Застосування термодатчиків у металевих силосах і технології активного вентилювання забезпечать контроль за станом зберігання зернової маси.
Металеві силоси мають чимало прихованих проблем, на які обов’язково потрібно звертати увагу під час їх будівництва та в подальшій експлуатації. Важливим і вкрай необхідним є постійний контроль верхньої частини силоса, де в першу чергу можливе накопичення великої кількості вологи та можуть розвиватися шкідники. Псування зерна може відбуватися дуже активно й досягти значних обсягів, особливо коли будівельники починають «економити» і не встановлюють термопідвіски з потрібною кількістю термодатчиків. Для тих господарств та елеваторів, що планують зернозберігання відповідно до вимог сучасних технологій, під час проектування металевих силосів варто враховувати всі елементи технології зберігання зерна, зокрема передбачати можливість активного його вентилювання, яке разом із системою термометрії дозволяє запобігти самозігріванню під час зберігання та забезпечити належну якість зерна, особливо за тривалого зберігання.
Теоретичні й практичні дослідження, проведені науковцями Одеської національної академії харчових технологій, установили зв’язок теплопровідності поверхні зерносховищ, коливання температури зерна в периферійних шарах із термовологодифузією, конденсацією та міграцією вологи. Установлено, що градієнти температур визначають два контури циркуляції повітря та переміщення вологи.
Розташування металевих силосів великого діаметра стосовно різних сторін світу сприяє виникненню потоків теплоти та вологи в них. У залізобетонних силосах (на відміну від металевих) цих проблем немає, бо їхні стіни «поглинають» вологу без проблем для зерна. Тому під час проектування металевих силосів для зберігання зерна бажано все враховувати й передбачати контроль за температурними показниками в середині сховища.
Наступний важливий елемент контролю полягає в сезонності руху повітряних потоків. Навесні холодне повітря переміщається від центральної частини до днища силоса й далі — до поверхні металевих стін і даху. В осінньо-зимовий період через градієнти тиску спостерігається зворотна картина: рух водяної пари від холодних стін до днища й далі в «теплу» центральну частину зернового середовища.
Зберігання зерна в гофрованих металевих ємностях являє собою складний тепломасообмінний процес, швидкість дифузії вологи якого визначається градієнтами температур металевої оболонки — зернової маси. Причому перенесення тепла й вологи відбувається в протилежних напрямках. Відсутність знань щодо механіки переміщення повітряних потоків, досліджень механізму тепловіддачі від поверхні металевих силосів до зернового середовища, моделей процесів міграції вологи істотно ускладнюють створення ефективних систем вентилювання зерна. У зв’язку із цим науково-інженерні розробки у цьому напрямі є актуальним завданням.
Важливим є вентилювання всіх небезпечних для самозігрівання зерна зон — як біля стін сховища, так і в його середині. Однак, на жаль, існуюче нині розміщення термопідвісок із термодатчиками в сучасних металевих силосах великого діаметру якраз і не забезпечує контроль цих найпроблемніших зон.
Схеми вентилювання
Моделювання тепломасообміну, експериментальні термометричні дослідження, виконані нашими вченими, виявили певні механізми термовологоперенесення в зерновому середовищі металевих силосів. Це — перерозподіл вологи в тонкому пристінному термошарі товщиною 0,10–0,15 м, який піддається жорсткому температурному впливу сонячної радіації від даху та верхньої частини гофрованих силосів. Добове переміщення потоків вологи в пристінному термошарі товщиною 0,25–0,35 м зумовлено тепловим впливом добових коливань повітряного середовища. Міграція вологи в поверхневому термошарі товщиною до 1 м відбувається під впливом диференціала температур річного циклу. Перерозподіл вологи в кожному із шарів змінюється в діапазоні 1±2% вихідної вологості зернового середовища.
Для вирівнювання температурних полів, усунення осередків самозігрівання зернової маси застосовують активне вентилювання зерна — примусове продування зернових мас зовнішнім повітрям. Причому бажано, щоб продування відбувалося для різних шарів окремо. Безпосередньо на елеваторах застосовують в основному три схеми вентилювання зерна в силосах: на всю висоту силоса по вертикалі, пошарове — по вертикалі та поперечне — по горизонталі. Кожна із цих систем має переваги й недоліки. До загального недоліку існуючих вентиляційних установок належить відсутність синхронізації аеродинамічних характеристик повітродувного устаткування та опору повітряних потоків зернового середовища. Це призводить до дворазового перевищення питомих енерговитрат на вентилювання проти технологічно обґрунтованих величин. Наприклад, за середньої температури навколишнього повітряного середовища 7 °С охолодити зернову масу гофрованих металевих силосів подачею повітря вдається не нижче, ніж до 14–15 °С. Це пояснюється ефектом нагрівання повітряних мас, що подаються вентиляторним нагнітачем, на 8–12 °С через їх компресію (стискання в зерновому стовпі заввишки 20 м). Через це більш ефективним може бути вентилювання зерна не шляхом нагнітання, а всмоктування, що дозволить насамперед охолоджувати зерно під дахом силоса. Однак технічно забезпечити надійну роботу системи вентилювання на всмоктування дуже трудно.
Випробовування обладнання активного вентилювання зерна «горизонтального типу» дозволили виявити їх істотні енергетичні переваги. Так, питома подача такого роду потоків може збільшуватися у 2–3 рази, якщо зменшити аеродинамічний опір зернового шару в 3–4 рази. Ці системи дозволяють уникнути компресії, усунути проблеми нагрівання повітря у вентиляторах, знизити терміни охолодження зернового насипу до температури навколишнього середовища у 2 рази.
Сьогодні є різні способи активного вентилювання зерна в металевих силосах. Багато з них споживають у 2–3 рази більше енергії, ніж це потрібно. Для попередження явищ термовологодифузії та конденсатоутворення під час вентилювання зерна виконують раціональне тепловологознімання. Для цього розроблено методику розрахунку автоматизованих систем синхронізації аеродинамічних характеристик, що дозволяє обґрунтувати раціональну інженерну схему та режимні параметри. Автоматизована система синхронізованих аеродинамічних характеристик вентилювання зерна зменшує на 40–60% питомі енерговитрати, а тривалість вентилювання зерна — на 30%.
Георгій Станкевич, д-р техн. наук, професор, завідувач кафедри технології зберігання зерна
Одеська національна академія харчових технологій
журнал The Ukrainian Farmer, жовтень 2013 року
The Ukrainian Farmer
