Komory chłodnicze produktów nabiałowych – systemy chłodzenia oraz problemy eksploatacyjne

Podstawowy układ służący do chłodzenia pośredniego składa się z wspomnianego wyżej wymiennika ciepła pomiędzy chłodziwem a czynnikiem chłodniczym, pomp chłodziwa, odbiorników ciepła (na przykład chłodnic powietrza), rurociągów oraz armatury i elementów sterownia. Zagadnienie sieci przepływu chłodziwa, jego regulacji i obliczeń współpracy sieci z odbiornikami ciepła i parownikiem wybiega poza ramy tego opracowania. Warto jednak zwrócić uwagę na kilka podstawowych zagadnień:

• dobór układu sterowania,
• sposób odtajania chłodnic powietrza,
• izolacja termiczna.

Przy doborze sterowania stajemy przed problemem poziomu scentralizowania układu. Układy centralne, a więc przestrzennie skoncentrowane mają swoich zwolenników i przeciwników. Łatwiej jest nadzorować system schładzania komór, przy zastosowaniu jednego sterownika. Można zastosować wtedy także komunikację i przepływ informacji przez sieć wewnętrzną lub internet. Z drugiej strony, niezależne układy sterujące poszczególnymi grupami parowników są mniej narażone na jednoczesne uszkodzenie. Niezależnie od przyjętego rozwiązania należy zwracać uwagę na prostotę obsługi sterownika oraz dostępne funkcje. Wygodnym rozwiązaniem jest dwupoziomowe menu. Poziom łatwiej dostępny pozwala zmieniać zadaną temperaturę, kolejne menu (tzw. inżynierskie) służy do ustawiania innych istotnych parametrów.

Powszechnym sposobem chłodzenia magazynów nabiałowych jest system bezpośredni. Spotykamy zarówno instalacje amoniakalne, jak i budowane licznie układy freonowe. Pomimo zdecydowanie wyższych kosztów eksploatacyjnych, zaletą układów freonowych jest ich zdecentralizowanie. Zdarza się, iż każdy magazyn ma odrębny układ chłodniczy. W razie awarii jednego z nich, pozostałe magazyny nie są zagrożone wzrostem temperatury. Stawiając kilka mniejszych urządzeń nie ma potrzeby wykonywać połączeń z oddaloną często od magazynów maszynownią chłodniczą. Eliminuje się więc znacznej długości rurociągi. Niestety, rozwiązanie takie ma wiele wad. Poza energochłonnością urządzeń, większa ilość elementów narażona jest na zużycie i uszkodzenie. Pojawiają się również dość często nieszczelności w poszczególnych układach. Okazuje się, że w tej sytuacji korzystniej jest zbudować układ oparty na przykład na dwóch agregatach, o wydajności zapewniającej utrzymanie zadanych parametrów w razie awarii lub przeglądu jednego z urządzeń.

Zastosowanie bezpośredniego chłodzenia amoniakalnego komór chłodniczych jest rozwiązaniem dobrym (wyłączając sytuacje, w których regulacje prawne nie zezwalają na zastosowanie czynników toksycznych, do których należy amoniak). Warunkiem bezpiecznego eksploatowania jest szczelność rurociągów i armatury. O ile same przewody rurowe, dobrze zaizolowane pozwalają na wieloletnią eksploatację, w tyle elementy zaworów narażone są na szczególne ryzyko rozszczelnienia. W takim przypadku pozostaje wymiana tzw. zespołu pokrywy zaworu. Kolejnym problemem związanym z zastosowaniem bezpośredniego schładzania komór amoniakiem, jest regulacja zadanych parametrów. Istotną rolę odgrywa tutaj precyzyjny dobór automatyki i sterowania.

Wybrane problemy eksploatacyjne

Oprócz temperatury, istotną rolę w składowaniu towarów spożywczych odgrywa także wilgotność powietrza. Od strony produktu, zagadnienie to znane jest doskonale zakładowym technologom. Należy jednak pamiętać, iż sam sposób uzyskiwania zakładanej temperatury w komorze, wpływa w sposób istotny na zawartość wody w powietrzu. Stąd jednym z podstawowych kryteriów oceny działania chłodnicy jest stan powietrza osiągany po przejściu przez nią.

Należy wskazać dwa istotne momenty podczas obniżania się temperatury powierzchni chłodnicy. Gdy temperatura osiągnie punktu rosy, na jej powierzchni wykropli się woda. Podczas dalszego obniżania temperatury medium chłodzącego woda zacznie zamarzać. Szybkość schładzania powietrza oraz towaru w komorze zależy między innymi od różnicy temperatur między powierzchnią chłodnicy a temperaturą powietrza. Przykładowo, chcąc uzyskać w komorze temperaturę 5°C, możemy ustawić odparownie czynnika chłodniczego na poziomie 0°C, -5°C czy -10°C. W trzecim przypadku, proces schładzania będzie przebiegała szybciej. Równocześnie spadnie ilość wilgoci zawartej w powietrzu. Tak, więc stan powietrza w komorze kształtuje się pod wpływem działania strumienia ciepła i masy (a więc wilgoci).

Problem odtajania chłodnic jest szeroki i wymaga obszernego opracowania. W tym artykule zasygnalizujemy problem. Z powodu różnicy temperatur, na powierzchni parownika dochodzi do wymrażania się wody zawartej w powietrzu. W rezultacie dochodzi często do powstawania warstwy lodu na powierzchni parownika. Skutkiem tego w znacznym stopniu zmniejsza się możliwość omywania lameli parownika powietrzem zasysanym lub tłoczonym przez wentylatory. Dochodzi więc do zmniejszenia współczynnika przenikania ciepła między powietrzem a czynnikiem a także zmniejszenia powierzchni wymiany ciepła a tym samym do radykalnego spadku wydajności chłodnicy. Jest to sytuacja adekwatna do opisywanego w poprzednich numerach zamrożenia zbyt dużej ilości lodu na wężownicy akumulacyjnego oziębiacza wody lodowej. Proces narastania szronu i lodu jest złożony. Jego szybkość zależy od:

• różnicy temperatur między czynnikiem chłodzącym a powietrzem,
• rozkładu temperatury powierzchni chłodnicy,
• stanu powietrza,
• rozwiązań konstrukcyjnych chłodnicy (np. gęstość lamelowania).