OPORY PRZEPŁYWU POWIETRZA PRZEZ SUSZARKĘ STOŻKOWĄ WYPEŁNIONĄ NASIONAMI FASOLI

Transkrypt

1 Inżynera Rolncza 5(13)/010 OPORY PRZEPŁYWU POWIETRZA PRZEZ SUSZARKĘ STOŻKOWĄ WYPEŁNIONĄ NASIONAMI FASOLI Joanna Kanewska, Marek Domoradzk Katedra Technolo Aparatury Przemysłu Chemczneo Spożywczeo, Unwersytet Technoloczno-Przyrodnczy w Bydoszczy Streszczene. W pracy przeprowadzono badana oporu przepływu powetrza przez złoże nason fasol w częśc stożkowej suszark. Starano sę znaleźć zależnośc spadku cśnena na złożu nason fasol od prędkośc przepływająceo powetrza w suszarce stożkowej. Do opsu szukanej zależnośc posłużono sę równanem Eruna. Otrzymane wynk podstawono także do równana Leva, celem wyznaczena współczynnka oporu nason fasol dla przepływająceo powetrza. Słowa kluczowe: opory przepływu powetrza, suszarka stożkowa, nasona fasol Wstęp Istneje problem z zachowawczą hodowlą nason fasol, spowodowany obecnoścą szkodlwych mkrooranzmów na ch powerzchn. Podstawą pomyślnych dużych plonów są czyste mkroboloczne, o wysokej zdolnośc ener kełkowana nasona. W zwązku z wprowadzanym przez Unę Europejską oranczenam stosowana chemcznych środków ochrony rośln, powstaje koneczność poszukwana nowych metod odkażana materału sewneo. Rozwązanem może okazać sę zaprojektowane urządzena suszarnczeo pozwalająceo na jednoczesne odkażane materału sewneo fasol, w którym czynnkem odkażającym jest orące powetrze. Termoterapa orącym powetrzem sprawdza sę w przypadku nason fasol zwyczajnej, dyż są one odporne na wyrzewane w temperaturze do 80ºC [Maude 1996]. W wysokch temperaturach następuje także elmnacja szkodlwych mkrooranzmów na powerzchn nason. Nasona fasol zwyczajnej po zborze muszą być dosuszane do wlotnośc zapewnającej ch bezpeczne przechowywane. W celu zaprojektowana efektywneo urządzena suszarnczeo, w którym jednocześne moło być prowadzone odkażane nason, potrzebne są badana oporów przepływu przez warstwy o różnej wysokośc, o różnych wlotnoścach początkowych materału czy różnej ęstośc usypowej. Znane są badana dotyczące wyznaczena tych zależnośc dla różnych nason zbóż, nason rośln olejowych, nason warzyw nnych [Nmkar n. 00]. 71

2 Joanna Kanewska, Marek Domoradzk Cel pracy Celem nnejszeo opracowana jest znalezene zależnośc oporów lnowych przez złoże nason fasol w zależnośc od prędkośc przepływająceo powetrza w suszarce stożkowej. Zakłada sę, że model suszark stożkowej pozwol na suszene nason wlotnych oraz pozwol na wysokotemperaturowe odkażane nason w tym samym urządzenu. W pracy badano jednostkowy spadek cśnena wzdłuż warstwy nason w stożkowej suszarce w zależnośc od wysokośc złoża prędkośc przepływu powetrza. Poszukwano metody oblczana średneo przekroju dla warstwy nason w stożku suszark o znanej wysokośc złoża, celem oblczena prędkośc przepływu powetrza przez złoże. Badana pozwolą na opracowane założeń do budowy prototypu urządzena przemysłoweo ze stożkowym spustem dla odkażana termczneo nason fasol. Materały metody Materałem do badań była fasola zwyczajna (Phaseolus vulars) odmany Iołomska. Wlotność nason wyznaczono metodą suszarkową w normy PN-R Gęstość właścwą oraz usypową nason wyznaczono metodą ważena w cylndrze marowym. Wszystke czynnośc przy oznaczanu właścwośc fzycznych nason powtórzono 10 razy. Znając ęstość usypową ρ u oraz właścwą ρ oblczano porowatość złoża ze wzoru: ρu ε =1 (1) ρ Zastępczą średncę zarna d z oblczono jako średncę kul o objętośc równej średncy objętośc danych nason ze wzoru: d z = 3 6 π ρ L [m] () Czynnk kształtu oblczano z równana Mohsenna [1986]: a b c ϕ 3 (3) 3 dze: a, b, c wymary nason, kolejno rubość, szerokość dłuość [m]. = Badana spadku cśnena wzdłuż wysokośc złoża nason wykonano w urządzenu suszarnczym przedstawonym na rysunku 1. Wentylator (1) tłoczył powetrze przez rurocą doprowadzając je do komory suszarnczej (9). W rurocąu doprowadzającym (7) znajdowało sę urządzene do pomaru prędkośc przepływu (4) sprzężone z manometrem typu U-rurka oraz rzałka o mocy W (6). Mędzy rurką Prandtla merzącą różncę cśnena statyczneo cśnena dynamczneo a rzałką znajdował sę zawór (5), który służył do reulacj natężena przepływu tłoczoneo powetrza. c 7

3 Opory przepływu powetrza... Tabela 1. Właścwośc fzyczne nason fasol Table 1. Physcal propertes of bean seeds Wlotność początkowa W [%] Gęstość właścwa ρ [k m -3 ] Gęstość usypowa ρ u [k m -3 ] Porowatość ε Masa 1000 nason M [ w 1000 szt.] Lczność L [szt. -1 ] Zastępcza średnca d z [m] Czynnk kształtu φ 7, , ,5 5,56 0, ,59 Źródło: oblczena własne Rys. 1. F. 1. Schemat stanowska badawczeo (1 - wentylator, - krócec pomarowy, 3 - manometr typu U -rurka, 4 - rurka Prandtla, 5 - zawór, 6 - rzałka o mocy W, 7 - rurocą doprowadzający powetrze, 8 - krócec pomarowy, 9 - komora suszarncza, 10 - złoże (nasona fasol), 11 - sto; 1 - krócec pomarowy, 13 - manometr typu U-rurka) Scheme of the testn staton (1 - fan, - measurn ppe, 3 - U -tube manometer, 4 - Prandtl tube, 5 - valve, 6 - heater wth a power of 4,500 W, 7 - ar supply ppelne, 8 - measurn ppe, 9 - dryn chamber, 10 - depost (bean seeds), 11 - seve; 1 - measurn ppe, 13 - U-tube manometer) Stożek komory suszarnczej mał wysokość h=0,3 m średncę dolną D =0,3 m órną D 1 =0,4 m. Średnca rurocąu doprowadzająceo powetrze (7) wynosła 0,053 m. Nasona fasol spoczywały na sce umocowanym na dne komory. Powetrze tłoczone było od óry komory do dołu. s D1 D D Dśr α s h h Rys.. F.. Wymary stożkowej komory suszarnczej (D - órna średnca stożka dla danej wysokośc h warstwy nason, h - wysokość warstwy nason) Dmensons of the concal dryn chamber (D - top cone dameter for the ven heht h of the seed layer, h - heht of the seed layer) 73

4 Joanna Kanewska, Marek Domoradzk Na rurocąu, pokrywe oraz w częśc stożkowej komory suszarnczej zanstalowano króćce pomarowe. Różncę cśneń dynamczneo statyczneo dp 1, wzdłuż warstwy dp oraz cśnene za wentylatorem wyznaczano za pomocą manometrów ceczowych z dokładnoścą do 1 mm H O. Pomar cśnena był średną z czterech kolejnych pomarów po obroce rurk Prandtla o 90º. Pomarów dokonywano dla pusteo aparatu oraz przy trzech różnych wysokoścach warstwy nason fasol, każda o mase m=7,5 k. Wysokośc warstw wynosły odpowedno: h 1 =0,14 m, h =0,14 m oraz h 3 =0,85 m. Tłoczone powetrze mało temperaturę wynoszącą 30±ºC. Górna średnca warstwy nason w aparace stożkowym zależała od wysokośc usypana warstwy nason w stożku (rys..). Oznaczając przez: s - zbeżność stożka, D 1 D s = [m] (4) s tα - mara połowy kąta zbeżnośc stożka t α = (5) h D s - zbeżność stożka dla wysokośc h D s = = h tα [m] (6) Stąd órna średnca stożka nason D 1 na wysokośc h jest opsana jako: h ( D1 D ) D = D + h tα = D + [m] (7) h Zależność tę w tym przypadku opsuje równane: D 0,333 h + 0,3 [m] (8) = Natężene przepływu powetrza V oblczano znając: f pole przekroju w rurocąu [m ] pomarowym u - lnową prędkość przepływu [m s -1 ]. V = u f [m 3 s -1 ] (9) Do oblczena natężena przepływu powetrza zastosowano rurkę Prandtla frmy Kmo, która podaje zależność: V = 1,91 f dp1 [m 3 s -1 ]. (10) Średna prędkość przepływu powetrza przez warstwę nason w stożku lczona w pustym aparace [u] została oblczona z zależnośc: u a, V = [m s -1 ] (11) Fa, dze: a, ndeksy odnoszące sę do sposobu oblczana średnch, odpowedno arytmetycznej eometrycznej, F pole przekroju przepływu [m ]. 74

5 Opory przepływu powetrza... Średna powerzchna przekroju przepływu F dla warstwy nason o wysokośc h w stożku przedstawa sę następująco: Da Fa, = π [m ] (1) 4 Średna średnca dla oblczena powerzchn przepływu powetrza przez stożek została zdefnowana dwojako w celu sprawdzena lepszeo dopasowana średnej średncy: średna średnca arytmetyczna lub D a, ( D D ) = [m] (13) średna średnca eometryczna D = D D [m] (14) Wynk Dla różnych wysokośc złoża nason fasol h w stożku suszark, wyznaczono spadk cśnena w zależnośc od natężena przepływu powetrza (rys. 3.). Wraz ze wzrostem natężena przepływu powetrza rośne różnca cśneń na warstwe nason fasol. Im wyższa warstwa nason, tym opory przepływu powetrza są wększe. Rys. 3. F. 3. Spadek cśnena (Pa) ,14m 0,14m 0,85m 0,050 0,060 0,070 0,080 0,090 0,100 0,110 0,10 Natężene przepływu powetrza (m 3 *s -1 ) Zależność spadku cśnena dp wzdłuż warstwy nason fasol o różnej wysokośc w zależnośc od natężena przepływu powetrza Dependence of the pressure drop dp alon the layer of bean seeds of varous heht on the ntensty of ar flow Na podstawe wykonanych pomarów oblczono jednostkowy spadek cśnena na złożu w zależnośc od prędkośc przepływu powetrza. Dla oblczena prędkośc powetrza przepływająceo przez warstwę nason przyjęto średn przekrój aparatu wylczony na podstawe wzoru 11 1 podstawając wartośc: średne arytmetyczne ze wzoru 13 średne eo- 75

6 Joanna Kanewska, Marek Domoradzk metryczne ze wzoru 14. Do opsu spadku cśnena zastosowano zmodyfkowane równane Eruna [195] w postac: dze: dp /h jednostkowy spadek cśnena na złożu [Pa m -1 ], a, b współczynnk. dp = ua, a + ua, b, (15) h Tabela. Równana Eruna opsujące jednostkowy spadek cśnena w stożku suszark Table. Erun equatons descrbn the unt pressure drop n the drer cone Równane reresj Współczynnk Oblczane powerzchn przepływu powetrza [Pa m -1 ] determnacj R Średna powerzchna arytmetyczna dp /h=688 u a u a 0,987 Średna powerzchna eometryczna dp /h=6391 u u 0,99 Jednostkowy spadek cśnena [Pa m -1 ] Rys. 4. F arytmetyczna eometryczna ,500 0,600 0,700 0,800 0,900 1,000 1,100 1,00 1,300 1,400 1,500 Prędkość przepływu [m s -1 ] Jednostkowy spadek cśnena w zależnośc od prędkośc przepływu powetrza wylczonej dla średnej średncy arytmetycznej eometrycznej przekroju stożka Unt drop pressure dependn on the speed of ar flow calculated for the averae arthmetc and eometrcal dameter of the cone secton Na podstawe danych zawartych w tabel na wykrese 4 można stwerdzć, że równane Eruna (14) dobrze opsuje jednostkowy spadek cśnena wzdłuż warstwy dp /h w zależnośc od oblczonej prędkośc przepływu powetrza u. Współczynnk determnacj są blske jednośc, co wskazuje na dobre dopasowane równań do danych dośwadczalnych. Obydwe metody oblczana średnej prędkośc przepływu przez warstwę, zarówno średna arytmetyczna jak eometryczna, dość dobrze opsują badany proces. 76

7 Opory przepływu powetrza... Otrzymane wynk podstawono do równana zmodyfkowaneo Darcy Wesbacha (równana Leva) dla wyznaczena współczynnka oporu nason fasol dla przepływająceo powetrza [[Koch n. 1998]: 3 n dp 1 u (1 ε) 3 n = λ ρ ϕ, (16) 3 h dz ε dze: ρ =1,154 [k m -3 ] - ęstość powetrza w temperaturze 30ºC, d z =0,00664 [m] - średna średnca nason fasol, ϕ=0,9 - czynnk kształtu, n=1,9 - wykładnk potę ruchu burzlweo dla lczby Reynoldsa Re>100, μ=18, [k m -1 s -1 ] - lepkość powetrza w 30ºC. Tabela 3. Oblczane współczynnka oporu warstwy nason w równana Leva (16) Table 3. Calculaton of the seed layer resstance coeffcent acc. to the Leva equaton dp h [Pa m -1 ] u [m s -1 ] u [m s - ] 1 d z [m -1 ] Re 3 n (1 ε ) 3 ϕ 3 ε n 1 u ρ d z [Pa] [ ] Współczynnk oporu λ 454 0,599 0, ,6 47 9,1 568,6 7, ,640 0, ,6 64 9,1 648,1 8, ,701 0,49 150,6 89 9,1 779,0 7, ,757 0, ,6 31 9,1 907,7 7, ,774 0, , ,1 947,4 7, ,831 0, ,6 34 9,1 1093,6 7, ,864 0, , ,1 1183,1 6, ,919 0, , ,1 1337,9 6, ,99 0, , ,1 1365,9 6, ,964 0, , ,1 147,8 6, ,046 1, , ,1 1733, 6, ,08 1, ,6 44 9,1 1673,6 6, ,048 1, ,6 43 9,1 1738,9 6, ,10 1,15 150, ,1 193,8 6, ,14 1, , ,1 064,3 6, ,14 1,64 150, ,1 001,4 6, ,171 1, ,6 48 9,1 169,9 6, ,36 1,58 150, ,1 419,7 5, ,5 1, , ,1 375,0 6, ,311 1, , ,1 71,5 5, ,378 1, , ,1 3008,8 5,78 Źródło: oblczena własne 77

8 Joanna Kanewska, Marek Domoradzk Określono zależność współczynnka oporu przepływu powetrza w suszarce stożkowej w funkcj lczby Reynoldsa: 10,00 u ρ d z Re = (17) μ 65,4 λ = (18) 0,38 Re Współczynnk oporu l y = 65,39x -0,38 R = 0,8934 Rys. 5. F. 5. 1, Lczba Reynoldsa Re 1000 Zależność współczynnka oporu λ od lczby Reynoldsa Re Dependence of the λ resstance coeffcent on the Reynolds number Re Wnosk 1. Jednostkowy spadek cśnena wzdłuż warstwy nason fasol zależy od średnej średncy przepływu szybkośc przepływu powetrza. Wraz ze wzrostem wysokośc warstwy nason szybkośc przepływu powetrza spadek cśnena rośne.. Zależność oporu hydraulczneo wzdłuż warstwy dokładne opsuje równane Eruna dla średneo przekroju przepływu powetrza z zastosowanem średnej średncy eometrycznej. 3. Zależność współczynnka oporu lnoweo powetrza przepływająceo przez warstwę nason fasol w suszarce stożkowej od lczby Reynoldsa Re jest dana zależnoścą dla ruchu burzlweo w postac równana (18). 4. Dla wyznaczana jednostkoweo spadku cśnena powetrza przez warstwę nason w suszarce stożkowej zaleca sę używane do oblczeń średneo przekroju przepływu powetrza F średną średncę eometryczną D. 78

9 Opory przepływu powetrza... Blblorafa Erun S Flud flow throuh packed columns. Chemcal Enneern Proress, 48. ISSN Koch R., Noworyta A Procesy mechanczne w nżyner chemcznej. WNT. Warszawa. ISBN Maude R.B Seedborne Dseases and Ther Control. Hortculture Research Internatonal Wellesbourne. CAB Internatonal. Mohsenn N.N Physcal propertes of plant and anmal materals. Gordon and Breach Scence Publc. New York. Nmkar P.M., Chattopadhyay P.K. 00. Arflow resstance of Green ram. Bosystems Enneern 8(4), s PN-R-65950:1994. Materał sewny. Metody badana nason. RESISTANCES OF AIR FLOW THROUGH A CONICAL DRIER FILLED WITH BEAN SEEDS Abstract. In ths work, tests of the resstance of ar flow throuh a bean seed depost n the concal part of the drer were carred out. Attempts were made to fnd the relatonshp between the drop of pressure on the bean seed depost and the speed of flown ar n the concal drer. For the descrpton of the relatonshp ben souht, the Erun equaton was used. The receved results were also substtuted for the Leva equaton n order to determne the bean seed resstance coeffcent for the flown ar. Key words: resstances of ar flow, concal drer, bean seeds Adres do korespondencj: Joanna Kanewska; e-mal: Joanna.Kanewska@utp.edu.pl Katedra Technolo Aparatury Przemysłu Chemczneo Spożywczeo Unwersytet Technoloczno-Przyrodnczy w Bydoszczy ul. Semnaryjna Bydoszcz 79