Universitatea Transilvania din Brasovold.unitbv.ro/Portals/31/Sustineri de...

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: „Burse doctorale pentru dezvoltare durabila” BD-DD

Numărul de identificare al contractului: POSDRU/107/1.5/S/76945

Beneficiar: Universitatea Transilvania din Braşov

Universitatea Transilvania din Brasov

Scoala Doctorala Interdisciplinara

Departament: Ingineria şi Managementul Alimentaţiei şi

Turismului

Ing. Horia G. Gheorghe SCHIAU

Cercetări privind optimizarea energetică a

lucrărilor în sistemele intensive de creștere a

ciupercilor

Research regarding optimization of processes

energy in intensive mushroom farming systems.

Conducător ştiinţific

Prof.univ.dr.ing. Florean RUS

BRASOV, 2014

2

MINISTERUL EDUCAŢIEI NAŢIONALE

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. 5978 din 26.07.2013

PREŞEDINTE:

CONDUCĂTOR ȘTIINȚIFIC:

REFERENȚI:

-Prof.univ.dr.ing. Carol CSATLOS,

DECAN – Facultatea de Alimentație și Turism

Universitatea „Transilvania” din Braşov

-Prof.univ.dr.ing. Florean RUS


-Prof.univ.dr.ing. Gheorghe VOICU

Universitatea „Politehnica” din Bucureşti

-Cerc.şt.pr.I dr.ing. Ion PIRNĂ

Institutul Naţional de Cercetare-Dezvoltare pentru

Maşini şi Instalaţii destinate Agriculturii şi Industriei

Alimentare Bucureşti

-Prof.univ.dr. Simion POPESCU


Data, ora şi locul susţinerii publice a tezei de doctorat: 14.03.2014, ora

11:00, sala RP6

Eventualele aprecieri sau observaţii asupra conţinutului lucrării vă rugăm să

le transmiteţi în timp util, pe adresa .................

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

doctorat.

Vă mulţumim.

3

CUPRINS (lb. Română)

1. ASPECTE GENERALE PRIVIND CULTIVAREA CIUPERCILOR...............................................

1.1. Scurt istoric........................................................................................................... ...................................

1.2. Rolul şi importanţa cultivării ciupercilor................................................................................................

1.3. Specii de ciuperci cultivate în România..................................................................... .............................

1.4. Sisteme de cultură intensivă a ciupercilor...............................................................................................

1.5. Caracteristicile aerului atmosferic.............................................................................. ............................

1.6. Concluzii..................................................................................................................... .............................

2. STADIUL ACTUAL AL REALIZĂRILOR ÎN DOMENIUL TEHNOLOGIILOR ŞI A

ECHIPAMENTELOR TEHNICE ŞI A CERCETĂRILOR PRIVIND SISTEMELE DE

CLIMATIZARE UTILIZATE ÎN SISTEMELE PENTRU CULTURA INTENSIVĂ A

CIUPERCILOR................................................................................................................................... .........

2.1. Compostul, caracteristici fizico-mecanice şi chimice.............................................................................

2.2. Condiţii impuse mediului din spaţiile de creştere intensivă a ciupercilor...............................................

2.3. Echipamente tehnice specifice sistemelor de creştere intensivă a ciupercilor........................................

2.4. Stadiul actual şi tendinţe în construcţia adăposturilor, echipamen-telor şi utilajelor în sistemele de

cultivare intensivă a ciupercilor.....................................................................................................................

2.5. Stadiul actual al cercetărilor privind circulaţia fluxurilor de aer în interiorul

spaţiilor de cultivare a ciupercilor..................................................................................................................

2.6. Concluzii....................................................................................... ...........................................................

3. NECESITATEA ŞI OBIECTIVELE LUCRĂRII................................................................................

3.1. Necesitatea lucrării ...................................................................... ...........................................................

3.2. Consumul de energie al echipamentelor tehnice utilizate în sistemele de creştere

intensivă a ciupercilor ........................................................................ ...........................................................

3.3. Necesitatea optimizării energetice a lucrărilor în sistemele intensive de cultivare

a ciupercilor......................................................................................... ...........................................................

3.4. Obiectivele lucrării....................................................................................... ...........................................

3.5. Metodica generală de cercetare în lucrare...............................................................................................

4. CONTRIBUŢII TEORETICE LA OPTIMIZAREA ENERGETICĂ A ECHIPAMENTELOR

PENTRU CLIMATIZARE ÎN SISTEMELE INTENSIVE DE CULTIVARE A CIUPERCILOR....

4.1. Generalităţi..............................................................................................................................................

4.2. Aspecte privind dinamica fluidelor.........................................................................................................

4.3. Dezvoltarea modelului CFD....................................................................................................................

4.4. Configurarea modelului de simulare....................................................... ................................................

4.5. Rezultatele cercetării teoretice................................................................. ................................................

4.6. Concluzii privind cercetările teoretice referitoare la optimizarea instalațiilor de ventilație din

sistemele intensive de creștere a ciupercilor...................................................................................................

5. CERCETAREA EXPERIMENTALĂ ASUPRA INSTALAȚIEI DE VENTILAȚIE ȘI

PROCESARE A AERULUI........................................................................................................................

5.1. Obiectivele generale ale cercetărilor experimentale................................................................................

5.2. Obiectele cercetării experimentale..........................................................................................................

5.3. Metodica cercetării experimentale........................................................... ...............................................

5.4. Cercetări experimentale privind determinarea parametrilor funcţionali ai instalatiei de procesare a

aerului.......................................................................................... ...................................................................

5.5. Desfășurarea cercetărilor experimentale.................................................................................................

5.6. Interpretarea rezultatelor obtinute in urma cercetărilor în exploatare.....................................................

6. CONCLUZII FINALE. CONTRIBUȚII ORIGINALE. DISEMINAREA REZULTATELOR.

DIRECȚII VIITOARE DE CERCETARE................................................................................................

6.1. Concluzii generale...................................................................................................................................

6.2. Concluzii privind cercetările teoretice și experimentale.........................................................................

6.3. Contribuții personale............................................................................... ................................................

6.4. Direcții viitoare de cercetare....................................................................................................................

BIBLIOGRAFIE:.........................................................................................................................................

.

Pg.

teză

15

15

21

23

44

54

60

63

63

70

77

86

116

131

133

133

134

137

138

139

141

141

144

147

177

184

187

187

188

191

192

206

210

235

235

239

240

241

243

245

Pg.

rezumat

7

7

8

9

10

12

13

13

14

14

17

18

25

25

28

28

28

29

30

30

32

32

32

35

41

44

48

48

49

49

50

53

54

59

59

59

60

61

62

63

4

CONTENTS

1. GENERAL ASPECTS OF MUSHROOM CULTIVATION ..............................................

1.1. Brief History............................................................................................................................

1.2. The role and the importance of growing mushrooms..............................................................

1.3. Species of mushrooms grown in Romania..............................................................................

1.4. Intensive farming systems of growing mushrooms.................................................................

1.5. Characteristics of atmospheric air...........................................................................................

1.6. Conclusion...............................................................................................................................

2. CURRENT STATUS OF ACHIEVEMENTS IN TECHNOLOGY AND RESEARCH IN AIR

CONDITIONING SYSTEMS USED IN INTENSIVE MUSHROOMS GROWING

PLANT.....................................................................................................................

2.1. Compost, physico-mechanical and chemical properties.........................................................

2.2. Environmental conditions required in intensive growing systems areas................................

2.3. Specific technical equipment of intensive growth systems of mushrooms.............................

2.4. Current status and trends in housing construction, equipment and machinery for intensive

cultivation systems of mushrooms.................................................................................................

2.5. Current status of research of air flows movement inside the premises cultivation of

mushrooms......................................................................................................................................

2.6. Conclusions. ...........................................................................................................................

3. NECESSITY AND OBJECTIVES OF PH.D THESIS.........................................................

3.1. Ph.D. Tesis necessity...............................................................................................................

3.2. The energy consumption of machinery used in intensive farming systems of mushrooms...

3.3. Necessity energy optimization in intensive farming systems of mushrooms cultivation.......

3.4. Ph.D. Tesis objectives.............................................................................................................

3.5. Ph.D. Tesis general resarch methodic.....................................................................................

4. THEORETICAL ENERGY OPTIMIZATION FOR AIR CONDITIONING EQUIPMENT IN

INTENSIVE SYSTEMS OF MUSHROOMS CULTIVATION..............

4.1. General aspect.........................................................................................................................

4.2. Aspects of fluid dynamics.......................................................................................................

4.3. CFD model development.........................................................................................................

4.4. The configuration of simulation model...................................................................................

4.5. Theoretical research results.....................................................................................................

4.6. Conclusions on the theoretical research on the optimization of ventilation in intensive systems for

growing of mushrooms................................................................................................

5. EXPERIMENTAL RESEARCH REGARDING AIR CONDITIONING EQUIPMENT IN

INTENSIVE SYSTEMS OF MUSHROOMS CULTIVATION.........................................

5.1. General experimental research objectives................................................................................

5.2. Experimental research objectives........................................................................................ .....

5.3. Experimental research methods.......................................................................... ......................

5.4. Experimental research on determination of functional parameters of air processing

equipment.................................................................................................................... ....................

5.5. Experimental research progress.......................................................................................... ......

5.6. Processing, analysis and interpretation of experimental research results................................

6. GENERAL CONCLUSION, PERSONAL CONTRAPOSITIONS AND FUTURE

RESEARCH..................................................................................................................... ..............

6.1. General conclusion...................................................................................................................

6.2. Theoretical and experimental resarch conclusions..................................................................

6.3. Personal contributions..............................................................................................................

6.4. Furure research......................................................................................................... ................

REFERENCES...............................................................................................................................

Pg.

thesis

15

15

21

23

44

54

60

63

63

70

77

86

116

131

133

133

134

137

138

139

141

141

144

147

177

184

187

187

187

188

191

192

206

210

235

235

239

240

241

243

Pg.

summary

7

7

8

9

10

12

13

13

14

14

17

18

25

25

28

28

28

29

30

30

32

32

32

35

41

44

48

48

49

49

50

53

54

59

59

59

60

61

62

63

PREFAȚA

5

PREFAȚĂ

Ciupercile reprezintă o sursă de hrană la care oamenii au recurs din cele mai vechi

timpuri, acestea fiind consumate în numeroase zone ale mapamondului. Numărul exact al

speciilor de ciuperci este, în continuare, un motiv de dispută al cercetătorilor, cu toate că sunt

cunoscute aproximativ 200.000 de specii de ciuperci, din care sunt descrise numai circa 72.000

de specii, doar 3.000 din acestea fiind comestibile. Ciupercile sunt bogate în vitamine, minerale,

fibre, antioxidanţi şi apă (conţinut de80- 90%). Au puţin sodiu şi grăsimi şi colesterol zero, fiind

considerate drept cel mai indicat aliment care poate substitui carnea.

La început, ciupercile au fost recoltate din flora spontană și consumate datorită gustului și

aromei specifice. Mai târziu, empiric s-a trecut și la introducerea unor specii în cultură, ceea ce a

creat premizele dezvoltării unei adevărate industrii.

Activitatea de cultivare şi creştere a ciupercilor trebuie analizată şi tratată ca o mică

„industrie". Astfel este necesar să existe un flux tehnologic adecvat în cultura ciupercilor,

specific în ciupercării moderne intensive, care să asigure un maxim de randament, prin reducerea

costurilor de exploatare, obţinerea unor producţii de ciuperci de calitate şi crearea unui sistem

integrat în comercializarea ciupercilor.

Echipamentele şi utilajele necesare pentru executarea mecanizată a operaţiilor specifice

culturii intensive a ciupercilor sunt configurate în raport cu dimensiunile spaţiului de cultură

pentru ciuperci, de materii prime utilizate şi cantităţile de compost prelucrate.

Din cercetările efectuate de diverși autori se constată că consumatorul energetic principal,

în funcţionarea unei unităţi de creştere intensivă a ciupercilor, este sistemul de procesare al

aerului, direct influenţat de condiţiile meteorologice, şi reprezintă 72-78% din consumul

energetic al unei unităţi de producţie.

Din aceste motive cercetarea proceselor de ventilare și condiționare a aerului în unitățile

de producție intensivă a ciupercilor a devenit o necesitate și o preocupare de mare actualitate,

reducerea consumurilor energetice și implicit a cheltuielilor transformânduse in avantaje firești

pe piața concurențială dominată in prezent în Europa de competitorii poloneji si maghiari.

În acest context se înscrie și tema prezentei lucrări de doctorat, în care se realizează un

studiu riguros atăt al dezvoltării sistemelor de creștere intensivă a ciupercilor, cât și a

tehnologiilor aferente fiecărei specii, a echipamentelor utilizate, cât și al consumurilor energetice

din timpul etapelor de cultură și în mod special al consumurilor energetice aferente instalșiilor de

ventilare și condiționare a aerului.

Lucrarea de doctorat este structurată pe 6 capitole, în ultimul sistematizându-se

concluziile referitoare la necesitatea, utilitatea și rezultatele obținute , contribuțiile autorului și

direcțiile viitoare de cercetare propuse. De asemenea, lucrarea mai conține în rezumat în limbile

română și engleză, CV-urile autorului și lista lucrărilor științifice publicate pe tema lucrării de

doctorat.

În primele două capitole se prezintă rolul și impotanța ciupercilor, proprietățile celor mai

importante specii cultivate, prcum și tehnologiile necesare cultivării acestora. Sunt prezentate

sistemele de cultură, echipamentele, tipurile constructive și dotările unităților de creștere a

ciupercilor.

În cel de al treilea capitol, intitulat „Necesitatea și obiectivele lucrării de doctorat”, se

evidențiază faptul că elborarea unui studiu riguros al tehnologiilor și proceselor tehnologice din

sistemele de creștere intensivă a ciupercilor se impune datorită consumurilor energetice ridicate

pe unitatea de produs, ceea ce a făcut ca reducerea acestui consum să devină în ultimul timp o

prioritate pentru multe studii teoretice cu rezultate pozitive în aplicațiile noi în untățile de

creștere intensivș a ciupercilor. Se precizează că obiectivul principal al lucrării de doctorat il

reprezintă „monitorizarea microclimatului necesar creșterii intensive a ciupercilor și

6

optimizarea energetică a procesului de condiționare a aerului”, pentru care doctorandul

consideră că este necesară parcurgerea și rezolvarea mai multor obiective complementare. Se

remarcă că cercetările teoretice sunt completate cu cercetări experimentale, evidențiindu-se

soluții pentru optimizarea proceselor, prin compararea rezultatelor teoretice cu cele

experimentale.

Capitolul 4, denumit: „Contribuţii teoretice la optimizarea energetică a echipamentelor

pentru climatizare în sistemele intensive de cultivare a ciupercilor” prezintă bazele teortice a

proceselor de ventilare și condițioare a aerului din unitățile de creștere a ciupercilor, precum si

modelarea matematică, cu ajutorul elementelor finite, al fenomenologiei specifice acestor

procese.

Capitolul 5, intitulat: „Cercetarea experimentală asupra instalației de ventilație și

procesare a aerului” prezintă obiectivul principal și obiectivele complementare ale cercetărilor

experimentale, metodica de cercetare prin care doctorandul analizeză și urmărește influența

pearametrilor constructivi și funcționali ai instalațiilor de procesare a aerului. De asemenea

urmărește și face o analiză a consumului energetic al celor mai imortanți consumatori enetgetici.

Rezultatele obținute sunt prelucrate sub formă de grafice și tabele, pentru a pune în evidență

parametrii ce influțează procesele de condiționare a microclimatului din sistemele de creștere

intensivă a ciupercilor.

În ultimul capitol, nr 6: „Concluzii finale. contribuții originale. Diseminarea rezultatelor.

Directii viitoare de cercetare” se abordează aspectele precizate in titlu. Ansamblul acestor

concluzii evidențiază importanța și actualitatea temei lucrării de doctorat, valoarea teoretică și

practică a cercetărilor și rezultatelor la care s-a ajuns, precum și posibilitățile de continuare a

acestor lucrări.

***

Prezenta lucrare de doctorat a fost realizată sub îndrumarea stiințifică a domnului prof.

Univ. Dr. Ing. Florean RUS, căruia îi adresez cele mai sincere mulțumiri pentru sprijinul

acordat, încrederea și înalta competență cu care m-a îndrumat la elaborarea acestei teze de

doctorat.

Adresez de asemenea cele mai calde mulțumiri tuturor cadrelor didactice și colegilor din

cadrul Facultății de Alimentație și Turism a Universității „Transilvania” din Brașov, pentru

asigurarea cadrului organizatoric de desfășurare a activității de doctorat.

Mulțumesc de asemenea distinșilor membrii ai comisiei de doctorat prof. Univ. Dr. Ing.

Carol CSATLOS, prof. Univ. Dr. Ing. Gheorge VOICU, prof. Univ. Dr. Ing. Simion POPESCU,

cerc.șt. pr.I. dr.ing Ion PIRNĂ, pentru onoarea de a face parte din comisia de doctorat.

Multumesc de asemenea reprezentanților firmelor Kadna-Bionatura , d-nul. Kovacs

Ștefan și ATES Agro Technic Electronic Systems, d-nul ing.Cornel Crăciun, pentru suportul

acodat în perioada cercetărilor experimentale.

Nu în ultimul rând mulțumesc familiei, prietenilor și colegilor pentru înțelegerea de care

au dat dovadă pe tot parcursul elaborării acetei teze de doctorat.

Brașov, martie 2014 Horia Gheorghe SCHIAU

7

1. ASPECTE GENERALE PRIVIND CULTIVAREA CIUPERCILOR

1.1. Scurt istoric

Lumea ciupercilor este foarte diversificată, cuprinzând peste 200.000 de specii. Pe plan

mondial sunt descrise numai circa 72.000 de specii, iar pe plan național sunt menţionate peste

8.500. Dintre acestea, sunt comestibile aproximativ 700 de specii incluzând și ciupercile

medicinale.

Ciupercile au fost folosite din cele mai vechi timpuri atât în alimentaţia omului, cât și în

scopuri terapeutice, și datorită efectelor halucinogene în practicarea diferitelor ritualuri

religioase.

Utilizarea ciupercilor este evidențiată de numeroase relicve istorice începând cu picturi

rupestre, obiecte de cult, statuete și basoreliefuri, precum și înscrisuri.

Existenţa ciupercilor este evidenţiată atât în Egiptul antic, în urmă cu peste 4600 ani.In

Mesopotamia antică, numeroase obiecte de cult (fig.1.3.-1.5.) certifică utilizarea ciupercilor in

diferite ritualuri șamanice înainte de anii 3.000 Î.Ch.

În America de nord și America centrală, aceleași ritualuri șamanice au lăsat dovezi

incontestabile ale consumului de ciuperci. Din păcate o mare parte a relicvelor civilizațiilor

antice au fost distruse de misionarii catolici în secolul XIX.

S. Tokarev, în lucrarea “Religia în istoria popoarelor lumii”, arată că locuitorii Americii

de Nord foloseau încă din negura vremurilor, la ceremoniile lor mistico-religioase, băuturi

obţinute din plante cu însuşiri halucinogene, ce deformau în mod net perceperea realităţii, dând

naştere la vedenii, care ulterior deveneau ele însele un obiect de veneraţie pentru cei cărora le

apăruseră.

Mai aproape de zilele noastre, chinezii sunt deţinătorii celor mai multe cunoştinţe despre

ciuperci, încă din anul 535 Î.Ch. Chinezi antici au folosit pentru prima oara ciuperca Zhi în

timpul perioadei de statele beligerante (475-221 Î.Ch.) și Ganoderma (fig.1.8.) în timpul dinastiei

Han (206 Î.Ch.-220 D.Ch).

Dioscoride , medic și botanist grec , originar din Asia Mică, tratează în lucrarea sa

“Despre mijloacele de vindecare” și subiectul privind medicamentele de origine vegetală

obținute din ciuperci. Diferite dovezi materiale (scrieri, basoreliefuri) şi obiecte de cult denotă

utilizarea ciupercilor in scopuri terapeutice si ritualice (cultul lui Dionisos).

Însemnări despre consumul ciupercilor comestibile, apreciate de vechii romani, din cele

mai vechi timpuri s-au păstrat până în zilele noastre. Referiri la acest aspect pot fi întâlnite și în

operele unor renumiți oameni de știință ai antichității. Astfel, Pliniu cel Bătrân, istoric și literat

roman, în lucrarea sa “Istoria naturala” scrie și despre ciupercile “bune de mâncat”. Patricienii le

apreciau atât de mult, încât le dedicaseră o sărbătoare numită Robigalia iar poetul Suetonius le

preaslăvea calităţile culinare în poeziile sale.

În creştinism apar numeroase dovezi referitoare la ciuperci, atât în scrieri sacre, picturi,

fresce, draperii şi vitralii.

Cu privire la tehnologia acestei culturi în epoca modernă, reiese că s-a aplicat timp de

peste 160 de ani cultura clasică, dezvoltată pe straturi şi executată numai cu miceliu provenit din

flora spontană şi numai la începutul secolului al XX-lea s-a trecut la organizarea culturii

ciupercilor în spaţii special amenajate, existând după Delmas J. (1976), în aceasta direcţie, trei

perioade principale: prima perioadă a cărei durată este estimată la cca. 160 de ani (1650-1810), a

doua perioadă cu o durată estimată de 85 de ani (1825-1910) si ultima perioadă de la 1913 şi

pană în prezent.

8

În anii care urmează cultura ciupercilor a cunoscut o dezvoltare explozivă. În Europa, în

anul 1934 se realizează în staţia de cercetare Naaldwijk – Olanda primul studiu ştiinţific asupra

culturii ciupercilor. În anul 1946 ia fiinţă primul laborator specializat pentru cultura de ciuperci

în Houthem St.Gerlach (South Limburg), sub îndrumarea marilor pionieri în dezvoltarea

cultivării ciupercilor, Bels, M Sc. şi soţia sa , Dr. Bels – Koning. În 1950 sunt dezvoltate primele

pepiniere moderne de cultură a ciupercilor în spaţii speciale, supraterane, prevăzute cu mai multe

spaţii de cultivare, rafturile pentru cultură fiind realizate din beton. Anul 1975 este marcat de

implementarea cultivării ciupercilor pe rafturi complet metalice, cu utilizarea sistemelor de

mecanizare pentru introducerea şi scoaterea compostului utilizat în cultura ciupercilor.

1.2. Rolul şi importanţa cultivării ciupercilor

La început, ciupercile au fost recoltate din flora spontană și consumate datorită gustului și

aromei specifice. Mai târziu, empiric s-a trecut și la introducerea unor specii în cultură, ceea ce a

creat premizele dezvoltării unei adevărate industrii.

Fig.1.16 . Repartiția globală a principalilor producători de ciuperci

La nivelul anului 2000, producția mondială de ciuperci cultivate era de circa 5.854.000 t,

China situându-se pe primul loc, urmată de Italia şi S.U.A.. În anul 2001, venitul rezultat din

comerțul mondial cu ciuperci depășea 11,5 miliarde dolari. Dintre speciile cultivate, primul loc îl

ocupa Agaricus Bisporus (champinion), urmată de Pleurotus sp. (bureți) și de Auricularia sp. și

Lentinus sp. În anul 2011 s-a raportat o creştere semnificativă a producţiei de ciuperci, cu

aproximativ 40%, conform rapoartelor FAO. În figura 1.16 este prezentată repartiţia

principalelor ţări producătoare de ciuperci la nivel mondial, iar în tabelul 1 cantităţile produse la

nivelul anului 2011.

Importanţa ciupercilor este datorată compoziţiei lor chimice. Ciupercile conțin apă (între

82 și 92%), substanțe proteice, hidrați de carbon, lipide, vitamine și săruri minerale.

Proteinele din ciuperci sunt comparabile cu cele din carne și au un rol foarte important în

organism, în ceea ce privește creșterea și refacerea țesuturilor (rol plastic). În structura

proteinelor din ciuperci sunt prezenți 10 aminoacizi esențiali care se găsesc, de obicei, în

albumina oului, cazeina laptelui și gliadina din grâu.

Hidrații de carbon (manita, glucoza, trehaloza, glicogenul şi celuloza) apar în proporție de

6% în ciupercile uscate și de 0,9-1% în cele proaspete.

9

Lipidele (grăsimile) din ciupercile proaspete (0,5%) sunt utilizate de organism ca sursă de

energie. Un gram de lipide produce 9 calorii. Lipidele din organism transportă vitaminele A, D,

B și le asigură absorbția prin tubul digestiv. Lipidele se găsesc în ciuperci numai sub formă

combinată (agaricine, lecitine, ergosterine, fosfatide).

Glucidele din ciuperci (2,5%) sunt formate din glicogen, asemănător cu cel din carnea

animală, ciuperca fiind singura plantă din întreg regnul vegetal care conține glicogen (de unde a

căpătat denumirea de “carne vegetală”).

Vitaminele au un rol complex în organism: contribuie la creștere și dezvoltare, măresc

rezistența acestuia, fortifică sistemul nervos etc. Ciupercile sunt singurele din regnul vegetal care

conțin vitamine din complexul B (tiamina, biotina, acidul nicotinic, acidul pantotenic), vitamina

D (specifică pentru carnea de pește), vitaminele A1, C, K şi PP.

Substanțele minerale numite și catalizatorii vieții sunt absolut indispensabile pentru buna

funcționare a organismului. Substanțele minerale din ciuperci (0,5% - 1,5%), determinate în

cenușă sunt: K (potasiu) – 44 - 41%; P (fosfor) - 13,5 - 25%; SI (siliciu) - 8%. După conținutul în

fosfor, ciupercile sunt comparate cu carnea de pește. Magneziul, sodiul, clorul și calciul sunt mai

puțin reprezentate în ciuperci, ceea ce le încadrează printre alimentele puțin sărate. Ele fac parte

din compoziția celulelor și a sângelui.

1.3. Specii de ciuperci cultivate în România

1.3.1. Generalităţi privind cultura ciupercilor

Deși se consideră că ciupercile pot să crească în aproape orice mediu mai întunecos,

creşterea ciupercilor pentru comercializare necesită tehnologii specifice, în spații special

amenajate, dotate cu echipamente performante de climatizare și procesare a aerului. Ciupercăriile

pot fi considerate drept reciclatoare ale deșeurilor diferitelor sectoare de producţie specifice

agriculturii, folosind pe post de “hrană”: fân, frunze uscate, bălegar, găinaț, etc.

Fiind la granița regnului vegetal, ciupercile nu au capacitatea de a utiliza lumina soarelui

precum plantele verzi, care se bucură de prezenta clorofilei. Ciupercile extrag carbohidraţii şi

proteinele dintr-un mediu bogat în materie organică de natură vegetativă, care de obicei este în

stare de putrefacție.

În lucrare sunt prezentate pe larg, principalele tulpini cultivate pe plan național și

internațional:

Agaricus Bisporus - Ciuperca albă - Tulpina: M 7205

Agaricus bisporus - Ciuperca albă - Tulpina: M 7206



Agaricus bisporus var. hortensis- Portobello -Tulpina: M 7243

Pleurotus ostreatus var. florida - Florida Oyster Mushroom - Tulpina: M 2125

Pleurotus ostreatus var. columbinus - Blue Oyster Mushroom - Tulpina: M 2136

Pleurotus ostreatus var. columbinus - Blue Oyster Mushroom - Tulpina: M 2138

Pleurotus ostreatus - Winter Oyster Mushroom - Ciuperca de iarnă - Tulpina: M 2175

Pleurotus ostreatus - Winter Oyster Mushroom - Tulpina: M 2181

Pleurotus ostreatus - Winter Oyster Mushroom - Tulpina: M 2191

Pleurotus pulmonarius - Summer Oyster Mushroom - Tulpina: M 2204

Pleurotus cornucopiae - Yellow Oyster Mushroom-Tulpina: M 2502

Pleurotus eryngii - King Oyster Mushroom-Tulpina: M 2600

Pleurotus eryngii, var. ferulae - White Elf Mushroom, Pleurotus ferulae - Tulpina: M

2650

Pleurotus nebrodensis - Pleurotus nebrodensis -Tulpina: M 2670

10

Pleurotus salmoneo-stramineus - Pink Oyster Mushroom - Tulpina: M 2708

Lentinula edodes - Shiitake - Tulpina: M 3102

Lentinula edodes - Shiitake - Tulpina: M 3710

Lentinula edodes – Shiitake - Tulpina: M 3770



Agrocybe aegerita - Ghebe - Black Poplar Mushroom - Tulpina: M 4100

Pholiota nameko - Nameko Mushroom -Tulpina: M 4190

Flammulina velutipes-denumită

Hypsizygus tessulatus-Scoica ulmului - Buna-Shimeji -Tulpina: M 4780

Hypsizygus tessulatus-Scoica ulmului - Buna-Shimeji -Tulpina: M 4786

Stropharia rugosa annullata

Hericium erinaceus Cap de maimuță - Monkey Head-Tulpina: M 9514

Auricularia uricular judae Urechea lui Juda - Juda's Ear Tulpina: M 9610

Ganoderma lucidum Reishi Tulpina: M 9720

Grifola frondosa Ciuperca dansatoare- Hen-of-the-Woods, Maitake Tulpina: M 9827

1.4. Sisteme de cultură intensivă a ciupercilor

Funcție de tipul de ciuperci alese pentru cultură, se aplică tehnologia specifică de

cultivare. Ținând cont de necesitățile fiecărei specii de ciuperci, pentru cultivarea acestora în

sistem industrial, s-au dezvoltat tehnologii specifice, care țin cont în primul rând de microclimat.

1.4.1. Clasificarea sistemelor de cultură intensivă a ciupercilor

Pentru realizarea unui randament cât mai mare, în cultura ciupercilor a început să se

diferențieze în mai multe sisteme de cultură. Sunt utilizate trei sisteme de cultură:

- sistemul clasic;

- sistemul semiintensiv;

- sistemul intensiv.

Sistemul intensiv asigură o producție sporită, randament economic ridicat, amortizare

rapidă a cheltuielilor. Acestea sunt destul de mari deoarece pe lângă construcția propriu-zisă,

trebuie realizate condiții speciale de microclimat pentru creșterea miceliului și dezvoltarea

ciupercilor (încălzire - răcire) cu ajutorul ventilației, aerisire, menținerea umidității etc.

Sistemul semiintensiv este o variantă de mijloc între cele două sisteme .

1.4.2. Amenajarea spațiilor protejate utilizate în cultura ciupercilor

Începutul cultivării ciupercilor este concretizat de utilizarea unor spații cu altă destinație

inițială. La adaptarea acestor spații pentru cultura dirijată a ciupercilor s-a ținut cont în primul

rând de realizarea factorilor de mediu. În localurile naturale, galerii de mină, tuneluri, forturi,

cariere de piatră, s-au adaptat o serie de sisteme de ventilare începând cu tuburi de ventilație cu

tiraj natural până la sisteme mecanice cu acționare electrică, care realizau ventilație forțată. În

aceste spații se poate executa cultivarea ciupercilor fie clasică, fie semi-intensivă.

Localurile adaptate, pivnițe, grajduri vechi, bordeie, solarii, reprezintă spații cu destinație

inițială diferită, în care cu investiții minime se pot realiza prin tehnologia clasică 2-3 cicluri pe

an.

Construcțiile special amenajate pentru ciupercării pot fi:

- tip tunel - tunel cultură ciuperci - având structura metalică acoperită cu folie PVC izolată

termic;

- camere de cultură din panouri sandwich;

- camere de cultură din cărămidă, BCA, bine izolate termic.

11

1.4.3. Echipamente şi utilaje specifice spaţiilor de cultură în sistem intensiv a

ciupercilor

Mecanizarea lucrărilor specifice a cultivării ciupercilor pe rafturi se poate aplica atunci

când suprafaţa de cultivare este suficient de mare, pentru a permite amortizarea investiţiei în

acest gen de maşini. Pentru folosirea acestor maşini este nevoie de rafturi specifice cultivării

ciupercilor în sistem intensiv.

Maşinile folosite pentru mecanizarea pe rafturi aparţin următoarelor categorii:

- platforma lift cu acţionare hidraulică echipată cu troliu pentru tractarea cablului;

- maşina de scarificat şi nivelat;

- maşina de spălat plasele suport pentru compost (nets);

- maşina pentru recoltarea mecanizată a ciupercilor de pe stratul de cultură.

1.4.4. Tehnologii de cultivare a ciupercilor în sistem intensiv

Activitatea de cultivare şi creştere a ciupercilor trebuie analizată şi tratată ca o mică

„industrie". Astfel este necesar să existe un flux tehnologic adecvat în cultura ciupercilor,

specific în ciupercării moderne intensive, care să asigure un maxim de randament, prin reducerea

costurilor de exploatare, obţinerea unor producţii de ciuperci de calitate şi crearea unui sistem

integrat în comercializarea ciupercilor.

Echipamentele şi utilajele necesare pentru executarea mecanizată a operaţiilor specifice

culturii intensive a ciupercilor sunt configurate în raport cu dimensiunile spaţiului de cultură

pentru ciuperci, de materii prime utilizate şi cantităţile de compost prelucrate.

Producerea compostului. Una din principalele probleme ale culturii ciupercilor este

pregătirea substratului nutritiv, respectiv a mediului de cultură. Ciupercile Agaricus sunt direct

influenţate de condiţiile de microclimat: temperatura aerului şi a compostului, umiditatea aerului

şi compostului şi concentraţia bioxidului de carbon în aerul din spaţiul de cultură (exprimat în

părţi per milion – ppm.).

Producerea miceliului. Miceliul de ciuperci este un preparat biologic ce se obţine în

condiţii sterile de laborator, şi care, plasat într-un microclimat optim, poate reproduce ciuperca

din care a provenit: specia, tulpina sau hibridul respectiv. In figura 1.24. sunt prezentate etapele

de producere a miceliului şi modalităţi de inoculare a diferitelor medii de cultură.

Spaţiile de cultură trebuie să asigure condiţiile ideale pentru dezvoltarea ciupercilor.

După asigurarea spaţiului de cultură cu echipamente specifice, înainte de a se începe un ciclu de

producţie, se vor efectua obligatoriu lucrări de igienizare a poliţelor rafturilor şi a

echipamentelor, care constau în curăţirea de resturi vegetale, deratizare, spălarea cu apă curată şi

dezinfectarea .

Principalele lucrări de îngrijire în cazul culturii de ciuperci Agaricus Bisporus constau în:

- acoperirea straturilor însămânţate;

- asigurare umidităţii aerului şi materialului biologic;

- asigurarea microclimatului (temperatura aerului, temperatura compostului, concentraţia

de dioxid de carbon) conform graficelor specifice tehnologiei culturii (fig.2.19).

În cazul în care s-au asigurat condiţii optime de temperatură şi umiditate, recoltarea

ciupercilor începe după 18-20 zile de la acoperirea straturilor cu amestec de pământ sau după 30-

32 zile de la însămânţare.

Perioada de recoltare durează 45-90 zile în funcţie de temperatura ce se asigură în spaţiul

de cultură (perioada este mai lungă la temperaturi scăzute, 12-14C).

Ciupercile apar în mai multe valuri de recoltare (3-8), primele (2-3) realizând producţii

mai mari. La fiecare val se recoltează prin 2-3 treceri, la intervale de 2-3 zile (fig. 1.7).

Momentul optim de recoltare este când pălăria ciupercii este închisă, cu velumul suficient

de întins şi când au mărimea caracteristică scopului comercial.

12

1.5. Caracteristicile aerului atmosferic

Din punct de vedere fizic, aerul atmosferic este constituit dintr-un amestec de gaze, care

poate avea în suspensie particule solide şi lichide sau gaze suplimentare, de origine naturală sau

antropică. Particulele solide sau lichide aflate în suspensie şi gazele suplimentare din aerul

atmosferic constituie aerosolul atmosferic.

Aerul atmosferic pur, adică amestecul de gaze fără aerosolul atmosferic, este cunoscut

sub denumirea de aer uscat şi i se atribuie următoarele proprietăţi: este incolor, inodor, insipid,

este compresibil şi extensibil, are masă şi exercită presiune, este în mişcare continuă atât în plan

vertical cât şi în plan orizontal, după legi proprii.

Ca mediu fizic gazos, teoretic aerul atmosferic este considerat drept un gaz ideal cu masa

moleculară M = 28,965 g/mol şi poate fi asimilat cu oricare alt fluid, aplicându-i-se legile fizicii

şi în particular cele ale mecanicii fluidelor.

Aerul umed este caracterizat prin trei valori ale temperaturii:

– temperatura termometrului uscat, care este temperatura indicată de orice termometru de

precizie, neinfluenţat de radiaţii termice în timpul măsurătorii;

– temperatura termometrului umed, care este temperatura indicată de un termometru de

precizie al cărui rezervor cu mercur este înfăşurat în pânză îmbibată cu apă, ea fiind

temperatura de saturaţie adiabatică,

– temperatura punctului de rouă (punctul ), care este definită ca temperatura la care

presiunea vaporilor din aerul umed, având o anumită temperatură şi un anumit conţinut

de umezeală, răcit adiabat, este egală cu presiunea lor de saturaţie, temperatura

reprezentând valoarea la care începe condensarea vaporilor de apă la răcirea izobară a

aerului umed.

În tehnica ventilării, cantitatea de vapori de apă conţinută în aerul atmosferic influenţează

proprietăţile fizice ale acestuia. Vaporii de apă reprezintă componenta variabilă a aerului

atmosferic, concentraţia procentuală a acestora variind în intervalul 0,5…4 %. La o anumită

temperatură şi presiune barometrică, cantitatea de vapori de apă dintr-un kilogram de aer nu

poate depăşi cantitatea de vapori care saturează aerul. La presiune barometrică constantă

cantitatea de vapori de apă care produc saturaţia creşte odată cu creşterea temperaturii iar la

temperatură constantă, cantitatea de vapori de apă ce produce saturaţia, scade cu creşterea

presiunii barometrice.

În literatura de specialitate, atunci când vaporii de apă nu suferă modificări de stare, în

anumite cazuri, se poate considera că aerul umed se comportă ca un gaz perfect. Starea unui gaz

este definită statistic de o serie de parametrii cheie care caracterizează proprietăţile medii ale

populaţiei de particule

Dioxidul de carbon este un compus natural, iar cu o concentraţie procentuală de volum de

numai 0,030%, joacă un rol complex în atmosferă, el fiind implicat în absorbţia radiaţiei termice

(infraroşie), fiind responsabil şi pentru crearea efectului de seră. Este un gaz incolor, cu

densitatea mai mare decât a aerului, solubil în apă , cu care se combină parţial, nu arde şi nu

întreţine arderea şi viaţa, este unul dintre principalii factori care influenţează pH-ul. Concentraţia

dioxidului de carbon în aerul atmosferic poate fi exprimată în funcţie de masă sau volum prin

concentraţiile procentuale de masă sau volum sau în părţi per milion (ppm).

1.6. Concluzii

Ciupercile sunt produse legumicole folosite în alimentație umană și în terapeutică. Aceste

produse pot fi clasificate după caractere generale comune, din punct de vedere botanic, anatomo-

structural, comercial, tehnologic, precum și după modul de întrebuințare al acestora.

Avantajele oferite de cultivarea acestor specii de ciuperci, constau în asigurarea unei

dezvoltări uniforme, cu posibilitatea de recoltare mecanizată, amplasare ciupercăriilor în orice

zonă, evitarea riscului substituirii cu ciuperci toxice cu caracteristici anatomice asemănătoare,

13

aplicarea măsurilor agrotehnica specifice pentru creșterea producției, creșterea considerabilă a

conținutului de principii active, a rezistenței la boli și dăunatori prin aplicarea tehnicii de

amelorare a speciilor.

Ciupercile nu conțin clorofilă, nu prezintă rădăcină, tulpină, frunze, flori și semințe și nu

pot fi înmulțite precum celelalte plante. Mecanismul de creștere al ciupercilor este diferit de cel

al plantelor și datorită faptului că nu s-au cunoscut căile de înmulțire ale acestora fapt pentru care

cultura ciupercilor a început târziu.

Pe lângă valoarea lor alimentară, ciupercile constituie şi o cultură rentabilă, care asigură o

producţie ridicată, obţinută pe unitatea de suprafaţă folosită în spaţii speciale amenajate în acest

scop, valorificând în acest mod în mod superior spaţiile de producţie. În cultura ciupercilor nu se

foloseşte teren agricol, pot fi utilizate şi spaţii dezafectate, spaţii cărora nu li s-a dat altă

întrebuinţare, iar pentru substratul nutritiv se pot lua în considerare şi materiale refolosibile,

ieftine.

Randamentul de producţie exprimat în kilograme de ciuperci recoltate de pe un metru

pătrat, în cazul speciei Agaricus bisporus, în funcţie de sistemul de cultură şi de condiţiile de

microclimat asigurate, este de 15 – 30 kilograme. Dacă într-un an se realizează în sistem

intensiv, folosind compost faza III, 7 – 8 cicluri de cultură, reiese un randament de 140 -200

kg/mp/an.

Un ciclu de producţie în cultura ciupercilor durează, în funcţie de specie, între 40 – 100

zile, aceasta făcând ca amortizarea investiţiei pentru un sistem de cultură intensivă a ciupercilor

să se facă într-un timp scurt, fiind cea mai atractivă din cadrul sectorului vegetal de producţie.

În spaţiile închise, în care se produce cultivarea ciupercilor, acestea degajând dioxid de carbon în

mod continuu, pentru a menţine la valori impuse caracteristicile mediului este necesar a se

efectua ventilaţia încăperiilor.

2. STADIUL ACTUAL AL REALIZĂRILOR ÎN DOMENIUL TEHNO-

LOGIILOR ŞI A ECHIPAMENTELOR TEHNICE ŞI A CERCETĂRILOR

PRIVIND SISTEMELE DE CLIMATIZARE UTILIZATE ÎN SISTEMELE

PENTRU CULTURA INTENSIVĂ A CIUPERCILOR

Datele statistice indică faptul că în România funcţionează permanent aproximativ 40-50

ciupercării, în se produc cca. 5000-6000 tone ciuperci proaspete. Mărimea medie a acestora este

de 3-4 camere/locaţie, camerele de cultură având capacitatea de 20 tone compost (aceasta fiind

capacitatea uzuală/cameră în România). Dacă se raportează la producţia pe o cameră de cultură,

rezultă că se obţin cca. 60 tone ciuperci anual/cameră de producţie.

2.1. Compostul, caracteristici fizico-mecanice şi chimice

Compostul reprezintă un produs obţinut printr-un proces aerob, termofil, de

descompunere şi sinteza microbiană a substanţelor organice din produsele reziduale, care conţine

peste 25 % humus relativ stabil, format predominant din biomasa microbiană şi care în

continuare este supus unei slabe descompuneri, fiind suficient de stabil pentru a nu se reîncălzi

ori determina probleme de miros sau de înmulţire a insectelor şi are raportul carbon azot: C/N =

10-15. Una din principalele probleme ale culturii ciupercilor o reprezintă pregătirea substratului

nutritiv, respectiv a mediului de cultură.

Ciupercile Agaricus sunt direct influenţate de condiţiile de microclimat. La temperaturi

mai mari de 30°C, dezvoltarea miceliului se opreşte, iar dacă aceste condiţii persistă, miceliul se

distruge. Miceliul rămâne viabil la temperatura de 0°C şi poate intra imediat în stare de vegetaţie

când este pus în condiţii potrivite de mediu.

Temperatura de 20°C în spaţiul de cultură favorizează dezvoltarea optimă a miceliului în

14

12-14 zile. Dacă temperatura va fi mai scăzută, miceliul va avea o viteză şi un nivel de

dezvoltare mai redus, la temperatura de 12°C incubarea miceliului se desfăşoară în 40-45 zile.

În perioada de recoltare, dacă temperatura va fi mai scăzută succesiunea recoltărilor va fi

mult mai lentă (la 11-12°C recoltarea se face la 2-3 zile, iar la 14-16°C recoltarea se face zilnic),

iar dacă temperatura va fi mai ridicată (17-18°C), există riscul uscării ciupercilor. În acest din

urmă caz, stropirile de umectare se vor efectua cat mai des.

Umiditatea relativă a aerului din spaţiul de cultură trebuie să se încadreze în limitele de

62-65%. Umiditatea relativă a aerului din spaţiul de cultură va putea fi menţinută prin stropirile

repetate ale spaţiilor de circulaţie şi chiar ale pereţilor şi plafonului incintei. Pentru indicarea

umidităţii relative a aerului din spaţiul de cultură, se foloseşte higrometrul vertical cu fir de păr.

Umiditatea stratului nutritiv trebuie să fie cuprinsă în intervalul 33-35%. Cercetările în

domeniu au demonstrat că este mai dăunător un substrat cu umiditate ridicată, decât un substrat

cu umiditate redusă.

Aerisirea trebuie să fie continuă de la începutul culturii şi până la sfârşit, în special în

perioada de recoltare, când ciupercile vor consuma oxigenul şi vor elibera dioxid de carbon. La

un exces de dioxid de carbon, ciupercile vor forma un picior alungit şi o pălărie cu un diametru

redus. Cu ajutorul ventilaţiei va trebui să se asigure o circulaţie cu viteze reduse a curenţilor de

aerului, fără ca aceştia să se simtă la nivelul straturilor de cultură.

Pentru cultura ciupercilor, sunt folosite diferite tipuri de spaţii închise în care parametrii

atmosferei interioare să poată fi controlaţi. Astfel, pentru sistemul clasic gospodăresc sunt

folosite pivniţele, grajdurile, puierniţele, răsadniţele semiîngropate care pot oferi condiţii pentru

realizarea a 1-2 cicluri de cultură pe an. (N. Mateescu). Pentru sistemul industrial de creştere a

ciupercilor sunt utilizate construcţii speciale.

2.2. Condiţii impuse mediului din spaţiile de creştere intensivă a

ciupercilor

Pentru a lucra cu un randament cât mai ridicat, din punct de vedere funcţional, în spaţiile

de cultură ale unui complex de producere a ciupercilor, trebuie să se respecte şi să se urmeze cu

stricteţe un regim tehnologic impus atât de caracteristicile locale ale zonei de amplasare a

spaţiului de cultură (zonă de munte, de deal sau de şes) cât şi de caracteristicile suportului

biologic ales pentru cultură.

Pentru mărirea randamentului şi optimizarea fluxului în procesul de producţie, este

recomandată utilizarea unui sistem electronic de control programat al procesului tehnologic.

Suportul biologic utilizat pentru producerea ciupercilor de tipul Agaricus Bisporus

(Champignon) este compostul de faza a III-a, însămânţat cu miceliu, incubat şi ambalat în saci

sau lăzi de polietilenă (Import CNC Olanda sau BIO-Fungy Ungaria).

Principalul parametru care controlează dezvoltarea optimă a culturii este temperatura

dezvoltată în substratul de compost, datorită fenomenului de fermentaţie. Menţinerea

temperaturii în limitele optime creşterii şi dezvoltării ciupercilor se realizează prin intermediul

aerului circulat în spaţiul de cultură, care poate fi după caz răcit sau încălzit şi căruia i se poate

modifica şi compoziţia (conţinutul de umiditate şi concentraţia de dioxid de carbon). Pentru

acesta este pus la punct un proces tehnologic divizat pe faze de producţie.

Un ciclu de producţie cuprinde un număr de faze tehnologice, fiecare fiind caracterizate

de anumite valori ale parametrilor de stare ai aerului şi mediului de cultură.

Faza tehnologică de încărcare a compostului pe stelaje, ca prima fază tehnologică,

durează aproximativ o zi şi se poate executa manual sau mecanizat, funcţie de modul de livrare a

compostului şi de gradul de înzestrare cu mijloace de mecanizare (fig.2.5).

Faza tehnologică de acoperire. Ciupercile nu se dezvoltă şi cresc în stratul de compost

inoculat. De aceea, compostul trebuie să fie acoperit cu un aşa numit „strat de acoperire” format

15

dintr-un amestec de diferite tipuri de turbă, acesta având o grosime de 4...5 cm (fig. 2.6.). Acest

strat de reprezintă „carcasa” stratului de cultură. El trebuie să fie liber de bacterii patogene, să

prezinte o valoare a pH-ului de 7,5, şi să fie capabil să reţină o cantitate mare de apă. Rolul

stratului de acoperire este esenţial, bacteriile din acest strat stimulând dezvoltarea miceliului din

care în etapele următoare se dezvoltă ciupercile.

Faza tehnologică de pătrundere a miceliului în stratul de turbă este o fază intermediară

în care se realizează împânzirea miceliului în stratul de turbă, (fig. 2.7, 2.8, 2.9 şi 2.10), aspectul

stratului de împânzire fiind de culoare gri – cenuşiu, uniform răspândit pe toată suprafaţa, dar şi

pe adâncime până la nivelul de 4...10 cm.

Amestecarea stratului de cultură este oportun a se efectua la 7-8 zile după acoperire, când

miceliul a împânzit 2/3 din stratul de acoperire. În vederea repartizării uniforme a carpoforilor,

omogenizarea se efectuează intensiv, până la nivelul stratului de compost.

Faza tehnologică de aşteptare are o durată mai mare (10...14 zile), sfârşitul ei fiind

caracterizat de apariţia şi dezvoltarea primordiilor (fig. 2.13 şi 2.14),

Faza tehnologică de fructificare este o etapă premergătoare care este caracterizată prin

apariţia la suprafaţa stratului de cultură a primilor butoni de ciupercă care la început au

dimensiuni minuscule, uniform distribuiţi pe suprafaţa stratului sau în buchete cu diametrul de

10...15 mm. Durata fazei: este de 4...8 zile.

Faza tehnologică de recoltare este faza în care ciupercile ating prin creştere valoarea

comercială (dimensiunea pălăriei este de 5...6 cm, înălţimea piciorului 3...4 cm, membrana care

acoperă pălăria încă nu este desprinsă) stratul de cultură fiind în întregime ocupat de ciuperci

(fig. 2.16 şi 2.17). În timp, faza tehnologică de recoltare cuprinde două, trei sau chiar patru valuri

de recoltare, perioada de recoltare corespunzătoare fiecărui val având o durată determinată de

condițiile de microclimat realizate pentru creşterea ciupercilor. Caracteristicile fazelor de recol-

tare şi intermediare sunt prezentate mai jos.

Fig.2.16. Stadiul de dezvoltare al ciupercilor

la începutul fazei de recoltare val 1

Fig. 2.17. Recoltarea manuală a ciupercilor în

faza valului 1

Faza tehnologică de descărcare în care se execută descărcarea rafturilor de compostului

uzat, curăţirea spaţiului de cultură şi pregătirea acestuia pentru un nou ciclu de producţie.

Evacuarea compostului uzat se poate face manual, semimecanizat sau mecanizat când se

utilizează troliile pentru tras plasele suport şi benzi transportoare pentru evacuarea compostului

de pe poliţe. Pentru a se evita răspândirea în mediul extern a factorilor patogeni conţinut în

compostul uzat, se execută o sterilizare a compostului uzat prin expunerea la abur, circulat prin

celulă timp de minimum 8 ore, la o temperatură de 70C... 80C. După aceasta, celulele de

cultură se aerisesc prin introducerea forţată a aerului curat.

16

Fig.2.18. Graficul de evoluţie a parametrilor de microclimat

Evoluţia valorilor parametrilor de microclimat în interiorul spaţiului de cultură pe durata

unui ciclu de cultură, pentru fiecare fază tehnologică în parte, caracterizaţi prin valorile

parametrilor de stare ai aerului şi stratului de compost, este prezentată în diagrama din figura

2.18. Curba superioară reprezinta umiditatea aerului recomandată de producător, cu o variație

cuprinsă intre 82% și 95%. Cea de a doua curbă, reprezintă concentrația de CO2 in ppm, cu

valori impuse de producător in domeniul 3.000-1200 ppm. Temperaturile compostului și a

aerului din incintă sunt reprezentate de curbele 3 și 4. Variațiile acestor curbe sunt mult mai strict

restrânse in domeniile 26-20 ºC pentru compost și 18-21 ºC pentru aer din incintă.

Udarea se execută conform celor descrise anterior, în primele 5 zile, în perioada de

fructificare şi in primele zile de recoltare.

2.3. Echipamente tehnice specifice sistemelor de creştere intensivă a

ciupercilor

Fiecărei faze specifice de dezvoltare a ciupercilor în spaţiul de cultură, îi corespund

anumite valori ale parametrilor de stare ai aerului: temperatură, umiditate şi concentraţie de

dioxid de carbon. Pentru realizarea lor, fiecare spaţiu de cultură este prevăzut cu o instalaţie de

procesare a aerului, asistată de un sistem electronic de monitorizare şi automatizare.

2.3.1. Echipamente tehnice pentru controlul temperaturii, umidităţii şi a

nivelului de dioxid de carbon.

Pentru a asigura o producţie de ciuperci eficientă şi de înaltă calitate, camerele de cultură

sunt spaţii cu valori controlate ale factorilor de mediu (temperatură şi umiditate şi concentraţia în

dioxid de carbon). O bună aerisire prin care se asigură circulaţia unui flux constant de aer cu

caracteristici determinate, prin care se menţine în limitele prescrise conform fazei de cultură a

concentraţiei de dioxid de carbon. Fiecare cameră de cultură este prevăzută cu sistem de

ventilaţie propriu, nu se admite recircularea aerului dintre spaţiile de cultură diferite. Sistemele

de ventilaţie trebuie să permită realizarea reglării continue ale debitului de aer, deci a volumului

17

de aer introdus. Sunt prevăzute cu un filtru care să prevină intrarea insectelor şi a sporilor din

aer, şi care trebuie să fie curăţate în mod regulat.

Echipamente de monitorizare, materializate prin senzorii de temperatură, umiditate şi

concentraţie a dioxidului de carbon, asistate de un calculator de proces menţin în limitele

prescrise valorile parametrilor de stare a aerului din camerele de cultură la nivelurile necesare

impuse de fazele ciclului de producţie.

Circulaţia fluxului de aer în spaţiul de cultură este asigurată printr-un sistem de ventilaţie,

a cărui principiu de funcţionare este prezentat în figura 2.20,a. Sistemul de ventilaţie este format

din sistemul de procesare al aerului situat în afara spaţiului de cultură şi sistemul de distribuţie a

aerului procesat în interiorul spaţiului de cultură. Aerul procesat este adus în interiorul spaţiului

de cultură prin tuburi de distribuţie situate în partea superioară a acestuia, iar aerul viciat este

evacuat din spaţiul de cultură prin ecluze, situate în partea opusă sistemului de procesare. În zona

în care este amplasat sistemul de procesare a aerului, în partea inferioară a peretelui spaţiului de

cultură se află priza de aer recirculat, care se amestecă în anumite proporţii cu aerul proaspăt,

aspirat din exterior.

Condiţionarea aerului amestecat la temperatura corespunzătoare fazelor tehnologice ale

ciclului de producţie se realizează prin intermediul a două schimbătoare de căldură: unul pentru

căldură şi unul pentru frig, în funcţie de situaţie, agentul termic fiind apa caldă furnizată de o

centrală termică respectiv apa rece furnizată de o centrală de frig.

Menţinerea concentraţiei dioxidului de carbon în masa de aer care intră în spaţiul de

cultură este asigurată prin amestecarea în anumite proporţii a aerului proaspăt, aspirat din

exterior cu aerul recirculat din interiorul spaţiului de cultură, de către instalaţia de amestecare a

aerului proaspăt cu aerul recirculat.

În figura 2.20,b este prezentată schema de principiu a instalaţiei pentru amestecarea

aerului proaspăt cu aerul recirculat. Aerul proaspăt este aspirat în camera de amestec prin gura de

aspiraţie şi purificat prin intermediul unui filtru de praf. Aerul recirculat este adus în camera de

amestec prin tubulatura care face legătura cu spaţiul de cultură. Distribuţia aerului în interiorul

spaţiului de cultură se realizează prin mai multe tuburi longitudinale, executate din folie de

polietilenă, poziţionate în partea superioară a spaţiului de cultură, capetele lor fiind racordate la

gurile de refulare ale distribuitorului de aer conectat direct de racordul de refulare al

ventilatorului centrifugal.

Pentru fiecare circuit, măsurarea temperaturii agentului termic se face prin intermediul a

doi senzori de temperatură (unul pentru apa caldă şi altul pentru apa rece) amplasaţi în registrele

de apă caldă, respectiv de apă rece, ale celor două schimbătoare de căldură.

Debitele de aer proaspăt şi aer recirculat care intră în camera de amestec, sunt controlate

prin intermediul unor jaluzele cu poziţie reglabilă, comandate automat prin elementele de

execuţie de la calculatorul de proces

Pentru a asigura condiţii optime de dezvoltare este necesar a se asigura o temperatură

optimă atât mediului din spaţiul de cultură cât şi compostului ca mediu de cultură. Temperatura

aerului poate fi controlată şi dirijată prin intermediul sistemului electronic de control al

procesului, care poate comanda răcirea sau încălzirea aerului circulat în funcţie de cerinţele

procesului tehnologic pentru faza de producţie în curs de execuţie.

Controlul temperaturii în compost se realizează prin intermediul unui număr de 6 senzori

de temperatură (fig. 2.31.), amplasaţi în sacii de cultură la 40…50 milimetri sub stratul de turbă,

în punctele de măsurare depistate prin tatonări succesive, astfel încât valoarea medie a valorilor

măsurate de aceşti senzori să reprezinte valoarea optimă de dezvoltare a culturii, corespunzătoare

fazei de producţie.

18

a. b.

Fig.2.20. Schema circulaţiei fluxului de aer:

a. - in camera de cultură; b. - în aparatul procesare aer.

2.4. Stadiul actual şi tendinţe în construcţia adăposturilor, echipamen-

telor şi utilajelor în sistemele de cultivare intensivă a ciupercilor

2.4.1. Tipuri de adăposturi pentru cultura ciupercilor

Cultura ciupercilor are o vechime consemnată de circa 350 de ani, primele însemnări

datând de la anul 1650, iar în anul 1810, Chambry, fost general în armata lui Napoleon, menţiona

organizarea acestei culturi cu caracter „industrial“ pentru acea vreme, în carierele de piatră din

jurul Parisului.

Perioada de început a cultivării ciupercilor pe o scară mai largă este caracterizată de

utilizarea unor spaţii protejate existente, care au avut iniţial o altă destinaţie. Primele spaţii care

au fost folosite pentru cultura intensivă a ciupercilor au fost grotele din jurul Parisului (fig. 2.36

şi 2.37.)

Din punct de vedere constructiv se disting două tipuri de construcţii de adăposturi,

dezvoltate în ultimul timp pe plan mondial: adăposturi de tip tunel (de tip irlandez), şi adăposturi

realizate din prefabricate (de tip olandez).

a. b. c.

Fig.2.41. Detalii privind construcţia spaţiilor de cultură de tip tunel:

a. construcţia panoului frontal; b. amplasarea rafturilor în interiorul tunelului; c. – principiul de

funcţionare a sistemului de ventilaţie

Adăposturi în formă de tunel sunt caracterizate prin forma semicirculară a secţiunii

transversale (fig. 2.40. şi 2.41.). Construcţiile sunt realizate din materiale uşoare: arce metalice

19

ranforsate, amplasate echidistant şi folie de polietilenă dispusă în strat dublu sau triplu, între care

se introduce o izolaţie de vată minerală, prin care se asigură realizarea şi păstrarea condiţiilor de

microclimat impuse.

Spaţiile de cultură de tip olandez, sunt executate din zidarie, BCA, panouri de beton

celular usor (BCU), sau pereţi prefabricaţi tip sanwich, fapt pentru care au o durată de viaţă

lungă. Ansamblul este o construcţie bloc, având acoperişurile în pantă lină. Aspecte privind

construcţia acestor spaţii de cultură sunt prezentate în figurile 2.44.a şi 2.44.b.

a. b.

Fig. 2.44. Spaţii de cultură de tip olandez (Champion Group-Olanda):

a. - vedere laterală complex; b. - hol tehnologic.

Folosirea panourilor sandwich cu pereţi metalici cu grosimea 80 mm prezintă următoarele

avantaje: face posibilă menţinerea mai facilă a curăţeniei, asigură etanşeitatea panourilor, au o

rezistenţă mărită a panourilor la vapori şi temperaturi înalte, asigură obţinerea unor valori reduse

ale coeficientul de transfer termic (0,28...0,29), care reduc costurile referitoare la menţinerea

valorilor de microclimat.

Indiferent de materialul folosit în construcţia adăpostului, se impune a se asigura

respectarea cu stricteţe a normelor sanitare de igienă, a valorilor parametrilor fizico-chimici ai

microclimatului şi a fazelor procesului tehnologic de cultură a ciupercilor.

Camerele de cultură. Cultivarea la scară industrială a ciupercilor se realizează în spaţii

special construite. La scară mai mică pot fi utilizate şi clădiri existente care au avut iniţial o altă

destinaţie dar care necesită modificări majore şi chiar şi atunci încă mai au unele neajunsuri.

2.4.3. Echipamente tehnice specifice spaţiilor de cultură

Pentru realizarea unui flux tehnologic adecvat în cultura ciupercilor, specific unor

complexe moderne de cultivare a ciupercilor, care să asigure obţinerea unui randament maxim,

prin reducerea costurilor de exploatare şi obţinerea unor producţii de ciuperci de calitate, este

necesar ca acestea să dispună de echipamente configurate în raport cu caracteristicile spaţiilor de

cultură pentru producerea ciupercilor şi cu cantităţile de materii prime utilizate.

Rafturile sunt dispuse în rânduri paralele în lungul camerelor de cultură. Sunt utilizate

pentru susţinerea stratului de compost utilizat ca mediu de cultură pentru dezvoltarea

ciupercilor. Prin numărul de poliţe, ele multiplică suprafaţa de cultură a unei camere de

cultură, oferind întregului lot de compost condiţii aproximativ identice în ceea ce priveşte

temperatura şi microclimatul. Construcţia acestora trebuie sa ţină cont de următorii

factori:

20

a b

Fig. 2.50. Sistem rafturi de aluminiu:

a. - tip MUSH-COM cu 5 niveluri; b. - Sistem rafturi aluminiu cu 6 niveluri

In tabelul 2.5 sunt prezentaţi principalii parametrii standard utilizaţi pentru construcţia

rafturilor.

Tabelul 2.5

Principalii parametrii standard pentru construcţia rafturilor

Număr de niveluri pe rafturi 3 4 5 6

Lăţime efectivă (lăţime suprafaţă de cultură) mm 1340

Lăţime interioară rafturi(mm) 1400

Lăţime exterioară [mm] 1500

Înălţime[mm] 1800 2400 3000 3600

Lungime deschidere între stâlpi[mm] 1500

Lungime maximă panouri laterale (din oţel galvanizat) [mm] 3000

Lungime maximă panouri laterale (din aluminiu)[mm] 6000

Sarcina maximă calculată [kg/mp] 160

Sarcina maximă caracteristică [kg/mp] 192

Banda textilă cu rol suport pentru compost. Asigură executarea mecanizată a operaţiilor

de încărcare şi de descărcare a compostului pe şi de pe poliţele rafturilor,constituind o

suprafaţă mobilă a poliţei raftului. Stratul de compost este depus pe bandă iar aceasta

împreună cu stratul de compost de grosime constantă este trasă pe suprafaţa poliţei prin

intermediul unui cablu acţionat de un troliu dispus la capătul opus al raftului.

Maşini pentru încărcarea compostului pe rafturi .Sunt utilizate pentru încărcarea

mecanizată a rafturilor cu stratul de compost în cazul în care livrarea compostului şi a

turbei este făcută în vrac (fig. 2.52.). Sunt echipamente care lucrează pe platforma din

afara spaţiilor de cultură şi sunt prevăzute cu un sistem telescopic de ridicare care asigură

posibilitatea de a se ajusta înălţimea de dispunere a benzilor de transport şi distribuţie

pentru fiecare etaj al raftului.

Fig. 2.54. Maşini pentru încărcarea cu compost şi turbă a poliţelor rafturilor alimentată

cu compost şi turbă de către două transportoare cu bandă (Christiaens Group).

21

Transportoarele cu bandă utilizate în sistemele de producţie a ciupercilor fac parte din

categoria transportoarelor mobile, cu unghi reglabil al platformei de transport. În luxul

tehnologic, transportoarele cu bandă au rolul de a alimenta cu compost sau turbă buncărul

tampon de alimentare al capului distribuitor al maşinii de încărcare.

a. b.

Fig. 2.55. Transportoare cu bandă:

a. - cu banda profilată (Mush Comb); b. - cu banda lată (ALPI Officine);

Maşini pentru acoperirea cu turbă a stratului de compost, sunt utilizate în cazul în care

depunerea stratului de acoperire pe stratul de compost se efectuează într-o etapă distinctă.

Sunt alcătuite dintr-un sistem de benzi transportoare montate în sistem telescopic montate

pe un cadru comun, care poate fi ridicat printr-un sistem elevator la nivelul fiecărei

poliţe.

Buncăre tampon, sunt destinate pentru a asigura continuitatea alimentării cu compost sau

turbă a benzilor transportoare la încărcarea cu compost şi turbă a rafturilor, având

capacitatea de stocare pentru scurt timp ş apoi distribuirea compostului şi/sau a turbei

către transportorul cu bandă care alimentează capul distribuitorului maşinii de încărcare.

Este o instalaţie mobilă având tren de rulare propriu care pentru a asigura o

manevrabilitate ridicată este echipat cu roţi autoorientabile sau cu poziţie dirijată.

Trolii pentru tragerea plaselor. Pentru umplerea şi golirea rafturilor sunt utilizate benzi

textile speciale, care pot fi trase în lungul raftului, într-un sens sau altul, prin intermediul

unui troliu acţionat electric, amplasat la un capăt al raftului în funcţie de operaţia care se

execută. Prin deplasarea benzi textile în lungul raftului se realizează încărcarea rafturilor

sau descărcarea lor de stratul de compost.

22

a. b. c.

Fig. 2.58. Trolii utilizate pentru trasul plaselor suport pe rafturile de cultură:

a. - monoax cu reglaj de înălţime; b. - cu 5 axe fixe; c. - cu 6 axe fixe.

Echipament pentru udarea prin stropire a stratului de compost.Pentru asigurarea

umidităţii stratului de compost sunt utilizate sisteme de udare specializate, care sunt în

general compuse din următoarele elemente: rezervor de apă cu capacitatea de 1 m3 până

la 5 m3, pompa de transfer cu debit controlat al apei, prevazută cu un filtru și sistemul de

udare prin stropire

Rezervoarele de apă. Au rolul de a stoca o cantitate de apă care provine direct de la sursa

de aprovizionare (reţea comunală sau puţuri proprii), şi de a o menţine pe o durată de 1-2

zile pentru a o aduce la o temperatură cât mai apropiată de cea a mediului de cultură,

pentru a nu provoca şocul termic în momentul udării, fapt pentru care sunt amplasate în

interiorul holului tehnologic. In aceste rezervoare se fac şi amestecurile cu substanţele

fito-sanitare ce sunt aplicate în tratamentele periodice aferente culturii ciupercilor.

Maşini de ridicat.Sunt echipamente specializate care sunt destinate a asigura poziţionarea

la nivelul platformelor poliţelor rafturilor a diferitelor categorii de maşini utilizate în

spaţiile de cultură: maşini de scarificat, de nivelat, de inoculat sau de recoltat.

Echipament pentru prelucrarea suprafeţei stratului de compost.Echipamentul este

destinat pentru prelucrarea mecanică a materialului de la suprafaţa stratului de cultură,

pentru a se obţine o structură adecvată a acestuia. Seturile individuale de organe cu care

poate fi înzestrat echipamentul fac posibilă efectuarea următoarelor operaţii: nivelare,

afânare, tasare şi amestecare.

23

Maşina de inoculat miceliu. Ciupercile se perpetuează prin intermediul sporilor, a singură

ciupercă producând milioane de spori. Înmulţirea prin spori este mare consumatoare de

timp, fapt pentru care în complexele de producere a ciupercilor se utilizează ca mijloc de

înmulţire sistemul de înoculare a compostului cu miceliu. Miceliul comercial de ciuperci

este un preparat biologic ce se obţine în condiţii sterile de laborator şi care, plasat într-un

microclimat optim, poate reproduce ciuperca din care a provenit: specia, tulpina sau

hibridul respectiv.

Fig. 2.61. Maşina de inoculat miceliu (MR1.01.):

a. vedere generală; b. montată pe poliţă; c. miceliu comercial.

Cărucioare cu platforme pentru recoltarea ciupercilor de pe raft. În funcţie de cerinţele

pieţei, recoltarea ciupercilor poate începe încă de la faza de dezvoltare de butoane

(ciuperci mici, nedeschise) şi continuând cu fazele ulterioare de dezvoltare, realizându-se

în mai multe cicluri de producţie (la 7-10 zile) şi se poate întinde pe o durată de 1,5-2

luni. Pentru obţinerea unei eficienţe economice maxime este necesar ca recoltarea

ciupercilor să fie făcută în momentul în care acestea au ajuns la maturitate comercială

deplină. In această fază, valul himenian este întins şi intact, dimensiunea ciupercii fiind

maximă.

a b

Fig. 2.62. Cărucioare cu platformă: a. – cu reglare în trepte b. – autopropulsate

24

Maşini de recoltat. Recoltarea mecanică a ciupercilor a apărut ca o necesitate pentru

reducerea costurilor din ciupercării şi pentru reducerea timpului afectat acestei operaţii.

Deoarece costurile cu recoltarea manuală reprezintă mai mult de jumătate din costurile

totale de producţie, s-au iniţiat şi efectuat cercetări experimentale cu diferite sisteme

proiectate să înlocuiască cel puţin parţial recoltarea manuală, fapt pus în evidenţă de

numeroasele brevete care au avut drept subiect echipamente care să permită mecanizarea

executării operaţiei de recoltare a ciupercilor.

Fig.2.68 Maşina de recoltat ciuperci Van den Top BQ 1046:

Maşini pentru spălarea plaselor suport. Maşina pentru spălat plase este folosită pentru a

curăţa mecanizat plasele suport a stratului de cultură, de resturile de material din stratul

de cultură rămase după descărcarea mecanizată a poliţelor, cu scopul de a se reduce la

minimum posibilitatea contaminării şi de a preveni infestarea următorului strat de cultură

şi nu în ultimul rând de a prelungi durata de viaţă a plasei suport.

2.5. Stadiul actual al cercetărilor privind circulaţia fluxurilor de aer în

interiorul spaţiilor de cultivare a ciupercilor

2.5.1. Generalităţi privind influenţa arhitecturii spaţiilor de cultură utilizate pentru

producţia de ciuperci

Monitorizarea umidităţii aerului dintr-un spaţiu de cultură se poate realiza prin realizarea

condiţiilor corecte de evaporare, prin controlul presiunii de vapori. Umiditatea aerului din spaţiul

de cultură poate fi ridicată prin injectarea cu jeturi de picături de apă sau cu abur şi poate fi

scăzută prin trecerea aerului umed printr-un dezumidificator. Monitorizarea vitezei curenţilor de

aer, prin care asigură uniformitatea condiţiilor de creştere pe întregul volum al unui spaţiu de

cultură, este însă mult mai dificilă, deoarece dinamica fluxul de aer este dependentă de

configuraţia spaţiului şi de arhitectura diferitelor tipuri de structuri cu care este dotat spaţiul

respectiv.

Eficienţa procesului de producţie depinde în mare măsură de circulaţia fluxului de aer în

interiorul spaţiilor de cultură, de optimizarea vitezelor curenţilor de aer la nivelul suprafeţelor de

cultură, în sensul de a realiza fluxuri de aer uniforme, fapt ce este greu de realizat în cazul

acestor structuri. Efectuarea numai a măsurătorilor asupra vitezelor curenţilor de aer, în puncte

convenţionale ale spaţiului de cultură, permite o abordare empirică a dimensionării sistemului de

ventilaţie, pe când un studiu efectuat prin modelarea matematică a circulaţiei fluxurilor de aer,

care în aceste situaţii este mai dificilă, combinată cu o cercetare experimentală asupra circulaţiei

fluxurilor de aer în spaţiile de cultivare, va putea aduce soluţii eficiente.

Aerul proaspăt este furnizat prin partea de sus a incintei, prin tubul de aducţiune. Aerul

pătrunde în spaţiul de cultură, trecând prin orificiile practicate în părţile laterale ale tubului de

aducţiune, după care acesta se deplasează paralel cu tavanul şi pereţii laterali ai incintei spre

partea de jos a rafturilor de cultură. Dacă la primul rând de rafturi, şi pentru poliţe situate la

25

anumite niveluri, se asigură o circulaţie corespunzătoare a curenţilor de aer, nu acelaşi lucru se

poate spune despre rândurile de rafturi situate spre axa de simetrie a camerei şi la poliţele situate

nivelurile superioare.

2.5.2. Cercetări privind circulaţia fluxurilor de aer în interiorul spaţiilor de

cultivare a ciupercilor

În literatura de specialitate sunt publicate o serie de lucrări care au avut ca obiect de studiu

circulaţia fluxului de aer în spaţiile de cultivare a ciupercilor, dar rezultatele acestora au în

general un domeniu de aplicabilitate redus.

Natura şi gradul de abatere de la starea omogenă a amestecului de aer, într-un anumit tip

spaţiu de cultură, s-a dovedit a fi o funcţie de mai multe mărimi dimensionale: debitul de aer al

fluxului de aer la intrare, configuraţia geometrică a orificiilor de intrare/ieşire şi geometria

obstacolelor interne în calea fluxului de aer etc. Transferul rezultatelor la scara normală s-a

realizat prin intermediul mărimilor adimensionale, printre care: criteriul de similitudine

Arhimede (definit ca raportul dintre forţele de gravitaţie şi forţele de vâscozitate).

Studiile teoretice efectuate asupra circulaţiei fluxurilor de aer, prin utilizarea tehnicii

computaţionale pentru simularea proceselor de transport a aerului, utilizând programe comerciale

CFD (PHOENICS, CFD 2000) şi diferite modele teoretice pentru simularea circulaţiei fluxurilor

de aer (modelul de turbulenţă joasă Reynolds - Hoff şi colab. 1992; modelul de turbulenţă κ-ε -

Maghirang colab., 1994; modelul de turbulenţă Reynolds redus – Hoff, 1995) au permis

dezvoltarea cunoaşterii în domeniu.

2.5.3. Cercetări experimentale privind circulaţia fluxurilor de aer în interiorul

spaţiilor de cultivare a ciupercilor

2.4.3.1. Echipamente utilizate pentru efectuarea investigaţiilor legate de climatul interior

La nivelul fantelor de ieşire a aerului din conducta de distribuţie, ca urmare a vitezelor mari

de circulaţie a fluxurilor de aerului (1 - 8 m/s), acestea sunt uşor de măsurat cu aparate

disponibile pe scară largă. La nivelul suprafeţei de cultură, unde fluxul are o mişcare lentă (310-2

– 25 10-2

m/s), fiind observate însă şi turbulenţe caracterizate de fluctuaţii rapide ale vitezei şi a

direcţiilor de deplasare, pentru a caracteriza în mod adecvat câmpul de viteze al fluxul de aer,

este necesar a se efectua concomitent măsurători în mai multe puncte şi direcţii. Obţinerea de

informaţii asupra vitezelor instantanee şi medii (rezultate prin medierea vitezelor instantanee pe

o perioadă de timp impusă) necesită utilizarea unor instrumente specializate.

Obţinerea informaţiilor pertinente necesare pentru efectuarea modelării matematice a

circulaţiei fluxurilor de aer în interiorul spaţiului de cultivare a ciupercilor, presupune obţinerea

unei imagini de ansamblu asupra modului de dispersare şi direcţiilor de deplasare a curenţilor de

aer în interiorul incintei. Tehnica de vizualizare a spectrelor de curgere (laminare şi/sau

turbulente) prin care se evidenţiază intensitatea vitezelor locale de curgere a elementelor de fluid

în diferite zone ale camerei de cultură, existenţa locurilor de stagnare etc., constă în injectarea

unui agent trasor într-un flux de curgere, cu scopul de a detecta mişcarea fluxului, altfel invizibil.

Strategiile adoptate, cum ar fi poziţionarea senzorului de temperatură în stratul de

recirculare superior, setarea temperaturii apei din cazan la o valoare ridicată, pentru a minimiza

timpul de încălzire şi poziţionarea corectă a grilelor de evacuare, contribuie la creşterea vitezei

medii a aerului. Pe măsură ce creşte necesarul de încălzire, apar perioade în care circulaţia

aerului deasupra suprafeţelor de cultură se reduce, fapt pentru care apare ca necesar utilizarea

unui sistem alternativ, mai performant, de distribuţie a aerului pentru a oferi o viteză

corespunzătoare a aerului la nivelul suprafeţei de cultivare.

Numărul mare de sisteme de cultivare şi variantele multiple de distribuţie a aerului, face ca

demersul empiric pentru optimizarea fluxului de aer în tunelurile de cultivare a ciupercilor, să

26

devină costisitor. Utilizarea modelelor de curgere şi a relaţiilor de calcul din dinamica fluidelor

ar fi o soluţie de rezolvare a acestor probleme. Dacă un model de curgere poate fi validat într-un

număr de situaţii, atunci programul ar putea fi folosit pentru a ghida experimentarea noilor soluţii

constructive şi ar reduce drastic timpul necesar pentru implementare.

3. NECESITATEA ŞI OBIECTIVELE LUCRĂRII

3.1. Necesitatea lucrării

Sectorul românesc de cultură intensivă a ciupercilor este un sector cu un potenţial ridicat

de dezvoltare, care în ultimii ani a cunoscut o creştere susţinută, însă nu suficientă pentru a

depăşi handicapurile structurale cauzate de preţul ridicat al materiilor prime şi de lipsa

predictibilităţii pieţei. Statisticile despre acest sector sunt minimale, singurele date disponibile

fiind cele colectate la nivelul Direcţiilor Agricole Judeţene pentru anii 2010 şi 2011. Astfel, în

2010 erau înregistraţi 75 de producători persoane fizice şi juridice care, conform propriilor

declaraţii, produceau 8.531 tone de ciuperci (speciile Agaricus bisporus şi Pleurotus). În 2011,

numărul acestora a crescut cu 27%, ajungând la 95, în timp ce producţia a înregistrat o ridicolă

creştere de sub 1%, până la 8.601 tone. Conform estimărilor Asociaţiei Naţionale a

Producătorilor de Ciuperci, valoarea reală a producţiei s-ar situa undeva în jurul a 20.000 tone

anual.

Sectorul prezintă o serie de puncte forte dintre care putem menţiona: o creştere a cererii

pentru aceste produse, ca urmare a conştientizării de către consumatori a beneficiilor consumului

de ciuperci datorită multiplelor valenţe nutriţionale ale acestora şi amploarea dezvoltării acestui

sector prin creşterea numărului de producători. La fel ca şi în cazul celorlalte legume acest sector

este pus sub presiunea importurilor masive din la preţuri competitive din Ungaria şi Polonia (ţări

care dispun de fabrici de compost). De asemenea la cestea se poate adăuga lipsa organizării

producătorilor în forme asociative pentru comercializarea în comun a producţiei şi volatilitatea

preţurilor, implicit a predictibilităţii pieţei;

Ciupercăriile înfiinţate prin proiecte sprijinite din fonduri de dezvoltare rurală au fost bene-

fice pentru dezvoltarea sectorului însă nu s-au luat în considerare strategii de valorificare a

producţiei şi au aceleaşi probleme ca şi sectorul de legume în general.

Printre produsele agricole româneşti cu valoare economică înaltă şi cu potenţial de export

demonstrat de performanţe recente (după date UE, 2009), se numără: blănurile naturale, mătasea

brută şi lâna sau părul de animale, ciupercile deshidratate, ciupercile şi trufele, alunele de pădure

fără coajă, condimentele, nucşoara şi cardamomul, legumele comestibile, fructe de pădure, nuci

şi condimente, plante medicinale şi aromatice, preparate din carne, uleiuri .

Sporirea competitivităţii produselor agricole româneşti cu valoare înaltă pe pieţele

internaţionale are o importanţă deosebită datorită implicaţiilor directe pentru restructurarea

lanţului ofertei agricole şi implicaţiilor indirecte pentru rolul socio-economic al exploataţiilor

mici în spaţiul rural.

3.2. Consumul de energie al echipamentelor tehnice utilizate în sistemele

de creştere intensivă a ciupercilor

Pe baza datelor înregistrate pe parcusul unei perioade de aproximativ 28 luni, în spaţiile de

creştere intensivă a ciupercilor aparţinând S.C. Kadna Bionatura S.R.L. Brasov, ferma Feldioara,

în figura 3.1 este prezentată diagrama consumurilor energetice pe grupe de consumatori, scoţând

în evidenţă ponderea fiecăruia dintre aceştia în bilanţul energetic total. Din analiza graficului

reiese foarte clar că principalul consumator de energie într-un sistem de cultivare intensivă a

ciupercilor, este sistemul de condiţionare a aerului, luat ca un întreg sistem compus din centrala

27

termică, răcitorul de apă si ventilatoare. Consumul energetic al acestui sistem se ridică la

aproximativ 72-78% în funcţie de condiţiile meteorologice. Vara, în cazul temperaturii aerului

exterior peste +20°C, consumul major este dat de răcitorul de apă, iar iarna, când temperatura

aerului exterior scade sub -12°C, consumul major este înregistrat la centrala termică.

Fig. 3.1. Diagrama privind consumurile energetice pe grupe de consumatori

Echipamentele de condiţionare şi tratare a aerului reprezintă principalul consumator de

energie într-o ciupercărie.

Condiţiile specifice fiecărei faze de evoluţie a culturii de ciuperci, de la împânzire până la

recoltare, necesită un control exact al valorilor parametrilor de stare al mediului de cultură şi al

atmosferei din spaţiul de cultură. Elementul determinant în ciclul de producţie este reprezentat de

concentraţia de dioxid de carbon CO2, în funcţie de care se determină aportul de aer proaspăt

necesar a fi introdus în camera de cultură.

3.3. Necesitatea optimizării energetice a lucrărilor în sistemele intensive

de cultivare a ciupercilor

Calitatea şi siguranţa produselor alimentare au devenit un drept al consumatorilor, cu

efecte directe asupra calităţii vieţii, iar problematica axată pe calitatea şi siguranţa produselor

alimentare se află în centrul atenţiei organismelor constituite pentru apărarea intereselor

consumatorilor. În epoca actuală, consumatorii sunt mult mai bine informaţi şi conştienţi de

aspectele igienice ale vieţii şi alimentaţiei lor şi, de aceea, a devenit esenţial pentru producătorii

şi procesatorii de ciuperci, să respecte atât exigenţele tehnologice, cât şi pe cele de ordin

igienico-sanitar.

În acelaşi timp, concurenţa mare dintre producătorii autohtoni şi cei străini (Ungaria,

Polonia, Italia) acţionează direct asupra preţului de vânzare al ciupercilor.

28

Pentru a putea fi competitiv pe piaţă se impune în primul rând o reducere a cheltuielilor de

producţie. Deşi cheltuielile cu energia reprezintă numai 20 - 24% din costurile de producţie,

restul fiind reprezentat de valoare materiilor prime şi cheltuielilor salariale, este necesar să se

reducă cât mai mult ponderea acestor cheltuieli, prin eliminarea factorilor negativi care

influenţează consumul energetic.

3.4. Obiectivele lucrării

Realizarea unui studiu riguros asupra operaţiunilor de procesare a aerului în sistemele de

creştere intensivă a ciupercilor şi implicit al metodelor de realizare a microclimatului, se impune

ca necesar datorită consumurilor energetice pe unitatea de produs deosebit de ridicate. Astfel,

scopul principal al cercetărilor din ultimele decenii a fost găsirea unor modalităţi pentru

reducerea consumului energetic investit.

Din cercetările efectuate se constată că influenţa cea mai mare asupra consumului de

energie total al procesului de creştere a ciupercilor în spaţii protejate o are sistemul de procesare

a aerului propriu-zis, precum şi parametrii constructivi - funcţionali ai echipamentelor anexe de

generare a energiei termice. Astfel, s-au căutat şi se caută soluţii viabile pentru reducerea

acestuia, constatându-se faptul că nu există suficiente informaţii cu privire la cea mai eficientă

modalitate de realizare a operaţiei de ventilare la nivelul suprafeţei de cultură. Cu privire la acest

subiect literatura de specialitate furnizează doar informaţii referitoare la realizarea

microclimatului în spaţiile destinate creşterii intensive a ciupercilor, negăsindu-se în prezent

suficiente informaţii referitoare la vitezele de deplasare şi direcţia ideală a fluxului de aer.

Din aceste motive, cercetarea mecanismului de producere a microclimatului ideal și

direcţionarea optimă a fluxurilor de aer la suprafaţa de cultură a devenit o necesitate şi o

preocupare de mare actualitate, orice reducere a consumului energetic şi implicit financiar,

transformându-se într-un avantaj pe piaţa concurenţială.

În acest context se înscrie şi tema prezentei lucrări de doctorat, în care se realizează un

studiu riguros atât al metodelor de ventilare, cât şi a consumurilor energetice din timpul realizării

microclimatului în spaţiile protejate destinate creşterii intensive a ciupercilor.

3.5. Metodica generală de cercetare în lucrare

Pentru îndeplinirea obiectivului principal şi a obiectivelor subsidiare precizate pentru

această lucrare este necesară o examinare riguroasă a modului de desfăşurare a cercetărilor

teoretice şi experimentale şi o permanentă corectare a eventualelor erori care ar putea să se

manifeste pe parcursul acestor cercetări.

În figura 3.6 se prezintă schema metodicii generale de cercetare în această lucrare, în care

se observă şi bucla de corectare permanentă a modelelor teoretice ale procesului de condiţionare

prin compararea rezultatelor concrete obţinute în cadrul cercetărilor experimentale desfăşurate în

laborator şi în exploatare.

29

Fig. 3.6. Metodica generală de cercetare în lucrarea de doctorat

30

4. CONTRIBUŢII TEORETICE LA OPTIMIZAREA ENERGETICĂ A

ECHIPAMENTELOR PENTRU CLIMATIZARE ÎN SISTEMELE

INTENSIVE DE CULTIVARE A CIUPERCILOR

4.1. Generalităţi

Optimizarea este, în esenţă, o opţiune ştiinţifică şi constă în elaborarea şi trierea

sistematică a soluţiilor posibile ale unei probleme inginereşti. Scopul final al optimizării este

selectarea acelei soluţii care, în limitele unui cadru de referinţă definit prin condiţiile admise sau

impuse iniţial, conduce la folosirea cea mai avantajoasă a resurselor de care se dispune pentru

materializarea ei. Optimizarea unei maşini, instalaţii sau construcţii de un anumit tip se poate

face prin optimizarea separată a componentelor sale, a subansamblurilor sau a părţilor

constructive distincte, în cazul sistemelor de cultivare intensivă a ciupercilor, instalaţia de

procesare a aerului fiind una dintre acestea.

Cantitatea de materie sau substanţă supusă oricărui tip de studiu, din punct de vedere

termodinamic, poartă denumirea de sistem termodinamic. Definirea sistemului care reprezintă

obiectul unui studiu termodinamic oarecare, presupune şi identificarea cu precizie a mediului

înconjurător, denumit şi mediul ambiant, acesta reprezentând o cantitate de materie sau

substanţă, aflată în afara sistemului studiat.

Suprafaţa care separă sistemul termodinamic de mediul înconjurător, poartă denumirea de

frontieră, iar ca suprafaţă este caracterizată de faptul că nu are grosime, deci nu ocupă volum în

spaţiu şi nu conţine materie. Deci valoarea oricărei mărimi termodinamice într-un punct situat pe

frontieră, trebuie să fie aceeaşi atât pentru sistemul termodinamic cât şi pentru mediul

înconjurător, deoarece sistemul termodinamic şi mediul înconjurător sunt în contact pe toată

suprafaţa considerată frontieră.

Capacitatea sistemului de a efectua sau nu schimb de substanţă cu mediul înconjurător,

poartă denumirea de permeabilitatea faţă de substanţă a frontierelor sistemului termodinamic, iar

în funcţie de aceasta pot fi definite două tipuri de sisteme termodinamice:

- închise care sunt caracterizate prin frontiere impermeabile faţă de substanţă.

Permeabilitatea frontierelor faţă de substanţă este caracterizată prin prezenţa unui debit

masic ce străbate frontierele sistemului;

- deschise, care sunt caracterizate prin frontiere permeabile faţă de substanţă, ce sunt

studiate utilizând noţiunea de volum de control, care defineşte volumul cuprins în

interiorul frontierelor.

Porţiunile din frontieră impermeabile pentru substanţe sunt denumite suprafeţe de control,

iar porţiunile de frontieră permeabile la substanţă sunt denumite suprafeţe de intrare sau

suprafeţe de ieşire.

Starea termodinamică descrie sistemul din punct de vedere energetic, şi permite

evidenţierea oricăror modificări manifestate în acesta. Prin stare termodinamică se înţelege

nivelul energetic de ansamblu al sistemului, corespunzător tuturor particulelor constitutive,

reprezentate prin atomi legaţi (la solide), respectiv atomi sau molecule libere (la fluide). Starea

termodinamică este determinată de intensitatea mişcării (agitaţiei) termice.

Prin metabolismul lor, ciupercile produc o cantitate mare de dioxid de carbon care este

emanată în spaţiul de cultură. Deşi în primele stadii de dezvoltare a ciupercilor din cadrul unui

ciclu de cultură, sunt necesare concentraţii mai mari ale acestuia în mediul din spaţiul de cultură,

cantitatea produsă prin metabolismul ciupercilor depăşeşte cu mult necesarul, fapt pentru care se

impune reducerea concentraţiei dioxidului de carbon, lucru realizat prin sistemul de ventilare şi

condiţionare a aerului, prin introducerea de aer proaspăt. În practica normală de cultivare nu

apare nici-o dată situaţia în care să existe necesitatea introducerii de dioxid de carbon, pentru a

ridica concentraţia lui.

31

Controlul microclimatului în cazul culturii ciupercilor înseamnă reglarea capacităţii aerului

de a reţine vaporii de apă, lucru care este de obicei definit ca produsul dintre deficitul presiunii

vaporilor şi viteza de circulaţie a aerului (Edwards, 1973). Astfel, realizarea unui flux corect de

aer în spatiile de cultură a ciupercilor, este esenţială pentru succesul procesului de producţie.

Încadrarea în intensitatea necesară a ratei de evaporare a apei, asigură o umiditate care duce la

obţinerea unor ciuperci de un alb strălucitor, cu o suprafaţă netedă fără carenţe.

Monitorizarea umidităţii aerului dintr-un spaţiu de cultură se poate realiza prin realizarea

condiţiilor corecte de evaporare, prin controlul presiunii de vapori. Umiditatea aerului din spaţiul

de cultură poate fi ridicată prin injectarea cu jeturi de picături de apă sau cu abur şi poate fi

scăzută prin trecerea aerului umed printr-un dezumidificator.

În cadrul lucrării de faţă se urmăreşte a se efectua un studiu asupra circulaţiei curenţilor de

aer în spaţiile de cultivare a ciupercilor în vederea reducerii gradienţilor de temperatură, de

umiditate şi a concentraţiei de dioxid de carbon pentru asigurarea condiţiilor uniforme de climat

în tot spaţiul de cultură.

4.2. Aspecte privind dinamica fluidelor

4.2.1. Ecuaţiile Navier-Stokes

Dinamica fluidelor studiază mişcarea fluidelor şi interacţiunea lor cu corpurile rigide,

ţinând seama de forţele care intervin şi determină starea de mişcare şi de transformările

energetice care se produc în timpul mişcării. O parte din energia mecanică a fluidului este

disipată ireversibil sub formă de energie termică, fenomen datorat vâscozităţii fluidului şi

interacţiunii lui cu contururile solide. Pentru caracterizarea curgerii unui fluid se impune ca

necesară cunoaşterea distribuţiei vitezelor, presiunii şi temperaturii în masa fluidului, parametri

care depind de o serie de factori ca: forma şi dimensiunile spaţiului în care curge fluidul, câmpul

de forţe care acţionează asupra lui.

Mişcarea fluidelor poate fi descrisă cantitativ prin expresii matematice, care au la bază

trei legi fizice fundamentale: legea conservării masei, cu ajutorul căreia se obţine ecuaţia de

continuitate, legea a doua a lui Newton, cu ajutorul căreia se obţine ecuaţia de echilibru dinamic,

care poartă numele de ecuaţia Navier –Stokes, şi legea conservării şi transformării energiei, din

care se obţine ecuaţia bilanţului de energie.

Pentru studiul curgerii curenţilor fluidelor newtoniene (fluide normal vâscoase) sunt

folosite ecuaţiile Navier–Stokes. În cazul fluidelor newtoniene, tensiunile tangenţiale

dezvoltate între două straturi de fluid vecine, sunt proporţionale cu gradientul vitezei de

deformaţie dv/dy, coeficientul de proporţionalitate fiind vâscozitatea dinamică a fluidului,

legătura fiind exprimată prin legea lui Newton:

dy

dv (4.5)

Ecuaţiile Navier–Stokes au luat naştere prin aplicarea legii a doua lui Newton

(conservarea impulsului) la mişcarea fluidelor normal vâscoase, aplicată pentru un volum

elementar, împreună cu ipoteza că tensiunea de pe suprafeţele unui element de fluid este

proporţională cu gradientul vitezei (fluid newtonian), la care se adaugă gradientul presiunii (fig.

4.1).

Ecuaţiile Navier–Stokes presupun că fluidul studiat este un mediu continuu. Ele permit

determinarea vitezei unei particule de fluid dar şi nu poziţia acesteia. Soluţia ecuaţiilor Navier–

Stokes este numită câmp de viteze, şi oferă informaţii despre distribuţia valorilor vitezei fluidului

în toate punctele sistemului considerat, la un anumit moment, iar pentru vizualizarea spectrelor

curgerii se pot trasa direcţiile instantanee ale vectorilor viteză, traiectoriile descrise de volumele

32

elementare de fluid rezultând din structura câmpului de viteze.

Modelul Navier-Stokes constituie forma cea mai generală de descriere a mişcării unui

fluid newtonian aflat în echilibru termodinamic. El este format din ecuaţia de continuitate,

ecuaţiile de conservare a impulsui (mişcării) şi ecuaţia conservării energiei, completate cu

ecuaţiile de stare şi cu legi empirice (pentru exprimarea variaţiei vâscozităţii si conductivităţii

termice, funcţie de parametrii curgerii).

Fig. 4.1. Schema eforturilor unitare care acţionează pe suprafeţele unui element de fluid

În forma lor generală, Ecuaţiile Navier–Stokes sunt ecuaţii cu derivate parţiale, neliniare

care reprezintă un set de expresii matematice, complexe ce definesc ecuaţiile fundamentale ale

curgerii fluidelor:

.gz

w

y

w

x

w

z

p

z

ww

y

wv

x

wu

t

w

;gz

v

y

v

x

v

y

p

z

vw

y

vv

x

vu

t

v

;gz

u

y

u

x

u

x

p

z

uw

y

uv

x

uu

t

u

z2

2

2

2

2

2

y2

2

2

2

2

2

x2

2

2

2

2

2

(4.6)

Mişcarea unui fluid este determinantă de interacţiunea a foarte mulţi parametri. Un rol

esenţial îl are raportul a două categorii de forţe: forţele de inerţie şi, respectiv, cele de frecare,

care sunt forţe de natură vâscoasă. Acest raport este pus in evidenţă de numărul Reynolds:

dvRe (4.7)

unde: v este viteza de curgere a fluidului, în m/s; d - dimensiune caracteristică a

sistemului, în m; - densitatea fluidului, în kg/m3; - vâscozitatea dinamică a fluidului, în Pas.

În funcţie de valoarea numărului Reynolds, se pot distinge trei regimuri de curgere:

- regimul laminar (pentru valori mici ale numărului Reynolds: Re 2.000);

- regimul turbulent (la valori ridicate ale numărului Reynolds: Re 10.000);

- regimul tranzitoriu (între cel laminar şi cel turbulent: 2000 Re 10.000).

În funcţie de regimul de curgere, aspectul mişcării este foarte diferit.

33

4.2.2. Generalităţi privind stratul limită

În majoritatea curgerilor, fluidele curg în prezenţa unor contururi solide staţionare, viteza

stratului de fluid aflat în contact cu conturul solid fiind egală cu viteza acestuia, nulă pentru

contururile solide staţionare. Pe direcţie normală la suprafaţa corpurilor, în masa de fluid se

manifestă gradienţi ai vitezei fluidului, care generează tensiuni tangenţiale, reprezentând

rezistenţe la curgerea fluidului, a căror valoare este direct proporţională cu mărimea gradientului

de viteză. Regiunea din fluid în care viteza acestuia se modifică datorită interacţiunii cu

contururile solide poartă denumirea de strat limită, noţiune introdusă de Prandtl. Grosimea

stratului limită se măsoară de la perete, pe direcţie normală la acesta şi convenţional se defineşte

ca fiind zona în care viteza fluidului este mai mică decât 99% din valoarea vitezei libere.

4.3. DEZVOLTAREA MODELULUI CFD

4.3.1 Generalităţi

Capabilitatea de a face estimări apriori asupra performanţelor proceselor, doar prin

cunoaşterea caracteristicilor geometrice şi a valorilor impuse parametrilor de funcţionare, este o

dorinţă prioritară pentru fiecare proiectant.

Modelul este o reprezentare izomorfă a realităţii, el oferind o imagine intuitivă, dar în

acelaşi timp riguroasă a structurii logice a fenomenului studiat, facilitând stabilirea unor legături

între mărimile fizice caracteristice fenomenului studiat.

Metodele de calcul şi analiză a dinamicii fluidelor, utilizează programe specializate din

cadrul Analizei Computaţionale a Dinamicii Fluidelor (COMPUTATIONAL FLUID

DYNAMICS – CFD), care permit simularea prin intermediul tehnicii de calcul a curgerii

fluidelor, a transferului de căldură şi a fenomenelor asociate, în care curgerea fluidelor este

fenomenul preponderent. Utilizarea metodei CFD, asigură posibilitatea realizării unui studiu

rapid şi mai aprofundat asupra proceselor de curgere a fluidelor şi reprezintă un pas important

pentru a se obţine informaţii, care nu pot fi obţinute pe altă cale.

Codurile CFD comerciale actuale, utilizează trei metode spaţiale de discretizare a

structurii: metoda diferenţelor finite (FD), volumelor finite (FV) sau elementelor finite (FE).

Metoda elementelor finite este în general mult mai precisă decât metoda volumelor finite, dar

prin metoda volumelor finite se pot obţine rezultate mult mai precise în bilanţurile de masă, prin

utilizarea continuităţii bilanţului per volum de control. Metoda volumelor finite este mult mai

adecvată în situaţia transportului fluidelor, în timp ce metoda elementelor finite este utilizată mai

mult în calculele referitoare la tensiuni sau la conducţie, unde satisfacerea condiţiei de

continuitate locală are o importanţă mai redusă.

4.3.2. Aspecte privind utilizarea codurilor comerciale CFD

Cercetarea teoretică prin metoda de simulare CFD are ca scop principal studierea curgerii

fluidelor în condiţii specifice. Programele CFD sunt recunoscute ca parte integrantă a tehnicilor

de calcul CAE (Computer-Aided Engineering), fiind utilizate în realizarea analizelor numerice,

bazându-se pe un set de expresii matematice neliniare, complexe ce definesc ecuaţiile

fundamentale ale curgerii fluidelor şi transferului de căldură. Aceste ecuaţii sunt rezolvate

iterativ utilizând algoritmi de calcul complecşi, încorporaţi în programele CFD. Ele permit să se

efectueze studii asupra comportării unui flux de fluid, într-un domeniu geometric cunoscut.

Mărimile de ieşire ale programelor CFD pot fi vizualizate grafic prin trasarea în culori a

vectorilor vitezelor, a conturului câmpurilor de presiune, a domeniilor cu proprietăţi constante

ale câmpului de curgere, sau sunt prezentate ca date numerice şi diagrame în sistemul 2D sau

3D.

34

4.3.3 Modelarea matematică în CFD

Scopul unui sistem de distribuţie a aerului într-o spaţiu de cultură este definit prin

următoarele aspecte: de a aduce aerul proaspăt, de a compensa necesarul de căldură sau frig şi de

a crea un microclimat optim. Pentru obţinerea confortului termic şi a calităţi microclimatului în

spaţiile închise este necesară determinarea cu precizie a spectrelor curgerii aerului, avându-se în

vedere în permanenţă şi eficienţa din punct de vedere energetic a sistemelor luate în studiu.

Fenomenele caracteristice sunt influenţate de diverşi factori ce pot apărea într-o încăpere:

viteza aerului, temperatura, umiditatea, turbulenţa aerului, concentraţia diverselor emisii,

neuniformitatea ambianţei, etc. Modalitatea în care circulă aerul este în directă legătură cu

geometria încăperii, existenţa obstacolelor (arhitecturii interioare), poziţionarea gurilor de

refulare şi de extracţie, precum şi cu natura sistemelor de ventilare/climatizare.

Efectuarea cercetărilor experimentale la scara clădirilor este foarte complexă, iar

realizarea unui model experimental prin care să se simuleze toate fenomenele ce intervin este

greu de realizat, iar transpunerea rezultatelor cercetării la scara normală trebuie făcută cu

precauţie, în baza unor criterii de similitudine specifice.

Odată cu dezvoltarea tehnicii de calcul şi cu perfecţionarea sistemelor de calcul, au fost

deschise noi perspective de studiu în toate domeniile ştiinţei, datorită posibilităţilor nelimitate

oferite de metoda de cercetare prin modelarea numerică a fenomenelor luate în studiu. La modul

general, modelarea constă în reprezentarea unui obiect sau fenomen (sau a unui ansamblu de

obiecte şi fenomene) sub diferite forme, plecând de la realitatea iniţială şi efectuarea de simulări

pentru obţinerea soluţiei optime, utilizând unele ipoteze simplificatoare.

Rezolvarea pe cale numerică modelului matematic constă în atribuirea unor valori

caracteristice parametrilor modelului matematic, rezolvarea acestuia, prin metode specifice, şi

obţinerea unor câmpuri de valori pentru variabilele problemei. Complexitatea modelului

matematic poate fi redusă prin metode numerice specifice (diferenţe finite, elemente finite sau

volume finite). Etapa de rezolvare numerică permite transformarea problemei matematice

continue, într-o problemă numerică discretă.

4.3.4. Ecuaţiile fundamentale

Scopul dezvoltării modelelor CFD este acela de a înlocui metodele experimentale într-o

serie de situaţii în care investigarea experimentală ar ridica probleme deosebite sau pentru studii

parametrice ce ar necesita un timp îndelungat. Ele sunt bazate pe rezolvarea numerică a

ecuaţiilor Navier-Stokes pentru ansamblul punctelor de discretizare din domeniul studiat.

Codurile CFD se bazează pe ecuaţiile fundamentale de mişcare care conţin ecuaţiile de

continuitate şi de conservare a momentului cinetic şi a energiei. Acestea sunt relaţii matematice

ale celor trei principii fundamentale pe care se bazează dinamica oricărui tip de fluid.

Prin introducerea ipotezelor simplificatoare, în baza cărora fluidul este considerat ca new-

tonian (cu o viscozitate constantă), monocomponent, incompresibil, aflat în curgere nestaţionară

în câmp gravitațional, sistemul de ecuaţii diferenţiale format din ecuaţiile nestaţionare Navier-

Stokes în forma conservativă, ecuaţiile diferenţiale care descriu conservarea masei şi

momentului cinetic, într-un sistem de referinţă staţionar, scrise sub formă vectorială, au

următoarea structură [98]:

- ecuaţia generală a conservării masei (continuitate), pentru un volum elementar de fluid,

are forma:

0

U

t

; (4.8)

- ecuaţia care descrie conservarea momentului cinetic este:

35

M

TSUUpUU

t

, (4.9)

unde: este un operator care semnifică produsul tensorial al vectorilor; p - presiunea

statică, ρ - densitatea fluidului, U - vectorul vitezei, δ - matricea unitate sau funcţia Kronecker,

- vâscozitatea moleculară; SM - termen sursă care reprezintă momentul adăugat, depinde de

model şi trebuie definit de către utilizator;

- ecuaţia de conservare a energiei pentru volumul elementar de fluid:

ESuTTUTTt

, (4.10)

în care: T este temperatura absolută; - coeficientul de difuziune; T – gradientul de

temperatură; SE -. termen sursă care reprezintă energia adăugată, depinde de model şi trebuie

definit de către utilizator.

Modelarea de tip CFD se poate realiza cu diferite grade de fineţe şi aproximare a varia-

iilor temporale şi spaţiale ale parametrilor fluidului, utilizând diferite metode de integrare.

4.3.5 Modelarea turbulenţei

Turbulenţa este definită ca fluctuaţiile în timp, la scară mică, a câmpurilor de viteze,

caracterizate de dezvoltarea unor structuri spaţiale denumite vârtejuri, având ca rezultat o

creştere a disipării energiei, a gradului de amestecare şi transferului de căldură. Vârtejurile se

produc atunci când forţele de inerţie care acţionează asupra elementelor de fluid devin

semnificative în comparaţie cu forţele de natură vâscoasă, şi este caracterizată de valori mari ale

criteriului de similitudine Reynolds (Re 10.000). Este un proces complex, care se desfăşoară

tridimensional, este instabil şi aleator, şi care are influenţe semnificative asupra caracteristicilor

curgerii fluidului. În curgerea turbulentă, peste direcţia principală de mişcare a fluidului se

suprapune o mişcare dezordonată, fluctuantă în timp, mişcare care conduce la o amestecare

intensă a straturilor de fluid.

Orice mărime care caracterizează curgerea turbulentă variază în timp ca valoare şi ca

direcţie, oscilând în jurul unei vaolori medii (fig. 4.2), oscilaţiile purtând denumirea de fluctuaţii

sau pulsaţii ale mărimii respective. Prin introducerea descompunerii Reynolds, valoarea

instantanee a unei mărimi oarecare este divizată în două componente: o componentă medie, şi

o componentă variabilă în timp, analitic fiind exprimat prin:

),t,z,y,x()t,z,y,x()t,z,y,x( (4.11)

unde: )t,z,y,x( reprezintă valoarea medie temporală a mărimii (x,y,z,t); (x,y,z,t)

- valoarea fluctuaţiei mărimii (x,y,z,t).

Valoarea medie temporală este determinată prin integrala definită:

t

0

dt)t,z,y,x(t

1)t,z,y,x( (4.12)

în care: Δt este intervalul infinitezimal de timp, care trebuie să îndeplinească două

condiţii: să fie mult mai mare decât durata medie a fluctuaţiilor şi să fie mic în raport cu

intervalul de timp corespunzător pasului de integrare, astfel încât valoarea medie să nu depindă

de timp.

Distribuţia nivelului fluctuaţiilor are forma unei repartiţii gaussiene, fapt ce scoate în

36

evidenţă că turbulenţa este un fenomen statistic, valoarea medie a fluctuaţiilor fiind nulă iar

media temporală a valorilor absolute a fluctuaţiilor este o mărime diferită de zero. Teoria

statistică a turbulenţei se bazează pe cunoaşterea fluctuaţiilor diferitelor mărimi ale curgerii.

Din punct de vedere practic, în mecanica fluidelor, prezintă interes cateva caracteristici

ale curgerii (coeficientul de frecare, fluxul de caldură, vitezele medii, campul de presiuni medii

etc.). Aceste mărimi sunt expresia unor proprietăţi statistice ale fluidului, de unde şi posibilitatea

de a media statistic ecuaţiile Navier-Stokes. Se obţine astfel modelul ecuaţiilor Reynolds care,

utilizand o serie de ipoteze suplimentare (formulate prin modelele de turbulenţă) pot fi integrate

numeric.

Scările de lungime relevante pentru interacţiunile fizice ce au loc într-o curgere

turbulentă sunt următoarele: L - macro-scară, definită ca lungimea caracteristică a fenomenului

studiat; lT - macro-scara Taylor, definită ca dimensiunea caracteristică a celor mai mari structuri

energetice, lλ - micro-scara Taylor, definită ca dimensiunea medie a vârtejurilor, lk - micro-scara

Kolmogorov, definită ca dimensiunea celor mai mici vârtejuri, şi care este definită prin relaţia:

4

13

kl (4.13)

unde: ε este rata de disipare turbulentă, în m2/s

3; ν - vâscozitatea cinematică a fluidului, în

m2/s.

Rata de disipare turbulentă este definită prin relaţia:

i

i

i

i

x

u

x

u

(4.14)

în care: iu reprezintă fluctuaţiile vitezei; bara superioară - operator de mediere.

Cea mai mică scară relevantă a unei curgeri turbulente este scara Kolmogorov lk, dat fiind

faptul că scările mai mici decât lk sunt dominate de forţele vâscoase, iar cea mai mare scară este

scara integrală L, prin care se măsoară dimensiunea scărilor energetice. Pentru o curgere

turbulentă, omogenă şi izotropă, D Wilcox a indicat utilizarea relaţiei de interdependenţă dintre

micro-scara lui Kolmogorov, macro-scara caracteristică a fenomenului studiat şi numărul

Reynolds:

43

kRelL (4.15)

Modelarea de tip CFD se poate realiza cu diferite grade de fineţe şi aproximare a

variaţiilor temporale şi spaţiale ale parametrilor fluidului, fiind utilizate metodele DNS (Direct

Numerical Simulation), LES (Large Eddy Simmulation) şi metodele statistice tip RANS

(Reynolds Averaged Navier- Stokes).

Opţiunile pentru rezolvarea ecuaţiilor mediate temporal sunt pentru utilizarea metodelor

Reynolds Averaged Navier Stokes (RANS), sau Large Eddy Simulation (LES), care sunt în plină

dezvoltare. Principiul caree stă la baza celor două merode constă în rezolvarea ecuaţiilor de

conservare ce guvernează curgerea utilizând o discretizare spaţială mai puţin fină, în comparaţie

cu cazul modelării DNS. Vârtejurile de dimensiuni superioare celor ale celulelor discretizării

sunt determinate prin calcul, iar transferul de energie dinspre acestea spre structurile mai fine

este reprezentat printr-un model dezvoltat de Smagorinsky [66].

Ecuaţiile Navier Stokes Mediate Reynolds (RANS). Metoda se bazează pe o abordare

statistică ce necesită un timp de calcul mai redus. Obiectivul acestei metode este de a neglija

mişcarea turbulentă instantanee a fluidului, mult prea complexă, şi de a căuta ecuaţii care să

37

prezică mai simplu evoluţia câmpurilor de viteze medii. Ecuaţiile de mişcare sunt mediate pentru

a reduce termenii fluctuanţi, noile necunoscute fiind luate în calcul în modelele de închidere sau

de turbulenţă [68]. Principiul fundamental al modelarii clasice a curgerilor turbulente se bazează

pe descompunerea tuturor variabilelor de curgere în doi termeni: unul fluctuant şi unul mediu.

Pentru determinarea mărimilor medii sunt utilizate mai multe metode: media spaţială, media

temporală, media statistică sau media stohastică [69, 70].

Modelele vâscozităţii turbulente (eddy) se bazează pe ipotezele Boussinesq (1877),

care propun relaţionarea eforturilor turbulente cu gradientul de viteză din curgerea medie prin

conceptul de vâscozitate turbulentă, prin care tensiunile Reynolds sunt considerate a fi

proporţionale cu media gradienţilor de viteză.

Modele ale turbulenţei cu o singură ecuaţie de transport. Se bazează pe ipoteza

Buossinesq şi nu iau în considerare calculul vâscozităţii turbulente în funcţie de parametrii

exteriori, temporali şi spaţiali, luînd în calcul numai ecuaţia de transport a energiei cinetice

turbulente. Sunt introduse două necunoscute suplimentare: energia cinetică turbulentă şi rata de

disipare a acesteia.

Modelul turbulenţei cu două Ecuaţii. Cele mai simple „modele complete” de turbulenţă

sunt modelele cu două ecuaţii, în care soluţia celor două ecuaţii de transport (ecuaţia de transport

a energiei turbulente (k) şi ecuaţia de transport pentru scara de lungime turbulentă) permite

determinarea independentă a vitezei turbulenţei şi lungimii scării de producere a turbulenţei.

Variabila folosită este rata de disipare a energiei turbulente () care apare în mod explicit în

termenul sursă al ecuaţiei de conservare a energiei cinetice turbulente (k). Modelul standard „k-

ε” este cuprins în această categorie de modele de turbulenţă şi a devenit în timp cel mai popular

model utilizat în problemele practice inginereşti pentru calculul curgerilor, pornind de la modelul

propus de Launder şi Spalding (1972).

Modelul standard κ-ε al turbulenţei asigură o bună aproximare matematică a curgerilor

de aer în spaţii închise şi este constituit din două ecuaţii de transport, rezultatele fiind un

compromis între calitatea datelor şi puterea tehnicii de calcul implicată.

Nu ţine cont de ipoteza lungimii de amestec, utilizează ipoteza gradientului difuziei

pentru asocierea tensiunii Reynolds cu media gradientului vitezei şi vâscozitatea turbulentă.

Modelul turbulenţei cu două ecuaţii k-ε prezintă performanţe sporite pentru studiul

curgerilor ce implică zone de recirculare sau strat limită. Este extrem de larg utilizat în curgerea

multifazică deoarece oferă o corelaţie bună între efortul de calcul numeric şi precizia calculelor.

În modelul celor două ecuaţii determinarea vitezei şi lungimii scalei se obţine prin rezolvarea

separată a ecuaţiilor de transport (de aici şi termenul de „două-ecuaţii” [27]). Pentru modelul

amestecului vâscozitatea turbulentă se modelează prin expresia (rel. 4.33):

2k

Ct

. (4.38)

în care: indicele face referire la faza amestecului.

Ecuaţiile de transport pentru k şi ε în faza turbulentă se consideră ca având forma similară

cu ecuaţiile aferente transportului unei singure faze:

k

k

t TPrkkUrkrt

; (4.39)

TCPC

krUrr

tk

t

21

. (4.40)

38

Termenii adiţionali kT şi T reprezintă transferul interfazic pentru k respectiv ε.

Aceşti termeni sunt omişi în codul de bază Ansys CFX, dar pot fi adăugaţi şi de utilizator.

Celelalte modele de turbulenţă cu două ecuaţii sunt tratate în mod similar [27].

Modelul k- ε RNG a fost obţinut prin utilizarea unei tehnici statistice riguroase, denumită

Teoria Renormalizării Grupului – Re-Normalisation Group (RNG), pentru a normaliza ecuaţiile

Navier-Stokes cu scopul de a contoriza şi efectul celor mai mici scări de mişcare. Modelul κ–ε

RNG este o alternativă a modelului κ–ε standard, în care vâscozitatea turbulentă este determinată

cu o singură scară de lungimea turbulenîei, fapt pentru care difuzia turbulentă apare doar la scara

de lungime specificată, în realitate, toate scările mişcării turbulente contribuind la difuzia

turbulentă.

Modelele k - ω. Modelul k – este un model empiric, bazat pe ecuaţiile de transport ale

energiei cinetice turbulente (k) şi a ratei specifice de disipare (frecvenţa specifică ), care

determină scara turbulenţei. Modelul k – , din solverul Fluent, se bazează pe modelul k – ,

formulat de Wilcox (1998 - Turbulence modeling for CFD) în care sunt încorporate modificările

produse de valorile reduse ale numărului Reynolds.

Una din problemele principale ale modelării turbulenţei o reprezintă precizia estimării

separării fluidului la contactul cu o suprafaţă netedă (curgerea liberă), care este un fenomen

deosebit de important în numeroase aplicaţii tehnice [27].

Modelul Wilcox k-ω încorporează modificări care ţin seama de efectele valorilor reduse

ale numerelor Reynolds, compresibilităţii sau răspândirii tensiunii de forfecare. Modelul Wilcox

estimează vitezele de răspândire liberă a tensiunilor de forfecare ce sunt în concordanţă apropiată

cu măsurătorile efectuate pentru straturile de amestecare, jetul planar, circular sau radial, şi este

în acest mod aplicabil curgerilor la limită în zona pereţilor sau tensiunilor de forfecare liberă.

Având ca punct pe pornire modelul standard k-ω, Wilcox a elaborat un model propriu în care

sunt rezolvate două ecuaţii de transport, una pentru energia cinetică de turbulenţă (k), şi una

pentru frecvenţa specifică a turbulenţei [96]. Tensorul tensiunilor este calculat cu ajutorul

conceptului referitor la vâscozitatea eddy.

Modelul Baseline (BSL) k-ω. Principala problemă a modelului Wilcox o reprezintă

sensibilitatea extrem de puternică la condiţiile curenţilor liberi. În funcţie de valoarea specificată

la intrare pentru frecvenţa specifică ω, se observă variaţii semnificative (instabilitate) ale

rezultatelor obţinute de acest model. Acest lucru este nedorit, iar pentru rezolvarea acestei

situaţii, Menter a elaborat o combinaţie între modelul k-ω în apropierea suprafeţei şi modelul k-ε

pentru regiunile exterioare. Acesta constă de fapt în transformarea modelului k-ε într-o formulare

k-ω şi adăugarea ulterioară a ecuaţiei corespunzătoare. Modelul Wilcox este în acest fel

multiplicat cu o funcţie de amestec, iar modelul k-ε transformat printr-o altă funcţie, de valoare

unitară în apropierea suprafeţei de contact şi care devine zero în zona stratului limită. Până la

limita zonei stratului limită şi în afara zonei stratului limită se recuperează modelul k-ε [27].

Modelul k-ω Shear Stress Transport (SST) a fost dezvoltat de către Menter [78], pentru a

obţine acurateţea modelului standard k-ω şi redarea independenţei curgerii în zonele îndepărtate,

modelul k-ε fiind transformat într-o formulare de tip k-ω.

Modelele Tensiunii Reynolds (Reynolds Stress Model - RSM) sunt modelele de ordinul

II care se bazează pe ecuaţiile de transport pentru toate componentele tensiunii Reynolds şi a

vitezei de disipare. Ele sunt aplicabile mai ales fluidelor a căror curgere este puternic

anizotropică. În aceste modele nu este utilizată ipoteza vâscozităţii eddy, dar este rezolvată

ecuaţia de transport în fluid a tensiunii Reynolds, pentru fiecare componentă individuală a

tensiunii. Modelele Tensiunii Reynolds (Second Moment Closure -SMC) includ şi efectele

curburilor liniilor de curent, schimbărilor bruşte ale vitezei de deformare, curenţilor secundari

sau ascensionali, în comparaţie cu modelele turbulenţei, care utilizează aproximările vâscozităţii

eddy [95]. În comparaţie cu modelele cu vâscozitate turbulentă (care furnizează rezultate mai

39

confuze faţă de realitate), aceste modele sunt mai puţin disipative, caracterizând mai bine

aspectele neliniare, instabilităţile, permiţând şi modelarea schimbului de energie între mişcările

fluctuante şi mişcările medii.

4.4. CONFIGURAREA MODELULUI DE SIMULARE

4.4.1. Generalităţi

Prin modelarea numerică se permite investigarea teoretică a unor probleme, a căror

abordare experimentală este prea costisitoare sau în unele cazuri chiar imposibilă. Analiza

computaţională a dinamicii fuidelor (CFD) s-a dezvoltat din necesitatea de a permite studiul

teoretic prin modelare a comportării unui flux de fluid, într-un domeniu geometric cunoscut, şi a

fenomenelor de turbulenţă caracteristice mecanicii fuidelor. Înlocuirea cercetărilor experimentale

pe sistemele reale cu cele teoretice, prin modelare, pe sisteme virtuale a permis reducerea

semnificativă a duratei de timp şi a costurilor asociate elaborării, proiectării şi realizării a unor

noi tipuri de spaţii de cultură, cu diferite amenajări interioare.

4.4.2. Pre-procesarea

Configurarea modelului unei probleme pentru rezolvarea cu programele CFD are trei paşi

distincţi:

- crearea sau importul modelului geometric 3D;

- crearea reţelei de elemente finite;

- configurarea fizică a problemei.

În modelarea geometrică, topologia modelului de simulare este stabilită în faza iniţială de

proiectare a modelului geometric cu programele CAD (Computer Aided Design). În această fază

sunt stabilite interfeţele de interacţiune dintre regiunile principale solid şi fluid. Pentru

proiectarea modelelor geometrice 3D ale spaţiilor de cultură şi a arhitecturii interioare (refturi,

conducte) a fost folosit programul SolidWorks. Modelul geometric utilizat pentru crearea reţelei

de elemente finite în subprogramul CFX-Mesh a fost realizat prin importarea fişierelor externe

create în programul SolidWorks. Pentru delimitarea regiunilor curgerii, CFX-Mesh necesită

construirea de corpuri solide (Solid Bodies) [27].

Generarea reţelei. Paşii necesari pentru crearea reţelei sunt următorii:

- delimitarea regiunilor pe modelul geometric;

- formularea atributelor reţelei de discretizare;

- generarea reţelei de suprafeţe;

- generarea reţelei de volume.

Delimitarea regiunilor. În timpul configurării condiţiilor de simulare CFD, este necesar

să se definească condiţiile limită în care se aplică anumite condiţii fizice specifice (specificarea

zonelor prin care fluidul intră în modelul geometric, sau, cele în care acesta îl părăseşte.

Formularea atributelor reţelei. Procesul de generare a ochiurilor de reţea în CFX-Mesh

decurge complet automat. În scopul asigurării obţinerii celei mai bune soluţii privind generarea

reţelei de elemente finite CFD, în concordanţă cu resursele de calcul disponibile, este posibilă

setarea scării de lungime de fond a elementelor, precum şi locul de unde şi cum trebuie să fie

rafinată aceasta.

În general, dimensiunea elementelor este determinată de scara de lungime minimă a

întregii reţele, de scările de lungime locale a parametrilor ochiurilor de reţea de suprafaţă şi de

scara de lungime globală.

Generarea reţelei de suprafaţă. Reţeaua de elemente de suprafaţă va fi întotdeauna

generată înainte de generarea reţelei de elemente de volum. Adesea este util a se genera în mod

40

explicit cel puţin o parte din reţeaua de suprafaţă înainte de discretizarea volumului, pentru a

putea vizualiza şi a se asigura dacă scările alese de lungime şi control vor avea efectul dorit.

Generarea reţelei de volume. Reţeaua de volume finite standard în CFX-Mesh este

generată prin metoda Advancing Front Volume Mesher, ce permite generarea automată a

reţelelor tetraedrice, folosind tehnici eficiente de generare a reţelei, inclusiv prin utilizarea

generării de reţele în paralel [27].

Generarea frontierelor. Conectivitatea unei reţele defineşte forma geometrică a

elementelor sale. De exemplu, un triunghi este compus din trei noduri, iar un patrulater sau un

tetraedru din patru noduri.

Elementele reţelei pot avea forme geometrice diferite: în cazul problemelor

bidimensionale, elemente de tip triunghi, patrulater sau hexagon, iar în cazul problemelor

tridimensionale elemente de tip tetraedru, paralelipiped sau prisma hexagonală.

Reţeaua de discretizare poate fi:

structurată dacă conectivitatea sa este de tip diferenţă finită, distanţele dintre nodurile

sale sunt constante, după cele două sau trei axe ale unui sistem cartezian;

nestructurată dacă distanţele dintre noduri sunt diferite, ceea ce înseamnă că

conectivitatea este oarecare.

Reţelele structurate sunt formate din elemente de tip dreptunghi în plan şi din prisme

hexagonale în probleme tridimensionale. Reţelele nestructurate folosesc în mod frecvent

triunghiuri în plan şi tetraedre în spaţiu.

Construcţia unei reţele de discretizare trebuie să ţină cont de geometria domeniului de

calcul. Construirea geometriei domeniului şi generarea reţelei este mare consumatoare de timp în

raport cu întregul proces CFD. Timpul consumat constă în definirea geometriei şi introducerea

acestor informaţii în modulul software, care generează reţeaua în mod automat. Întâlnirea unei

reţele inadecvate problemei tratate, din cauza prea puţinelor puncte sau a distribuţiei

necorespunzătoare a acestora, poate conduce în mod frecvent la reconstituiri multiple ale reţelei

pentru problema dată, pentru ca simularea curgerii să fie optimizată. Discretizarea spaţială a

domeniului trebuie să se obţină fără discontinuităţi ale spaţiilor reţelei şi fără introducerea de

elemente sau celule cu deformări mari.

4.4.3. Rezolvarea problemei CFD

Cu condiţiile la limită definite, procesul de simulare poate fi efectuat. Ultimul pas în

obţinerea datelor dorite este etapa de post-procesare a datelor în care seturile de date necesare

analizelor sunt luate din datele de simulare.

Pentru rezolvarea ecuaţiilor diferenţiale cu derivate parţiale, fundamentale pentru

conservarea momentului cinetic sau mărimilor scalare (masa, energia sau turbulenţa), codurile

CFD utilizează o formă de integrare discretă, bazată pe tehnica volumelor de control, a cărei

implementare constă în parcurgerea a trei paşi principali:

Prima metodă de calcul are avantajul unui consum de resurse computaţionale mai redus şi

aproximează mai bine valoarea pe întreg volumul de control, aceasta fiind dată de nodul central,

dar cea de-a doua metodă calculează mai precis valoarea integrată pe o suprafaţă atunci când

aceasta se află la mijlocul distanţei între două noduri.

Primul pas în discretizare este acela de a integra ecuaţia conservării pentru fiecare volum

de control și se vor însuma toate ecuaţiile pentru obţinerea ecuaţiei de conservare globală.

Rezultatul este un set de ecuaţii liniare care trebuie rezolvate pentru obţinerea unei valori a

fiecărei variabile pentru fiecare celulă, fiind necesară implementarea unei scheme iterative

eficiente de calcul. Rezolvarea ecuaţiilor constă în aproximarea integralelor de suprafaţă şi a

integralelor volumice. Determinarea integralelor de suprafaţă conduce la valori pe suprafaţa

volumului de control, acestea fiind calculate prin interpolare cu ajutorul valorilor aflate în centrul

celulei. Metoda volumelor finite implică două niveluri de aproximare a valorilor:

- calculul valorilor variabilelor pe suprafaţa volumului de control – interpolare;

41

- calculul integralelor volumice şi de suprafaţă – integrare.

Aproximarea integralei de volum. Unii termeni din ecuaţia de transport cer integrarea pe

volumul de control. Cea mai simplă aproximare de ordin II este să se înlocuiască integrala de

volum cu un produs între o valoare medie şi volumul de control. Această valoare medie este

stabilită ca fiind valoarea nodală:

ppdd (4.58)

unde: p este valoarea în centrul CV, această valoare fiind uşor de determinat având toate

variabilele disponibile în nodul P, nefiind necesară interpolarea.

Aproximarea este exactă fie dacă φ este constant fie dacă are o variaţie liniară în CV,

neîndeplinirea acestor două condiţii ducând la o eroare de gradul II. O aproximare de grad mai

mare implică valori ale lui φ în mai multe locaţii, nu doar central. Aceste valori trebuie obţinute

prin interpolarea valorilor nodale.

Stabilirea parametrilor iterativi. Ecuaţiile de curgere fundamentale (4.50-4.51) sunt

rezolvate în mod secvenţial prin integrare iterativă.. Datorită faptului că aceste ecuaţii sunt

cuplate între ele, este necesară efectuarea câtorva cicluri iterative înainte ca să fie atinsă

convergenţa soluţiei. Procedura de obţinere a soluţiilor în cazul integrării numerice a ecuaţiilor

diferenţiale este reprezentată grafic în schema de principiu prezentată în figura 4.15.

Fig. 4.15. Schema de soluţionare numerică iterativă în codurile comerciale CFD [27].

Paşii ce trebuie efectuaţi în ordine secvenţială sunt prezentaţi după cum urmează:

42

- ecuaţiile conservării momentului în toate direcţiile sunt rezolvate fiecare prin utilizarea

valorii curente a presiunii (iniţial este utilizată valoarea din condiţiile de frontieră), în scopul

actualizării câmpului de viteze;

- vitezele obţinute pot să nu satisfacă ecuaţia de continuitate locală. Utilizând ecuaţia de

continuitate şi liniarizarea ecuaţiilor de conservare a momentului se obţine un coeficient de

corecţie a presiunii. Utilizând coeficientul de corecţie a presiunii se corectează valorile de

presiune şi viteză până la obţinerea continuităţii;

- ecuaţiile de turbulenţă sunt rezolvate cu ajutorul câmpului de viteze corectat.

- toate celelalte ecuaţii sunt rezolvate prin utilizarea valorilor actualizate ale variabilelor;

- proprietăţile fluidului sunt actualizate; orice termen sursă adiţional este actualizat;

- este efectuată verificarea convergenţei.

Acest ciclu de paşi este efectuat continuu, până când la ultimul pas este atins criteriul de

convergenţă.

4.4.4. Post-procesarea

Când simularea numerică atinge convergenţa, ultimul set de date este stocat ca o soluţie

finală. Acest set de date reprezintă înregistrarea stării tuturor elementelor din model, viteze,

densitate, presiuni, aspecte ale curgerii, etc. Pentru a putea fi interpretate datele, acestea trebuie

să fie ordonate şi reduse la dimensiuni uşor de înţeles. Acest tip de afişare a datelor se numeşte

post procesare şi face posibilă comparaţia datelor din simularea curentă cu datele din alte

simulări sau cu datele externe, ex. provenite din cercetări experimentale [27].

Există multe moduri de afişare a datelor, astfel încât este important să fie realizată o

selecţie a reprezentării datelor, pentru a le putea compara cu alte seturi de date.

Printre opţiunile de vizualizare standard disponibile sunt reprezentările grafice de contur

sau ale vectorului de viteză.

4.5. REZULTATELE CERCETĂRILOR TEORETICE

Realizarea modelului geometric

Generarea modelului geometric al camerei şi a rafturilor de cultură, în programul

SOLIDWORKS 2001, a ţinut cont de caracteristicile unităţii de producţie unde s-au efectuat

cercetările experimentale, mai precis ferma S.C. KADNA BIONATURA S.R.L. din localitatea

Feldioara, județul Braşov.

Fig.4.18 Vedere finală a camerei de cultură

43

S-au avut în vedere atât dimensiunile camerei (15 x 10 x 3,5 m) cât şi caracteristicile

rafturilor de cultură (13 x 1,25 x 2,2 m). Deoarece în această fază nu s-a reuşit generarea întregul

sistemul de ventilare (difuzor+tubulatură), s-au amplasat gurile de admisie a aerului procesat în

tavanul încăperii, la o înălţime identică cu a celor existente în tubulatura originală.

În peretele posterior s-au practicat gurile de evacuare pentru aerul viciat (60 x 60 cm) la o

înălţime de 10 cm faţă de nivelul pardoselii. Gura de evacuare pentru recirculare a fost executată

în peretele opus, respectând dimensiunile de gabarit şi geometria incintei experimentale.

Discretizarea camerei de cultură

După stabilirea formei geometrice corespunzătoare simulărilor s-a trecut la pasul următor,

alegerea discretizării. Determinarea numărului necesar de celule pentru calculul soluţiei se

realizează în urma unui studiu de dependenţă a soluţiei faţă de numărul de elemente de

discretizare. Acest studiu este necesar pentru obţinerea unei soluţii cât mai corecte, aceasta fiind

proporţională cu numărul de celule din grila de calcul. Totuşi, odată cu creşterea acestui număr,

timpul de lucru respectiv resursele de calcul trebuie să crească corespunzător. De la un anumit

număr de celule, pentru numere superioare de celule, diferenţa între soluţiile găsite, nu mai

variază în aşa mare măsură, astfel încât se poate alege o grilă de calcul care să rezolve

compromisul soluţie corectă – resurse computaţionale.

Fig. 4.24. Discretizare totala volum cameră cultură și rafturi

Din momentul în care reţeaua de discretizare este completată şi toate inadvertenţele

apărute au fost rezolvate, partea reală de calcul a CFD-ului poate fi pornită. În acest moment,

geometria 3D şi reţeaua finită sunt importate în modulul de rezolvare (Solver) şi simularea CFD

este demarată. Este necesar a se parcurgeurmătorii paşi:

- definirea codiţiilor la limită ale sistemului simulat;

- stabilirea parametrilor procesului iterativ.

Stabilirea condiţiilor la limită

Condiţiile la limită determină variabilele de curgere şi privesc limitele modelului fizic.

Condiţiile la limită se definesc prin:

- graniţele de intrare şi ieşire ale curentului de fluid: presiune de intrare, viteza de intrare,

debit masic de intrare, presiune de ieşire, ieşire curent de fluid;

- pereţi, graniţe de reproducere sau poli: perete, simetrie, axe periodice;

- zone de celule interne: fluid, solid.

Rezolvarea problemei CFD

44

Fig.4.27.Vedere ansamblu

direcționare jeturi vi=8 m/s

Fig.4.28.Vedere ansamblu

presiune aer la vi=10 m/s

Din toate calculele şi estimările făcute, viteza jetului la ieşirea din tubulatura de

distribuţie cu 4 m/s duce la o propagare şi difuzie jeturilor de aer cu viteze de 0,25-0,35 m/s la

nivelul suprafeţei de cultură.

Fig.4.32.Distribuția vectorilor de viteză a jeturilor de aer în condiții

de viteză redusă (v=1 m/s)

În figura 4.32 se observă în detaliu circulația jeturilor de aer în interiorul raftului de

cultură, precum și direcțiile acestora. Se observă cum interacțiunea acestora duce la o curgere

relativ constantă peste suprafața de cultură. Fenomenul de curgere constantă generează premizele

de spălare a suprafeței de cultură, eliminănd în acest fel excesul de CO2 emanat de compost în

procesul de fermentare, și de asemenea de preluare a excesului de umiditate.

45

Fig.4.38. Detaliu orientare jeturi

aer vi=1m/s

Fig.4.39. Vedere ansamblu direcționare

jeturi vi=1m/s

În toate cele trei cazuri analizate s-a constatat că viteza de curgere a aerului la suprafaţa

de cultură este mai ridicată la marginile rafturilor comparativ cu zona centrală a acestora.

Fig.4.42.Vedere ansamblu –direcțiile jeturilor de aer (cu rafturi vizibile și cu rafturi ascunse)

In figura 4.42. se pot vedea traiectoriile jeturilor de aer. Se observă clar cum fluxul de aer

curge peste straturile de cultură, preluând excesul de CO2 și umiditate pe care îl transportă spre

grilele de evacuare. Pentru o mai bună vizulalizare a traseelor jeturilor de aer, rafturile au fost

setate ca invizibile. In prezentarea video anexată se pot urmări cu exactitate aceste trasee precum

și evoluția lor în timpul iterațiilor.

5. CERCETAREA EXPERIMENTALĂ ASUPRA INSTALAȚIEI DE

VENTILAȚIE ȘI PROCESARE A AERULUI

5.1. Obiectivele generale ale cercetărilor 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

46

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 microclimatului necesar creșterii intensive a ciupercilor și optimizarea energetică

a procesului de condiționare a aerului.

Obiectivul secundar al cercetărilor experimentale este reprezentat de analiza consumului

energetic al procesului de ventilare și condiționare a microclimatului dintr-un spațiu protejat

pentru creșterea intensivă a ciupercilor.

În vederea îndeplinirii obiectivului principal a fost necesară parcurgerea şi îndeplinirea

secvenţială a următoarelor obiective complementare:

alegerea corectă a obiectelor cercetării experimentale;

conceperea unei metodici generale de cercetare experimentală şi a metodicilor

activităţilor preliminare, de cercetare experimentală intr-o unitate de creșterea intensivă a

ciupercilor;

alegerea aparaturii și echipamentelor necesare, folosite la cercetarea experimentală;

însușire tehnicilor de folosire a aparaturii de masurare și înregistrare corectă a datelor;

desfăşurarea cercetărilor experimentale în exploatare conform metodicii stabilite

anterior;

analiza parametrilor fizico-chimici ai aerului şi compararea acestora în vederea

stabilirii influenţelor procesului de condiţionare a aerului intr-o unitate de creșterea intensivă a

ciupercilor;

înregistrarea, analiza şi prelucrarea datelor cercetărilor experimentale din exploatare;

compararea rezultatelor cercetărilor experimentale cu studiile teoretice;

evidențierea avantajelor economice rezultate din folosirea diferitelor sisteme de reglare

a factorilor microclimatici din spatiile utilizate pentru creșterea intensivă a ciupercilor.

5.2. Obiectele cercetării experimentale

Obiectele cercetării experimentale sunt reprezentate de:

Sistemele ATES de condiționare ale aerului, utilizate la reglarea temperaturii și

fluxului de aer în spațiile protejate pentru creșterea intensivă a ciupercilor, existente

în unitatea de producție ciuperci KADNA BIONATURA-Feldioara;

Cele trei camere de cultură, special amvelopate și echipate pentru creșterea în regim

intensiv a ciupercilor, aparținând societătii comerciale mai sus menționate.

Produsele vegetale supuse procesului de cultivare, în cazul nostru, au fost ciupercile

Agaricus Bisporus (tulpina A15-Biofunghi Ungaria). Selectarea acestei tulpine a

fost facută în urma observațiilor efectuate pe o perioada de 18 luni, având ca

parametru principal de selecție productivitatea ridicată (35-38%) și durata ridicată

de depozitare (5-6 zile)

47

Fig.5.1. Ciuperci Agaricus Bisporus (val 1 ziua 22)

5.3. Metodica cercetării experimentale

Fig. 5.4. Metodica generală de cercetare experimentală

Locul de desfăşurare a cercetărilor experimentale

Exploatare

Obiectele cercetării experimentale

Aparatura şi echipamentele folosite

Echipament proces tehnologic:Instalatia de climatizare ATES LINE V.3.

Centrală termică electrică PROTHERM 18

kW, 400 V

Răcitor apa AEC GLACIER SERIES 30

Aparatura de masura si control:Termohigrograf portabil Meterman model

TRH 22

Termometru portabil PT100Senzor concentrație CO2 cu multiplexare

Anemometru KIMO Model : VT-200Contor VOLTCRAFT Enery Logger 4000 pt

curent monofazatContor electromecanic GANZ Instruments

6Medm pt curent trifazat

Ciuperci Agaricus

bisporus

Parametrii urmăriţi

Gradul de omogenitate a curențior de aer Obținerea parametrilor fizico-chimici ai microclimatului

Costurile totale specifice tehnologiei şi echipamente

Analiza și evaluarea tehnica a camerelor de cultură de proces

Analiza calitativă și cantitativă a materialului biologic înainte de începere procesului

Analiza calitativă a materialului biologic după recoltare

Analiza şi interpretarea rezultatelor cercetărilor experimentale

Concluzii privind perfecţionarea tehnologiiei şi echipamentelor pentru condiţionarea aerului în

unitățile de cultivare a ciupercilor în spații protejate

48

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 prezentată în figura 5.4.

În vederea îndeplinirii metodicii generale au fost realizate următoarele activităţi:

acţiuni preliminare cercetărilor experimentale;

cercetări experimentale în exploatare.

5.4. Cercetări experimentale privind determinarea parametrilor

funcţionali ai instalatiei de procesare a aerului

5.4.1. Instalaţia experimentală utilizată

În scopul determinării parametrilor funcționali ai instalației s-a utilizat instalația de

climatizare ATES LINE V.3. produsă de S.C. ATES S.R.L. Tg Mureș:

-realizează prepararea aerului din camera de cultură a ciupercilor

-complet echipat cu venitilator, radiator de răcire, radiator de încălzire, umidificator, grilă reglaj

aer admisie, grilă reglaj aer recirculare

-toate comenzile şi controlul sunt automatizate

-carcasă termoizolantă şi insonorizată

5.4.2. Aparatura utilizată pentru determinarea parametrilor funcţionali

Pentru determinarea parametrilor fizico chimici au fost folosite următoarele aparate și

echipamente:

a. Termohigrograf portabil Meterman TRH 22

b. Senzor concentrație CO2 cu multiplexare

c. Anemometru KIMO Model : VT-200

d. Contor VOLTCRAFT Enery Logger 4000 pt curent monofazat

e. Contor electromecanic GANZ Instruments 6Medm pt curent trifazat

5.4.2.1. Termohigrograf portabil Meterman TRH 22

TRH 22 utilizează un senzor de capacitate de

precizie pentru a oferi performanțe exacte cu

stabilitate pe termen lung. Acest instrument de

mare precizie măsoară întreaga gamă de umiditate

relativă de la 0% până la 100% și are o gamă

extrem de largă de măsurare a temperaturii

ambiante de la -20⁰ C la 60⁰ C. Senzorul este

montat pe un ax lung ce se extinde de la suprafața

superioară a unității , făcând posibilă sondarea în

conducte și spații greu accesibile. Ecranul mare

LCD afișează două măsurători simultan cu o gamă

completă de opțiuni de afișare, inclusiv Hold,

Min, Max, și Relativ.

49

Fig. 5.18. Termohigrograf Meterman TRH 22

5.4.2.2. Senzor concentrație CO2 cu multiplexare

- afişare pe display alfanumeric LCD

- domeniu de măsurare: 350..10000ppm

- precizie măsurare:±50ppm

- rezoluţie: 20ppm

- timp răspuns: 10 secunde

- poate preleva eşantioane din 16 camere

- pompă aspiraţie

- electrovalve control trafic

5.4.2.3. Anemometru KIMO Model : VT-200 (www.kimo.fr)

Termo – anemometrul VT 200 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 200; 4 – termo-anemometru cu fir cald; 5

– termocuplu cu sondă de penetrare; 6 – termo-anemometru telescopic cu fir cald.

Fig. 5.20. Termo– anemometrul VT 200(www.kimo.fr)

5.4.2.4. Contor VOLTCRAFT Enery Logger 4000 pt curent monofazat

Energy Logger 4000 măsoară și stochează în memoria sa internă consumul de energie

electrică pentru o perioadă de până la 6 luni. Datele inregistrate pot fi usor transferate pe

calculator prin intermediul unui card de memorie SDHC, pentru o analiza ulterioara completa.

Fig. 5.19. Analizor CO2 cu

multiplexare

http://www.kimo.fr/

50

Software-ul grafic "VOLTSOFT", simplu de utilizat, afiseaza costul energiei electrice pentru un

numar de maximum 10 consumatori.

Fig. 5.22. Contor VOLTCRAFT Enery Logger 4000

Ecranul afișează atât valorile curente și cumulate, cât și o evaluare a costurilor (luna/an).

Spre deosebire de variantele comerciale, Energy Logger 4000 se caracterizează printr-o precizie

deosebită, începând contorizarea de la 1.5 W, ceea ce-l face ideal pentru măsurarea consumului

aparatelor aflate în stand-by.

5.4.2.5. Contor electromecanic GANZ Instruments 6Medm

Este un aparat pentru măsurarea energiei active și reactive pe 3 faze, 3 fire sau 4 fire din

rețelele de curent alternativ dezechilibrat (fig.5.10.)

Fig.5.23. Contor electromecanic GANZ Instruments 6Medm

Contorul a fost montat selectiv pe circuitul de alimentare al următorilor consumatori urmăriți

(380 V):

Centrala termică

Răcitor apă

5.4.3. Soluția utilizată pentru determinarea uniformităţii de distribuţie a fluxului de aer

in interiorul camerei de cultură

Pentru determinarea vitezei fluxului de aer s-a folosit anemometrul portabil tip KIMO

Model : VT-200. S-au făcut un mumar de 1872 măsuratori a vitezei aerului la suprafata de

51

recoltare în camera de cultură și același număr de măsurători în camera etalon (de 3 ori câte 624

puncte de măsurare, 3 debite diferite de aer/faza evoluție). Punctele de măsurare au fost alese

conform modeleului atașat pe fiecare nivel de cultură.

5.5. Desfășurarea cercetărilor experimentale

Conform precizărilor din subcapitolul 5.1. cercetările experimentale s-au desfășurat în mai

multe etape: acțiuni preliminare și cercetări în exploatare.

5.5.1. Acțiuni preliminare desfășurării cercetărilor experimentale.

Activitățile preliminare desfășurării cercetărilor experimentale sunt specificate în schema

din figura 5.26.

Fig. 5.26. Metodica de lucru privind acțiunile preliminare cercetărilor experimentale

5.5.2. Desfăsurarea cercetărilor în exploatare la S.C. Kadna-Bionatura S.R.L. Feldioara

Cercetările în exploatare au avut loc în ciupercăria S.C. Kadna-Bionatura S.R.L. Feldioara

județul Brașov și s-au desfășurat în perioadele iulie-august 2011 și octombrie-decembrie 2011

conform metodicii prezentate în figura 5.41. Măsurările au fost făcute în zilnic, în intervalul orar

00:00…24:00, folosindu-se aparatele de măsură descrise în capitolul 5.4.1. Parametrii urmăriți

au fost stabiliți la inișierea programului de cercetare, de comun acord cu beneficiarul Kadna-

Bionatura Brașov, și au rămas neschimbați pentru întreaga perioadă în care s-au făcut măsurări,

cu scopul obținerii unor date relevante privind evoluția acestora pe durata celor două intervale de

aproximativ 45 zile.

Pregătirea pentru cercetări experimentale în exploatare

Analizarea documentelor de referinţă şi conexe (legi, standarde etc.)

Alegerea obiectelor supuse cercetărilor experimentale

Alegerea aparatelor pentru cercetarea experimentală

Aparatura pentru măsurări în exploatare

Stabilirea schemelor de măsurare-încercare

52

5.6.Interpretarea rezultatelor obtinute in urma cercetărilor în exploatare

5.6.1. Rezultatele cercetărilor experimentale referitoare la dinamica fluxului de aer

Dinamica fluxului de aer în interiorul camerei de cultură este determinată de emisia de

dioxid de carbon CO2 și de măsurile de corecție ce se impun pentru diminuarea acestuia și

încadrarea în parametrii stabiliți și recomandați de producătorii de compost.

Producția de dioxid de carbon a compostului și a corpurilor de fructificare depinde de

stadiul de cultivare sau dezvoltare și de temperatura compostului. O temperatură scăzută a

camerei de cultură este ușor de realizat în timpul iernii.

Când temperatura exterioară este mai ridicată se poate întâmpla să fie nevoie de mai mult

aer proaspăt decât o cere emisia de CO2. Amsing (1987) a calculat emisia de CO2 în camerele

de cultura pentru tulpina U1 Horst, pornind de la conținutul de CO2 al aerului evacuat.

Rezultatele acestei analize evidențiaza faptul că emisia de CO2 este următoarea:

- la inceputul incubării miceliului – 30 grame / oră / tonă compost

- după acoperirea cu sol de carcasă – 65 g/h/t

- a doua zi după acoperire – 100 g/h/t

- in perioada de pregătire - 80 g/h/t

Aceste valori au același ordin de creștere cu cele indicate de Tschierpe și Siden (1962) și

cele ale lui Verbek si Beek (1979).

Recomandările producătorilor de compost, primite la fiecare livrare de produs conțin

indicații despre aceste emisii, și valorile nominale recomandate a concentrației de CO2 în aerul

din camera de creștere.

În urma măsurătorilor efectuate experimental în camerele de cultură, prin oprirea

instalației de ventilare pentru perioade determinate de 1,2 și 3 ore s-au inregistrat emisii de CO2

de pâna la 138 g/h/t în faza de înmugurire, iar pentru restul fazelor s-au confirmat supozițiile

Amsing.

Pentru stabilirea cu precizie a parametrilor de funcționare a echipamentului de

climatizare, s-au determinat, pentu fiecare fază în parte, din oră în oră, necesarul de aer proaspăt

introdus pentru eliminarea aerului viciat.

Una dintre cele mai importante codiții a fluxului de aer este viteza de deplasare la

suprafața de cultură. Aceaste trebuie să se încadeze înrte 0,2 și 0,4 m/s.

Jeturile de aer suflate deasupra culoarelor dintre rânduri, de la o înălțime de 3,4 m ajung

la suprafețele de cultură cu viteze cuprinse între 0,23 – 0,43 m/s. Datorită geometriei rafturilor și

a intersectării jeturilor viteza aerului la suprafața de cultura variază funcție de nivelul în raft și

modul de amplasare al raftului (zonă centrală sau laterală)

Rân

d 1

p1

Rân

d 1

p2

Rân

d 1

p3

0,2

0,25

0,3

0,35

0,4

0,45

0,5

s1s2

s3s4

s5s6

s7s8

s9s10

s11s12

s13

Raft 1

Rând 1/Raft 1

0,45-0,5

0,4-0,45

0,35-0,4

0,3-0,35

0,25-0,3

0,2-0,25

Rân

d 2

p1

Rân

d 2

p2

Rân

d 2

p3

0,2

0,25

0,3

0,35

0,4

0,45

0,5

s1s2

s3s4

s5s6

s7s8

s9s10

s11s12

s13

Raft 1

Rând 2/Raft 1

0,45-0,5

0,4-0,45

0,35-0,4

0,3-0,35

0,25-0,3

0,2-0,25

53

Fig. 5.32. Graficul distribuției vitezei pe nivelul 1 al rafturilor (Vi=2,46m/s)

Același fenomen, ușor diminuat se poate observa în cazul nivelului 2. Datorită reducerii

ușoare a vitezei jeturilor de aer din cauza dispersiei se constată o reducere cu 2,3-2,5% a vitezei

de curgere a aerului pe suprafața de cultură.

Fig. 5.33. Graficul distribuției vitezei pe nivelul 2 al rafturilor (Vi=2,46m/s)

Centralizat, se poate observa o dispersie relativ omogenă a vitezelor de curgere a fluxurilor de

aer pe suprafața de cultură. Aici apar mici discrepanțe nesemnificative în zonele centrale (raft 2

și raft 3) unde datorită interferenței jeturilor apar turbioane care măresc viteza de curgere cu 8-

12%

Rân

d 3

p1

Rân

d 3

p2

Rân

d 3

p3

0,2

0,25

0,3

0,35

0,4

0,45

0,5

s1s2

s3s4

s5s6

s7s8

s9s10

s11s12

s13

Raft 1

Rând 3/Raft 1

0,45-0,5

0,4-0,45

0,35-0,4

0,3-0,35

0,25-0,3

0,2-0,25

Rân

d 4

p1

Rân

d 4

p2

Rân

d 4

p3

0,2

0,25

0,3

0,35

0,4

0,45

0,5

s1s2

s3s4

s5s6

s7s8

s9s10

s11s12

s13

Raft 1

Rând 4/Raft 1

0,45-0,5

0,4-0,45

0,35-0,4

0,3-0,35

0,25-0,3

0,2-0,25

Rân

d 1

p1

Rân

d 1

p2

Rân

d 1

p3

0,2

0,25

0,3

0,35

0,4

0,45

0,5

s1s2

s3s4

s5s6

s7s8

s9s10

s11s12

s13

Raft 2

Rând 1/Raft 2

0,45-0,5

0,4-0,45

0,35-0,4

0,3-0,35

0,25-0,3

0,2-0,25

Rân

d 2

p1

Rân

d 2

p2

Rân

d 2

p3

0,2

0,25

0,3

0,35

0,4

0,45

0,5

s1s2

s3s4

s5s6

s7s8

s9s10

s11s12

s13

Raft 2

Rând 2/Raft 2

0,45-0,5

0,4-0,45

0,35-0,4

0,3-0,35

0,25-0,3

0,2-0,25

Rân

d 3

p1

Rân

d 3

p2

Rân

d 3

p3

0,2

0,25

0,3

0,35

0,4

0,45

0,5

s1s2

s3s4

s5s6

s7s8

s9s10

s11s12

s13

Raft 2

Rând 3/Raft 2

0,45-0,5

0,4-0,45

0,35-0,4

0,3-0,35

0,25-0,3

0,2-0,25

Rân

d 4

p1

Rân

d 4

p2

Rân

d 4

p3

0,2

0,25

0,3

0,35

0,4

0,45

0,5

s1s2

s3s4

s5s6

s7s8

s9s10

s11s12

s13

Raft 2

Rând 4/Raft 2

0,45-0,5

0,4-0,45

0,35-0,4

0,3-0,35

0,25-0,3

0,2-0,25

54

Fig. 5.34. Grafic viteze aer pe suprafața de cultură – caz 1

5.6.2. Rezultatele cercetărilor experimentale referitoare la consumurile energetice

În urma măsurătorilor și înregistrărilor efectuate în cele două intervale de timp

menționate (iulie și octombrie 2011) au rezultat un numar de 2.880 date primare care au fost

ulterior prelucrate și interpretate.

Pentru perioada 30 Octombrie-10 Decembrie 2011, când temperatura exterioara a variat între

min 00C și max 24

0C s-a inregistrat un consum energetic total al instalației de procesare aer de

1.895,76 KWh, defalcat pe cei trei conumatori, după cum urmează(fig.5.40):

Centrala termică: 1.575,18 KWh

Agregat răcire: 11,37 KWh

Ventilator: 309,21 KWh

Centrala termică;

1.575,18 KWh

Agregat răcire; 11,37 KWh

Ventilator; 309,21 KWh

Fig.5.40. Bilantul energetic în perioada octombrie-decembrie

Rân

d 1

p1

/1

Rân

d 1

p3

/1

Rân

d 2

p2

/2

Rân

d 3

p1

/3

Rân

d 3

p3

/3

Rân

d 4

p2

/4

-

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

0,40

0,45

0,50

s1s3

s5s7

s9s11

s13 s2s4

s6s8

s10s12

s1s3

s5s7

s9s11

s13s2

s4s6

s8s10

s12

Raft 1

Raft 2

Raft 3

Raft 4

Vit

eza

ae

r (m

/s)

Gama de viteze (m/s)

Distribuție viteze aer la suprafața de cultură (Vi=3.13 m/s)

- - 0,05 0,05 - 0,10 0,10 - 0,15 0,15 - 0,20 0,20 - 0,25 0,25 - 0,30 0,30 - 0,35 0,35 - 0,40 0,40 - 0,45 0,45 - 0,50

55

Fig.5.41. Consumul energetic al instalației de climatizare în funcție de variația temperaturii

exterioare (octombrie)

Pentru perioada 01 Iulie - 09 August 2011, când temperatura exterioară a variat între min

120C și max 31

0C s-a inregistrat un consum energetic total al instalației de procesare aer de

1.895,76 KWh defalcat pe cei trei conumatori după cum urmează (fig.5.42.):

Centrala termică: 92,15 KWh

Agregat răcire: 1.634,40 KWh

Ventilator: 341,63 KWh

Centrală termică;

92,15 KWh

Agregat răcire;

1.634,40

KWh

Ventilator; 341,63 KWh

Fig.5.42. Bilantul energetic în perioada iulie-august

56

Fig.5.43. Consumul energetic al instalației de climatizare în funcție de variația temperaturii

exterioare (iulie-august)

În figurile 5.41 și 5.43 sunt prezentate grafic consumurile de energie înregistrate în cele

doua perioade a cercetărilor în exploatare. Măsuratorile și înregistrările au fost făcute din 4 în 4

ore pe întreaga perioadă a ciclului de producție de 42 zile, considerând prima zi, data la care

stratul de turba a fost așezat peste compost.

6. CONCLUZII FINALE. CONTRIBUȚII ORIGINALE. DISEMINAREA

REZULTATELOR. DIRECTII VIITOARE DE CERCETARE

6.1. Concluzii generale

Ciupercile sunt produse legumicole folosite în alimentație umană și în terapeutică. Aceste

produse pot fi clasificate după caractere generale comune, din punct de vedere botanic,

anatomo-structural, comercial, tehnologic, precum și după modul de întrebuințare al acestora.

Din flora spontană nu se poate asigura în mod continuu, necesarul de materie primă

pentru consum și procesare industrială, motiv pentru care a fost necesară trecerea treptată la

cultivarea în spații protejate a unui număr relativ restrâns de specii de ciuperci. Situația

statistică evidențiază faptul că din cele 70 specii de ciuperci utilizate în România, numai 4

sunt cultivate.

Avantajele oferite de cultivarea acestor specii de ciuperci, constau în asigurarea unei

dezvoltări uniforme, cu posibilitatea de recoltare mecanizată, amplasare ciupercăriilor în orice

zonă, evitarea riscului substituirii cu ciuperci toxice cu caracteristici anatomice asemănătoare,

aplicarea măsurilor agrotehnica specifice pentru creșterea producției, creșterea considerabilă a

conținutului de principii active, a rezistenței la boli și dăunatori prin aplicarea tehnicii de

amelorare a speciilor.

57

În prezent în România se cultivă cu precădere două specii de ciuperci: Agaricus bisporus

(ciuperca de strat sau de bălegar, albă, crem sau brună) și Pleurotus ostreatus (bureți sau

păstrăvul de fag). Timid a început în ultima perioadă să se cultive și Lentinus edodes (shii-

take, ciuperca parfumată sau ciuperca de castan) și in scopuri terapeutice Agaricus Blazei

Muril (ciuperca lui Dumnezeu)

Ciupercile comestibile sunt considerate cu un aliment iar unele dintre ele chiar

medicament, având o valoare nutritivă ridicată și unele virtuți terapeutice de certă valoare

cum este cazul lui Lentinus edodes, Agaricus Blazei Muril și Pleurotus ostreatus.

6.2. Concluzii privind cercetările teoretice și experimentale Consumatorul energetic principal, în funcţionarea unei unităţi de creştere intensivă a

ciupercilor, este sistemul de procesare al aerului, direct influenţat de condiţiile meteorologice,

şi reprezintă 72-78% din consumul energetic al unei unităţi de producţie.

La nivel mondial există diferite sisteme comerciale de creștere intensivă a ciupercilor.

Întreaga producție este realizată în spații acoperite, accesorizate cu o varietate de sisteme de

cultură și structuri anexe. Unele camere de creștere au sectiune pătrată, dreptunghiulară sau

poligonala, iar altele sunt curbe, precum tuneluri de polietilenă, cu forme variate a secțiunii

transversale care se pot abate semnificativ de la cea a unui semicerc

În anul 1992, s-a efectuat o serie de măsurători cu diferite debite de aer pentru a examina

uniformitatea furnizării de aer la diferite înălțimi, în camerele de creștere cu rafturi cu cinci

niveluri. S-a remarcat o variație mare a vitezei aerului pe suprafața de recoltare dar nu s-au

sesizat îmbunătățiri semnificative în uniformitate. Sistemul de livrare a aerului prin conducte

a fost optimizat și s-a constatat că viteza medie a aerului la suprafața de recoltare a fost direct

legată de viteza de intrare.

Tehnicile de vizualizarea pentru fluxurile de aer cu viteză redusă pot fi foarte utile pentru

a obține o imagine de ansamblu a modului de dispersare și a direcțiilor curentilor de aer.

Tehnica constă în injectarea unui agent vizibil într-un flux de curgere, cu scopul de a detecta

mișcarea fluxului altfel invizibil. Agentul folosit trebuie să fie astfel ales încât aceasta să aiba

o masă suficient de mică (sau flotabilitate neutră), astfel încât acesta să se amestece ușor în

fluxul de aer examinat. Conform acestor cerințe, injectarea de fum sa dovedit a fi un mijloc

convenabil și util de vizualizare a fluxurilor de fluide.

Un proces de dezumidificare ideal, constă în îndepărtarea umidității din aer, fără o

modificare corespunzătoare a temperaturii. În practică, însă, acest lucru nu este posibil, într-o

instalație tipică de cultivare a ciupercilor. Pentru a asigura o suprafață rece, cu o temperatura

sub punctul de rouă, este folosită o unitate de refrigerare. Aerul este direcționat catre aceasta

suprafață și datorită fenomenului de condens, particolele de apa sunt reținute și umiditatea

este astfel îndepărtat din aer. Consecința a acestui proces este creșterea aportului de căldură

necesar pentru a menține temperatura aerului.

Numărul mare de sisteme de cultivare și variantele multiple de distribuție a aerului, face

ca demersul empiric pentru optimizarea fluxului de aer în spațiile de creștere a ciupercilor, sa

devină costisitor. Utilizarea modelelor de curgere și calcul din dinamica fluidelor reprezintă o

soluție de rezolvare a problemei. Dacă un model de curgere poate fi validat într-un număr

mare de situații, atunci programul ar putea fi folosit pentru a ghida experimentarea noilor

soluții constructive și ar reduce drastic timpul necesar.

În vederea vizualizarii distribuției fluxurilor și vitezelor jeturilor de aer s-a generat

modelul halei și în programul grafic SOLIDWORKS. Generarea modelului 3D permite

vizualizarea din mai multe unghiuri dupa concatenarea cu simularea obținută în CF Design

4.0. În cadrul acestui studiu, abordarea numerică a fost orientată către modelele de tip CFD

(Computational Fluid Dynamics) și studiul experimental. Abordarea numerică de tip CFD

prezintă avantajul de a oferi posibilitatea de analiză a unui număr important de cazuri,

58

suplinind astfel costurile legate de necesitatea unui număr relativ mare de experimente ori de

câte ori este necesar un studiu parametric. În acest context, modelele de tip CFD au câștigat o

mare popularitate în domeniul nostru pe parcursul ultimei decade. O problemă prezentă în

literatura de specialitate este legată de faptul că încă nu se acordă o importanță suficientă

curgerilor convective generate de sursele de căldură cum ar fi compostul în evoluție, curgeri

ce pot ele însele să afecteze distribuția aerului din încăperi.

6.3. Contribuții personale

1. Efectuarea unei sinteze asupra stadiului actual și al perspectivelor referitoare la

tehnologiile și echipamentele utilizate în sistemele de creștere intensivă a ciupercilor, pe

baza unei metodici adecvate de cercetare pentru definirea necesității temei de doctorat.

2. Efectuarea unei sinteze asupra cercetarilor efectuate in ultimul secol asupra influeței

acțiunii sistemelor de ventilare și procesare a aerului asupra calității si productivității

producției în spațiile destinate creșterii intensive a ciupercilor.

3. Elaborarea unor modele matematice, utilizănd metoda CFD, pentru determinarea

direcțiilor si vitezelor jeturilor de aer la suprafața de recoltare a rafturilor de cultură a

ciupercilor, cu precizarea factorilor care influnțeaza acest proces și implicit, a soluțiilor

de imbunătățire a curgrii floxurilor de aer in gamele de viteze acceptabile.

4. Elaborarea unui program de analiză și evaluare a consumurilor energetice din complexele

de cultură în regim intensiv a ciupercilor, concatenat cu analiza finciară a costurilor de

producție.

5. Proiectarea și realizarea unor dispozitive care au facilitat efectuarea cercetărilor

experimentale pentru determinarea direcțiilor si vitezelor jeturilor de aer la suprafața de

recoltare a rafturilor de cultură a ciupercilor.

6. Determinarea emisiilor de CO2 in diferite faze de evoluție a ciupercilor și compararea cu

rezultatele diseminate de alți autori.

7. Compararea rezultatelor datelor cercetărilor teoretice și experimentale pentru verificarea

corectitudinii modelelor matematice elaborate.

6.4. Direcții viitoare de cercetare

Continuarea cercetărilor experimentale pentru modernizrea și eficientizarea sistemelor de

ventilare și procesare a aerului în complexele de cultură în regim intensiv a ciupercilor

Realizarea unui sistem de distributie locală a aerului procesat, prin ramificarea multiplă a

tubulaturii de refulare pe ficare raft și nivel de cultură.

Continuarea cercetărilor experimentale asupra sistemelor de ventilatie prin înlocuirea

tubulaturii de polipropilena cu un material bicomponent poros

59

BIBLOGRAFIE SELECTIVĂ

1. Armfield, S.W. Finite difference solutions of the Navier-Stokes equations on staggered

and non-staggered grids Computers and Fluids, vol. 20,1,1-17., 1991.

2. Bailey, B.J.The design of film-plastic ventilation ducts, National Institute of Agricultural

Engineering Report R. 39, Silsoe, Bedford, UK 1994

3. Barbee G, Berry-Cabán C, Barry J, Borys D, Ward J, Salyer S (2009). Analysis of

mushroom exposures in Texas requiring hospitalization, 2005-2006. Journal of Medical

Toxicology 5 (2): 59–62. doi:10.1007/BF03161087. PMID 19415588.

4. Barber, W.H. and Summerfield, L.R.Environmental control of bacterial blotch on

Pennsylvania shelf farms, Mushroom Journal, vol. 201, 285-296, 1989.

5. Boulard, T., Roy, J.C., Lamrani, M.A., Haxaire, R. Characterising and modellingthe air

flow and temperature profiles in a closed greenhouse in diurnal conditions,

Mathematical and Control Applications in Agriculture and Horticulture (IFAC

Workshop, Hannover, Germany), 37-42, 1997.

6. Brandt, A. Multigrid techniques: 1984 guide with applications to fluid dynamics.

Weizman Institute of Science, Rehovot, Israel, 1984.

7. Briggs, William L., 1987. A multi grid tutorial, Society for Industrial and Applied

Mathematics, Philadelphia, Pennsylvania. 1987

8. Burrage, S.W., Varley, M.J., Noble, R., Perrin, P.S.G., 1988. A microcomputer-based

environmental control system for mushroom cropping tunnels, Computers and

Electronics in Agriculture, vol. 2, 193-207. 1988

9. Caretto, L.S., Curr, R.M., Spalding. D.B. 1972a. Two numerical methods for

threedimensional boundary layers, Computer Methods in Applied Mechanics and

Engineering, vol. 1, 39-57, 1972

10. Chen, Y. and Falconer, R.A. Advection-diffusion modelling using the modified QUICK

scheme, International Journal for Numerical Methods in Fluids, vol. 15, 1171-1196,

1992.

11. Choi, H.L., Albright, L.D., Timmons, M.B. An application of the k-s turbulence model to

predict how a rectangular obstacle in a slot-ventilated enclosure affects air flow,

Transactions of the ASAE, vol. 33, no. 1, 274-281, 1990.

12. Courant, R., Isaacson, E., Rees, M. On the solution of non-linear hyperbolic differential

equations by finite differences, Comm. Pure Appl. Math., vol. 5, 243, 1952.

13. Edwards, R,Mushroom house ventilation in theory and practice (part 2), Mushroom

Journal, no. 4,166-174, 1973b.

14. Farrell, P.A., Hegarty, A.F., Miller, J.J.H., O’Riordan, E., Shishkin, G.I. Robust

computational techniques for boundary layers, Applied Mathematics 16, Chapman &

Hall/CRC 2000.

15. Grant, J. and Williams, D. Modelling air flow in Irish mushroom tunnels, Proc.

Mathematical and Control Applications in Agriculture and Horticulture, Acta

Horticulturae 406, 399-405, 1996

16. Harral, B.B. and Boon, C.R., 1997. Comparison of predicted and measured airflow

patterns in a mechanically ventilated building without animals. Journal of Agricultural

Engineering, vol. 66, no. 3, 221-228, 1997

60

17. Hayes, R. 1991. The development of a computer simulation model of a

mushroomgrowing tunnel to investigate environmental control, Mushroom Science XIH,

Science and Cultivation of Edible Fungi, vol. 1, 307-313, 1991

18. Heber, A.J., Boon, C.R, Peugh, M.W., 1996. Air patterns and turbulence in an

experimental livestock building, Journal of Agricultural Engineering Research, 64, 3,

209-226, 1996

19. Hobbs, Christopher, and Michael Miovic (ed.). Medicinal Mushrooms: An Exploration of

Tradition, Healing and Culture. Third Edition. Botanical Press, Santa Cruz, CA. 252 p.

1995.

20. Hutchinson, B.R., and Raithby, G.D. 1986. A multigrid method based on the additive

correction strategy. Numerical Heat Transfer, vol. 9, 511-537, 1986

21. Hutchinson, B.R., Galpin, P.F., Raithby, G.D. 1988. Application of additive correction

multigrid to the coupled fluid flow equations, Numerical Heat Transfer, vol. 13,133-147,

1988

22. John Fereira. U.S. Mushroom Industry. Usda.mannlib.cornell.edu. Retrieved 2010-05-30.

23. Jones, Kenneth. Shiitake: The Healing Mushroom. Healing Arts Press, Rochester, VT.

128 p. www.parkstpress.com/titles/shiita.htm 1995.

24. Jordan P. Field Guide to Edible Mushrooms of Britain and Europe. New Holland

Publishers. p. 10. ISBN 978-1-84537-419-8.. (2006)

25. Kalač, Pavel; Svoboda, Lubomı́r A review of trace element concentrations in edible

mushrooms. Food Chemistry 69 (3): 273–281.doi:10.1016/S0308-8146(99)00264-2.(15

May 2000).

26. Kozak, M.E., and J. Krawcyzk. Growing Shiitake Mushrooms in a Continental Climate.

2nd Ed. Field & Forest Products, Peshtigo, WI. 114 p.1993.

27. Launder, B.E. and Spalding, D.B.The numerical computation of turbulent flows.

Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, vol. 3, 269-289, 1974,

28. Lee GS, Byun HS, Yoon KH, Lee JS, Choi KC, Jeung EB. Dietary calcium and vitamin

D2 supplementation with enhanced Lentinula edodes improves osteoporosis-like

symptoms and induces duodenal and renal active calcium transport gene expression in

mice. Eur J Nutr 48 (2): 75–83.doi:10.1007/s00394-008-0763-2. PMID 19093162. March

2009

29. Li, Y. and Rudman, M.Assessment of higher-order upwind schemes incorporating FCT

for linear and non-linear convection-dominated problems. Numerical Heat Transfer, B,

vol. 27, 1-21, 1995.

30. Loeffen, H.Extraneous ventilation of growing room because of leakage. Mushroom

Journal, no. 517, 15-16, 1993.

31. Lomax, K., Beyer, D., Rhodes, T.Air flow effects on mushroom production. Proceedings

of the 2nd International Conference on Mushroom Biology and Mushroom Products,

Penn State University. 233-240, 1996.

32. Maghirang, R.G. and Manbeck, H.B. Modelling particle transport in slotventilated air-

spaces. Transactions of the ASAE, vol. 36, no. 5,1449-1459, 1993,

33. Mateescu, N. Producerea ciupercilor, Editura CERES, Bucuresti, 1982

34. Mattila P, Suonpää K, Piironen V. Functional properties of edible mushrooms. Nutrition

16 (7–8): 694–6. doi:10.1016/S0899-9007(00)00341-5.PMID 10906601. 2000

61

35. Miller, T.F. and Schmidt, F.W. Evaluation of multilevel technique applied to the Poisson

and Navier-Stokes equations, Numerical Heat Transfer, vol. 13,1-26, 1988.

36. Mulder, W.A.Multigrid relaxation for the euler equations. Journal of Computational

Physics, vol. 60, no. 2, 235-252, 1985.

37. Murray, F. Modelling and control of the environmental conditions in a muhroom tunnel.

M. Eng. Sc. Thesis, University College Galway, Ireland, 1995.

38. O’Flaherty, T. Plastic structures. Crop production under plastic, Teagasc, Kinsealy

Research Centre, Ireland, 1990.

39. Oei, Peter. Manual on Mushroom Cultivation: Techniques, Species and Opportunities

for Commercial Application in Developing Countries. TOOL Publications,2003.

40. Patankar, S.V., Ivanovic, M., Sparrow, E.M. Analysis of turbulent flow and heat transfer

in internally finned tubes and annuli. Journal of Heat Transfer, vol. 101, 29-37, 1979.

41. Sullivan, Richard; Smith, John E.; Rowan, Neil J. Medicinal Mushrooms and Cancer

Therapy: translating a traditional practice into Western medicine.Perspectives in

Biology and Medicine 49 (2): 159–70.doi:10.1353/pbm.2006.0034. PMID 16702701.

2006

42. Wanik, A. and Schnell, U.Some remarks on the PISO and SIMPLE algorithms for the

steady turbulent flow problems. Computers and Fluids, vol. 17, no. 4, 555-570, 1989.

43. Worley, M.S. and Manbeck, H.B.Modelling particle transport and air flow in ceiling

inlet ventilation systems, Transactions of the ASAE, vol. 38,1, 231-239., 1995.

44. Zhang, G., Morsing, S., Strom, J.S.Modelling jet drop distances for control of a non-

isothermal, flap-adjusted ventilation jet, Transactions of the ASAE, vol. 39, no. 4, 1421-

1431., 1996.

45. Zhu, J. and Rodi, W.Zonal finite-volume computations of incompressible flows.

Computers and Fluids, vol. 20, no.4,411-420, 1991.

62

Curriculum vitae

Informaţii personale

Nume şi prenume SCHIAU, Ghe. Horia- Gheorghe

Adresă Str. Al.I. Cuza, nr. 47, Braşov, România

Telefon 0722 888 338

E-mail [email protected]; [email protected]

Naţionalitate Română

Data naşterii 05.11.1963

Experienţa profesională

Perioada

Numele angajatorului/ Funcţia

2011-2013

SC NEDMETAL SRL – Inginer Șef

Perioada


2007 – 2011

SC KADNA SRL – Director tehnic,

SC KADNA BIONATURA SRL Director

Producție

Perioada


2005 – 2007

SC DIGMA INTERNAȚIONAL SRL – Director

Tehnic

Perioada


2003 – 2005

S.C. GlaxoSmithKline Romania S.A. – Consultant

tehnic- rep. FAMI

Perioada


2000 – 2003

S.C. FAMI S.R.L. – Director Marketing

Perioada


01.04.1995 – 06.04.2000

S.C. KRAFT JACOBS SUCHARD S.A.

- Senior Project Engineer

- Transport Manager

Perioada


1990-2004

S.C. CIBO S.A. – Inginer Mecanic

Perioada


1989 – 1990

IAS Dealul Bujorului – Inginer, Șef sector

mecanizare

Educaţie şi formare

Perioada 2010-prezent

Calificarea/diploma obţinută Doctorand

Numele instituţiei de învăţământ Universitatea Transilvania din Braşov

Perioada 1983-1989

Calificarea/diploma obţinută Inginer

Numele instituţiei de învăţământ Universitatea Transilvania din Braşov

Perioada 1977-1981

Numele instituţiei de învăţământ Liceul teoretic “Dr. I. Mesota “ Brasov, Romania

Limba(i) străină(e) cunoscută(e) Engleză

Competenţe şi aptitudini tehnice Windows OS, MS Office; ACAD, Chief Architect,

Autodesk CFD,

mailto:[email protected]

63

Curriculum vitae

Personal information

Name SCHIAU, Ghe. Horia-Gheorghe

Address Str. Al.I. Cuza, nr. 47, Braşov, România

Telephone 0722 888 338

E-mail [email protected]; [email protected]

Nationality Română

Birth date 05.11.1963

Work experience

Period

Name of employer/ position held

2011-2013

SC NEDMETAL SRL – Chief Engineer

Period


2007 – 2011

SC KADNA SRL – Technical Manager,

SC KADNA BIONATURA SRL Technical & Produc-

tion Manager

Period


2005 – 2007

SC DIGMA INTERNAȚIONAL SRL – Technical

Manager Period


2003 – 2005

S.C. GlaxoSmithKline Romania S.A. – Technical

Consultant - rep. FAMI

Period


2000 – 2003

S.C. FAMI S.R.L. –Marketing Manager

Period


01.04.1995 – 06.04.2000

S.C. KRAFT JACOBS SUCHARD S.A.

- Senior Project Engineer

- Transport Manager

Period


1990-2004

S.C. CIBO S.A. –Mechanical Engineer

Period


1989 – 1990

IAS Dealul Bujorului – Engineer, Chief Engineer

Education and formation

Period 2010-present

Qualification Ph.D. Student

Education institution Transilvania University of Braşov

Period 1983-1989

Qualification Engineer

Education institution Transilvania University of Braşov

Period 1977-1981

Education institution Theoretical High School “Dr. I. Mesota “ Brasov, Roma-

nia

Foreign languages English

Technical competences Windows OS, MS Office; ACAD, Chief Architect,

Autodesk CFD,

Supplementary information First author or coauthor at 8 scientifically papers

published in specialized journals in Romania and

abroad,

mailto:[email protected]

64

Lucrări elaborate de autor în domeniul tezei de doctorat

A. Lucrări ştiinţifice

1. SCHIAU Horia Gheorghe. Sistem de ventilaţie local în spaţiile destinate creşterii

intensive a ciupercilor Agaricus Bisporus (Champignon). Cretivitate și Inventică.

Sesiunea XIII, 2011, Braşov

2. SCHIAU Horia Gheorghe. Considerations on the evolution of mushrooms harvesting

systems. Revista Research and Science Today, 2013. Tg Jiu. (In curs de publicare)

3. SCHIAU Horia Gheorghe. Therapeuttically and pharmacological virtues of good’s

mushroom- agaricus blazei murill. Inhibitory effects in infect, cancer and diabetes.

Journal of EcoAgriTourism, nr. 2, 2013, Brașov. (În curs de publicare)

4. SCHIAU Horia Gheorghe. Influence of casing thickness (peat) on the dimensional

characteristics of champignon mushroom (agaricus bisporus A117). Journal of

EcoAgriTourism, nr. 2, 2013, Brașov. (În curs de publicare)

5. SCHIAU Horia Gheorghe., RUS Florean. Energy efficiency analysis of agaricus

bisporus mushroom produce in Feldioara-Brasov. COMEC 2013, Brașov 6. SCHIAU Horia Gheorghe. An investigation of the airflow in mushroom growing

structures for modelling new structures. COMEC 2013, Brașov

B. Lucrări prezentate în cadrul pregătirii la Şcoala Doctorală

1. SCHIAU Horia Gheorghe. Stadiul actual al tehnologiilor si constructiei

echipamentelor tehnice utilizate în sistemele intensive de creștere a ciupercilor. Raport

elaborat in cadrul programului de pregatire universitară avansată, 2011, Braşov

2. SCHIAU Horia Gheorghe. Cercetari teoretice prin modelare matematica a procesului

tehnologic de asigurare a microclimatului din ciupercarii. Raport de cercetare ştiinţifică,

nr. 1 , 2013, Braşov.

3. SCHIAU Horia Gheorghe. Cercetari experimentale în condiţii reale a procesului

tehnologic de asigurare a microclimatului din ciupercarii. Raport de cercetare ştiinţifică,

65

Cercetări privind optimizarea energetică a lucrărilor în sistemele intensive de

creștere a ciupercilor

REZUMAT

Conducător științific, Doctorand,

Prof. Univ. Dr. ing. RUS Florean Ing. SCHIAU Horia Gheorghe

Obiectivul principal al lucrării de doctorat îl reprezintă optimizarea energetică a

lucrărilor în sistemele intensive de creștere a ciupercilor, pentru care s-a efectuat mai întâi o

sinteză asupra stadiului actual al cercetărilor și realizărilor în domeniul echipamentelor de

ventilație și procesare a aerului în spațiile destinate creșterii intensive a ciupercilor.

Cercetările teoretice au constat discretizarea fluxurilor de aer în rețele de elemente finite

in mediul Autodesk CFD Simulation. Prin stabilirea condițiilor de limită și a modelului de

tulburență, s-a determinat distribuția vitezelor de curgere a fluidului deasupra rafturilor de

cultură funcție de viteza de refulare din tubulatură. De asemenea, în modulul de vizualizare a

rezultatului experimental CFD au fost analizate calitativ liniile de curgere a fluidului pe

suprafețele plane a rafturilor de cultură.

Cercetările experimentale au fost efectuate pe instalația tip ATES existentă în spațiul de

cultură al societății comerciale Kadna Bionatura din Feldioara, și au avut ca obiectiv studierea

influenței diferiților parametri de funcționare asupra performanțelor sistemului de ventilație a

spațiilor de cultură, determinarea grosimii ideale a stratului de acoperire, modalități economice

de hidratare. Pentru studierea influenței diferiților parametri constructivi și de funționare asupra

sistemelor de ventilare s-au făcut o serie de 8 modificări a parților component ale sistemului de

ventilare, a instalației de încălzire, a instalației de răcire și s-a implementat un sistem nou de

exhaustare.

Research to optimization of processes energy in intensive mushroom farming

systems.

ABSTRACT

Stientific coordinator, Ph.D. Student,

Prof. Univ. Dr. eng. RUS Florean Eng. SCHIAU Horia Gheorghe

The main objective of this thesis is the optimization of the process energy in intensive

mushroom farming systems, for its resolving was firstly made a study regarding the actual stage

of resarch and achievements in the field of equipment for ventilation and air processing used in

intensive mushroom farming systems.

Theoretical research consisted airflow mesh in the networks of finite elements in the

Autodesk Simulation CFD. By setting the limit conditions and turbulence model, was

determined the distribution of fluid flow velocities above the shelves of culture, depending on

the speed of the discharge piping. Also, the experimental result visualization module were

analyzed qualitatively CFD fluid flow lines on flat surfaces culture shelves.

The experimental researches has been conducted on the existing installation type ATES,

owned by Kadna Bionatura company from Feldioara, and had as objective studying the influence

of various operating parameters on the performance of the ventilation system of the mushroom

growth areas, determining the thickness of the ideal coating layer, economical ways of hydration.

To study the influence of various design parameters and Operation Rules on ventilation systems

have made a series of eight changes to the components of the ventilation system, heating system,

a cooling system and implemented a new exhaust system.

Universitatea Transilvania din Brasovold.unitbv.ro/Portals/31/Sustineri de...

Documents

Transcript of Universitatea Transilvania din Brasovold.unitbv.ro/Portals/31/Sustineri de...