WSPÓŁCZESNE TECHNIKI ZAMRAŻANIA - SEMINARIUM. Opracował: Prowadzący: doc. dr inż. Zenon Bonca. SiUChKl

Transkrypt

1 Systemy automatyki do precyzyjnej regulacji wilgotności powietrza w przestrzeni ładunkowej kontenerów specjalizowanych przeznaczonych do transportu i przechowywania bananów.. WSPÓŁCZESNE TECHNIKI ZAMRAŻANIA - SEMINARIUM Prowadzący: doc. dr inż. Zenon Bonca Opracował: Robert Pączek SiUChKl Gdańsk dn

2 1. Istota kontrolowania parametrów Cieplno-wilgotnościowych. Kontrola oraz stabilizowanie parametrów w chłodniach oraz kontenerach specjalizowanych przeznaczonych do przechowywania bananów jest bardzo istotnym elementem w okresie pomiędzy zerwanie owoców a dostarczeniem ich do klienta. Utrzymywanie na możliwie stałym poziomie temperatury i nierozerwalnie z nią związanej zawartości wilgoci w powietrzu które znajduje się w chłodni jest istotne nie tylko z punktu widzenia konsumenta ale i z punktu widzenia właściciela chłodni. Na wykresie Moliera [Rys. 1] można zaobserwować wzajemna relacje pomiędzy temperaturą a zawartością wilgoci. Z wykresu tego wynika, ze jeżeli chcemy zachować chłodni stałą wilgotność względną to przy zwiększającej się temperaturze rośnie zawartość wilgoci, zaś obniżając temperaturę zawartość wilgoci spada. Rys. 1 Wykres Moliera prezentujący zmianę zawartości wilgoci w powietrzu od temperatury powietrza Z powyższego wykresu wynika jasno, że nawet niewielki przyrost temperatury rzędu 2 C, powoduje przyrost zawartości wilgoci o ok. 1g/kg powietrza wilgotnego, co biorąc pod uwagę duże objętości komór chłodniczych, daje ogromny przyrost zawartości wilgoci w powietrzu wypełniającym chłodnie. Pomijając aspekt szybszego dojrzewania bananów przy niewielkim wzroście temperatury, to zwiększona zawartość wilgoci sprawia, że banany zaczynają

3 pleśnieć i ulegać rozkładowi [Rys. 2], co wiąże się ze strat finansowymi dla hurtowników gdyż taki towar należy bezzwłocznie zutylizować. Spadek temperatury a co się z tym wiąże i spadek zawartości wilgoci, nie jest już tak groźny w skutkach dla hurtowników, ponieważ banany w obniżonej temperaturze spowalniają mechanizm dojrzewania. Obniżona zawartośc wilgoci powoduje co prawda ubytek masy bananów, zwany ususzką, jednak banany takie z powodzeniem można dalej przetwarzać i tworzyć z nich np. suszone banany zwane popularnie paluszkami bananowymi [Rys.2] Rys.2 Banan pokryty pleśnią (z lewej) oraz paluszki bananowe (z prawej) 2. Czujniki pomiarowe Istotna role w procesie kontrolowania parametrów cieplno-wilgotnościowych pełnia czujniki. Mogą one być różnych kształtów czy rozmiarów, lecz zasada działania i zakres kontrolowanych parametrów jest bardzo zbliżony. Wśród wielu rodzajów czujników możemy wyróżnić kilka najważniejszych typów: Czujnik bananowy Czujnik ostrzowy [Rys. 3] Czujnik płytkowy [Rys. 4] Czujnik kanałowy [Rys. 5] Zasada działania tych czujników opiera się na pomiarze temperatury za pomocą termoelementu oporowego. Przepływający prąd elektryczny nagrzewa element oporowy, a omywający go płyn powoduje jego schładzanie, a wartość rezystancji zmienia się wraz ze zmianą temperatury omywającego element medium. Pomiar wilgotności jest prowadzony pośrednio i jest niejako wynikiem pomiary temperatury, chociaż w bardziej zaawansowanych czujnikach wykorzystuje się elementy higroskopijne by jeszcze precyzyjniej kontrolować parametry w chłodni. Zintegrowany Ostrzowy Czujnik Temperatury i Wilgotności Czujnik ten układa się pomiędzy kartonami z bananami lub tez umieszcza się go blisko palet z bananami. Zdarza się również czasami iż specjalne wersje tego czujnika umieszcza się w miąższu banana podobnie jak czujnik bananowy

4 Parametry pracy: Zakres pomiaru temperatury : od -40oC do +105oC Zakres pracy przetwornika elektronicznego: -20oC do +55oC Zakres pomiaru wilgotności: 5% do 98% Rys. 3 Zintegrowany Ostrzowy Czujnik Temperatury i Wilgotności Zintegrowany płytkowy czujnik temperatury i wilgotności do chłodni Czujnik ten przeznaczony do chłodni umieszcza się na jej ścianie stosunkowo blisko wylotu z chłodnicy powietrza. Rys. 4 Zintegrowany płytkowy czujnik temperatury i wilgotności do chłodni

5 Zakres pracy: Zakres pomiaru temperatury : -25 o C do +60 o C Zakres pomiaru wilgotności: 5% do 98% Zintegrowany kanałowy czujnik temperatury i wilgotności: Czujnik ten umieszcza się w kanale na wylocie z chłodnicy powietrza. Zakres pracy: Zakres pomiaru temperatury : -40oC do +105oC Zakres pracy przetwornika elektronicznego: -20oC do +55oC Zakres pomiaru wilgotności: 5% do 98% Rys 5. Zintegrowany kanałowy czujnik temperatury i wilgotności 3. Panele kontrolne Same czujniki są bezużyteczne jeżeli sygnały przez nie wysyłane nie zostaną w odpowiedni sposób przetworzone. Do przetwarzania sygnałów pochodzących z czujników służą sterowniki umieszczone w zintegrowanych panelach kontrolnych [Rys. 6]. Parametr mierzony zostaje przesyłany do sterownika który porównując wartość mierzoną z wartością zadaną, wydaje odpowiednie dyspozycje do poszczególnych urządzeń takich jak sprężarka, czy wentylator chłodnicy powietrza, w celu utrzymywania kontrolowanych parametrów na odpowiednim poziomie. Rys. 6 Panel kontrolny PROBA 110

6 4. Przykładowe układy do kontrolowania parametrów cieplnowilgotnościowych Schemat elektronicznego systemu regulacji powietrza chłodzonego CVMM i EPT70 Przedstawiony na rysunku [Rys. 7] system regulacyjny zbudowany jest z regulatora elektronicznego EPT 70,czujnika oporowego ESD, zaworu serwotłokowego (głównego) typu PM1 oraz motorowego zaworu pilotującego CVMM. Układ zaworów PM1 i CVMM umieszczonych w przewodzie odpływowym z parownika utrzymuje stałe ciśnienie parowania w chłodnicy. Regulator temperatury EPT 70 wysyła sygnał do zmiany nastawy zaworu pilotującego. Sygnał pojawia się wówczas,gdy temperatura w miejscu zainstalowania czujnika typu ESD odchyli się od wartości nastawionej na skali regulatora. Czujnik temperatury składa się z uzwojeń mostka Wheatstone a, który poprzez regulator EPT70 sprzężony jest z zaworem sterującym CVMM, uruchamianym silnikiem, wyposażonym w regulator całkujący. Po osiągnięciu żądanej temperatury powietrza opuszczającego chłodnicę,silnik zostaje wyłączony, natomiast nastawy zaworu sterującego CVMM i serwotłokowego PM1 pozostają nie zmienione.jeżeli temperatura rejestrowana przez czujnik obniży się o 0.1K w stosunku do wartości zadanej w regulatorze EPT70,EPT 70 daje sygnał uruchamiający silnik zaworu sterującego CVMM, powodując taką zmianę jego nastawienia, że ciśnienie parowania w chłodnicy wzrasta, jako efekt dławienia par czynnika w tym zaworze jak i zaworze głównym. W przypadku wzrostu temperatury czujnika o 0.1K ponad wartość nastawioną na regulatorze, nastąpi taka zmiana nastawy zaworów, aby ciśnienie parowania w parowniku obniżyło się. Rys. 7 Schemat elektronicznego systemu regulacji powietrza chłodzonego CVMM i EPT70

7 Schemat elektronicznego systemu regulacji powietrza chłodzonego CVQ i EPT71 Na rysunku przedstawiono elektroniczny system regulacji powietrza chłodzonego [Rys. 8]. Regulator elektroniczny EPT71,czujnik oporowy ESD, zawór serwotłokowy PM i elektroniczny zawór pilotujący CVQ.W przypadku tego układu możliwe jest utrzymanie temperatury lub ciśnienia z dokładnością do 0.1K lub 0.1%.System ten jest wykorzystywany w chłodniowcach i kontenerowcach z centralnym urządzeniem chłodniczym. Czujnik oporowy ESD kontroluje temperaturę powietrza na wyjściu z parownika i przesyła sygnały do regulatora elektronicznego EPT 71,a stąd,poprzez zawór pilotujący CVQ wymuszany jest stopień otwarcia zaworu głównego PM. Zawór CVQ steruje pracą zaworu głównego tak,aby ciśnienie parowania zawsze odpowiadało bieżącemu obciążeniu cieplnemu parownika Rys. 8 Schemat elektronicznego systemu regulacji powietrza chłodzonego CVQ i EPT71

8 Cieplny przetwornik analogowo cyfrowy Na schemacie przedstawiona została zasada działania cieplnego przetwornika analogowo-cyfrowego [Rys. 9]. Wentylatorowa chłodnica powietrza zasilana jest poprzez pompę zimną solanką magazynowaną w zasobniku chłodu. Termostat analogowy utrzymuje zadaną temperaturę w dojrzewalni dzięki oddziaływaniu na przemiennik częstotliwości, warunkujący prędkość obrotową wirnika pompy. Klasyczna instalacja chłodnicza, której parownik umieszczony jest wewnątrz zasobnika, ma za zadanie okresowo obniżać temperaturę solanki do zadanej wartości. Skraplacz, oznaczony na rysunku 14 kolorem czerwonym, oddaje ciepło do otoczenia. W momencie, gdy temperatura solanki osiąga zadaną wartość, termostat cyfrowy wyłącza sprężarkę. Od tej chwili powietrze wewnątrz dojrzewalni ochładzane jest poprzez strumień zimnej solanki, którego natężenie warunkuje przetwornik częstotliwości. Początkowo duża różnica temperatur powietrzesolanka z czasem maleje, na co układ reaguje zwiększaniem prędkości obrotowej wirnika pompy. W chwili, gdy pompa osiągnie swą nominalną wartość prędkości obrotowej, wysyłany jest sygnał włączający sprężarkę urządzenia chłodniczego. Pracuje ona do czasu osiągnięcia przez solankę zadanej wartości temperatury, po czym jest odłączana przez termostat cyfrowy. Rys. 8 Cieplny przetwornik analogowo cyfrowy

9 LITERATURA: Bonca Z., Gliniecki D., Mizera G., Technika Chłodnicza i Klimatyzacyjna, Nowe tendencje w technologii przechowywania i dojrzewania bananów, 2005 nr 5, Ulatowska I., Technika Chłodnicza i Klimatyzacyjna, Dojrzewalnie bananów a unijne tandardy jakości owoców, 2005 nr 5, str , B.M. Gurkiewicz, Elektronika w przemyśle spożywczym Filin S., Technika Chłodnicza i Klimatyzacyjna, Podstawy Technologii Chłodniczej Bananów, 2003 nr 12, str , Mizera G., Technika Chłodnicza i Klimatyzacyjna, Chłodzenie Analogowe, 2003 nr 9 str , Materiały i katalogi informacyjne firmy Danfoss