بررسی ساختار سیستم هوادهی و نقش اجزاء آن

در عمل از انواع متنوعی از سیستمهای هوادهی استفاده می شود.

RESISTANCE OF GRAIN TO AIRFLOW

در دانه هی روغنی و غذای دام گرانوله 35%-45% حجم توده انبارشده مربوط به تخلخل وفضای خالی بین دانه هاست، ممکن است دو غله مختلف تخلخل مشابهی داشته باشند اما نسبت سطح به حجم دانه ریزتر  بیشتر از دانه درشتتر باشد مثل دانه سورگوم که از دانه ذرت کوچکتر است اما فضایی که محبوس میکند (در حجم مساوی) بیشتر است، زمانی که هوا با شدت یکسان به توده  انبار شده سورگوم و ذرت دمیده شود سرعت هوای عبوری از سورگوم خیلی بیشتر از ذرت است ، چون در ذرت وجود منافذو روزنه های زیاد باعث بریده بریده شدن و کوتاه شدن مسیر عبور هوا              می شود ( مانع تشکیل یک معبر یکدست می شود) و به همین ترتیب با افزایش نسبت حجم به سطح دانه سرعت عبور هوا از داخل آن افزایش       می یابد و ازطرفی فواصل کم بین دانه ها و ایجاد مسیر یکدست وطولانی باعث مقاومت بیشتر سورگوم در برابر هوا نسبت  به ذرت می شود             ( در حجم هوای یکسان) مهمترین فاکتور طراحی در سیستم های هوادهی رایج، مقاومت توده غله در برابر جریان هوا ست

AIRFLOW PATH IN THE BULK    

به منظور توزیع یکنواخت هوادر طول مجرای هوادهی و برقراری یک جریان هوای متعادل ویکسان در توده غله ،اکثر توصیه ها در طراحی واجرا، بر اساس محل قرار گیری و سرعت جریان هوا در این مجاری استوار است، اگر یک مجرا با اختلاف زیادی از سایر ین کوتاهتر باشد حجم هوای بیشتری از آن عبورخواهد کرد، طول بلندترین مجرا نباید بیشتر از 5/1 برابر  کوتاهترین آن باشد ، ازاین رو سیلوهایی با مجاری بلندتر تنها جهت غلات دانه ریز و خشک مناسبند (به دلیل افت فشار هوا در طول مجرا)

FAN CHARACTERISTICS   

نمودار عملکرد فن ها با نمایش مقدار جریان هوا در عرض و فشار ثابت(STATIC PRESSURE)  در طول رسم شد و منحنی نمودار (منحنی سیستم) ارتباط بین مقدار جریان هوا و مقاومت جریان هوا را بیان می کند فن هایی که در طراحی سیستم های هوادهی غلات استفاده می شوند باید دارای منحنی وعملکرد محاسبه شده و مشخص باشند ، فن های هم اندازه از تولیدکنندگان متفاوت کارآیی یکسانی ندارند، بطورمثال مقدار مقاومت در برابر 4 /2 اینچ آب (600PA)  فن A جریان هوایی معادل 800(لیتر/ثانیه ) اعمال می کند فن B( 1300لیتر/ثانیه) فن  C(2600لیتر/ثانیه) که مقدار مقاومت جریان هوا (AIRFLOW RESISTANCE) درآن بیش از سه برابر مقدار جریان هوا در فن A  می باشد (25/3= 800+2600) ، یک فن سرعت بالا با پره های محوری (VANE – AXIAL) ممکن است برای ذرت مناسب باشد درحا لیکه در مورد سورگوم یا گندم با همان حجم ، به منظور رسیدن به مقدار جریان هوای مورد انتظاربه فشار ثابت(STATIC PRESSURE)  بیشتری (در مقایسه باذرت ) نیاز داریم که یک فن سانتریفیوژی با سرعت کم میطلبد.

نکات فنی موثر در طراحی سیستم هوادهی

AIRFLOW RATES

معمولا مقدار جریان هوا ی دمیده شده در سیلوها (فلزی و بتونی)  H/ TONE)/ (3TO 6 M3ودر انبارهای افقی H/ TONE)/ (6TO 12 M3می باشد مقدار جریان هوای بیشتر H/ TONE)/ (12TO 15 M3 که باعث کاهش دمای سریعنر غله می شود درنواحی جنوبی که فصل سرد کوتاهی دارند استفاده می شود ، درمناطق مرکزی ایالات متحده ممکن است سیستمهایی با مقدار هوای H/ TONE)/ (9TO 12 M3 مناسب باشد درحالیکه در ایالات شمالی به دلیل فصل سرد طولانی مقدار هوای H/ TONE)/ (6TO 9 M3 کافی می باشد، سرعت هوادهی معادل تضمین کیفیت غلات است هرچندکاهش دمای کند(باسرعت کم) ممکن است قیمت کمتری داشته باشد اما در صورت فساد دانه غلات کاملا غیرا قتصادی محسوب می شود هوادهی زمانی می تواند اقتصادی باشد که باتوجه به منطقه جغرافیایی بتوان غلات رادر بالاترین سطح کیفیت نگهداری کرد، به دلیل نیاز به جریان هوا و قدرت برای  توده غله با ارتفاع بیش از30 متر افراط شده باشد و ممکن است مقدار  H/ TONE)/ (2TO 3 M3 از جریان هوا اضافه باشد و نیاز به کاهش داشته باشد، با چهاربرابر شدن قدرت فن مقدلر جریان هوا دوبرابر و فشار ثابت سه برابر می شود

AIR DUCT VELOCITIES  

برای به حداقل رساندن افت ناشی از اصطکاک در مجرای عبور هوا یک تعادل بین قطر آن و سرعت جریان هوا برقرار است، حداکثر سرعت جریان هوا باید مساوی یا کمتر از 600متر/ ثانیه باشد و برای انتقال وپرتاب هوا تامسافت  6 مترسرعت باید 750متر/ثانیه یا کمترباشد، شیب مجاری عبور هوا باید 20 درجه یا کمترباشد ودر قسمتهایی که زانویی یا انحنایی بین 45-90 درجه ایجاد می شود فاصله مرکزشعاع تا قوس منحنی حداقل 5/1برابرودر حالت ایئه آل 2 برابر قطر مجرای هوا باشد، در عمل اتصال 2 زانویی 45 درجه و تشکیل زانویی 90 درجه (نسبت به زانویی 90 درجه کامل) اولویت دارد 

AIR DISTRIBUTION SYSTEMS

نسبت طول بلندترین مجرای هوا به کوتاهترین آن باید 5/1:1 باشد، در انبارهای افقی  سیستم فشار مثبت به دلیل توزیع یکنواخت تر هوا نسبت به سیستم فشار منفی (OVER NEGATIVE PRESSURE)ارجحیت دارد، سرعت خروج هوا از منافذ مجرای هوا نبایداز 9متر/دقیقه تجاوز کند

INTAKE AND EXHAUST

بطور معمول تهویه های سقف سیلو بای درفواصل مساوی از هم دورتادور محیط سقف وبا فاصله 2/1تا3/1 بالاتر ازلبه سقف قرار دارند ،در سیلوهایی که کلیه راههای خروج هوا مسدود است ( حتی شکاف محل اتصال سقف ودیوار) حداقل دو هواکش سقفی هرکدام دست کم یک فوت مربع ، هرکدام به ازاء 800-1000CFM جریان هوا  مورد نیاز است ، درسیلو حداقل یک هواکش نزدیک نوک مخروطی سقف جهت برقراری تهویه وتبادل هوای طبیعی بین هواکش های سقفی پایین تر وبالاتر باید وجود داشته باشد ، تا تراکم وتجمع هوای مرطوب در بالاترین نقطه سیلو به حداقل برسدو هوای خارج شده از توده غله ازاین طریق خارج گردد ، جهت به حداقل رسیدن ورود هوای مرطوب و افزایش رطوبت غلات(دراثر کندانس شدن رطوبت هوا) هنگام هوادهی ازنوع PRESSUR (UP-FLOW) باید یک GRAVITY FLAP VALVE در محل ورود هوا نصب شود ،یک یا چندهواکش باید درنزدیک قله سیلو جهت کاهش احتمال کندانس شدن هوای مرطوب در محلی (DOWN SPOUT) که از آنجا سیلو پر می شود قرار داشته باشد،                          THE VENT CROSS SECTION AREA SHOULD BE SIZED PREFERABLY FOR AN AIR VELOCITY OF( 300M/MIN) WITH A MAXIMUM VELOCITY OF (450M/MIN)     در هوادهی چه با دمیدن هواو چه با مکیدن هوا اختلاف فشار بین بالاترین نقطه سیلو وفضای خارج سیلو  نباید بیش از 12/0 اینچ ستون آب باشد،اختلاف فشاربیش از این ناشی از یک اشکال ساختاری و نشانگر ناکافی بودن فضای اگزاست است.

ESTIMATE STATIC PRESSURE AND FAN POWER REQUIREMENTS

به منظور انتخاب یک فن مناسب جهت سیستمی که در آن تامین مقدارجریان هوای خاصی مورد نظر است (M3/H/TONE)اطلاعات در باره فشارساکن مورد نیاز  یک ضرورت است ، در( شکل یک) فشارساکن (اینچ ستون آب) و قدرت فن مورد نیاز (HP/1000BU)VS.DEPTH(FT) برای گندم ، ذرت (باغلاف) سورگوم و سویا در مقام مقایسه نشان داده شده است ( ناوارو و نویس 2002) ، یک برنامه تحت ویندوز به نام FANS ( سرویس توسعه مینسوتا 1996) یک راهنمای کامل جهت طراحی و انتخاب فن دربرگیرنده اطلاعاتی از قبیل نوع فن ، سایز ، مقادیر مناسب قدرت ، فشارساکن مورد نیاز که بادرنظر گرفتن(دریافت اطلاعات در مورد) آیتم های مقدار هوای مورد انتظار ، قطر سیلو، ارتفاع غله ، نوع غله ارائه  می کند، این نرم افزار شامل اطلاعات کارکرد بیش از 200 فن می باشد که براساس تولید کننده و اسب بخار طبقه بندی شده است ، انستیتو ملی تکنولوژیهای کشاورزی آرژانتین (INTA)  نیز نرم افزار پیشرفته ای به نام AIREAR برای انتخاب فن و تعیین اندازه (ظرفیت)آن (برحسب نیاز) در اختیار دارد(بارتوسیک2009) که کاربر می تواند با انتخاب شکلی که توده غله درداخل سیلو به خود گرفته ( کف گرد وصاف یا گود، سطح صاف یا کله قندی در بالای توده غله) ابعاد (DIMENSIONS)مورد نظرش را همانند ارتفاع باروارد کند.

نحوه اداره و کنترل سیستمهای هوادهی 

DIRECTION OF AIR FLOW   

این سوال که هوا باید بافشار دمیده شود ،یا بوسیله مکش وارد غله شود یک موضوع بحث انگیز است که  مباحث زیادی رادر پی داشته ، وبه همین ترتیب تنوع زیاد در سیستم های هوادهی با مزایا ومعایب عمده انتخاب یک سیستم مطلوب را تحت تاثیر قرار داده است ، عوامل زیادی در طراحی سیستم هوادهی دخیل است و آگاهی در مورد مزایای جریان هوا از بالا(UP FLOW)  و نقطه مقابلش جریان هوا از پایین( DOWN FLOW) یا تفاوتهای دمیدن و مکش ،نکات کلیدی در این زمینه هستند، در اکثر غلات انباری هردو سیستم دمیدن ومکش هوا کاربرد دارد و می تواند مورد استفاده قرار بگیرد و اکثر سیستم های هودهی این قابلیت را دارند که به اقتضاء شرایط به سیستم دمیدن ویا مکش تغییر حالت دهند ، در دو حالت بطور قطع از دمیدن هوا باید استفاده کرد: 1) در مناطقی که امکان ورود هوای بسیار سرد از هواکش های سقف به علت انجماد آب باران ویا برف وجود دارد        2) وقتی گندم گرم برروی گندم سرد ریخته شود. سیستم مکش در شمال و مرکز ایالات متحده موسوم به کمربند ذرت آمریکا به دلیل تعدد وقوع ریزش سقف که درسالهایی که هنوز صنعت غلات نامطلوبی مکش هوارا نشناخته بود (1950-1970)  درحال حاضر کاربردی ندارد ، وضعیتهایی که غالبا درمواجهه با دمیدن یا مکش هوا پیش می آید به شرح زیر است: با سیستم مکش هوا دمادرقسمتهای فوقانی که محل تجمع حشرات است دما به سرعت کاهش می یابد
مواقعی که هوادهی در هوای سردو در سیلوهای فلزی  انجام می شود، جهت جلوگیری از کندانس شدن هوای مرطوب در قسمت فوقانی وزیر سقف سیلو از سیستم مکش هوا استفاده می شود. در شرایط هوای گرم ومرطوب که هوای سرد در حاشیه قرار دارد برای کنترل حشرات از مکش هوا استفاده می شود در توده عظیم غله که بصورت FLAT ذخیره شده اند جهت برقراری جریان یکنواخت هوا از دمیدن هوا استفاده می شود. زمانی که غله گرم بر روی غله ای که قبلا سرد شده ریخته شود از سیستم دمیدن هوا استفاده می شود  دمیدن هوا بدون توجه به رطوبت هوا انجام می شود چون در سیستم دمیدن هوا ، به دلیل فشار مکانیکی فن رطوبت نسبی هوای ورودی به توده غله کاهش پیدا می کند ( مقدارکاهش بستگی به انبار و سیستم فن دارد) حرارت ناشی از فشار فن به ازاء هراینچ افزایش فشار ثابت (STATIC PRESSURE)75/0 – 1 درجه فارنهایت افزایش می یابد  در صورت استفاده از سیستم دمیدن هوا در شرایطی که هواکش های سقف سیلو منجمد شده اند خطر ریزش سقف به حداقل رسیده یا برطرف می گردد.

AERATION CONTROL EQUIPMENT  

تجهیزات اساسی کنترل کننده های سیستم هوادهی بخشهای الکتریکی هستند که مطابق برنامه داده شده اعم از دما ، رطوبت( متناسب باهدف هوادهی) بطور اتوماتیک فرمان خاموش و روشن به فن می دهد، طبقه بندی سیستم کنترل کننده: 1) کنترل کننده های ساده مکانیکی دما 2) ترموستات بدون کنترل رطوبت 3) کنترل کننده های چند منظوره الکترومکانیکال ، کنترل دما ورطوبت همزمان 4) کنترل کننده های اختلاف دما 5) کنترل کننده های WET BULB 6) کنترل کننده های زمان هوادهی 7) سیستمهای کنترلی مانیتورینگ دما و هوادهی براساس کامپیوتر ئ میکروپروسسور

SELECTING AERATION CONTROLLERS  

استفاده از کنترل کننده های اتوماتیک که هوادهی اضافه (بیهوده) را به حداقل می رساند، نتایجی در بهبود نگهداری  غله درپی دارد از قبیل حداقل شدن سیکل کاهش دما ، کاهش افت وزنی ، ممانعت از خرابی دانه ناشی از پدیده خودگرمایی وکنترل رشد حشرات  وافت کیفیت نهایی به همراه  مزایای یک فن هوادهی الکتریکال(ریید و هارنر 1998) مادامی که کنترل تنها هدف اصلی کنترل دما باشد یک سیستم کنترل کننده الکترومکانیکی ساده و ارزان برای کنترل کلیه فن ها دریک مجموعه ( چه مکنده ، چه دمنده) کفایت می کند ،زمان برگشت سرمایه این نوع کنترل کننده ها معمولا کمتر از یک سال است( 500-1500 دلار) ، اما در سیستم هایی که غلات درسیلو باید خشک شوند ، ویا زمانی که  غله باید متناسب  با مصرف نهایی مرطوب باشد ( بهبود حجم در پاپ کورن) و همچنین در مواردی که باید رطوبت غله مطابق عرف فروش تنظیم شود ( سویا پس از برداشت بیش از حد خشک شده) ودر مکانهایی که شرایط آب وهوایی ناپایدار است کنترل کننده ای  براساس میکروپروسسور و LOW – TEMPERATURE DRYING ترجیح داردبرگشت سرمایه این کنترل کننده بادر نظر گرفتن بحرانی بودن فاکتورهای کیفیت در زمان مصرف نهایی (کیفیت پس از پایان انبارداری) کمتر از یک سال خواهد بود ( 1500-3000 دلار) ، عملیات هوادهی برپایه کنترل رطوبت ممکن است زمان فعالیت فن هوادهی را بطور چشمگیری کاهش دهد، در صورت استفاده ازاین شیوه، در برنامه تنظیمات هوادهی باید زمان بهینه فعالیت فن بطور دقیق برآورد شود تا همزمان با پایان هر سیکل هوادهی به دمای مورد نظر برسیم و همچنین جهت اطمینان از کاهش دمای مناسب و به موقع غله ، زمان فعالیت فن باید مانیتور و کنترل شود ودر صورت نیاز در طی هوادهی تنظیمات اصلاح شود

MONITORING AMBIENT AIR AND USE OF COMPUTER AID TO PREDICT AERATION SYSTEM PERFORMANCE 

یک دلیل کنارگذاشتن کنترل کننده های اتوماتیک هوادهی  بلافاصله پس از نصب توسط مسئولین نگهداری غلات عدم تناسب استراتژی کنترل فن با شرایط آب وهوایی منطقه است ، پیش از به کارگیری هرنوع کنترل اتوماتیک  در هوادهی، سوابق آب و هوای منطقه باید مورد ارزیابی و بررسی قرارگیرد تامشخص گردد که  آیا برنامه استراتژیک، می تواند فعالیت موثر فن را در رسیدن به اهداف کنترل مطلوب ضمانت کند ، حداقل سابقه جهت ارزیابی  شرایط آب و هوایی 10 سال  است اما جهت نتیجه گیری دقیق تر بررسی شرایط آب و هوایی 20-30 سال توصیه شده ( آرتور1998، آرتور و سایبن مورگان 2005)، کامپیوترها پلت فرمی ایده آل در مدل هایی که شامل مدیریت نگهداری و تعیین استراتژی اند می باشند (آرتور 2001) مدل های کامپیوتر می توانند براساس پارامترهای فیزیکی و بیولوژیک غله ذخیره شده پا رامترهای  عملیاتی را به گونه ای اجرا کنند تا بهترین عملکرد در مدیریت نگهداری غلات حاصل شود،جهت رسیدن به این هدف برنامه های کامپیوتری زیادی در سطح دنیا توسعه پیدا کرده است

TIME REQUIRED FOR COOLING 

یک گروه از نمودار برای تشریح کاهش دما در هوادهی از ( 40- 35 -30- 25 درجه سانتی گراد ) به ( 20-15-10 درجه سانتی گراد) در رطوبت نسبی 64% در شکل دو آمده است این گروه از نمودارها بطور واضح نشان می دهد که با افزایش یا کاهش  میزان هوادهی بیش از حدود تعیین شده ممکن است زمان مورد نیاز برای کاهش دمای غله تاحد مطلوب از حدود واقعی تجاوز کند، در جریان هوای کم فشار ، کمتراز (1M3/H/TON) زمان هوادهی به بیش600تا 700 ساعت  افزایش می یابدکه درکاهش دمای غلات اسنفاده نمی شود بخصوص در مناطق جغرافیایی با MARGINAL AMBIENT TEMPERATURE CONDITIONS اگر مقدار جریان هوا به بیش از ( 10M3/H/TON) افزایش یابد ، COOLING CAPACITY BECOMES PROGRESSIVELY LESS EFFECTIVE
AT HIGHER AERATION AIRFLOW RATES WHICH ARE NEEDED WHERE THE HOURS OF COOLING WEATHER ARE MARGINAL ,FOR EACH
INCREMENT IN AIRFLOW RATE, THE COOLING TIME BECOMES LESS PRONOUNCED ( THE LINES ARE ASYMPTOTIC)