Princípios da tecnologia de congelamento de água aditiva

Princípios da tecnologia de congelamento de água aditiva

Princípios da tecnologia de congelamento de água aditiva para criar estruturas de cristais de gelo de paredes finas Análise e influência dos parâmetros de congelamento na espessura e transparência da estrutura protetora do gelo para fins de desenvolvimento de sistemas de proteção contra congelamento

Resumo:

A análise das mudanças climáticas e o monitoramento do ciclo de produção de alimentos ao ar livre nos últimos 5 anos indicam a ocorrência de geadas no início da primavera como um fenômeno que afeta significativamente a produtividade. O início da geada resulta principalmente na perda da safra completa para a próxima temporada, e mesmo o seguro do gênero não cobre todas as perdas. Portanto, é necessário aplicar medidas de proteção ativa e reduzir o risco de produção de alimentos. Uma dessas medidas de proteção é o sistema de proteção contra geadas (chuvas), que se baseia no fenômeno da anomalia da água, quando a energia é liberada durante a mudança do estado líquido para o estado sólido da água. Essa energia é utilizada para manter a temperatura da flor e do fruto jovem na faixa de 0 a 2°C. Durante essa proteção das plantações, forma-se crosta de gelo sobre a flor e o fruto, cuja temperatura é de 0°C. Este gelo protege a plantação com efeito agulha (isolante ideal). Os sistemas de proteção modernos aplicam a tecnologia de criação de ar totalmente saturado (100% de umidade relativa) dentro do microclima protegido, o que resulta em economia significativa na quantidade necessária de água durante a proteção, eliminando assim a evaporação e economizando energia necessária para manter o cristal de gelo de paredes finas estruturas a 0 ° C. Avanços adicionais na tecnologia exigem um modelo dinâmico de operação de sistemas com intensidade variável de chuvas de acordo com as condições climáticas atuais. A razão para isso é a necessidade de manter a estrutura cristalina do gelo (gelo transparente) com consumo de água ideal durante toda a noite para garantir a proteção da fruta contra temperaturas externas negativas. Os parâmetros que podem afetar a estrutura cristalina do gelo são temperatura, umidade, vento e a intensidade do gotejamento da água com o tamanho das gotículas. O objetivo principal desta pesquisa é analisar a influência dos parâmetros de congelamento da água na espessura e transparência da estrutura protetora do gelo. Os resultados obtidos serviriam de base para o desenvolvimento de sistemas avançados de gerenciamento de proteção contra geadas e o desenvolvimento de novos tipos de aspersores com intensidade de chuva variável.

 

Palavras-chave: 

isolante, chuva, cristal de gelo, calor latente, sistema de proteção contra geada, água

 Qtech Zagreb Snijeg

 

Visão geral dos trabalhos anteriores:

 

Os sistemas de irrigação de águas pluviais estão presentes nos últimos 50 anos em uso como sistemas de proteção contra geadas, mas não estão comercialmente disponíveis para aplicações mais amplas, pois são grandes consumidores de água e energia. As capacidades de transporte e a energia necessária para operar o sistema (bomba) também são inacessíveis ao produtor médio de alimentos. Os sistemas convencionais de proteção contra congelamento consomem em média 4 a 8 litros/m2 água e são usados principalmente para a proteção de pomares intensivos de maçã e pêra. A razão disso é que ao congelar uma grande quantidade de água durante um longo período de trabalho, forma-se uma espessa e pesada camada de gelo, que causa danos mecânicos no interior das plantações. Há danos mecânicos em flores e frutos e até mesmo rachaduras de galhos devido ao peso do gelo [1]. Um estudo da literatura não encontrou a análise e impacto de sistemas pluviais com 100% de umidade relativa dentro do microclima das plantações. A eficiência de tal sistema em áreas maiores (acima de 50.000 m) foi confirmada pelo boca a boca do integrador de tecnologia2) devido à criação de um microclima energético separado. Integradores afirmam operação eficiente de sistemas com vazões de 1 a 2 lt/m2 agua. Esses dados fornecem uma base para pesquisas detalhadas, especialmente porque as estruturas de cristal de gelo de casca fina são formadas com melhores propriedades de temperatura do que em sistemas convencionais. A condutividade térmica do gelo é de 2,2 W/mK e não pode ser incluída na categoria de bons isolantes. Apesar disso, o gelo que se encontra no ponto de transição entre a fase de agregado líquido e sólido, o “gelo úmido” está a 0°C e, portanto, funciona como um limite de isolamento ideal para a transferência de calor. A transferência de calor descrita durante a proteção seria que, por um lado, há um impacto negativo da temperatura externa que cai bruscamente na superfície de contato externa da estrutura de gelo cristalino de casca fina, onde há congelamento contínuo e novo orvalho da água. Em condições ideais, o gelo que congela mantém uma temperatura de 0°C em toda a sua espessura e permanece cristalino sem irregularidades na estrutura cristalina. Sob a estrutura cristalina na superfície de contato entre o gelo e a fruta há uma película de água úmida que garante que o tecido da fruta não congele. Qualquer congelamento do tecido resulta em deformação ou perda de qualidade do fruto [2]. Um modelo computacional para simular a ocorrência de geadas é dado em trabalhos anteriores [3] e é uma excelente base para o desenvolvimento de mais um modelo de gerenciamento do sistema de proteção contra congelamento. O documento define com precisão a necessidade de energia dependendo da microlocalização e forma das plantações e da influência em mudança do clima. Estender o modelo para incluir proteção ativa contra geadas na forma de um sistema de águas pluviais seria um avanço significativo para a produção global de alimentos. A suposição é que durante as condições ideais de formação de gelo, uma estrutura cristalina quadrada regular é criada [4]. A verificação desta suposição pode ser comprovada por imagens de estruturas de gelo durante a proteção das plantações da geada por raios-X, o que é explicado neste artigo. [5] e usando um microscópio [6], ambos os métodos precisam ser considerados para que seja possível realizar um levantamento da estrutura cristalina dentro do microclima protegido da própria plantação. Se os resultados da cristalização forem esperados, o modelo de gelo poderia ser utilizado para aplicação na tecnologia aditiva de impressão 3D por congelamento de água, o que é explicado no artigo a seguir [7]. A diferença é que as condições 3D usaram condições de atmosfera seca para controlar a estrutura de gelo, enquanto neste estudo foi simulada a simulação de gelo a 100% de umidade relativa da configuração do laboratório. Em conclusão, a estrutura cristalina do gelo tem um impacto significativo nos sistemas de proteção contra congelamento, bem como em outras aplicações técnicas. O congelamento de água direcionado com parâmetros copiados das condições reais do sistema de proteção contra congelamento e provando a formação de uma estrutura cristalina seria um avanço científico significativo.

 

Ivan Jovic em ResearchGate

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