بهینه سازی مصرف انرژی در یک سامانه حرارتی هوشمند فرآوری مایعات غذایی به کمک الگوی طراحی سازه ای

تبادلات حرارتی جزء مهمترین عملیات واحد در صنایع غذایی هستند. اما اغلب بهینه نبودن تجهیزات و عدم کنترل کافی شرایط - عملیاتی و درنتیجه فرآوری بیش ازحد موادغذایی، منجربه کاهش کیفیت محصول، افزایش مصرف انرژی و آلودگی محیط زیست میشود. در این پژوهش به منظور ارزیابی مصرف انرژی، یک سامانه حرارتی شامل چهاربخش اصلی مکانیکی، الکتریکی، دیجیتال و نرم افزاری طراحی و ساخته شد. مبدل حرارتی پوسته ولوله بر اساس تئوری نوین سازه ای بهینه سازی شد. این مبدل تمام استیل و شامل 13 عدد لوله گرمایی در 5ردیف به صورت آرایش مثلثی میباشد. برای بررسی پیوسته روند تغییرات دمایی سیال حرارتی و مایع - غذایی، چهارعدد سنسور PT100 خطی-صنعتی در ورودی و خروجی مبدل تعبیه گردید. سرعت الکتروپمپ های سانتریفوژی استیل توسط اینورترهای برداری N700 E کنترل شد. میزان مصرف انرژی الکتروپمپ ها و گرمکن سیال حرارتی با نصب کنتوردیجیتالی رصدشد. برای مرتبط نمودن بخش های مختلف سامانه به یکدیگر، برنامه ای به زبان basic تدوین و با استفاده از bascom compiler به یک میکروکنترلر ATMEGA32A منتقل گردید. ارسال فرامین و تجزیه وتحلیل داده ها و نمودارهای حاصل در رایانه، توسط برنامه Visual studio صورت گرفت. نتایج ارزیابی ها نشان داد، باکنترل دقیق دما و زمان فرآیند ازطریق نرم افزار تدوین - شده، علاوه بر دستیابی به محصولاتی با کیفیت بهتر، مصرف انرژی تا میزان 0/3KWhL-1 کاهش می یابد. نرخ انتقال حرارت مبدل سازه ای به ازاء دبی6Lmin-1 آب گرم 80 درجه سانتی گراد 1- 1/9kJs محاسبه شد. درحالیکه این مقدار در آزمایشات انجام شده 1/7kJs-1. مقایسه این دو عدد صحت محاسبات و کارایی مبدل سازه ای را تایید میکند. ضریب انتقال حرارت در مبدل های عادی حدود Wm 14002K-1 و در مبدل سازه ای 2600Wm-1K-1 میباشد، لذا هزینه لازم برای تامین سطح تبادل حرارتی کاهش مییابد. علاوه براین هزینه های عملیاتی ازجمله انرژی پمپاژ سیال نیز به حداقل میرسد. بدین ترتیب با استفاده از تئوری سازه ای هزینه های کلی حدود 50-40 % کاهش می یابد.

Keywords:

اینورتر برداری , سنسور PT100 , کنتور دیجیتالی , مبدل پوسته و لوله سازه ای , میکروکنترلر