Cân bằng nhiệt phía sau một chu trình làm lạnh
Thời gian cần để làm nguội một mẻ sản phẩm trong thiết bị làm lạnh chân không phụ thuộc vào tổng nhiệt lượng phải loại bỏ và năng suất làm lạnh của hệ thống. Công thức cơ bản là: Q = m × Cp × ΔT + Lv × Δm, trong đó Q là tổng nhiệt lượng (kJ), m là khối lượng sản phẩm (kg), Cp là nhiệt dung riêng (kJ/kg·K), ΔT là chênh lệch nhiệt độ (K), Lv là nhiệt ẩn hóa hơi (2,257 kJ/kg) và Δm là khối lượng nước đã bay hơi (kg).
Công thức có hai phần và chúng có hành vi khác nhau. Số hạng thứ nhất, m × Cp × ΔT, là nhiệt hiện: nó chỉ phụ thuộc vào lượng sản phẩm và mức giảm nhiệt độ cần thiết. Số hạng thứ hai, Lv × Δm, là nhiệt được mang đi bởi nước rời khỏi sản phẩm dưới dạng hơi. Vì nhiệt ẩn hóa hơi lớn, đây chính là số hạng khiến làm lạnh chân không hoạt động — sản phẩm tự làm nguội bằng cách bay hơi một phần độ ẩm của chính nó.
Thời gian chu trình tham chiếu
| Sản phẩm | Nhiệt độ ban đầu | Nhiệt độ mục tiêu | Thời gian |
|---|---|---|---|
| Rau ăn lá | 28°C | 2°C | 25 phút |
| Nấm | 25°C | 4°C | 20 phút |
| Bông cải xanh | 30°C | 2°C | 30 phút |
| Thức ăn đã nấu | 90°C | 10°C | 8 phút |
Các dòng nông sản bắt đầu từ nhiệt độ môi trường, trong dải 25–30°C điển hình của rau mới thu hoạch. Dòng thức ăn đã nấu bắt đầu từ sản phẩm nóng ở 80–90°C, mang nhiều nhiệt hiện hơn trên mỗi kilogram nhưng cũng bay hơi nhanh hơn.
Điều gì làm chu trình ngắn lại hay dài ra
Ước tính chỉ là điểm khởi đầu, vì một số biến số có thể dịch chuyển kết quả theo cả hai hướng:
- Khoảng nhiệt độ. ΔT lớn hơn làm tăng số hạng nhiệt hiện và kéo dài chu trình.
- Cấu trúc sản phẩm. Sản phẩm dạng lá và xốp nhả ẩm dễ dàng; sản phẩm đặc hoặc nhiều đường cản trở đường đi của hơi nước và cần nhiều thời gian hơn.
- Tải và bao bì. Khay xếp sát nhau, màng kín hoặc thùng carton dày chặn hơi nước thoát ra; cùng khối lượng đó nhưng xếp thoáng sẽ nguội nhanh hơn.
- Tình trạng thiết bị. Lưu lượng bơm và năng suất ngưng tụ quyết định tốc độ đạt được; gioăng cửa đã mòn hoặc dàn ngưng bị bẩn sẽ làm giảm tốc độ đó.
Sử dụng kết quả ước tính
Hãy coi thời gian tính được là một con số để lập kế hoạch và xác nhận lại bằng thử nghiệm trên đúng sản phẩm và tải thực tế, vì mật độ xếp, khối lượng mẻ và chủng loại sản phẩm đều làm thay đổi kết quả. Do đó một con số thực tế cần được nêu theo từng sản phẩm và từng mẻ: khi nguyên liệu và khối lượng mẻ khác nhau thì thời gian chu trình cũng khác theo.