Study on the Reduction of Electric Energy Consumption in the Process of Preserving Agri-Food Products

Abstract

The authors present a study on the reduction of electric energy consumption in the process of preserving agri-food products. Refrigeration facilities used to cool various easily perishable agri-food products were examined in order to establish solutions for increasing energy efficiency in the storage process. The proposed solution provides for the combination of the refrigeration installation with step cooling, with the infl ow cooler with fan installed in the outside environment, which during the cold period of the year supplies the installation with artificial cold. The experimental results have shown that this system allows the reduction of approximately 27% of the electric energy consumption consumed annually by the existing installations.

Full text

184 | pu{lsslj{|zGXVYWYZ
Ť{ppuŨlGpunpulylŤ{pGŤpG{louvsvnppG
lunpullypunGzjplujlzGhukG{ljouvsvnplz
| CONF. UNIV. DR. VICTOR POPESCU,
HTTPS://ORCID.ORG/0000-0002-4634-2255
DRD. NICOLAI URSATII,
HTTPS://ORCID.ORG/0000-0002-5264-6976
DRD. MIHAIL MELENCIUC,
HTTPS://ORCID.ORG/0009-0008-4894-1295
DRD. ONORIN VOLCONOVICI,
HTTPS://ORCID.ORG/0000-0003-1623-2028
DRD. TATIANA BALAN,
HTTPS://ORCID.ORG/0000-0002-8897-105X
UNIVERSITATEA TEHNICĂ A MOLDOVEI
MSD. MARIA ALII,
HTTPS://ORCID.ORG/0009-0002-0181-4957
UNIVERSITATEA PEDAGOGICĂ DE STAT „ION CREANGĂ”
SęĚĉĎĚ ĕėĎěĎēĉ ėĊĉĚĈĊėĊĆ ĈĔēĘĚĒĚđĚĎ ĉĊ ĊēĊėČĎĊ
ĊđĊĈęėĎĈĦ ńē ĕėĔĈĊĘĚđ ĉĊ ĕĦĘęėĆėĊ Ć ĕėĔĉĚĘĊđĔė
ĆČėĔĆđĎĒĊēęĆėĊ
SęĚĉĞ Ĕē ęčĊ RĊĉĚĈęĎĔē Ĕċ EđĊĈęėĎĈ EēĊėČĞ CĔēĘĚĒĕęĎĔē
Ďē ęčĊ PėĔĈĊĘĘ Ĕċ PėĊĘĊėěĎēČ AČėĎ-FĔĔĉ PėĔĉĚĈęĘ
CZU: 631.171:658.011.56
https://doi.org/10.56329/1810-7087.23.1.19
ABSTRACT
The authors present a study on the reduction of electric energy consumption in the process of
preserving agri-food products. Refrigeration facilities used to cool various easily perishable agri-food
products were examined in order to establish solutions for increasing energy effi ciency in the storage
process. The proposed solution provides for the combination of the refrigeration installation with step
cooling, with the in-fl ow cooler with fan installed in the outside environment, which during the cold
period of the year supplies the installation with artifi cial cold. The experimental results have shown
that this system allows the reduction of approximately 27% of the electric energy consumption con-
sumed annually by the existing installations.
Keywords: energy effi ciency; agri-food products; preservation process; renewable sources.

pu{lsslj{|zGXVYWYZG|G185
Ť{ppuŨlGpunpulylŤ{pGŤpG{louvsvnppG
lunpullypunGzjplujlzGhukG{ljouvsvnplz
REZUMAT
Autorii prezintă un studiu privind reducerea consumului de energie electrică în procesul de păs-
trare a produselor agroalimentare. Au fost examinate instalaţiile frigorifi ce utilizate la răcirea diferitor
produse agroalimentare ușor alterabile în vederea stabilirii soluţiilor cu privire la sporirea efi cienţei
energetice în procesul de păstrare. Soluţia propusă prevede combinarea instalaţiei frigorifi ce cu răci-
rea în trepte, cu răcitorul în fl ux cu ventilator instalat în mediul exterior, care în perioada rece a anului
suplinește instalaţia cu frig artifi cial. Rezultatele experimentale au demonstrat că acest sistem permite
reducea cu cca 27% a consumului de energie electrică consumată anual de instalaţiile existente.
Cuvinte-cheie: efi cienţă energetică; produse agroalimentare; proces de păstrare; surse regenerabile.
Introducere
Criza energetică din ultima perioadă a pus pre-
siune pe întreprinderile de păstrare a produselor
agroalimentare din cauza creșterii preţurilor la
resursele energetice, dar și din cauza utilizării în
procesul de răcire a instalaţiilor frigorifi ce înve-
chite, care au consum sporit de energie electri-
că. Acest fapt impune luarea măsurilor urgente
de îmbunătăţire a indicilor energetici și evitarea
pierderilor [1,6,8,12].
Remedierea situaţiei în procesul de păstrare
poate fi realizată prin aplicarea metodelor alter-
native de obţinere a frigului din surse regenera-
bile [2,3-5].
Autorii prezentei lucrări au examinat un șir de
soluţii privind majorarea efi cienţei energetice
pentru instalaţiile de răcire, cum ar fi :
- aplicarea pentru acţionarea compresorului, a
unui motor cu magneţi permanenţi, ce permite
reducerea consumului de energie electrică prin
creșterea randamentului și a factorului de putere;
- dotarea circuitului electric de comandă
a instalaţiilor frigorifi ce cu convertizoare de
frecvenţă pentru acţionarea compresoarelor, care
permit reducerea curentului de pornire și a con-
sumului de energie electrică în procesul de lucru;
- implementarea unei instalaţii fotovoltaice
pentru alimentarea cu energie electrică cu gene-
rarea cantităţii necesare de energie electrică, fapt
ce ar reduce dependenţa de sistemul centralizat
și emisiile de substanţe nocive în mediul înconju-
rător la nivel global.
Actualmente cercetătorii știinţifi ci din dome-
niul ingineresc din Republica Moldova, dar și de
peste hotare, sunt preocupaţi de identifi carea
soluţiilor optime privind reducerea consumului
de energie în procesul de păstrare a produselor
agroalimentare [7,9-11,13,14].
În acest context, soluţia efi cientă propusă
de autorii acestei lucrări prevede combinarea
instalaţiei frigorifi ce cu răcirea în trepte, cu răci-
torul în fl ux cu ventilator instalat în mediul ex-
terior, care, în perioada rece a anului, suplinește
instalaţia cu frig artifi cial. Rezultatele experimen-
tale au demonstrat că acest sistem permite redu-
cerea cu cca 27% a consumului de energie elec-
trică consumată anual de instalaţiile existente.
Materiale și metode
Schemele tehnologice pentru cercetarea pro-
cesului de răcire la păstrarea produselor agrico-
le sunt prezentate în Figurile 1,2,3 și 4, care au la
bază instalarea unui răcitor în fl ux cu ventilator
montat în afara punctului de colectare și o pom-
pă de agent frigorifi c intermediar.
Pentru încercările experimentale, a fost utiliza-
tă instalaţia frigorifi că de tip JAPY tech-700, care a
fost modifi cată, pompa de Tip GRS 15/6 de 0.093
kW și ventilatorul de 0.18 kW. Evidenţa consumu-
lui de energie electrică a fost efectuată cu conto-
rul de tip SL03A 3F (0.5-100 A) 220-400 V.

186 | pu{lsslj{|zGXVYWYZ
Ť{ppuŨlGpunpulylŤ{pGŤpG{louvsvnppG
lunpullypunGzjplujlzGhukG{ljouvsvnplz
În procesul de păstrare a produselor cu răcire
directă, se utilizează pompa (5), răcitorul în fl ux
(8) cu ventilatorul (9) și schimbătorul de căldură
suplimentar (10), din inox alimentar, care se pla-
sează în interiorul rezervorului cu produs, prin
care circulă agentul frigorifi c intermediar (AFI)
într-un ciclu închis.
Iar aplicarea răcirii în trepte [8,9] prevede inter-
conectarea răcitorului în fl ux (8) cu ventilatorul
(9) în circuitul existent al agentului frigorifi c inter-
mediar (Fig. 4), modifi carea regimurilor de răcire
fi ind coordonată de ventilele (r1-r4).
Rezultate și discuţii
Analiza procesului de păstrare de la diferite între-
prinderi specializate [2] a permis de a constata că:
- unele întreprinderi sunt dotate cu o instalaţie
frigorifi că trifazată de 4.5 kW cu capacitatea de
1050 de litri, cu răcire în trepte cu agent frigori-
fi c intermediar, volumul mediu de produs pus la
păstrare în perioada rece a anului fi ind de 545
de litri și consumul mediu de energie electrică –
de 11.2 kWh pe zi, iar în perioada caldă a anului,
respectiv, de 790 de litri și consumul mediu de
energie electrică – de 15.5 kWh pe zi;
- alte întreprinderi sunt dotate cu o instalaţie
frigorifi că trifazată de 3.0 kW cu capacitatea de ră-
cire de 700 de litri, cu răcire directă cu freon, volu-
mul mediu de produs pus la păstrare în perioada
rece a anului fi ind de 247 de litri și consumul me-
diu de energie electrică – de 5.2 kWh pe zi, iar în
perioada caldă a anului, respectiv, volumul este
de 380 de litri și consumul de energie electrică –
de 7.7 kWh pe zi;
- unele întreprinderi sunt dotate cu instalaţii
frigorifi ce monofazate de 1.0 kW, cu capacitatea
de 550 de litri, cu răcire directă cu freon, volumul
mediu de produs colectat zilnic și pus la păstrare
în perioada rece a anului fi ind de 196 de litri și con-
sumul de energie electrică – de 4.4 kWh pe zi, iar în
perioada caldă a anului, respectiv, de 320 de litri și
consumul de energie electrică – de 6.9 kWh pe zi.
În baza datelor analizate, s-a stabilit că consu-
mul mediu de energie electrică necesar pentru
răcirea a 1000 litri de produs este de 20,9 kWh.
O soluţie pentru reducerea consumului de
energie electrică în procesul de păstrare în pe-
rioada rece a anului constituie realizarea unei
combinări a instalaţiilor frigorifi ce existente cu
instalaţii sezoniere cu frig natural.
În urma studiului efectuat, s-a stabilit că
instalaţiile utilizate au două sisteme de răcire:
răcire directă – când freonul răcește pereţii re-
zervorului cu produs, și răcire cu agent frigorifi c
intermediar (apă sau saramură) – când AFI este
răcit cu freon și ulterior este pompat prin pereţii
rezervorului cu produs, pentru răcirea acestuia
(Fig. 2). Ambele sisteme au un consum sporit de
energie electrică, care variază între 19 și 23 kWh
pentru răcirea a 1000 litri de lapte [1,5-7].
Fig. 1. Schema tehnologică a IF
Fig. 2. Schema tehnologică a IF
cu răcire directă cu răcire în trepte
Sursa figurilor 1,2: Elaborate de autori

pu{lsslj{|zGXVYWYZG|G187
Ť{ppuŨlGpunpulylŤ{pGŤpG{louvsvnppG
lunpullypunGzjplujlzGhukG{ljouvsvnplz
Pentru reducerea consumului de energie elec-
trică, s-a propus aplicarea în sistemele existente de
răcire a unui răcitor în fl ux cu ventilator Aer-AIF.
Sistemele de răcire cu frigul natural sunt siste-
me sezoniere și pot funcţiona autonom doar în
perioada rece a anului, când temperaturile aeru-
lui sunt sub 40C [2-4]. În procesul de automatizare
a instalaţiilor propuse spre modernizare poate
fi luată în considerare funcţionarea acestora în
trei regimuri: regimul de răcire cu frig natural,
regimul de răcire cu frig combinat și regimul de
răcire cu frig artifi cial, trecerea de la un regim la
altul fi ind coordonată de senzorii de temperatură
(t1-t3). Pentru funcţionarea normală a instalaţiei
frigorifi ce în regim de răcire cu frig natural, tre-
buie să se respecte condiţia:
ta < taf < tl , (1)
unde: ta – temperatura aerului atmosferic;
taf – temperatura agentului frigorifi c intermediar;
tl – temperatura produsului supus răcirii.
Utilizarea directă a frigului natural pentru pro-
cesele frigorifi ce cu răcire directă cu freon necesi-
tă un schimbător de căldură suplimentar din inox
alimentar [5-6,11,12].
În Fig. 3 este prezentată schema tehnologică
a instalaţiei de răcire cu frig natural și artifi cial,
care poate funcţiona în două regimuri separate.
În perioada caldă a anului, cu răcire directă cu
freon ca instalaţie frigorifi că clasică (1), procesul
de răcire prevede că freonul răcește pereţii re-
zervorului (2) în care se afl ă produsul (3) meste-
cat cu agitatorul (4), iar în perioada rece a anului
răcirea are loc cu frig natural, unde pompa (5)
pune în circulaţie agentul frigorifi c intermediar
prin conductele (7), răcitorul în fl ux (8) și schim-
bătorul de căldură din inox (10). Ventilatorul (9)
este destinat pentru forţarea răcirii agentului
frigorifi c intermediar, direcţionând fl uxul de aer
rece prin răcitorul (8).
Fig. 3. Schema tehnologică a IF (V-I)
Fig. 4. Schema tehnologică a IF (V-II)
Sursa figurilor 3,4: Elaborate de autori
Astfel, au fost efectuate încercări experimenta-
le utilizând schemele tehnologice din Figurile 3 și
4, care au demonstrat că utilizarea frigului natural
permite reducerea consumului de energie elec-
trică în perioada rece a anului de 2.5 ori (datele
experimentale sunt prezentate în Tabelul 1).
Ulterior, rezervorul unei instalaţii analogice a
fost reutilat și dotat cu o instalaţie cu răcire cu
freon (1) pentru răcirea agentului frigorifi c în re-
zervorul (6) și patru ventile (r1-r4), pentru modifi -
carea regimurilor de funcţionare, conform Fig. 4.

188 | pu{lsslj{|zGXVYWYZ
Ť{ppuŨlGpunpulylŤ{pGŤpG{louvsvnppG
lunpullypunGzjplujlzGhukG{ljouvsvnplz
Tabelul 1
Rezultatele obţinute
Denumirea Răcire clasică
Total
Răcire prin metoda propusă
Total
Data
noiembrie
decembrie
ianuarie
februarie
noiembrie
decembrie
ianuarie
februarie
Temperatura mediului
0
C45322410
Volumul de produs răcit, litri 415 465 445 430 1755 460 435 465 450 1810
Consumul de energie electrică, kWh 8.8 10.2 9.5 9.1 37.6 4.1 4.8 3.1 3.5 15.5
Consumul mediu de energie electrică kWh/1000 litri 21.4 8.5
Sursa: Elaborat de autori
Rezultatele încercărilor experimentale efectua-
te au demonstrat că utilizarea răcirii cu circulaţia
agentului frigorifi c prin pereţii rezervorului redu-
ce semnifi cativ consumul de energie electrică în
perioada rece a anului.
Conform analizei datelor statistice cu privire
la temperaturile aerului atmosferic pentru patru
luni ale anului cu stabilirea numărului de nopţi cu
temperaturi sub 4 0C, durata de utilizare a frigului
natural pentru nordul Republicii Moldova este în
medie de 120 de nopţi pe an.
În baza rezultatelor obţinute vom constata că
utilizarea metodei propuse pe perioada unui an în-
treg, conform schemelor tehnologice din Figurile 3
și 4, reduce consumul anual de energie electrică la
păstrarea produselor agricole cu circa 27%.
Concluzii
Implementarea surselor regenerabile la păs-
trarea produselor agroalimentare are câteva be-
nefi cii esenţiale, cum ar fi :
- creșterea efi cienţei energetice;
- reducerea duratei de utilizare a instalaţiilor
clasice cu freon.
Așadar, studiul efectuat și datele experimenta-
le au demonstrat că reutilarea instalaţiilor de păs-
trare existente la unele înreprinderi specializate,
cu aplicarea surselor regenerabile și a unui schim-
bător de căldură suplimentar din inox alimentar,
reduce consumul anual de energie electrică cu
circa 27%.
REFERINŢE
1.
DAICU, A. Argumentarea regimurilor de
funcţionare și a parametrilor constructivi - tehno-
logici ai instalaţiei ecologice automatizate cu frig
natural și artifi cial pentru răcirea laptelui. Teza de
doct. în știinţe inginerești. Chișinău, 2020, 155 p.
2.
URSATII, N., VOLCONOVICI, O. Analiza consu-
mului de energie electrică la punctele de colecta-
re a laptelui din nordul Republicii Moldova. Tezele
celei de -a 75-a conferinţă știinţifi că a studenţilor,
masteranzilor și doctoranzilor. Chișinău CE UASM,
2022 p.139, ISBN 978-9975-64-336-8
3.
POPESCU, V., VOLCONOVICI, O., MALAI,
C. Эффективная установка для больших
домашних хозяйств. Матеріали ІІ Міжнародної
науково-практичної Інтернет-конфере нції
«ІННОВАЦІЇ: теорія і практика». Кропивницький:
Академія Прикладних наук. 2021, p. 26-28, УДК
66.047, 621, 631, 656, 658, 330, 351. 2021. – 84 с.
4.
KOZLOVTSEV, A., KOROVIN, G. Natural
cold milk cooling system, IOP Conf. Series: Ma-
terials Science and Engineering 666 (2019)
012070, IOP Publishing doi:10.1088/1757-
899X/666/1/012070.
5.
VOLCONOVICI, L., CHIORSAC, M., VOLCO-
NOVICI, A., TURCUMAN, L. Method of parameters
defi nition of the electrifi ed milk cooling system
without freon. EPE 2010 6TH international con-
ference on electrical and power engin eering 28-
30 October 2010 - Iaşi, Romania p.103-104. ISBN
978-606-13-0079-2; 978-606-13-0078-5.

pu{lsslj{|zGXVYWYZG|G189
Ť{ppuŨlGpunpulylŤ{pGŤpG{louvsvnppG
lunpullypunGzjplujlzGhukG{ljouvsvnplz
6.
КОРШУНОВ, А., КОРШУНОВ, Б., ИВАНОВ,
А. Энергосберегающий модуль к системе
охлаждения молока на фермах. Вестник
Всероссийского научно-исследовательского
института механизации животноводства. 2018.
N 3 (31). с. 119-122. (accesat 02.04.2022). Dispo-
nibil:
https://cyberleninka.ru/article/n/ energos-
beregayuschiy-modul-k-sisteme-ohlazhdeniya-
moloka-na-fermah/viewer.
7.
БРУЗДАЕВА, С., ГУДКОВА, Т. Энерго-
сберегающая комбинированная установка
для охлаждения молока с использованием
вторичных источников энергии. Ульяновск.
материалы VIII Международной научно-
практической конференции. 7-8 февраля 2017 г.
- 2017, ч. 1., с. 54-57. (accesat 03.04.2022). Dis-
ponibil:
http://lib.ugsha.ru:8080/bitstream/
123456789/11297/1/2017-01-54-57.pdf
8.
КОРШУНОВ, А., ИВАНОВ, В. Энерго-
сберегающий модуль для охлаждения молока
с использованием природного холода и
хладоносителей с низкой температурой
замерзания. Вестник ВИЭСХ /. Москва, 2016, N
2(23), с. 127-131.
9.
КВАШЕННИКОВ, В., et al. Природный
холод - приоритетное направление при
охлаждении молока. В: Известия Орен-
бургского государственного аграрного уни-
ерситета. 2015, N 6, с. 90-93.
10.
МАЛАИ, Л., КИРИЯК, И., CЛИПЕНКИ, В.
Функционально-структурная схема энерго-
сберегающей установки для охлаждения
молока. UASM Simpozionul Ştiinţifi co-Practic
Internaţional „Realizări şi perspective în ingine-
rie agrară şi transport auto” Volumul 45. 2015.
Chișinău, Republica Moldova.
11.
ФОКИН, А., et al. Комбинированная
установка для охлаждения молока с исполь-
зованием искусственного и естественного
холода. Техника и оборуд.для села. 2015, N 10,
с. 11-12.
12.
КОРШУНОВ, А., ИВАНОВ, В. Техноло-
гические схемы энергосберегающих систем
для охлаждения молока на фермах. Инновации
в сельском хозяйстве. 2014, N4, c. 233-236.
13.
POPESCU, V. Systeme fi able pour la trans-
formation des produits d’origine agricole. Intel-
lectus, 2016, nr. 1, pp. 94-97.
14.
POPESCU V. The evolution of disconnec-
tions from the distribution electrical systems
from Republic of Moldova. Journal of sustainable
energy, 2019, vol. 10, nr. 2, pp. 75-78.