принят" считать, чт" теплота, привнесенная через изоляцию %камеру, "тводится к"'-векцией "т стенки, при эт"" температура продукта %о условиях установившегося режима близка к температуре воздуха. В расчетах определяют коэффициенты тепло-"тдачи конвекцией и лучеиспусканием, их суммируют, при эт"" дальнейший расчет ведется • " зак"-нам конвекции. В работах [2, 3] коэффициент теплоотдачи лучеиспусканием принимается равным = 3 Вт/К*м2. „ точки зрения оценки величины теплопритока % камеру, подбора необ> одимог" оборудования эт" "" жет давать —довлетвори-тельные результаты, '" для оценки влияния теплоприток"%она усушку эт" не правомерно.
Даже незначительное повышение температуры поверхности продукта "" жет привести к существенной усушке. На практике —-
ществуют различные методы локализации теплоприток"%%камеру -применение теплозащитной рубашки, панельных экранов, ледяных экранов, укрытий штабеля брезент"". У каждог" из этих -•"--"£"%оесть свои преимущества и недостатки. Авторами предлагается метод снижения вредног" воздействия радиационной составляющей путем нанесения на внутреннюю стенку камеры теплоот-ражающего материала.
Для изучения лучистой составляющей теплообмена %низк"тем-пературных > олодильных камерах хранения замороженной продукции авторами создан экспериментальный стенд на базе низк"тем-пературног" морозильног" ларя. В ларе испаритель расположен •" всему периметру "хлаждаемог" "^ъема, - учет"" эт"<" три стенки имитировали приборы "хлаждения %камере хранения. Ок""' четвертой стенки помещен теплоиз-лучающий экран для имитации теплоприток"% через наружную стену камеры. Экран облицован материалом, имитирующим •"-верхность стен > олодильных камер, и имеет пленочный нагреватель для создания равномерног" •" площади тепловог" »"тока. Внутри смоделированной камеры хранения находился имитатор про-
дукта, к торыи имел степень чер-'" ты поверхности, характерную для замороженного мяса.
Было проведено две серии опыт"%о*" оценке влияния степени черноты внутренней повер>-ности стен на теплообмен %камере и на изменение температуры продукта. В первом случае она -""-тветствовала величине степени черноты штукатурки £ = 0,9, а %о" втором была снижена до значения £ = 0,06 за счет нанесения на стенку алюминиевоИ фольги.
Испытания проводились для различных значениИ ^дельных те*-лоприток"%о( q = 20 ч 150 Вт/м2), при эт"" определялись температурные поля теплоизлучающег" экрана и поверхности продукта; распределение температур *" "^ъему воздушног" зазора между стенкоИ и продукт""; •'" тность тепловог" *"тока через теплую стенку %камеру. Результаты исследования представлены на рис. 2.
Для установившегося режима при температуре воздуха % камере минус 22,5 0„, *'"тности тепло-%о"<' *"тока 60 Вт/м2 и степени черноты стенки £ = 0,9 температура стенки составила минус 13,5 °„, температура продукта - минус
20,5
чт" на 2
выше тем-
пературы воздуха. Для т"<" же режима, '" при сниженной до
Ограждающие конструкции (стенка камеры)
--Условные обозначения:
--- теплопередача конвекцией;
/ч/Ч/ теплопередача лучеиспусканием; теплопередача за счет испарения, конденсации.
Обозначение индексов: солн.р. - солнечная радиация нар. - наружная поверхность стены камеры; ст. - внутренняя поверхность стены камеры; возд. - воздух камеры; пр. - продукт;
п.о. - приборы охлаждения.
Рис. 1. Схема теплопритоков в камеру хранения через ограждающие конструкции
0
0
26
ВСё О МЯСЕ №4 август 2008
0 о
&
1
-■-степень черноты стенки е = 0,9 -п-степень черноты стенки е = 0,06
!
н
и
V \
Твозд -в- ^
10 15 20
Расстояние между стенкой и продуктом, см
? 9 II
5с 5
4 4 -8-
Удельный тепловой поток, Вт/м
Рис. 2. Изменение температур теплоизлучающей стенки, продукта и воздуха между ними при различной степени черноты ограждающей конструкции
Рис. 3. Зависимость значений коэффициентов теплоотдачи от плотности теплового потока
£ = 0,06 степени черноты стенки ее температура повысилась до минус 8 0„, а температура продукта упала до минус 21,9 °„. Этим доказано, чт" часть теплоты передалась "т стенки к повер>'"-сти продукта без участия воздуха.
Применение покрытия теплой стенки материалом - низкой степенью черноты (£ = 0,06) позволило снизить разность температур между продукт"" и воздух"" до 0,6 °„. При эт"" температура воздуха осталась на прежнем уровне. Температура стенки поднялась на 5,5 0„, и эт" привело к увеличению "твода "т нее теплоты к"'-векцией.
При анализе вклада различных видов передачи теплоты общий коэффициент теплоотдачи "т стенки определяется как сумма конвективной и радиационной -"-ставляющих: а = ак + ак
Для определения коэффициента теплоотдачи "т ограждающей конструкции лучеиспусканием а' расчеты были выполнены -"<ласно зак"'—Стефана-Больцмана, а к"'-векцией ак - •" уравнениям теории подобия.
На основании проведенной серии эксперимент"%оустановлена зависимость (рис. 3) значений коэффициент"% теплоотдачи а' и ак "т •'" тности тепловог" •"тока для двух значений степени чер-'" ты. Установлено, чт" а' и ак имеют прямопропорциональную зависимость "т величины —ель-'"< " тепловог" •"тока. При изменении • '" тности тепловог" • "т"-ка "т 20 ч 150 Вт/м2 общий коэффициент теплоотдачи увели-
чился на - 25%, при эт"" вклад "тдельных составляющих (конвективной и радиационной) остался почти постоянным. Для лучи-ст"<" теплообмена эта величина равна: - 35% "т общег" коэффициента теплоотдачи при £ = 0,9 и - 5% - при £ = 0,06.
Существующая методика расчета усушки при хранении замороженной продукции [4] подразумевает равенство температур воздуха и продукта, при эт"" авторы считают, чт" усушка идет лишь за счет снижения "тносительной влажности воздуха ок"'" приборов ">-лаждения. Для более корректног" учета убыли считаем необ> одимым так же принимать % " внимание разность влагосодержания воздуха —поверхности продукта и % ядре •"тока.
Проведенные предварительные расчеты •" методике, предложенной Чуклиным С.Г. [5], показали, чт" снижение температуры поверхности продукта на 0,5 0„ при той же температуре воздуха позволит сократить усушку не менее чем на 25-30%.
На основании проведенных опыт"%„"" жно сделать следующие выводы:
• количество теплоты, передающейся "т стенки к продукту '— чеиспусканием, составляет не менее 30-35% %<камерах - неэкра-нированными наружными стенами;
• теплота, переданная к продукту "т стенки, нагревает ег" • "-верхность на - 0,5 0„ при существующих технологических режимах хранения и "тводится "т
нег" конвекцией к приборам "> -лаждения;
• применение покрытий - низким значением степени черноты % "тличие "т ледяных экранов и укрытия штабелей не требует "'"-
< ократног" выполнения технологических операций;
• применение теплоотражаю-щих покрытий на поверхности стен камеры позволяет снизить разность температур продукта и воздуха до - 0,1-0,2 0„ и сократить усушку не менее чем на 20-25%;
• для поддержания требуемых технологией режимов хранения и обеспечения качества продукции помимо температуры воздуха необ-> одимо контролировать температуру на поверхности продукта.
Литература
1. В.Д. Михайлов. Автореферат диссертации кандидата технических наук. -Москва, 1986г.
2. Рютов Д.Г. Влагообмен в камерах хранения замороженных продуктов. «Холодильная техника», №3, 1954, стр.39
3. С.Г.Чуклин, Д.Г.Никульшина, И.Г. Чумак. Примеры расчетов холодильных устано-вок.-М.: Пищевая промышленность, 1964. -384с.
4. А.В.Бараненко, В.Е.Куцакова, Е.И.Борзенко,С.В.Фролов. Примеры и задачи по холодильной технологии пищевых продуктов. Ч.3. Теплофизиче-ские основы.- М.: КолосС, 2004.- 249с.
5. С.Г.Чуклин, В.С.Мартыновский, Л.З.Мельцер. Холодильные установки. -М.: Гос. издат. торговой литературы, 1961.
8
7
с 6
3
5
