Мобильная гелиосушильная установка для сушки плодов ягодных культур

Введение . Известно множество способов хранения и переработки плодов ягодных культур, к числу которых относят плоды дикорастущей и садовой черноплодной рябины. Однако самый распространенный и эффективный способ переработки этих ягод – сушка различными способами.

Сушеные плоды черноплодной рябины долго хранятся, и их с успехом используют в медицинских и ветеринарных учреждениях с целью профилактики иммунодефицита у человека и животных, а также в пищевой и перерабатывающей промышленности для изготовления фруктовых йогуртов, при выпечке хлебобулочных изделий и т.д.

В настоящее время разработано множество конструкций для сушки зерна, овощей, фруктов и ягод [1–4]. Усовершенствуются конструкции современными материалами, позволяющими использовать в процессе сушки возобновляемые источники энергии (ВИЭ) [5].

Разработанный и изготовленный иркутскими учеными В.Д. Очировым, В.А. Федотовым и И.В. Алтуховым опытный образец ИК-установки [6] позволяет проводить лабораторные опыты по изучению эффективных режимов и параметров ИК-сушки дикорастущего и сельскохозяйст- венного сырья растительного происхождения, произрастающего на территории Иркутской области и Республики Бурятия.

Группой исследователей (Алтухов И.В., Цугленок Н.В., Очиров В.Д.) в ходе экспериментальных исследований, с применением импульсной инфракрасной сушки сахаросодержащих корнеклубнеплодов, доказано, что расход электроэнергии в режиме с понижением уровня энергоподвода в 1,13 раза меньше, чем при постоянном уровне, и в 1,27 раза больше, чем с повышением уровня энергоподвода [7].

Для решения вопроса снижения энергетических и экономических затрат при производстве качественной пищевой продукции при сушке плодов ягодных культур на современном этапе предлагается применение энергосберегающих технологий, таких как применение солнечной энергии с использованием селективного материала для преобразования солнечной радиации в ИК-излучение.

Селективный материл (СМ) – состоящий из алюминиевой пластины с нанесенным электрохимическим способом меди с поглощательной способностью 0,95 и степенью черноты 0,05. Способен свободно пропускать и поглощать инфракрасные лучи (при этом сам является отражателем для теплового излучения), увеличивающие производительность сушильных установок.

Из-за высокой проникающей способности ИК-излучения определенной мощности с соответствующей длиной волны разрушаются микроорганизмы, споры, грибки, а также уничтожаются вирусы. Данные особенности импульсного ИК-излучения позволяют получать продукты длительного хранения [8].

Аналогом и прототипом предлагаемой нами мобильной гелиосушильной установки послужили запатентованные модели А.К. Бровцына «Аэродинамическая гелиосушилка» [9] и Е.В. Тышкевича «Дефлекторный сушильный агрегат» [5].

Цель работы . Разработать сушильную установку с использованием солнечной энергии и инфракрасного нагрева с целью снижения энергозатрат для сушки плодов ягодных культур.

Задачи : разработать мобильную гелиосушильную установку; выбрать энергоэффективный режим сушки плодов ягодных культур.

Материалы и методы исследования . Исследование и экспериментальная часть работы проводились в Красноярском государственном аграрном университете (Красноярский ГАУ) на кафедре электроснабжения сельского хозяйства, в садоводческом некоммерческом товариществе «НИВА» Емельяновского района Красноярского края, а также в научно-исследовательском испытательном центре Красноярского ГАУ в период 2015–2017 гг.

Материалом исследования служили плоды черноплодной рябины, конструкция гелиосушильной установки (рис. 1, 2).

В качестве нагревательных элементов были использованы селективный материал и пленочные электронагреватели, которые поддерживали требуемую температуру, необходимую для сушки плодов ягодных культур.

На рисунке 1 приведена разработанная и запатентованная нами оригинальная конструкция мобильной гелио-сушильной установки для сушки плодов ягодных культур [11]. Вид спереди отличается от вида слева тем, что отверстия для вентилятора расположены в верхней части установки.

а                                                                    б

Рис. 1. Мобильная гелиосушильная установка: а – вид спереди, б – вид слева

Для преобразования солнечной энергии в инфракрасное излучение в мобильной гелиосушильной установке на крышке 2 , изготовленной из алюминия, был нанесен селективный материал, поглощающая способность которого – 0,95, степень черноты – 0,05 (рис. 2, а).

На корпусе 1 сушильной установки, выполненной из поликарбоната, расположены петли 5 и крючки 4 для закрывания дверцы 6, которая предназначена для доступа к сеткам 9, между которыми размещается продукт, подвер- гаемый сушке (рис. 2, в). Дверца 6 удерживается креплением 11 на корпусе 1 сушильной установки. Над сеткой 9 сверху и снизу на высоте 5 см подвешены пленочные инфракрасные электронагреватели 7, которые расположены на полках 8. Для циркуляции воздуха в корпусе 1 предусмотрены приточный воздуховод 10 (с вентилятором, при необходимости) и вытяжной воздуховод 3 (с вентилятором, при необходимости).

а

б

в

Рис. 2. Гелиосушильная установка: а – сушилка без крышки с ПЛЭНом; б – фрагмент крышки с датчиком пиранометра; в – черноплодная рябина на сетке

Принцип работы солнечной установки для сушки плодов ягодных культур с использованием солнечной энергии заключается в том, что селективный материал (рис. 2, б), расположенный на крышке 2 корпуса 1 , под действием солнечных лучей нагревается и передает тепловую энергию в виде инфракрасного излучения внутрь корпуса.

При недостаточной солнечной радиации в качестве источника инфракрасного излучения используются пленочные электронагреватели (ПЛЭН) 7, которые располагают с одной или с обеих сторон на расстоянии 5 см от сетки 9 . В местах, где отсутствует центральное или автономное электроснабжение (лес, дача и т.п.), ПЛЭНы вынимаются из установки, и процесс сушки идет только за счет использования солнечной радиации.

Предлагаемая установка для сушки плодов ягодных культур с использованием солнечной энергии (рис. 2, а) позволяет эффективно преобразовывать солнечную энергию в инфракрасное излучение требуемого качества (длина волны, удельная мощность – в зависимости от технологического регламента сушки), тем самым осуществлять низкотемпературный инфракрасный нагрев и сушку материала без его заветривания и потери качества (витамины, сахара, органолептические свойства при такой сушке теряются незначительно).

Для поддержания температурного режима в условиях недостаточной солнечной радиации и низкой температуры окружающей среды нами экспериментально было доказано эффективное расстояние между сеткой, на которой располагается высушиваемый материал, и ПЛЭ-Ном, которое составляет 5 см.

Результаты исследования и их обсуждение . На основе количества поступления солнечной радиации в летне-осенний период [12] был проведён расчет режимов сушки плодов ягодных культур. Проведены исследования при изменяющемся количестве применяемых ПЛЭНов.

Уборку плодов черноплодной рябины в пригороде Красноярска начинают обычно в первой декаде сентября, когда средняя температура воздуха колеблется от 14 до 19 °С. Опытные испытания по сушке плодов ягодных культур проводили в первой половине сентября в течение 6 часов в период с 10.00 до 16.00 часов. Контрольную сушку плодов проводили на открытом воздухе при средней температуре 18 °С. Первую опытную партию сушили в установке с использованием одного ПЛЭНа, вторую опытную партию с использованием двух ПЛЭНов в том же временном промежутке. Конечную влажность сырья определяли взвешиванием на электронных весах марки В05 с точностью 1 г.

Эмпирическим путем установлено, что процесс сушки происходит в два этапа. На первой стадии сушки черноплодной рябины плоды отдают влагу интенсивней, так как в первую очередь испарение происходит с поверхности плодов. Через четыре часа сушки свободная влага с поверхности плодов и внутри их испаряется и начинается процесс испарения связанной влаги продукта. В процессе опыта при применении двух ПЛЭНов в течение шести часов достигалась необходимая остаточная влажность 16,2 %, которая регламентируется в СТБ 739-93 как оптимальная для хранения [13]. При сушке на открытом воздухе процесс испарения влаги как на поверхности, так и внутри плода происходил значительно дольше из-за более низкого по температуре режима сушки.

Проведенный эксперимент без применения гелиосу-шильной установки показал, что процесс сушения при наличии одного ПЛЭНа затягивается более чем на 15 часов, а при наличии двух сокращается до 8 часов. Производственные испытания гелиосушильной установки показали сокращение временного интервала сушки плодов черноплодной рябины в 1,3 раза при использовании двух ПЛЭНов.

Предлагаемая мобильная гелиосушильная установка, эффективно преобразуя солнечную энергию в инфракрасное излучение, осуществляла низкотемпературный инфракрасный нагрев и сушку плодов черноплодной рябины без их заветривания. Рациональным следует считать режим, при котором с 10 до 16 часов производится первая стадия сушки при использовании солнечной радиации.

Выводы

• 1.    Разработана мобильная гелиосушильная установка, с помощью которой возможно сокращение энергозатрат до 25 %.

• 2.    Остаточная влажность 16,2 % достигается при применении двух ПЛЭНов в мобильной гелиосушильной установке при сушке плодов черноплодной рябины с начальной влажностью 74 % в течение шести часов.

• 3.    Высушенные плоды черноплодной рябины в ге-лиосушильной установке могут быть использованы для транспортировки на дальние расстояния, длительного хранения с последующим использованием в медицинских целях и пищевой промышленности.