30 / 86
28
ПИЩЕВАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ
3/2011
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТЕПЛА И ХОЛОДА В ПИЩЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
ТЕМА НОМЕРА
Оценка составляющих
погрешности
гигротермического метода
измерения влажности зерна
Ключевые слова:
сушка; зерно;
влажность; контроль; гигротермичес&
кий метод.
Key words:
drying; grain; humidity;
control; hygrotermal method.
УДК 633.11
В настоящее время контроль и ре&
гулирование процесса сушки зерна
практически не автоматизирован из&
за отсутствия эффективных приборов
контроля влажности зерновых про&
дуктов в технологическом потоке.
Для контроля влажности зерна в
процессе сушки наиболее перспек&
тивен гигротермический метод [1].
Цель нашей работы – исследова&
ние методической погрешности гиг&
ротермического метода контроля
влажности зерна в процессе его суш&
ки и разработка способов ее сниже&
ния.
Источниками методической по&
грешности могут стать неравновес&
ные процессы обмена влагой между
зернами разной влажности, перено&
са тепла и влаги внутри зерна, непо&
стоянство скорости сушки, неравно&
мерность температуры и влажности
сушильного агента в пространстве и
во времени [2]. Кроме того, источни&
ками дополнительной погрешности
могут быть различия свойств у зерна
твердых и мягких сортов и различ&
ных селекций.
Для оценки составляющих погреш&
ности необходимо выбрать крите&
рий, по которому в дальнейшем
можно судить о значимости влияния
исследуемых величин на суммарную
погрешность измерений. Рассматри&
ваемые составляющие погрешнос&
ти – взаимонезависимые случайные
величины. Поэтому суммарную от&
носительную погрешность измере&
ний можно определить следующим
выражением
,
(1)
где
δ
(
Σ
)
– суммарная относительная
погрешность измерений, %;
δ
i
–
i
&я
составляющая суммарной погреш&
ности, %;
n
– количество состав&
А.Ф. Хайретдинова, Р.Г. Абдеев
, д&р техн. наук, профессор
Уфимский филиал Оренбургского государственного университета, г. Уфа
Р.И. Саитов
,
д&р техн. наук, профессор
Башкирский государственный университет им. М. Акмуллы, г. Уфа
ляющих суммарной погрешности;
k
– коэффициент, зависящий от
принятой доверительной вероят&
ности и числа составляющих по&
грешности.
Так как в выражении (1) погреш&
ности складываются в квадрате, его
составляющие, которые меньше, по
крайней мере, в три раза макси&
мальной из них (
δ
imax
), будут вносить
вклад в суммарную погрешность на
порядок меньше, чем (
δ
imax
), и ими
можно пренебречь.
Рассмотрим влияние процессов
тепло& и массопереноса внутри зер&
на в процессе сушки на результат из&
мерения его влажности. Конвектив&
ная сушка зерна представляет собой
ряд взаимосвязанных явлений: пере&
нос тепла от агента сушки к поверх&
ности зерна; перенос тепла внутри
зерна; испарение влаги; перенос
влаги с поверхности зерна в окру&
жающую среду; перенос влаги внут&
ри зерна; перенос влаги между зер&
нами.
С точки зрения измерения влажно&
сти, основные из них, формирующие
измеряемые информативные пара&
метры (температура и влажность су&
шильного агента), – перенос тепла
от агента сушки к поверхности зерна
и перенос влаги с поверхности зерна
в окружающую среду.
Остальные процессы – вторичные
или третичные по отношению к ин&
формативным параметрам и зави&
сят от свойств зерна, т. е. от их сор&
та, селекционной разновидности и
вида.
Влияние этих процессов на ре&
зультат измерения влажности мате&
риала равновесным гигротермичес&
ким методом существенно ниже, чем
при измерении другими методами
[3]. Для неравновесных процессов
такие исследования в литературе ос&
вещены крайне мало, а по контролю
влажности зерна в потоке сушки
нами не обнаружены.
В начале процесса конвективной
сушки происходит нагрев поверхно&
сти материала, затем начинается
процесс переноса тепла в объем
зерна.
Основной закон переноса тепла
для твердого тела выражается урав&
нением Фурье и для однонаправлен&
ного потока имеет вид
,
где – плотность потока тепла в
ккал/м
2
•ч;
θ
– температура материа&
ла, °С;
λ
=
α
c
ρ
– коэффициент тепло&
проводности, ккал/м•ч•град.
Экспериментальное определение
grad
θ
представляет определенные
трудности из&за малых размеров
зерна. Возможная оценка среднего
значения
grad
θ
через известный ко&
эффициент теплопроводности
λ
и
измеренную плотность потока тепла
окажется неприемлемой для прак&
тических расчетов из&за недопусти&
мо высокой погрешности.
При сушке максимальная разность
температур поверхности и центра
зерна вначале составляет 3...14 °С, а
через 25 с практически уменьшается
до нуля [2]. Явление теплопереноса
влияет на основную зависимость
опосредованно через
неизотермический влагоперенос. В
процессе сушки зерна неизотерми&
ческий влагоперенос составляет не&
значительную долю. Оценим эту
долю по отношению времени неизо&
термического процесса
τ
(
НТ
)
= 25 с к
времени одного цикла сушки
τ
(
ц
)
=
= 7 мин:
,
т. е. относительная погрешность
может достигать 6 %.
Несмотря на малую долю и третич&
ность по отношению к основной за&
висимости
(внутренний
теплоперенос
→
внутренний влаго&
перенос
→
перенос влаги с поверх&
ности зерна в окружающую среду),
для учета явления внутреннего теп&
лопереноса в номинальную градуи&
ровочную характеристику нами
Электронная Нау ная СельскоХозяйственная Библиотека