CC BY
20
УДК 631.22
ЗАВИСИМОСТЬ МОЩНОСТИ ПОТЕРЬ СВЧ-ЭНЕРГИИ ОТ НАПРЯЖЕННОСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ
DEPENDENCE OF CAPACITY OF LOSS OF THE MICROWAVE FREGUENCY ENERGY ON INTENSITY OF ELECTRIC FIELD
А. Н. Пономарев, М. В. Белова A. N. Рonomarev, M. V. Belova
ФГОУВПО «Чувашская государственная сельскохозяйственная академия»,
г. Чебоксары
Аннотация. В статье решена научно-техническая задача - разработка установки, обеспечивающей эффективные теплообменные процессы для подавления жизнедеятельности вегетативных форм микроорганизмов в молоке за счет воздействия электрического поля высокой напряженности сверхвысокочастотного диапазона.
Abstract. The scientific and technical problem - working out of the appliance providing effective thermoexchange processes for suppression of ability to live of vegetative forms of microorganisms in milk due to influence of electric field of high tension of microwave frequency range is solved in the article.
Ключевые слова: электромагнитное поле сверхвысокой частоты, резонатор, обеззараживание молока.
Keywords: electromagnetic field of microwave frequency, resonator, decontamination of milk.
Актуальность исследуемой проблемы. Известно, что для стерилизации диэлектрических материалов используют мощные, дорогостоящие сверхвысокочастотные генераторы, требующие сложных систем контроля и управления. Поэтому для обеззараживания сельскохозяйственных продуктов этот способ не получил широкого распространения. В связи с этим актуальной научной задачей является разработка простой установки, без использования мощных генераторов, для сверхвысокочастотного обеззараживания молока непосредственно в процессе его пастеризации в фермерских хозяйствах, позволяющей снизить потери продукции и энергетические затраты.
Материал и методика исследований. Источниками СВЧ-энергии служили генераторы MW20M^ MW71ER, CE283GNR, H-MW1317, DL-63L 20S, работающие на частоте 2450 МГц с потребляемой мощностью 1,15_____1,2 кВт. Измерение частоты элек-
тромагнитного поля проводили электронно-счетным частотомером ВК1856D. Контроль биологически опасных электромагнитных излучений (напряженность и плотность потока энергии) около СВЧ-установки осуществляли с помощью измерителя электромагнитных излучений ПЗ-31 (до 40000 МГц, 615 В/м) в испытательной лаборатории ФГУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии в Чувашской Республике - Чувашия». Контроль напряженности электрического поля осуществляли также с помощью прибора, основан-
ного на принципе свечения газа, интенсивность которого в баллончике при данной частоте прямо пропорциональна напряженности электрического поля. Скорость перекачивания молока, следовательно, продолжительность воздействия электромагнитное поле сверхвысокой частоты (ЭМП СВЧ), регулировали мощностью насоса НЦ65А от 30 до 65 Вт. Расход молока определяли с помощью антимагнитного счетчика СГВ-15 «Бе-тар». Жирность, плотность, содержание белка, содержание общего молочного остатка определяли с помощью анализатора молока «Клевер-2». Содержание соматических клеток в молоке определяли с помощью прибора ИСКМ-1, кислотность молока - с помощью прибора Нитрон-рН. Микробиологические исследования опытных образцов молока проводили согласно ГОСТ 9225-84 в ГУ «Чувашская республиканская ветеринарная лаборатория» Госветслужбы Чувашии. Установку для обеззараживания молока подсоединяли с помощью молокопровода к пластинчатой пастеризационно-охладительной установке: в первом варианте - между секциями рекуперации тепла, а во втором - после секции пастеризации.
Результаты исследований и их обсуждение. На рис. 1 представлена схема технологического процесса сверхвысокочастотного обеззараживания молока в двухмодульной установке.
Рис. 1. Схема технологического процесса сверхвысокочастотного обеззараживания молока в двухмодульной установке с четырьмя резонаторами: 1 - резервуар; 2 - счетчик молока;
3 - блок СВЧ-генераторов; 4 - резонаторная камера; 5 - излучатель; 6 - регулятор мощности и таймер; 7 - ваттметр; 8 - центробежный насос; 9 - датчик температуры
Оценка поглощающей способности образца-молока объемом 100 см3 и потери энергии за счет теплопередачи окружающему воздуху и теплового излучения показывает, что суммарные потери энергии на много меньше подводимой к образцу СВЧ-энергии (рис. 2).
1,00Е
1,00Е-06
1,00Е-07
1,00Е-08
Напряженность электрического поля, В/см
000
1,00Е-09
1,00Е-10
Рис. 2 Изменение объемной плотности мощности потерь СВЧ-энергии в зависимости от напряженности электрического поля:
1) образец - вода; 2) образец - молоко; 3) потери энергии за счет теплопередачи и теплового излучения с площади образца - молока, равной 120 см2; объем образца 93,5 ...100 см3
Однако в электрическом поле при напряженности 150...300 В/см не происходит губительный нагрев одиночных микроорганизмов [1]. Для обеспечения существенного нагрева микроорганизмов в электрическом поле СВЧ-диапазона необходимо повысить его напряженность не менее десяти раз. Такая напряженность электрического поля для микроорганизмов позволяет добиться примерного равенства между поглощаемой и отдаваемой за счет теплопередачи и теплового излучения энергии, т. е. в таком электрическом поле становится возможным сильный нагрев микроорганизмов. Это возможно только при напряженности электрического поля в пределах 5.14 кВ/м, если превышение температуры в молоке составляет 0,5.4 оС (рис. 3).
Напряженность электрического поля, В/см
Рис. 3. Зависимость мощности потерь СВЧ-энергии от напряженности электрического поля:
1) поглощенная мощность микроорганизмами, образец - вода; 2) поглощенная мощность микроорганизмами, образец - молоко; 3) мощность потерь энергии с площади поверхности микроорганизмов при разных превышениях температуры (сторона куба-образца 1,56^10'4 см, объем микроорганизма 3,8^10'12 см3, площадь поверхности 14,6^10~8 см2)
Резюме. Обоснован комплекс конструктивно-технологических параметров на основе разработанного алгоритма с программным решением и аналитических зависимостей, позволяющий реализовать эффективный режим обеззараживания молока в СВЧ-установке, состоящей из двух модулей в соответствующем экранном корпусе, и обеспечивающий снижение энергетических затрат.
ЛИТЕРАТУРА
1. Пат. 2161505 Российская Федерация. Способ стерилизации материалов при помощи СВЧ-излучения с высокой напряженностью поля и устройство для реализации способа [Текст] / Корчагин Ю. В. ; заявитель и патентообладатель Корчагин Ю. В. - № 99114320/13 ; заявл. 06.07.1999 ; опубл. 10.01.2001. - 13 с.
