CC BY
8
спективы развития: матер. всерос. (национальной) науч. конф. / науч. ред. Е.В. Бураева. Орёл, 2020. С. 422 -428.
6. Уртаев Т.А., Цураев Д.Б. Перспективные системы и средства автоматизации и роботизации в животноводстве // Инновационные технологии производства и переработки сельскохозяйственной продукции: матер. Всерос. науч.-практич. конф. в честь 90-летия факультета технологического менеджмента. Владикавказ, 2019. С. 106 - 109.
7. Морозов Н.М. Экономическая эффективность и цифровизация животноводства // Техника и оборудование для села. 2019. № 4. С. 2 - 7.
8. Балашова О.В. Инновационные технологи АПК Сибири // Комплексное развитие сельских территорий и инновационные технологии в агропромышленном
комплексе: сб. IV междунар. науч.-методич. и практич. конф. / Новосибирский государственный аграрный университет. Новосибирск, 2019. С. 3 - 6.
9. Морозов Н.М., Хусаинов И.И., Варфоломеев А.С. Эффективность применения робототехнических систем в животноводстве // Вестник ВНИИМЖ. 2019. № 1 (33). С. 57 - 62.
10. Зыков А.В., Юнин В.А., Захаров А.М. Использование робототехнических средств в АПК // Международный научно-исследовательский журнал. 2019. № 3 (81). С. 8 - 11.
11. Киктев Н.А. Использование методов кластерного анализа в информационных технологиях управления производством комбикормов и премиксов // Инновации в сельском хозяйстве. 2019. № 4 (33). С. 170 - 176.
Игорь Евгеньевич Припоров, кандидат технических наук, доцент. ФГБОУ ВО «Кубанский государственный аграрный университет имени И.Т. Трубилина». Россия, 350044, г. Краснодар, ул. Калинина, 13, mail@kubsau.ru
Igor E. Priporov, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor. Kuban State Agrarian University named
after I.T. Trubilina. 13, Kalinin St., Krasnodar, 350044, Russia, mail@kubsau.ru
-♦-
Научная статья УДК 621.3.036:636.4
Теоретическое обоснование зависимости, описывающей распределение влаги в процессе сушки макаронных изделий с помощью плёночных электронагревателей
Виталий Матвеевич Попов, Валентина Александровна Афонькина,
Елена Ивановна Кривошеева, Егор Николаевич Епишков
Южно-Уральский ГАУ
Аннотация. Технология производства макаронных изделий состоит из ряда трудоёмких операций: приготовление макаронного теста; прессование теста; резка сырого теста; сушка изделия; охлаждение готового изделия. В статье рассматривается один из альтернативных способов сушки макаронных изделий. Это инфракрасная сушка с использованием плёночных электрообогревателей. Была получена зависимость распределения концентрации влаги внутри изделия во время этого процесса сушки макаронных изделий. Целью исследования является решение дифференциального уравнения, описывающего диффузию влаги. Для достижения поставленной цели сформулированы условия, по которым была составлена и решена система уравнений. В статье представлены распределение влаги в слое сушки в начальный момент времени, зависимость распределения концентрации по глубине изделия в конце процесса инфракрасной сушки и зависимость концентрации от времени на глубине 0,004 м. В результате по графикам зависимости и решённой системе уравнения были сделаны выводы: необходима экспериментальная проверка полученных зависимостей, а разработанная модель даёт возможность рассчитать все необходимые значения всех параметров плёночного электронагревателя и составить приемлемые режимы инфракрасной сушки макаронных изделий.
Ключевые слова: инфракрасная сушка, макаронные изделия, плёночные электронагреватели.
Для цитирования: Теоретическое обоснование зависимости, описывающей распределение влаги в процессе сушки макаронных изделий с помощью плёночных электронагревателей / В.М. Попов, В.А. Афонькина, Е.И. Кивошеева [и др.] // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2021. № 1 (87). С. 148 - 152.
Original article
Theoretical substantiation of the dependence describing the distribution of moisture in the process of drying pasta using electric film heaters
Vitaly M. Popov, Valentina A. Afonkina, Elena I. Krivosheeva, Egor N. Epishkov
South Ural State Agrarian University
Abstract. Technology for the production of pasta from a number of labor-intensive operations: preparation of pasta dough; pressing the dough; cutting raw dough; drying the product; cooling the finished product. The article describes one of the alternative ways to dry pasta. This is an infrared drying using electric film heaters. The dependence of the moisture concentration within the process of this process of drying pasta was obtained. The purpose of this article is to solve the differential equation describing moisture diffusion. To achieve this goal, conditions
were formulated according to which the system of equations was compiled and solved. The article also presents: the distribution of moisture in the drying layer at the initial moment of time, the dependence of the concentration distribution along the depth of the product at the end of the infrared drying process and the dependence of concentration on time at a depth of 0.004 m. As a result, according to the graphs of the dependence and the solved system of equations, the following conclusions were drawn: it is necessary to experimentally verify the obtained dependences, and the developed model makes it possible to calculate all the necessary values of all parameters of the film electric heater and to compose acceptable modes of infrared drying of pasta.
Keywords: infrared drying, pasta, film electric heaters.
For citation: Theoretical substantiation of the dependence describing the distribution of moisture in the process of drying pasta using electric film heaters / V.M. Popov, V.A. Afonkina. E.I. Krivosheev et al. Izvestia Orenburg State Agrarian University. 2021; 87(1): 148 - 152. (In Russ.).
Сушка является самой продолжительной и важной стадией технологического процесса, прочность изделий в первую очередь зависит от её результатов. Целью данной стадии является закрепление формы изделия и предотвращение возможности развития микроорганизмов. На макаронных предприятиях используется конвективная сушка изделий - продувание высушенного продукта нагретым воздухом. Очень интенсивная сушка приводит к образованию трещин в сухих продуктах, а очень медленная сушка может привести к подкислению продуктов.
Плёночный лучистый электронагреватель в силу своей малой тепловой инерции хорошо приспособлен к гибкому регулированию интенсивности процесса, что натолкнуло на мысль использовать его в технологии сушки макаронных изделий.
Материал и методы. Плёночный лучистый электронагреватель получил широкое распространение в процессах сушки сельскохозяйственной продукции [1, 2], технологиях обогрева тепличных растений [3], при обогреве промышленных и жилых помещений [4]. Он представляет собой гибкий резистивный элемент, заключённый между слоями полэтилентерефта-латовой плёнки [5 - 7].
Поверхность плёночного нагревателя равномерно разогревается и испускает поток инфракрасного излучения. Плотность потока излучения определяется с помощью закона Стефана -Больцмана [8].
Процесс инфракрасной сушки включает в себя три параллельно протекающих процесса: процесс поглощения инфракрасного излучения изделием распространением тепла внутри него и процесс диффузии влаги внутри изделия. Ранее была получена система дифференциальных уравнений, описывающая данные процессы [9].
Цель исследования - решение дифференциального уравнения, описывающего диффузию влаги.
Этот процесс описывается уравнением непрерывности, это закон сохранения массы в дифференциальной форме. Исходное уравнение было получено Е.Н. Епишковым и Р.Р. Новиковым [9]:
, ,дп д2 „ч
(1 + £)_ = D_- а)
Разделив левую и правую части на (1 + е), получим:
(Л + )— = Д э2 ^ дс ~ (1+е) дх2'
Для упрощения расчётов была введена новая 2 О переменная а =
(2)
1 + е
дп 2 д2п 1к = а Их2'
где Б - коэффициент диффузии;
е - коэффициент парообразования; п - концентрация влаги с координатой Х и Ь Решаем данное уравнение методом разделения переменных. Для этого представим исходную функцию как произведение двух функций, одна из которых зависит только от координаты, а вторая - только от времени:
n(x,t) = ^ Tm(t)Ym(t),
(3)
т=1
где Тт(Ь) - некоторая функция, зависящая только от времени (С);
Ут - некоторая функция, зависящая только от координат (х).
Произведём подстановку и разделение переменных, получим:
д[Тттп{х)} 7д2[ТтЦ)¥т(х)]
dt
= а2-
дх2
v 37-m(t) _ 2 ,.л d2Ym(x) Im dt ~а lmW дх2 •
(4)
(5)
Разделим переменные на два однородных дифференциальных уравнения:
(dTm(t)\ (д2УтЩ { dt ) _{ дх2 )
Тт(t)
YmW
= -в2
(6)
где Вщ - некоторый постоянный коэффициент, зависящий от номера гармоники (т). ЭТтЮ , р2
at
+ ВтТтЮ = 0.
d2Ym(x) , Вi
дх2
+ -5Ym(x) = 0.
Решаем характеристические уравнения:
\ + Bl = 0Х2+Щ = 0;
^ - ~Bm,
dt
дх2
Tm(t) = Сге
-Bmt.
(7)
(8)
(9)
(10) (11)
А. — — л/—1 (мнимая единица); (12)
УтМ = О^П^х) + а^СозС^х). (13)
Подставляя (13) в (3), получаем:
n(x, t) = ^ Сге
т=1
+
А.
+am2Cos(—x) а
(14)
Раскрывая скобки в последнем выражении и вводя новые переменные
атп1 = атп2 = Сг^ (15)
получаем:
n(x,t)=Zm=ie~Bm
(16)
+а'т2С05(-^х)
Для завершения необходимо найти коэффициенты и атп2. Для этого воспользуемся граничными и начальными условиями (рис. 1).
n(0, t) n(e, t)
концентрация влаги за пределами зоны сушки (в координате X = 0; е = 0) [ всегда (в любой момент времени) равна 0
' X < ДЛ; О п(х, 0) = Ак < х < е — Д/г; п0 . х > е — ДЛ; 0
(17)
я(х,0) Д
{> X
Рис. 1 - Распределение влаги в слое сушки в начальный момент времени:
ДА - толщина корочки до процесса сушки; е - толщина слоя изделия; п(х,0) -распределение влаги в слое сушки в начальный момент времени
На основании сформулированных условий составляем систему уравнений и решаем её:
71(0, t) = 0 = ^ е"
Lm2>
(19)
m=1
следует am2 = 0;
n(e, t) = 0 = SSUi «míe'*™ Sin^e; (20)
следует Sin e) = 0; Вщ
— e = ron; a
D _чаш
(21) (22)
С учётом найденных коэффициентов выражение (14) приобретает вид:
п(х,0=Ет=1е а^т^— х| (23)
Применяя выражение для п(х,0), находим коэффициент аш 1:
„ ч V1 /наш \
п(х, 0j = 2_, а'т1 V-ё~~ /'
(24)
Щ=1
"т! находим как коэффициент ряда Фурье.
_ 2тг,
2е
=--период
а
п /
первой гармоники ряда Фурье;
Т
2 Г /■■кат \ а'т1 = — I й(х, Орт -х^ йх.
(25)
(26)
Результаты исследования. Подставляя выражение (18) в выражение (26), получаем окончательный результат:
~~ е -»ДЛ
_ пат., с. (пат Л , 2n0Cos—j—Д/1
n0Sin I ■-— х) ах =-^т2—; (2/)
7гт
(18) n(%,t) = ^
т=1
2пп
„2. a2m2t
L0
-е
тип /пат
/пат \ спат \ X Cos -Д/iJ Sin -х)
(28)
X
/■пат е / V е Этот результат получен исходя из предположения, что влажность воздуха вокруг изделия равна 0, п(0, С); п(е, С), что не соответствует действительности.
Согласно нормам влажность готового изделия должна быть 12 %; соответственно введём поправочный коэффициент и окончательно получим:
а2а2т2г е2 X
п(х, t) = 12 + £
im=l
2 —е"
xCosff Afc)sinpfx)
(29)
Данный коэффициент является постоянным и при подстановке в исходное дифференциальное
дп _ д2п , ,
уравнение — = а —в ходе дифференцирования " дг дх2
уничтожается, и равенство не нарушается.
Для наглядности представим данные зависимости в виде графиков (рис. 2, 3).
Выводы
1. По графику 2 видно, что концентрация влаги возрастает по мере увеличения глубины расположения точек (расчёт выполнен для момента времени 75000 с (21 час.), и на фиксированной глубине X = 0,004 м (рис. 3) с течением времени убывает от 15 до 14,2 %, предусмотренных технологией, что тоже адекватно описывает реальный процесс сушки.
2. Целью дальнейших исследований является экспериментальная проверка полученной зависимости.
16
15
n(x, fl) 14
13
12
2x10"
4x10"
6x10"
Sx 10"
0.01
Рис. 2 - Зависимость распределения концентрации по глубине изделия в конце процесса сушки
Рис. 3 - Зависимость концентрации от времени на глубине 0,004 м
3. Созданная модель позволит рассчитать необходимые значения параметров плёночного электронагревателя и подобрать оптимальные режимы сушки.
Литература
1. Афонькина В.А. Инфракрасная сушка термомобильного растительного сырья на примере зелёных культур / Южно-Уральский государственный аграрный университет. Челябинск, 2015.
2. К вопросу управления процессом комбинированной сушки зерна / В.А. Афонькина, В.Г. Захахатнов, В.И. Майоров [и др.] // Вестник Мордовского университета. 2016. Т. 26. № 1. С. 32 - 39.
3. Калинина Т.О., Полякова В.Ю., Кичин К.В. Создание оптимальных тепловых условий в теплицах в зимний период // Молодой учёный. 2016. № 29 (133). С. 81 - 86.
4. Бледных В.В. Высокоэффективная технология обогрева жилых и производственных помещений // Вестник Башкирского государственного аграрного университета. 2013. № 4 (28). С. 81 - 83.
5. Пат. на полезн. модель 57070 Российская Федерация. Плёночный электронагреватель / Н.Е. Епишков, Е.Н. Епишков, С.В. Глухов; заявит. и патентооблад. Е.Н. Епишков. № 2006110752; заявл. 03.04.2006; опубл. 27.09.2006.
6. Пат. на изобретение 2321188 Российская Федерация. Плёночный электронагреватель / Н.Е. Епишков, Е.Н. Епишков, С.В. Глухов; заявит. и патентооблад. Н.Е. Епишков. № 200614292/09; заявл. 04.12.2006.
7. Пат. на полезн. модель 76764 Российская Федерация. Плёночный электронагреватель / Н.Е. Епишков, Е.Н. Епишков, С.В. Глухов; заявит. и патентооблад. Н.Е. Епишков. № 2008119219/22; заявл. 15.05.2008.
8. Электротехнология / А.М. Басов, В.Г. Быков, А.В. Лаптев [и др.]. М.: Агропромиздат, 1985. 255 с.
9. Епишков Е.Н., Новиков Р.Р. Математическая модель процесса сушки макаронных изделий с помощью
плёночных лучистых электронагревателей // Материалы Междунар. научно-практической конференции Института агроинженерии, посвящённой 85-летию кафедры «Эксплуатации машинно-тракторного парка». Челябинск, 2019
Попов Виталий Матвеевич, доктор технических наук, доцент, заведующий кафедрой. ФГБОУ ВО «ЮжноУральский государственный аграрный университет». Россия, 454080, г. Челябинск, пр. Ленина, 75, ntc-es@mail.ru.
Валентина Александровна Афонькина, кандидат технических наук, доцент. ФГБОУ ВО «ЮжноУральский государственный аграрный университет». Россия, 454080, г. Челябинск, пр. Ленина, 75, AfVa82@mail.ru.
Елена Ивановна Кривошеева, старший преподаватель. ФГБОУ ВО «Южно-Уральский государственный аграрный университет». Россия, 454080, г. Челябинск, пр. Ленина, 75, KuvshinkaLenchik@mail.ru.
Егор Николаевич Епишков, кандидат технических наук, доцент. ФГБОУ ВО «Южно-Уральский государственный аграрный университет». Россия, 454080, г. Челябинск, пр. Ленина, 75, een_1978@mail.ru.
Vitaly M. Popov, Doctor of Technical Sciences, Associate Professor. South Ural State Agrarian University. 75, Lenin Ave., Chelyabinsk, 454080, Russia, ntc-es@mail.ru.
Valentina A. Afonkina, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor. South Ural State Agrarian University. 75, Lenin Ave., Chelyabinsk, 454080, Russia, AfVa82@mail.ru.
Elena I. Krivosheeva, Senior Lecturer. South Ural State Agrarian University. 75, Lenin Ave., Chelyabinsk, 454080, Russia, KuvshinkaLenchik@mail.ru.
Egor N. Epishkov, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor. South Ural State Agrarian University. 75, Lenin Ave., Chelyabinsk, 454080, Russia, een_1978@mail.ru
-Ф-
Научная статья УДК 631.5
ао1: 10'37670/2073-0853-2021-87-1-152-158
Совершенствование технологии возделывания подсолнечника с повышением урожайности и качества продукции в засушливых почвенно-климатических условиях
Владимир Александрович Милютин1, Владимир Александрович Шахов2,
Нина Константиновна Комарова2, Николай Григорьевич Длужевский3,
Олег Николаевич Длужевский3
1 Самарский ГАУ
2 Оренбургский ГАУ
3 ПАО «КуйбышевАзот»
Аннотация. В статье представлены материалы изучения степени эффективности технологии применения жидких минеральных удобрений на базе карбамидно-аммиачной смеси - КАС по сравнению с твёрдыми - аммиачной селитрой при возделывании наиболее маржинальной на сегодняшний день продовольственной культуры - подсолнечника. Проанализированы производственные показатели используемой при этом высокоэффективной техники АО «Евротехника» (г Самара) немецкой компании AMAZONENWerke: разбрасыватель ZA-M 1500, опрыскиватель UR 3000, пропашная сеялка точного высева EDX 9000-ТС, сеялочно-удобрительный агрегат FDC-6000 и др. Обосновано одновременное проведение посева подсолнечника и внесения необходимых удобрений сеялочно-удобрительным агрегатом FDC-6000: твёрдых - из бункера сеялки, жидких - из ёмкости агрегата FDC. За 3 года исследований (2018 - 2020 гг.) в засушливых почвенно-климатических условиях наивысшая урожайность и качество подсолнечника (гибрид НК «Фор-тими», Сингента) были получены в 2020 г., когда была применена инновационная технология с внесением жидких минеральных азотных КАС-32 и азотосеросодержащих удобрений на базе КАС с добавлением серы при использовании шлангов-удлинителей. Новая технология позволила повысить урожайность подсолнечника от 21,2 ц/га до 23,5 ц/га (+10,8 %) при применении жидких минеральных удобрений КАС-32, внесённых одноразово опрыскивателем перед посевом. При внесении КАС-32 дробно - перед посевом и во время вегетации - урожайность подсолнечника составила 33,1 ц/га, или прибавка урожайности возросла до 11,9 ц/га (56,1 %), при внесении жидких минеральных удобрений на базе КАС + S - 3,4 ц/га (16,0 %). Полученные результаты свидетельствуют о достаточно высоком и преимущественном влиянии жидких минеральных удобрений на базе КАС на урожайность подсолнечника.
Ключевые слова: подсолнечник, технологии, удобрения, жидкие, КАС, технические средства.
Для цитирования: Совершенствование технологии возделывания подсолнечника с повышением урожайности и качества продукции в засушливых почвенно-климатических условиях / В.А. Милюткин, В.А. Шахов, Н.Г. Длужевский [и др.] // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2021. № 1 (87). С. 152 - 158. doi: 10.37670/2073-0853-2021-87-1-152-158.
