Paunescu

Investeşte în oameni!

FONDUL SOCIAL EUROPEAN

Programul Operaţional Sectorial Dezvoltarea Resurselor Umane 2007 – 2013

Axa prioritară 1 „Educaţie şi formare profesională în sprijinul creşterii economice şi dezvoltării societăţii bazate pe cunoaştere”

Domeniul major de intervenţie 1.5 „Programe doctorale şi post-doctorale în sprijinul cercetării”

Titlul proiectului: „Investiţie în dezvoltare durabilă prin burse doctorale (INED)”

Numărul de identificare al contractului: POSDRU/88/1.5/S/59321

Beneficiar: Universitatea Transilvania din Braşov

Universitatea Transilvania din Brasov

Scoala Doctorala Interdisciplinara

Centrul de cercetare: Eco-biotehnologii și Echipamente în

Agricultură și Alimentație

Ing. George Cătălin N. PĂUNESCU

Contribuții la perfecționarea proiectării sistemelor de reglare

automată a factorilor climatici în depozitele de legume și fructe

Contributions to perfecting the design of automatic systems

for climatic factors adjustment in warehouses for vegetables

and fruits

Conducător ştiinţific

Prof.univ.dr.ing. Gheorghe BRĂTUCU

BRASOV, 2012

MINISTERUL EDUCAŢIEI, CERCETARII, TINERETULUI ŞI SPORTULUI

UNIVERSITATEA “TRANSILVANIA” DIN BRAŞOV

BRAŞOV, B-DUL EROILOR NR. 29, 500036, TEL. 0040-268-413000, FAX 0040-268-410525

RECTORAT

D-lui (D-nei) ..............................................................................................................

COMPONENŢA

Comisiei de doctorat

Numită prin ordinul Rectorului Universităţii „Transilvania” din Braşov

Nr.5336 din 27.07.2012

PREŞEDINTE: Prof.univ.dr.ing. CSATLOS Carol

DECAN – Facultatea de Alimentație și Turism

Universitatea Transilvania din Brașov

CONDUCĂTOR ŞTIINŢIFIC: Prof. univ.dr.ing. BRĂTUCU Gheorghe


REFERENŢI: Prof. dr. ing. GOTTSCHALK Klaus

Leibniz-Institut für Agrartechnik Potsdam-Bornim,

Germania

Cerc.șt.gr.I.dr.ing. CHIRU Sorin

Institutul Național de Cercetare-Dezvoltare pentru Cartof

și Sfeclă de Zahăr(INCDCSZ) – Brașov

Prof.univ.dr.ing. PĂDUREANU Vasile


Data, ora şi locul susţinerii publice a tezei de doctorat: 13.09.2012, ora

11:30, sala RP6, de la Facultatea de Alimentație și Turism

Eventualele aprecieri sau observaţii asupra conţinutului lucrării vă rugăm să

le transmiteţi în timp util, pe adresa [email protected]

Totodată vă invităm să luaţi parte la şedinţa publică de susţinere a tezei de

doctorat.

Vă mulţumim.

Contribuții la perfecționarea proiectării sist. de reglare automată a fact. climatici în depozitele de legume și fructe

1

Autor: Drd.ing. PĂUNESCU George Cătălin Conducător ştiinţific: Prof. univ. dr. ing. BRĂTUCU Gheorghe

CUPRINS Pg. Pg.

teză rezumat 1. STADIUL ACTUAL ŞI TENDINŢE ÎN DOMENIUL DEPOZITĂRII

LEGUMELOR ŞI FRUCTELOR ...........................................................................

9

5

1.1. Rolul şi importanţa depozitării legumelor şi fructelor…………………… 9 5

1.3. Influenţa dep. și pre-depozitorii asupra calităţii legumelor și fructelor… 27 9

1.4. Metode şi condiţii de conservare a fructelor şi legumelor……………… 30 9

1.5. Stadiul actual al realizărilor în dom. depozitelor pt. legume și fructe… 42 12

2. STADIUL ACTUAL ŞI TENDINŢE ÎN DOMENIUL SISTEMELOR ȘI

ECHIPAMENTELOR DE REGLARE A FACTORILOR CLIMATICI ÎN

DEPOZITELE PENTRU FRUCTE ȘI LEGUME.............................................

53

13

2.1. Necesitatea şi imp. climatizării în depozitele de legume şi fructe……… 53 13

2.2. Stadiul actual în domeniul sistemelor pentru reglarea factorilor

climatici cu ventilaţie mecanică în depozitele fără sisteme automate de reglare . 56

13

2.4. Stadiul actual în domeniul echipamentelor pentru climatizare în

depozitele de legume şi fructe …………………………………………………….. 67

15

2.5. Tendinţe în domeniul automatizării echipamentelor pentru climatizare

în depozitele de legume şi fructe ………………………………………………….. 85

19

3. NECESITATEA SI OBIECTIVELE LUCRĂRII …………………………… 95 21

3.1. Necesitatea lucrării ………………………………………………………… 95 21

3.2. Obiectivele lucrării ………………………………………………………… 96 22

3.3. Metodica generală de cercetare în lucrare………………………………… 98 24

4. CERCETĂRI TEORETICE PRIVIND PERFECŢIONAREA

SISTEMELOR DE AUTOMATIZARE A ECHIPAMENTELOR PENTRU

CLIMATIZARE ÎN DEPOZITELE DE LEGUME ŞI FRUCTE ………………

99

25

4.1. Aspecte teoretice de bază privind factorii climatici din depozitele de

legume și fructe …………………………………………………………………… 99

25

4.3.Modelarea matematică și simularea reglării automate a temperaturii … 127 29

4.4.Modelarea matematică și simularea reglării automate a umidității și a

fluxului de aer …………..……………………………………………………… 139

32

4.5. Simularea reglării automate a fact. climatici în software-ul LabView… 147 33

4.6. Proiectarea design-ului optim al celulelor de depozitare prevăzute cu

sisteme de climatizare automată, folosind simularea cu software-ul SolidWorks 153

36

5. CERCETAREA EXPERIMENTALĂ A SISTEMELOR DE

CLIMATIZARE ÎN DEPOZITELE DE LEGUME ŞI FRUCTE ……………… 167

39

5.1. Obiectivele cercetării experimentale……………………………………… 167 39

5.2. Obiectele cercetărilor experimentale …………………………………… 168 40

5.3. Metodica cercetării experimentale………………………………………… 171 43

5.5. Desfăşurarea cercetărilor experimentale…………………………………. 183 50

5.6.Interpretarea statistică a datelor cercetărilor experimentale…………… 200 61

5.7. Compararea rezultatelor cercetărilor teoretice și experimentale……… 209 65

5.8. Alegerea tipului de instalație de climatizare în depozitele pentru cartofi

pe baza criteriului economic ..................................................................................... 210

67

6. CONCLUZII FINALE........................................................................................... 219 71

6.1. Concluzii generale............................................................................................ 219 71

6.2. Concluzii asupra cercetării teoretice şi experimentale................................. 222 72

6.3. Contribuţii personale....................................................................................... 229 73

6.4. Direcţii viitoare de cercetare.......................................................................... 230 74

BIBLIOGRAFIE..................................................................................................... 231 75

ANEXE..................................................................................................................... 239 77


2

Autor: Drd.ing. PĂUNESCU George Cătălin Conducător ştiinţific: Prof. univ. dr. ing. BRĂTUCU Gheorghe

CONTENT Pg. Pg.

thesis abstract 1. ACTUAL STAGE AND TRENDS IN THE FIELD OF FRUITS AND

VEGETABLES STORAGE ..............................................................................

9

5

1.1. Role and importance of fruits and vegetables storage …………………… 9 5

1.3. The influence of storage and pre-storage over vege. and fruits quality.. 27 9

1.4. Methods and conditions for vegetables and fruits conservation

………… 30

9

1.5. Actual stage of realizations in the field of warehouses for vege and fruits 42 12

2. ACTUAL STAGE AND TRENDS IN THE FIELD OF CLIMATIC

FACTORS ADJUSTMENT SYSTEMS AND EQUIPMENTS IN

WAREHOUSES FOR FRUITS AND VEGETABLES.......................................

53

13

2.1. Air conditioning necessity and imp. in warehouses for fruits and vege…. 53 13

2.2. Actual stage in the field of climatic factors adjustment systems in

warehouses without automatic adjustment systems ............................................... 56

13

2.4. Actual stage in the field of equipments for air conditioning in

warehouses for vegetables and fruits …………………………………………….. 67

15

2.5. Trends in the field of automation equipments for climate control in

warehouses for vegetables and fruits …………………………………………….. 85

19

3. NECESSITY AND OBJECTIVES OF PH.D THESIS ……………………… 95 21

3.1. Ph.D. Thesis necessity ……………………………………………………… 95 21

3.2. Ph.D. Thesis objectives …………………………………………………… 96 22

3.3. Ph.D. Thesis general research methodic ………………………………… 98 24

4. THEORETICAL RESEARCHES REGARDING THE PERFECTING OF

AUTOMATIC SYSTEMS AND EQUIPMENTS FOR AIR CONDITIONING

IN WAREHOUSES FOR VEGETABLES AND FRUITS ………………

99

25

4.1. Theoretical aspects regarding the climatic factors in warehouses for

vegetables and fruits ……………………………………………………………… 99

25

4.3. Mathematical modeling and simulation of temp. automatic adjustment.. 127 29

4.4. Mathematical modeling and simulation of humidity and air flow

automatic adjustment …………..…………………………………………………. 139

32

4.5. Automatic adjustment of climatic factors sim. in LabView software … 147 33

4.6. Optimal design projecting of storage cells with automatic climatic

systems, using simulation with SolidWorks software…………………………. 153

36

5. EXPERIMENTAL RESEARCH OF EQUIPMENTS FOR CLIMATE

CONTROL IN WAREHOUSES FOR VEGETABLES AND FRUITS ……….. 167

39

5.1. Experimental research objectives ………………………………………… 167 39

5.2. Experimental research objects …………………………………………… 168 40

5.3. Experimental research methodic ………………………………………… 171 43

5.5. Experimental research development …………………………………….. 183 50

5.6. Statistical interpretation of experimental research data ………………… 200 61

5.7. Comparison of experimental ant theoretical research results ……...…… 209 65

5.8. Choosing the climatic installation in warehouses for potatoes depending

on the economic criteria ........................................................................................... 210

67

6. FINAL CONCLUSIONS........................................................................................ 219 71

6.1. General conclusions......................................................................................... 219 71

6.2. Conclusions regarding theoretical and experimental research................... 222 72

6.3. Personal contributions.................................................................................... 229 73

6.4. Direcţii viitoare de cercetare.......................................................................... 230 74 REFERENCES..................................................................................................... 231 75

ANNEXES 239 77


3

Autor: Drd. ing.PĂUNESCU George Cătălin Conducător ştiinţific: Prof.univ.dr.ing.BRĂTUCU Gheorghe

PREFAȚĂ

Consumul de fructe și legume proaspete pe tot parcursul anului reprezintă o caracteristică a

celor mai avansate societăți din lumea contemporană, recomandat de cercetările științifice care

vizează o nutriție echilibrată. Această posibilitate este facilitată atât de globalizarea comerțului cu

aceste produse, dar și de creșterea substanțială a duratei de păstrare a acestora ca urmare a extinderii

și perfecționării permanente a depozitelor destinate legumelor și fructelor.

Deși România are un uriaș potențial de cultivare a fructelor și legumelor, se constată că cea

mai mare parte din produsele vândute prin marile lanțuri de magazine provin din alte țări, una dintre

cauzele acestei situații constând în lipsa aproape generală a unor depozite specializate pentru

acestea. Deși în ultimii ani mai multe guverne s-au angajat să construiască și să pună la dispoziția

micilor fermieri asemenea depozite, se poate aprecia că realizările practice sunt nesemnificative.

Depozitul modern pentru legume și fructe este o unitate economică ce înglobează cele mai noi

cunoștințe referitoare la design, materialele de construcție și sistemele de reglare automată și control

a factorilor climatici și compoziției atmosferei, în corelație directă cu caracteristicile fizico-

biologice ale produselor, gradul de perisabilitate al lor, durata de păstrare, capacitatea de depozitare,

rulajul zilnic sau periodic etc. Cu cât se va ține mai atent seama de aceste aspecte la proiectarea și

echiparea depozitelor, cu atât consumurile energetice specifice vor fi mai reduse, iar legumele și

fructele se vor păstra mai bine, vor fi livrate pieței ritmic și la prețuri competitive.

Aceste aspecte s-au avut în vedere și la abordarea cercetărilor din această teză de doctorat, în

sensul punerii la dispoziția proiectanților a unor date importante sub aspect tehnic și economic

referitoare la alegerea, calculul, proiectarea și perfecționarea echipamentelor pentru climatizarea

depozitelor, în special a celor pentru reglarea automată a temperaturii, umidității și vitezei fluxului

de aer din interiorul acestora, fără a se neglija instalațiile cu ventilare mecanică, eficiente în situații

punctuale de depozitare a unor produse agricole.

Lucrarea de doctorat este redactată pe 249 pagini, fiind structurată pe 6 capitole și ilustrată

prin intermediul a 192 figuri și grafice, 42 tabele, 182 relații de calcul, 2 anexe și o listă

bibliografică cu 187 titluri.

În capitolul 1, intitulat “Stadiul actual și tendințe în domeniul depozitării legumelor și

fructelor ” se fac precizări referitoare la rolul și importanța legumelor și fructelor în alimentație, cu

evidențierea proprietăților fizice și chimice ale acestora, necesității depozitării și conservării și a

influenței depozitării asupra păstrării calității acestor produse. Sunt prezentate metodele și condițiile

de depozitare a legumelor și fructelor, insistându-se asupra celor cultivate și consumate în România,

arătându-se că depozitarea în atmosferă controlată se impune tot mai mult pe plan mondial. În mod

sintetic se prezintă o clasificare a depozitelor pentru păstrarea legumelor și fructelor, elementele

constructive specifice ale acestora, construcțiile adiacente etc.

Capitolul 2, intitulat “Stadiul actual și tendințe în domeniul sistemelor și echipamentelor de

reglare automată a factorilor climatic în depozitele pentru legume și fructe” include un studiu

amănunțit asupra necesității și importanței climatizării în depozitele pentru legume și fructe și a

legislației naționale și europene în domeniu, după care se prezintă principalele sisteme de reglare a

factorilor climatici, respectiv cele cu ventilație mecanică și cu reglare automată a acestora . În

legătură cu echipamentele sistemelor pentru climatizare în depozitele de legume și fructe se insistă

asupra celor pentru controlul și monitorizarea temperaturii (compresoare frigorifice, automate

programabile), umidității (diverse umidificatoare) și a compoziției și vitezei de mișcare a aerului.

Ca tendințe în domeniul automatizării sistemelor de climatizare se exemplifică unele regulatoare și

sisteme complexe pentru reglarea temperaturii, umidității, presiunii atmosferice, cu ieșiri cu relee,

dar și sistemul Omnivent ACT-40 utilizat în cadrul cercetărilor experimentale.

Capitolul 3, intitulat “Necesitatea și obiectivele lucrării” este foarte scurt, dar deosebit de

important prin faptul că, în urma studiilor din capitolele anterioare, evidențiază necesitatea unei

asemenea lucrări și stabilește ca obiectiv principal al acesteia perfecţionarea proiectării sistemelor

de reglare automată a factorilor climatici în depozitele pentru legume și fructe, pentru a cărui


4


realizare se consideră necesară parcurgerea mai multor obiective subsidiare. De asemenea, în acest

capitol se prezintă și metodica generală de studiu din lucrare, pe baza căreia se asigură rezolvarea

obiectivului principal.

În capitolul 4, intitulat “Cercetări teoretice privind perfecționarea sistemelor de

automatizare a echipamentelor de climatizare în depozitele de legume și fructe” se prezintă la

început aspectele teoretice de bază privind temperatura, umiditatea și fluxul de aer din depozite, pe

baza cărora se realizează în continuare modelarea matematică a reglării automate a acestor factori

climatici. Se are în vedere modelarea sistemelor cu o intrare și o ieșire (SISO) și a celor cu intrări și

ieșiri multiple (MIMO), modelarea matematică și simularea reglării automate a temperaturii (la

simulare folosindu-se modulul Simulink din sofware-ul Matlab și software-ul LabView), a

umidității și a vitezei fluxului de aer. S-a considerat necesară și utilă realizarea unei baze de date în

care să se poată selecta produsele depozitate și factorii de climatizare, necesare în cazul proiectării

sistemelor de reglare automată a acestora în depozitele pentru legume și fructe. De mare interes

teoretic și practic este proiectarea design-ului ansamblului celulelor de depozitare și sistemelor de

climatizare automată, folosind simularea cu software-ul SolidWorks.

Capitolul 5, intitulat “Cercetarea experimentală a sistemelor de climatizare în depozitele de

legume și fructe” abordează succesiv obiectivul, obiectele, metodica cercetării experimentale

aparatura folosită și modul de desfășurare a cercetărilor. Se precizează că cercetarea experimentală

s-a desfășurat în exploatare și în laborator. În exploatare s-au monitorizat factorii climatici pe un

ciclu de depozitare a cartofilor în două depozite cu dotări diferite, din cadrul INCDCSZ- Brașov, iar

în laborator s-a urmărit proiectarea și realizarea unui modul pentru răcirea aerului și controlul

fluxului acestuia, în cadrul Leibniz-Institut für Agrartechnik Potsdam-Bornim e.V. (ATB) din

Germania. Se constată că cercetările experimentale le validează pe cele teoretice. În încheierea

capitolului se utilizează și un criteriu economic pe baza căruia se poate justifica alegerea tipului de

sistem de climatizare care să echipeze un depozit pentru legume și fructe cu caracteristici

funcționale riguros precizate.

În capitolul 6, intitulat “Concluzii finale” se prezintă principalele concluzii generale, precum

concluziile rezultate în urma cercetărilor teoretice și experimentale prezentate în lucrare. Se face o

sinteză a contribuțiilor autorului și propunerile acestuia de dezvoltare în viitor a cercetărilor pe

această temă.

Lucrarea de doctorat a fost realizată sub îndrumarea ştiinţifică a domnului prof. univ. dr.

ing. Gheorghe BRĂTUCU, căruia îi adresez mulţumiri pentru sprijinul, încrederea şi înalta

competenţă cu care m-a îndrumat la elaborarea acestei teze de doctorat.

Adresez, de asemenea, mulţumiri cadrelor didactice şi doctoranzilor din cadrul Facultăţii de

Alimentaţie şi Turism din Universitatea Transilvania Braşov, care pe toată perioada elaborării tezei

de doctorat, în activitatea de pregătire şi susţinere a examenelor şi referatelor la doctorat, au fost

alături de mine.

Adresez mulţumiri domnilor cerc.șt.gr.I.dr.ing. Sorin CHIRU și cerc.șt.gr.I.dr.ing. Victor

DONESCU din cadrul INCDCSZ –Brașov pentru facilitarea accesului la depozitele pentru cartofi

și instalațiile de reglare a factorilor climatici aflate în proprietatea acestei unități.

Mulţumesc domnului prof.dr.ing. Klaus GOTTSCHALK de la Leibniz-Institut für

Agrartechnik Potsdam-Bornim e.V. (ATB) din Germania pentru posibilitatea oferită de a activa pe

o scurtă perioadă în laboratoarele institutului și de a aborda o cercetare științifică de mare amploare.

Nu în ultimul rând, mulţumesc părinților mei pentru sprijinul moral şi afectiv, pentru grija şi

înţelegerea de care au dat dovadă pe tot parcursul elaborării acestei teze de doctorat.

Braşov, septembrie 2012 George Cătălin PĂUNESCU


5


1. STADIUL ACTUAL ŞI TENDINŢE ÎN DOMENIUL DEPOZITĂRII

LEGUMELOR ŞI FRUCTELOR

1.1. Rolul şi importanţa depozitării legumelor şi fructelor

Fructele şi legumele sunt produse horticole, folosite de oameni în alimentaţie. Delimitarea

între fructe şi legume se face după diferite criterii (tehnologie de cultură, grad de intensivitate a

culturilor etc.), dar în mod convențional prin fructe se înţeleg produsele horticole folosite în consum

în stare proaspătă, ca desert, iar prin legume - produsele horticole care se folosesc în stare crudă sau

preparată, ca alimente de bază.

1.1.1. Principalele legumele şi fructele cultivate în Romania: clasificare botanică,

comercială şi din punct de vedere pomicol si legumicol

Fructele şi legumele folosite în consum sunt organe ale plantelor din următoarele grupe:

pomi, arbuşti fructiferi, plante legumicole etc.

Din punct de vedere botanic, acestea aparţin următoarelor familii[27], [29]:

Familia Rosaceae: mărul, părul, gutuiul, prunul, cireşul, vişinul, caisul, piersicul, zmeurul,

murul, căpşunul etc.

Familia Vitaceae: viţa de vie.

Familia Saxifragaceae: agrişul, coacăzul.

Familia Rutaceae: portocalul, lămâiul.

Familia Betulaceae: alunul.

Familia Juglandaceae: nucul.

Familia Musaceae: bananierul.

Familia Leguminosae: mazărea, fasolea, lintea, soia, bobul etc.

Familia Umbelliferae: morcovul, pătrunjelul, păstârnacul, ţelina, leuşteanul, mărarul,

anisonul, coriandrul, chimionul etc.

Familia Cruciferae: varza albă, varza roşie, varza creaţă, varza de Bruxelles, conopida,

gulia, ridichea, muştarul, hreanul.

Familia Solanaceae: cartoful, tomatele, pătlăgelele vinete, ardeii.

Familia Compositae: salata, anghinarea, tarhonul etc.

Familia Chenopodiaceae : spanacul, loboda, sfecla roşie.

Familia Cucurbitaceae: castraveţii, dovleceii, pepenii galbeni, pepenii verzi etc.

Familia Liliaceae: ceapa, usturoiul, prazul.

De la aceste plante se utilizează în alimentaţia oamenilor următoarele organe: fructele,

seminţele, frunzele, mugurii, inflorescenţele, tulpinile, rădăcinile tuberizate etc.

La mere, pere, gutui, caise, piersici, prune, cireşe, fragi, zmeură, căpşune, mazăre, tomate,

ardei, vinete, castraveţi etc., organul folosit în consum este un fruct. După structura pe care o au, se

deosebesc următoarele timpuri de fructe:

Bacele, caracterizate ca fructe cărnoase şi care conţin, de obicei, mai multe seminţe. Ele pot fi

grupate în: bace tipice( boabele de strugure, agrişele, afinele, tomatele etc.) și fructe baciforme(

mere, pere, castraveţi, pepeni, lămâi, portocale, căpşune, fragi etc.).

Drupele sunt fructe cu mezocarpul cărnos, care au la mijlocul lor un sâmbure ce reprezintă

endocarpul. În această grupă sunt incluse: prunele, vişinele, caisele, piersicile etc. Există şi drupe cu

mezocarpul lemnos, denumite pseudo-drupe sau drupe dehiscente, cum este cazul nucilor,

migdalelor etc.

Polidrupele sunt fructe multiple, alcătuite din mai multe drupe, ca de exemplu fructele de

zmeur şi mur.


6


Nuca este un fruct care are pericarpul uscat şi tare; în interiorul acesteia se găseşte o singură

sămânţă.

Fructele compuse provin dintr-o singură inflorescenţă. Un astfel de exemplu, îl reprezintă

fructul de smochin, numit siconă, alcătuit din numeroase fructe concrescute.

Păstaia este fructul uscat dehiscent al platelor leguminoase: fasole, mazăre etc.

Frunzele se consuma la salată, spanac etc.

Mugurii: de exemplu la varză, organul folosit în alimentaţie este un mugur.

Inflorescenţele, în cazul conopidei

Tulpinile: în unele cazuri acestea sunt subterane, metamorfozate, ca de exemplu la cartof

(tubercul), usturoi, ceapă (bulb), dar acestea pot fi si tulpini aeriene, tuberizate, ca de exemplu în

cazul guliei. Se mai întâlnesc si rădăcini tuberizate (morcov, pătrunjel, ţelină, sfeclă roşie etc.)

Din punct de vedere comercial fructele şi legumele se pot clasifica în funcţie de data

apariţiei pe piaţă şi de rezistenţa lor la manipulare, transport şi păstrare temporară. Momentul

apariţiei pe piaţă a fructelor şi legumelor este determinat de însuşirile speciilor sau soiurilor, de

condiţiile existente în zona de producţie, precum şi de metodele agrotehnice aplicate de producători

pentru grăbirea sau întârzierea maturării, în funcţie de cerinţele consumatorilor. Din acest punct de

vedere se folosesc următoarele terminologii[50]:

Trufandale – produse horticole care sunt date în consum în afara perioadei normale de

apariţie.

Produse horticole „de vară”, „de toamnă”, „de iarnă”, definite după perioada lor de

consum (exemplu: cartofi de toamnă, pere de vară etc.). Întrucât nu există limite tranşante între

perioadele de maturare, aşa cum sunt între anotimpuri, se folosesc şi denumiri combinate „vară-

toamnă”, „toamnă-iarnă”. De exemplu, soiul Jonathan este un soi de „toamnă-iarnă”. Uneori în

locul denumirilor anterioare se folosesc denumirile: „extratimpurii”, „timpurii”, „târzii”, ca de

exemplu : tomate timpurii etc.

În funcţie de caracteristicile de specie şi soi, produsele horticole au o rezistenţă diferită la

manipulare, transport şi păstrare temporară. Acest fapt influenţează durata comercializării.

Din punct de vedere al perisabilităţii fructele şi legumele pot fi grupate în patru

categorii:

produse extrem de perisabile: afine, căpşune, coacăze, mure, zmeură, dude, smochine

proaspete, spanac, măcriş, creson, ţelină pentru peţiol;

produse foarte perisabile: caise, cireşe, gutui, mere timpurii, pere timpurii, piersici, prune,

struguri cu pieliţa fină, ceapă verde, ciuperci, castraveţi Cornichon, dovlecei, fasole verde, mazăre

verde boabe, morcovi cu frunze, pătrunjel frunze, praz timpuriu, ridichi de lună, salată, sfeclă roşie

sparanghel, ţelină verde, usturoi verde, varză timpurie;

produse perisabile: pere de vară, struguri, măsline, anghinare, ardei, bame, bob, conopidă,

fasole verde păstăi, morcov, pepene galben, tomate, varză de toamnă, varză de Bruxelles, vinete,

praz;

produse relativ rezistente: mere de toamnă, pere de toamnă, castane, cartofi, ceapă, hrean,

păstârnac rădăcini, sfeclă roşie, usturoi căpăţâni.

În mod frecvent se foloseşte clasificarea fructelor şi legumelor din punct de vedere

pomicol şi legumicol. Astfel, fructele se grupează în:

seminţoase (mere, pere, gutui etc.)- fructe false care se formează prin dezvoltarea

receptacolului floral. Ele conţin în interiorul lor mai multe seminţe;

sâmburoase (prune, caise, cireşe, vişine, drupe etc.)- fructe cu mezocarpul cărnos şi un singur

sâmbure;

bacifere (agrişe, afine, struguri, căpşune, zmeură etc.)- fructe cu mezocarp suculent şi cu

multe seminţe. Aceste fructe sunt bace propriu-zise (polinucule baciforme) sau polidrupe;

nucifere (nuci, alune, migdale, castane), fructe a căror parte comestibilă o prezintă miezul

(sămânţa);


7


Fig.1.1. Fruct semințos(pară) Fig.1.2. Fruct sâmburos (drupă)

(http://yaymicro.com) (http://yaymicro.com)

fructe subtropicale (lămâi, portocale, mandarine, smochine etc.)- fructe compuse, hesperide

etc., care provin din zonele subtropicale. Dintre acestea, portocalele, lămâile şi altele sunt cunoscute

sub denumirea de fructe citrice;

fructe tropicale (banane, curmale, ananas, avocado etc.) - grupează fructele provenite de la

unele plante horticole din zonele tropicale. Acestea, împreună cu fructele subtropicale se cunosc şi

sub denumirea de fructe exotice;

Fig.1.3. Fruct subtropical (lămâie) Fig.1.4. Fruct tropical (ananas)

(http://food.sulekha.com) (http://food.sulekha.com)

Legumele se grupează astfel:

rădăcinoase (morcovi, pătrunjel, păstârnac, ţelină, rădăcini, ridichi etc.), a căror parte

comestibilă o reprezintă rădăcina;

legume frunzoase (salată, spanac, frunze de ţelină, pătrunjel etc.), de la care se consumă

frunzele;

Fig.1.5. Legumă frunzoasă (salată) Fig.1.6. Legumă solano-fructoasă(tomate)


solano-fructoase (tomate, ardei, pătlăgele, vinete), cuprind plante din familia Solanaceae de

la care se consumă fructele;

http://yaymicro.com/


http://food.sulekha.com/



8


păstăioase (fasole, mazăre, bob etc.) grupează plantele din familia Leguminaceae, de la care

se consumă fructele : păstăi sau seminţe;

vărzoase (varză roşie, varză albă, conopidă, gulie etc.), de la care se consumă tulpinile

aeriene metamorfozate, mugurii sau inflorescenţele. Aceste plante fac parte din familia Cruciferae;

bostănoase (dovleci, castraveţi etc.) plante din familia Cucurbitaceae, de la care se consumă

fructele: peponide. În această grupă se includ de regulă şi pepenii, care, pentru faptul că se consumă

la desert, se pot încadra şi în grupa fructelor;

Fig.1.7. Legumă tuberculiferă (cartof) Fig.1.8. Legumă bostănoasă (castravete)


turbeculifere (cartof, batat) legume de la care se consumă tulpinile subterane metamorfozate :

tuberculi;

bulboase (ceapă, praz, usturoi etc.), de la care se consumă tulpinile subterane : bulbii.

După durata vieţii şi numărul de rodiri, plantele horticole pot fi:

plante anuale, care cresc, rodesc şi mor într-un singur an (tomate, ardei, vinete, mazăre,

castraveţi etc.);

plante bienale, care fructifică numai în anul al doilea (varză, morcov, sfeclă etc.);

plante perene, care au o viaţă mai lungă şi rodesc mai mulţi ani (pomii fructiferi, viţa de vie,

coacăzul etc.).

Din punct de vedere tehnologic, produsele horticole se pot grupa în funcţie de

posibilităţile lor de utilizare în industrie ca materie primă, sau după componentul chimic cu

ponderea cea mai mare. Astfel fructele şi legumele pot fi grupate în : produse bogate în amidon,

substanţe pectice, vitamine etc. După acest criteriu, se poate aprecia valoarea pe care o au produsele

horticole ca materie primă pentru diferitele prelucrări industriale.

1.1.3. Necesitatea consumului de fructe şi legume

Cercetările privind rolul fiziologic şi biochimic al fructelor şi legumelor, precum şi valoarea

lor nutritivă, au scos în evidenţă importanţa pe care aceste produse o au în asigurarea unei

alimentaţii raţionale şi echilibrate a oamenilor. Fructele şi legumele prezintă importanţă în nutriţie

ținând seama de următoarele [67]:

prin conţinutul mare în apă, participă la rehidratarea organismului. Zaharurile din fructe

şi legume suferă un proces de oxidare, rezultând energia necesară activităţii vitale a organismului.

Acizii organici contribuie la creşterea poftei de mâncare, combat starea de oboseală a organismului,

au o acţiune bactericidă etc. Substanţele minerale, prin natura lor diferită, ajută la osificarea

scheletului, contribuie la refacerea hemoglobinei din sânge, influenţează creşterea, activitatea unor

glande cu secreţie internă etc.;

celuloza, substanţele pectice şi substanţele tanoide au o acţiune laxativă. Prin acţiunea lor,

vitaminele contribuie la funcţionarea normală a organismului uman, ajută la creşterea şi dezvoltarea

lui. De asemenea, aromele dau gustul plăcut al fructelor şi legumelor, stimulează secreţia gastrică şi

intestinală, măresc pofta de mâncare etc.;



9


în general, în cea mai mare parte, fructele şi legumele consumate exercită o acţiune

biologică alcalină în organism. Acizii organici şi sărurile lor sunt metabolizaţi, rezultând CO2 şi

H2O, iar bazele care rămân sub formă de carbonaţi măresc rezerva alcalină din organism;

valoarea nutritivă a fructelor şi legumelor, comparativ cu carnea, este mică, cu toate că

acestea nu pot fi înlocuite din hrana oamenilor, datorită compoziţiei lor complexe[16].

1.3. Influenţa depozitării și pre-depozitorii asupra calităţii legumelor și

fructelor

Calitatea fructelor și legumelor este o noţiune complexă, caracterizată prin indicatori multipli

specifici în primul rând pentru specia, respectiv soiul acestora şi, în al doilea rând, pentru stadiul de

dezvoltare sau conservare, respectiv vârsta produsului. De la legarea produselor până la moartea

fiziologică a acestora, pot fi deosebite următoarele stadii de evoluţie: imaturitatea; maturarea

fiziologică; coacerea; senescenţa; moartea fiziologică.

Imaturitatea, este stadiul de dezvoltare până la maturarea fructelor și legumelor. O importanţă

majoră în acest stadiu de dezvoltare o are analiza chimică imediat după legarea acestuia. Analiza

pune în evidenţă starea fiziologică a produsului şi poate servi ca un mijloc eficient de a prezice

calitatea recoltei. În această fază, indicatorii de calitate servesc la corecţiile probabile referitoare la

nutriţie şi boli, aplicabile în condiţiile locale de management.

Maturarea fiziologică corespunde momentului în care fructele și legumele şi-au desăvârşit

dezvoltarea, în condiţiile unei viteze de creştere lente. Maturarea fiziologică este influenţată de o

multitudine de factori de natură genetică, climatică şi de management. Identificarea acestor factori

şi măsurile pentru optimizarea efectului acestora asupra calităţii fructelor și legumelor au o

contribuţie importantă asupra mărimii producţiei şi a capacităţii lor de a fi păstrate.

Coacerea corespunde momentului în care produsul atinge vârful conţinutului de arome, gust,

suculenţă, textură şi este gata de a fi consumat. Coacerea şi maturitatea fiziologică nu sunt unul şi

acelaşi proces, ci doar faze care interferă la o graniţă mobilă, stabilită în funcţie de condiţiile locale

şi destinaţia imediată a fructului. Coacerea este însoţită de transformări multiple, a căror analiză

permite identificarea fazelor incipiente ale coacerii şi disocierea acestora de fazele finale ale

maturării fiziologice. Sub acest aspect, analiza procesului de coacere pe baza indicatorilor de

calitate are o importanţă covârşitoare, atât asupra separării producţiei pe categorii calitative, cât şi

asupra procesului de conservare în diverse forme şi pe diferite perioade de timp.

Senescenţa este stadiul final al dezvoltării, când fructele sau legumele s-au copt şi începe

procesul de degradare. În timpul senescenţei, calitatea produsului, ca textură, culoare şi aromă, se

schimbă dramatic. Membranele celulare şi peretele celulelor se deteriorează, iar înmuierea devine

aspectul fundamental vizibil. Totuşi, în această fază, noi enzime şi metabolite se mai formează, însă

celula se degradează şi se necrozează [49], [67].

Moartea fiziologică este stadiul în care toate procesele fiziologice încetează, iar putrezirea

continuă ca efect al mediului ambiant.

În fiecare din aceste stadii, datorită proceselor fiziologice care au loc, se utilizează indicatori

de calitate specifici, ale căror limite de variaţie depind de specia/soiul produsului, sau indicatori

nespecifici, ale căror limite de variaţie depind de stadiul de dezvoltare pentru aceeaşi specie/soi.

1.4. Metode şi condiţii de conservare a fructelor şi legumelor

1.4.1. Aspecte generale privind conservarea fructelor și legumelor prin frig

Conservarea legumelor și fructelor pe o perioadă mai îndelungată se poate realiza prin

refrigerare sau prin congelare.


10


1.4.1.1. Refrigerarea fructelor şi legumelor

Această operaţie se face după o prealabilă pregătire a fructelor şi legumelor (spălare, sortare,

calibrare, opărire - în unele cazuri, iradiere şi tratare cu substanţe fungicide şi de încetinire a

maturării - în alte cazuri, şi, în final, ambalare).

Refrigerarea propriu-zisă se poate face:

în curent de aer rece cu temperatura 1.. .2°C şi viteza de 2...5 m/s la nivelul produselor;

în apă glacială (,,hydrocooling”), care se aplică pentru unele legume;

sub vid cu umectare prealabilă a produselor (,,hydro-vacuum cooling”) şi fără umectare

prealabilă a produselor (,,vacuum cooling”). Se aplică pentru salate, spanac, varză de Bruxelles,

andive, mazăre verde, ciuperci, castraveţi Cornichon, ardei gras tăiat, flori destinate exportului;

cu aer umed (,,Ice bank cooling system”), care se aplică la varza albă, sparanghel, salată,

castraveţi, fasole verde, porumb zaharat, mazăre verde, tomate, fragi, zmeură, caise, struguri,

andive.

Umezirea aerului de retur se face cu apă glacială cu temperatura de 1°C, astfel încât aerul de

retur cu temperatura > 5°C se răceşte până la 2,5°C, fiind în acelaşi timp umidificat până aproape de

saturaţie (98%).

Depozitarea produselor horticole (fructe, legume) se face în spaţii frigorifice cu atmosferă

normală sau cu atmosferă modificată, condiţiile de depozitare fiind prezentate în tabelul 1.18 [16].

Tabelul 1.18

Parametrii depozitării fructelor şi legumelor în stare refrigerată

Produsul Temperatura de

depozitare, °C

Umiditatea relativă

a aerului, %

Durata maximă de

depozitare

Afine 0...1 90...95 2...3 luni

Agrişe -1...0 85...90 1...4 săptămâni

Ananas maturat 4,5...7 90 3...4 săptămâni

Ananas verde 10 90 2...4 săptămâni

Anghinare -0,5...0 85...90 1...3 săptămâni

Ardei verde 7...10 85...90 8...10 zile

Ardei iute 0 85...90 4...5 săptămâni

Banane verzi 11,5...14,5 90...95 10...20zile

Broccoli 0 90...95 10...21 zile

Caise -1...0 70 2...4 săptămâni

Cartofi timpurii 3...4 85...90 2...3 săptămâni

Cartofi târzii de

consum

4,5...10 88...93 4...8 luni

Cartofi târzii de

sămânţă

2...7 85...90 5...8 luni

Castane 0 70 8...12 luni

Castraveţi 11,5 85...90 2 săptămâni

Căpşune 0 85...90 1...5 zile

Ceapă -3...0 70...75 6 luni

Cicoare şi andive 0...1 90...95 2...3 săptămâni

Cireşe -1...0 85...90 1...4 săptămâni

Portocale 4...6 85 6 luni

Lămâi verzi 11...14,5 85...90 1...4 luni

Lămâi maturate 0...4,5 85...90 1...4 luni

Grapefruit 4...8 85 10 săptămâni

Ciuperci de cultură 0...1 85...90 3...7 zile

Conopidă 0...1 85...90 3...6 săptămâni


11


Dovlecei 10...13 70...75 4...6 luni

Fasole verde 2...7 85...90 10...15 zile

Gutui 0...4 90 2...3 luni

Gulii 0 90...95 2...3 săptămâni

Hamei -1,5...0 50...60 4...6 luni

Hrean -1...0 90...95 10...12 luni

Mazăre -0,5...0 85...90 1...3 săptămâni

Mere Ionathan 2...3 85...90 4...8 luni

Mere Golden 1...2 85...90 5...6 luni

Pere William‟s -5...0 85...90 1...3 luni

Pere Conference 0...1 85...90 3...6 luni

Morcovi în legături 0...1 90 2 săptămâni

Morcovi fără frunze -1...1 90...95 4...6 luni

Napi 0 90...95 4...5 luni

Nuci verzi 7 70 1 an

Pepeni galbeni 0...1 85...90 7 săptămâni

Pepeni verzi -1...1 85...90 2 săptămâni

Păstârnac -0,5...1 90...95 2...6 luni

Pătrunjel 0...1 85...90 1...2 luni

Piersici -1...1 85...90 1...4 săptămâni

Praz -0,5...1 90...95 1...3 luni

Prune -0,5...1 85...90 2...8 săptămâni

Salată 0...1 90...95 1...3 săptămâni

Sfeclă comestibilă 0 90...95 1...3 luni

Spanac de toamnă -0,5...0 90...95 1...2 săptămâni

Struguri -1...0 85...90 3...5 luni

Tomate maturate 0 85...90 1...2 săptămâni

Tomate pârguite 11,5...13 85...90 3...5 săptămâni

Ţelină 0...1 90...95 0,5...2 luni

Usturoi -1,5...0 70...75 6...8 luni

Varză 0 85...90 2...6 luni

Varză de Bruxelles -1...1 90...95 2...6 săptămâni

Vinete 7...10 85...90 10 zile

Zmeură 0 85...90 3...5 zile

1.4.6. Depozitarea fructelor şi legumelor în atmosferă controlată

Realizarea atmosferei controlate se asigură pe două căi: prin metode abiologice, la care

scăderea concentraţiei în oxigen şi creşterea conţinutului în dioxid de carbon se obţin independent

de participarea substratului biologic şi prin metode biologice, când se asigură o anumită compoziţie

gazoasă în urma activităţii respiratorii a fructelor şi legumelor [153].

Atmosfera controlată obţinută prin metode abiologice se realizează prin injectarea de azot în

interiorul unor camere etanşe sau prin folosirea unor generatoare de gaz care se bazează pe

combustia propanului în circuit deschis (instalaţia Tectrol) sau în circuit închis (instalaţia Arcat).

Atmosfera controlată prin metode biologice realizează reglarea compoziţiei atmosferei

unilateral, când, datorită activităţii respiratorii a produselor horticole, după o anumită perioadă de

timp se obţine o atmosferă cu 12% oxigen şi 9% dioxid de carbon şi bilateral, când se elimină

excedentul de dioxid de carbon folosind un decarbonator [25].


12


1.5. Stadiul actual al realizărilor în domeniul depozitelor pentru legume și

fructe

1.5.1. Clasificarea depozitelor pentru păstrarea legumelor şi fructelor

Depozitele pentru legume şi fructe, existente pe plan mondial diferă foarte mult de la o ţară la

alta în funcţie de condiţiile climatice, posibilităţile economice, organizarea producţiei, nivelul

cunoştinţelor de specialitate etc. Principalele criterii de clasificare a depozitelor din această

categorie sunt [159]:

după modul de realizare a condiţiilor de păstrare în spaţiul în care se depozitează (fig.

1.10): fără posibilităţi de reglare a condiţiilor şi cu posibilităţi de reglare a condiţiilor de păstrare;

după natura producţiei marfă depozitată şi specificul activităţii din depozit în decursul unui

an: specializate pentru diferite legume sau fructe şi universale (în care se depozitează mai multe

produse);

după tipul constructiv: monopavilioane şi multipavilioane;

după soluţia termotehnică adoptată la climatizarea celulelor de păstrare: cu instalaţii

centralizate; cu instalaţii individuale pe celule;

după gradul de utilare cu maşini şi echipamente tehnice de climatizare, condiţionare,

ambalare, manipulare etc.: simple şi improvizate (temporare), care nu dispun de utilaje şi nici nu

reprezintă construcţii corespunzătoare cerinţelor tehnologice ale păstrării; depozite speciale fără

utilaje; depozite moderne, de construcţie adecvată, care dispun de toate instalaţiile şi utilajele

corespunzătoare;

după gradul de automatizate: fără instalaţii de automatizare; cu instalaţii care asigură

măsurarea (monitorizarea) parametrilor ce intervin în procesul de păstrare; cu instalaţii care asigură

monitorizarea, controlul şi reglarea automată a parametrilor de păstrare.

Păstrarea legumelor și fructelor se poate face în depozite cu ventilaţie forţată, în depozite

frigorifice, în camere cu atmosferă controlată, în depozite obişnuite cu deservire manuală etc.

Fig. 1.10. Clasificarea depozitelor pentru legume şi fructe


13


2. STADIUL ACTUAL ŞI TENDINŢE ÎN DOMENIUL SISTEMELOR ȘI

ECHIPAMENTELOR DE REGLARE A FACTORILOR CLIMATICI ÎN

DEPOZITELE PENTRU FRUCTE ȘI LEGUME

2.1. Necesitatea şi importanţa climatizării în depozitele de legume şi fructe

Perioada cuprinsă între recoltare şi consum sau procesare poate avea ca rezultat pierderi ale

aromelor şi calităţii nutriţionale, în special la fructele și legumele cu perisabilitate ridicată. Valorile

pierderilor cresc prin expunerea la temperaturi și umidități relative şi/sau la concentraţii crescute de

O2, CO2 şi C2H4, în afara limitelor optime pentru fiecare dintre aceşti factori, pe durata întregului

proces tehnologic specific post-recoltării.

Fiecare tip de produs cu perisabilitate ridicată în parte prezintă o grupare de caracteristici care

definesc maturitatea optimă de recoltare. În acest scop, la recoltare sunt prelevate probe care sunt

analizate sub aspectul însuşirilor care definesc calitatea produsului. Pentru a prezenta o durată de

păstrare cât mai îndelungată, cu menţinerea însuşirilor calitative, este important ca la recoltare ele să

fie sănătoase (să nu fie atacate de boli şi/sau dăunători) şi să fie cât mai curate (libere de resturi de

plantă, seminţe de buruieni, impurităţi minerale etc.).

Fructele și legumele trebuie păstrate la limita inferioară de siguranţă a temperaturii.

Temperatura pe care o au produsele în câmp, imediat după recoltare, trebuie să fie cât mai repede

diminuată pentru situaţia în care acestea se depozitează în vederea păstrării. Prin operaţiile imediate

de răcire post-recoltă se urmăreşte: blocarea/eliminarea degradărilor enzimatice şi a activităţii

respiratorii; încetinirea sau eliminarea pierderilor de apă; încetinirea dezvoltării sau eliminarea

microorganismelor (ciuperci, bacterii); reducerea producţiei de etilenă (care este un agent de

maturitate/coacere) sau minimizarea reacţiei la etilenă.

Prin operaţiile de răcire post-recoltă a produselor se îmbunătăţeşte flexibilitatea

marketingului, ele putând fi comercializate la momentul potrivit. De fapt, prin aceste operaţii

dispare necesitatea de comercializare imediat după recoltare.

Alegerea metodei de răcire depinde de următorii factori: nivelul optim de temperatură pentru

produsul care trebuie răcit; natura produsului care trebuie răcit, respectiv: tipul de produs, rata de

respiraţie, cerinţele privind răcirea, nivelul minim de securitate al temperaturii, toleranţa la

expunerea la apă; necesităţile privind ambalarea produsului care trebuie răcit, întrucât materialul

ambalajului şi configuraţia acestuia influenţează metoda şi rata de răcire; cantitatea de produs care

trebuie răcit, respectiv volumul de produs care trebuie manipulat pe unitatea de timp; amestecul de

produse, care la rândul lui depinde de compatibilitatea determinată de sensibilitatea la mirosuri şi

substanţe volatile, precum etilena; constrângerile economice, respectiv costurile de construcţie a

instalaţiilor de răcire, de funcţionare şi de întreţinere a acestora; cerinţele de marketing [7].

2.2. Stadiul actual în domeniul sistemelor pentru reglarea factorilor

climatici în depozitele fără sisteme automate de reglare

Schema funcţională a unui depozit prevăzut cu ventilaţie mecanică fără instalaţii de frig este

prezentată în figura 2.1. Canalele verticale 8 permit dirijarea aerului atmosferic. Sistemul de dirijare

a aerului realizează introducerea acestuia din exterior cu ajutorul ventilatorului 1. Aerul din exterior

se amestecă cu aerul existent în celulă, acest amestec fiind introdus prin pardoseală [49].


14


Fig. 2.1. Schema instalaţiei de ventilaţie a depozitelor

Aerul intră în celule prin deschiderile plasate în canalele conducătoare 10 sau prin canalele cu

dimensiuni variabile existente în podeaua perforată 6. Prin introducerea acestui amestec de aer în

depozit aerul existent se răceşte, iar cel cald se evacuează prin tavanul depozitului. Celelalte notaţii

din figura 2.1 au următoarele semnificaţii: 2 – clapeta de dirijare a aerului; 3 – orificii de evacuare a

surplusului de aer; 4 – clapeta de recirculaţie; 5 – gură de aerisire; 6 – podea perforată (cu

deschizături variabile); 7 – gură de aerisire din cameră; 8 - canal vertical de dirijare a aerului; 9 -

canal orizontal de dirijare a aerului, sub pardoseală; 10 – canale de dirijare a aerului; 11 – gură de

aerisire.

În prezent există posibilităţi multiple de a controla temperatura într-un depozit (fig. 2.6).

Astfel, într-un punct central de achiziţie se pot culege informaţii de la 1000 de senzori de

temperatură 1, aflaţi la distanţe de până la 100 m. În silozurile de mare capacitate se utilizează

senzori de temperatură montaţi în capsule de plastic plasate în masa de produse, astfel conectați

(cablați) încât să redea media temperaturii pe înălţime, aşa cum se constată în figura 2.2. în care

celelalte notaţii au următoarele semnificaţii: 2 – celulă de depozitare; 3 – ventilatoare; 4 – cutii de

joncţiune. Asemenea senzori au dezavantajul că nu evidențiază punctele în care apar dereglări

provocate de dezvoltarea unor microorganisme, care ar putea fi sesizate prin diferenţe de

temperatură.

Fig. 2.6. Controlul şi monitorizarea temperaturii într-un siloz de mare capacitate

Pentru a elimina acest dezavantaj sunt utilizaţi senzori cablaţi individual, poziţionaţi la anumite

distanţe. Informaţia de la senzor este trimisă la un controler care stochează şi afişează datele culese.

Pentru a reduce costurile montării cablurilor necesare senzorilor de temperatură se utilizează

metoda „cablării în stea”. În acest fel este utilizat un singur cablu multicolor care preia informaţiile

de la cei 100 de senzori şi o transmite la cutia de joncţiune, plasată în interiorul depozitului. De la

acest punct sunt plasate alte cutii de joncţiune în exteriorul depozitului, conectate serial tot cu


15


ajutorul cablurilor multicolore. Informaţia de la fiecare probă este transmisă la cea mai apropiată

cutie de joncţiune pentru a asambla uşor reţeaua [37], [145].

2.4. Stadiul actual în domeniul echipamentelor pentru climatizare în

depozitele de legume şi fructe

2.4.1. Echipamente pentru controlul şi monitorizarea temperaturii

Sistemele moderne folosite în depozitele pentru fructe și legume la monitorizarea și controlul

temperaturii sunt ansambluri de echipamente mecanice și electronice controlate de un calculator de

proces sau, uneori, în cazuri simplificate, de un controler.

2.4.1.1. Compresoare frigorifice

Compresorul reprezintă componenta principală și cea mai complexă a unui sistem frigorific cu

comprimare mecanică de vapori folosit la reglarea temperaturii în depozitele pentru legume și

fructe. Rolul acestuia este de a aspira vaporii de agent frigorific din vaporizator și de ai comprima și

refula la presiunea ridicată din condensator. Ca urmare, procesul din compresor creează condițiile

pentru transferul căldurii de la agentul frigorific la mediul ambiant și circulația acestuia în sistem.

Fluxul termic Φk cedat mediului ambiant este compus din fluxul termicΦ0 absorbit de la sursa

rece (puterea frigorifică a mașinii) și puterea mecanică P consumată de compresor:

Φk=Φ0+P. (2.1)

În funcție de natura agentului frigorific folosit, compresoarele pot fi cu amoniac, freoni și

hidrocarburi. Compresoarele cu freoni și hidrocarburi pot fi construite în sistem deschis (cu

presetupă pentru etanșarea arborelui la ieșirea din carter)

și sistem închis (ermetice și semiermetice – cu motor

încorporat). Cele cu amoniac sunt numai de tip deschis,

din cauza incompatibilității amoniacului și cuprului.

După capacitatea frigorifică nominală (STAS

6988/2-89), compresoarele se împart în mici (Φ0 12

kW), medii (Φ0 = 12…120 kW) și mari (Φ0 >12 kW).

După numărul treptelor se împart în compresoare cu o

treaptă și cu mai multe trepte [39].

Compresoarele frigorifice cu piston reprezintă

peste 90 % din totalul de compresoare utilizate la nivel

mondial, deoarece acoperă un domeniu larg de puteri

frigorifice (0,1…600 kW) și temperaturi de vaporizare

(până la – 100 oC).

Dezavantajele acestui tip de compresoare sunt:

domeniul limitat de utilizare la presiuni de aspirație de

0,2…1 bar; din cauza supapelor; uzură mare în

mecanismul motor; vibrații în funcționare datorită forțelor și momentelor neechilibrate; prezența

lubrifianților în agentul frigorific etc. În figura 2.15 este prezentată schema compresorului cu piston.

Notațiile din figură au următoarele semnificații: 1 - arbore; 2 - manivelă; 3 - bielă; 4 - piston;

SA - supapă de aspirație; SR - supapă de refulare; S - cursa; PMI - punctul mort interior; PMF -

punctul mort exterior.

Exceptând compresoarele pentru frigiderele și congelatoarele casnice, compresoarele

frigorifice cu piston au cel puțin doi cilindri.

Fig. 2.15. Schema compresorului cu

piston[8]


16


2.4.1.2. Automate programabile pentru reglarea temperaturii

Pentru controlul și reglarea temperaturii se utilizează numeroase tipuri de echipamente

tehnice, unele dintre acestea prezentându-se în continuare.

Automat programabil modular EZ Series utilizat la reglarea temperaturii. EZSeries PLC

(fig. 2.25.) este o unitate de baza PLC pentru controller programabil modular expandabil de la 8 la

96 puncte de I/O în 4 versiuni disponibile. Unitatea PLC dispune de facilităţi ce se regăsesc şi la

modelele altor producători. Modulele I/O disponibile îl plasează între cele mai flexibile controlere

programabile PLC din industria automatizărilor.

Specificaţii: memorie totală pentru program/date: 64K; procesor RISC 40MHz, 32 bit; 8192

regiştrii, 8192 variabile; timp de scanare pentru instrucţiuni de 1K: 3ms; instrucţiuni avansate

pentru Logica Ladder; patentul Free Flow Logic; două porturi de comunicaţie serială RS232 şi

RS422/485 integrate; suportă ASCII Protocol şi Modbus Protocol; Real Time clock/calendar;

opţiuni pentru Ethernet, DeviceNet şi Profibus; module I/O la preţuri sensibil mai mici decât ale

producătorilor consacraţi; modul Counter 100kHz cu ieşiri PLS; întrerupere pentru intrare; software

pentru programare EZ [168].

Fig. 2.25. Automat programabil modular EZ Series(http://www.electricfilm.eu)

Automat programabil PLC Touch Panel utilizat la reglarea temperaturii. EZ Series

Touch Enhanced (fig. 2.26) este o gamă extinsă de display-uri senzitive cu dimensiuni între 3.5” şi

15” şi variante constructive STN, TFT, Color sau Monocrom - toată gama având în comun acelaşi

hardware care oferă facilităţi superioare (Trend Graphics ş.a.) întâlnite la majoritatea producătorilor

doar la modelele mai mari de 10”.

Fig. 2.26. Automat programabil PLC Touch Panel(http://www.electricfilm.eu)

Specificații: obiecte grafice 3D vectoriale, scalabile cu viteza mare, selectabile dintr-o librărie

cu peste 4000 simboluri, obiectele pot fi suprapuse; toate obiectele şi grafica suportă 128 de culori;

text afişabil în 9 limbi diferite selectabile prin apăsarea unui singur buton; parolă pentru ecrane şi

http://www.electricfilm.eu/



17


obiecte (pe 8 niveluri utilizator); alarme cu log-uri, contoare şi detalii; recipe Object cu posibilitatea

de download a valorii presetate (20 valori în 20 registrii); floating-point numbers; ceas şi calendar

integrat; asociază tag-names de 40caractere adreselor PLC pentru o uşoară memorare a adreselor;

suportă optional memorii flash de 512k, 1MB, 2MB pentru stocarea programului/(backup fără PC)

şi distribuirea lui; memorie RAM expandabilă la 1MB; import/Export tags spre/din Excel sau fişiere

CSV; exportă alarme în fișier Excel sau CSV; obiecte/Mesaje multi-state care permit includerea a

maxim 4 variabile; butoane bitmap; simulator de proiect; stiluri; bitmap creation/editing; import de

imagini în formate JPEG, GIF, ICO [168].

2.4.2. Echipamente pentru controlul şi monitorizarea umidităţii

Aerul umed este un amestec în care componentele principale sunt aerul uscat și vaporii de apă

care, în general, se află în stare supraîncălzită. Domeniul uzual de temperatură în limitele căruia se

desfășoară transformările termodinamice ale aerului umed sunt cuprinse între - 40… +150 oC.

Parametrii principali care caracterizează starea aerului umed sunt: presiunea barometrică,

umiditatea, temperatura și entalpia specifică. Pentru controlul și dirijarea acestor parametri se

utilizează numeroase tipuri de echipamente tehnice, unele dintre acestea prezentându-se în

continuare.

2.4.2.1.Umidificatorul evaporativ HumEvap MC3

Mărirea umidităţii la trecerea aerului printr-o matrice umedă este o modalitate simplă şi sigură

de umidificare , costurile de funcţionare fiind mici. Acest dispozitiv realizează şi răcirea prin

evaporare.

Partea centrală a umidificatorului HumEvap MC3 (fig. 2.28.) este reprezentată de modulul de

evaporare, care este instalat într-o centrală de tratarea aerului (AHU) sau în tubulatura de aer. Apa

este alimentată prin partea de sus a unei matrice compozite, cu fibrele perfect lipite care nu conţine

particule, apoi se scurge în jos pe suprafaţa ondulată a acestei matrice. Aerul uscat trece prin acest

material umed absorbind vaporii de apă, mărindu-se în acest mod umiditatea. Acest proces consumă

foarte puţină energie (maxim 0,5 kWh), mult mai puţină decât umidificatoarele cu aburi sau decât

atomizoarele cu apă rece.

Fig. 2.28. Umidificatorul evaporativ HumEvap MC3(www.jshumidifiers.com)

Apa care nu se evaporă contribuie la spălarea materialului matricei şi curge într-un rezervor

din oţel inoxidabil aflat la baza echipamentului, înainte de a fi recirculată spre partea de sus a

matricei.

HumEvap MC3 oferă o răcire cu până la 12°C comparativ cu aerul inițial şi reprezintă o

alternativă foarte economică la răcitoarele mecanice sau un element suplimentar al acestora. Pe

măsură ce aerul trece peste suprafaţa rece şi umedă a matricei de evaporare a umidificatorului

HumEvap MC3, are loc un transfer de energie în timp ce apa se evaporă.


18


HumEvap MC3 este uşor de instalat având trei legături simple la utilităţi: o conductă de

scurgere gravitaţională cu supraplin integrat, un racord direct de apă pentru modulul de evaporare şi

o conectare la tensiune electrică monofazată pentru panoul de comandă [176].

Singurele legături care mai trebuie făcute sunt două racorduri de compresiune la

sistemul de dozare cu ioni de argint, PureFlo Ag+.

Modulul de evaporare este precablat, în mod standard, cu 10 metri de cablu flexibil cu 12 fire

permiţând, dacă este necesar, amplasarea panoului de comandă la distanţă de modul de evaporare.

2.4.3. Echipamente pentru controlul şi monitorizarea compoziţiei şi vitezei de mişcare

a aerului

2.4.3.1. Aspecte generale privind controlul și monitorizarea compoziției și vitezei de

mișcare a aerului

Prin depozitare în atmosferă controlată se înțelege, de cele mai multe ori, conservarea

fructelor și legumelor într-un mediu convenabil sărăcit în oxigen și dioxid de carbon sau îmbogățit

în azot, cu valori ale temperaturii si umidității relative a aerului controlate.

Atmosfera modificată (MA) a fost aplicată prima dată în anii „40 ca o modalitate de a reduce

nivelul oxigenului pentru încetinirea coacerii fructelor de măr, iar extinderea folosirii acestei

modalităţi de păstrare a fost condiţionată de fabricarea unor filme polimetrice cu diferite

permeabilităţi pentru gaze, elasticitate şi flexibilitate diferită, alegerea filmului de împachetare

făcându-se în funcţie de intensitatea respiratorie a produselor.

Utilizarea atmosferei modificate la depozitarea în stare refrigerată a legumelor și fructelor

mărește capacitatea frigului de a reduce activitatea biotică a organelor vegetale, de a evita unele

tulburări fiziologice și de a reduce la minimum fenomenele de degradare. În general, atmosfera

controlată este utilizată, în special, la depozitarea merelor și în unele cazuri a perelor, dar și în cazul

altor sortimente de fructe si legume.

Pentru a se menţine respiraţia aerobă sunt cerute valori adecvate ale conţinutului de oxigen.

Valoarea precisă a nivelului de oxigen determină reducerea respiraţiei și variază în funcţie de specia

fructului şi de soi. La majoritatea speciilor, nivelul de oxigen cuprins între 2…3% produce o

reducere benefică a ratei respiraţiei şi a altor reacţii metabolice. Creşterea nivelului de dioxid de

carbon pentru anumite fructe perisabile reduce respiraţia, amână senerescenţa şi întârzie dezvoltarea

fungilor. În mediile cu conţinut scăzut în oxigen, nivelul ridicat de dioxid de carbon poate

determina procese de metabolism fermentativ [76].

2.4.3.2. Manipularea atmosferei prin controlul dioxidului de carbon

Seria III a echipamentului de monitorizare și control a dioxidului de carbon produs de firma

Storage Control Systems Inc.(fig. 2.33) are caracteristici noi ce permite ca moleculele de carbon sa

fie activate de paturi cilindrice, o detectare automată a CO2 –ului și un touchscreen de la care se

poate seta acest dispozitiv și pe care sunt afișate datele importante. Interfața cu operatorul permite:

programarea ușoară și diferențiată, pentru mai multe celule de depozitare, a concentrației de CO2

atingându-se în acest mod performanțe ridicate; intervalele de timp în care funcționează instalația;

raportarea numărului de cicluri de funcționare într-o zi pentru fiecare celulă de depozitare; o bază

de date cu nivelul de CO2 din celule; alarmarea în caz de avarie.

Deoarece acest dispozitiv reduce nivelul de CO2 din celulă, timpul necesar unui ciclu de

funcționare se reglează automat, în acest mod el devenind tot mai eficient după fiecare ciclu, fapt ce

va conduce la reducerea timpului pentru ciclul de funcționare și, totodată, la controlul mai ușor al

nivelului de oxigen.

Acest sistem are o eficiență foarte ridicată și asigură o puritate a gazelor de 99,9% [183].


19


Fig. 2.33. Generator dioxid carbon (www.storagecontrol.com)

2.5. Tendinţe în domeniul automatizării echipamentelor pentru climatizare

în depozitele de legume şi fructe

Din analiza tendinţelor pieţii, se remarcă faptul că aşteptările din partea consumatorilor impun

un salt calitativ al produselor alimentare. În acest sens producătorii şi procesatorii de fructe și

legume tind să reducă discrepanţa sezonieră a veniturilor din vânzarea produselor. Gruparea

producătorilor români de legume și fructe proaspete în asociații, așa cum se întâmplă în alte țari din

Uniunea Europeană, ar putea contribui la creșterea investițiilor în acest sector, și implicit ar facilita

accesul micilor producători pe rafturile marilor retaileri.

Conform cu aceste tendințe de pe piața fructelor și legumelor, producătorii de echipamente

automate folosite la controlul factorilor climatici în depozite au perfecționat și micșorat aceste

echipamente la parametri greu de imaginat cu puțin timp în urmă. Astfel, spațiul ocupat cu acestea a

fost redus semnificativ, iar menținerea constantă a factorilor climatici se apropie de optim.

În continuare se vor prezenta câteva echipamente performante care definesc aceste tendințe.

2.5.3. Sistemul Comet cu senzori industriali Ethernet pentru temperatură, umiditate,

presiune atmosferică cu ieșiri cu relee

Senzorii industriali Ethernet sunt utilizaţi de un transmitter (fig. 2.39.) care este echipat cu

trei intrări binare pentru detectarea evenimentelor cu două stări,de exemplu prezenţa apei, fumului,

spargerea geamurilor, contact deschidere usa etc. Transmitterul complet echipat conţine senzori de

temperatură, umiditate şi presiune. Temperatura măsurată şi umiditatea relativă sunt recalculate în

alte interpretări ale umidităţii: temperatura punctului de rouă, umiditatea absolută, umiditatea

specifică, raportul de amestec sau entalpia specifică.

Citirea şi ieşirea de presiune sunt disponibile în următoarele unităţi de măsură: hPa, kPa,

mbar, mmHg, inHg, inH2O, PSI, oz/in2. Afisarea în grade Celsius sau Fahrenheit este selectabilă de

către utilizator. LCD-ul mare, dual, pentru afişarea simultană a temperaturii, presiunii sau umidităţii

relative sau a altei interpretări calculate a umidităţii este un avantaj. Parametrii sunt uşor de setat de

la tastatura transmitterului sau de la calculator.

http://www.storagecontrol.com/


20


Fig.2.39. Sistem Comet ce foloseşte Fig. 2.40. Modul de funcţionare a sistemului

senzori industriali Ethernet (http://www.cometsystem.cz/)

Senzorul este de ultimă generaţie: polimer capacitiv care asigură o stabilitate excelentă pe

termen lung; inerţie împotriva apei şi condensului. Transmitterul online este proiectat pentru

utilizarea în medii non agresive.

Transmitterul este echipat cu două ieşiri cu relee pentru indicarea alarmei (fig. 2.40.) sau

controlul dispozitivelor externe. Fiecare releu poate fi atribuit oricărei valori măsurate sau calculate.

Pentru fiecare releu se pot seta întârzierea, histerezisul sau alarmarea.

Cele mai utilizate aplicaţii ale acestui sistem sunt monitorizarea online a temperaturii,

umidității, presiunii și a trei semnale binare primite de la: Ethernet industrial; rack-uri; camere de

servere; dispozitivele de telecomunicatie; depozite; sere; camere cu aer condiţionat.

Modurile de comunicatie ale sistemului Comet sunt:

Modbus TCP: protocolul Modbus TCP permite citirea valorilor măsurate,

configurarea limitelor de alarme, calibrarea sondei de temperatură;

Telnet: Portul 9999 permite configurarea limitelor de alarmă (limita minimă, limita

maximă, histerezisul pentru temperatură şi întârzierea), adreselor de e-mail, adreselor SNMP,

descrierea sondelor, actualizarea paginilor www (de la 10 s…65535 s), configurarea intervalului de

stocare al evenimentelor din trecut (10 s…65535 s), activarea fiecărui canal de comunicare.

Capacitatea memoriei evenimentelor din trecut este de 600 de valori. Este activată protecţia

cu parolă a acestui port. De asemenea, este activată repartizarea automată a unei adrese IP de la

serverul DHCP.

Designul paginilor www poate fi selectat de către utilizator şi permite afişarea grafică a

valorilor din trecut, referitoare la temperaturile măsurate. Utilizatorul poate proiecta aspectul

paginilor www şi istoria valorilor inregistrate.

Prin SNMP este posibilă citirea valorilor reale şi limitelor de alarmă. În cazul aparitiei

alarmei, mesajul de avertizare (trap) este trimis la adresele definite de către utilizator (maxim trei

adrese)., iar prin SOAP transmitterul permite trimiterea datelor efective măsurate sub formă de

mesaj SOAP pentru a selecta serverul de web în intervalul preconfigurat 10…65535 s. În cazul în

care mesajul nu este primit de către server până când este transmis următorul mesaj, este trimis

mesajul de avertizare trap ½ [166].


21


3. NECESITATEA SI OBIECTIVELE LUCRĂRII

3.1. Necesitatea lucrării

Chiar dacă legumele și fructele nu au o valoare nutritivă deosebită, prin conținutul lor mare în

apă, zaharuri, acizi organici, substanțe minerale, vitamine etc., acestea au un rol important în

hidratare, digestie, refacerea hemoglobinei din sânge etc., fiind considerate indispensabile pentru o

alimentație echilibrată pentru oamenii de toate vârstele , începând de la copiii de cea mai fragedă

vârstă și până la persoanele de vârsta a treia. Un aspect mai puțin plăcut care intervine în această

logică se referă la faptul că aceste produse prezintă caracteristici nutriționale maxime dacă sunt

consumate în stare proaspătă, fapt care este posibil în mod natural doar pe o perioadă relativ scurtă

după recoltare, după care acestea sunt expuse unor procese de degradare.

Pe de altă parte, prelucrarea legumelor și fructelor pentru obținerea unor sucuri naturale,

gemuri, produse conservate prin uscare etc. nu trebuie neglijată, acestea păstrând o parte din

caracteristicile acestora.

Progresul general al umanității din ultimele secole se manifestă și prin consumul tot mai mare

de legume și fructe pe toată durata anului, aspect posibil și ca urmare a globalizării comerțului și a

deschiderii piețelor pentru un număr tot mai mare de participanți la acest proces. În cazul particular

al României trebuie salutată abundența de legume și fructe de pe piață indiferent de anotimp, dar nu

se poate neglija situația tot mai dificilă a fermierilor români care nu pot concura pe o asemenea

piață liberă. Deși potențialul agriculturii românești în domeniul producției de legume și fructe este

uriaș, se constată că aproape 80% din produsele comercializate prin marile lanțuri de magazine

provin din import. Una din cauzele acestei situații o reprezintă imposibilitatea aprovizionării de

către români a acestor magazine pe perioade mai lungi de timp, aspect ce nu se poate accepta într-

un comerț modern. Motivul acestei situații este reprezentat, în principal, de lipsa unor depozite care

să poată prelungi durata de păstrare în stare proaspătă a acestor produse pe perioade cât mai mari,

fără pierderea proprietăților de bază. Chiar dacă acest aspect se discută de mai mulți ani la nivelul

conducerii statului, nu s-au găsit încă soluțiile viabile pentru construirea de depozite în care micii

fermieri să-și poată păstra recoltele în condiții acceptabile sub aspect economic. Vechile pivnițe sau

șanțurile și bordeele folosite de-a lungul timpului pentru păstrarea unor categorii de legume și fructe

se dovedesc tot mai slabe în concurență cu produsele similare păstrate în depozitele moderne, de

mare capacitate.

Caracteristica principală a unui asemenea depozit o reprezintă posibilitatea de a controla și

menține la valorile optime factorii climatici, adică temperatura, umiditatea, viteza de mișcare a

aerului, iar în ultima perioadă și compoziția atmosferei din interiorul depozitelor. Acest aspect a

condus chiar la o diferențiere a depozitelor, în sensul că cele mai simple dintre acestea sunt dotate

doar cu instalațiile de reglare a temperaturii prin ventilare artificială, în timp ce alte depozite sunt

prevăzute cu echipamente complexe pentru reglarea automată a factorilor climatici. Alegerea și

utilizarea la randamentul optim a instalațiilor de reglare automată a climatizării în depozitele pentru

legume și fructe este o acțiune diferită, în care factorii determinanți sunt soiurile produselor, durata

de depozitare, dimensiunile generale și ale celulelor de păstrare etc.

Pornind de la acestea s-a considerat necesară abordarea în această lucrare a perfecționării

proiectării sistemelor automate de reglare a factorilor climatici în depozite, dacă se impun

elementele specificate anterior. Prin utilizarea modelării matematice și simulării prin mai multe


22


programe a comportamentului sistemelor de reglare a climatizării depozitelor se fac propuneri

pentru alegerea corectă a echipamentelor componente ale acestor sisteme, inclusiv a design-ului

celulei în sensul impunerii direcțiilor de circulație a aerului. Nu în ultimul rând trebuie să se țină

seama de factorul economic, astfel încât costurile generale cu instalarea și exploatarea unor sisteme

de reglare automată a factorilor climatici să nu depășească avantajele obținute prin diminuarea

pierderilor și prin valorificarea superioară a legumelor și fructelor în perioade când cererea acestora

pe piață este mare.

De asemenea, controlul automat al echipamentelor care reglează factorii climatici asigură un

consum energetic mai redus, comparativ cu sistemele la care pornirea și oprirea elementelor de

execuție nu se efectuează într-o buclă de reglare cu regulator tip PID. Prin folosirea unor modele

predictibile ale comportamentului temperaturii în interiorul celulei de depozitare, numărul

senzorilor folosiți poate fi redus substanțial, în unele cazuri putând fi înlocuiți în totalitate de

camere cu termoviziune, care, în funcție de rezoluția imaginii pot oferii informații despre

temperatură în peste 300 000 de puncte.

3.2. Obiectivele lucrării

Obiectivul principal al lucrării de doctorat îl constituie perfecţionarea proiectării sistemelor

de reglare automată a factorilor climatici în depozitele pentru legume și fructe.

Atingerea acestui obiectiv presupune parcurgerea secvenţială şi rezolvarea unor obiective

subsidiare, cele mai importante dintre acestea fiind:

analiza stadiului actual al cunoștințelor despre rolul și importanța legumelor și fructelor în

alimentația umană și despre depozitarea acestora, în vederea consumării lor în stare proaspătă pe o

perioadă cât mai îndelungată de timp;

realizarea unei sinteze asupra situației la nivel mondial în domeniul construcției

depozitelor pentru legume și fructe, cu specificarea caracteristicilor principalelor elemente

constructive care influențează modificarea parametrilor climatici;

analiza stadiului actual în domeniul sistemelor de automatizare a echipamentelor pentru

climatizare în depozitele de legume și fructe;

cercetarea comparativă a sistemelor de monitorizare a diferiților parametri ai procesului

de control automat al factorilor climatici și evidențierea avantajelor folosirii acestora în diferite

condiții de lucru;

analiza bazelor teoretice ale factorilor climatici, în vederea utilizării acestora la

perfecționarea proiectării sistemelor de climatizare în depozitele pentru legume și fructe;

modelarea matematică a proceselor de reglare automată a factorilor climatici, cu

impunerea restricțiilor specifice depozitelor pentru legume și fructe;

analiza proceselor de climatizare prin metoda simulării în mai multe moduri, care să

permită stabilirea variantei optime de sistem de reglare automată, cu luarea în considerare a design-

ului celulei și poziției orificiilor de admisie-evacuare a aerului din interiorul acesteia;


23


Fig. 3.1. Metodica generală de studiu a temei abordate

Analiza stadiului actual în domeniul depozitării

legumelor și fructelor.

Cercetarea teoretică prin modelare matematică a

posibilităților de reglare automată a factorilor

climatici

Analiza stadiului actual al echipamentelor folosite la

reglarea factorilor climatici în depozitele pentru legume

şi fructe

Concluzii

Îmbunătăţire

Cercetarea experimentală a variației factorilor de

climatizare în două depozite cu sisteme diferite de

reglare a acestora

Cercetarea teoretică prin simulare a reglării factorilor

climatici cu luarea în considerare a design-ului celulei de

depozitare

Analiza şi compararea rezultatelor cercetărilor

teoretice şi experimentale în vederea perfecţionării

proiectării sistemelor automate de control al

factorilor climatici din depozitele pentru legume şi

fructe

Cercetarea teoretică prin simulare a

posibilităților de reglare automată a factorilor

climatici

Cercetarea experimentală a unui echipament din sistemul

de reglare automată, în vederea perfecționării acestora

Analiza economică a eficienței adoptării într-un

depozit cu destinație și caracteristici constructive

bine precizate a alegerii sistemului de reglare a

factorilor climatici (ventilare mecanică sau sistem cu

reglare automată


24


efectuarea cercetărilor experimentale referitoare la compararea a două sisteme de

climatizare care echipează două tipuri de depozite pentru cartofi, dintre care unul cu reglarea

automată a temperaturii și vitezei fluxului de aer și altul fără reglarea automată a factorilor climatici

întocmirea unei baze de date cu caracteristicile biologice ale principalelor legume și fructe

cultivate în România, intervalele de temperă, umiditate și viteze de circulație a aerului în perioada

de depozitare a acestora; duratele de păstrare ale acestora, care vor reprezenta, alături de cantitatea

de produse și de tipul de depozit preconizat datele inițiale pentru proiectarea sistemului de reglare

automată a factorilor climatici;

cercetarea experimentală a comportamentului unui echipament modern folosit în schema

de reglare automată a parametrilor climatici din depozitele pentru legume și fructe, în vederea

îmbunătățirii performanțelor acestuia;

analiza și interpretarea rezultatelor cercetărilor teoretice și experimentale și compararea

acestora în vederea validării modelării matematice și simulării, pentru a putea fi utilizate la

proiectarea sistemelor perfecționate de reglare a factorilor climatici în depozitele pentru legume și

fructe;

analiza economică a eficienței adoptării într-un depozit cu destinație și caracteristici

constructive bine precizate a alegerii sistemului de reglare a factorilor climatici (ventilare mecanică

sau sistem cu reglare automată

3.3. Metodica generală de cercetare în lucrare

Pentru rezolvarea completă și complexă a obiectivului principal și a obiectivelor subsidiare

precizate pentru această lucrare este necesară o urmărire riguroasă a modului de desfășurare a

cercetărilor teoretice și experimentale și de corectare permanentă a erorilor care pot să se manifeste

pe parcursul acestor cercetări.

Din studiile efectuate în capitolele 1 și 2 referitoare la stadiile actuale ale cercetărilor și

realizărilor în domeniul depozitării unor legume și fructe cultivate în România și al construcției de

depozite și de echipare a acestora cu instalații de climatizare realizate pe plan mondial a rezultat că

se pot realiza cercetări care să conducă la perfecționarea proiectării sistemelor de reglare automată a

factorilor climatici, în depozite cu condiții inițiale bine specificate (speciile de legume și fructe,

intervalele recomandate de variație a factorilor climatici, durata de depozitare, cantitatea depozitată

și caracteristicile dimensionale ale depozitului).

La modelarea matematică a reglării factorilor climatici și simulării comportamentului

sistemului tehnic de reglare s-au utilizat în permanență și valori reale obținute din măsurarea

factorilor climatici pe două tipuri de depozite cu sisteme diferite de reglare a acestor factori.

În figura 3.1. se prezintă schema simplificată a metodicii generale de cercetare în această

lucrare, în care se observă și bulca de corectare permanentă a modelelor teoretice ale sistemului de

reglare automată a factorilor climatici cu rezultatele concrete obținute prin măsurarea acestora în

exploatare.


25


4. CERCETĂRI TEORETICE PRIVIND PERFECŢIONAREA

SISTEMELOR DE AUTOMATIZARE A ECHIPAMENTELOR

PENTRU CLIMATIZARE ÎN DEPOZITELE DE LEGUME ŞI FRUCTE

4.1. Aspecte teoretice de bază privind factorii climatici din depozitele de

legume și fructe

4.1.1. Aspecte teoretice de bază privind temperatura

Principiul zero al termodinamicii (sau al doilea postulat) este corelat cu alte proprietăţi ale

echilibrului termodinamic, permiţând introducerea temperaturii empirice ca parametru de stare

specific termodinamicii. Enunţul principiului zero rezultă din generalizarea unor concluzii obținute

din cercetări experimentale.

Noțiunile de echilibru termic și temperatură vor fi analizate în continuare. Se consideră două

sisteme termodinamice 1 şi 2, aflate fiecare dintre ele, în mod independent, în stare de echilibru,

caracterizate de presiunile şi volumele proprii(fig. 4.1).

Fig.4.1. Echilibrul termic a două sisteme separate de un perete diaterm

Se pun în contact aceste sisteme, astfel încât fiecare să poată acţiona asupra celuilalt, dar

ambele izolate de mediul înconjurător. Peretele diaterm împiedică schimbul de masă dintre cele

două sisteme şi orice interacţiune mecanică, electrică sau magnetică, dar lasă să treacă căldura.

În momentul cuplării sistemului 1 cu sistemul 2 se constată că noul sistem format (1U2) nu

este la echilibru, dar tinde şi atinge starea de echilibru după un anumit timp, conform principiului

general al termodinamicii. Echilibrul la care ajunge sistemul (1U2) are loc în urma interacțiunilor

termice dintre sistemele 1 şi 2 prin peretele diaterm. Prin această interacţiune se realizează trecerea

sistemului compus (1U2) către o stare de echilibru, atât pentru sistemul 1, cât şi pentru sistemul 2,

în comparaţie cu stările lor iniţiale [11].

Interacţiunea termică se mai numeşte şi schimb de căldură, constituind un mod special de

transmitere de energie între sistemele 1 şi 2. Echilibrul care se stabileşte în sistemul (1U2) se

numeşte echilibrul termic.

4.1.2. Aspecte teoretice de bază privind căldura

În fizică, cantitatea de căldură, simbolizată prin Q, este energia transferată între un sistem

termodinamic și mediul înconjurător, între două sisteme termodinamice sau între diferite părți ale

aceluiași sistem termodinamic, în cursul unei transformări termodinamice în care parametrii externi

rămân constanți.


26


Căldura este o formă particulară a energiei care este asociată cu creșterea temperaturii unei

substanțe. Un impuls de căldură cauzează creşterea temperaturii. Relaţia dintre impulsul de căldură

şi creşterea temperaturii este determinată de o proprietate a materialului, mai precis de capacitatea

lui termică C.

Căldura, ΔQ, în sistemul internaţional măsurată în joule, este energia absorbită într-un proces

în care temperatura creşte cu ΔT şi este exprimata de relaţia:

ΔQ = C ΔT;

(1); (4.5)

dQ = CdT,

unde : Q este cantitatea de căldură, în J; C-capacitatea termică,în J/K; T-temperatura,în K.

Reprezentarea diferenţială dQ este descrisă într-un sens strict matematic, doar dacă nu mai

este depus un lucru mecanic sau chimic. Altfel dQ nu este o diferenţială totală [46].

4.1.3. Aspecte teoretice de bază privind umiditatea aerului

Aerul umed este un amestec format din aer uscat și vapori de apă, amestec în care

componenții nu interacționează chimic și sunt considerați gaze perfecte. Presiunea pam a aerului

umed este dată de relația:

pam=pa+pv, (4.13)

unde pa reprezintă presiunea parţială a aerului; pv- presiunea parţială a vaporilor.

Presiunea parţială a unui gaz i, dintr-un amestec, este presiunea pe care ar avea-o acest gaz

dacă ar ocupa singur incinta în care se află amestecul, la aceeaşi temperatură. În cazul amestecurilor

de gaze, legea lui Dalton spune că: presiunea amestecului este egală cu suma presiunilor parţiale

ale gazelor componente, la aceeaşi temperatură.

Având în vedere faptul că presiunea parţială a vaporilor de apă conţinuţi în mod uzual în aerul

atmosferic este foarte scăzută, vaporii de apă din aer sunt supraîncălziţi.

Conţinutul de umiditate reprezintă masa de vapori de apă dintr-un kilogram de aer uscat:

. (4.14)

Conform legii lui Dalton se poate scrie:

(4.15)

în care: V este volumul, în m3 ; Ra = Rv – constata universală a gazelor, în m

3PaK

-1kmol

-1.

Umiditatea relativă φ, a aerului umed este raportul dintre cantitatea de vapori existentă în aer

şi cantitatea maximă de vapori de apă pe care o poate absorbi aerul la acea temperatură:

. (4.16)

Aerul poate absorbi vapori de apă în cantităţi variabile, în funcţie de temperatura la care se

află. Un volum de aer uscat absoarbe o cantitate de vapori din ce în ce mai mare, pe măsură ce

temperatura creşte. Presiunea parţială a vaporilor creşte odată cu cantitatea de vapori. La o anumită

temperatură a aerului umed, umidificarea acestuia poate continua până când presiunea parţială a

vaporilor atinge valoarea presiunii de saturaţie corespunzătoare acelei temperaturi. În aceste condiţii


27


aerul este saturat. Aerul saturat conţine cantitatea maximă de vapori de apă, la temperatura

considerată [14].

4.1.4. Aspecte teoretice de bază privind fluxul de aer în depozite

La momentul actual, chiar şi în cele mai moderne depozite, în care se controlează factorii

climatici şi se reglează compoziția atmosferei, nu se poate realiza o etanşeitate perfectă, care să

poată împiedica un schimb natural de aer între celulă şi atmosfera exterioară. De asemenea,

activitatea sau prezenţa oamenilor, precum și a legumelor și fructelor depozitate sunt însoţite de cel

puţin o formă de degajări nocive, care fac necesară o instalaţie de ventilare.

În realitate, scopul final al oricărei instalaţii

automate de climatizare este acela de a crea în

interiorul celulei de depozitare a fructelor şi

legumelor condiţii optime de temperatură şi

umiditate , o viteză impusă a curenţilor de aer etc.

[56].

În figura 4.5. este prezentată schema jeturilor

de aer printr-o podea perforată. Forma curentului de

aer care iese prin aceasta depinde de caracterul

curgerii aerului prin deschiderea de refulare. Pe

măsură ce viteza din deschiderea de refulare este mai

mare decât valoarea critică se schimbă caracterul

curgerii din laminar în turbulent, încât jetul de aer

devine, la rândul său, turbulent, căpătând forma unui

con şi împrăştiind aerul pe distanţe mai mari.

Un jet liber este compus dintr-o masă de aer

variabilă, aflată în mişcare generală de translație, sub

forma unui curent divergent. Jetul de aer se formează

prin deschiderea de refulare, unde pătrunde o masă

de aer primar, cu o energie cinetică iniţială. Curentul

de aer care iese din gura de refulare are în planul de

refulare aceeaşi formă cu secţiunea din care iese. Imediat după ieşirea din gura de refulare,

particulele de aer care formează un strat limită la periferia curentului, antrenează particulele din

aerul ambiant imobil şi le adaugă la curentul primar. Jetul de aer îşi măreşte astfel volumul şi începe

să capete forma unui con divergent.

4.2. Modelarea matematică a reglării automate a factorilor climatici din

depozitele pentru fructe și legume

4.2.1. Aspecte generale

Mărimile de intrare ale unui sistem de reglare automată sunt reprezentate de comanda u și

vectorul mărimilor exogene, notat prin w=[ν,r]T , care conțin, atât mărimile perturbatoare ν(t), cât și

referințele r(t), iar mărimile de ieșire sunt variabilele măsurate y(t) și mărimile de calitate y-(t), așa

cum se prezintă în figura 4.7.

În cazul proceselor cu mai multe intrări și mai multe ieșiri, sistemele MIMO, se operează cu

vectori de intrare (y(t) şi u(t) , dacă procesul ce urmează a fi reglat are m comenzi şi p

ieşiri măsurate [42].

În figura 4.8. se evidenţiază setul de parametri estimaţi Өk ai modelului procesului, setul de

parametri calculaţi πk ai regulatorului şi criteriul de performanţă I, utilizat pentru proiectarea

regulatorului.

Fig.4.5. Schema jeturilor de aer


28


Fig.4.7. Sistem de reglare automată Fig. 4.8. Metodica de proiectare a regulatorului

Caracterizarea modelului presupune a selecta din mulţimea de caracterizări posibile pe cea

care defineşte cât mai veridic comportarea procesului, cu luarea în consideraţie a unor simplificări,

a eliminării unor situaţii nerelevante pentru proces. Alegerea unei caracterizări de tipul liniar,

continuu, invariant, liniar în parametri, monovariabil, cu parametri concentraţi, determinist etc., cu

perechile lor, implică o bună cunoaştere apriorică a sistemului.

NU

Da

STOP

Fig.4.10. Algoritmul proiectare a unui sistem de reglare automată

Identificarea mărimilor ce trebuie

reglate

Scrierea specificaţiilor pentru mărimile

reglate

Stabilirea configuraţiei de

reglare

Obţinerea unui model pentru fiecare element al buclei

Alegerea unui regulator şi a parametrilor

acestuia

Optimizarea parametrilor şi analiza

performanţelor

Performanţe

=Specificaţii


29


De asemenea, [42] se mai utilizează şi schema logică prezentată în figura 4.10. în proiectarea

unui sistem de reglare automată, ultima etapă a identificării fiind validarea modelului, verificându-

se dacă întreaga informaţie conţinută în datele de intrare-ieşire se regăseşte în model și dacă există

concordanţă între model şi informaţiile disponibile asupra sistemului (consistenţă) [40].

4.3. Modelarea matematică și simularea reglării automate a temperaturii

Pentru reglarea automată a temperaturii se consideră ca elemente perturbatoare izolaţia

pereţilor şi căldura degajată de masa de produse depozitate. Depozitele moderne folosesc ca soluţii

de izolare pereţii din panouri din spumă poliuretanică, care montați corect asigură şi etanşeitatea la

vapori şi la gaze, fiind astfel soluţia optimă şi pentru celulele cu atmosferă controlată.

Ținându-se seama de aceste valori şi de ipotezele simplificatoare amintite anterior, se va

considera sistemul de reglare automată a temperaturii prezentat în figura 4.19.

Temperatura optimă pentru păstrare este setată în funcţie de produsul depozitat şi, în unele

cazuri, de temperatura iniţială a produselor depozitate. Astfel temperatura aerului introdus în

depozit nu va avea o variaţie mai mare de 4 oC faţă de temperatura produselor, în acest mod

evitându-se fenomenul de condensare.

Fig. 4.19. Sistemul de reglare automată a temperaturii

Pentru determinarea modelului matematic de ordinul I cu timp mort echivalent cu modelul

matematic de ordin II, se vor utiliza următoarele relaţii:


30


; (4.95)

KC = HP(0) = 0,04; (4.96)

TC+τ = - ; (4.97)

. (4.98)

Din (4.97) şi (4.98) → TC+τ =25 și se obține:

(TC+τ)2 + TC

2= - ; (4.99)

(4.100)

.

Din relațiile (4.99) şi (4.100)→(TC+τ)2 + TC

2 = 975:

TC2

=975 – 625=350→ TC ≈19 s. (4.101)

Atunci rezultă că τ = 6s.

În urma acestor calcule modelul matematic de ordinul I, cu timp mort care aproximează

modelul matematic de ordin II, este:

. (4.102)

Pentru a se constata precizia cu care acest model aproximează modelul iniţial se vor simula

cele două sisteme în Matlab prin aplicarea unui semnal de tip treaptă unitară. După cum se observă

în figura 4.23 precizia cu care se aproximează este foarte mare, deci în continuare se poate folosi

modelul matematic de ordin I cu timp mort pentru aproximarea modelului matematic de ordin II.

Fig. 4.23. Aproximarea modelului de ordin II cu un model simplificat de ordin I

Din relația (4.14) rezultă KC = 0,04,τ = 6s şi TC ≈ 19s. Folosind aceste valori se pot obţine

valorile optime ale parametrilor de acord care asigură un răspuns indicial conform criteriului

Ziegler-Nichols. Acestea sunt:

KR = 1,2.TC/τ = 3,8;

TI = 2.τ = 12s;

TD = 0,5.τ=3s.

Funcţia de transfer asociată regulatorului, recomandată pentru controlul temperaturii, are

forma:


31


(4.103)

Funcţia de transfer a sistemului de reglare automată a temperaturii în cazul simplificat, în care

se neglijează perturbaţiile are forma:

; (4.104)

; (4.105)

. (4.106)

Funcţia de transfer (4.106) reprezintă sistemul de reglare a temperaturii. Aplicând asupra

acestei funcţii de transfer în domeniul Laplace comanda [z,p,k]=tf2zpk(num,den), unde num şi den

sunt numărătorul, respectiv numitorul funcţiei de transfer se obţine:

z = 0 p = -0.1299 k = 0.0335

-0.0437 + 0.0725i -0.1667 + 0.0000i

-0.0437 - 0.0725i -0.1667 - 0.0000i

unde: z sunt zerourile sistemului; p-polii sistemului; k-factorul de amplificare.

Pentru a se determina performanţele sistemului în regim tranzitoriu şi permanent se face o

simulare a acestuia în software-ul Matlab aplicându-se o perturbaţie de tip treaptă asupra sistemului

automat de reglare. Rezultatul acestei simulări este prezentat în figura 4.24.

Fig. 4.24. Răspunsul sistemului la un impuls de tip treaptă

Cele trei puncte de pe grafic au următoarele semnificații: primul punct - timpul de creştere

(timpul necesar ajungerii în vecinătatea unui regim staţionar); al doilea – timpul de vârf (timpul

necesar pentru ca ieşirea sistemului să atingă valoarea maximă); al treilea – timpul tranzitoriu

(timpul necesar încadrării răspunsului sistemului în intervalul [0,98H0(s)…1,02H0(s)], deci timpul

necesar componentei tranzitorii să devină aproximativ 0), care marchează terminarea regimului

tranzitoriu.

Pentru a se simula procesul de reglare automată a temperaturii în depozitele pentru legume şi

fructe se foloseşte modulul Simulink din software-ul Matlab [66]. În figura 4.25. este prezentată

schema de reglare automată în care sunt introduse şi perturbaţiile reprezentate de izolaţia pereţilor

exteriori şi de căldura produsă de masa de fructe sau legume depozitate. Izolaţia este descrisă de o

funcţie sinusoidală, în care amplitudinea este dată de diferenţa dintre temperatura maximă şi

minimă exterioară, iar frecvenţa de timpul scurs între două valori extreme consecutive ale


32


temperaturii. Căldura produsă de fructe sau legume este reprodusă de o funcţie rampă, a cărei pantă

este stabilită în funcţie de datele din literatura de specialitate [99] care prezintă distribuţia căldurii

produse în timpul depozitării.

Fig. 4.25. Schema de reglare automată reprezentată în Simulink

În figura 4.28. este prezentat răspunsul ieşirii la un impuls de tip treaptă și în figura 4.29

forma și mărimea oscilațiilor din timpul reglării. Simularea se face pe o durată de 86 400 s (1 zi), în

care temperatura exterioară are o variaţie de 15 oC.

Fig. 4.28. Răspunsul ieşirii la un impuls Fig.4.29. Forma oscilaţiilor în timpul

de tip treaptă reglării automate

4.4. Modelarea matematică și simularea reglării automate a umidității și a

fluxului de aer

Ventilarea şi condiţionarea aerului, activ sau pasiv, se poate realiza în mai multe moduri sub

formă radială, arborescentă sau sub forma unui flux de aer de tip scară. Aceste configuraţii sunt

importante dacă se are în vedere eficienţa totală a sistemului de ventilare şi energia necesară pentru

ventilarea continuă [5], [74], [104], [105].

Ştiindu-se funcţia de transfer, intrarea şi ieşirea, se poate obţine reprezentarea funcţională a

sistemului (fig.4.34.).

Fig. 4.34. Reprezentarea funcţională a sistemului de reglare automată a umidității și fluxului

de aer, de tip MIMO

Pentru realizarea simulării se aleg valori numerice specifice și în acest caz se vor obţine

următoarele funcţii de transfer

; (4.151)


33


; (4.152)

; (4.153)

; (4.154)

. (4.155)

Funcţiile de transfer care descriu procesele ce au loc sunt complet observabile şi controlabile,

deci stabile. Însă, se observă că timpul de creştere este foarte mare, deci răspunde foarte greu la o

intrare de tip treaptă, iar ieşirea este viciată de erori mari.

În continuare, se face analiza sistemului MIMO și se adoptă o structură canonică tip P, unde

H1(s) şi H3(s) sunt funcţiile de transfer principale, iar H2(s) şi H’2(s) sunt funcţiile de transfer de

cuplare.

Fig. 4.37. Schema sistemului de reglare automată MIMO ca o structură canonică de tip P

Cu aceste valori ale funcţiilor de transfer şi ale regulatoarelor, formele ieşirilor acestui sistem

la aplicarea unei intrări de tip treaptă unitară sunt prezentate în figurile 4.38 și 4.39.

Fig.4.38. Răspunsul sistemului de reglare după Fig.4.39. Răspunsul sistemului de reglare după

acordarea regulatoarelor pentru HR1 acordarea regulatoarelor pentru HR2

Aceste două regulatoare ataşate sistemului de reglare automată cu două intrări şi două ieşiri

asigură o comportare stabilă cu un supra-reglaj mic, cu timpii de creştere şi tranzitorii relativ mici,

chiar dacă aceste fenomene prezintă inerţie mare.

4.5. Simularea reglării automate a factorilor climatici în software-ul

LabView

4.5.1. Prezentarea software-ului LabView

Labview (LABoratory Virtual Instrument Engineering Workbench) a fost lansat de National

Instruments in 1996, cu acest software introducându-se si conceptul de instrument virtual. Acesta

realizează achiziţie de date, analiză complexă a datelor măsurate, simulează aparate de analiză şi

control, este performant în prezentarea datelor şi rapoartelor.


34


Toate SubVi-uri create, care realizează diferite funcţii ale aplicaţiei, interconectate cu

algoritmii descrişi anterior formează o aplicaţie complexă şi completă de simulare a reglării

automate a factorilor climatici din depozitele pentru legume şi fructe. Aceasta oferă posibilitatea

simulării depozitării a oricărui tip de produs agroalimentar care se află în baza de date, şi chiar a

celor inexistente prin îmbogăţirea acestei baze. În fig. 4.47 este prezentată aplicaţia în întregime în

modul Block Diagram, care este accesibil doar persoanelor care se ocupă de optimizarea aplicaţiei

sau de implementarea unor noi caracteristici.

Fig. 4.47. Schema bloc a aplicației LabView de reglare automată a factorilor climatici din

depozitele pentru fructe și legume

Partea vizibilă şi accesibilă utilizatorilor (fig.4.48.) are o interfaţă interactivă, uşor de înţeles

şi folosit, în care se poate prestabili locul unde se află baza de date. Sunt afişate intervalele

temperaturilor şi umidităţi, durata maximă de depozitare, precum şi temperatura şi umiditatea

medie, valori care reprezintă referinţele sistemului de reglare. Este afişat şi momentul de început al

depozitării, astfel ştiindu-se în orice moment cât a trecut de la începerea depozitării. De asemenea,

utilizatorul poate urmări evoluţia factorilor climatici în timp real şi dacă aceştia se află între limitele

impuse. În cazul în care sunt depozitate produse care au nevoie de condiţii de depozitare mult

diferite faţă de cele existente în baza de date, din panoul frontal se poate creşte sau scădea factorii

de amplificare ai regulatoarelor şi astfel sistemul să aibă un timp de răspuns rapid, fără oscilaţii.

Comparativ cu simularea în Matlab se poate observa că timpul de creştere este mai mare, dar

suprareglajul este semnificativ mai mic. Acest lucru poate fi explicat prin faptul că referinţele în

simulare cu software-ul LabView au fost diferite faţă de cele la simulare cu Matlab, unde s-au

folosit ca referinţe funcţii de tip treaptă unitară.

Având în vedere că procesele care au loc în interiorul unui depozit pentru fructe şi legume

sunt lente şi au inerţie mare, simularea în LabView este mai apropiată de realitate şi oferă o imagine

despre modul în care pot fi menţinuţi constanţi parametrii climatici atunci când sunt utilizate

echipamente performante de climatizare, dublate de o aplicaţie care să ruleze permanent şi să

compenseze perturbaţiile ce au loc în interiorul celulei de depozitare.


35


Fig. 4.48. Aplicația finală accesibilă utilizatorului

În figura 4.49 este prezentată o structură arborescentă a modului în care este încărcată

aplicaţia în memoria calculatorului şi a priorităţii SubVi-urilor şi a funcţiilor existente. De

asemenea, se pot observa variabilele globale, clasele LabView utilizate, membrii VI dinamici,

librăriile utilizate, referinţele statice etc. Această fereastră afișează o imagine pe primul nivel care

reprezintă instanţa principală a aplicaţiei LabView, sub care apar toate celelalte aplicaţii şi subrutine

folosite.

Fig. 4.49. Structura arborescentă a aplicației de reglare automată a factorilor climatici.


36


4.6. Determinarea tipului constructiv optim pentru celulele de depozitare

folosind software-ul SolidWorks

4.6.1. Prezentarea software-ului SolidWorks

SolidWorks este un pachet de programe de modelare geometrică 3D asistată de calculator,

care are inclus o serie de instrumente utile la analiza cu elemente finite, la simularea fluxului de

gaze sau lichide în diverse medii și geometrii etc., destinat proiectanţilor.

4.6.2.Simularea transferului termic în diferite tipuri constructive de celule specifice

depozitelor pentru legume și fructe

În cazul simulărilor reglării automate a factorilor climatici nu pot fi realizate simulări cu mai

multe tipuri de depozite folosind aceleași funcții de transfer, întrucât modelul obținut este optimizat

pentru cazul dat. În schimb, pot fi realizate cu ușurință simulări ale transferului termic pentru

diferite tipuri constructive de celule, pentru a se observa modul în care fluxul de aer circulă în

interiorul celulei și, de asemenea, cum influențează acesta transferul termic al box-paletelor în care

sunt depozitate legumele sau fructele.

S-au considerat trei tipuri diferite de celule, considerate ca fiind cele mai răspândite în

construcția depozitelor. Diferențierea este făcută de modul în care este introdus și evacuat fluxul de

aer condiționat [155], [156].

Pentru simulările efectuate s-au folosit dimensiunile celulelor și box-paletelor din depozitele

Institutului Național de Cercetare Dezvoltare pentru Cartof și Sfeclă de Zahăr – Brașov.

În figurile 4.57, a și b este prezentat modul în care fluxul de aer se manifestă în interiorul

celulei după una, respectiv cinci secunde. În figurile 4.58, a și b este prezentat modul în care

temperatura solidelor este influențată de fluxul de aer după una, respectiv cinci secunde. În figurile

4.59, a și b sunt prezentate atât temperatura fluxului de aer cât și cea a solidelor.

a b

Fig. 4.57.Variația temperaturii fluxului de aer

a b

Fig. 4.58. Variația temperaturii solidelor


37


a b

Fig. 4.59. Variația temperaturii fluxului de aer și a solidelor

În figurile 4.60, a și b, 4.61, a și b și 4.62, a și b sunt prezentate variațiile temperaturii

fluxului de aer și ale solidelor pentru o secundă, respectiv cinci secunde pentru al doilea tip de

celulă de depozitare, la care aerul condiționat este introdus prin partea superioară și este evacuat

prin orificii care se află pe doi pereți opuși.

a b

Fig. 4.60.Variația temperaturii fluxului de aer în varianta a II-a de simulare

a b

Fig. 4.61. Variația temperaturii solidelor în varianta a II-a de simulare

a b

Fig. 4.62. Variația temperaturii fluxului de aer și a solidelor în varianta a II-a de simulare


38


În figurile 4.63, a și b, 4.64, a și b și 4.65, a și b sunt prezentate variațiile temperaturii

fluxului de aer și ale solidelor pentru o secundă, respectiv cinci secunde pentru al III-lea tip de

celulă de depozitare, la care aerul condiționat este introdus prin partea inferioară a unui perete

lateral și este evacuat prin orificiile care se află în partea superioară a peretelui lateral opus.

a b

Fig. 4.63.Variația temperaturii fluxului de aer în varianta a III-a de simulare

a b

Fig. 4.64. Variația temperaturii solidelor în varianta a III-a de simulare

a b

Fig. 4.65. Variația temperaturii fluxului de aer și a solidelor în varianta a III-a de simulare

Variații semnificative pot fi observate după o secundă și după cinci secunde de la începutul

simulării pentru toate tipurile de celule de depozitare. În funcție de produsele depozitate și de

momentul în care sunt introduse în depozit, fiecare tip prezintă avantaje și dezavantaje. Astfel,

primul tip, cel existent și la INCDCSZ – Brașov se recomandă să fie folosit la depozitarea de lungă

durată, unde aerul poate fi introdus cu viteze mai mici decât cele din simulare, fiind posibilă în

zilele cu temperaturi scăzute renunțarea la instalația de ventilare mecanică, fiind satisfăcătoarea

ventilația naturală. Totodată, acest tip de celulă oferă cea mai bună distribuție a fluxului de aer în

întreaga masă de produse depozitate.


39


5. CERCETAREA EXPERIMENTALĂ A SISTEMELOR DE

CLIMATIZARE ÎN DEPOZITELE DE LEGUME ŞI FRUCTE

5.1. Obiectivele cercetării experimentale

Cercetarea experimentală reprezintă unul din modurile principale de abordare a problemelor de

investigare ştiinţifică fundamentală sau aplicativă. În general, în cercetarea ştiinţifică, trebuie să

existe o unitate indisolubilă între studiile teoretice şi cercetarea experimentală, prin aceasta

soluţionându-se problemele ştiinţifice pe căile cele mai scurte şi mai puţin costisitoare.

Studiile teoretice permit stabilirea interdependenţei dintre diferiţi parametri ai proceselor

tehnice, a legilor care stau la baza fenomenelor, utilizând aparatul matematic şi realizările din

domeniul ştiinţelor fundamentale (fizica, chimia, biologia etc.).

Cercetările experimentale urmăresc, pe de o parte, verificarea adevărului ipotezelor şi teoriilor

care au stat la baza studiilor referitoare la procesele cercetate, iar pe de altă parte, permit

investigarea unor fenomene pentru care nu se pot obţine rezultate cu aplicabilitate practică pe cale

teoretică, datorită complexităţii acestora sau necunoaşterii în suficientă măsură a legilor care

determină evoluţia fenomenului cercetat.

Toate cercetările experimentale presupun măsurarea unor mărimi fizice, mecanice sau de altă

natură, în regim static sau dinamic, folosind aparatură şi mijloace de măsurare adecvate, prelucrarea

datelor obţinute şi în final, stabilirea concluziilor pe baza cărora se poate trece la valorificarea

rezultatelor.

Valoarea rezultatelor cercetării experimentale şi costul acestora, precum şi termenele de

execuţie depind de alegerea corectă a mijloacelor de investigare şi a tehnicilor de măsurare, de buna

organizare a etapelor experimentărilor şi prelevării datelor, de modul de prelucrare şi interpretare a

acestora.

Obiectivul principal al cercetării experimentale din această lucrare îl reprezintă monitorizarea

factorilor climatici pe durata unui ciclu de depozitare a cartofilor, în două depozite prevăzute cu

sisteme de reglare și control diferite (ventilare mecanică, respectiv reglarea automată a

temperaturii și vitezei aerului), precum și perfecționarea unui modul de reglare a temperaturii și

fluxului de aer, utilizabil în sistemele de reglare automată a factorilor climatici din depozitele

pentru legume și fructe.

În vederea atingerii obiectivului principal al acestor cercetări a fost necesară parcurgerea

secvenţială şi rezolvarea mai multor obiective subsidiare, precum:

stabilirea unei metodici riguroase de cercetare experimentală;

alegerea corectă a obiectelor cercetărilor experimentale;

alegerea aparaturii și echipamentelor necesare la cercetarea experimentală;

însușirea tehnicilor de folosire a aparaturii de măsurare și înregistrare corectă a datelor;

monitorizarea factorilor climatici din cele două tipuri de depozite;

analiza, prelucrarea și interpretarea rezultatelor cercetărilor experimentale;

cercetarea experimentală și perfecționarea modulului pentru reglarea automată

temperaturii și fluxului de aer în depozitele pentru legume și fructe;

compararea rezultatelor cercetărilor teoretice și experimentale;

evidențierea avantajelor economice rezultate din folosirea diferitelor tipuri de depozite

pentru legume și fructe și sisteme de reglare a factorilor climatici din interiorul acestora.


40


5.2. Obiectele cercetărilor experimentale

Obiectele cercetărilor experimentale au fost reprezentate de:

radiatorele ABL 300HP utilizate la reglarea temperaturii și fluxului de aer în sistemele cu

reglare automată a factorilor climatici în depozitele pentru legume și fructe, existent în laboratoarele

Leibniz-Institut für Agrartechnik Potsdam-Bornim e.V. (ATB) din Germania;

două depozite cu sisteme diferite pentru controlul factorilor climatici, folosite la

păstrarea tuberculilor de cartofi, de la Institutul Național de Cercetare Dezvoltare pentru Cartofi și

Sfecla de Zahăr (INCDCSZ) - Brașov.

INCDSZ – Brașov este un institut de cercetare – dezvoltare cu preocupări deosebite în

domeniul creării de noi soiuri de cartofi și sfeclă de zahăr, a depozitării și industrializării acestora,

dar și cu activităţi comerciale, prestări de servicii şi consultanţă. INCDSZ – Brașov dispune de un

depozit modern cu patru celule echipate cu sisteme automate și semiautomate de control și reglare a

factorilor climatici și de încă cinci depozite tip pavilion cu sisteme de climatizare cu ventilare

mecanică a aerului.

5.2.1. Depozitul cu sistem automat de reglare a factorilor climatici

Depozitul cu sisteme automate de control și reglare de la INCDSZ – Brașov este format din

patru celule, fiecare având o capacitate de aproximativ 50 t, produsele fiind puse în box-palete din

lemn cu dimensiunile: lungimea – 0,93 m; lățimea – 0,9 m; înălțimea – 1,1 m.

În figura 5.1 este prezentată schema acestui depozit, notațiile din figură având următoarele

semnificații: 1 este camera de control a temperaturii și a fluxului de aer din cele 4 celule, aici

existând calculatorul pe care rulează aplicația, precum și panoul principal de comandă; 2 – ușa de

acces pentru tractoare și stivuitoare; 3 – celula de depozitare; 4 – hala în care se face recepția și

sortarea cartofilor înainte de a fi introduși în celulele de depozitare.

Fig.5.1. Schema depozitului cu sistem de reglare automată a factorilor climatici

Acest depozit (fig. 5.2) a fost construit și pus în funcțiune de compania olandeză OmniVent,

specializată în dezvoltarea, fabricarea și instalarea echipamentelor de aer condiționat și ventilare

(fig. 5.3). Având o bogată experiență în depozitare și uscare OmniVent are propriile echipamente,

specializate, de măsură și control, precum și propriile software-uri care pot rula pe orice tip de

calculator.


41


Fig. 5.2. Depozitul modern de la INCDCSZ cu Fig. 5.3. Echipamente ale sistemului de

sistem de reglare automată a factorilor climatici reglare automată a factorilor climatici

5.2.2. Depozitul cu sistem de ventilare mecanică a aerului

Cele cinci depozite cu sisteme de ventilare mecanică a aerului de tip pavilion de la INCDSZ –

Brașov (fig. 5.5.) sunt dispuse unul în continuarea celuilalt, formând astfel o structură multi-

pavilion, în care la trei dintre acestea pereții exteriori, ce reprezintă lungimea, sunt pereți comuni cu

ai celorlalte două depozite alăturate, evitându-se în acest mod pierderi suplimentare de căldură.

Capacitatea unui astfel de depozit este de aproximativ 2000 t.

Fig.5.5. Depozitele tip pavilion existente la INCDCSZ-Brașov


42


Fig.5.6. Schema depozitului cu sistem de ventilare mecanică a aerului

Notațiile din figura 5.6 au următoarele semnificații: 1 – camera în care se afla instalația de

ventilare mecanică a aerului, instalație ce poate amesteca o anumită cantitate de aer din interiorul

depozitului cu aer provenit din exteriorul lui. Aerul din interior este captat prin partea superioară a

depozitului, unde temperatura interioară are valoarea maximă și amestecul proaspăt este introdus

prin podea, realizându-se în acest mod un circuit al fluxului de aer. Selectarea volumelor de aer ce

se amestecă se face manual; 2 – gura de ventilare; 3 – stâlpul de rezistență al structurii; 4 – canalul

de ventilare prin care circulă aerul în întreg depozitul. Datorită dimensiunilor mari ale acestui tip de

depozit există o simetrie a acestor elemente, asigurându-se astfel un mediu omogen pe toată

perioada ventilării.

5.2.3. Radiatorul ABL 300HP

Un schimbător de căldură (radiator) este un echipament de transfer termic, care transmite

căldura de la un mediu la altul. Transmiterea căldurii între cele două medii se poate face printr-un

perete solid, care le separă, sau se poate face prin amestecarea mediilor[76]. Dacă mediile sunt în

contact cu peretele despărțitor pe fețe diferite, căldura trecând prin perete, schimbătorul este de tip

recuperativ, iar dacă mediile sunt în contact succesiv cu aceeași față a peretelui, căldura

acumulându-se în perete și fiind cedată celuilalt mediu ulterior, schimbătorul este de tip regenerativ.

Transferul de căldură are loc, întotdeauna, conform principiului al doilea al termodinamicii,

de la mediul mai cald la cel mai rece.

Fig. 5.8. Caracteristicile radiatorului ABL 300 HP(www.abl-heatsinks.co.uk)

ABL 300 HP este un radiator de înaltă performanţă, din aluminiu, cu lăţimea de 300 mm şi

înălţimea de 84 mm, lungimea putând varia între 150…400 mm, în funcţie de aplicaţiile la care este

utilizat.

În figura 5.8 sunt prezentate performanţele unui astfel de radiator în cazul unei ventilaţii

pasive, naturale şi în cazul unei ventilaţii forţate cu o viteză de 0,5 m/s [162].


43


5.3. Metodica cercetării experimentale

În vederea atingerii obiectivului general al cercetărilor experimentale, precum şi a

obiectivelor subsidiare specificate în capitolul 5.1, s-a conceput şi urmărit metodica generală de

cercetare experimentală precizată în figura 5.9.

În vederea îndeplinirii metodicii generale au fost realizate următoarele activităţi:

acţiuni preliminare cercetărilor experimentale;

cercetări experimentale în laborator;

cercetări experimentale în exploatare.

Fig. 5.9. Metodica generală a cercetării experimentale

5.4. Aparatura şi echipamentele folosite la cercetările experimentale

5.4.1. Aparatura şi echipamentele folosite la cercetările experimentale din cadrul

INCDCSZ-Brașov

Locul de desfăşurare a cercetărilor experimentale

Laborator Exploatare

Obiectele cercetărilor experimentale

Temperatura

Umiditatea

Viteza fluxului de aer

Modulul pentru reglarea

temperaturii și vitezei fluxului de

aer

Două depozite cu sisteme diferite de

reglare a factorilor climatici: cu

ventilare mecanică cu reglare

automată

Elemente Peltier tip QC-241-1.4-8.5

Sursa de alimentare voltcraft hps – 13030

Data Logger ALMEMO 2890-9

Radiator ABL 300HP

Termocuplul NiCr-Ni tip K

Camera termografică Varioscan 3021ST

Invertorul variabil în frecvență Allen-Bradley

PowerFlex 4

Termo – anemometrul KIMO tip VT 300

Termometrul în infraroșu si de contact Fluke 568 Regulatorul Omnivent ACT-20

Regulatorul Geerlofs Refrigeration

Echipamente tehnice folosite la cercetarea experimentală

Parametrii urmăriţi

Temperatura

Viteza fluxului de aer

Consumul energetic


44


5.4.1.1. Termo – anemometrul KIMO tip VT 300 (www.kimo.fr)

Termo – anemometrul VT 300 este un instrument multifuncțional, compatibil cu toate sondele

tip SMART PRO și cu toate termocuplurile de tip K. Sondele de tip SMART PRO sunt prevăzute

cu un certificat de calibrare, astfel că în momentul în care sunt conectate la dispozitiv acesta

afișează data ultimei calibrări. Toate sondele sunt recunoscute automat în momentul în care sunt

conectate și toate sunt interschimbabile. Notațiile din figura 5.10 au următoarele semnificații: 1 este

anemometrul tip PV 107; 2 – termocuplu tip K; 3 – termo-anemometrul VT 300; 4 – termo-

anemometru cu fir cald; 5 – termocuplu cu sondă de penetrare; 6 – termo-anemometru telescopic

cu fir cald.

Fig. 5.10. Termo– anemometrul VT 300(www.kimo.fr)

În cercetările experimentale, pentru măsurarea vitezei si temperaturii aerului introdus de

sistemul de ventilare mecanic în interiorul depozitului prin canalele din podeaua perforată, s-a

folosit un anemometru tip LV 107 (fig. 5.12), care utilizează un senzor cu efect Hall. Principiul de

funcționare al unui astfel de anemometru este următorul: rotația arborelui ventilatorului

alimentează un magnet circular cu 8 poli. Un senzor dublu cu efect Hall amplasat lângă magnet

sesizează semnalele date de tranziția polarității câmpurilor magnetice. Semnalul de la senzor este

convertit în frecvență electrică și este proporțional cu viteza aerului. Cronologia semnalului permite

detectarea sensului de rotație [178].

Fig.5.12. Principiul de funcționare a anemometru tip LV 107(www.kimo.fr)


45


5.4.1.2. Termometrul în infraroșu Fluke 568(www.fluke.ro)

Termometrele cu infraroşu Fluke 568 (fig. 5.13) oferă un mijloc sigur şi eficient de obţinere a

informaţiilor referitoare la temperatură.

Fig. 5.13.Termometrul cu infraroşu Fluke 568(www.fluke.ro)

Acesta poate fi folosit la determinarea temperaturilor diferitelor suprafețe care emit unde

electromagnetice, precum pereții, fructele, legumele etc.

Funcțiile și caracteristicile acestui echipament sunt următoarele:

detectarea și analiza datelor cu ușurință, folosind software-ul FlukeView Forms;

descărcarea rapidă a datelor prin conexiune de tip USB;

mărirea duratei de viață a bateriei prin conectarea dispozitivului la calculator, via USB;

domeniul de măsură a temperaturilor cuprins între -40…+800oC;

accesarea funcțiilor avansate prin intermediul celor trei butoane;

compatibilitatea cu toate termocuplurile standard cu conector tip K;

măsurarea diferitelor tipuri de suprafețe cu funcție reglabilă de emisii;

alarme sonore și vizuale cu privire la măsurările ce depășesc limitele definite înaintea

măsurării;

existența funcțiilor Min, Max, Medie și Diferență a datelor măsurate [170].

5.4.1.3. Regulatorul Omnivent ACT-20 (www.omnivent.nl)

În depozitul cu sisteme automate de control a fost instalat un dispozitiv de tipul ACT – 20

(fig. 5.14) pentru a regla două celule. Acesta este o unitate centrală care poate deservi două celule,

independent, în mod obișnuit, sau numai una atunci când este necesară o urmărire și reglare foarte

precisă a parametrilor. Dacă se doresc aceleași condiții în toate celulele de depozitare, acest

dispozitiv poate monitoriza și controla un număr maxim de 64 de celule. În acest dispozitiv pot fi

incorporate aplicații de reglare ce pot realiza: încălzirea; uscarea/vindecarea; post-uscarea; răcirea /

păstrarea. Un aspect interesant al acestui dispozitiv este faptul că aceste aplicații pot fi combinate și

apoi integrate.

Fig.5.14. Regulatorul Omnivent ACT-20 (www.omnivent.nl)


46


Pentru a răspunde oricăror exigențe ACT – 20 poate fi setat și pentru controlul nivelului de

CO2, umiditate și viteza fluxului de aer [180].

5.4.1.4. Regulatorul Geerlofs Refrigeration (www.geerlofs.com)

În depozitul modern, două celule sunt controlate de câte un regulator (fig.5.15) produs de

Geerlofs Refrigeration, una dintre cele mai importante companii din Europa în acest domeniu.

Dispozitivele din depozitul studiat sunt din primele generații de controlere automate. Acestea

au un display pe care este afișată temperatura citită de la senzorul amplasat în interiorul celulei, un

potențiometru analogic care setează temperatura dorită, 4 leduri ce indică starea de funcționare a

compresorului de răcire și încălzire, un buton on-off și un led pentru alarmă. Dezavantajul major al

acestui tip de sistem este potențiometrul analogic pentru setat temperatura deoarece, în timp, de la

utilizări dese, se va uza grafitul din interiorul lui și vor rezulta erori [174].

Fig. 5.15. Regulatorul Geerlofs Refrigeration

5.4.2. Aparatura şi echipamentele folosite la cercetările experimentale efectuate la

ATB-Potsdam

5.4.2.1. Elementul Peltier tip QC-241-1.4-8.5 (www.tellurex.com)

Elementul Peltier este un dispozitiv fără piese în mișcare, care transformă energia electrică

într-un gradient de temperatură (efect Peltier). De fapt, acesta este o pompă de căldură activă, care

transferă căldura de pe o parte a elementului pe cealaltă, cu consum de energie electrică, în funcție

de direcția curentului. De aceea, elementele Peltier sunt folosite pentru controlul temperaturii în

aplicații care necesită fie temperaturi ridicate, fie temperaturi scăzute.

Fig.5.16. Vedere de ansamblu a elementului Peltier (www.tellurex.com)

Avantajul principal al unui răcitor care folosește elemente Peltier este lipsa pieselor în

mișcare, comparativ cu compresoarele care folosesc pistoane pentru comprimarea vaporilor, dar și


47


lipsa unor fluide în mișcare. De asemenea, dimensiunile reduse ale unui element îl fac foarte flexibil

pentru diverse aplicații. Dezavantajul principal este costul mare al unui asemenea element, precum

și consumul energetic ridicat, factori ce sunt optimizați permanent de companiile care produc

asemenea elemente.Joncțiunile termoelectrice, în general, au o eficiență de aproximativ 5…10%,

comparativ cu un refrigerator ideal (ciclul Carnot), și de aproximativ 40…60 %, comparativ cu

sistemele convenționale ce folosesc compresia fluidelor. Din cauza eficienței scăzute, aceste

elemente sunt utilizate la răcirea unor medii în care, natura lor solidă (lipsa elementelor în mișcare,

designul compact) este mai importantă decât eficiența.

Schema unui astfel de element este prezentată în figura 5.16. Constructiv, acesta este realizat

dintr-un sandwich de aproximativ 4 mm grosime, alcătuit din două plăci ceramice între care sunt

montate pastile dintr-un aliaj de bismut și teluriu. Alternativ, pastilele sunt de tip N și P, dopate sau

sărăcite de electroni. Dispunerea lor se face în așa fel, încât acestea să fie conectate în serie din

punct de vedere electric și în paralel din punct de vedere termic [184].

5.4.2.2. Sursa de alimentare Voltcraft Hps – 13030(www.voltcraft.de)

Voltcraft HPS-13030 (fig. 5.17) este o sursă de curent continuu, care asigură funcționarea

consumatorilor de tensiuni mici. Are două ieșiri ajustabile, una în față, care este limitată la o

intensitate de maximum 5A și are protecție de suprasarcină, iar una în spate, ce poate oferi puterea

maximă nominală a sursei.

Atât tensiunea, cât și curentul pot fi reglate prin intermediul a două controlere digitale rotative

incrementale, fără poziție de sfârșit, cu funcție de senzori, la valori precise, cu o rezoluție de 0,1 A,

respectiv 0,1 V, aceste valori fiind afișate pe display-ul frontal.

Fig. 5.17. Sursa de alimentare Voltcraft HPS-13030(www.voltcraft.de)

Există, de asemenea, trei sloturi programabile cărora le pot fi stabilite valori fixe pentru

tensiune și intensitate. Sursa Voltcraft HPS -13030 funcționează cu circuite combinaționale și cu

un FCP (factor de corecție a puterii) activ, acest fapt asigurând o tensiune de ieșire stabilă și un grad

ridicat de eficacitate.

Controlul de către calculator se face printr-un convertor DA (digital-analog), care

funcționează în domeniul 0…5 V curent continuu

5.4.2.3. Data Logger-ul ALMEMO 2890-9(www.ahlborn.com)

Dispozitivul pentru achiziția datelor Almemo 2890-9 (fig. 5.18) este un instrument echipat cu

conectori de tip ALMEMOR, care au fost patentate de Ahlborn GmbH. Acești conectori inteligenți

oferă avantaje importante în momentul în care se realizează conexiuni cu senzori sau cu

echipamente periferice, întru-cât toți parametrii asociați unui conector sunt stocați într-o memorie

de tip EEPROM, pentru fiecare în parte. Ca urmare, programarea senzorilor care avea loc, de

obicei, înaintea măsurărilor, nu mai este necesară.

Acest dispozitiv are 9 intrări, izolate electric, la care pot fi conectate toate tipurile de senzori

de tip ALMEMOR. Posibilitățile de măsurare sunt practic nelimitate, existând 36 de canale în


48


conectorii senzorilor și 4 funcții interne pe canal cu peste 70 domenii de măsurare. Pentru operarea

cu ușurință a acestui instrument este incorporat un display de tip LCD și 9 butoane de la care pot fi

accesate funcțiile acestuia.

Fig. 5.18. Data logger-ul Almemo 2890(www.ahlborn.com)

Ciclul de achiziție a datelor măsurate este programabil și are valori cuprinse între 1 s…59 h

59 min. și 59 s. Toate valorile măsurate pot fi stocate manual sau automat în memorie. Organizarea

memoriei poate fi făcută de utilizator ca memorie liniară sau de tip inel, capacitatea ei putând fi

mărită semnificativ prin utilizarea unor dispozitive externe de tip card de memorie.

La data logger-ul Almemo 2890 pot fi conectate cabluri de tip RS 232, RS 422, Centronics

sau interfață de rețea. Acesta poate printa direct datele măsurate sub formă de tabele sau le poate

transmite către calculatoare de proces [163].

5.4.2.4. Stand experimental complex

La cercetările experimentale desfășurate în cadrul ATB –Potsdam a fost utilizat standul

experimental prezentat în figurile 5.19 și 5.20. Acesta este compus din: modulul 2, în care fluxul de

aer poate fi încălzit sau răcit; ventilatorul 1, care introduce fluxul de aer cu o viteză stabilită de

calculatorul de proces prin intermediul invertorului 3; modulul 4, în care sunt amplasate

aproximativ 12000 de tuburi cu scopul de a asigura o curgere laminară în interiorul celulei de

depozitare; dispozitivul de achiziție a datelor 5, utilizat la calibrarea camerei termografice 7; celula

de depozitare 6.

Fig. 5.19. Stand experimental-vedere din față Fig. 5.20. Stand experimental-vedere din spate


49


5.4.2.6. Invertorul Allen-Bradley PowerFlex4(ab.rockwellautomation.com)

Invertorul Allen-Bradley PowerFlex 4 (fig. 5.22) este un instrument puternic și compact, care

controlează viteza motoarelor electrice, acesta fiind cel mai mic și economic membru al familiei de

invertoare PowerFlex. Este disponibil în versiuni ce pot controla motoare cu puterea între 0,2…11

kW alimentate la tensiuni de 120, 240, 480 sau

600 V.

O tastatură integrată oferă controlul asupra

funcțiilor acestuia, iar un potențiometru cu

incrementare, variază frecvența motorului. Pentru

aplicații simple, invertorul PowerFlex poate fi

programat de la tastatura lui. Display-ul are patru

celule de afișare și pe dispozitiv mai există 10

leduri suplimentare, care indică informații despre

invertor și despre starea acestuia.

De asemenea, prin comunicația serială RS –

485, dispozitivul poate fi conectat la calculator

pentru a fi programat și utilizat în cadrul unor

aplicații complexe. PowerFlex4 are 2 intrări

analogice (una unipolară și una bipolară), care sunt

izolate de restul intrărilor și ieșirilor, acestea putând fi inversate între ele prin suprimarea unei

intrări digitale; 3 intrări digitale fixe și 4 intrări digitale complet programabile; 1 ieșire analogică în

curent (4…20 mA) sau tensiune (0…10V) care poate fi scalabilă pe 10 biți pentru a controla

dispozitive externe [161].

5.4.2.7. Camera termografică VarioScan 3021ST(www.thermotec-es.de)

Termografia este o tehnică care se bazează pe faptul că orice corp emite energie termică sub

formă de radiație. Radiația este o formă de lumină în spectrul infraroșu invizibil. Astfel, o cameră

termografică poate măsura într-un mod indirect și neevaziv temperatura, captând radiația obiectului

studiat cu care produce o termogramă. Aceasta mai poate fi denumită și imagine termică și este o

imagine 2D a obiectului în care temperaturile devin vizibile folosind o scară colorată.

Imaginile obținute pot fi stocate pe un card de memorie, sau pot fi transmise în timp real

calculatorului de proces. De asemenea, există programe specializate care pot transforma imaginea

termografică într-o matrice cu valorile temperaturilor într-un anumit număr de puncte.

Camera termografică tip VarioScan 3021ST (fig. 5.23) este modelul cu cea mai mare rezoluție

termică și geometrică din această familie, având o gamă spectrală cuprinsă între 8…12 μm.

Înglobează tehnologia scanerelor de mare precizie și oferă imagini cu o foarte mare omogenitate,

inclusiv în cazul diferențelor mici de temperatură. Rezoluția geometrică ridicată (86 400 pixeli

/imagine) oferă o imagine detaliată, inclusiv pentru obiectele de dimensiuni mici.

Fig. 5.23. Camera termografică VarioScan(http://www.thermotec-es.de)

Fig. 5.22. Invertorul Allen-Bradley

PowerFlex(ab.rockwellautomation.com)

http://www.thermotec-es.de/


50


Interfața cu utilizatorul este facilitată de o serie de funcții automate și poate stoca cu ușurință

imagini pe memoria internă a camerei sau pe dispozitive externe de tip flash memory card. Are o

construcție robustă, cu o carcasă metalică, putând fi astfel folosită fără probleme și în depozitele

pentru fructe și legume. Calibrarea se poate face din meniul camerei sau de la distanță prin

intermediul unui calculator de proces. VarioScan poate fi utilizată la analiza pierderilor de căldură

la îmbinările pereților depozitelor și clădirilor, în industria energetică, pentru descoperirea

neetanșeităților etc. [185].

5.5. Desfăşurarea cercetărilor experimentale

Conform precizărilor din subcapitolul 5.1 cercetările experimentale s-au desfășurat în mai

multe etape: acţiuni preliminare, cercetări în laborator și cercetări în exploatare.

5.5.1. Acţiuni preliminare desfășurării cercetărilor experimentale

Activităţile preliminare desfășurării cercetărilor experimentale sunt specificate în schema din

figura 5.24.

Fig.5.24. Metodica de lucru privind acţiunile preliminare cercetărilor experimentale

5.5.3. Desfășurarea cercetărilor în cadrul laboratoarelor Leibniz-Institut für

Agrartechnik Potsdam-Bornim e.V. (ATB)

Cercetările experimentale în cadrul laboratoarelor Leibniz-Institut für Agrartechnik Potsdam-

Bornim e.V. (ATB) s-au desfășurat în perioada 1.02.2012…30.04.2012 conform metodicii

prezentate în figura 5.25 și au avut ca obiectiv perfecționarea unei modul pentru monitorizarea și

reglarea automată a temperaturii și a fluxului de aer, utilizabil în instalațiile pentru reglarea

automată a factorilor climatici în depozitele pentru legume și fructe.

În acest sens, s-a realizat proiectul modulului în care se face condiționarea aerului în software-

ul SolidWorks, cu care au fost făcute simulări pentru a se putea stabili dimensiunile optime ale

acestuia, astfel încât temperatura inițială a aerului să scadă cu aproximativ 20 oC în interiorul său.

De asemenea, s-a calculat puterea de răcire necesară pentru a se obține rezultatele propuse.

Alegerea obiectelor supuse cercetărilor experimentale

Analizarea documentelor de referinţă şi conexe (legi, standarde etc.)

Alegerea aparatelor pentru cercetarea experimentală

Pregătirea pentru cercetări

experimentale în laborator

Pregătirea pentru cercetări

experimentale în exploatare

Stabilirea schemelor de măsurare-încercare

Aparatura de laborator Aparatura pentru măsurări în

exploatare


51


Varianta finală a modulului a constat din soluția prezentată în figura 5.26, în care există un

tunel central format din două radiatoare cu dimensiunile de L = 400 mm, l = 300 mm și h = 300 mm,

puse față în față, fiecare fiind dispus pe partea rece a 4 elemente Peltier. S-a ales această soluție de

răcire a aerului întrucât elementele Peltier nu au piese în mișcare care să creeze oscilații; nu este

necesară folosirea unui fluid frigorific, modul în care se realizează schimbul de căldură fiind bazat

pe un fenomen electric (efect Peltier); nu produc zgomot. De asemenea, prin variația puterii lor

electrice se poate modifica intensitatea răcirii, obținându-se astfel temperatura dorită în interiorul

celulei de depozitare.

Pentru răcirea cât mai eficientă a părții calde a elementelor Peltier, se vor folosi două

radiatoare cu dimensiunile de L = 600 mm, l = 300 mm și h = 300 mm. Această structură tip

sandwich va fi suspendată pe un cadru metalic, într-o cutie cu orificii în partea superioară pentru

cele 6 ventilatoare folosite la răcirea radiatoarelor dispuse pe partea caldă a elementelor Peltier, și

cu orificii în partea inferioară, corespunzătoare ca dimensiune și direcție celor din partea superioară.

Fig. 5.25. Metodica desfășurării cercetărilor experimentale în laboratoarele ATB-Potsdam,


52


Fig. 5.26. Schema blocului utilizat la răcirea aerului

Inițial s-au fost făcute teste cu un singur element Peltier, două radiatoare obișnuite, de

dimensiuni reduse și un ventilator, pentru a se analiza modul în care acesta funcționează(fig.5.27).

Fig. 5.27. Montaj experimental cu un element Peltier

Deoarece radiatoarele utilizate au avut dimensiuni mici și o rezistență termică ridicată (0.5 oC/W la o ventilație forțată de 2 m/s), iar ventilatorul o putere mică, de aproximativ 1 W, cu un flux

maxim de aer de 20 m3/h, partea caldă a elementului Peltier nu a putut fi răcită. Temperatura

acesteia a ajuns la aproximativ 70…75 oC pentru o putere electrică de 70 W, iar temperatura feței

reci a elementului a variat între 15…20 oC. Pentru a se obține date în timp real s-a folosit aplicația

de control și monitorizare a factorilor climatici în LabView proiectată și dezvoltată în capitolul 4,

dar și senzori de temperatură amplasați pe partea caldă a elementului, pe radiatorul corespunzător

feței calde și pe cel corespunzător feței reci. Au fost făcute experimente la puteri electrice diferite,

în ordine crescătoare, până la un maxim de 70 W, iar apoi în ordine descrescătoare până la un minim

de 5 W .

Rezultatele obținute pentru primul montaj experimental, prezentate în figura 5.28, unde curba

roșie (inferioară) prezintă interes pentru sistemul de reglare a temperaturii în depozit. Aceste

rezultate au fost sub așteptări, motiv pentru care a fost necesară înlocuirea radiatoarelor cu altele,

mult mai performante, cu o rezistență termică de 0,043 oC/W la o ventilație forțată de 2 m/s,

precum și a unor ventilatoare mai mari, cu o putere de 6 W și un flux maxim de aer de 194 m3/h.

Următoarele teste s-au făcut cu aceste echipamente și cu 4 elemente Peltier (fig. 5.29), acestea

reprezentând jumătate din modelul final, și au fost utilizate diferite configurații de dispunere a

acestora.

Primele rezultate nu au confirmat calculele teoretice, diferența de temperatură dintre fața

caldă a elementelor Peltier și radiatorul folosit la răcirea acestora fiind foarte mare, fenomen datorat

transferului termic scăzut dintre elemente și radiator. Din acest motiv, partea rece a elementelor a


53


rămas la temperaturi ridicate, de 4…5 ori mai mari decât temperatura calculată teoretic pentru acest

tip de radiator.

Fig. 5.28. Variația temperaturii pentru primul montaj experimental

La obținerea datelor în timp real au fost folosiți patru senzori de temperatură, amplasați pe

partea caldă și rece a unui element Peltier și pe cele două radiatoare, conectați la un calculator pe

care a rulat aplicația dezvoltată în software-ul LabView.

Fig. 5.29 Montaj experimental cu 4 elemente Peltier

În figura 5.30 sunt prezentate rezultatele celui de al doilea montaj experimental, pentru care

puterea electrică totală a celor patru elemente a fost de 280 W. La răcirea radiatorului corespunzător

feței calde a elementelor au fot utilizate 2 ventilatoare. Se observă că temperatura feței calde a

elementului Peltier ajunge la 67 oC, ceea ce face ca partea rece a acestuia să ajungă la o valoare de

peste 31 oC. De mare interes, a fost variația temperaturii radiatorului amplasat pe fața caldă, întrucât

diferența de temperatură dintre acesta și element a fost foarte mare, fapt ce a indicat un contact

imperfect între acestea.

În urma acestor rezultate s-a efectuat o analiză a paralelismului fețelor celor două radiatoare

din aluminiu și s-a constat că nu sunt perfect paralele, apărând astfel goluri de aer între elemente și

radiatoare.

Fig. 5.30. Variația temperaturii pentru al doilea montaj experimental


54


În continuare s-au făcut experimente pentru găsirea dispunerii optime a celor patru blocuri,

folosind un singur element Peltier, astfel încât să se obțină temperatura dorită în celula de

depozitare. S-au testat cele două combinații posibile: radiator-față caldă a elementului Peltier – față

rece a elementului Peltier– bloc de cupru – radiator (al patrulea montaj experimental); radiator –

bloc de cupru –față caldă a elementului Peltier – față rece a elementului Peltier – radiator (al

cincilea montaj experimental), rezultatele obținute fiind prezentate în figurile 5.33 și 5.34.

Rezultatele cele mai bune au fost obținute în configurația în care fața caldă a elementului

Peltier a fost în contact direct cu radiatorul, rezistența termică dintre acestea fiind minimă. Întrucât

elementele Peltier realizează o diferență de temperatură între cele două fețe, cu cât se evacuează

mai multă căldură de pe partea caldă, cu atât valoarea temperaturii de pe partea rece va fi mai mică.

Astfel, introducerea unui bloc de cupru între element și radiator crește rezistența termică, cantitatea

de căldură evacuată fiind mai mică și a fost obținută o temperatură minimă de 7 oC pe radiatorul

feței reci, comparativ cu amplasarea acestuia între fața rece și radiator, când temperatura minimă a

atins 4,7 oC.

Fig. 5.33. Variația temperaturii pentru al patrulea montaj experimental

Fig. 5.34. Variația temperaturii pentru al cincilea montaj experimental

Factorii care au generat temperaturi ridicate au fost imperfecțiunile radiatoarelor din aluminiu

care nu asigură un contact simultan complet între suprafața celor patru elemente Peltier și acestea,

lipsa izolației între radiatoare, dar și răcirea insuficientă a acestora. Din acest motiv, radiatoarele au

fost prelucrate mecanic, realizându-se un mic șanț pe suprafața acestora, în care au fost plasate

elementele. De asemenea, fiecare radiator a fost găurit, iar printr-un ansamblu șurub - arc– piuliță

s-a putut obține o presiune aproximativ constată pe toate elementele, dispunerea acestor găuri

oferind radiatoarelor două grade de libertate.


55


Fig. 5.37. Montaj experimental cu 4 elemente Peltier, 4 blocuri de cupru și izolare între radiatoare

În figura 5.37 sunt prezentate modificările aduse radiatoarelor, iar în figura 5.18 rezultatele

celui de al șaptelea montaj experimental obținute în urma acestor modificări. Deși temperatura

radiatoarelor amplasate pe partea caldă a elementelor este diferită, fapt ce indică strângerea inegală

a șuruburilor, temperatura radiatorului de pe fața rece se apropie foarte mult de intervalul țintă.

Fig. 5.38. Variația temperaturii pentru al șaptelea montaj experimental

Obținerea unor rezultate apropiate de calculul analitic și de simulările realizate în SolidWorks

au condus la demararea construirii modului, utilizând ca model cel de al șaptelea montaj

experimental, care va putea fi folosit la controlul automat al factorilor climatici din interiorul celulei

de depozitare.

În timpul construcției modulului optimizat pentru standul experimental de ATB-Potsdam au

fost făcute experimente cu cel existent. S-a realizat o comunicare între calculatorul pe care rula

aplicația dezvoltată în capitolul 4 și elementele de măsură (camera termografică, senzorii de

temperatură și umiditate) și elementul de execuție (invertorul Allen Bradley), folosindu-se

adaptoare de la interfața serială RS 232 la USB și convertoare analog-digital și digital-analog.

Au fost făcute experimente cu tuberculi de diferite forme care au fost supuși acțiunii unui flux

de aer, a cărui viteză a fost controlată prin intermediul invertorului Allen Bradley PowerFlex, cu

temperatura de aproximativ 20 oC. În urma acestora a putut fi analizat modul în care se realizează

îndepărtarea umidității de pe suprafața produselor în momentul în care sunt introduse în depozit și

este pornită instalația de ventilare.


56


Fig. 5.39. Monitorizarea variației temperaturii unui cartof cu camera termografică

Datorită conductibilității termice a cartofului și a răcirii suprafeței acestuia în momentul în

care apa de pe suprafața lui începe să se evaporeze, utilizarea senzorilor de temperatură nu poate

oferi informații complete despre variația temperaturii în momentul pornirii instalației de ventilare.

De aceea, s-a utilizat camera termografică VarioScan (fig. 5.39), care, după ce a fost calibrată, a

înregistrat imagini cu temperatura cartofului și a mediului din vecinătatea lui, cu o rezoluție de

86 400 pixeli. Cu ajutorul unui program specializat, creat de cercetătorii de la ATB –Potsdam,

imaginea este transformată într-o matrice cu 360 de linii și 240 de coloane. Astfel, fiecărui pixel i se

atribuie o valoare numerică a temperaturii.

Cu ajutorul acestor date a putut fi realizat și optimizat în Solidworks un model al standului

existent, cu care au fost făcute simulări pentru a vedea modul în care variază temperatura suprafeței

unui cartof de formă sferică în momentul în care asupra lui acționează un flux de aer cu temperatura

și viteza precise și constante.

În figura 5.40 este prezentat modul în care variază temperatura în trei puncte, definite în

prealabil, pentru un flux de aer cu viteza de 0,1 m/s și temperatura de 278,13 oK, sfera ce reprezintă

cartoful având o temperatură inițială de 298,13 oK.

Fig. 5.40. Variația temperaturii în trei puncte a modelului cartofului sferic

5.5.4. Desfășurarea cercetărilor în exploatare la INCDCSZ – Brașov

Cercetările în exploatare au avut loc în depozitele Institutului Național pentru Cercetare -

Dezvoltare pentru Cartof și Sfeclă de Zahăr – Brașov și s-au desfășurat în perioada decembrie

2010…aprilie 2011 conform metodicii prezentate în figura 5.41. Măsurările au fost făcute în fiecare

săptămână, în intervalul orar 10:00…12:00, folosindu-se aparatele de măsură descrise în capitolul

5.4.1. Parametrii urmăriți au fost stabiliți la prima vizită, de comun acord cu cercetătorii INCDCSZ-


57


Brașov, și au rămas neschimbați pentru întreaga perioadă în care s-au făcut măsurări, cu scopul

obținerii unor date relevante privind evoluția acestora pe o durată de aproximativ 5 luni [113].

Comparativ cu depozitul modern, în care se folosesc echipamente automate pentru

monitorizarea și reglarea temperaturii, în depozitul care dispune doar de instalații pentru ventilare

mecanică au putut fi măsurați mai mulți parametri (temperatura pereților, podelei, tavanului;

temperatura la suprafața și la interiorul a cinci soiuri diferite de cartofi; umiditatea și temperatura

aerului; viteza și temperatura fluxului de aer introdus prin podeaua perforată), întrucât accesul în

interiorul acestuia nu afecta evoluția factorilor climatici.

Fig. 5.41. Metodica desfășurării cercetărilor experimentale în exploatare

Anemometrul portabil VT-300 a fost folosit la măsurarea temperaturii aerului, din metru în

metru, pe toată lungimea depozitului și la trei înălțimi diferite, respectiv la nivelul podelei, la o

înălțime de 1 m și la o înălțime de 2 m. Cu aceste valori s-a făcut o medie a temperaturii aerului în


58


interiorul depozitului pentru fiecare lună. Termometrul cu infraroșu Fluke a fost utilizat la

măsurarea temperaturii pereților, a tavanului și a podelei [109].

a b

Fig. 5.42. Măsurarea parametrilor urmăriți

De asemenea, au fost măsurate umiditatea aerului în interiorul depozitului, viteza și

temperatura aerului introdus prin podeaua perforată (fig. 5.42, a), temperatura la suprafața (la

nivelul epidermei) și la interiorul a tuberculilor proveniți de la cinci soiuri de cartofi (Christian,

Tâmpa , Alize ,Rustic, Ostara) (fig. 5.42, b).

Datele au fost sistematizate în tabele și au fost făcute grafice pentru a se putea observa

evoluția parametrilor măsurați pe parcursul celor 5 luni.

În tabelul 5.6 este prezentată variația temperaturii din interiorul depozitului, a umidității,

precum și temperatura pereților, tavanului și podelei; în tabelul 5.7 variația temperaturii la suprafața

celor 5 soiuri de cartofi; în tabelul 5.8 variația temperaturii la interiorul a acelorași soiuri.

Tabelul 5.6

Variația factorilor climatici în depozitul cu ventilare mecanică pe parcursul unui ciclu de

depozitare de 5 luni

Parametrii

măsurați

Decembrie Ianuarie Februarie Martie Aprilie

T. peretelui

nordic, oC 3,10 2,00 1,90 2,10 10,00

T. perete sudic,

oC 2,60 1,70 2,00 2,30 10,40

T. perete estic, oC 3,20 2,00 2,30 2,50 9,90

T. perete vestic, oC 2,30 1,50 1,20 1,80 9,60

T. podea, oC 4,70 2,30 2,70 3,10 9,60

T. tavan, oC 4,20 1,20 2,20 2,80 12,00

T. interioară, oC 4,00 4,70 4,10 3,80 11,20

Umiditatea

interioară, %

80 78 75,8 70,3 60

Tabelul 5.7

Variația temperaturii la interior, în oC, pe o perioadă de 5 luni pentru 5 soiuri de tuberculi

Soi tubercul Decembrie Ianuarie Februarie Martie Aprilie

Christian 3,20 3,30 2,10 2,20 8,20 Tâmpa 3,70 3,70 2,20 2,40 9,10 Alize 3,70 3,70 2,20 2,40 10,00 Rustic 3,70 3,20 2,60 2,60 9,20 Ostara 3,20 3,70 2,30 2,40 9,30


59


Tabelul 5.8

Variația temperaturii la suprafață, în oC, pe o perioadă de 5 luni pentru 5 soiuri de tuberculi

Soi tubercul Decembrie Ianuarie Februarie Martie Aprilie

Christian 3,00 4,70 2,60 2,80 9,70 Tâmpa 3,10 3,10 3,20 3,30 9,20 Alize 3,40 4,00 3,20 3,30 11,20 Rustic 3,10 4,20 3,20 3,30 9,60 Ostara 2,90 4,20 3,60 3,30 9,70

În figura 5.43 este prezentată variația temperaturilor pentru cei patru pereți, tavan, podea și

temperatura exterioară. În depozitul în care s-au făcut măsurările, peretele nordic este comun cu cel

al altui depozit și reprezintă lungimea; peretele sudic este perete exterior; peretele estic respectiv cel

vestic sunt exteriori și reprezintă lățimea depozitului. Pe peretele vestic este amplasată ușa de acces

în depozit.

Se constată că în lunile de iarnă când intensitatea radiației solare este scăzută peretele sudic,

comparativ cu cel nordic (comun cu al depozitului alăturat), are temperatura mai scăzută, iar apoi cu

cât durata zilei și intensitatea radiației solare cresc situația se inversează, peretele sudic având o

temperatură mai ridicată. Temperatura pereților laterali este influențată foarte mult de amplasarea

căii de acces, astfel că peretele vestic are o temperatură mai scăzută comparativ cu cel estic.

Izolarea necorespunzătoare a căii de acces face ca peretele vestic să aibă, pe întreaga perioadă în

care s-au făcut măsurările, cea mai mică temperatură, deci și pierderile cele mai mari au loc prin

acest loc [111].

Fig. 5.43. Variația temperaturii pereților, podelei și tavanului pe perioada de monitorizare

În figura 5.44 este prezentat modul în care variază temperatura la interior a celor cinci soiuri

de cartofi pe o durată de 5 luni, în intervalul decembrie 2010…aprilie 2011. Se observă că există o

legătură directă între temperatura din interiorul depozitului și temperatura tuberculilor, cu

specificația că după un anumit timp, datorită încetinirii proceselor biologice, căldura produsă de

cartofi scade, iar acest factor de proporționalitate dintre cele două temperaturi crește, ca apoi, când

începe încolțirea, deci când există din nou o activitate biologică mai bogată, acest factor să scadă.

Dintre cele cinci soiuri de cartofi monitorizate soiul Rustic are cea mai mică variație a

temperaturii interioare, ceea ce îl recomandă pentru depozitări de lungă durată. Soiurile Tâmpa și

Alize au comportamente aproape identice până în luna aprilie, când temperatura interioară a soiului

Alize devine cea mai ridicată. Din acest motiv, în depozitele fără sisteme automate de climatizare se

recomandă scoaterea lui din depozit înainte de luna aprilie pentru a nu afecta celelalte produse

depozitate.


60


Fig. 5.44. Variația temperaturii interioare a cinci soiuri de cartofi

a b

Fig. 5.45. Starea de păstrare a tuberculilor din cele cinci soiuri la 23.02.2011 (a) și la

5.04.2011 (b)

În figura 5.45 se prezintă evoluția celor cinci soiuri de cartofi aflați în depozitul cu sistem de

ventilare mecanică în luna februarie (fig. 5.45, a), respectiv în luna aprilie (fig. 5.45, b).

Din graficul din figura 5.46 se observă că temperatura la suprafața tuberculilor la toate cele

cinci soiuri de cartofi, pe întreaga perioadă a depozitării, este mai ridicată decât cea internă și mult

mai apropiată de temperatura din depozit. Acest fapt se datorează, în principal, orei la care au fost

făcute măsurările, astfel încât temperatura în depozit era în creștere deci și temperatura la nivelul

epidermei era în creștere, în timp ce temperatura internă avea valorile la care ajunsese în timpul

nopții, neavând timp să crească la o temperatură mai apropiată de cea din depozit, datorită

conductivității termice reduse a tuberculului (0,55 W/m.O

K).

Variația temperaturii la suprafața celor cinci soiuri de cartofi este mică și rămâne, pentru

intervalul cuprins între lunile decembrie…martie, în limitele optime depozitării. Începând cu luna

aprilie, când temperatura exterioară începe să crească tot mai mult, depozitul care folosește ca

element de control al temperaturii ventilația mecanică a aerului nu mai poate asigura condiții bune

pentru depozitarea cartofilor, temperatura la suprafața lor crescând rapid la valori mari.

Fig. 5.46. Variația temperaturii la suprafața celor cinci soiuri de cartofi.


61


5.6.Interpretarea statistică a datelor cercetărilor experimentale

Cercetarea statistică reprezintă procesul de cunoaștere a fenomenelor de masă cu ajutorul

metodelor statistice. Ea se desfășoară în trei etape succesive:

1. culegerea datelor sau observarea statistică;

2. prelucrarea datelor primare și obținerea indicatorilor statistici și derivați;

3. analiza și interpretarea rezultatelor prelucrării.

În urma măsurărilor pot apărea erori de înregistrare care pot fi: erori de înregistrare

întâmplătoare (pot fi numeroase și apar, de obicei, din neatenție), acestea afectează sensibil

rezultatele măsurărilor; erori de înregistrare sistematice (apar, în special, din cauza neînțelegerii

corecte a metodologiei de culegere a datelor sau a lipsei de experiență) - produc abateri importante.

Mărimea intervalului de clasă se determină cunoscând cea mai mare şi cea mai mică valoare

a datelor măsurate, folosindu-se formula:

n

TT minmax , (5.1)

unde Tmax este temperatura maximă înregistrată; Tmin – temperatura minimă înregistrată; n – numărul

de intervale

Datele înregistrate în intervalul decembrie 2010…aprilie 2011 în depozitele cu sisteme

automate de reglare a temperaturii, în depozitele cu sisteme mecanice de ventilare a aerului și în

exteriorul acestora au fost sistematizate prin grupare și asupra lor au fost operate funcții specifice

matematicii statistice.

Conform teoriei prelucrării statistice (relația 5.1) s-a stabilit mărimea intervalului de grupare

de 1 oC. Întrucât temperatura minimă înregistrată în interiorul depozitului a fost de - 0,5

oC, primul

interval este cuprins între (-0,5…0,5 oC]. Analog se formează și celelalte intervale până sunt

acoperite, integral, toate valorile măsurate. Centrele intervalelor xi reprezintă valorile argumentului

variabilei aleatoare X, și au fost obținute ca medii aritmetice ale capetelor intervalelor.

În tabelele 5.10 și 5.11 sunt prezentate rezultatele măsurărilor și prelucrarea lor pentru

temperatura din interiorul depozitului cu sistem automat de reglare a temperaturii, pentru întreaga

perioadă , respectiv pentru luna decembrie.

Notațiile din tabele au următoarele semnificații:

xi – centrul intervalului pentru valorile argumentului variabilei aleatoare X;

Ni – frecvențele absolute empirice (suma tuturor frecvențelor absolute este egală cu numărul

total al măsurărilor);

Fi – frecvențele relative, care reprezintă probabilitatea de apariție a unui interval (suma

tuturor frecvențelor relative este egală cu 1);

fΣ> - frecvențele relative cumulate în sens crescător;

fΣ< - frecvențele relative cumulate în sens descrescător;

- media variabilei aleatoare;

- dispersia variabilei aleatoare;

P(X=x) – probabilitatea care descrie modelul propus. Alegerea distribuției, adică a

modelului propus, se face în urma comparației dintre media și dispersia variabilei aleatoare. În cazul

datelor măsurate au fost determinate două distribuții: pentru întreaga perioadă măsurată (decembrie

2010-aprilie 2011) s-a utilizat distribuția binomială negativă, ,

unde: , iar ; pentru fiecare lună în parte s-a utilizat distribuția binomială,

, unde: , iar ;

Ni‟=P(X=xi)*N – frecvența absolută teoretică [70],[134].


62


Contribuții la perfecț. proiectării sist. de reglare automată a fact. climatici în depozitele pt. legume și fructe

63


În figurile 5.49 și 5.50. sunt reprezentate grafic evoluțiile frecvenței cumulate crescătoare

(culoarea portocalie), respectiv frecvenței cumulate descrescătoare (culoarea albastră). Acest grafice

sunt utile la determinarea indicatorilor medii de poziție, care sunt reprezentați de quantile și modul.

Quantilele sunt valori concrete ale variabilei aleatoare X care împarte graficul funcției de repartiție

în părți egale.

Fig.5.49. Graficul frecvențelor cumulate ale Fig.5.50.Graficul frecvențelor cumulate

temperaturii pe întreaga perioadă măsurată ale temperaturii pentru luna decembrie

În figurile 5.55 și 5.56 sunt prezentate comparațiile dintre distribuţiile empirice şi teoretice a

variației temperaturilor din interiorul depozitului dotat cu sisteme automate de reglare a factorilor

climatici pe parcursul întregii perioade de depozitare, respectiv pentru luna decembrie.

Se observă că pentru lunile decembrie, februarie și aprilie forma celor două distribuții este

asemănătoarea, distribuția teoretică aproximând cu succes distribuția empirică. În cazul celorlalte

luni apar diferențieri, cauzate de intervalul mare de distribuție a datelor.

Fig. 5.55. Comparație între distribuția empirică Fig. 5.56. Comparație între distribuția empirică

și cea teoretică pentru întreaga perioadă și cea teoretică pentru luna decembrie

În figura 5.61 este prezentată variația temperaturii în interiorul depozitului modern, a

temperaturii exterioare măsurată de senzorii acestuia și a temperaturii în interiorul depozitului în

care sunt folosite doar ventilatoare mecanice pentru controlul factorilor climatici. Pentru trasarea

acestora s-au utilizat valorile medii pentru fiecare lună.

Se observă că temperatura din interiorul depozitului modern rămâne constată, la limita

inferioară a intervalului optim de depozitare pentru cartofi, pe toată perioada depozitării, o creștere

a acesteia fiind înregistrată în luna aprilie, atunci când s-a dorit ridicarea temperaturii cartofilor în

vederea plantării acestora în sol. Rezultate bune au fost obținute și în cazul celuilalt depozit în lunile

cu temperaturi mai scăzute, dar începând cu sfârșitul lunii martie acesta nu a mai putut asigura

condiții optime păstrării [115].


64


Fig. 5.61. Variația temperaturilor pentru o perioadă de 5 luni

La prelucrarea statistică a temperaturilor exterioare depozitului, înregistrate de sistemul

automat de control al factorilor climatici nu s-a mai putut folosi modelul statistic anterior, deoarece

majoritatea valorilor sunt negative, de unde rezultă că media va avea o valoare negativă, iar

dispersia, abaterea standard și modelul distribuției nu vor mai putea fi determinate corect.

Pentru a se putea face o analiza corectă a datelor măsurate s-a folosit aplicația Dataplot, care

este dezvoltată de Institutul National de Standarde și Tehnologii din U.S.A. pentru analiză statistică

și modelare neliniară. Prima versiune a fost lansată în anul 1978 de către James J. Filliben, iar de

atunci a fost perfecționată încontinuu.

După ce se încarcă fișierul cu măsurări în aplicație, se pot opera interogări asupra datelor și se

pot obține diferite rezultate. În continuare sunt prezentate datele statistice calculate cu aplicația

Dataplot.

Pentru întreaga perioadă în care s-au desfășurat măsurările se obțin următoarele rezultate: NUMBER OF OBSERVATIONS = 1509

***********************************************************************

* LOCATION MEASURES * DISPERSION MEASURES *

***********************************************************************

* MIDRANGE = -0.2000000E+01 * RANGE = 0.2600000E+02 *

* MEAN = -0.2780649E+01 * STAND. DEV. = 0.5474828E+01 *

* MIDMEAN = -0.2596026E+01 * AV. AB. DEV. = 0.4482439E+01 *

* MEDIAN = -0.2000000E+01 * MINIMUM = -0.1500000E+02 *

* = * LOWER QUART. = -0.8000000E+01 *

* = * LOWER HINGE = -0.8000000E+01 *

* = * UPPER HINGE = 0.1000000E+01 *

* = * UPPER QUART. = 0.1000000E+01 *

* = * MAXIMUM = 0.1100000E+02 *

***********************************************************************

* RANDOMNESS MEASURES * DISTRIBUTIONAL MEASURES *

***********************************************************************

* AUTOCO COEF = 0.9828795E+00 * ST. 3RD MOM. = 0.8950290E-02 *

* = 0.0000000E+00 * ST. 4TH MOM. = 0.2179687E+01 *

* = 0.0000000E+00 * ST. WILK-SHA = -0.3077595E+02 *

* = * UNIFORM PPCC = 0.9879060E+00 *

* = * NORMAL PPCC = 0.9858114E+00 *

* = * TUK -.5 PPCC = 0.7226029E+00 *

* = * CAUCHY PPCC = 0.2993914E+00 *


65


Din aceste date se pot extrage valorile care prezintă interes, ca de exemplu: media = - 2.780;

mediana = - 2; deviația standard = 5,474; deviația medie = 4,482; quartila inferioară și cea

superioară (quantile de ordinul 4): quartila inferioară (a 25-a percentilă, delimitează cele mai mici

25% din valorile observate) = -8; quartila superioară (a 75-a percentilă, delimitează cele mai mari

25% din valorile observate) = 1; valoarea minimă observată (percentila 0) = -15, precum și cea

maximă (a 100-a percentilă) = 11; coeficientul de autocorecție = 0,982.

Această aplicație poate genera automat grafice în funcție de datele măsurate introduse. Astfel,

în figura 5.62, este ilustrată histrograma datelor, scopul acesteia fiind de a rezuma distribuția

valorilor temperaturii. Histograma poate fi utilă atunci când se dorește un răspuns rapid la una din

întrebările: unde sunt localizate datele?; cât de răspândite sunt datele?; valorile sunt simetrice sau

nu?; există date aberante printre măsurări?

În urma analizei acesteia se pot trage următoarele concluzii: datele sunt situate între – 15 oC

…+11oC, răspândirea lor este mare, existând un punct de simetrie în jurul valorii 0

oC.

Fig.5.62. Histograma datelor măsurate pentru Fig. 5.63. Întârzierea datelor măsurate pentru

perioada decembrie 2010…aprilie 2011 perioada decembrie 2010…aprilie 2011

În figura 5.63 este reprezentată întârzierea datelor măsurate. Reprezentarea grafică a acesteia

verifică dacă setul de date este aleatoriu sau nu. Datele nealeatorii formează o structură ce poate fi

identificată, în acest caz aceasta fiind o linie oblică.

Pentru fiecare lună în parte rezultatele sunt prezentate în Anexa 2.

5.7. Compararea rezultatelor cercetărilor teoretice și experimentale

Pentru a se evidenția valabilitatea cercetărilor teoretice referitoare la modelarea matematică și

simularea funcționării sistemelor de reglare automată a factorilor climatici în depozitele pentru

legume și fructe se compară rezultatele acestora cu cele obținute în urma cercetărilor experimentale.

În figura 5.64 este prezentată variația temperaturii în cazul simulării reglării automate a

acesteia folosind aplicația elaborată în capitolul 4.5 utilizând ca date de intrare parametrii optimi

necesari unei depozitări de lungă durată, preluați din baza de date creată și ca perturbații măsurările

din exploatare, iar în figura 5.65 variația temperaturilor interioare ale depozitului cu sistem de

ventilare mecanică, a celui cu sistem de reglare automată și a temperaturilor exterioare.

Se observă că în depozitul cu sistem de reglare automată temperatura este menținută constantă

la o valoare impusă. Aplicația care simulează controlul temperaturii oferă date asemănătoare cu cele

măsurate în exploatare, diferența apărând atunci când se dorește creșterea temperaturii masei de

cartofi în vederea plantării acestora în sol.


66


Fig. 5.664.Variația temperaturii la simularea teoretică a comportării sistemului de reglare

automată

5.65. Variația temperaturilor măsurate în exploatare

Din figurile 5.66 și 5.67 se remarcă faptul că în lunile de iarnă valoarea umidității în

depozitele în care au fost făcute măsurări este aproximativ constantă și apropiată de cea considerată

optimă, care este obținută în cazul simulărilor teoretice.

Fig. 5.66. Variația umidității la simularea teoretică a comportării sistemului de reglare automată

5.67. Variația umidității măsurate în exploatare

Din compararea reprezentărilor grafice din figurile 5.63 … 5.66 se poate afirma că

aplicația teoretică care simulează sistemul de reglare automată a factorilor climatici din

depozitele de legume și fructe aproximează cu succes variația reală a acestora în depozitele

pentru cartofi, ceea ce îi confirmă aplicabilitate la utilizarea ei și în cazul proiectării sistemelor


67


de reglare automată a factorilor climatici în depozitele în care sunt păstrate diferite specii de

legume sau fructe.

5.8. Alegerea tipului de instalație de climatizare în depozitele pentru cartofi

pe baza criteriului economic

În cazul depozitelor pentru cartofi, cele mai des sunt utilizate sistemele de reglare automată a

temperaturii, iar în cazuri rare, când sunt depozitați cartofi bio, sisteme de reglare a factorilor

climatici (temperatură, umiditate, viteza fluxului de aer), dar și a compoziției atmosferei din

interiorul celulei de depozitare.

În România, precum și în unele țări europene încă se utilizează la scară largă depozite care au

doar sisteme de ventilare mecanică a aerului. Aceasta este posibil datorită rezistenței mari a

cartofilor la depozitare, ei fiind clasificați ca produse relativ rezistente (cap. 1.1.1).

5.8.1. Calculul cantității de căldură care trebuie eliminată din depozit

Calculul fluxului de căldură este foarte important, în primul rând, la proiectarea unei

instalației de răcire optime, evitându-se în acest mod o instalație subdimensionată care să nu poată

elimina întreaga cantitate de căldură, sau o instalație supradimensionată care să aibă costuri de

exploatare prea mari [116].

De obicei, într-un depozit sunt cinci factori principali care produc căldură și ridică

temperatura interioară. Aceștia sunt [128], [132]:

căldura datorată transferului termic prin podea, pereți și tavan, Q1;

căldura generată de schimbul de aer cu exteriorul din cauza neetanșeităților, Q2;

căldura generată de activitatea biologică a produselor depozitate, Q3;

căldura produsă de motoarele ventilatoarelor utilizate, Q4 ;

căldura înlăturată din masa de produse în timpul răcirii acesteia până la temperatura

optimă depozitării, Q5.

S-a considerat un depozit cu capacitatea de 1000 tone de cartofi puși în box-palete.

Dimensiunile acestui depozit sunt: lungimea 24 m( pe direcția N-S); lățimea 18 m (pe direcția E-V);

înălțimea de 6,5 m, acoperișul având o înclinație de 15O.

Valorile coeficientului de transfer termic, k, pentru podea, pereți și acoperiș sunt de 0,36,

0,32 respectiv 0,25 W/m2o

K. Întrucât cele mai mari pierderi au loc, de obicei, prin acoperiș acesta

are cea mai groasă izolație, deci cel mai mic transfer termic.

În calculul primului factor, Q1, se va considera cazul cel mai puțin favorabil, în care soarele

bate direct asupra depozitului, ridicând în acest fel temperatura acoperișului și a pereților estic,

vestic și sudic și în care media temperaturii exterioare pentru 24 ore este de 290,6 oK, iar în interior

depozitului de 276,6 oK.

Cantitatea de căldură transferată printr-un perete se calculează cu relația:

[W], (5.2)

unde : k este coeficientul de transfer termic, în W/m2o

K; A – aria peretelui, în m2; ΔT - diferența de

temperatură, în oK.

Utilizând relația (5.2) pentru peretele nordic (lățimea depozitului), a cărui temperatură nu este

influențată de soare se obține:


68


pentru peretele sudic, a cărui temperatură este ridicată de soare cu 2 oK:

pentru peretele vestic (lungimea depozitului), a cărui temperatură este ridicată de soare cu 3oK:

pentru peretele estic, a cărui temperatură este ridicată de soare cu 3 oK:

pentru acoperiș, a cărui temperatură este ridicată de soare cu 7 oK:

pentru podea, a cărei temperatură nu este influențată de soare:

.

Căldura totală intrată în depozit prin podea, pereți și tavan este dată de suma cantităților de

căldură transferate prin fiecare element în parte și are valoarea:

622,7+711,6+848,6+848,6+2570,2+2177,2=7778,9

Al doilea factor, Q2, se calculează cu relația:

, (5.3)

unde: ρ este densitatea aerului, ρ = 1,23 kg/m3; Cp – căldura specifică a aerului, Cp = 1,005 kJ/kg;

q – fluxul de aer, se consideră că într-o oră schimbul volumului de aer este de 0,5 din volumul total

al depozitului; ΔT – diferența de temperatură dintre aerului exterior și cel interior, ΔT = 14 oK.

Pentru depozitul considerat, al cărui volum este de 3336 m3, cantitatea de căldura datorată

schimbului de aer prin neetanșeități este:

.

Al treilea parametru, Q3, poate fi determinat cu relația:

(5.4)

Pentru capacitatea maximă a depozitului (1000 tone) și pentru o rată a respirației, la

temperatura optimă de depozitare (3,5 oC), de 10 W/t se obține:

Al patrulea factor, Q4, se poate calcula cu relația :

. (5.5)

În depozitul considerat sunt necesare 2 motoare electrice cu o putere nominală de 2 kW.

Puterea pierdută a unui astfel de motor va fi transformată în căldură și cedată celulei de depozitare.

. (5.6)

În cazul unui motor electric care antrenează un ventilator puterea utilizata este de fapt puterea

fluxului de aer, deci va avea următoarea expresie:

, (5.7)

unde: ; este diferența de presiune dintre aerul

aflat în exteriorul tunelului de recirculare și aerul aflat în interiorul tunelului de recirculare. Cu

aceste date se poate calcula puterea utilizată de motorul electric și implicit se poate obține căldura

degajată către exterior.

O altă metodă presupune consultarea fișei tehnice a motorului pentru a afla randamentul

motorului. Acesta poate fi calculat cu formula:


69


, (5.8)

iar din aceasta se poate obține puterea utilizată.

Motoarele electrice moderne au un randament cuprins între 0,6…0,8. Pentru un motor cu

randamentul de 0,6 (cazul cel mai nefavorabil) se va obține:

. (5.9)

Din relațiile (5.6) și (5.9) se poate calcula puterea pierdută, respectiv căldura cedată de motor

mediului:

. (5.10)

Pentru două motoare cu o putere nominală de 2 kW se va obține:

Al cincilea parametru, Q5, se poate calcula cu relația :

, (5.11)

unde: m este masa de cartofi depozitată, în tone; c – căldura specifică a cartofilor, c = 3.80 kJ/kg;

δT – reducerea temperaturii masei de cartofi într-o anumită perioadă de timp, δT = 0.5 oK;

t – perioada necesară răcirii masei de cartofi cu o anumită temperatură, t = 24 ore.

Intervalul de temperatură cu care se poate răci masa de produse depozitate în decursul a 24 de

ore este cuprins între 0,5…1 oK, pentru a se evita apariția condensului pe suprafața produsului.

Căldura care va trebui înlăturată din masa de cartofi va fi:

.

Prin însumarea celor cinci parametri se poate calcula capacitatea maximă de răcire pe care va

trebui să o aibă instalația de răcire:

5.8.2.Calculul costului de funcționare

Pentru un rezultat cât mai apropiat de realitate al totalului de energie electrică necesară

menținerii unei temperaturi constante într-un depozit cu capacitatea de 1000 t cartofi se vor face

următoarele ipoteze:

depozitarea cartofilor s-a făcut în intervalul 1.11.2011…30.04.2012, în depozit

introducându-se o cantitate de 1000 tone;

răcirea masei de cartofi se face cu o rată de 0,5 oK/zi și sunt necesare 37 de zile pentru a fi

adusă de la temperatura inițială de 295,13 oK ( 22

oC) la cea optimă depozitării de 278,6

oK (3,5

oC).

din totalul de 145 de zile rămase, în încă 23 de zile sistemul trebuie să răcească masa de

cartofi, care din motive obiective (defecțiuni tehnice, pene de curent etc.) a dus la creșterea

temperaturii.


70


în lunile ianuarie, februarie și martie (91 zile) în depozit nu se acumulează căldură prin

transferul termic al pereților sau prin schimbul de aer, media temperaturilor exterioare fiind ușor

mai scăzută decât temperatura optimă de depozitare.

ventilatoarele folosite la recircularea aerului funcționează continuu.

În urma acestor ipoteze rezultă că în 60 de zile vor exista toți cei cinci parametri; în 91 de zile

vor exista doar parametrii Q3 și Q4, iar în 31 de zile va lipsi parametrul Q5.

Totalul de căldură care va trebui eliminat pe parcursul a 182 de zile va fi:

[kW]

Folosind instalații de răcire performante necesarul de energie electrică va fi :

. (5.12)

În anul 2012 prețul energiei electrice pentru consumatorii privați varia între 0,3…0,7 lei fără

TVA/kWh, în funcție de diferite criterii pe care trebuie să le îndeplinească consumatorul (site enel).

Astfel pentru un preț mediu de 0,5 lei/kWh, costul energiei electrice necesară menținerii unei

temperaturi constante este de 15424,5 lei fără TVA.

Conform [16] pierderile medii la depozitarea cartofilor sunt de aproximativ 13% în cazul

depozitelor cu sisteme automate de reglare a temperaturii și de aproximativ 18% în cazul

depozitelor fără sisteme de reglare a temperaturii, pentru o perioadă de 6 luni.

Pentru depozitul considerat o diferență de 5% reprezintă o cantitate de 50 tone de cartofi.

De pe site-ul http://www.piata-agricola.ro/Piata_cartofului la sfârșitul lunii aprilie prețul

pentru un kg de cartofi varia între 0,3…0,5 lei. Considerând un preț mediu de 0,4 lei/kg, cantitatea

de cartofi suplimentară care ar fi în depozitul cu sisteme automate de reglare a temperaturii ar avea

o valoare de 20000 lei.

Diferența dintre cele două valori, totalul de energie electrică necesară menținerii unei

temperaturi optime și cantitatea suplimentară de cartofi din depozitul modern, exprimate în lei, este

mică, avantajul utilizării unui depozit cu sisteme automate de reglare a temperaturii fiind

neconcludent.

Aceasta se datorează, în special, unei recolte foarte mari de cartofi în anul 2011, ceea ce a dus

la un preț foarte scăzut al acestora pe piața românească comparativ cu anul 2010, când prețul unui

kg de cartofi la sfârșitul lunii aprilie era cuprins între 1…1,5 lei/kg. Astfel, în condițiile anului 2010

avantajul utilizării unui depozit cu sisteme automate de reglare a temperaturii este evident, valoarea

cartofilor existenți în depozitul modern, în lei, fiind mai mult decât dublul valorii energiei electrice

necesare, în lei.

Rezultate mai bune pot fi obținute în cazul depozitării fructelor și legumelor cu un grad ridicat

de perisabilitate. Pierderile în cazul unor astfel de produse pentru depozitări scurte (câteva

săptămâni) sunt foarte mari comparativ cu necesarul de energie pentru menținerea unei temperaturi

optime și constate. În aceste cazuri sistemele de control a temperaturii nu sunt suficiente, cea mai

bună soluție pentru creșterea duratei de depozite, deci a profitului, fiind utilizarea unor sisteme

automate complexe, care controlează atât temperatura, cât și umiditatea și compoziția aerului din

interiorul celulei.

http://www.piata-agricola.ro/Piata_cartofului


71


6.CONCLUZII FINALE

6.1 Concluzii generale

1. Delimitarea între fructe și legume se face după o serie de criterii, dar în mod convențional,

prin fructe se înțeleg produsele horticole folosite în consum în stare proaspătă, ca desert, iar prin

legume – produse horticole care se folosesc în stare crudă sau preparată, ca alimente de bază.

2. Fructele și legumele se caracterizează după proprietățile fizice (forma, volumul, masa

volumetrică și masa specifică, căldura specifică, conductivitatea termică, temperatura de îngheț,

fermitatea structo-texturală), însușirile senzoriale (culoarea, gustul, aroma, mirosul), conținutul de

apă, în substanțe organice (glucide, gume, lipide, mucilagii, protide, vitamine, fitohormoni, acizi

nucleici, acizi organici, substanțe tanoide) și în substanțe minerale etc.

3. Deși valoarea nutritivă a fructelor și legumelor este mică, datorită compoziției lor

complexe, nu pot fi înlocuite din hrana oamenilor. Prin conținutul mare de apă, fructele și legumele

participă la rehidratarea organismului. Zaharurile conținute de acestea se oxidează și asigură

energia necesară activității vitale a organismului. Acizii organici contribuie la creșterea poftei de

mâncare, combat starea de oboseală a organismului, au o acțiune bactericidă etc. Prin natura lor

diferită, substanțele minerale din fructe și legume ajută la osificarea scheletului, contribuie la

refacerea hemoglobinei din sânge, influențează creșterea și activitatea unor glande cu secreție

internă etc.

4. Depozitarea este o activitate importantă, prin care se urmărește diminuarea și controlul

influenței factorilor de mediu (temperatura, umiditatea, compoziția aerului, prezența

microorganismelor etc.) asupra fructelor și legumelor, în intervalul cuprins între recoltare și

distribuirea către consumatori. Pe de altă parte, necesitatea depozitării este justificată și de factorii

tehnici și economici (echipamentele folosite și timpul necesar efectuării unor operații, stocurile și

continuitatea aprovizionării pieței etc.).

5. Mediul ambiant de păstrare a fructelor și legumelor este caracterizat de intensitatea

luminoasă, umiditatea relativă a aerului, mișcarea și compoziția acestuia etc. și trebuie pus în

legătură directă cu caracteristicile speciilor și soiurilor, imunitatea lor naturală activă și pasivă,

metabolismul fiecărui soi, caracteristicile structural-texturale, gradul de maturare etc.

6. O depozitare necorespunzătoare, în depozite fără sisteme moderne de control a

factorilor climatici, conduce la creșterea pierderilor prin consumul substanțelor de rezervă, deci a

scăderii în greutate a fructelor și legumelor, îngreunează manipularea acestora și, în majoritatea

cazurilor favorizează atacul bolilor “de depozit”. De asemenea, în lipsa reglării factorilor climatici

se poate produce ieșirea neprevăzută a produselor din repausul vegetativ. În cazul tuberculilor se

produce o declanșare violentă a încolțirii, care are ca efect acumularea de zaharuri solubile și

determină creșterea pierderilor la descojire. 7. Prin depozitarea în atmosferă controlată se întelege conservarea fructelor și legumelor

într-un mediu conevenabil sărăcit în oxigen și dioxid de carbon sau îmbogățit în azot, cu valori ale

temperaturii și umidității relative a aerului controlate. Utilizarea atmosferei modificate la

depozitarea în stare refrigerată a legumelor și fructelor mărește capacitatea frigului de a reduce

activitatea biotică a organelor vegetale, de a evita unele tulburări fiziologice și de a reduce la

minimum fenomenele de degradare. Atmosfera controlată este utilizată, în special, la depozitarea

merelor și perelor, dar și în cazul altor sortimente de fructe și legume. 8. Aparatele pentru modificarea compoziției atmosferei din camerele de depozitare pot fi

convertizoare de oxigen, absorbatoare sau adsorbitoare de dioxid de carbon și generatoare de

atmosferă modificată. Pentru unele tipuri de atmosfere modificate se utilizează baterii de difuzie cu

elastomer de silicon, care pot regla simultan procentele de O2 și CO2 și pot elimina o parte din

etilenă și din mirosurile degajate de fructe (nu pot fi utilizate în cazul atmosferelor cu mai puțin de


72


3 % CO2). Depozitarea în atmosferă cu conținut constant de O2, CO2, și N2 se realizează cu ajutorul

anvelopelor din material plastic cu permeabilitate selectivă la gaze.

6.2. Concluzii asupra cercetării teoretice şi experimentale

1. Pentru reglarea automată a temperaturii se consideră ca element perturbator transferul

termic prin izolația pereților și căldura degajată de masa de produse depozitată. Depozitele moderne

folosesc ca soluții de izolare pereții din panouri din spumă poliuretanică, care, montați corect,

asigură și etanșeitate la vapori și la gaze, fiind astfel soluția optimă și pentru celulele cu atmosferă

controlată. Se recomandă folosirea unei grosimi minime a pereților izolatori, care să corespundă

unui transfer de căldură de maximum 10 W/m2K .

2. Pentru realizarea modelului matematic s-au avut în vedere următoarele elemente: fluxul

de căldură care intră în cameră; fluxul de căldură care iese prin pereți; fluxul de căldură produs de

legumele și fructele depozitate. Cu aceste elemente s-a obținut ecuația de echilibru termic a

camerei, în care componentele au fost explicitate, după ce sistemul a fost trecut din domeniul timp

în domeniul Laplace prin aplicarea transformatei Laplace pentru condiții inițiale nule. În felul acesta

s-a obținut reprezentarea funcțională a sistemului de reglare a temperaturii în depozit.

3. Pentru a se simula procesul de reglare automată a temperaturii în depozitele pentru

legume și fructe s-a folosit modulul Simulink din software-ul Matlab, constatându-se că la aplicarea

unui semnal treaptă asupra sistemului de reglare automată acesta compensează foarte bine

perturbațiile, intrând foarte repede din starea de regim tranzitoriu în cea de regim staționar.

4. Comparativ cu simularea în Matlab se poate observa că timpul de creştere este mai mare,

dar suprareglajul este semnificativ mai mic. Acest lucru poate fi explicat prin faptul că referinţele în

simulare cu software-ul LabView au fost diferite faţă de cele la simulare cu Matlab, unde s-au

folosit ca referinţe funcţii de tip treaptă unitară.

5. În cazul reglării automate a factorilor climatici nu pot fi realizate simulări pentru mai

multe tipuri de depozite folosind aceleași funcții de transfer, deoarece modelul obținut este

optimizat pentru un caz dat. În schimb pot fi realizate simulări ale transferului termic pentru diferite

tipuri constructive de celule, pentru a se observa modul în care fluxul de aer circulă în interiorul

celulei și felul cum acesta influențează transferul termic al box-paletelor în care sunt depozitate

legumele sau fructele.

6. Obiectivul principal al cercetărilor experimentale a constat în monitorizarea factorilor

climatici pe durata unui ciclu de depozitare a cartofilor, în două depozite prevăzute cu sisteme de

reglare și control diferite (ventilare mecanică, respectiv reglarea automată a temperaturii și vitezei

aerului), precum și perfecționarea unui modul de reglare a temperaturii și fluxului de aer,

utilizabil în sistemele de reglare automată a factorilor climatici din depozitele pentru legume și

fructe. Pentru atingerea acestuia a fost necesară parcurgerea și rezolvarea a încă 9 obiective

subsidiare, abordate în ordinea firească a tuturor cercetărilor experimentale.

7. Obiectele cercetărilor experimentale au fost reprezentate de radiatoarele ABL 300 HP

utilizate la reglarea temperaturii și vitezei fluxului de aer existente în laboratoarele Leibniz-Institut

für Agrartechnik Potsdam-Bornim e.V. (ATB) din Germania și două depozite pentru cartofi din cadrul

Institutului Național de Cercetare Dezvoltare pentru Cartofi și Sfeclă de Zahăr (INCDCSZ) –

Brașov. Din cele două depozite unul este prevăzut cu instalație de ventilare mecanică, iar altul cu

sistem de reglare automată a temperaturii și fluxului de aer.

8. Metodica generală a cercetărilor experimentale, desfășurate în laborator și exploatare face

precizări asupra obiectelor cercetărilor, echipamentelor tehnice și aparaturii folosite și a

parametrilor urmăriți. Se precizează că în vederea îndeplinirii metodicii generale s-au realizat

acțiuni preliminare, cercetări experimentale în laborator și cercetări experimentale în exploatare,

fiecare dintre acestea desfășurându-se după câte o metodică specifică, precizată în lucrare.

9. Cercetările experimentale în cadrul laboratoarelor Leibniz-Institut für Agrartechnik

Potsdam-Bornim (ATB) s-au desfășurat în perioada 01.02.2012…30.04.2012 și au avut ca obiectiv

proiectarea, realizarea și perfecționarea unui modul pentru reglarea automată a temperaturii și


73


vitezei fluxului de aer în depozitele de legume și fructe. Proiectul modulului s-a făcut în software-ul

SolidWorks 2011, cu care au fost făcute simulări pentru stabilirea dimensiunilor optime ale

acestuia, astfel încât temperatura inițială a aerului să scadă cu aproximativ 20 oK în interiorul său.

10. Pentru obținerea unei variante finale acceptabilă s-au realizat 7 montaje (variante tehnice)

succesive, începând cu o variantă cu un singur element Peltier, două radiatoare de dimensiuni

reduse și un ventilator și ajungând la o variantă cu 4 elemente Peltier, 4 blocuri de cupru și o pastă

termoconductoare, care să elimine abaterile de la planitate între elementele active și radiatoare. Deși

a existat o îmbunătățire progresivă a rezultatelor, acestea au rămas nesatisfăcătoare, la prima

variantă temperatura fiind de 3 ori mai mare decât intervalul optim de depozitare pentru majoritatea

fructelor și legumelor depozitate în România, abia la a 7-a variantă rezultatul fiind acceptabil.

11. Cercetările în exploatare s-au desfășurat în depozitele INCDCSZ – Brașov în perioada

decembrie 2010…aprilie 2011. Măsurările au fost făcute în fiecare săptămână, în intervalul orar

10:00…12:00, în depozitul cu ventilare mecanică și permanent, la intervale de 15 minute, în

depozitul cu reglare automată a temperaturii, parametrii urmăriți fiind relevanți pentru subiectul

acestei lucrări. Trebuie specificat că perioada de 5 luni de monitorizare a factorilor climatici

corespunde unui ciclu de depozitare a cartofilor.

12. Dintre cele cinci soiuri de cartofi supravegheate ( Christian, Tâmpa, Alize, Rustic,

Ostara), soiul Rustic are cea mai mică variație a temperaturii interioare, ceea ce îl recomandă pentru

depozitări de lungă durată. Soiurile Tîmpa și Alize au comportamente aproape identice până în luna

aprilie, când temperatura interioară a soiului Alize devine cea mai ridicată. Din acest motiv, în

depozitele fără sisteme automate de climatizare, se recomandă scoaterea lui mai timpurie pentru a

nu afecta celelalte produse depozitate acolo.

13. Pentru cercetarea modului în care variază temperatura fluxului de aer care este introdus în

depozit prin gurile de ventilare aflate în podea , dependentă de temperaturile interioară și exterioară

depozitului, s-au monitorizat patru asemenea guri, începând din apropierea ventilatorului și până la

distanța cea mai mare față de acesta. Sistemul de ventilare a aerului realizează un amestec între

aerul interior, absorbit printr-un orificiu aflat în partea superioară a depozitului și aerul exterior,

care se realizează într-o cameră metalică a instalației și este introdus de ventilator în interiorul

depozitului prin podeaua perforată. Prin intermediul a două clapete se reglează volumele de aer care

formează amestecul.

14. Din compararea rezultatelor furnizate de modelarea matematică a sistemului de reglare

automată a temperaturii și umidității, cu cele obținute pe cale experimentală pentru depozitele de

legume și fructe se confirmă cercetările teoretice, care pot sta la baza alegerii și dimensionării

corespunzătoare a sistemelor respective.

15. Prin intermediul unei aplicații economice se oferă soluții pentru alegerea celui mai

potrivit sistem de reglare a factorilor climatici din depozitele pentru legume și fructe (în acest caz

un depozit pentru cartofi), prin compararea cheltuielilor cu energia electrică consumată cu

reducerile de pierderi datorate sistemului de reglare ales. În funcție de prețul produselor depozitate,

de gradul de perisabilitate al acestora, de durata păstrării etc. se obțin informații utile proiectanților

de depozite cu sisteme de reglare a factorilor climatici (se va consulta și baza de date creată în

capitolul 4).

6.3. Contribuţii personale

Principalele contribuții personale la realizarea acestei lucrări sunt precizate în continuare.

Evidenţierea oportunităţii şi utilităţii temei de doctorat, precizându-se obiectivul principal al

lucrării ca fiind perfecţionarea proiectării sistemelor de reglare automată a factorilor climatici în

depozitele pentru legume și fructe, precum şi obiectivele complementare, pe baza cărora să se

asigure îndeplinirea obiectivului propus.

Efectuarea unei sinteze asupra stadiului actual şi perspectivelor referitoare la construcţia de

depozite pentru legume și fructe și echiparea acestora cu sisteme de reglare a factorilor climatici


74


(temperatura, umiditatea, viteza fluxului de aer, compoziția atmosferei), pe baza căreia să se poată

defini mai bine necesitatea şi oportunitatea tezei de doctorat.

Realizarea unui studiu referitor la stadiul actual al proiectării și realizării de sisteme de

reglare automată a factorilor climatici din depozitele pentru legume și fructe şi direcţiile de evoluţie

a acestora.

Modelarea matematică a sistemelor cu o intrare și o ieșire (SISO) și a celor cu intrări și ieșiri

multiple (MIMO) pentru reglarea automată a factorilor climatici din depozitele pentru legume și

fructe, trecând ecuațiile care descriu procesele fizice din domeniul timp în domeniul Laplace.

Stabilirea funcțiilor de transfer care descriu funcționarea sistemului de reglare automată a

factorilor climatici în depozitele pentru legume și fructe și a regulatoarelor de tip PID atașate

acestuia.

Simularea sistemului de reglare automată a factorilor climatici prin utilizarea programelor

Simulink și LabView.

Proiectarea design-ului a trei celule de depozitare pentru legume și fructe cu diferite

instalații de ventilare a aerului, prin utilizarea software-ului SolidWorks 2011.

Crearea unei baze de date specifice depozitării legumelor și fructelor cu cea mai mare

importanță între culturile din România, care să poată fi consultată de proiectanții de depozite și

sisteme de reglare a factorilor climatici din interiorul acestora.

Efectuarea de cercetări experimentale în exploatare pe două depozite din cadrul INCDCSZ-

Brașov, dintre care unul cu sistem de reglare a factorilor climatici prin ventilare mecanică și celălalt

cu sistem de reglare automată a acestora.

Punerea la dispoziția cercetărilor, proiectanților și constructorilor a unor rezultate importante

privind amplasarea componentelor sistemului de reglare a factorilor climatici din depozitele cu

ventilare mecanică și măsurilor constructive necesare pentru obținerea unei atmosfere

corespunzătoare și uniforme în aceste depozite.

Proiectarea în SolidWorks și realizarea unui modul pentru reglarea automată a temperaturii

și vitezei fluxului de aer în cadrul laboratoarele Leibniz-Institut für Agrartechnik Potsdam-Bornim

e.V. (ATB) din Germania.

Prelucrarea, analiza şi interpretarea rezultatelor obţinute la monitorizarea factorilor climatici

din interiorul depozitelor prin utilizarea distribuției binomială, iar pentru interpretarea statistică a

temperaturii exterioare pe durata ciclului de depozitare a cartofilor prin utilizarea programului

DataPlot, elaborat de Institutul Național de Standarde și Tehnologii din SUA.

Compararea rezultatelor cercetărilor teoretice şi experimentale în vederea validării

modelului teoretic de studiu adoptat în lucrare.

Aplicarea unui criteriu economic de alegere a tipului de depozit și sistemului de reglare a

factorilor climatici din interiorul acestuia, în care se compară costurile consumurilor de energie cu

pierderile de produse, în cazul sistemelor cu ventilare mecanică și a celor cu reglare automată a

temperaturii.

6.4. Direcţii viitoare de cercetare

Extinderea cercetărilor experimentale pentru diverse legume și fructe, cu caracteristici

biologice, perisabilități și durate de păstrare cunoscute. Aplicarea metodicii de cercetare teoretică la modelarea sistemelor de reglare a factorilor

climatici în cazul unor depozite cu dimensiuni substanțial diferite de cele avute în vedere în lucrare Continuarea cercetărilor pentru perfecționarea componentelor sistemelor de reglare

automată, respectiv a elementelor de furnizare a temperaturilor și vitezelor fluxurilor de aer în

limite cât mai restrânse impuse de legumele sau fructele depozitate. Abordarea în cercetările teoretice și experimentale a perfecționării proiectării sistemelor de

reglare automată a compoziției atmosferei din depozitele pentru legume și fructe.


75


BIBLIOGRAFIE SELECTIVĂ

1.Alexander, M., Albus, J.S.: Inteligent Systems Arhitecture, Design and Control, Editura John

Willey& Sons Inc., 2002.

5.Ashrae, P.: Fundamentals handbook, American Society of Heating, Refrigeration and Air

Conditioning Engineers, 2001.

7.Banu, C., ş.a.:Progrese tehnice, tehnologice şi ştiinţifice în industria alimentară,vol I şi II,

Editura Tehnică, Bucureşti,1993.

11.Bejan, A.: Advanced Engineering Thermodynamics, John Wiley and Sons, New York, 1988.

14.Brătucu, Gh.: Researches Concerning the Improving of the Humidification Operation of Cereals

Destined for Grinding , în revista Journal of Environmental Protection and Ecology, B.EN.A

Sofia – Bulgaria, vol. 9, nr. 1/2008, p. 167-175

16.Brătucu, Gh., Bică, C., Marin, A.L., Păunescu, C.G.: Transportul intern, manipularea şi

depozitarea produselor agroalimentare, Editura Universităţii Transilvania Braşov, 2010, ISBN

978-973-635-924-8.

25.Calderon, M., Barkai-Golan, R.: Food Preservation by Modified Atmosphere, CRC Press,

Boston, 1990.

27.Ceausescu, I., Iordachescu, C., Popescu, Gh.: Recoltarea, sortarea, ambalarea, transportul si

pastrarea legumelor, Editura Ceres, 1969.

29.Chiriac, C.: Agricultură și horticultură, Editura Lumen, Iași, 2007.

37.Cox, S.W.R.: Farm electronics, BSP Professional Books, Chatam, Kent, 1988

39.Daba, M., Arădău, D.: Compresoare cu piston, Institutul Politehnic Galați, 1971.

40.Dulău, M.: Automatica proceselor continue: procese termice și chimice, Editura Universitatea

Petru Maior, Târgu-Mureș, 2004.

42.Dumitrache I.: Ingineria reglării automate, Editura Politehnica Press, Bucuresti,2005.

46.Fearnow, D.: Refrigeration and Air Conditioning: Lab Manual: An Introduction to HAVAC,

Editura Prentice Hall, 2004.

49.Gherghi, A., Iordachescu, C.: Depozite pentru legume și fructe, Editura Ceres, București, 1972.

50.Gherghi, A.: Menținerea calității legumelor și fructelor în stare proaspătă, Editura Tehnică,

București, 1979.

56.Gottschalk, K., Ezekiel, R.: Storage. Handbook of Potato Production, Improvement and

Postharvest Management, Food Products Press, The Haworth Press Inc., Binghampton, NY,

USA, p. 489-522, 2006.

66.Hunt, B., Lipsman, R., Rosenberg, J.: A Guide to Matlab for Beginners and Experienced Users.

Second Edition, Editura Cambridge University Press, 2006.

67.Ioancea, L., Kathrein, I.: Condiţionarea şi valorificarea superioară a materiilor prime vegetale

în scopuri alimentare, Editura Ceres, Bucureşti, 1988.

70.Iosifescu, M., ș.a.: Mică enciclopedie de statistică, Editura Științifică și Enciclopedică,

București, 1985.

74.Jaymaha, L.: Energy efficient building systems, Editura McGraw-Hill, 2006.

76.Kakaç, S., Liu, H.: Heat Exchangers: Selection, Rating and Thermal Design, Editura CRC Press,

2002, ISBN 0-8493-0902-6

99.Onita N., Ivan E.: Handbook Data for Chemical and Food Industry Calculus, Editura Mirton,

Timisoara, 2006.


76


104.Păunescu, C.G., Brătucu, Gh.: Research regarding the perfecting of adjustment, control and

monitoring systems for humidity in warehouses for vegetables and fruits, în Journal of

EcoAgriTourism, Vol.6 (2010), nr. 3 (20), p. 93-98, ISSN 1844-8577( BIOATLAS 2010-

International Conference New Research in Food and Tourism- 28-30 mai 2010- Braşov-

Romania).

105.Păunescu, C.G., Brătucu, Gh.: Contribution to the Study of the Predictable Reliability for

Humidity Automatic Adjustment Systems in Warehouses for Fruits and Vegetables, in Journal of


International Conference New Research in Food and Tourism- 28-30 may 2010- Braşov-

Romania).

109.Păunescu C., Brătucu, Gh.: Climatic Factors Measurement in a Warehouse without Automatic

Control Systems, in Bulletin of the Transilvania University of Braşov, Vol. 4 (53), No 1 - 2011,

Series II, p 115-122, ISSN 2065-2135.

111.Păunescu C.G., Brătucu Gh.: Research Regarding the Temperature and Humidity Variation in

a Potatoes Warehouse without Automatic Control System, in The 4th International Conference

Computational Mechanics and Virtual Engineering, COMEC 2011, 20-22 OCTOBER 2011,

Brasov, Romania, vol. I, p 239-243.

113.Păunescu C.G.:Methodology And Equipments Used For Tracking Of Conditioning Factors In

A Potatoes Warehouse, in Inmateh Agricultural Engineering International Symposium, 28

october 2011, Bucharest, Romania, p. 157-162, ISSN 978-973-0-11614-4.

115.Păunescu, C.G.: Researches Regarding Temperature Evolution in Two Warehouses with

Different Control Systems of the Climatic Factors, in Journal of EcoAgriTourism, vol. 8/2012,

nr. 2(25), p. 95-100, ISSN: 1844-8577, Brasov.

116.Păunescu, C.G., Brătucu, Gh.: Is Potato Storing in Warehouses with Temperature Control Systems

Economical Efficient?, in Journal of EcoAgriTourism, vol. 8/2012, nr. 2(25), p. 101-105, ISSN: 1844-

8577, Brasov.

128.Pringle, B. , Bishop, C., Clayton, R.: Potatoes Postharvest, CABI Publishing House, 2009.

132.Rastovski, A., van Es, A., et.al.: Storage of potatoes, Centre for Agricultural Publishing and

Documentation, Wageningen, 1981.

134.Rumișiski, L.Z.: Prelucrarea matematică a datelor experimentale, Editura Tehnică, București, 1974.

145.Thierheimer, W., Zamfira, S., Ţane, N., Pădureanu, V.: About the filters for PC-Data Acquisition (DAQ)

Boards, Proceedings of the Union of Scientists, EE&AE 2004, International Scientific Conference,

Rousse, Bulgaria, pag. 295-298, ISSN 1311-9974, 2004.

153.Wang ,W., Vinocur, B., Shoseyov, O., Altman, A.: Role of plant heat-shock proteins and molecular

chaperones in the abiotic stress response, in Trends Plant Sci 9, p.244–252, 2004.

155.Whalley, R., Ebrahimi, M.: Optimum wind tunnel regulation, in Proceedings of the IMechE, Part G (4)

p. 241-252, 2001.

156.Whalley, R., Abdul-Ameer,A.: Heating, ventilation and air conditioning system modeling, in Building

and Environment , p.1-14,2010.

159.*** Possibilities offered by new mechanization systems to reduce agricultural production costs,

European Community Club of Advanced Engineering for Agriculture, 1992.

166.*** http://www.cometsystem.cz/

168.***http://www.electricfilm.eu

176.*** www.jshumidifiers.com

183.***www.storagecontrol.com

187.***http://yaymicro.com

http://www.cometsystem.cz/


http://www.storagecontrol.com/



77


Curriculum vitae

Informaţii personale

Nume / Prenume PĂUNESCU, George Cătălin

Adresă Str. Muzeul Fundeni, nr.24, Câmpulung-Muscel, România

Telefon 0726 281 308

E-mail [email protected]

Naţionalitate Română

Data naşterii 03.04.1985

Educaţie şi formare

Perioada 2009-prezent

Calificarea / diploma obţinută Doctorand

Numele instituţiei de

învăţământ


Perioada 2010-2012

Calificarea / diploma obţinută Master – programul: Securitate rutieră, transport și interacțiunea

cu mediul


învăţământ


Perioada

Calificarea / diploma obţinută

2004-2009

Inginer diplomat


învăţământ

Universitatea Politehnica Bucuresti, Facultatea de Automatică și

Calculatoare

Limba(i) străină(e)

cunoscută(e)

Engleză, Rusă, Germană

Competenţe şi aptitudini

tehnice

Software

Windows OS, CAELinux, Microsoft Office,Visual Studio 2005,

Java, MS-SQL, C, C++, Matlab, Simulink, LabVIEW, Scilab, Xcos,

MathCad, Assembler,HTML,XML,LATEX, Moodle, Joomla,

SolidWorks 2011, Dreamweaver.

Hardware

Asamblare si depanare hardware; Rețele de calculatoare(configurare/

administrare); Instalarea și comunicarea cu senzori și traductoare;

Controlul automat a elementelor de execuție; Configurarea

echipamentelor de achiziție a datelor (Familia AlMemo)

Informaţii suplimentare

Stagiu extern de cercetare desfășurat în Germania la

“Leibniz-Institut für Agrartechnik Potsdam-Bornim e.V.

(ATB)” coordonat de Prof. Dr. Ing. Klaus Gottschalk;

Prim autor sau coautor la 27 articole științifice publicate în

reviste de specialitate din România și străinătate;

Coautor la 3 manuale universitare;


78


Curriculum vitae

Personal information

Name PĂUNESCU, George Cătălin

Address Str. Muzeul Fundeni, nr.24, Câmpulung-Muscel, România

Telephone 0726 281 308

E-mail [email protected]

Nationality Romanian

Birth date 03.04.1985

Education and formation

Period 2009-present

Qualification Ph.D. Student

Education institution Transilvania University of Brasov

Period 2010-2012

Qualification Master degree – program: Road safety, transport and the

interaction with the environment

Education institution Transilvania University of Brasov

Period

Qualification

2004-2009

Diplomat engineer

Education institution University Politehnica of Bucharest, The Faculty of Automatic

Control and Computers

Foreign languages English, Russian, German.

Technical competences

Software

Windows OS, CAELinux, Microsoft Office,Visual Studio 2005,

Java, MS-SQL, C, C++, Matlab, Simulink, LabVIEW, Scilab, Xcos,

MathCad, Assembler,HTML,XML,LATEX, Moodle, Joomla,

SolidWorks 2011, Dreamweaver.

Hardware

Hardware maintaining; Computers networks(configuration/

administration); Installing and communication with sensors and

transducers; Automat control of execution elements; Data acquisition

equipments configuration ( AlMemo Family)

Supplementary information

External research stage in Germany at “Leibniz-Institut für

Agrartechnik Potsdam-Bornim e.V. (ATB)” coordinated

by Prof. Dr. Ing. Klaus Gottschalk;

First author or co-author at 27 scientifically papers

published in specialized magazines in Romania and

abroad;

Co-author at 3 University Manuals;


79


Lucrări elaborate de autor în domeniul tezei de doctorat

A. Manuale universitare

1. Brătucu, Gh., Bică, C., Marin, A.L., Păunescu, C.G.: Transportul intern, manipularea și

depozitarea produselor agroalimentare, Editura Universitășii Transilvania Brașov, 2010, ISBN

978-973-635-924-8.

B. Lucrări științifice

1. Păunescu, C.G., Brătucu, Gh.: Contribution to the Study of the Predictable Reliability for

Humidity Automatic Adjustment Systems in Warehouses for Fruits and Vegetables, in Journal of


International Conference New Research in Food and Tourism- 28-30 may 2010- Braşov-

Romania).

2. Păunescu, C.G.: Research Regarding the Perfecting of Adjustment, Control and Monitoring

Systems for Humidity in Warehouses for Vegetables and Fruits, in Journal of EcoAgriTourism,

Vol.6 (2010), nr. 3 (20), p. 93-98, ISSN 1844-8577( BIOATLAS 2010-International Conference

New Research in Food and Tourism- 28-30 may 2010- Braşov-Romania).

3. Brătucu, Gh., Păunescu, C.G.: Contribution to Perfecting Automatic Adjustment of

Temperature Vegetables and Fruits Warehouses, International Symposium „Trends in the

European Agriculture Development”, 20-21 may 2010, Timişoara, România, 7th

Session „Power

Resources and Agricultural Machinery”, Vol. 42 (1) 1-688(2010), p. 571-577, ISSN 2066-1843.

4. Paunescu C., Brătucu, Gh.: Research Regarding the Storage of Fruits and Vegetables in

Controlled Atmosphere, in Bulletin of the Transilvania University of Braşov, Vol. 3(52), 2010,

Series II, p 177-182, ISSN 2065-2135.

5. Paunescu C., Brătucu, Gh: Research Regarding Temperature Determination in Different Zones

of Warehouses for Fruits and Vegetables, in COMAT 2010 Bulletin Conference (International

Conference Research and Innovation in Engineering), 27-29 oct. 2010, vol III, p 188-191,

Braşov, Romania, (under FISITA aegis) ISSN: 1844-9336

6. Paunescu C.: Research Regarding the Temperature Automatic Control Simulation Using Fuzzy

Logic, in COMAT 2010 Bulletin Conference COMAT 2010 (International Conference Research

and Innovation in Engineering), 27-29 oct. 2010, vol III, p 192-196, Braşov, Romania, (under

FISITA aegis) ISSN: 1844-9336

7. Paunescu C., Brătucu, Gh.: Climatic Factors Measurement in a Warehouse without Automatic

Control Systems, in Bulletin of the Transilvania University of Braşov, Vol. 4 (53), No 1 - 2011,

Series II, p 115-122, ISSN 2065-2135.

8. Paunescu C., Brătucu, Gh.: Equipments Used for Humidity Control in Warehouses for Fruits

and Vegetables, in Proceedings of the Third International Conference, Volume 2, p.159-163,

Lozenec, Bulgaria, ISSN 1313-7735.

9. Păunescu C.G., Brătucu Gh.: Research Regarding the Temperature and Humidity Variation in

a Potatoes Warehouse without Automatic Control System, in The 4th International Conference

Computational Mechanics and Virtual Engineering, COMEC 2011, 20-22 OCTOBER 2011,

Brasov, Romania, vol. I, p 239-243.

10. Păunescu C.G.: Research Regarding The Humidity Automatic Control Simulation Using Fuzzy

Logic, in The 4th International Conference Computational Mechanics and Virtual Engineering,

COMEC 2011, 20-22 OCTOBER 2011, Brasov, Romania, vol. I, p 244-248.

11. Păunescu C.G.:Methodology And Equipments Used For Tracking Of Conditioning Factors In

A Potatoes Warehouse, in Inmateh Agricultural Engineering International Symposium, 28

october 2011, Bucharest, Romania, p. 157-162, ISSN 978-973-0-11614-4.


80


12. Păunescu, C.G., Brătucu, Gh.: Temperature Control Simulation in Warehouses for Agro

Alimentary Products, in Journal of EcoAgriTourism, vol. 7/2011, nr. 1 (22), p. 39-43, ISSN:

1844-8577, Brasov.

13. Păunescu, C.G.: Researches Regarding Temperature Evolution in Two Warehouses with

Different Control Systems of the Climatic Factors, in Journal of EcoAgriTourism, vol. 8/2012,

nr. 2(25), p. 95-100, ISSN: 1844-8577, Brasov.

14. Păunescu, C.G., Brătucu, Gh.: Is Potato Storing in Warehouses with Temperature Control

Systems Economical Efficient?, in Journal of EcoAgriTourism, vol. 8/2012, nr. 2(25), p. 101-

105, ISSN: 1844-8577, Brasov.

15. Păunescu, C.G., Brătucu, Gh.: Automatic Control of Climatic Factors in Warehouses. A

Simulation in Labview, in Proceeding of 5th International Mechanical Engineering Forum

2012 June 20th 2012 – June 22nd 2012, p. 237-245, Prague, Czech Republic, ISBN 978 – 80 –

213 – 2291 – 2

C. Lucrări prezentate în cadrul pregătirii la Şcoala Doctorală:

1. Păunescu, C.G.: Stadiul actual al cunoștințelor şi realizărilor în domeniul automatizării

echipamentelor din depozitele pentru produse agroalimentare, Referat de cercetare ştiinţifică

pentru doctorat,Universitatea Transilvania din Braşov, 2010.

2. Păunescu, C.G.: Cercetări teoretice privind perfecționarea echipamentelor de reglare automată

a factorilor climatici din depozitele pentru legume și fructe utilizând simularea pe calculator,

Referat de cercetare ştiinţifică pentru doctorat, Universitatea Transilvania din Braşov, 2012.

3. Păunescu, C.G.: Cercetări experimentale privind perfecționarea echipamentelor de reglare

automată a factorilor climatici din depozitele pentru legume și fructe utilizând simularea pe

calculator,Referat de cercetare ştiinţifică pentru doctorat, Universitatea Transilvania din Braşov,

2012.

Contribuții la perfecționarea proiectării sistemelor de reglare automată a

factorilor climatici în depozitele de legume și fructe

REZUMAT

Conducător ştiinţific, Doctorand,

Prof.univ.dr.ing. BRĂTUCU Gheorghe Ing. PĂUNESCU George Cătălin

Obiectivul principal al lucrării constă în perfecţionarea proiectării sistemelor de reglare

automată a factorilor climatici în depozitele pentru legume și fructe, pentru rezolvarea căruia s-a

efectuat mai întâi o sinteză asupra stadiului actual şi perspectivelor referitoare la construcţia de

depozite pentru legume și fructe și echiparea acestora cu sisteme de reglare a factorilor climatici.

Cercetările teoretice au constat în: modelarea matematică a sistemelor pentru reglarea automată a

factorilor climatici; stabilirea funcțiilor de transfer; simularea sistemului de reglare automată a

factorilor climatici prin utilizarea programelor Simulink și LabView; proiectarea design-ului a trei

celule de depozitare pentru legume și fructe cu diferite instalații de ventilare a aerului, prin

utilizarea software-ului SolidWorks 2011. Cercetările experimentale în exploatare au constat în

monitorizarea factorilor climatici în două depozite pentru cartofi ale INCDCSZ-Brașov, dintre care

unul echipat cu sistem de ventilare mecanică și celălalt cu sistem de reglare automată a temperaturii

și fluxului de aer, pe durata unui ciclu de depozitare (5 luni). O parte a cercetărilor experimentale s-

a desfășurat în cadrul laboratoarele Leibniz-Institut für Agrartechnik Potsdam-Bornim e.V. (ATB)

din Germania și a constat în proiectarea în SolidWorks și realizarea unui modul pentru reglarea

automată a temperaturii și vitezei fluxului de aer, utilizabil în sistemele de reglare a factorilor

climatici din depozitele de legume și fructe. În urma prelucrării statistice a rezultatelor cu

programul Data Plot elaborat de Institutul Național de Standarde și Tehnologii din SUA se constată

că cercetările experimentale validează modelele matematice și simulările teoretice.

Contributions to perfecting the design of automatic systems for climatic factors

adjustment in warehouses for vegetables and fruits

ABSTRACT

Scientific coordinator, Ph.D. Student,

Professor Ph.D. Eng. BRĂTUCU Gheorghe Eng. PĂUNESCU George Cătălin

The main objective of the paper consist in perfecting the design of automatic systems for

climatic factors adjustment in warehouses for vegetables and fruits, for its resolving was made

firstly a study over the actual stage and perspectives regarding the construction of warehouses for

vegetables and fruits and their endowment with adjustment systems of climatic factors. The

theoretical research consisted in: mathematical modeling of automatic systems for climatic factors

adjustment; establishing the transfer functions; the simulation of the automatic adjustment system

of climatic factors by using Simulink and LabView software; projecting the design of three storage

cells for vegetables and fruits with different installation for air ventilation, by using SolidWorks

software. The experimental research in exploitation consisted in monitoring the climatic factors in

two warehouses for potatoes of INCDCSZ-Brașov, one equipped with mechanical ventilation

system and the other one with automatic system for temperature and air flow adjustment, during a

storage cycle (5 months). A part of the experimental research were done at Leibniz-Institut für

Agrartechnik Potsdam-Bornim e.V. (ATB) laboratories, from Germany and consisted in projecting

in SolidWorks and making of a module for automatic adjustment of temperature and air flow speed,

usable in automatic adjustment systems of climatic factors in warehouses for vegetables and fruits.

After the statistical results calculation with DataPlot software made by The Nations Institute for

Standards and Technologies from USA results that the experimental research validates the

mathematical models and the theoretical simulations.

Paunescu

Documents

Transcript of Paunescu