تونل انجماد اسپیرال چیست و کاربرد تونل انجماد مارپیچی

تونل انجماد مارپیچی

طرح های مختلفی از تونل های انجماد برای کاربردهای صنعتی وجود دارد که می توان وابسته به شرایط کاری، بهترین نوع آن ها را انتخاب کرد. یکی از تونل های انجماد که محبوبیت روزافزونی در بین سایر طرح ها دارد، تونل انجماد اسپیرال یا همان تونل انجماد مارپیچی است. تونل انجماد اسپیرال قادر به انجماد مقدار زیادی از محصولات با کیفیت بالا است. این تونل ها می توانند بافت، رطوبت و تازگی محصولات غذایی را در طی فرایند انجماد حفظ کنند. یکی از مزایای تونل های انجماد که صاحبان صنایع مختلف را به خود جذب می کند، طراحی فشرده و میزان فضای کم موردنیاز است. از دیگر مزایای تونل انجماد مارپیچی ، جابجایی پایدار محصول در داخل خطوط انتقال این تونل ها است. این مزایا باعث شده است که در حدود 90 درصد صنایع غذایی، تونل های مارپیچ را به سایر تونل ها مانند تونل انجماد خطی و صفحه ای ترجیح دهند.

نحوه ی کار تونل انجماد اسپیرال

در اکثر تونل انجماد مارپیچی ، برای انجماد از هوای سرد با سرعت بالا که به صورت افقی یا عمودی به سمت محصولات جریان دارد، استفاده می شود. مدل های مختلفی از تونل انجماد مارپیچی وجود دارد. هر چه جریان هوای خنکی که محصولات را منجمد می کند، کارایی بیشتری داشته باشد، محصولات نهایی سریع تر منجمد شده، آب خود را از دست نداده و کیفیت بالاتری خواهند داشت. همچنین جریان هوا با طراحی مناسب به معنی بازده بالا و تلفات پایین در تونل انجماد است.

در تونل های اسپیرال برودتی، گازهایی مانند دی اکسید کربن و مایعاتی مانند نیتروژن برای انجماد مستقیم محصولات غذایی استفاده می شوند. این نوع از تونل های انجماد معمولاً هزینه ی اولیه ی پایینی داشته و تمیزکاری آن ها راحت تر است. در سیستم های مکانیکی که نوع دیگری از تونل های انجماد هستند، از مبردی که در یک مبدل حرارتی با محصولات، تبادل حرارتی دارد، برای کاهش دما استفاده می شود. این نوع از تونل های انجماد به دلیل استفاده از سیستم های تبرید موردنیاز، هزینه ی بالاتری دارند اما در بلندمدت، مزایای بیشتری خواهند داشت. در هر دو نوع از تونل انجماد مارپیچی ، محصولات در یک نوار مارپیچ در داخل محفظه ای که عایق شده، حرکت می کنند.

هدف استفاده از تونل انجماد مارپیچی ، کاهش سریع دمای محصولات قبل از انبار کردن یا جابجایی آن ها است. محصولات در داخل تونل اسپیرال روی یک تسمه حرکت می کنند و زمان فرایند انجماد با سرعت حرکت، کنترل می شود. سطح بسته ی تونل انجماد مارپیچی یا محفظه ی داخلی با استفاده از فن هایی که به اواپراتور چرخه ی تبرید متصل هستند، در دمای موردنظر نگه داشته می شود. سرعت فن های اواپراتور به اندازه ای است که جریان هوا با سرعت کافی ایجاد کنند تا تبادل حرارتی در اواپراتور و محصول به صورت کامل انجام شود.

سه کمیت کلیدی در تونل های انجماد مارپیچ، عملکرد کلی را مشخص می کنند: سرعت تسمه، دما و حریان هوا. دمایی که برای یک محصول خاص در خروجی تونل لازم است، به دلیل مختلف بودن در هندسه، وزن و جنس محصول، متفاوت است. اگر برای محصولات متفاوت، تونل انجماد مارپیچی در پایین ترین دما و بالاترین سرعت فن کار کند، ممکن است برخی از محصولات بیش ازاندازه منجمد شده و در جابجایی، شکسته شوند و یا کیفیت نهایی آن ها افت کند.

برای هر محصول خاص، نیاز به دما و زمان خاصی در فرایند انجماد وجود دارد. معمولاً تونل انجماد مارپیچی، مجهز به سیستم کنترل تبرید پیشرفته ای که بتوان با تنظیم نوع محصول، دمای خروجی، میزان محصول و سرعت عبور آن، بهترین نتیجه را در خروجی گرفت، نیست. به همین دلیل، در اغلب تونل انجماد اسپیرال نیاز به نیروی انسانی و تجربه ی لازم برای تعیین کمیت های کاری تونل است که این مسئله، چالش بزرگی برای صنایع مختلف است. خطای انسانی اغلب می تواند به ایراداتی در محصول نهایی منجر شود. علاوه بر کاهش کیفیت محصول، خطای انسانی منجر به کاهش بازده تونل انجماد مارپیچی و افزایش انرژی موردنیاز می شود.

طراحی تونل انجماد مارپیچی

از مهم ترین عواملی که انتخاب تونل انجماد مارپیچی را به صرفه تر از سایر طرح ها می سازد، طراحی مناسب این دستگاه ها است. سازندگان تونل های انجماد در سراسر جهان، بر روی ویژگی های مختلفی از تونل انجماد اسپیرال متمرکز شده اند. به طور مثال، در برخی از تونل های انجماد، فرایند تمیزکاری تونل تا حد امکان ساده سازی شده است تا کاربرانی که نیاز به تمیزکاری روزانه دارند، از این تونل ها استفاده کنند.

ویژگی برجسته ی تونل انجماد مارپیچی که تمام سازندگان این تونل ها روی آن کار کرده اند، کاهش فضای موردنیاز و حداقل سازی حجم دستگاه است.

دمای محصولاتی در خروجی تونل انجماد معمولاً بین 5 تا -20 درجه ی سلسیوس است اما وابسته به کاربرد، می توان تونل هایی با رنج دمایی متفاوت طراحی کرد.

کاربرد تونل انجماد مارپیچی

تونل انجماد مارپیچی برای انجماد یا کاهش دمای طیف گسترده ای از محصولات استفاده می شوند و با توجه به وجود نوع بهداشتی از این دستگاه ها، هیچ محدودیتی برای استفاده در کاربردهای متداول وجود ندارد. محصولات زیر تنها نمونه هایی از مواد غذایی هستند که می توان آن ها را در تونل انجماد مارپیچی استفاده کرد.

• گوشت ها
• ماهی ها
• مرغ
• غذای آماده
• محصولات پخته شده
• بستنی
• کنسانتره های آبمیوه

انواع تونل انجماد اسپیرال

تونل های انجماد مارپیچی مختلف، مزایای مخصوص به خود را دارند و انتخاب هرکدام از این تونل ها تنها وابسته به کاربر است. محدوده ی ظرفیت تونل انجماد مارپیچ در حدود چند صد تا چند هزار کیلوگرم محصول در هر ساعت است. در ادامه، دو نوع از تونل انجماد مارپیچی را که بیشترین استفاده را در صنایع غذایی دارند، بررسی می کنیم.

تونل انجماد مارپیچی غیرخودجمع شونده

این نوع از تونل انجماد مارپیچی ، رایج ترین نوع بوده و هزینه ی اولیه ی آن ها نیز پایین تر است. بزرگ ترین عیب این تونل ها، نیاز به نیروی انسانی بیشتر در استفاده از دستگاه است.

تونل انجماد مارپیچی غیرخودجمع شونده non-self-stacking spiral freezing Tunnel)) برای انجماد طیف وسیعی از محصولات طراحی می شوند. سیستم پایه ی این نوع از تونل های انجماد شامل نوار حرکت از جنس فولاد ضدزنگ است که به صورت مارپیچ دایروی است و به طور دقیق، کنترل می شود. برای کاهش دمای محصولات و انجماد آن ها، در این نوع از تونل انجماد اسپیرال از هوای سرد با سرعت بالا استفاده می شود. تونل های مارپیچ غیرخودجمع شونده از سیستم انتقال محصولات، سیستم مدیریت هوا، دیواره های عایق و سیستم کنترل تشکیل می شوند که در ادامه، هر بخش را با جزئیات بیشتر بررسی می کنیم.

• سیستم انتقال محصول: این سیستم شامل مسیری از خط دایروی است که با حرکت به سمت جلو، ارتفاع آن کاهش می یابد. عرض و نوع نوار حرکت دهنده ی محصول، وابسته به نوع و مقدار محصولاتی است که باید منجمد شوند. الکتروموتور محرک نوار معمولاً دارای یک سیستم کنترلی است که در این سیستم، با تغییر فرکانس جریان متناوب، سرعت الکتروموتور نیز تغییر می کند. این نوع از سیستم های کنترل سرعت، امکان عملکرد روان، پیوسته و کارایی بالا در رنج گسترده ی سرعت را ممکن می سازد.
• سیستم مدیریت هوا: در تونل انجماد مارپیچی غیرخودجمع شونده از سیستم های مدیریت هوا با کارایی بالا استفاده می شود. در سیستم مدیریت هوا، فن ها جریان هوا را وادار به حرکت از روی کویل های اواپراتور سیستم تبرید کرده و با افزایش فشار هوا، آن را به سمت محصول می فرستند. فن های این سیستم، وابسته به شرایط موردنیاز می توانند از نوع پروانه ای جریان محوری (axial-flow propeller fan) یا گریز از مرکز بدون اسکرال (scroll-less centrifugal fan) باشند.
• اواپراتور: اواپراتور (Evaprator)، سرمای چرخه ی تبرید تراکمی را به هوا منتقل می کند. این قسمت که یک مبدل حرارتی از نوع لوله های فین دار است، طراحی نسبتاً پیچیده ای دارد و فواصل فن ها باید متغیر باشد تا بیشترین میزان تبادل حرارتی بین هوا و مبرد صورت گیرد. جنس فین های اواپراتور معمولاً از آلومینیوم یا فولاد گالوانیزه است.
• دیواره های عایق: دیواره های عایق برای داشتن صلبیت مناسب، از هسته ای با جنس پلی استایرین (polystyrene) یا پلی اورتان (polyurethane) ساخته می شوند. علاوه بر دیواره های تونل، کف آن نیز باید عایق باشد. برای مقاومت سازه، کف تونل انجماد اسپیرال از فولاد ضدزنگ، ورق آجدار آلومینیومی یا بتن ساخته می شود.
• سیستم کنترل و تجهیزات الکتریکی: پنل کنترل تونل انجماد اسپیرال طبق استاندارهای مختلفی ساخته می شوند که یکی از رایج ترین آن ها، استاندار NEMA 4X است که توسط انجمن ملی تولیدکنندگان برقی (National Electrical Manufacturers Association) تدوین شده است. برخی از پنل های کنترلی بر اساس PLC (کنترل گر منطقی برنامه پذیر) بوده و ممکن است شامل رابط کاربری ساده ای باشند. سیستم های کنترل خودکار، استفاده از تونل انجماد مارپیچی را برای بسیاری از صنایع ساده می کند. دما، ایراد در بخش های مختلف و زمان انجماد باید در نمایشگر کنترلر نشان داده شده و در یک دیتالاگر ثبت شوند.

تونل انجماد مارپیچی خودجمع شونده

با افزایش توجه در زمینه ی امنیت غذایی و ملاحظات بهداشتی، تقاضای بازار برای تونل های انجماد خود جمع شونده (self-stacking spiral freezing Tunnel) بیشتر شده است. این نوع از تونل های انجماد، کارایی بیشتری داشته و عملیات جابجایی محصولات در آن ها به صورت خودکار انجام می شود. علاوه بر این، ملاحظات بهداشتی در این تونل ها بیشتر موردنظر قرار می گیرد. تونل انجماد اسپیرال از نوع خود جمع شونده، پیشرفته ترین نوع تونل های انجماد موجود هستند که روزبه روز توسعه ی بیشتری برای افزایش قابلیت انجماد و بسته بندی محصولات مختلف می یابند.

نوار خودجمع شونده در داخل تونل انجماد مارپیچی خودجمع شونده، یک محدوده ی ایمن برای محصولات ایجاد می کند. نبود ریل ها و ساپورت های ثابت در این نوع تونل ها ریسک گیر کردن دستگاه در حین کار را از بین می برد. بخش های مختلف این نوع از تونل های انجماد نیز مشابه بخش قبل است که در ادامه آن ها را بررسی می کنیم.

• سیستم انتقال: هر نوار مارپیچ برای انجماد محصولات خاص و در مقدار مشخصی طراحی می شود.
• سیستم مدیریت هوا: در سیستم های خودجمع شونده، نوار مارپیچ یک ناحیه ی انجماد بسته تشکیل می دهد که هوا در این ناحیه به گردش درمی آید. این ویژگی باعث می شود که طراحی خودجمع شونده کارایی بالا داشته و زمان عبوری محصولات، کوتاه تر باشند.
• اواپراتور و فن ها: اواپراتورهای این نوع از تونل ها در سایزهای متفاوتی وجود دارند. فاصله ی فین ها با توجه به عمق کویل ها متفاوت است که باعث می شود مقاومت در برابر جریان هوا کمینه باشد.
• پنل کنترل: یک تونل انجماد خودجمع شونده باید از سیستم های کنترل رایانه ای برای پایش عملکرد تونل و حداکثر کردن کارایی آن استفاده کند. بسیاری از کنترلر ها را می توان برای ارضای نیازهای کاربر، برنامه ریزی کرد. در حین عملیات تولید و تمیزکاری، سیستم کنترلی می تواند وضعیت تونل، هشدارهای سیستم و اقداماتی که برای رفع هشدارها می توان انجام داد را نمایش دهد. برخی از سیستم های کنترلی می توانند داده ها را ذخیره کرده و تاریخچه ای از عملکرد سیستم حفظ کنند.
• دیواره ها: دیواره ها و سقف تونل باید با استفاده از فوم های پلی اورتان با ضریب انتقال گرمای پایین، عایق شوند. دیواره های از پیش ساخته با صفحات فلزی داخلی و خارجی با پوشش های مخصوص، سطحی با مقاومت بالا در برابر خوردگی و آسیب های مکانیکی فراهم می کند.