Az ingadozó hőmérséklet hatása a zöldségekre a betakarítás utáni szakaszban - PDF ingyenes letöltés
Növénytudományi Tanszék Az ingadozó hőmérsékletek zöldségtermesztési tanszékének zöldségfélékre a betakarítás utáni szakaszban Claudia Willging A müncheni Műszaki Egyetem Weihenstephan táplálkozási, földhasználati és környezetvédelmi tudományos központja által jóváhagyott disszertáció teljes példánya az agrártudományok doktori fokozatának megszerzéséhez. Elnök: A dolgozat vizsgáztatója: egyetemi-prof. Dr. rer. nat., Dr. rer. nat. habil. Forkmann G. 1. Univ.-Prof. Dr. agr., Dr. agr. habil. J. Weichmann 2. Univ.-Prof. Dr. rer. hort., Dr. rer. felhalmoz. habil. J. Meyer A disszertációt 2001. június 28-án nyújtották be a Müncheni Műszaki Egyetemnek, és a Weihenstephan Táplálkozási, Földhasználati és Környezetvédelmi Tudományos Központ 2001. szeptember 17-én elfogadta.
8 Rövidítések listája Acetyl-CoA AD konverter ADP AMP ATP CA FAD K LF MFC NAD NADH PE PEP P i PID szabályozó Pt-0 PVC Q RQ TKS transzpirációs együttható. idézett acetil-koenzim A analóg-digitális átalakító adenozin-difoszfát adenozin-monofoszfát adenozin-trifoszfát szabályozott atmoszférában flavin-adenin-dinukleotid Kelvin páratartalom áramlásmérő (tömegáramlás-szabályozó) nikotinamid-adenin-dinukleotid redukált nikotinamid-adenin-piro-arányos-foszfát-arányos-proporcionális-arányos szabályozó poli-nikotinamid-adenin-piro-dinukleotid Ellenállás hőmérő polivinil-klorid hőmérséklet hányados légzési hányados tőzegkultúra szubsztrát izzadási együttható
23 Bevezetés a hővezetésbe: cp δt δt 2 δ T δr 2 δt δt + r δr δr (ρ0 + ρ1t) = (k0 + k1t) + k + QTt (,) 2 1 2 (12. egyenlet) Kezdeti feltétel: T = T for 0 r Rwenn t = 0 0 peremfeltétel: δt δr nq (k 0 + kt) = q (a) (a) (+) h TTTTL LT h 1 0 0 1 m0 p T a + 27315, sp T + 27315, anmps Ta + 27315, T + 27315, pa (13. egyenlet) r = 0 és t> 0 cpppas = fajlagos termékhő = a környezeti levegő vízgőznyomása = telítettséggőznyomás Q-nál = légzési hőtermelés R = a gömb alakú termék sugara r = koordináta sugárirányban T = hőmérséklet t = Idő ρ 0, ρ 1 = empirikus konstansok a párologtató felület hőmérsékletének szorzatának hőmérsékletfüggő sűrűségének becsléséhez A 13. egyenlet feltételezi, hogy a termék sűrűsége és hővezető képessége lineárisan függ a hőmérséklettől.
Bevezetés 28 Hőmérséklet-különbség gáznemű Konvektív hőátadás, szilárd Hővezetés A két pont közötti távolság különböző hőmérsékleteken 1. ábra: Hőátadás gáznemű és szilárd anyagok között (hőátadás). A hőátadást befolyásolja a körben áramló közeg sebessége. A belső súrlódású, de örvényképződés nélküli áramlásokat laminárisnak nevezzük (KUCHLING 1986). A belső súrlódás a molekulák közötti erő hatásainak, az úgynevezett viszkozitásnak az eredménye. Ha egy áramlásban nagy áramlási ellenállások vannak, akkor örvények alakulnak ki, és az áramlás turbulenssé válik. Az erők a mozgás iránya ellen hatnak, és lassítják a mozgást. Az áramlási ellenállás többek között a testnek az áramlással szemben álló legnagyobb keresztmetszetétől függ, és a következő képlet segítségével számolható: ρ Fw = ca v 2 2 (18. egyenlet) F w = áramlási ellenállás [N] c = ellenállási tényező [dimenzió nélküli] A = az áramlás felé néző legnagyobb A test keresztmetszete [m ρ = az áramló közeg sűrűsége [kg mv = a test és a közeg közötti relatív sebesség [ms -3] -1] 2]
Bevezetés A tárolt zöldségek 30 éghajlati viszonyait megfelelően fel lehet jegyezni. Ehhez olyan vizsgálati létesítményt kellett megépíteni, amellyel meghatározott ingadozó éghajlati viszonyok hozhatók létre oly módon, hogy a tárolási hőmérséklet egy meghatározott séma szerint változzon. A második kérdés ezután a tárolt zöldségek élettani reakciójának ellenőrzése a különböző, ingadozó éghajlati viszonyokra. Különösen fontos figyelembe venni és értékelni a tárolt áruk légzési és izzadási intenzitását, mint dinamikus változókat az idő múlásával, mint a különböző hőmérsékletekre való közvetlen reakció.
Anyag és módszerek 32 Ventilátor fűtőelemmel Növényi ellenállás hőmérő használata Kapacitív páratartalom érzékelő ellenállás hőmérővel kombinálva Hőelemek Ventilátor a levegő visszatéréséhez 2. ábra: Cella betéttel és méréstechnikával. 2.1.3 Méréstechnika a küvettákban A küvetták levegő hőmérsékletét a levegőtengelyben elhelyezett Pt-0 ellenállás-hőmérők segítségével mérik. Ezenkívül a termék közelében a hőmérsékletet és a relatív páratartalmat kapacitív páratartalom-érzékelők (HMP 133Y, Humicap 0062 páratartalom-érzékelő és Pt-0 ellenállás-hőmérő kombinálva, Vaisala) határozzák meg. A zöldségfélékben vagy a zöldség felszínén a hőmérsékletet mikrotermo-párokkal (vas-konstán, réz-konstán).
Anyag és módszerek 34 2.1.4.2 Elemzés A mintagázt egy gázgáz-adagoló egységen (CGMF1, Hartmann & Braun) keresztül pormentesen vezetik be az analizátorba. Először egy hűtőbe kerül (ECP 00, M & C termékek), ahol alacsony, stabil harmatpontra van állítva. Ez eltávolítja a vízgőzt a mérőgázból, és szárazon jut be az analizátor mérőkamrájába. Ott a gáz CO 2 -tartalmát az infravörös abszorpció határozza meg. A méréseket abszolút módban végezzük, nitrogénnel mint referenciagázzal, vagyis mindig meghatározzuk a küvetta levegőjének abszolút CO 2 -tartalmát. A tárolt zöldségek tényleges CO 2 -kibocsátásának megállapításához az egyes vizsgálatok között üres edényeket kell elhelyezni a beáramló levegő CO 2 -tartalmának megismerése érdekében. A rendszer hideg helyiségben található része egy vas hálós tesztasztalra van felszerelve. Az adatgyűjtés és -szabályozás vezérlőszekrénye közvetlenül a hűtőtér előtt található. A 4. ábra a hideg helyiség vizsgálati létesítményének vázlatát mutatja felülről. Párologtató 1 2 3 Szigetelt tartály 6 5 4 7 8 9 12 11 Vizsgálati asztal vas hálóból Hűtőház görgőajtó 4. ábra: A hűtőrendszer vizsgálati rendszerének vázlata felülről. 1-12: A küvetták sorrendje.
Anyag és módszerek 36 Rendszerblokkokat használunk egy bizonyos jel lekérdezési sebességének meghatározására, ha ez különbözik a rendszer frekvenciájától (0 Hz). Az együtt mentendő jeleket ugyanahhoz az óra blokkhoz kell csatlakoztatni. A jobb áttekintés érdekében a teljes kapcsolási rajzot öt rész-áramkörre osztottuk, amelyek különböző vezérlési és mérési feladatokat látnak el (5. ábra): Pt-0 mágnesszelepek elemzése A PID vezérlő MFC mérése Az aláramköri ábrák elrendezése tetszőleges és nem befolyásolja azok funkcionalitását. A megfelelő leírást a megfelelő sorrendben adjuk meg. Az aláramköri ábrák között exportálhatók és importálhatók adatok, rendszer- és vezérlőjelek. Csak az adatok, a rendszer és az adóimport és -export blokkjai láthatók az ábrákon. A blokkok közötti buszvonalakon, valamint a blokkok be- és kimenetén lévő számok jelzik az továbbított jelek számát. Control300_E bemeneti blokk Pt-0 mágnesszelepek elemzése PID-szabályozó mérése Kimeneti blokk MFC Control300_A 5 aláramkör-ábra 5. ábra: Áramköri öt al-kapcsolási rajz
37 Anyag és módszerek 2.2.2 Hőmérséklet-rögzítés a Pt-0 mérési részáramkörön A Pt-0 mérési részáramkör felelős a hőmérséklet méréséért és tárolásáért a 12 küvettában (6. ábra). A bejövő jeleket Pt-0 linearizációval méretezzük. A képernyőn megjelenő kimenet numerikus kijelző és görbe megjelenítés formájában jelenik meg. Annak érdekében, hogy a mért érték fájlok ne növekedjenek túl nagyra, és továbbra is biztosítsák a hőmérséklet lehető legpontosabb szabályozását, elegendő 40 másodpercenként lekérdezni és elmenteni a küvetta hőmérsékletét. Rendszerimport vezérlés import Tárolás 40 másodpercenként Képernyő kijelzés Ciklus ki Ki Adatimportálás Méretezés Pt-0 Hőmérséklet-megtakarítás Számgörbék Adat-export Rendszer-export-vezérlés exportálás 6. ábra: Pt-0 aláramköri ábra 2.2.3 Hőmérséklet-szabályozás a PID-aláramkörben Vezérlő A hőmérsékleti görbét minden küvettára külön (szinusz) funkcióként vagy állandó hőmérsékleti értékként lehet megadni. A vezérlés a szoftverben történik egy PID-szabályozón keresztül, amely egy képletblokkhoz és az aktuális hőmérséklethez kapcsolódik (7. ábra). A képletblokk tartalmazza a szinuszfüggvényt:
Anyag és módszerek 38 2π x = Hsin + M SZ (P) (20. egyenlet) H = hiszterézis (a hőmérséklet eltérése az átlagértéktől) S = oszcillációs periódus Z = idő s-ban P = fáziseltolódás M = hőmérsékleti átlagérték A képletblokk egy stopperhez van kapcsolva hogy a megfelelő hőmérsékleti alapjel mindig rendelkezésre álljon. A tényleges hőmérsékleti értéket összehasonlítjuk az alapértékkel. A fűtőelemet ennek megfelelően kapcsolják egy relén keresztül. Minden kísérletben a hőmérsékletet a küvetta levegőtengelyében lévő ellenállás-hőmérő után szabályozzák. Az átlagos hőmérséklet és a hiszterézis a csatorna levegő hőmérsékletére vonatkozik. Különböző tárolási mennyiség esetén nehéz a hőmérőt úgy elhelyezni a zöldségek között, hogy ne érjenek hozzá. A levegőtengelyben a hőmérők mind azonos magasságban helyezhetők el, és az összes küvetta összehasonlíthatóan vezérelhető. Rendszerimport Adóimport Pt-0 Tényleges hőmérsékleti érték Időjel Összehasonlítás alapjel/tényleges érték PID érték Relé Adatok importja Él stopperóra Képlet PID vezérlő C Sin alá esik alapértékként Adatexport Rendszer export Adóexport 7. ábra: A Hőmérséklet küvettában példaként
Anyag és módszerek 40 skálázása lineárisan történik, és kimenetként numerikus megjelenítésként jelenik meg a képernyőn. A mintavételi frekvencia megegyezik a CO 2 értékével. Ezt a mágnesszelepek aláramköri diagramja menti. Rendszerimport Adóbehozatali képernyő Az alapérték bevitele Be Ki Csúszka méretarány Adatok importja Adatexport Skálázási számjegyek Áramlási rendszer export Adóexport 8. ábra: Tömegáram szabályozás az MFC aláramkörben lineárisan méretezzük, és közvetlenül fizikai egységekké alakítjuk (ppm) (9. ábra). Ezeket numerikus kijelzőként jelenítik meg a képernyőn, és exportálják a mágnesszelep részvezeték diagramjába, ahol tovább feldolgozzák és elmentik.