Economii de energie la uscarea prin inducție a cerealelor cu metoda de încălzire prin inducție
Kazahstanul produce anual aproximativ 17-19 milioane de tone de cereale în greutate curată, exportă aproximativ 5 milioane de tone de cereale, iar volumul mediu al consumului intern ajunge la 9-11 milioane de tone. Dezvoltarea în continuare a industriei cerealiere și promovarea exportului de cereale necesită dezvoltarea infrastructurii de depozitare, transport și uscare a cerealelor, inclusiv construirea de noi silozuri de cereale și reconstrucția celor vechi, construirea de terminale portuare și achiziționarea de nave de mărfuri uscate și de transport cereale (Baum, 1983). Este necesară modernizarea industriei, iar această sarcină necesită eforturi intense din partea statului și a producătorilor naționali de cereale.
Participanții la Astana Kazakh Grain Forum V KAZGRAIN-2012 au discutat starea actuală a pieței cerealelor, tendințele și așteptările privind prețurile, precum și problemele dificile din domeniul logisticii și infrastructurii. S-a remarcat faptul că, în urmă cu 10 ani, Kazahstanul nu putea fi considerat un exportator de cereale, în timp ce, în prezent, problemele legate de export sunt recunoscute ca fiind prioritare. Iar producția și uscarea cerealelor ocupă unul dintre primele locuri atât în complexul agroindustrial, cât și în economie în ansamblu.
Analiza experienței multor întreprinderi producătoare în prelucrarea cerealelor după recoltare dovedește că sarcina principală în asigurarea siguranței și calității semințelor proaspăt recoltate este uscarea acestora. Importanța uscării cerealelor crește în zona umedă: întârzierea uscării sau efectuarea acestei operațiuni cu încălcarea regimurilor tehnologice provoacă inevitabil pierderi de recoltă. Conform cercetărilor în umiditatea de 25-28% a grămezii timp de trei zile germinația scade cu 20%. Iar pierderile de materie uscată sunt de 0,7-1% pe zi, atunci când umiditatea grămezii de cereale este de 37% (Ginzburg, 1973).
Factorii importanți în utilizarea eficientă a uscătoarelor în agricultură sunt asigurarea unei calități superioare a cerealelor, creșterea lățimii de bandă a unităților, precum și reducerea costurilor energetice. Baza pentru îmbunătățirea eficienței uscătoarelor existente în agricultură este asigurarea unei eliminări suficiente și stabile a umidității dintr-un metru cub în camerele uscătoarelor de cereale. Unul dintre motivele care împiedică acest lucru este faptul că unitățile de răcire, încorporate în arborele de uscare, nu creează condiții optime pentru răcirea completă a cerealelor și, prin urmare, reduc volumul efectiv al arborelui de uscare și eliminarea umidității dintr-un metru cub al camerei.
Începând din 2010, producția de grâu demonstrează o tendință de creștere stabilă: suprafața cultivată a crescut cu 17%, randamentul a crescut cu 25%, iar randamentul total - cu 52%. La 1 ianuarie 2012, Kazahstanul avea 258 de silozuri cu o capacitate de stocare de 14 771,3 mii tone și elevatoare cu o capacitate de stocare de 14 127,8 mii tone. Creșterea randamentului și a recoltei brute necesită îmbunătățirea tehnologiei de uscare pentru a evita pierderile de recoltă și a menține calitatea cerealelor.
Cea mai de perspectivă metodă de uscare a cerealelor și de eliminare a umidității este metoda de încălzire prin inducție care rămâne puțin studiată și rar utilizată în practică din cauza imperfecțiunilor considerabile ale tehnologiilor de fabricație a convertoarelor de frecvență. Deși echipamente de încălzire prin inducție este în curs de dezvoltare, iar utilizarea acesteia în practicile de uscare a cerealelor devine preferabilă în comparație cu metodele tradiționale de încălzire (Zhidko, 1982).
În prezent, încălzirea prin inducție este utilizată pentru întărirea superficială a produselor din oțel, prin încălzire pentru deformarea plastică (forjare, ștanțare, presare etc.), topirea metalelor, tratamentul termic (recoacere, revenire, normalizare, călire), sudare, sudare, lipire, metale. Încălzirea indirectă prin inducție este utilizată pentru încălzirea echipamentelor tehnologice (conducte, rezervoare etc.), încălzirea lichidelor, uscarea straturilor și a materialelor (de exemplu, lemn). Cel mai important parametru al instalațiilor de încălzire prin inducție este frecvența. Pentru fiecare proces (întărirea suprafețelor, încălzirea prin trecere) există o gamă optimă de frecvențe, care oferă cele mai bune performanțe tehnologice și economice. Pentru încălzirea prin inducție se utilizează frecvențe de la 50 Hz la 5 MHz.
Avantajele încălzirii prin inducție includ următoarele:
- Transmiterea energiei electrice direct în corpul de încălzire permite punerea în aplicare a încălzirii directe a materialelor, astfel încât rata de încălzire este
- Transmiterea energiei electrice direct în corpul de încălzire nu necesită dispozitive de contact. Acest lucru este util pentru linia automată
- Atunci când materialul de încălzire este un dielectric, de exemplu granulația, atunci puterea este distribuită uniform în întregul volum al materialului de încălzire. În consecință, această metodă de inducție asigură încălzirea rapidă a
- Încălzirea prin inducție în majoritatea cazurilor poate crește productivitatea și îmbunătăți condițiile de lucru. Dispozitivul de inducție poate fi considerat un fel de transformator, atunci când înfășurarea primară (inductor) este conectată la sursa de curent alternativ, iar materialul de încălzire servește ca secundar
Reducerea costului întregii instalații necesită dezvoltarea și punerea în aplicare a unor încălzitoare cu inducție cu design simplu.
Principala diferență dintre încălzirea prin inducție și metodele tradiționale de uscare constă în încălzirea volumetrică. Căldura pătrunde în produs (material) nu de la suprafață; ea se formează în întregul volum deodată, acest proces permite uscarea eficientă a cerealelor cu un consum redus de energie. Distribuția uniformă a umidității are loc într-un material uscat în timpul procesului de încălzire prin inducție. Inducția nu presupune transferul de căldură de la încălzitor la un material. În timp ce utilizarea altor metode de uscare necesită încălzirea aerului, apoi transferul căldurii de la aerul fierbinte la material. La fiecare etapă - încălzirea aerului, transportul acestuia și transferul de căldură către produse - pierderile de căldură sunt inevitabile.
În prezent, întreprinderile din Kazahstan practic nu utilizează încălzitoare cu inducție, deoarece acestea sunt foarte scumpe. Modele vechi de lămpi de mașini de încălzire prin inducție sunt învechite și nu sunt fabricate.
Uscarea boabelor prin încălzire prin inducție. Uscarea în strat descendent
Noi propunem metoda de uscare a cerealelor prin încălzire prin inducție (figura 1), în care materialul cerealier trece, antrenat de forța gravitațională, prin arborele de uscare. În partea superioară a uscătorului, boabele sunt încărcate de transportoare cu găleți sau alte dispozitive de transport; apoi boabele ajung în turnul de uscare. În camera turnului de uscare, inductorul, conectat la convertorul de frecvență, creează un câmp electromagnetic (flux) de înaltă frecvență.
Uscare în strat descendent. Stratul de cădere reprezintă un flux gravitațional de cereale în mișcare, puternic descărcat, parțial compensat de fluxul ascendent de gaze (frânare aerodinamică). Concentrația reală de cereale crește pe parcursul mișcării. Uscare în strat suspendat. Starea de suspendare a boabelor este obținută în curentul ascendent de gaz atunci când crește viteza de alimentare cu energie electrică. În acest proces, întreaga suprafață a boabelor este implicată în schimbul de căldură și umiditate cu gazul. Timpul de ședere a boabelor în tubul pneumo nu depășește câteva secunde; temperatura agentului de uscare este de 350-400 °C. Cu toate acestea, reducerea umidității se ridică la o fracțiune de procent. Prin urmare, aparatele cu straturi ponderate de cereale nu sunt utilizate ca uscător separat, ci ca element al uscătorului combinat cu mai multe camere.
Concluzie
În prezent, întreprinderile agricole și elevatoarele sunt echipate în principal cu uscătoare cu ax cu debit direct. Aceste uscătoare prezintă denivelări considerabile în ceea ce privește încălzirea și uscarea cerealelor, ceea ce, la rândul său, determină costuri substanțiale de uscare termică. Principalul motiv în acest caz este imperfecțiunea alimentării cu agent de uscare și aer atmosferic a straturilor de deshidratare a cerealelor.
O condiție importantă pentru funcționarea de calitate a uscătoarelor de cereale este răcirea eficientă a cerealelor uscate. Conform planului, dispozitivele de răcire ale uscătoarelor de cereale sunt proiectate astfel încât temperatura cerealelor la ieșire să nu depășească temperatura aerului atmosferic cu mai mult de 10°C. Cu toate acestea, în practică, această valoare ajunge la mai mult de 12°C atunci când temperatura aerului este mai mare de 15°C. De asemenea, uscătoarele moderne de cereale oferă denivelări considerabile în răcirea straturilor individuale de cereale. În contextul discutat, aplicarea uscării cu încălzire prin inducție poate fi cea mai potrivită metodă din punct de vedere al productivității, calității și rentabilității.
Referințe
Baum, A., 1983. Uscarea cerealelor [în rusă], Moscova: Kolos
Ginzburg, A., 1973. Esențialul teoriei și tehnologiei în uscarea produselor alimentare [în limba rusă], Moscova: Industria alimentară
Zhidko, V., 1982. Uscarea cerealelor și uscătoarele de cereale [în rusă], Moscova: Kolos