Iskustvo & Stranica

Pogledaj sve rezultate (0)
Principi aditivne tehhnologije zaleđivanja vode

Principi aditivne tehnologije zaleđivanja vode radi stvaranja tankoljusnih ledenih kristalnih struktura | Analiza i utjecaj parametara zaleđivanja na debljinu i prozirnost zaštitne ledene konstrukcije u svrhu razvoja sustava zaštite od mraza

Sažetak:

Analiza klimatskih promjena i praćenje proizvodnog ciklusa proizvodnje hrane na otvorenom u protekih 5 godina ukazuju na pojavu ranih proljetnih mrazova kao pojavu koja bitno utječe na urod. Pojava mraza većinom rezultira gubitkom kompletnog uroda za nadolazeću sezonu pri čemu ni osiguranje roda ne pokriva sve gubitke. Zbog toga je potrebno primjeniti aktivne mjere zaštite i smanjenje rizika proizvodnje hrane. Jedna takva zaštitna mjera je sustav zaštite od mraza (kišenjem) koji se temelji na fenomenu anomalije vode, kada se prilikom promjene iz kapljevitog u kruto agregatno stanje vode oslobađa energija. Ova energija se koristi za održavanje temperature cvijeta i mladog ploda u području od 0 do 2°C. Tijekom takve zaštite nasada, preko cvijeta i ploda se stvara pokorica leda, čija je temperatura 0°C. Taj led štiti nasad iglu efektom (idealni izolator). Moderni sustavi zaštite primjenjuju tehnologiju stvaranja vlagom potpuno zasićenog zraka (100% relativna vlažnost zraka) unutar štićene mikroklime, što rezultira značajnom uštedom u potrebnoj količini vode tokom same zaštite pošto se time eliminira ishlapljivanje i štedi energija potrebna za održavanje tankoljusnih ledenih kristalnih struktura na 0°C. Daljnji napredak tehnologije zahtjeva dinamički model rada sustava s promjenjivim intenzitetom kišenja vode ovisno o trenutnim vemenskim uvjetima. Razlog tome je potreba za održavanjem kristalne strukture leda (prozirni led) uz optimalnih utrošak vode tokom cijele noći kako bi se osigurala zaštita ploda od negativnih vanjskih temperatura. Parametri koji bi mogli utjecati na kristalnu strukturu leda su temperatura, vlaga, vjetar te intenzitet kišenja vode s veličinom kapljica. Glavni cilj ovog istraživanja je analiza utjecaja parametara zaleđivanja vode na debljinu i prozirnost zaštitne ledene konstrukcije. Dobiveni rezultati bili bi podloga za razvoj naprednog upravljanja sustavom zaštite od mraza te razvoj novih tipova prskalica s promjenjivim intenzitetom kišenja.

 

Ključne riječi: 

izolator, kišenje, kristalni led, latentna toplina, sustav zaštite od mraza, voda

 Qtech Zagreb Snijeg

 

Pregled dosadašnjih radova:

 

Sustavi navodnjavanja kišenjem pristutni su zadnjih 50 godina u primjeni kao sustavi zaštite od mraza no nisu bili komercijalno dostupni za širu primjenu pošto su sami po sebi veliki potrošači vode i energije. Transportni kapaciteti te potrebna snaga za rad sustava (pumpa) također su nedostupni prosječnom proizvođaču hrane. Konvencionalni sustavi zaštite od mraza kišenjem troše u prosjeku od 4 do 8 lit/m2 vode te se primjenjuju pretežito za zaštitu intenzivnih nasada jabuka i kruška. Razlog tome je što se zaleđivanjem velike količine vode pri dužem periodu rada stvara debeli i teški sloj leda koji radi mehaničku štetu unutar nasada. Dolazi do mehaničkih oštećenja cvjetova i plodova te čak i do pucanja grana usljed težine leda [1]. Proučavanjem literature nije nađena analiza i utjecaj sustava kišenja sa 100% relativne vlažnosti zraka unutar mikroklime nasada. Usmenom predajom od integratora tehnologije potvrđena je efikasnost ovakvog sustava na većim površinama (iznad 50.000 m2) zbog stvaranja zasebne energetske mikroklime. Integratori navode učinkovit rad sustava s protocima od 1 do 2 lit/m2 vode. Ovi podaci daju osnovu za detaljno istraživanje pogotovo što se stvaraju tankoljuskaste ledene kristalne strukture boljih temperaturnih svojstava nego u konvencionalnim sustavima. Toplinska provodnost leda iznosi 2,2 W/mK te se ne može uvrstiti u kategoriju dobrih izolatora. Uspkros tome led koji je na prelaznoj točki između kapljevite i krute agregatne faze, „mokri led“ je pri 0°C te zbog toga radi idealnu izolacijsku granicu pri prolasku topline. Opisani prolaz topline tokom zaštite bio bi da s jedne strane postoji negativan utjecaj vanjske temperature koji naglo pada na vanjskoj dodirnoj površini tankoljuskaste kristalne ledene strukture gdje kontinuirano dolazi do zaleđivanja i rošenja novom vodom. U idealnim uvjetima led koji se zaledi zadržava po cijeloj svojoj debljini temperaturu od 0°C te ostaje kristalno proziran bez ikakvih nepravilnosti u kristalnoj strukturi. Ispod kristalne strukture na dodirnoj površini između leda i ploda nalazi se mokri vodeni film koji osigurava da ne dolazi do smrzavanja tkiva ploda. Bilo kakvo smrzavanje tkiva rezultira deformacijom ili gubitkom kvalitete ploda [2]. Računalni model simulacije pojave mraza dan je u prijašnjim radovima [3] te je on odlična podloga za razvoj daljnjeg modela upravljanja sustavom zaštite od mraz. U radu je točno definirana potreba za energijom ovisno o samoj mikrolokaciji i obliku nasada te promjenjivom utjecaju klime. Proširivanje modela na način da se u njega uvrsti aktivna obrana od mraza u vidu sustava kišenja bio bi značajan napredak za globalnu proizvodnju hrane. Pretpostavka je da se tokom optimalnih uvjeta zaleđivanja stvara pravilna kvadratna kristalna struktura [4]. Provjera ove pretpostavke moguće je dokazati pomoću snimanja ledenih struktura tokom same zaštete nasada od mraza pomoću rengena što je objašnjeno u ovom radu [5] te pomoću mikroskopa [6], obje metode je potrebno razmotriti kako bi uspjeli provesti snimanje kristalne strukture unutar same štićene mikroklime nasada. Ukoliko rezultati kristaliziranja budu očekivani mogao bi se model zaleđivanja koristiti za primjenu u aditivnoj tehnologiji 3D printanja zaleđivanjem vode koja je objašnjena u sljedećem radu [7]. Razlika je što su se prilikom 3D printanja koristili uvjeti suhe atmosfere kako bi se kontrolirala struktura zaleđivanja dok bi se u ovom istraživanju simuliralo zaleđivanje u 100 % relativne vlažnosti zraka laboratorijske postave. Zaključno, kristalna struktura leda ima značajni utjecaj u sustavima zaštite od mraza kao i za ostale tehničke primjene. Ciljano zaleđivanje vode parametrima preslikanim iz stvarnih uvjeta sustava zaštite od mraza i dokazivanje stvaranja kristalne strukture bio bi značaj znanstveni iskorak.