Минимизация энергозатрат в процессе криоконсервирования растительной продукции

Abstract

The article studies the energy efficiency of plant products cryopreservation and the ways to optimize the operating modes of refrigeration equipment. The aim of the work is to develop rational modes of plant products freezing in order to minimizeenergy costs. The tasks were solved: study of the effect of freezing conditions on the process kinetics and energy costs; effect assessment of morphological structure on the internal thermal resistance of objects; search of indirect control of the productstate based on the energy characteristics of the system. The object of the study was the cryopreservation of samples with different tissue structures (blanched apple and cranberry) in the experimental stand with a static cooling system. It was found that under identical conditions (t = -15 °C), the processing time of cranberries was~4.75 h (cryoscopic plateau -~1.5 h); for blanched apples-~7.2 and ~2.5 hours, respectively. Blanching reducesthe effective product thermal conductivity, increasing the phase transition time. The most important result is to find the relationship between changes in the compressor duty cycle and the phase transition stage in plant products. Significant undercooling in cranberries ensuresa high rate of nucleation of small crystals at low heat dissipation rates. The significance of these results lies in the development of a method for indirectly monitoring the freezing process through standard automation systems without the use of invasivesensors. This allows for the optimization of control algorithms and the reduction of unproductive energy consumption in refrigeration systems.

Articolul studiază eficiența energetică a crioconservării produselor vegetale și modalitățile de optimizare a modurilor de funcționare ale echipamentelor de refrigerare.Scopul lucrării este de a dezvolta moduri raționale de congelare a produselor vegetale pentru a minimiza costurile energetice.Sarcinile au fost rezolvate: studiul efectului condițiilor de congelare asupra cineticii procesului și a costurilor energetice;evaluarea efectului structurii morfologice asupra rezistenței termice interne a obiectelor;căutarea controlului indirect al stării produsului pe baza caracteristicilor energetice ale sistemului.Obiectul studiului a fost crioconservarea probelor cu diferite structuri tisulare (măr și merișor albite) în standul experimental cu sistem de răcire static.S-a constatat că, în condiții identice (t = -15 °C), timpul de procesare a merișoarelor a fost de ~4.75 ore(platou crioscopic -~1.5 ore);pentru merele opărite -~7.2 și respectiv ~2.5 ore.Opărirea reduce conductivitatea termică efectivă a produsului, crescând timpul de tranziție de fază.Cel mai important rezultat este găsirea relației dintre modificările ciclului de funcționare al compresorului și stadiul de tranziție de fază în produsele vegetale.Subrăcirea semnificativă a merișoarelor asigură o rată ridicată de nucleație a cristalelor mici la rate scăzute de disipare a căldurii.Semnificația acestor rezultate constă în dezvoltarea unei metode de monitorizare indirectă a procesului de congelare prin sisteme standard de automatizare, fără utilizarea senzorilor invazivi.Acest lucru permite optimizarea algoritmilor de control și reducerea consumului de energie neproductiv în sistemele de refrigerare.

Статья посвящена исследованию энергетической эффективности процессов криоконсервирования растительной продукции и поиску путей оптимизации режимов работы холодильного оборудования. Целью работы является разработка и исследование рациональных режимов обработки холодом растительной продукции в процессе ее криоконсервирования для минимизации энергозатрат. Для достижения цели были решены задачи: экспериментальное изучение влияния условий замораживания на кинетику процесса и удельные энергозатраты; оценка влияния морфологической структуры и предварительной термообработки на внутреннее термическое сопротивление объектов; анализ возможности косвенного контроля состояния продукта на основе энергетических характеристик системы. Объектом исследования являлся процесс криоконсервирования двух типов образцов с различной тканевой структурой (бланшированное яблоко и клюква) в экспериментальном стендесо статической системой охлаждения. Установлено, что при идентичных условиях (t = -15°C) время обработки ягод клюквы составляет ~4.75 ч (криоскопическое плато —~1.5 ч); для бланшированных яблок эти показатели возрастают до ~7.2 ч и ~2.5 ч, соответственно. Показано, что бланширование снижает эффективную теплопроводность продукта, увеличивая время фазового перехода. Наиболее важным результатом является установление зависимости между изменением коэффициента рабочего времени компрессора и стадией фазового перехода в растительном продукте. Выявлено, что значительное переохлаждение в ягодах клюквы обеспечивает высокую скорость нуклеации мелких кристаллов, что минимизирует деструкцию клеточных структур при низких скоростях отвода теплоты. Значимость полученных результатов заключается в разработке методики косвенного контроля процесса замораживания через штатные системы автоматизации без использования инвазивных датчиков. Это позволяет оптимизировать алгоритмы управления и снизить непроизводительные энергозатраты в системах хладоснабжения.