Измерение теплофизических параметров рабочей зоны сушильной установки для Курта

Обеспечение равномерной сушки производимой партии продуктов является важной частью обеспечения единообразного качества сушки продукции [1]. В настоящее время существует вопрос в получении первичных данных [2] и общей картины происходящего в рабочей зоне конвективной [3,4] сушильной установки курта [4,5,6] для испытания [7] сушильной установки курта и в дальнейшем построение кинетики процесса сушки рабочей камеры.

Измерение и исследование теплофизических параметров [2] в процессе сушки куртов имеет стратегическое значение для нахождения оптимального процесса и повышения его эффективности. Анализ теплопередачи, влажности и температурных режимов в рабочей зоне сушильной установки позволяет определить оптимальные условия сушки [8], что способствует сокращению времени производства, повышению качества конечного продукта и улучшению энергоэффективности процесса.

Целью данного исследования является получение первичных данных теплофизических параметров внутри сушильной установки с помощью контрольно-измерительных приборов. Для достижения этой цели были сформулированы следующие задачи [2,9]:

• 1.    Выбор подходящих контрольноизмерительных и регистрирующих приборов для достижения поставленных целей.

• 2.    Установка и наладка системы измерения теплофизических параметров в сушильной установке для курта.

• 3.    Получение первичных теплофизических параметров рабочей зоны сушильной установки.

• 4.    Сбор и анализ первичных данных теплофизических параметров рабочей зоны сушильной установки.

Данное исследование представляет практическую значимость для предприятий и предпринимателей, занимающихся производством куртов, и способствует своевременному и качественному контролю хода технологического процесса [2], определению оптимального режима работы сушильной установки и исследованию процесса сушки не только куртов, но и других пищевых продуктов.

Материалы и методы исследований

Для измерения и контроля температуры и влажности воздуха были использованы датчики

DHT22 (AM2303) [10,11,12], как показано на рисунке 1а. Сигнал с этих датчиков считывался контроллером, который представлял собой плату Arduino Nano 3.0 [12,13,14]. Микроконтроллер ATmega328, изображенный на рисунке 1б, DHT22 включает в себя два датчика в одном корпусе и выдает цифровой сигнал. Эти датчики поставляются с заводской калибровкой. В таблице 1 показаны характеристики датчика температуры и влажности DHT22.

a)                   б)

Рисунок 1. Установка и распиновка датчика DHT22 (а) и контроллера Arduino Nano 3.0 (ATmega328) (б)

Таблица 1. Характеристики датчика температуры и влажности DHT22 (AM2302)

Напряжение питания:	3 .. 6 В
Диапазон измерения влажности:	0 .. 100%
Диапазон измерения температуры: -	40℃ ..+120℃ (-40℃ ..+80℃)
Погрешность измерений влажности:	1%
Погрешность измерений температуры:	0.5°С
Шаг измерения влажности:	0.1%
Шаг измерения температуры:	0.1 °С
Период измерений:	1 сек.
Размеры:	25.1 х 15.1 х 7.7 мм
Вес:	2,2 гр.

Всего было использовано 10 датчиков, размещенных вдоль периметра рабочей зоны сушильной установки. Расположение датчиков показано на рисунке 2. Датчики DHT22 были закреплены на корпусе сушильной установки при помощи болтовых соединений М3, а контроллер был установлен внутри защитной коробки снаружи корпуса. Для подключения датчиков к контроллеру использовались провода ШТЛП 3х0,4 мм2, которые были зафиксированы на стенках корпуса с помощью держателей проводов.

б)

Рисунок 2. Схема расположения датчиков и распределительной коробки

При подключении датчиков DHT22 к контроллеру использованы подтягивающие резисторы номиналом 10 кОм, которые служат для защиты датчика от электромагнитной наводки. На рисунке 3 показана схема соединения датчиков DHT22 с контроллером.

Рисунок 3. Принципиальная электрическая схема системы измерения температуры и влажности рабочей зоны сушильной установки.

Для контроллера было разработано программное обеспечение, позволяющее считывать и собирать данные с датчиков, а затем передавать их через интерфейс UART на компьютер с использованием USB кабеля. Значения влажности и температуры снимались с каждого датчика с периодичностью 10 секунд. Для чтения и отображения полученных данных от датчиков на компьютере использовалось программное обеспечение Terminal 1.9b[15]. Измеренные значения температуры и влажности, а также время, сохранялись в текстовом файле с расширением txt.

Результаты и их обсуждение

Из анализа графиков температуры и влажности воздуха следует, что все датчики работают стабильно и надежно. На временных графиках видно, что кривые температуры и влажности не имеют резких колебаний или отклонений, что свидетельствует о высокой точности и надежности измерений. Датчики показывают согласованные результаты, что указывает на их правильную калибровку.

Однако сравнение показаний различных датчиков выявило некоторые расхождения в значениях температуры и влажности, но не в форме их линий, что подчеркивает надежность и правильную настройку всех устройств.

Данные датчика №7 показывают небольшое отклонение в уровне влажности от других датчиков – примерно на 1-2%, в то время как у других датчиков это показание составляет 0%, что является отличным результатом для сушильной установки. Что касается температуры, наблюдаются следующие различия: датчики №3 и №4 показывают значения от 72 до 74°C, датчики №2, №6, №9 и №11 – от 60 до 70°C, а датчики №5, №8 и №10 – от 55 до 60°C. Самое низкое значение у датчика №7 – 45°C.

Эти различия объясняются особенностями работы конвективной сушильной установки, где нагретый воздух, выполняя роль одновременно теплоносителя и влагопоглотителя, переносится от входного отверстия к выходной решетке под действием вентиляторов. Важным результатом данной работы является выявление и возможность в дальнейших исследованиях корректировки неравномерного распределения температуры в рабочей камере сушильной установки. Обеспечение равномерного распределения горячего воздуха по всему периметру корректируется с использованием каскадов, жалюзи и зонтов в рабочей камере сушильной установки.

temperature 7.

Рисунок 4. Принципиальная электрическая схема системы измерения температуры и влажности рабочей зоны сушильной установки

Заключение, выводы

Результаты работы показали, что датчики температуры и влажности работают стабильно и предоставляют надежные данные, которые могут быть использованы для последующих исследований и анализа. Все полученные данные свидетельствуют о высоком качестве измерений и подтверждают, что оборудование имеет хорошую работоспособность и соответствует    основным    требованиям конструирования    установок    пищевых производств [10]. Отклонение уровня влажности от других датчиков составляет 1-2%. Максимальная температура внутри рабочей камеры достигла 74 °C, а минимальная – 45 °C. Это объясняется неравномерным распределением теплоносителя в рабочей зоне, что можно в дальнейшем устранить, установив внутри сушильной камеры каскады, жалюзи и зонты. Полученные первичные данные представляют собой важный ресурс для дальнейших научных исследований и анализа. Их изучение позволило составить общее представление о работе рабочей зоны сушильной установки курта, что, безусловно, поможет в будущем определить наиболее эффективные режимы её работы.