suncokret

Povrtarstvo

SKLADIŠTENJE POVRĆA

Piše: Prof. dr Miladin Brkić

ČUVANJE POVRĆA U USLOVIMA KONTROLISANE TEMPERATURE I RELATIVNE VLAŽNOSTI VAZDUHA

Kod savremenih skladišta i hladnjača proces čuvanja povrća je potpuno automatizovan, pa ga nije ni potrebno stalno pratiti na i-x dijagramu, osim u slučaju povremenih kontrola rada termičke opreme. - Postizanje željenog stanja vlažnog vazduha, odnosno uskladištenog povrća, zavisi od obučenosti i spretnosti u radu rukovaoca postrojenja za hlađenje. Proces rada klima-uređaja može da se automatizuje u skladu sa potrebama čuvanja povrća.

U modernim skladištima instalirana je savremena oprema koja je u mogućnosti da obezbedi odgovarajuću temperaturu i relativnu vlažnost vazduha za skladištenje i čuvanje povrća na duže vreme (od nekoliko nedelja do nekoliko meseci). Da bi mogao da se prati proces promene temperature i relativne vlažnosti vazduha u skladištu na Molijerovom i-x dijagramu stanja vlažnog vazduha potrebno je prvo da se objasne osnovne termodinamičke veličine stanja vlažnog vazduha (temperatura, apsolutna vlažnost, relativna vlažnost, pritisak i entalpija). Temperatura vaduha je proporcionalna veličina kinetičkoj energiji kretanja molekula vazduha. Što se molekuli vazduha brže kreću u prostoru, to je viša temperatura i obrnuto. Ona je skalarna (brojčana) veličina (t). Neki stručnjaci smatraju da je temperatura stepen zagrejanosti neke materije ili tela. Meri se u stepenima Celzijusa (oC) sa raznim vrstama termometara (stakleni, štapni, bimetalni, električni otporni, poluprovodnički, termoparovi, i dr.). Obavezno je potrebno s vremena na vreme baždariti (nivelisati) vlastiti termometar sa preciznijim termometrima. Merenje temperature vazduha uvek se obavlja u hladu, nikako na osunčanom mestu. Postoje termini temperature suvog (ts) i vlažnog termometra (tv). Temperatura suvog termometra je indentična temperaturi izmerenoj na instrumentu (termometru). Temperatura vlažnog termometra dobija se kada se tzv. "suvi" termometar ovlaži i sa njim se izmeri temperatura. Vlaženje suvog termometra obavlja se flanelskom čarapicom, koja se navlači na rezervoar termometra i ista se nakvasi. Strujanjem vazduha preko flanelske krpice isparava vlaga i snižava se temperatura na vlažnom termometru. Nanošenjem ove dve temperature na Molijerov i-x dijagram i njihovim presecanjem dobija se presečna tačka "0" (stanje vlažnog vazduha) u kojoj može da se očita vrednost relativne vlažnosti vazduha (φo).

Presecanjem linije temperature (izoterme) vlažnog termometra (tv) sa graničnom krivom linijom relativne vlažnosti φ = 1,0, odnosno 100%, dobija se presečna tačka "R", koja označava tačku rose. Kroz tačku rose povlači se pomoćna kosa prava linija (koja je paralelna izlomljenim temperaturama u oblasti magle) i ona se vuče preko linije suvog termometra (ts). U preseku ovih linija dobija se tačka "0", odnosno "φo". Povlačenjem vertikalne linije iz presečne tačke “0” do vršne blago zakošene linije može da se očita apsolutna vlažnost vazduha "xo". Kod mnogih i-x dijagrama apsolutna vlažnost vazduha naneta je na donju horizontalnu liniju (apcisu).

Relativna vlažnost vazduha “φ” može da se izračuna iz odnosa stvarnog parcijalnog pritiska vodene pare u vlažnom vazduhu (pst)  i maksimalnog parcijalnog pritiska vodene pare (pmax) pri konstantnoj temperature vazduha (izotermi), tj. pri zasićenju vazduha sa vodenom parom (φ = 1 ili 100%), φ = pst/pmax (x 100, dobija se u %). Obično se u termodinamičkim tablicama daju vrednosti maksimalnog parcijalnog pritiska vodene pare u vlažnom vazduhu. Množenjem φ ·pmax= pst dobija se stvarni parcijalni pritisak u nekoj tački (stanju vlažnog vazduha). Što je stanje vlažnog vazduha bliže graničnoj krivoj liniji relativne vlažnosti vazduha 100%, to je veći parcijalni pritisak vodene pare u vazduhu. Relativna vlažnost vazduha može da se izmeri pomoću sledečih instrumenata: deformacionog higrometra (sa ljudskom dlakom), psihrometra po Avgustu (suvog i vlažnog termometra), aspiracionog psihrometra po Asmanu (suvi i mokri termometar sa ventilatorom), apsorbera vlage iz vazduha sa higroskopskom materijom, električnim merenjem vlažnosti vazduha, merača tačke rose, itd.

Pritisak vlažnog vazduha (pvv) je ukupni pritisak (pu), tj. zbir parcijalnih pritisaka suvog vazduha (psv) i  vodene pare pvp= pst. Ovaj zbir je približno jednak 1 bar ili 102kPa. Pritisak vazduha može da se izmeri U - cevima, barometrima, manometrima i električnim meračima.

Apsolutna vlažnost vaduha je odnos mase vode (u obliku vodene pare) u vazduhu (Wvp) i mase suvog vazduha (Lsv) u nekoj zapremini, izražen u kilogramima, tj. x = Wvp/Lsv(kg/kg). Vlaga u vazduhu može da bude u parnom, tečnom i čvrstom (led) stanju. Za merenje apsolutne vlažnosti ne postoji instrument. Ona se očitava sa i – x dijagrama stanja za vlažan vazduh na osnovu izmerenih drugih veličina stanja (t, φ).

Entalpija vlažnog vazduha (i) je energetski potencijal vazduha (kJ/kg) i označava zbir unutrašnje energije vazduha (u) i proizvoda pritiska i specifične zapremine vlažnog vazduha (p ·v). Specifična zapremina vazduha je odnos zapremine i mase vazduha izražena u v (m3/kg). Recipročna vrednost od specifične zapremine je gustina vlažnog vaduha ρ (kg/m3). Entalpija vlažnog vazduha može da se izračuna kao proizvod i = cp· t,gde je cp specifična toplota vlažnog vazduha pri konstantnom pritisku, cp (kJ/kgoC). To je ona količina toplote u kilodžulima (kJ ) koja je potrebna da se dovede masi od 1 kg vazduha da bi mu se povisila temperatura za jedan stepen Celzijusov.

Razlika entalpija vaduha daje dovedenu ili odvedenu količinu jedinične toplote od vazduha (q = i1 – i2).

Količina toplotne energije izražena u starim jedinicama kilokalorijama (kcal/kg) brojčano je četiri puta veća za istu količinu toplote izražene u novim jedinicama kilodžulima (kJ/kg), 1 kcal/kg = 4,19 kJ/kg.

Ako se okolni vazduh stanja "0" (sl. 1) potiskuje ventilatorom kroz sloj ubranog zagrejanog i vlažnog povrća u gomili (kontejneru), onda će vazduh oduzimati toplotu od povrća i zagrevati se po liniji "0-7" (priprema povrća za rashlađivanje). Vazduh će istovremeno da suši površinu povrća i povećati apsolutnu vlažnost "x". Ako se nastavi rashlađivanje uskladištenog povrća, proces zagrevanja vazduha ići će po liniji "7-3". Dalje će se povećavati apsolutna vlažnost vauduha "x".  Relativna vlažnost vaduha "φ" može da se smanji, pošto se vazduh zagreva.

Ukoliko promena stanja vlažnog vazduha ide po liniji "7-4" onda se neće menjati temperature vazduha (izotermska promena stanja), ali će se povećati apsolutna i relativna vlažnost vazduha. Ovaj slučaj nastupa kada je povrće prilično vlažno. Kada se pomena stanja odvija po liniji "7-5", onda se odvija sličan proces prethodnom, pri kojom je još vlažnije povrće ili je došlo do zahlađenja u okolnoj atmosferi. Takođe, ovaj slučaj može da nastupi ako se u vazduh ubacuje vodena para ili sitne kapljice vode preko specijalne opreme.

Promena stanja vlažnog vazduha po liniji "7-6" odvija se kod već ohlađenog i površinski osušenog povrća ili kada dolazi do značajnog zahlađenja u okolnoj atmosferi, pa se istovremeno hladi i vazduh i gomila povrća. Kod ovog slučaja nema promene apsolutne vlažnosti vazduha, a povećava se relativna vlažnost vazduha u skladištu.

Promena stanja vlažnog vazduha po liniji "7-2" je obrnut slučaj od prethodnog. Vazduh se zagreva od toplog i površinski osušenog povrća ili je došlo do zagrevanja okolnog atmosferskog vazduha. Apsolutna vlažnost vazduha se ne menja, a relativna vlažnost vazduha se smanjuje. Kod ovog slučaja može da se pojavi značajno sasušenje povrća, gubitak mase i promena površine povrća.

Ukoliko se promena stanja vlažnog vazduha odvija po liniji "7-1" onda se može reći da se vazduh zagrejao od tople gomile povrća ili povećanja temperature u okolnoj atmosferi. Interesantno je navesti da je u ovom slučaju došlo do smanjenja apsolutne i relativne vlažnosti vazduha. Apsolutna vlažnost može da se smanji uglavnom pomoću specijalnih uređaja (s ispunom od silikagela, Al2O, i sl.), a smanjenje reletivnog sadržaja vlage je došlo zbog zagrevanja vazduha. Naravno, vazduh se može i veštački da se zagreva pomoću termičkih uređaja (toplotne pumpe, kondenzatora toplote na mašinama za hlađenje, termogena, električnog grejača i sl.).

Promena stanja vlažnog vazduha po liniji "0-8" je slučaj kada dolazi do hlađenja vazduha u skladištima s opremom za hlađenje. Kod ovog slučaja relativna vlažnost može da se smanji ili malo poveća, zavisno od uslova koji vladaju u skladištu. Apsolutni sadržaj vlage se smanjuje zbog prinudnog oduzimanja vlage iz vazduha specijalnim uređajima, da ne bude vazduh suviše vlažan i da ne dođe do ovlaživanja povrća. Ovi uređaji su instalirani uglavnom u savremene hladnjače za povrće.

U tabeli 1 date su preporučene vrednosti temperature i relativne vlažnosti vazduha za čuvanje povrća u savremenim skladištima (prema Vico Ivani i Ilin Žarku, 2013).

Tabela 1. Preporučene vrednosti temperatura i relativnih vlažnosti vazduha u skladištima povrća

Na sledećim slikama su šematski prikazani uređaji za predhlađenje i hlađenje vazduha u skladištima i hladnjačama povrća.


2. Šema klima-uređaja


Sl. 3. Skladište povrća satermičkim uređajem


Sl. 4. Skladište povrća sa klima–uređajem

Da bi se preporučeni podaci u tab. 1 mogli u praksi da ostvare potrebno je da se pažljivo upravlja sa navedenim termičkim  uređajima (ventilatorima, grejačima, toplotnim pumpama, ovlaživačima, sušačima i klima-uređajima). Pri tome mora stalno da se meri temperatura i relativna vlažnost vazduha u skladištu ili hladnjači. Dobijeni podaci se nanose na Molijerov i-x dijagram stanja i prati se promena stanja vazduha, dok se ne postigne željeno (preporučeno) stanje. Kod savremenih skladišta i hladnjača proces čuvanja povrća je potpuno automatizovan, pa ga nije ni potrebno stalno pratiti na i-x dijagramu, osim u slučaju povremenih kontrola rada termičke opreme.

U daljem tekstu biće naveden postupak izračunavanja osnovnih termodinamičkih parametara procesa prethlađenja i hlađenja crnog luka na primeru hladnjače vlasništva Mladena Stepančeva iz Gospođinaca. On raspolaže sa hladnjačom dimenzija 7,3 x 8,5 x 4,92 m ili ukupne zapremine 305 m3. Hladnjača je ozidana tvrdom ciglom (15 cm), na koju je postavljen panel s unutrašnje strane sa izolacijom od 120 mm. Pod hladnjače, tavanica i parna brana nisu izolovani. U hladnjači se nalazilo oko 67 t uskladištenog crnog luka u 134 boks-palete. Dimenzije boks-paleta su 1,1 x 1,24  x 1,05 m (zapremina 1,4 m3). Procenjuje se da je nasipna masa crnog luka bila 0,35 t/m3.

Na gornji deo čeonog zida hladnjače  firma "Ross comerce" iz Temerina instalirala je klima-uređaj za hlađenje vazduha u komori hladnjače. S unutrašnje strane, u komoru hladnjače, postavljen je isparivač, francuske proizvodnje  fabrike "Friga bohn", sa dva aksijalna ventilatora, nemačke proizvodnje "EBM". Učinak jednog ventilatora je 7.000 m3/h vazduha. Sa spoljne strane hladnjače, na gornjem delu čeonog zida postavljen je kondenzator sa kompresorom i aksijalnim ventilatorom, francuske firme "Carier".

Boks-palete su po vertikali postavljene u četiri reda. Po horizontali boks-palete su složene u 7 redova sa leve strane komore, posmatrano od uređaja za hlađenje, u 6 redova, posmatrano frontalno i u 6 redova posmatrano desno od uređaja za hlađenje. Temperatura vazduha u hladnjači varira od 0 do +5o C, zavisno od režima rada uređaja za hlađenje, unutrašnjih i spoljnih meteoroloških uslova. Vlasnik hladnjače pokušavao je da ostvari željenu temperaturu za čuvanje luka -1oC, što se u prvih nekoliko sati moglo da ostvari. Daljim radom uređaja za hlađenje dolazi do hvatanja leda na isparivaču, smanjenog kapaciteta hlađenja, prekidanja u hlađenju, zbog obaveznog otapanja isparivača. Otapanje je prvo bilo vođeno na 5 sati, zatim na 4, i posle na 3 sata. Problemi se povećavaju sa porastom spoljne temperature.

Proces prethlađenja crnog luka se obavlja u hadnjači od stanja vlažnog vazduha "0" do "7" (sl. 1). Sa Molijerovog i-x dijagrama stanja vlažnog vazduha mogu da se očitaju sledeće veličine stanja u tački "0": temperatura vazduha tv = 8oC, apsolutna vlažnost x = 0,0053 kg/kg, relativna vlažnost φ = 82,5%, entalpija vazduha i = 21,8 kJ/kg i stvarni parcijalni pritisak vodene pare u vazduhu pvp = 0,85 kPa ili 850 Pa. Korišćenjem samo ventilatora luk može do izvesne mere da se rashladi, a vazduh zagreje oduzimanjem toplote od luka.  Dakle, sa dijagrama stanja za vlažan vazduh mogu se očitati veličine stanja u tački "7", nakon zagrevanja vazduha: temperatura vazduha tv = 12,7oC, apsolutna vlažnost x = 0,0066 kg/kg, relativna vlažnost φ = 74%, entalpija vazduha i = 28,8 kJ/kg i stvarni parcijalni pritisak vodene pare u vazduhu pvp = 1,07 kPa ili 1070 Pa.

Stvarni parcijalni pritisak vodene pare u vazduhu može da se izračuna iz izraza: pvp = φ ·pmax. Vrednost pmax može da se preuzmeiz termodinamičkih tablica za odgovarajuću temperaturu vlažnog vazduha (Kozić, D, Vasiljević, B, Bekavac V, Priručnik za termodinamiku, Mašinski fakultet, Beograd, 1987). Tako na primer, za temperature od tv = 8oC, dobija se maksimalni parcijalni pritisak vodene pare pmax = 0,01072 bar-a ili 1072 Pa, a za tv = 12,7oC dobija se pmax = 0,014675 bar-a. Množenjem odgovarajuće relativne vlažnosti vazduha sa maksimalnim parcijalnim pritiskom vodene pare dobija se stvarni parcijalni pritisak vodene pare u vazduhu u tački "0" pvp= 884 Pa, a u tački "7" pvp= 1.086 Pa. Izračunate vrednosti se neznatno razlikuju od očitanih vrednosti.

Gustina vodene pare u vazduhu izračunava se jednačinom stanja idealnih gasova. ρ =  pvp/Rvp·T, gde je Rvpgasna konstanta vodene pare (461,5 J/kgK), a T apsolutna temperatura vlažnog vazduha (T = toC + 273,16 K), koja se izražava u stepenima Kelvina (stepen se ne piše u izrazima). Dakle, u tački “0” gustina vodene pare je ρvp = 0,0068 kg/m3 ili 6,8 gr/m3, a u tački "7" je ρvp  = 0,0082 kg/m3 ili 8,2 gr/m3. Provera gustine vodene pare može da se obavi preko sledećeg izraza: ρvv = Wvp/V = 2,03/305 = 0,0064  kg/m3ili  ρvv = Wvp/V = 2,488/305 = 0,00816 kg/m3.

Gustina suvog vazduha u vlažnom vazduhu preuzima se iz termodinamičkih tablica  za odgovarajuću temperaturu vlažnog vazduha. Tako je u tački "0" gustina suvog vazduha ρsv = 1,256 kg/m3, a u tački "7" gustina je ρsv = 1,236 kg/m3. Sabiranjem gustine suvog vazduha i gustine vodene pare dobija se gustina vlažnog vazduha. U tački "0" gustina vlažnog vazduha je ρvv= 1,263 kg/m3 i u tački "7" ρvv= 1,244 kg/m3.

Na osnovu navedenih vrednosti može da se izračuna masa vlage (pare) u vlažnom vazduhu pomoću sledećeg izraza: W = x · ρ · V/(1 + x), gde je V zapremina vazduha u hladnjači. Tako,  u tački "0" u vazduhu se nalazi W = 2,03 kg pare, a u tački "7" W = 2,49 kg pare. Dakle, predhlađenjem crnog luka vazduh u hladnjači se ovlažio za 0,458 kg isparavanjem vlage sa površine plodova.

Masa vlažnog vazduha može da se izračuna iz sledećeg izraza: m = Lsv + Wvp = Wvp/x + Wvp. U tački "0" ima 385 kg vlažnog vazduha. Ako se masa vlažnog vazduha pomnoži sa razlikom entalpija pri zagrevanju vazduha dobija se količina toplote koja je oduzeta od luka u toku procesa rashlađivanja i preneta u vlažan vazduh, koji se nalazi u skladištu, tj. Q = m · ∆i = 385 ·7 = 2.681 kJ.

Količina toplote koju luk sadrži u hladnjači jednaka je: Ql = ml·cpl·∆t, gde je ml masa luka, cpl specifična toplota luka (cpl= 1.380 + 28,8 wl = 3.600 J/kgK), w sadržaj vlage u luku (77 %) i ∆t razlika temperatura usled samozagrevanja luka u gomili. Dakle, količina toplote koju luk sadrži je: Ql = 1.133.640. Ako se podeli količina toplote sadržana u luku i količina toplote sadržana u vlažnom vazduhu dobija se odnos od 422,8, koji pokazuje koliko više puta ima toplote u luku koju treba preuzeti sa vlažnim vazduhom.

U hladnjači u Gospođincima postoji protok vazduha kroz hladnjaču od 2 x 7.000 m3/h = 14.000 m3/h. Ako se ovaj protok podeli sa masom od 67 t luka dobija se specifični protok od 209 m3/h po t luka ili 0,058 m3/sec po t luka. Prema tehnološkim zahtevima za rashlađivanje crnog luka potrebno je obezbediti 0,047 m3/s ohlađenog vazduha po toni crnog luka (podaci prema: dr Milan Đević, dr Franc Kosi, Aleksandra Dimitrijević, dipl.inž., Skladištenje crnog luka, časopis "Agronomska revija (AR)", izdavač 100 P+, Novi Sad, 2005, br. 1-2).

Ako se protok vazduha kroz hladnjaču podeli sa zapreminom vlažnog vazduha dobija se odnos 14.000/305 = 45,9 ili 46 puta se izmeni zapremina vazduha u hladnjači u toku jednog sata. To znači da se zapremina vazduha u hladnjači može da izmeni za 60/46 = 1,3 minuta. Množenjem 1,3 minuta sa odnosom količina toplote sadržanoj u luku i vlažnom vazduhu 422,8 dobija se da se rashlađivanje luka može obaviti za 9,16 sati.

Proces rashlađivanja, hlađenja, vlaženja, zagrevanja i sušenja crnog luka može dalje da se nastavi iz tačke "7" u raznim pravcima, zavisno od toplotnog stanja crnog luka i meteoroloških uslova (sl. 1). U daljem tekstu pažnja će se usmeriti na proces hlađenja crnog luka.

Proces hlađenja crnog luka obavlja se u hladnjači od stanja vlažnog vazduha "0" do "8". Sa Molijerovog i-x dijagrama stanja vlažnog vazduha (sl. 1) mogu da se očitaju sledeće veličine stanja u tački "8": temperatura vazduha tv = 0oC, apsolutna vlažnost x = 0,0035 kg/kg, relativna vlažnost φ = 95%, entalpija vazduha i = 8,3 kJ/kg i stvarni parcijalni pritisak vodene pare u vazduhu pvp = 0,55 kPa ili 550 Pa.

Stvarni parcijalni pritisak vodene pare u vazduhu u tački "0" je:pvp = φ ·pmax. = 0,95· 0,006108 · 105 = 580,3 Pa. Gustina vodene pare je:  ρvp = 0,0046 kg/m3 ili  4,6 gr/m3. Gustina suvog vazduha na temperaturi tsv = 0oC u hladnjači je: ρsv = 1,293 kg/m3 (preuzeto iz termodinamičkih tablica). Gustina vlažnog vazduha je: ρvv = 1,2976 kg/m3. Masa vlage (pare) u vlažnom vazduhu je: Wvp = 1,38 kg. U toku procesa hlađenja smanjena je masa vlage (pare) u vazduhu  za:  ∆W = Wo – W8 = 2,03 - 1,38 = 0,65 kg. Do smanjenja vlage u vazduhu može da dođe usled kondenazcije vlage na klima-uređaju, zamrzavanja vlage ili uklanjanja vlage specijalnim uređajima. Provera gustine vodene pare može da se obavi preko sledećeg izraza: ρvv = Wvp/V = 1,38/305 = 0,00453 kg/m3.

Masa vlažnog vazduha može da se izračuna iz sledećeg izraza: m = Lsv + Wvp = Wvp/x + Wvp. U tački “8” ima 396 kg vlažnog vazduha. Ako se masa vlažnog vazduha pomnoži sa razlikom entalpijapri hlađenju vaduha dobija se količina toplote koja je oduzeta od vazduha u toku procesa hlađenja vazduha u skladištu, tj. Q = m · ∆i = 396·13,5 = 5.396 kJ.

Količina toplote koju luk sadrži pri hlađenju u hladnjači jednaka je: Ql = ml·cpl·∆t = 67.000·3,6·8kJ.  = 1.929.600 kJ. Ako se podeli količina toplote sadržana u luku i količina toplote sadržana u vlažnom vazduhu dobija se odnos od 357,6, koji pokazuje koliko više puta ima toplote u luku koju treba preuzeti sa vlažnim vazduhom. Vreme hlađenja luka može da se izračuna iz proizvoda 357,6·1,3 min= 464,9 min ili 7,75 sati, pod uslovom da su dobro izolovani zidovi hladnjače.

Ukupno vreme prethlađenja i hlađenja crnog luka u obrađenom primeru iznosi 16,91 časova za navedene parametre vlažnog vazduha izvan hladnjače i u hladnjači koji su prikazani na sl. 1 i efikasnosti rada ugrađenog klima-uređaja. Postizanje željenog stanja vlažnog vazduha, odnosno uskladištenog povrća, zavisi od obučenosti i spretnosti u radu rukovaoca postrojenja za hlađenje. Proces rada klima-uređaja može da se automatizuje u skladu sa potrebama čuvanja povrća. Neke vrste povrća mogu da se na duže vreme čuvaju pored navedenih uslova (tab. 1) i u modifikovanoj atmosferi kiseonika (O2) i ugljen-diosida (CO2). Potoje specijalni uređaji koji regulišu količinu kiseonika i ugljen-diosida u atmosferi hladnjače.


Preuzeto iz naučno-stručnog časopisa "Savremeni povrtar" (br. 48, decembar 2013.)

:: Povrtarstvo :: SKLADIŠTENJE POVRĆA ::