Практическое занятие № 7 Выбор условий транспортировки скоропортящегося груза и необходимого подвижного состава

В целях обеспечения сохранности скоропортящихся грузов, в процессе их транспортировки необходимо соблюдение температурного режима, характеризуемого допустимыми минимальными и максимальными нормативными значениями. Соблюдение особого температурного режима наиболее важно при транспортировке таких грузов на дальние расстояния (продолжительностью более 12 ч). Обеспечение этих условий зависит от правильности выбора подвижного состава с учетом изотермических свойств кузова транспортного средства, а также наличия специальных установок для охлаждения или обогрева скоропортящегося груза. Особенностью такого выбора является необходимость использования такого подвижного состава, который при сохранении первоначальных качеств продукции обеспечит наименьшую стоимость ее транспортировки.

Настоящее занятие является продолжением темы лекций «Транспортировка скоропортящихся грузов» и предусматривает закрепление полученного студентами материала в форме индивидуального задания (по вариантам).

Задание.

Логистическая компания предлагает услуги по транспортировке скоропортящихся продуктов мелкооптовыми партиями с использованием собственного транспорта. Поиск клиентов компания осуществляет на специальных сайтах в сети Интернет. На ближайшие дни на одном из сайтов выставлены следующие лоты (товары), представленные в таблице 7.1. В этой же таблице приведены режимы хранения товара и их удельная средневзвешенная теплоемкость.

Таблица 7.1 – Перечень продуктов питания, значения их удельной средневзвешенной теплоемкости и температурный режим хранения

№ пп	Виды грузов	Теплоемкость, кДж/(кг.oC)		Температура хранения, оС
		в свежем виде	после замерзания
1	2	3	4	5
Мясо
1	Говядина (туша)	2,85	2,01	-25…-18; -1…0 (< 336 ч) +1…+2 (< 24 ч)
2	Кролик	3,18	1,63	0…+8 (<24 ч); -4…0 (<72 ч); -9 (< 6 мес.)
3	Сало	2,26	1,30	< +1

1	2	3	4	5
4	Свинина на ребрах	2,60	1,42	-25…-18; -2…-1 (< 336 ч) +2…+6 (< 24 ч)
5	Язык телячий	3,31	1,67
6	Куриные окорочка	3,68	1,72	0…+8 (<24 ч); -4…0 (<72 ч); -25…-12
Морепродукты
7	Икра зернистая	3,18	-	0…-2
8	Крабы (отварные)	3,52	1,72	< +2
9	Креветки (отварные)	3,48	1,72	< +2
10	Лобстеры (отварные)	3,43	1,72	< +2
11	Лосось	2,97	1,55	0…-2 (<72 ч); -5…-6 (< 336 ч) -18 (< 10 мес.)
12	Рыба с белым мясом (любая)	3,18	1,63
Молочные продукты
13	Масло сливочное	1,26	1,00	0…+6 (< 240 ч) -12…-10
14	Молоко коровье	3,77…3,93	-	+4…+8
15	Мороженое	-	3,1	-30…-12
16	Сметана	3,55	-	-1…+1
17	Сыр	3,14	-	+2…+10
Продукты переработки
18	Ветчина свиная	2,6	-	0…+8 (< 72 ч)
19	Колбаса салями	1,88	-	0…+8 (< 240 ч) -9 (< 3 мес.)
20	Масло растительное	1,84	-	+1…+2
21	Мука	1,59	-	> 0 (< 2 мес.)
22	Сосиски (свиные, говяжие)	2,34	1,34	0…+8 (< 240 ч)
23	Тушенка говяжья	2,60	-	0…+25
Свежие овощи и фрукты
24	Арбузы	3,94	-	+13…+21 +2…+4 (<480 ч)
25	Виноград	3,60	-	0…+2
26	Грибы	3,89	1,84	0 (< 48 ч)
27	Капуста	3,94	1,88	0…-1
28	Картофель	3,43	-	+2…+5
29	Лук репчатый	3,77	-	-1…+2
30	Огурцы	4,10	-	+7…+11 (168 ч)
31	Яблоки	3,64	1,76	-1…0
Зерно в массе
32	Ячмень, овес, просо, рожь (сухие)	1,42		> 0
33	Пшеница (сухая)	1,32…1,55		> 0
Сушеные овощи и фрукты
34	Изюм	1,63	-	> 0
35	Грибы сушеные	1,26	-	> 0
Кондитерские изделия
36	Карамель, сахарный сироп, леденцы	3,89	-	+17…+19

1	2	3	4	5
Напитки
37	Сок апельсиновый	3,77	-	0…+12
38	Сок малиновый	3,89	-	0…+12
39	Сок томатный	3,98	-	0…+12
40	Вино	3,89		+5…+14
41	Пиво	3,85	-	+2…+12

Весовые параметры груза, требуемого к транспортировке, представлены в таблице 7.2 (упаковка подбирается самостоятельно).

Таблица 7.2 – Весовые параметры груза и его упаковки

№ пп	Вид груза	Масса груза m1j, кг	Вид упаковки	Масса упаковки m2j, кг
1	по таблице 7.1	1500	подбирается по таблице 7.3	50
2		3000		150
3		4500		200
4		5000		300
5		6000		300
6		8000		400
7		10000		400
8		12000		450
9		15000		500
10		18000		600

Таблица 7.3 – Виды некоторых материалов упаковки и значения их удельной средневзвешенной теплоемкости

№ пп	Виды грузов	Теплоемкость, кДж/(кг.oC)
Материалы упаковки
1	Бумага сухая, картон	1,34
2	Древесина (береза, осина, сосна, ель)	1,7
3	ДВП	2,3
4	Древесина (дуб)	2,4
5	Древесина (пихта)	2,7
6	Пластмасса	1,62…2,09
7	Полипропилен (прозрачный пластик)	1,93
8	Полистирол (непрозрачный пластик)	1,38
9	Полиуретан, резина	1,38…1,42
10	Полихлорвинил	1,0
11	Керамика (фарфор, глина)	0,8…0,88
12	Стекло	0,75…0,82
13	Алюминий	0,93
14	Земля влажная	2,0
15	Вода	4,18
16	Лед	2,01…2,11
17	Сухой лед	1,38
18	Воздух	1,01…1,03

Параметры изотермических фургонов, принадлежащих логистической компании, материал из которого они изготовлены, а также условия транспортировки груза представлены в таблицах 7.4-7.6.

Таблица 7.4 – Габаритные размеры изотермического фургона

№ пп	Длина l, м	Ширина b, м	Высота h, м
1	4	2,6	2,5
2	5		3,0
3	6		3,0
4	7		3,5
5	8		3,5
6	9		3,5
7	10		3,8
8	11		3,8
9	12		4,0
10	13		4,0

Таблица 7.5 – Состав и толщина материалов стенок (сендвич-панелей) изотермических кузовов

№ пп	Пол			Стены и потолок
	материал	толщина слоя δполаi, мм	материал		толщина слоя δcтi, δпотi мм
1-2	Алюминий Фанера Пенополиуретан Ламинированная фанера	1 9 50 10	Алюминий Пенополиуретан Алюминий		1 70 1
3-4	Линолеум Фанера Пенополистирол Доски	2 9 65 10	Пластик Фанера Пенополистирол Фанера Пластик		1 4 50 4 1
5-6	Оцинкованная сталь Фанера Пенополиуретан Ламинированная фанера	0,7 9 60 25	Оцинкованная сталь Пенополиуретан Фанера		0,7 50 9
7-8	Нержавеющая сталь Пробковый лист Пенополистирол Дерево Пенополистирол Нержавеющая сталь	0,5 2 40 16 40 0,5	Дюралюминий Пенополистирол Дюралюминий		0,5 90 0,5
9-10	Пластик ОСП Пластик Резина	5 9 5 20	Пластик ОСП Минеральная вата ОСП Пластик		5 9 50 9 3

Таблица 7.6 – Условия транспортировки груза

№ пп	Температура воздуха		Продолжи-тельность перевозки Т, ч		Средняя скорость движения а/м ϑ, км/ч		Скорость движения воздуха в фургоне ϑк, м/с		Кол-во тепла, выделяемого вентилятора-ми, кВт
	наружного, во время транс-портировки tн, оС	внутри фургона tв, оС
1	40	срдедняя по табл. 7.1		8		75		0,5		0
2	30			12		80		0,6		0
3	20			36		70		0,7		15
4	10			18		85		0,8		7
5	0			5		42		1,0		0
6	-5			24		60		0,8		0
7	-10			11		70		1,0		10
8	-15			7		60		0,5		0
9	-20			20		50		0,7		0
10	-30			48		40		0,8		24

На рисунке 7.1 приведены примеры сендвич-панелей, из которых состоят изотермические фургоны.

Рисунок 7.1 – Примеры структуры и состава сендвич-панелей изотермических фургонов

На основании расчета требуется определить обоснованность применения изотермического фургона или обосновать необходимость использования специализированных транспортных средств других типов (ледника, фургона с обогревом, рефрижератора). Следует подобрать буквенное обозначение специального транспортного средства, согласно СПС, применительно к перевозимому грузу. Также следует указать особенности размещения груза в изотермическом фургоне в целях обеспечения его сохранности в процессе перевозки.

При выполнении расчетов необходимо иметь в виду, что перед погрузкой термически подготовленных скоропортящихся грузов, изотермические фургоны охлаждают или обогревают в соответствии с требованиями правил перевозок грузов. Перед погрузкой неохлажденных грузов охлаждение или обогрев фургонов не производят.

Основные формулы.

Выбор теплотехнических свойств кузовов транспортных средств и охлаждающих устройств для них осуществляется на основе теплового баланса, общее теоретическое уравнение которого имеет вид:

Q - W = Q₁ + Q₂ + Q₃ + Q₄ + Q₅ + Q₆ (кДж), (1)

где: Q – количество тепла, поглощаемого источниками холода или отдаваемого источниками тепла, кДж; W – количество тепла, производимого воздухообменниками (при их наличии), кДж; Q₁ – количество тепла, проходящего через стенки фургона, кДж; Q₂ – количество тепла, накапливающееся в теплостойком фургоне, кДж; Q₃ – количество тепла, накапливающееся в пищевых продуктах (растениях) и упаковке, кДж; Q₄ – количество тепла, накапливающееся в агрегатах кузова транспортного средства (трубах, вентиляторах, крюках и др.), кДж; Q₅ – количество тепла, отдаваемого продуктом (растением) вследствие происходящих в нем биологических процессов, кДж; Q₆ – количество тепла, затрачиваемого вследствие открытия дверей изотермического фургона при погрузке и разгрузке груза, кДж.

На практике удобнее применять другую, упрощенную формулу теплового баланса для выбора подвижного состава:

Q = K^.S^.(t_н + t_в)^.Т +M^.c^.Δt + W (кДж), (2)

где: Q – количество тепла, которое необходимо устранить или добавить, кДж; K – общий коэффициент теплопередачи стенок фургона, кДж/(м^2.ч^.oC); S – средняя площадь поверхности наружной и внутренней стенок, м²; t_н – средняя температура наружного воздуха во время транспортировки, ^оС); t_в – средняя температура воздуха внутри фургона, ^оС); Т – продолжительность перевозки, ч; М – масса груза с упаковкой, кг; с – средневзвешенная удельная теплоемкость элементов груза, кДж/кг; Δt – разность температур груза при погрузке и перед разгрузкой, ^оС; W – количество тепла, выделяемого вентиляторами (эквивалент мощности вентиляторов), кДж.

В отличие от формулы (1), в расчете по упрощенной формуле (2) не учитывается тепло, накапливающееся в изоляционном материале фургона (Q₂) и его агрегатах (Q₄) вследствие малых значений этих потерь, а другие составляющие теплового баланса (Q₁, Q₃, Q₅) определяются для средних температурных условий. Если внутри фургона нет двигателей для привода вентиляторов, можно пренебречь также количеством тепла, выделяемого вентиляторами (W). Количеством тепла, отдаваемого продуктом в ходе происходящих в нем биохимических процессов в настоящей формуле пренебрегли, поскольку предполагается, что перед транспортировкой груз прошел термическую подготовку в соответствии с требованиями правил перевозок скоропортящихся грузов. Применение упрощенной формулы (2) возможно для изотермических фургонов, имеющих надежную изоляцию.

Если средняя температура воздуха снаружи транспортного средства неизвестна, в расчете принимается наименее благоприятная (максимальная или минимальная) температура воздуха в конечном или начальном пункте транспортировки.

Общий коэффициент теплопередачи K фургона определяется по формуле

где: α₁ и α₂ – коэффициенты теплоотдачи, соответственно, от окружающей среды к стенкам фургона и от внутренних стенок к перевозимому грузу, кДж/(м^2.ч^.oC); δ_i – толщина слоя материалов стенки изотермического фургона, м; λ_i – коэффициент теплопроводности каждого материала стенки изотермического фургона, кДж/(м^.ч^.oC) (таблица 7.7); η_э – коэффициент эффективности конструкции изотермического кузова (для приблизительных расчетов можно принять равным 0,8).

Коэффициент α₁ зависит от скорости движения автомобиля и определяется по формуле Юргенса

α₁ = 6,45^.ϑ^0,775, (4)

где ϑ – скорость движения автомобиля, м/с.

Коэффициент α₂ зависит от скорости движения воздуха внутри фургона:

α₂ = 5,3 + 3,6^.ϑ_к, (4)

где ϑ_к – скорость движения воздуха в фургоне, м/с (при естественной циркуляции воздуха скорость ϑ_к не превышает 1…3 м/с, а при принудительной вентиляции составляет 0,5…0,8 м/с).

Поскольку стенка изотермического фургона состоит из 3-5 основных слоев (наружной облицовки, теплоизоляции и внутренней облицовки), отношение их толщины к коэффициенту теплопроводности (см. формулу 3) может быть определено как

Если стенки, пол и потолок фургона выполнены из различных материалов, формула (5), приобретает вид:

где S – средняя площадь поверхности фургона, м²; S_ст, S_пола, S_пот – соответственно, площади стенок, пола и потолка фургона, м².

Средняя площадь поверхности фургона с ровным полом определяется следующим образом:

где l – длина фургона, м; b – ширина фургона, м; h – высота фургона, м; δ_ст, δ_пола, δ_пот - соответственно, толщина стенок, пола и потолка фургона (определяются суммированием толщины каждого материала).

Таблица 7.7 – Коэффициент теплопроводности некоторых материалов

№ пп	Виды материалов	Коэффициент теплопроводности λi, Вт/м.оС
1	Алюминий	201…230
2	Дюралюминий	160
3	Сталь (в т.ч. оцинкованная)	52
4	Сталь нержавеющая	17,5
5	Дерево, фанера	0,15
6	ДСП, ОСП	0,2
7	Картон многослойный	0,13
8	Пробковые листы	0,05
9	Линолеум	0,33
10	Пенополиуретан	0,035
11	Пенополистирол (пенопласт)	0,037…0,04
12	Полиэтилен, пластик	0,3
13	Резина	0,15
14	Стекловата, минеральная вата	0,05

Расчет тепла, накапливающегося в пищевых продуктах (растениях) и их упаковке, производится с учетом того, что масса груза нетто (М) определяется как сумма массы «чистого» груза (брутто) и массы упаковки с учетом средневзвешенной теплоемкости каждой группы груза и его упаковки. В этом случае второе слагаемое в уравнении (2) приобретает вид:

где Δt – разность температур груза при погрузке и перед разгрузкой, ^оС; m_1j и m_2j – соответственно, масса брутто j-го вида груза и его упаковки, кг; с_1j и с_2j – удельная теплоемкость каждой группы j-го груза и его упаковки; j – вид груза.

Разность температур груза Δt определяется исходя из того, что при погрузке температура должна соответствовать средней нормативной для предполагаемого времени транспортировки (табл. 7.1), а при разгрузке она не должна выходить за рамки установленных предельных значений, приведенных в той же таблице.

Значения удельной средневзвешенной теплоемкости с некоторых грузов и материалов упаковки представлены в таблицах 7.1 и 7.3.

Если в результате расчета по формуле (2) Q = 0, то для перевозки заданного вида груза достаточно применение изотермического фургона без дополнительных устройств подогрева или охлаждения. При значении Q > 0, при заданных температурных условиях следует применять изотермические фургоны с устройствами охлаждения. В случае Q < 0 необходимо применение систем подогрева изотермического кузова.

Результаты работы заканчиваются письменными выводами о целесообразности применения для транспортировки изотермического фургона или других типов специализированных автотранспортных средств.