CFD-Studie der klimatischen Bedingungen einer Kühlkammer für das Abhängen: die Luftverteilung optimieren, um die Abkühlung der Lebensmittel zu fördern.
EOLIOS hat eine Bestandsaufnahme der klimatischen Bedingungen einer Kühlkammer für das Abhängen erstellt: die Luftumwälzung konnte verbessert werden, um die Abkühlung der Lebensmittel zu fördern. Das Ziel der Studie ist es, die Luftverteilung in der Kammer mithilfe der CFD-Simulation zu optimieren.
Die Kühlkammern der Fleischindustrie haben zum Ziel, die Produkte unter geeignete Temperaturbedingungen zu bringen und eine günstige relative Luftfeuchtigkeit aufrechtzuerhalten, sowohl um den Gewichtsverlust zu verringern als auch um die mikrobielle Veränderung zu begrenzen.
Die ganze Herausforderung: eine ausreichende Umwälzung, um die Abkühlung und die Homogenisierung zu ermöglichen, mit einer ausreichend geringen Luftbewegung in Einklang zu bringen, um einen übermäßigen Wasserverlust zu vermeiden.
Das Wesentliche. CFD-Studie einer Kühlkammer für das Abhängen (Fleischindustrie), in einer Umgebung von 0 °C, um eine Kerntemperatur von 4 °C zu erreichen. Die Simulation zeigt zwei Rezirkulationsschleifen, die im Zentrum unzureichend umwälzte Schlachtkörper und eine Wärmestagnation zurücklassen. EOLIOS entwirft ein maßgeschneidertes Verteilsystem, um die Umwälzung bis in den Kern der Schlachtkörper zu homogenisieren, ohne den Wasserverlust zu erhöhen.
Das Abhängen zeichnet sich durch eine massive Abfuhr von Wärme aus, begleitet von einer leichten Verdunstung. Es zielt darauf ab, die Oberflächentemperatur der Schlachtkörper rasch zu senken, was die Vermehrung von Keimen verhindert und den Wasserverlust durch Verdunstung verringert. Die Umgebungstemperatur beträgt etwa 0 °C und die Schlachtkörper verbleiben dort 4 bis 6 Stunden.
Die Luft hat eine doppelte Funktion: die Umwälzung zu gewährleisten und die Kälte zu transportieren. Eine gute Abkühlung muss es ermöglichen, eine niedrige Kerntemperatur zu erreichen (Zielwert: 4 °C), die von der Anfangstemperatur des Lebensmittels, seiner Masse, der Abhänge- und Lagertemperatur abhängt, und die die Haltbarkeitsdauer bestimmt.
Die schnelle Abkühlphase nach der Schlachtung: Die Schlachtkörper verbringen einige Stunden in kalter Umgebung, um ihre Oberflächentemperatur zu senken, das Keimwachstum zu bremsen und den Wasserverlust vor der Lagerung zu begrenzen.
Temperatur im Zentrum des Lebensmittels, die am langsamsten sinkt. Sie, und nicht die Oberflächentemperatur, bestimmt Lebensmittelsicherheit und Haltbarkeit; sie zu erreichen erfordert eine Luftströmung, die bis in den Kern der Schlachtkörper vordringt.
Eine gute Anordnung der Schlachtkörper fördert die Belüftung und das Eindringen der Kälte. Umgekehrt sind zahlreiche Regale ohne Schlachtkörper (vor allem in der Achse) ungünstig: die Luft neigt dazu, sich in den leeren Zonen zu konzentrieren. Die Reihen von Schlachtkörpern erzeugen einen größeren Widerstand, was die Wirksamkeit der Umwälzung in diesen Zonen verringert.
Die Luftbewegungen setzen sich aus zwei entgegengesetzten Schleifen zusammen, die durch die Verteilung der Ventilatoren des Verdampfers angetrieben werden. Diese Schleifen erzeugen hohe Geschwindigkeiten auf einer vertikalen Achse in der Mitte der Kammer und auf Bodenhöhe. Im Kern der Schlachtkörperzone hingegen (Zentrum der Rezirkulationsschleifen) sind die Luftgeschwindigkeiten weitaus geringer. Das Aufsteigen der Luft, bedingt durch Dichteunterschiede, gehört im Übrigen zum thermischen Stack-Effekt.
Der geschlossene Kreislauf, den die von den Verdampferventilatoren angetriebene Luft beschreibt. Nützlich zum Durchmischen des Volumens, lässt er in seinem Zentrum eine langsame Zone, in der die Luft stagniert: dort werden die Schlachtkörper am schlechtesten gekühlt.
Nicht alle Schlachtkörper werden mit derselben Geschwindigkeit umwälzt: jene im Zentrum der Schleifen werden schließlich unzureichend umwälzt. Diese verringerte Umwälzung führt zu einer Stagnation der Wärme an der Oberfläche der Schlachtkörper und vermindert die konvektiven Austausche. Die Rezirkulationsphänomene verursachen zudem eine Rückführung der Wärme in die Zonen geringer Geschwindigkeit, woraus sich lokal ein leichter Temperaturanstieg ergibt.
Am Ende hat EOLIOS ein maßgeschneidertes System entworfen, um die Abkühlbedingungen der Lebensmittel in der Kühlkammer zu verbessern, indem eine gleichmäßige Umwälzung bis in den Kern der Schlachtkörper gewährleistet wird.
Zu merken. Beim Abhängen ist mehr Umwälzung nicht immer besser: Der Kern der Schlachtkörper muss erreicht werden, ohne ihre Oberfläche auszutrocknen. Die CFD lokalisiert die langsamen Zonen und richtet die Verteilung gezielt dorthin, wo sie fehlt, statt den Gesamtvolumenstrom zu erhöhen.
Kernabkühlung, Umwälzung und Wasserverlust: die Antworten auf die Fragen, die sich Industrie und Kältebetreiber vor einer CFD-Studie stellen.
Das Abhängen ist die schnelle Abkühlphase nach der Schlachtung: Die Schlachtkörper verbringen 4 bis 6 Stunden in einer Umgebung von 0 °C, um ihre Oberflächentemperatur zu senken und das Keimwachstum zu bremsen. Die CFD prüft, dass die Luftströmung den Kern der Lebensmittel erreicht, wie bei unseren weiteren Kühlraum-Studien.
Die Luft beschreibt zwei vom Verdampfer angetriebene Rezirkulationsschleifen. In ihrem Zentrum fallen die Luftgeschwindigkeiten ab: Die Schlachtkörper werden dort unzureichend umwälzt, die Wärme stagniert an der Oberfläche und die Kerntemperatur sinkt langsamer.
Nein. Zu viel Luftbewegung trocknet die Schlachtkörper aus und erhöht den Gewichtsverlust. Die Herausforderung besteht darin, genügend Umwälzung zum Kühlen mit einer ausreichend geringen Geschwindigkeit zur Begrenzung der Verdunstung in Einklang zu bringen; die Simulation hilft, dieses Gleichgewicht Zone für Zone zu finden.
Eine gute Anordnung fördert das Eindringen der Kälte. Umgekehrt lassen leere Regale in der Achse die Luft sich in den freien Zonen konzentrieren, während volle Reihen einen Widerstand erzeugen und die Umwälzung verringern. Die CFD testet diese Konfigurationen vor dem Betrieb.
Karten der Luftgeschwindigkeiten und Temperaturen, die Identifikation der langsamen Zonen und den Entwurf eines maßgeschneiderten Verteilsystems, das eine gleichmäßige Umwälzung bis in den Kern der Schlachtkörper gewährleistet, ohne den Wasserverlust zu erhöhen.
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CFD-Studie einer Kühlkammer für das Abhängen (Fleischindustrie): Analyse der Rezirkulationsschleifen und der Zonen geringer Umwälzung, die die Abkühlung des Kerns verlangsamen, und Entwurf eines maßgeschneiderten Verteilungssystems, um die Umwälzung zu homogenisieren und zugleich den Wasserverlust zu begrenzen.
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