ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΡΥΘΜΙΣΤΙΚΟΣ ΕΛΕΓΧΟΣ ΜΟΝΑΔΩΝ ΠΑΣΤΕΡΙΩΣΗΣ ΣΕ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΕΣ ΠΟΤΩΝ

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΚΑΙ ΑΥΤΟΜΑΤΟΥ ΕΛΕΓΧΟΥ ΡΥΘΜΙΣΤΙΚΟΣ ΕΛΕΓΧΟΣ ΜΟΝΑΔΩΝ ΠΑΣΤΕΡΙΩΣΗΣ ΣΕ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΕΣ ΠΟΤΩΝ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΧΑΡΑΜΗΣ ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ ΕΠΙΒΛΕΠΩΝ:ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ ΝΙΚΟΣ ΚΟΥΣΟΥΛΑΣ ΑΡΙΘΜΟΣ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ: ΠΑΤΡΑ ΙΑΝΟΥΑΡΙΟΣ 2011 1

ΠΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ Πιστοποιείται ότι η διπλωματική εργασία με θέμα: ΡΥΘΜΙΣΤΙΚΟΣ ΕΛΕΓΧΟΣ ΜΟΝΑΔΩΝ ΠΑΣΤΕΡΙΩΣΗΣ ΣΕ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΕΣ ΠΟΤΩΝ του φοιτητή του τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών & Τεχνολογίας Υπολογιστών ΧΑΡΑΜΗ ΠΑΝΑΓΙΩΤΗ (Α.Μ 6132) παρουσιάστηκε δημόσια και εξετάστηκε στο τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών & Τεχνολογίας Υπολογιστών στις 28/01/2011. Ο Επιβλέπων Ο Διευθυντής του τομέα Καθηγητής Ν.Κούσουλας Καθηγητής Ν.Κούσουλας 2

3

ΠΡΟΛΟΓΟΣ Στις βιομηχανίες τροφίμων και ποτών, μια από τις σημαντικότερες διαδικασίες που εξασφαλίζουν την ποιότητα των προϊόντων είναι αυτή της παστερίωσης. Η παστερίωση επιτελείται με διάφορους τρόπους και σε διάφορα στάδια της παραγωγής. Στις ζυθοποιίες, κατά βάση, πραγματοποιείται κατά το στάδιο της εμφιάλωσης της μπύρας με χρήση της σήραγγας παστερίωσης. Η επίδραση της χρήσης της σήραγγας παστερίωσης φαίνεται από τις μονάδες παστερίωσης που αποκτά κάθε μπουκάλι μπύρας. Έτσι, θα ήταν πολύ χρήσιμο να μπορεί να υπάρχει έλεγχος στη σήραγγα, ο οποίος να εξασφαλίζει ότι όλα τα μπουκάλια αποκτούν τις ίδιες μονάδες παστερίωσης. Προκειμένου να μελετηθεί αυτή η δυνατότητα, πρέπει να υπάρχει ένα μοντέλο της λειτουργίας της σήραγγας. Γι αυτό τον λόγο, έχουν γίνει πολλές προσπάθειες μοντελοποίησης της. Ένα μοντέλο που περιγράφει ικανοποιητικά τη λειτουργία τμήματος της σήραγγας παστερίωσης έχει μελετηθεί σε προηγούμενη διπλωματική εργασία [1]. Στη παρούσα εργασία καταβάλλεται μια προσπάθεια ελέγχου των μονάδων παστερίωσης που αποκτώνται κατά τη διάρκεια της παστερίωσης, ακόμα και σε περιπτώσεις διακοπής της ομαλής της λειτουργίας. Σε αυτό το σημείο αισθάνομαι την ανάγκη να ευχαριστήσω τον καθηγητή κ. Νικόλαο Κούσουλα για την εμπιστοσύνη που μου έδειξε και την ευκαιρία που μου έδωσε να ασχοληθώ με ένα πρακτικό πρόβλημα με άμεση εφαρμογή στη βιομηχανία καθώς για το χρόνο που μου αφιέρωσε και τις άμεσες λύσεις που μου πρότεινε όταν χρειαζόταν. Δεν μπορώ να παραλείψω να τον ευχαριστήσω και για τη συμβολή του στο να δουλέψω ως εκπαιδευόμενος στην Αθηναϊκή Ζυθοποιία. 4

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ 1.ΠΑΣΤΕΡΙΩΣΗ ΚΑΙ ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΜΠΥΡΑΣ...6 1.1 Εισαγωγή... 6 1.2 Η εφεύρεση της παστερίωσης... 6 1.3 Παστερίωση...7 1.4 Μέθοδοι παστερίωσης...8 1.4.1 Μέθοδος παρτίδας (batch method)...8 1.4.2 Συνεχής μέθοδος (continuous method)... 9 1.5 Ιστορία της μπύρας και η Διαδικασία Παραγωγής...11 1.6 Γραμμή Εμφιάλωσης Μπύρας...14 2.ΣΗΡΑΓΓΑ ΠΑΣΤΕΡΙΩΣΗΣ... 15 2.1 Εισαγωγή... 15 2.2 Σήραγγα παστερίωσης...15 2.3 Σύστημα ψεκασμού...17 2.4 Αρχές και απλοποιήσεις...18 2.5 Προσομοίωση ζώνης παστερίωσης... 19 2.6 Το μοντέλο προσομοίωσης...21 3.ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΟΥ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΟΣ...27 3.1 Εισαγωγή... 27 3.2 Προσομοίωση της σήραγγας...27 3.2.1 Σταθερές συνθήκες προσομοίωσης... 27 3.3 Περιγραφή του προβλήματος [11]...33 4.ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΩΝ ΠΡΟΗΓΟΥΜΕΝΩΝ ΤΕΧΝΙΚΩΝ ΕΛΕΓΧΟΥ...35 4.1 Εισαγωγή... 35 4.2 Παραδοσιακή λύση αυτού του προβλήματος...35 4.3 Πατέντα -29 Οκτωβρίου 1986...35 4.4 Πατέντα -19 Απριλίου 1990. [12]...38... 38 4.5 Πατέντα- 7 Νοεμβρίου 2000 [13]...43 4.6 Παστέρας Αθηναικής Ζυθοποιίας [17]...49 5.ΑΝΤΙΜΕΤΩΠΙΣΗ ΝΕΟΥ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΟΣ...52 5.1 Εισαγωγή... 52 5.2 Σύνοψη... 52 5.3 Περιγραφή του συστήματος ελέγχου... 54 Επίλογος... 61 Βιβλιογραφία...62 5

1.ΠΑΣΤΕΡΙΩΣΗ ΚΑΙ ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΜΠΥΡΑΣ 1.1 Εισαγωγή Αντικείμενο αυτής της εργασίας είναι ο έλεγχος της λειτουργίας μιας σήραγγας παστερίωσης στη βιομηχανία παραγωγής μπύρας. Στο κεφάλαιο αυτό ξεκινάμε περιγράφοντας κάποιες βασικές έννοιες, παρουσιάζοντας βασικά στοιχεία γύρω από την παστερίωση και τις διάφορες μεθόδους παστερίωσης και στη συνέχεια εξηγούμε πώς εντάσσεται αυτό το σύστημα στη παραγωγική διαδικασία. 1.2 Η εφεύρεση της παστερίωσης Το όνομα της διαδικασίας της παστερίωσης προέρχεται από τον εφευρέτη της Louis Jean Pasteur, που έγινε διάσημος για τις ανακαλύψεις του στη Μικροβιολογία, τόσο ώστε να αποκαλείται πατέρας της Μικροβιολογίας. Γύρω στο 1856, ο Pasteur μετά από προσεχτική έρευνα κατάληξε στο ότι η ζύμωση είναι μια βιολογική διαδικασία που διεξάγεται από μικροοργανισμούς. Εικόνα 1.1:Louis Pasteur Αυτή η υπόθεση, σε συνδυασμό με πειράμματα που ακολούθησαν, απέδειξαν την ύπαρξη μικροοργανισμών και την επίδρασή τους στη ζύμωση. Βασιζόμενος σε αυτά τα ευρήματα, ο Pasteur πείστηκε ότι αυτοί οι μικροοργανισμοί μπορούν να 6

σκοτωθούν από τη θερμότητα. Αυτή η απλή διαδικασία έγινε ευρέως γνωστή ως παστερίωση και χρησιμοποιείται σήμερα στη μπύρα και σε άλλα ροφήματα.[3] 1.3 Παστερίωση Οι δύο βασικοί στόχοι μιας βιομηχανίας παραγωγής τροφίμων και ποτών είναι η διασφάλιση της δημόσιας υγείας και η παραγωγή προϊόντων υψηλής ποιότητας με μεγάλη διάρκεια ζωής. Προκειμένου να επιτευχθούν αυτοί οι στόχοι, απαραίτητη είναι η εξουδετέρωση των βλαβερών μικροβίων και των ανεπιθύμητων ενζύμων που βρίσκονται μέσα σε αυτά. Η μέθοδος που το εξασφαλίζει αυτό είναι η παστερίωση. Σύμφωνα με την διαδικασία της παστερίωσης, το προϊόν θερμαίνεται σε μια συγκεκριμένη θερμοκρασία και για συγκεκριμένο χρονικό διάστημα. Η θερμοκρασία αυτή, είναι εκείνη η οποία απαιτείται προκειμένου να σκοτωθούν οι ανεπιθύμητοι οργανισμοί και ποικίλει ανάλογα με το προϊόν και το είδος των οργανισμών από τους οποίους θέλουμε να απαλλαγούμε. Το αποτέλεσμα της παστερίωσης εκφράζεται με τις μονάδες παστερίωσης. Οι μονάδες παστερίωσης (Pasteurization Units, PUs), αποτελούν μια μη γραμμική συνάρτηση του χρόνου και της θερμοκρασίας παστερίωσης και αντικατοπτρίζουν τον ρυθμό θανάτωσης των βακτηρίων μέσα στο προϊόν. Για τη μπύρα που μας ενδιαφέρει στην παρούσα εργασία, μία μονάδα παστερίωσης αντιστοιχεί στη θέρμανσή της σε θερμοκρασία 60 C για ένα λεπτό. Συγκεκριμένα, η φόρμουλα που χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό των μονάδων παστερίωσης της μπύρας είναι η: PU..' s = 1.3932(T 60) min Διάρκεια παστερίωσης (σε sec)= 60 (1.1) PU..' s 1.3932(T 60) 7 (1.2)

1.4 Μέθοδοι παστερίωσης 1.4.1 Μέθοδος παρτίδας (batch method) Αυτή η μέθοδος χρησιμοποιεί ένα βαρέλι-παστεριωτή που αποτελείται από ένα βαρέλι που περιβάλλεται είτε από νερό που κυκλοφορεί ή ατμό. Το βαρέλι είναι εφοδιασμένο με αναδευτήρα για να εξασφαλιστεί η ομοιόμορφη κατανομή της θερμότητας στο περιεχόμενο. Την διαδικασία θέρμανσης (συνήθως 30 λεπτά) διαδέχεται η ραγδαία ψύξη. Η μέθοδος παρτίδας χρησιμοποιείται κατά κόρον σε γαλακτοβιομηχανίες [4] Εικόνα 1.2 :Σκίτσο από παστεριωτή παρτίδας [5] 8

1.4.2 Συνεχής μέθοδος (continuous method) Η συνεχής μέθοδος έχει περισσότερα πλεονεκτήματα σε σχέση με την προαναφερθείσα. Τα πιο σημαντικά είναι η οικονομία ενέργειας και χρόνου. Υπάρχουν δύο κατηγορίες συνεχής παστερίωσης: flash παστερίωση και παστερίωση σήραγγας (tunnel pasteurization), η οποία θα αναλυθεί διεξοδικά στη συνέχεια. Η βασική διαφορά αυτών των δύο είναι ότι στη flash παστερίωση το προϊόν παστεριώνεται πρίν την εμφιάλωση, ενώ στη τούνελ παστερίωση το προϊόν εμφιαλώνεται και μετά παστεριώνεται στον τούνελ παστεριωτή. 1.4.2.1 Flash παστερίωση Αυτή η μέθοδος σχεδιάστηκε για να εξολοθρεύει το 99.999% του αριθμού των ζωντανών οργανισμών του υγρού που παστεριώνεται. [6]. Η μεταβολή της θερμοκρασίας επιτυγχάνεται χρησιμοποιώντας εναλλάκτες θερμότητας. Το υγρό ωθείται σε μεταλλικά πιάτα ή σωλήνες, και η εξωτερική επιφάνεια των οποίων θερμαίνεται με ο ζεστό νερό ή ατμό. Για τη μπύρα η θερμοκρασία παστερίωσης είναι τουλάχιστον από 71.5 C μέχρι ο 74 C και διατηρείται σε αυτή τη θερμοκρασία για 15 μέχρι 30 δευτερόλεπτα. Επίσης αλλάζοντας το ρυθμό ροής -όχι τη θερμοκρασία- συγκεντρώνεις τις επιθυμητές μονάδες παστερίωσης. [7] Επειδή η Flash παστερίωση εφαρμόζεται πριν την εμφιάλωση, δεν έχει καμία επίδραση στους μικροοργανισμούς που αναπτύσσονται κατά την εμφιάλωση. Γιαυτό το λόγο, είναι επιβεβλημένη μια καλά αποστειρωμένη διαδικασία εμφιάλωσης.[8] Η Flash παστερίωση είναι διάσημη στις γαλακτοβιομηχανίες, βιομηχανίες χυμού και επίσης είναι διαδεδομένη μέθοδος σε ζυθοποιίες σε Ευρώπη και Ασία. Στις ζυθοποιίες αυτή η μέθοδος εφαρμόζεται κατά βάση σε βαρέλι και λιγότερο σε μπουκάλι και κουτί.[7] 9

Εικόνα 1.3: μπλόκ διάγραμμα του flash παστεριωτή [9] Εικόνα 1.4: Flash παστεριωτής [10] 10

1.5 Ιστορία της μπύρας και η Διαδικασία Παραγωγής Η μπύρα είναι ένα από τα παλαιότερα ποτά γνωστά στον άνθρωπο και έχει διαδραματίσει σημαντικό ρόλο στην ιστορία πολλών πολιτισμών. Τις πρώτες λεπτομερείς αναφορές στην τεχνική της ζυθοποιίας τις συναντάμε στους Σουμέριους, πριν από περίπου 5000 χρόνια. Στη Μεσοποταμία, στο σημερινό Ιράκ, οι Σουμέριοι ανέπτυξαν τη ζυθοποιία, τη διαδικασία της οποίας περιγράφουν καθαρά σε πήλινες επιγραφές που έχουν βρεθεί και σε δεήσεις προς τους θεούς τους. Η τεχνική της ζυθοποιίας ήταν επίσης γνωστή στη Νότια Αμερική, στην Κίνα και στην Αίγυπτο, ενώ αργότερα επεκτάθηκε και στην Ευρώπη, ειδικότερα στις βορειοευρωπαϊκές χώρες όπου το κλίμα ευνοούσε την καλλιέργεια του κριθαριού, μιας από τις βασικές πρώτες ύλες για την παραγωγή της μπύρας. Η μπύρα έχει εκτιμηθεί σαν υγιεινό και θρεπτικό ποτό και έχει αποτελέσει αναπόσπαστο κομμάτι της καθημερινής ζωής των ανθρώπων. Στη συναρπαστική της διαδρομή στην ιστορία, η μπύρα, χάρη στην αγνότητα των πρώτων υλών και του τρόπου παρασκευής της, χάρη στα θρεπτικά συστατικά που περιέχει αλλά και στην αποστειρωτική ιδιότητα του βρασμού, αναγνωρίστηκε σαν ποτό όχι απλά υγιεινό αλλά συχνά και ιαματικό, απαραίτητο συμπλήρωμα της διατροφής και όπλο απέναντι σε ασθένειες και επιδημίες. Πολιτισμοί οι οποίοι σημάδεψαν την ιστορία της ανθρωπότητας, εκτίμησαν τη μπύρα και τους ζυθοποιούς κι αυτό είναι κάτι που κρατάει για πάνω από 5000 χρόνια. Η ζυθοποιία είναι πραγματικά μία απλή φυσική διαδικασία, που αποτελεί τον τέλειο συγκερασμό τέχνης και επιστήμης. Απαρτίζεται από πολλά επιμέρους βήματα πλήρη περιγραφή των οποίων μπορεί να βρει κανείς στο βιβλίο The Brewer s Handbook [2]. Εμείς θα αρκεστούμε στη γρήγορη αναφορά τους. 11

Η μπύρα παρασκευάζεται από τέσσερα βασικά συστατικά: το νερό, το κριθάρι το λυκίσκο και τη μαγιά. Το 90% της μπύρας είναι το νερό. Η επίδρασή του λοιπόν στην ποιότητα της μπύρας είναι μεγάλη και για το λόγο αυτό οι απαιτήσεις που θέτουν οι ζυθοποιοί στη ποιότητά του είναι υψηλές. Το κριθάρι είναι η πηγή από την οποία παίρνουμε τα απαραίτητα σάκχαρα. Εκτός όμως από το κριθάρι, στη ζυθοποιία μπορεί να χρησιμοποιούνται και άλλες πηγές αμύλου όπως π.χ. το σιτάρι, το καλαμπόκι και το ρύζι. Το τελευταίο χρησιμοποιείται κατά κόρον στις ανατολικές χώρες (Κίνα, 12

Ιαπωνία). Το άρωμα της μπύρας προέρχεται από τον λυκίσκο ο οποίος παράγεται από τα άνθη ενός αναρριχητικού φυτού. Ο ρόλος της μαγιάς είναι η διάσπαση των σακχάρων σε αλκοόλη και διοξείδιο του άνθρακα και ο ταυτόχρονος σχηματισμός αρωματικών ουσιών. Η επιλογή της μαγιάς έχει άμεση επίδραση στη γεύση της μπύρας. Για να παρασκευάσουμε μπύρα, πρέπει καταρχήν να βυνοποιήσουμε το κριθάρι. Βυνοποίηση είναι η διαδικασία ενεργοποίησης των ενζύμων του κριθαριού, το οποίο αρχικά αφήνεται να μουλιάσει σε δεξαμενές διαβροχής. Αφού το μουσκεμένο κριθάρι βλαστήσει σε ειδικά δοχεία ώστε να ενεργοποιηθούν τα ένζυμα, ακολουθεί η διαδικασία της φρύξης, δηλαδή της ξήρανσης, οπότε παράγεται ένα σταθερό προϊόν η βύνη. Ανάλογα με τη θερμοκρασία που επικρατεί κατά την φρύξη, παίρνουμε και το είδος της βύνης που θέλουμε. Για θερμοκρασίες μικρότερες των 85 C παίρνουμε μία ανοικτόχρωμη βύνη που δίνει ξανθιές μπύρες. Για υψηλότερες θερμοκρασίες η βύνη γίνεται σκουρότερη. Στη συνέχεια, πρέπει να ζυθοποιήσουμε την βύνη. Έτσι, πρώτα την αλέθουμε. Έπειτα την φέρνουμε στη κατάλληλη θερμοκρασία, στην οποία τα ένζυμα που ενεργοποιήσαμε κατά την βυνοποίηση, μετατρέπουν το άμυλο σε σάκχαρα. Μετά, διαχωρίζουμε τα σάκχαρα από τους φλοιούς κι παίρνουμε τον επονομαζόμενο ζυθόγλευκο ή γλεύκο. Αυτός, βράζεται μαζί με τον λυκίσκο και στη συνέχεια οδηγείται μαζί με τη μαγιά σε δεξαμενές ζύμωσης όπου ψύχεται. Εικόνα 1.5:δεξαμενή ζύμωσης Εκεί η μεγαλύτερη ποσότητα της μαγιάς κατακάθεται ενώ η εναπομένουσα προκαλεί και δεύτερη ζύμωση. Ακολουθεί η διαδικασία της ωρίμανσης (αποθήκευση) που διαρκεί εννέα εβδομάδες. Μετά την αποθήκευση, η μπύρα φιλτράρεται ώστε να είναι διαυγής και είναι πλέον έτοιμη να οδηγηθεί στη γραμμή εμφιάλωσης. 13

1.6 Γραμμή Εμφιάλωσης Μπύρας Η εμφιάλωση της μπύρας είναι μια από τις πιο δύσκολες διαδικασίες σε μια ζυθοποιία που αποτελείται από πολλά επιμέρους βήματα. Το πρώτο βήμα που ακολουθείται κατά την εμφιάλωση είναι η διαδικασία της flash παστερίωσης.. Αυτό συμβαίνει για να επιτύχουμε συνεχή έλεγχο της μπύρας πριν αυτή μπει σε μπουκάλια. Στη συνέχεια, παλέτες με άδεια μπουκάλια εισέρχονται στη γραμμή παραγωγής. Ειδικά μηχανήματα αδειάζουν τα τελάρα και τοποθετούν τα μπουκάλια σε μεταφορικές ταινίες. Καθώς αυτά κινούνται, γίνεται έλεγχος της κατάστασής τους και απομακρύνονται τα μπουκάλια που είναι σπασμένα ή ανήκουν σε άλλες εταιρείες. Τα μπουκάλια που κρίνονται κατάλληλα περνούν στην επόμενη φάση της εμφιάλωσης που είναι ο καθαρισμός τους. Αφού πλυθούν, αφήνονται λίγη ώρα να στεγνώσουν και μετά οδηγούνται σε ειδικά μηχανήματα τα οποία τα γεμίζουν με μπύρα υπό την πίεση διοξειδίου του άνθρακα. Στη συνέχεια τα γεμάτα πλέον μπουκάλια σφραγίζονται και οδηγούνται στην σήραγγα παστερίωσης όπου υπόκεινται στην διαδικασία της παστερίωσης. Τέλος, τα μπουκάλια επανατοποθετούνται στις παλέτες και οδηγούνται προς αποθήκευση, αφού τους τοποθετηθούν οι κατάλληλες ταμπέλες. Όπως φάνηκε από την περιγραφή της γραμμής εμφιάλωσης, η σήραγγα παστερίωσης αποτελεί ένα πολύ σημαντικό κομμάτι της διαδικασίας παραγωγής μπύρας. Πρόκειται για ένα μηχάνημα πολύ μεγάλων διαστάσεων που το μήκος του μπορεί να αγγίζει και τα 10 μέτρα. Συναντάται σε διάφορες βιομηχανίες τροφίμων και ποτών και ο σκοπός του είναι η απόδοση συγκεκριμένου αριθμού μονάδων παστερίωσης στο προϊόν που διέρχεται μέσα από αυτήν, διασφαλίζοντας έτσι την ποιότητά του. Η λειτουργία της συνοψίζεται στη κατάλληλη θέρμανση των μπουκαλιών ώστε να πάρουν τις απαραίτητες μονάδες παστερίωσης και στη μετέπειτα ψύξη τους ώστε να ταιριάξει η θερμοκρασία τους με αυτήν της επόμενης βαθμίδας παραγωγής. Αναλυτικότερη περιγραφή της σήραγγας παστερίωσης παρατίθεται στο επόμενο κεφάλαιο. 14

2.ΣΗΡΑΓΓΑ ΠΑΣΤΕΡΙΩΣΗΣ 2.1 Εισαγωγή Το κεφάλαιο αυτό ξεκινά με την περιγραφή του τρόπου λειτουργίας μιας ζώνης παστερίωσης για να μελετήσουμε στη συνέχεια ολόκληρη τη σήραγγα παστερίωσης,η οποία αποτελείται από οκτώ ζώνες 2.2 Σήραγγα παστερίωσης Η βασική δομή μιας σήραγγας παστερίωσης φαίνεται στο σχήμα 2.1. Στο πάνω και στο κάτω μέρος της βρίσκονται δεξαμενές νερού, ενώ στο κενό ανάμεσά τους υπάρχουν οι μεταφορικές ταινίες που κινούν τα μπουκάλια της μπύρας. Καθώς τα μπουκάλια κινούνται κατά μήκος της σήραγγας ψεκάζονται με νερό συγκεκριμένης θερμοκρασίας από την πάνω δεξαμενή. Αυτό το νερό έπειτα συλλέγεται από την κάτω δεξαμενή και μέσω μιας αντλίας επανατροφοδοτεί την πάνω αφού περάσει από ένα εναλλάκτη θερμότητας που θα το επαναφέρει στη σωστή θερμοκρασία. Σχήμα 2.1: Διπλός επίπεδος παστεριωτής 15

Ο σκοπός της σήραγγας παστερίωσης είναι τα μπουκάλια περνώντας μέσα από αυτήν να απορροφήσουν την απαιτούμενη θερμότητα από το νερό ψεκασμού ώστε να αποκτήσουν τις επιθυμητές μονάδες παστερίωσης. Όμως δε γίνεται να εκτεθούν απότομα στην υψηλή θερμοκρασία που απαιτείται για την παστερίωση, καθώς τότε τα μπουκάλια θα σπάσουν. Έτσι, η σήραγγα είναι χωρισμένη σε οκτώ επιμέρους ζώνες στη κάθε μία εκ των οποίων επικρατεί διαφορετική θερμοκρασία ψεκασμού και σταθερή για όλο το μήκος ζώνης, με τέτοιο τρόπο ώστε στις τρεις πρώτες ζώνες να πραγματοποιείται η σταδιακή θέρμανση των μπουκαλιών, στις δύο επόμενες να λαμβάνει χώρα η παστερίωση και στις τελευταίες τρεις τα μπουκάλια να ψύχονται σταδιακά ώστε να βγουν από τη σήραγγα με φυσιολογική θερμοκρασία. Αυτή η κατανομή θερμοκρασιών απεικονίζεται στο σχήμα 2.2. Σχήμα 2.2: Τυπική κατανομή θερμοκρασίας στις οκτώ ζώνες παστερίωσης Καθώς λοιπόν υπάρχουν πλέον οκτώ ζώνες θα έπρεπε για κάθε μία από αυτές να υπάρχει, όπως αναφέρθηκε παραπάνω, ένας εναλλάκτης θερμότητας που θα τους ρυθμίζει την θερμοκρασία ψεκασμού. Αυτό όμως θα ήταν πολύ δαπανηρή λύση. Έτσι, αυτό που στην ουσία γίνεται είναι ότι οι ζώνες συνδέονται σταυρωτά(1-8, 2-7, 3-6, 4-5) και χρησιμοποιούνται μόνο τέσσερις εναλλάκτες. Αυτή η προσέγγιση προκύπτει από την μελέτη του σχήματος 2.2 όπου βλέπουμε μια συμμετρία των θερμοκρασιών ψεκασμού ως προς το κέντρο της σήραγγας παστερίωσης με τέτοιο τρόπο ώστε οι θερμοκρασίες των ζωνών που ψύχουν τα μπουκάλια να είναι λίγο χαμηλότερες από τις αντίστοιχες θερμοκρασίες των ζωνών που τα θερμαίνουν. Οπότε, σύμφωνα με αυτό τον τρόπο σύνδεσης, το νερό των κάτω δεξαμενών των ζωνών θέρμανσης οδηγείται απευθείας στις πάνω δεξαμενές των αντίστοιχων ζωνών ψύξης και το νερό των κάτω δεξαμενών των ζωνών ψύξης οδηγείται στις πάνω δεξαμενές των ζωνών θέρμανσης αφού περάσει πρώτα από τον εναλλάκτη θερμότητας. Αυτή η σταυρωτή σύνδεση των ζωνών παρουσιάζεται στο σχήμα 2.3 για τις ζώνες δύο και επτά. 16

Σχήμα 2.3: Σταυρωτή υδραυλική σύνδεση θερμής ψυχρής ζώνης Η ταχύτητα με την οποία κινούνται τα μπουκάλια μέσα στην σήραγγα είναι πολύ μικρή, συνήθως 5mm/sec. Οπότε για μία ζώνη μήκους 1.3m ο χρόνος περάσματος είναι 260sec. Επίσης πρέπει να επισημάνουμε ότι το νερό που ραντίζει τα μπουκάλια κινείται σε ελεύθερη πτώση και ο χρόνος που μεσολαβεί για να διανύσει την απόσταση από την πάνω στην κάτω δεξαμενή είναι περίπου 1sec αν η ζώνη είναι κενή από μπουκάλια και 3-5sec όταν η ζώνη είναι γεμάτη. 2.3 Σύστημα ψεκασμού Τώρα, θα προσπαθήσουμε να περιγράψουμε το σύστημα ψεκασμού της ζώνης ώστε να αποκτήσουμε ένα ολοκληρωμένο μοντέλο αυτής. Επειδή στην παρούσα φάση θέλουμε απλά να εξετάσουμε το σύστημα εκείνο που αναθερμαίνει το νερό, η μελέτη μας θα βασιστεί πάνω στο απλοποιημένο σχήμα 2.4. Δηλαδή, θα αγνοήσουμε όσα αναφέρθηκαν στην αρχή του κεφαλαίου για σταυρωτή σύνδεση των ζωνών και θα εξετάσουμε την περίπτωση όπου το νερό με το οποίο ραντίζονται τα μπουκάλια διοχετεύεται με ένα σωλήνα στον εναλλάκτη θερμότητας και στη συνέχεια με τη βοήθεια μιας βαλβίδας προωθείται στην πάνω 17

δεξαμενή της ζώνης. Σχήμα 2.4: Ολοκληρωμένο σύστημα ραντίσματος Ο σκοπός του εναλλάκτη θερμότητας είναι να προσδώσει θερμότητα στο νερό ώστε η θερμοκρασία ψεκασμού να είναι η επιθυμητή για κάθε ζώνη. Το μέσο που χρησιμοποιεί για τη θέρμανση είναι ξηρός ατμός ο οποίος συμπυκνώνεται κατά τη διάρκεια μεταφοράς ενέργειας στο νερό. Ως είσοδο λοιπόν του εναλλάκτη θεωρούμε το ρεύμα που ρυθμίζει τη θέση της βαλβίδας ατμού και ως έξοδο τη θερμότητα που προσδίδει στο νερό. Στην αρχή του κεφαλαίου είχε αναφερθεί ότι η χρονική καθυστέρηση ροής του νερού είναι της τάξης των 3-5sec. Στην προσομοίωση του παστεριωτή που θα πραγματοποιήσουμε, χωρίζουμε αυτή την καθυστέρηση σε δύο επιμέρους καθυστερήσεις των 2sec. Η μία είναι μεταξύ της πάνω δεξαμενής και της ζώνης παστερίωσης και η άλλη μεταξύ της ζώνης και της κάτω δεξαμενής. 2.4 Αρχές και απλοποιήσεις Τα φαινόμενα μεταφοράς θερμότητας που συμβαίνουν μέσα σε μια ζώνη είναι αρκετά πολύπλοκα, γι'αυτό είναι απαραίτητο να κάνουμε κάποιες απλοποιήσεις ώστε να προκύψει ένα σχετικά πιο απλό μοντέλο που όμως θα περιγράφει ικανοποιητικά τα βασικά χαρακτηριστικά της σήραγγας. Έτσι λοιπόν αμελείται ένας σημαντικός αριθμός δευτερευουσών επιδράσεων όπως η έκλυση 18

θερμότητας στο περιβάλλον, η διαρροή μικρής ποσότητας νερού ψεκασμού από τη μία ζώνη στην άλλη (καθώς στην πραγματικότητα οι ζώνες δεν χωρίζονται μεταξύ τους με κάποιο υλικό), η ροή μέσω των βαλβίδων κ.ο.κ.. Η μεταφορά θερμότητας μεταξύ του νερού που πέφτει και της μπύρας πραγματοποιείται σε δύο βήματα. Πρώτα έχουμε μεταφορά θερμότητας από το νερό στο γυαλί του μπουκαλιού και έπειτα από το γυαλί στην μπύρα. Θα πρέπει επίσης να επισημάνουμε ότι η θερμική χωρητικότητα του ιμάντα είναι πολύ μικρότερη από αυτή του νερού και της μπύρας και έτσι αμελείται η επίδρασή του στην κατασκευή του μοντέλου. 2.5 Προσομοίωση ζώνης παστερίωσης Το μοντέλο καταστατικών εξισώσεων όπως εξήχθησαν από την προηγούμενη διπλωματική εργασία [1]: Πάνω δεξαμενή: Κάτω δεξαμενή: x& (t ) = 0.1961x(t ) + Toi (t ) Tro (t ) = 0.1961x x& (t ) = 0.0279 x(t ) + Tni (t ) Trn (t ) = 0.0279 x x& (t ) = 1 x (t ) + P (t ) τt dt (t ) = 6.13*10 6 x(t ) τt Εναλλάκτης: Tro : Θερμοκρασία νερού ψεκασμού που εξέρχεται από την πάνω δεξαμενή, C Tni : Θερμοκρασία νερού ψεκασμού που εισέρχεται στην κάτω δεξαμενή, C Ts : Θερμοκρασία του ατμού, C Trn : Θερμοκρασία του νερού της κάτω δεξαμενής, C Ps : Πίεση ατμού 19

Σχήμα 2.5: Μοντέλο simulink για μία ζώνη παστερίωσης Οι είσοδοι του μοντέλου είναι η θερμοκρασία ψεκασμού και οι θερμοκρασίες εισόδου του γυαλιού 20

και της μπύρας και τις έχουμε ορίσει έτσι ώστε αν το επιθυμούμε να μεταβάλλονται βηματικά. Ακόμη, πρέπει να εξηγήσουμε ότι για να λειτουργήσει σωστά το μοντέλο της προσομοίωσης χρειάζεται να οριστούν οι κατάλληλες αρχικές συνθήκες σε κάθε μπλοκ του simulink. Επειδή όμως αυτές είναι κάπως δύσκολο να υπολογισθούν αναλυτικά, προσδίδουμε στο σύστημα κάποιες σχετικά τυχαίες αρχικές τιμές και το προσομοιώνουμε για αρκετά μεγάλο χρονικό διάστημα (3000sec) μέχρι αυτό να σταθεροποιηθεί. Αυτές τις τιμές στις οποίες σταθεροποιήθηκε το σύστημα τις χρησιμοποιούμε στη συνέχεια ως αρχικές συνθήκες για τις προσομοιώσεις μας, ο χρόνος των οποίων πρέπει πλέον να αντιστοιχεί στο χρόνο περάσματος ενός μπουκαλιού από τη ζώνη δηλαδή στα 260sec. Η διαδικασία αυτή υλοποιείται με το αρχείο: Pasteurizer_zone_conditions. Τέλος, πρέπει να αναφέρουμε πως τις γραφικές παραστάσεις του συστήματος τις παίρνουμε με το αρχείο one_zone_graphics στο περιβάλλον matlab. Βέβαια θα μπορούσαμε να τις δούμε και απευθείας στο simulink. 2.6 Το μοντέλο προσομοίωσης Σκοπός του μοντέλου που κατασκευάσαμε είναι η παρακολούθηση της θερμοκρασίας της μπύρας από τη στιγμή της εισόδου ενός μπουκαλιού στη σήραγγα μέχρι και την έξοδό του από αυτή και η καταγραφή των μονάδων παστερίωσης που απέκτησε. Προηγουμένως μοντελοποιήσαμε και προσομοιώσαμε την λειτουργία μίας ζώνης παστερίωσης.. Επειδή οι ζώνες που απαρτίζουν τη σήραγγα παστερίωσης επιτελούν ακριβώς την ίδια λειτουργία, συνεπάγεται ότι μπορούν να περιγραφούν από το ίδιο μοντέλο. Έτσι, η προσομοίωση ολόκληρης της σήραγγας μπορεί να επιτευχθεί με κατάλληλη διασύνδεση οκτώ αντιγράφων του μοντέλου της μιας ζώνης. Το μοντέλο απεικονίζεται στην εικόνα 2.6. Παρακάτω θα περιγράψουμε και θα εξηγήσουμε αναλυτικά όλα τα επιμέρους τμήματά του. 21

Σχήμα 2.6:Μοντέλο σήραγγας παστερίωσης Όπως παρατηρούμε από τη εικόνα 2.6, το μοντέλο αποτελείται από οκτώ μπλοκ με τις ονομασίες zone1-zone8 που αντιστοιχούν στις ζώνες παστερίωσης, πέντε μπλοκ με τις ονομασίες heat1-heat5 22

που περιγράφουν την αναθέρμανση του νερού ψεκασμού από τον εναλλάκτη και ένα μπλοκ που λέγεται bottle_run που χρησιμεύει στην εξαγωγή των γραφικών παραστάσεων. Το σημαντικότερο χαρακτηριστικό του μοντέλου είναι η σύνδεση των ζωνών. Κάθε ζώνη δέχεται ως εισόδους τις θερμοκρασίες γυαλιού και μπύρας από την έξοδο της προηγούμενης ζώνης καθώς και την θερμοκρασία του νερού που ψεκάζει τα μπουκάλια. Για την τελευταία ακολουθείται το μοντέλο της σταυρωτής σύνδεσης όπως περιγράφτηκε προηγουμένως με την διαφορά ότι οι ζώνες τέσσερα και πέντε δεν συνδέονται μεταξύ τους. Ο λόγος για αυτήν τη μορφή σύνδεσης είναι ότι επιθυμούμε η θερμοκρασία της μπύρας να παραμένει σταθερή στην πέμπτη ζώνη και ίση με την θερμοκρασία που έχει η μπύρα κατά την έξοδό της από την τέταρτη ζώνη. Αν επιλέγαμε να τις ενώσουμε σταυρωτά, τότε δεν θα είχαμε κανένα έλεγχο της θερμοκρασίας ψεκασμού στην πέμπτη ζώνη καθώς αυτή καθορίζεται εμμέσως από τη θερμοκρασία ψεκασμού της τέταρτης. Το μοντέλο της ζώνης παστερίωσης βρίσκεται μοιρασμένο στα μπλοκ zone και heat με τέτοιο τρόπο ώστε στα μπλοκ zone να βρίσκεται ότι έχει σχέση με τα φαινόμενα μεταφοράς θερμότητας μέσα στην ζώνη παστερίωσης και στα μπλοκ heat ότι έχει σχέση με τη θέρμανση του νερού που ψεκάζει τα μπουκάλια. Μια βασική αλλαγή που πραγματοποιήσαμε στο μοντέλο καταστατικών εξισώσεων του παστεριωτή σε σχέση με το προηγούμενο μοντέλο είναι ότι τώρα το εισάγουμε στο σύστημα όχι με το έτοιμο μπλοκ που διαθέτει το πακέτο simulink, αλλά υλοποιώντας το αναλυτικά με χρήση ενός ολοκληρωτή. Προχωρήσαμε σε αυτήν την αλλαγή γιατί θέλουμε το μοντέλο της σήραγγας να ανταποκρίνεται και σε αλλαγές της ταχύτητας του ιμάντα. Δεδομένου όμως ότι αυτή η παράμετρος επηρεάζει τους πίνακες του μοντέλου της ζώνης παστερίωσης δεν μπορούμε πλέον να θεωρούμε τους πίνακες στατικούς αλλά πρέπει όποτε συμβαίνει αλλαγή στην ταχύτητα αυτοί να υπολογίζονται από την αρχή. Έτσι όποτε αλλάζει η ταχύτητα, το μπλοκ calculate_model υπολογίζει τους νέους πίνακες τους οποίους έπειτα οδηγούμε στο μοντέλο της ζώνης παστερίωσης. Καθώς επιθυμούμε το μοντέλο να προσομοιάζει την κανονική λειτουργία μιας σήραγγας παστερίωσης, έπρεπε να το ρυθμίσουμε κατά τέτοιο τρόπο ώστε τα μπουκάλια της μπύρας στις πρώτες τρεις ζώνες να απορροφούν σταδιακά όλο και μεγαλύτερη θερμοκρασία, στις επόμενες δύο να παστεριώνονται και στις τελευταίες τρεις ζώνες να χαμηλώνουν την θερμοκρασία τους.. Τέλος η παρακολούθηση της μεταβολής της θερμοκρασίας της μπύρας κατά το πέρασμα ενός μπουκαλιού από τη σήραγγα παστερίωσης και η καταγραφή των αποκτηθέντων μονάδων 23

παστερίωσης γίνεται στο μπλοκ bottle_run. Το συγκεκριμένο μπλοκ υλοποιεί τρεις βασικές λειτουργίες. Πρώτα, επιλέγει ανάλογα με τον χρόνο προσομοίωσης σε ποια ζώνη βρίσκεται το μπουκάλι ώστε να χρησιμοποιήσει τα σωστά δεδομένα. Έπειτα, κάνει παρεμβολή δεδομένων με χρήση της εντολής του matlab spline προκειμένου να υπολογίζει σε κάθε χρονική στιγμή την θερμοκρασία της μπύρας. Τέλος μετράει τις μονάδες παστερίωσης του μπουκαλιού όπως αυτές ορίζονται από τον μαθηματικό τους τύπο. Παρακάτω παρατίθενται τα διαγράμματα των μπλοκ που περιγράψαμε. Σχήμα 2.7: Διάγραμμα του μπλοκ zone 24

Σχήμα 2.8: Διάγραμμα του μπλοκ Pasteurizer Σχήμα 2.9: Διάγραμμα του μπλοκ calculate_model Σχήμα 2.10: Διάγραμμα του μπλοκ heat 25

Σχήμα 2.11: Διάγραμμα του μπλοκ bottle_run Αφού περιγράψαμε το μοντέλο που χρησιμοποιούμε για την προσομοίωση της σήραγγας παστερίωσης, θα προχωρήσουμε στην παρουσίαση δύο ενεργειών που χρειάζεται να πραγματοποιηθούν ώστε να λειτουργεί σωστά. Το πρώτο πράγμα που πρέπει να αναφέρουμε είναι ότι προκειμένου να λειτουργήσει το μοντέλο, οφείλουμε να του αποδώσουμε τις σωστές αρχικές συνθήκες. Έτσι, εφαρμόζοντας την πρακτική που ακολουθήσαμε και για την προσομοίωση της μιας ζώνης, αποδίδουμε στο σύστημα κάποιες σχετικά τυχαίες αρχικές συνθήκες με χρήση του αρχείου find_initial_conditions και το τρέχουμε για αρκετά μεγάλο χρονικό διάστημα. Στη συνέχεια με το αρχείο assign_initial_conditions παίρνουμε τις τελικές τιμές αυτής της πρώτης προσομοίωσης και τις θέτουμε ως νέες αρχικές συνθήκες. Τώρα, χρησιμοποιώντας αυτές ως αρχικές συνθήκες είμαστε σε θέση να προχωρήσουμε σε όποια προσομοίωση θέλουμε. Οι θερμοκρασίες που διαλέξαμε για κάθε ζώνη είναι: Tro1 = 35 C, Tro 2 = 47 C, Tro3 = 62 C, Tro 4 = 70 C, Tro5 = 62 C 26

3.ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΟΥ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΟΣ 3.1 Εισαγωγή Στο κεφάλαιο αυτό θα δούμε τα προβλήματα που ταλανίζουν την παστερίωση σήραγγας και στη συνέχεια, μέσω προσομοιώσεων, πως επηρεάζονται οι βαθμοί παστερίωσης με τη ταχύτητα κίνησης του ιμάντα. Επίσης θα περιγράψουμε το πρόβλημα που εγείρεται όταν, για οποιονδήποτε λόγο, το προϊόν σταματήσει ευρισκόμενο μέσα στη σήραγγα. Αυτό είναι άλλωστε και το πρόβλημα που καλούμαστε να αντιμετωπίσουμε. 3.2 Προσομοίωση της σήραγγας 3.2.1 Σταθερές συνθήκες προσομοίωσης Η πρώτη προσομοίωση πραγματοποιήθηκε για ταχύτητα κίνησης του ιμάντα 0.005m/sec και θερμοκρασίες εισόδου του γυαλιού και της μπύρας στην σήραγγα ίσες με 5 C. Η γραφική παράσταση που πήραμε ήταν 27

B o t t le ru n t h ro u g h p a s t e u riz e r P.U. Tbeer T ro 70 60 T e m p e ra tu re (d e g C ) 50 40 30 20 10 0 0 200 400 600 800 1000 1200 T im e (s e c ) 1400 1600 1800 2000 Σχήμα 3.1: Πορεία μπουκαλιού μέσα στη σήραγγα με ταχύτητα 0,005m/sec και οι μονάδες παστερίωσης υπολογίστηκαν ίσες με: P.U. s=23.85 28

Στη δεύτερη προσομοίωση η ταχύτητα του ιμάντα μεταβλήθηκε σε 0.01m/sec ενώ οι θερμοκρασίες γυαλιού και μπύρας στην είσοδο της σήραγγας διατηρήθηκαν σταθερές. Η νέα γραφική παράσταση είναι: B o t t le ru n t h ro u g h p a s t e u riz e r P.U. Tbeer T ro 70 60 T e m p e ra tu re (d e g C ) 50 40 30 20 10 0 0 100 200 300 400 500 600 T im e (s e c ) 700 800 900 1000 Σχήμα 3.2: Πορεία μπουκαλιού μέσα στη σήραγγα με ταχύτητα 0.01m/sec και οι μετρηθείσες μονάδες παστερίωσης: : P.U. s=11.94 29

Η τρίτη προσομοίωση έγινε πάλι για σταθερές θερμοκρασίες γυαλιού και μπύρας αλλά για ταχύτητα του ιμάντα 0.003m/sec. Η μορφή της γραφικής παράστασης που πήραμε αυτή τη φορά ήταν: B o t t le ru n t h ro u g h p a s t e u riz e r P.U. Tbeer T ro 70 60 T e m p e ra tu re (d e g C ) 50 40 30 20 10 0 0 500 1000 1500 2000 T im e (s e c ) 2500 3000 Σχήμα 3.3: Πορεία μπουκαλιού μέσα στη σήραγγα με ταχύτητα 0.003m/sec Και οι μονάδες παστερίωσης προέκυψαν: : P.U. s=39.71 Βλέπουμε την επιρροή της ταχύτητας του ιμάντα που κινεί τα μπουκάλια στις μονάδες παστερίωσης. Όσο μικρότερη είναι, τόσο μεγαλύτερη είναι η διάρκεια παραμονής των μπουκαλιών στη σήραγγα και άρα τόσο περισσότερες είναι και οι μονάδες που αποκτώνται 30

. 3.2.2 Προσομοίωση με μεταβολή της ταχύτητας του ιμάντα Αφού μελετήσαμε το μοντέλο υπό σταθερές συνθήκες πραγματοποιήσαμε δύο επιπλέον προσομοιώσεις με σκοπό τη μελέτη της επίδρασης της αλλαγής της ταχύτητας του ιμάντα καθώς ένα μπουκάλι βρίσκεται ήδη μέσα στη σήραγγα. Για την πρώτη προσομοίωση θεωρήσαμε ότι στον χρόνο 800sec η ταχύτητα του ιμάντα μεταβάλλεται βηματικά από την τιμή 0.005m/sec στην τιμή 0.01m/sec. Το αποτέλεσμα ήταν: B o t t le ru n t h ro u g h p a s t e u riz e r P.U. Tbeer T ro 70 60 T e m p e ra tu re (d e g C ) 50 40 30 20 10 0 0 200 400 600 800 T im e (s e c ) 1000 1200 Σχήμα 3.4: Πορεία μπουκαλιού μέσα στη σήραγγα Και οι μονάδες παστερίωσης προέκυψαν: : P.U. s=11.99 31 1400

Τη δεύτερη φορά θεωρήσαμε ότι στον χρόνο 800sec η ταχύτητα του ιμάντα μεταβάλλεται βηματικά από την τιμή 0.005m/sec στην τιμή 0.003m/sec. Το αποτέλεσμα ήταν: B o t t le ru n t h ro u g h p a s t e u riz e r P.U. Tbeer T ro 70 60 T e m p e ra tu re (d e g C ) 50 40 30 20 10 0 0 500 1000 1500 T im e (s e c ) 2000 2500 Σχήμα 3.5: Πορεία μπουκαλιού μέσα στη σήραγγα Και οι μονάδες παστερίωσης προέκυψαν:p.u. s=39.65 Το συμπέρασμα που προκύπτει από τις τελευταίες προσομοιώσεις σε συνδυασμό με τις προηγούμενες είναι ότι οι μονάδες παστερίωσης επηρεάζονται μεν από την αλλαγή της ταχύτητας του ιμάντα αλλά μόνο όταν αυτή συμβεί πριν τα μπουκάλια φτάσουν στη τέταρτη ζώνη. Επιβεβαιώνουν δηλαδή ότι η παστερίωση γίνεται μόνο στις μεσαίες ζώνες της σήραγγας όπου η θερμοκρασία της μπύρας είναι μεγαλύτερη από 60oC. 32

3.3 Περιγραφή του προβλήματος [11] Όπως παρατηρήθηκε από τις προσομοιώσεις, οι μονάδες παστερίωσης επηρεάζονται από την αλλαγή της ταχύτητας του ιμάντα. Ως εκ τούτου, τυχόν διακοπή της ομαλής λειτουργίας του μηχανισμού ή κάποια καθυστέρηση στα επόμενα στάδια συσκευασίας της μπύρας -που είναι πιθανότερο- προκαλεί είτε την ακινητοποίηση του ιμάντα μεταφοράς ή τη μείωση της ταχύτητάς του. Έν συνεχεία αυτό μπορεί να επηρεάσει τις μονάδες παστερίωσης που αποκτώνται. Συγκεκριμένα, τα μπουκάλια που βρίσκονται στις ζώνες παστερίωσης αυξάνουν τις μονάδες παστερίωσης ανεξέλεγκτα. Εκεί ελλοχεύει ο κίνδυνος να μην τηρηθεί η σωστή αναλογία χρόνου/θερμοκρασίας. Αυτό θα έχει σαν συνέπεια το προϊόν να υπερπαστεριωθεί, εκτός και αν μειωθεί η θερμοκρασία του ψεκάζοντος υγρού. Τα μπουκάλια που βρίσκονται στις ζώνες χαμηλής θερμοκρασίας κινδυνεύουν να υποπαστεριωθούν, στη περίπτωση που περάσουν από τις θερμικές ζώνες ταχύτερα από το αναμενόμενο στη προσπάθεια τους να κερδίσουν το χαμένο χρόνο. Η υποπαστερίωση είναι ακόμα χειρότερη από την υπερπαστερίωση, καθώς σε αυτή τη περίπτωση δεν εξολοθρεύονται αποτελεσματικά οι μικροοργανισμοί, καθιστώντας αυτό το προϊόν απειλή για τη δημόσια υγεία. Στην περίπτωση της υπερπαστερίωσης αλλοιώνεται η γεύση του προϊόντος. Ας υποθέσουμε ότι μια χρονική στιγμή επιβάλεται η ακινητοποίηση του ιμάντα για αρκετό χρονικό διάστημα -σύνηθες φαινόμενο-. Τότε τα μπουκάλια που βρίσκονται στις ζώνες παστερίωσης θα εκτεθούν σε ζεστό ψεκάζων υγρό καθ όλη τη διάρκεια της διακοπής που πιθανότατα θα καταστήσει το προϊόν ακατάλληλο για κατανάλωση, αφού θα έχουν αποκτηθεί μονάδες παστερίωσης πολύ περισσότερες από τις προκαθορισμένες. Επίσης η μπύρα που βρίσκεται στη θερμότερη ζώνη θέρμανσης (ζώνη 4) θα αποκτήσει περισσότερες μονάδες παστερίωσης από την προκαθορισμένη λειτουργία, πριν καν φτάσει στη ζώνη παστερίωσης. Ακόμα και η μπύρα που βρίσκεται στα πρώτα στάδια των ζωνών ψύξης κινδυνεύει να υπερπαστεριωθεί αφού και εκεί η θερμοκρασία είναι υψηλή,αφού η διαδικασία της ψύξης γίνεται σταδιακά για να αποφύγουμε τυχόν σπάσιμο των μπουκαλιών με την απότομη αλλαγή της θερμοκρασίας. Στο διάγραμμα παρουσιάζονται οι βαθμοί παστερίωσης που συγκέντρωσε ένα μπουκάλι που βρισκόταν στην πέμπτη ζώνη όταν διακόπηκε η λειτουργία του ιμάντα για 220 sec. Το αποτέλεσμα είναι στο συγκεκριμένο μπουκάλι να συσσωρεύονται 23 βαθμοί παστερίωσης αντί των 10.35 που 33

συσσωρεύονται υπό κανονικές συνθήκες!! B o ttle ru n th ro u g h p a s te u riz e r P.U. Tbeer T ro 70 T e m p e ra tu re (d e g C ) 60 50 40 30 20 10 0 0 200 400 600 800 T im e (s e c ) 1000 1200 Σχήμα 3.6: Πορεία μπουκαλιού μέσα στη σήραγγα Το προϊόν σε αυτή τη περίπτωση είναι κατεστραμμένο και η απόρριψή του είναι επιβεβλημένη κάτι που συνεπάγεται οικονομική ζημιά για την εταιρεία. Είναι εμφανές ότι απαιτείται η εφαρμογή ενός συστήματος ελέγχου για να αποφευχθούν τέτοιου είδους φαινόμενα. Ο σκοπός αυτού του ελέγχου θα είναι όλα τα μπουκάλια να αποκτούν, ακόμη και σε περίπτωση σφάλματος, τις ίδιες μονάδες παστερίωσης. Ο έλεγχος που θα μπορούσε να πραγματοποιηθεί θα ήταν αλλάζοντας την θερμοκρασία του νερού που ψεκάζει τα μπουκάλια. 34

4.ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΩΝ ΠΡΟΗΓΟΥΜΕΝΩΝ ΤΕΧΝΙΚΩΝ ΕΛΕΓΧΟΥ 4.1 Εισαγωγή Σε αυτό το κεφάλαιο θα αναφέρουμε τις προηγούμενες τεχνικές που αναπτύχθηκαν για την αντιμετώπιση του προβλήματος που προαναφέραμε και θα σχολιάσουμε τη μέθοδο που ακολουθεί η Αθηναϊκή Ζυθοποιία. 4.2 Παραδοσιακή λύση αυτού του προβλήματος Παραδοσιακά, αυτό το πρόβλημα αντιμετωπίζεται ρυθμίζοντας την θερμοκρασία του νερού των ψεκαστήρων των ζωνών παστερίωσης. Όταν ο ιμάντας σταματήσει, το σύστημα ψύξης των ψεκαστήρων των ζωνών παστερίωσης ενεργοποιείται αυτόματα, έτσι ώστε το προϊόν να αποκτήσει το ταχύτερο δυνατό τη θερμοκρασία ο των 50 C,όπου σε αυτή την θερμοκρασία το προϊόν δεν αυξάνει τους βαθμούς παστερίωσης. Όταν ο ιμάντας αρχίζει να κινείται ξανά μέσα στη σήραγγα,τότε η θερμοκρασία των ψεκαστήρων επανέρχεται το ίδιο γρήγορα στη πρoτέρα τους κατάσταση, για να συνεχιστεί η διαδικασία στο σημείο που είχε διακοπεί. Είναι φανερό ότι με αυτό τον τρόπο δεν είναι δυνατόν να αποφευχθούν οι αρνητικές συνέπειες αυτών των διακυμάνσεων, επειδή όσο γρήγορα και αν επιτευχθεί η μεταβολή της θερμοκρασίας του ψεκάζοντος νερού, είναι αδύνατον η θερμοκρασία του προϊόντος να μεταβεί με την ίδια ταχύτητα (ένεκα της θερμικής αδράνειας).το αποτέλεσμα όμως αυτής της διαδικασίας, παρότι ο κύκλος παστερίωσης θα είναι πολύ διαφορετικός από τον προβλεπόμενο, δίνει τη δυνατότητα στο προϊόν να αποκτήσει ικανοποιητικές μονάδες παστερίωσης. 4.3 Πατέντα -29 Οκτωβρίου 1986 Για την εφαρμογή της συγκεκριμένης μεθόδου απαιτείται μια συσκευή μέσω της οποίας πραγματοποιείται η παστερίωση. Αυτή η συσκευή αποτελείται από ένα τούνελ μέσω του οποίου περνούν τα μπουκάλια. Και εδώ παραδοσιακά το τούνελ είναι χωρισμένο σε τρεις ζώνες. Η πρώτη ζώνη όπου η θερμοκρασία του προϊόντος αυξάνεται, η δεύτερη ζώνη που είναι η ζώνη παστερίωσης και τέλος η τρίτη που είναι η ζώνη ψύξης, εκεί το προϊόν αποκτά θερμοκρασία περιβάλλοντος για να αποφύγουμε δυσάρεστα φαινόμενα επιπλέον ζύμωσης.. Σύμφωνα με αυτή τη μέθοδο ο κύκλος παστερίωσης βασίζεται στο γεγονός ότι η ενεργοποίηση του συστήματος ψύξης δεν συνδέεται απευθείας με τη διακοπή του ιμάντα μέσα στο τούνελ παστερίωσης (όπως συνέβαινε στη προηγούμενη μέθοδο), αλλά με τον αριθμό των μονάδων 35

παστερίωσης που αποκτώνται από το προϊόν σε συγκεκριμένα σημεία ελέγχου, που είναι τοποθετημένα σε κάθε υποζώνη της δεύτερης ζώνης. Ο υπολογισμός των μονάδων παστερίωσης επιτυγχάνεται μέσω των μαθηματικών εξισώσεων που έχουμε δει. Το μειονέκτημα αυτής της μεθόδου είναι ότι η μόνη παράμετρος ελέγχου είναι οι μονάδες παστερίωσης που έχουν συσσωρευτεί, χωρίς να λαμβάνουμε υπόψιν το γεγονός ότι αυτές οι μονάδες παστερίωσης μπορεί να αποκτήθηκαν ανορθόδοξα. Όπως ανορθόδοξος τρόπος είναι αν το προϊόν παρέμεινε και απέκτησε τις μονάδες σε θερμοκρασία μικρότερη της θερμοκρασίας παστερίωσης. Κατά συνέπεια δεν εξασφαλίζεται ότι το προϊόν έχει υποστεί την προγραμματισμένη διαδικασία παστερίωσης. Στη παρακάτω γραφική παράσταση παρουσιάζεται η πρόοδος του κύκλου παστερίωσης κατά τη διάρκεια του οποίου γίνεται συνεχής υπολογισμός των μονάδων παστερίωσης, εξαιτίας αυτού παρατηρούνται αναρίθμητες μεταβολές της θερμοκρασίας του νερού που ψεκάζεται. Γιαυτό, το προϊόν τη μια στιγμή ψύχεται και την άλλη ξαναζεσταίνεται. [13] 36

Διάγραμμα 4.1: κύκλος παστερίωσης με την προαναφερθείσα πατέντα 37

4.4 Πατέντα -19 Απριλίου 1990. [12] Αυτή η μέθοδος και η συσκευή παστερίωσης που προτείνονται εφαρμόζεται για διαδικασία παστερίωσης όταν κατά τη διάρκεια αυτής τα προϊόντα παστεριώνονται σε μια συνεχόμενη γραμμή-όπως και στη δική μας περίπτωση-.το διαφορετικό είναι ότι η ζώνη παστερίωσης χωρίζεται σε δυο ζώνες και το νερό που ψεκάζεται έχει την ίδια θερμοκρασία και στις δύο,σε αντίθεση με τις γνωστές, μέχρι τότε, τεχνικές που η θερμοκρασία του ψεκάζοντος υγρού της πρώτης ζώνης ήταν αξιοσημείωτα μεγαλύτερη από αυτή της δεύτερης ζώνης. Διάγραμμα 4.2: κύκλος παστερίωσης Αυτή η εφεύρεση συνδυάζει αυτή τη μέθοδο της παστερίωσης συνεχόμενης γραμμής, με την συσκευή που αποτελείται από την περιοχή θέρμανσης, παστερίωσης και ψύξης και ένα μέσο μεταφοράς που μεταφέρει τα προϊόντα μέσω αυτών των περιοχών, με την προαναφερθείσα σειρά, από την είσοδο της συσκευής προς την έξοδό της. Μέσω αυτών των ζωνών μεταφέρεται θερμότητα από το υγρό που ψεκάζεται, συνήθως νερό, στα προϊόντα. Η θερμοκρασία του υγρού σε κάθε ζώνη προσαρμόζεται έτσι ώστε να έχουμε το επιθυμητό αποτέλεσμα. Σε ένα ή περισσότερα σημεία της συσκευής αυτής παρέχεται μετατροπέας θερμότητας μεταξύ του πιο ψυχρού και πιο ζεστού ψεκάζοντος υγρού για εξοικονόμηση ενέργειας. Επίσης μπορεί να χορηγηθεί απευθείας ζεστό ή ψυχρό υγρό στους ψεκαστήρες. Για να είναι δυνατή η διαφοροποίηση της θερμοκρασίας του ψεκάζοντος υγρού σε αυτές τις τρεις περιοχές της συσκευής, είναι επιπλέον χωρισμένη σε ζώνες. Συνήθως η περιοχή θέρμανσης αποτελείται από τρεις ζώνες, της παστερίωσης από δυο και της ψύξης από από τρεις ή τέσσερις ζώνες. Με αυτό τον τρόπο τα μπουκάλια εκτίθενται σε μια βηματικά αυξανόμενη θερμοκρασία του ψεκάζοντος υγρού, που προκαλεί μια σταδιακή αύξηση της θερμοκρασίας του προϊόντος και μετά αυτού, μια βηματική μείωση της θερμοκρασίας του ψεκάζοντος για να προκληθεί η μείωση της θερμοκρασίας του προϊόντος. Η συσκευή που περιγράψαμε είναι απλή στη μηχανική της κατασκευή και γιαυτό τον λόγο είναι αξιόπιστη. Όμως μια διακοπή της ομαλής της λειτουργίας μπορεί να προκαλέσει είτε την ακινητοποίηση του ιμάντα μεταφοράς, είτε τη μείωση της ταχύτητάς του. 38

Οπότε ο σκοπός αυτής της εφεύρεσης είναι να υποδείξει μια μέθοδο για τον έλεγχο της θερμοκρασίας του ψεκάζοντος υγρού και μιας συσκευής που χρησιμοποιείται σε συνδυασμό με αυτή τη μέθοδο. Αποτέλεσμα αυτού είναι η αποφυγή των δυσάρεστων συνεπειών εξαιτίας μιας διακοπής του ιμάντα κατά τη διάρκεια της παστερίωσης -υπερπαστερίωση ή υποπαστερίωση- αλλά και ταυτόχρονα εξασφαλίζεται η χαμηλότερη κατανάλωση ενέργειας σε σύγκριση με τις μέχρι τότε γνωστές τεχνικές. Αυτός ο σκοπός επιτεύχθηκε καθορίζοντας εκ των προτέρων μία ομοιόμορφη θερμοκρασία του ψεκάζοντος υγρού στη ζώνη παστερίωσης, πράγμα που σημαίνει ότι αυτό το υγρό παρέχεται κατά τη διάρκεια μιας μείωσης της ταχύτητας ή ακινητοποίησης του ιμάντα. Η ιδέα αυτής της εφεύρεσης είναι να χρησιμοποιηθούν τα σχετικά κρύα προϊόντα της ζώνης παστερίωσης για την ψύξη των σχετικά θερμών μέσω ενός θερμικού εξισωτή. Για παράδειγμα, αν ο ιμάντας κινείται με την προκαθορισμένη ταχύτητα, αποκτάται μια διαφορετική ακολουθία της μεταφοράς θερμότητας μεταξύ του ψεκάζοντος υγρού και των προϊόντων, η οποία ακολουθία στη συνέχεια μπορεί να καθοριστεί ως το προφίλ της θερμοκρασίας. Αυτό το προφίλ της θερμοκρασίας είναι που καθορίζει τους βαθμούς παστερίωσης. Αλλά όσο διάφορα προφίλ θερμοκρασίας έχουν σαν αποτέλεσμα την απόκτηση των ίδιων βαθμών παστερίωσης, η επιλογή του προφίλ είναι ελεύθερη. Σύμφωνα με αυτή τη μέθοδο, μερικές βαλβίδες σε σωλήνες, που είναι τοποθετημένες κάτω από τον ιμάντα μεταφοράς σε διάφορα σημεία των ζωνών παστερίωσης, ανοίγουν όταν συμβεί ακινητοποίηση του ιμάντα. Έτσι το ψεκάζων υγρό μεταφέρεται μέσω των προαναφερθέντων ζωνών την ίδια στιγμή που η μεταφορά θερμότητας του ψεκάζοντος υγρού αλλάζει. Όταν δεν απαιτείται περισσότερο ψύξη τότε το σύστημα επαναπροσαρμόζεται στην κανονική του κατάσταση, στην οποία κατάσταση το ψεκάζων υγρό επανέρχεται στην κανονική του λειτουργία. Αυτό εξαρτάται καθαρά από την διάρκεια της διακοπής. Αν είναι απαραίτητο να σταματήσει ο ιμάντας μεταφοράς, τότε η μπύρα που βρίσκεται στις θερμότερες ζώνες θέρμανσης θα αποκτήσει υψηλότερο βαθμό παστερίωσης από την προκαθορισμένη λειτουργία,πριν ακόμα φτάσει στη ζώνη παστερίωσης. Η μπύρα που βρίσκεται στη ζώνη παστερίωσης τη στιγμή της παύσης και αυτή θα εκτεθεί σε ζεστό ψεκάζων υγρό καθ όλη τη διάρκεια της διακοπής με αποτέλεσμα να αποκτηθούν μονάδες παστερίωσης πολύ περισσότερες από τις προκαθορισμένες. Πρέπει να αναφέρουμε ότι η ζώνη παστερίωσης χωρίζεται σε πρώτη και δεύτερη, αλλά το ψεκάζων υγρό και στις δυο περιπτώσεις έχει την ίδια θερμοκρασία. Θα μπορούσε να θεωρηθεί ότι είναι μόνο μια η ζώνη παστερίωσης. Ο χωρισμός αυτός γίνεται για την περίπτωση που θα χρειαστεί να διαφοροποιηθούν οι θερμοκρασίες. Στο διάγραμμα 4.4 φαίνονται οι τρεις ίδιες καμπύλες με το διάγραμμα 4.3, αλλά είναι εμφανές ότι η θερμοκρασία του ψεκάζοντος υγρού έχει διαφορετικές τιμές και στις τρεις περιοχές με αποτέλεσμα η θερμοκρασία της μπύρας κατά τη διάρκεια της ομαλής λειτουργίας της συσκευής να αυξάνεται ο ο από ΤΡ=5 C στους 62 C. Κατά το πέρασμα από τη ζώνη παστερίωσης σε αυτή της ψύξης, ο μειώνεται ομοίως στους ΤΡ=30 C μέχρι την έξοδο από το τούνελ παστερίωσης. Συγκρίνοντας τη ζώνη παστερίωσης του διαγράμματος 4.3 με αυτή του διαγράμματος 4.4, διαπιστώνουμε ότι με τη δεύτερη μέθοδο υπάρχουν σχετικά πιο πολλά ψυχρά από ότι θερμά μπουκάλια σε σχέση με την πρώτη περίπτωση. Αυτή όμως η αλλαγή του προφίλ της θερμοκρασίας δεν επηρεάζει τους βαθμούς παστερίωσης. 39

Όταν συμβαίνει μια διακοπή αυτή η ποσότητα των ψυχρότερων μπουκαλιών χρησιμοποιείται για την ψύξη των θερμότερων, όσο το μέσο που μπορεί να μεταφέρει το υγρό από τo σωλήνα κάτω από τη πρώτη ζώνη παστερίωσης για να ψεκάσει τα μπουκάλια της δεύτερης ζώνης είναι ενεργοποιημένο. Το νερό που συγκεντρώνεται κάτω από την πρώτη ζώνη έχει ψυχθεί με το πέρασμα του από τα ψυχρότερα μπουκάλια. Αντιστοίχως, ενεργοποιείται και το μέσο για τη μεταφορά του υγρού που συγκεντρώνεται κάτω από τη δεύτερη ζώνη για τη μεταφορά του στη πρώτη και να περιλούσει αυτά τα μπουκάλια που θα προκαλέσουν περαιτέρω μείωση της θερμοκρασίας του. Η παροχή θερμότητας που συνήθως προσφέρεται στο ψεκάζων υγρό στη ζώνη παστερίωσης μπορεί να αποσυνδεθεί, αν οι περιστάσεις το επιβάλλουν. Ωστόσο, σε μία διακοπή μεγαλύτερης διάρκειας μπορεί να είναι απαραίτητο να παρέχουμε θερμότητα. Τα προαναφερθέντα μέσα για τη μεταφορά του υγρού από τη μια ζώνη στην άλλη είναι σωλήνες που είναι εξοπλισμένες με βαλβίδες και αντλίες που μπορούν να ελέγχονται. Για τον έλεγχο της θερμοκρασίας του υγρού είναι απαραίτητο να χρησιμοποιηθούν υπολογιστές, οι οποίοι σε σύντομο χρονικό διάστημα να μπορούν να κάνουν τις απαραίτητες ενέργειες. Δηλαδή, αυτό που έχουν να κάνουν είναι να προσαρμόζουν τις βαλβίδες και τις αντλίες για να ρυθμίζεται η θερμοκρασία του υγρού σύμφωνα με την ταχύτητα του ιμάντα. Χρειάζονται δυο δεδομένα. Το πρώτο είναι πόσο γρήγορα είναι δυνατόν να αλλάξει η θερμοκρασία του υγρού και το δεύτερο είναι πόσους βαθμούς παστερίωσης έχει αποκτήσει το κάθε μπουκάλι κάποια συγκεκριμένη στιγμή. Επίσης ο υπολογιστής ενημερώνεται συνεχώς για την ταχύτητα του ιμάντα. Το προαναφερθέν πρώτο δεδομένο πρέπει να βρίσκεται μέσω υπολογισμών το οποίο αργότερα ελέγχεται εμπειρικά. Το δεύτερο είναι γνώση του πραγματικού προφίλ της θερμοκρασίας το οποίο πρέπει να παρέχεται μέσω μιας συνεχής ολοκλήρωσης της διαφορικής εξίσωσης: o dpu = 1.393TP 60 C dt dtp = KP (TR TP ) dt όπου ΚΡ είναι ο θερμικός συντελεστής, PU είναι οι μονάδες παστερίωσης, ΤΡ είναι η θερμοκρασία της μπύρας και TR η θερμοκρασία του ψεκάζοντος υγρού. Στο τρίτο διάγραμμα (διάγραμμα 4.5) παρουσιάζονται οι καμπύλες της μεταβολής της θερμοκρασίας στην πρώτη και δεύτερη ζώνη παστερίωσης κατά τη διάρκεια διακοπής. Η καμπύλη που αναπαριστά τη θερμοκρασία του ψεκάζοντος υγρού, δηλώνει τη μεταβολή της θερμοκρασίας του και στις δυο ζώνες όταν αυτό μεταφέρεται μεταξύ των δυο ζωνών και η συνηθισμένη παροχή θερμότητας είναι ασυνεχής. Η καμπύλη ΤΡ63 αναπαριστά τη μεταβολή της θερμοκρασίας του προϊόντος, το οποίο τοποθετείται στο πέρασμα μεταξύ της δεύτερης ζώνης παστερίωσης και της περιοχής ψύξης και η καμπύλη ΤΡ28 αναπαριστά τη μεταβολή της θερμοκρασίας του προϊόντος, το οποίο τοποθετείται στο πέρασμα μεταξύ της περιοχής θέρμανσης και της πρώτης ζώνης παστερίωσης. Οι αριθμοί 28 και 63 δηλώνουν τη θέση των δυο συγκεκριμένων μπουκαλιών τη στιγμή που αρχίζει η διακοπή και είναι φανερό ότι όλα τα άλλα μπουκάλια είναι συνδεδεμένα με τις αντίστοιχες θέσεις με τρόπο τέτοιο ώστε ο υπολογιστής να μπορεί να επιτύχει ένα γενικό έλεγχο 40

όλων των μπουκαλιών. Η καμπύλη TR πέφτει ραγδαία στην αρχή, όσο το ψεκάζων υγρό ψύχεται πέφτοντας μέσω του μεγάλου αριθμού των ψυχρότερων μπουκαλιών στην πρώτη ζώνη και συγκεκριμένα στο πρώτο τμήμα της. Σύμφωνα με αυτά αυτή η καμπύλη πέφτει ανάλογα με την μεταφορά θερμότητας που πραγματοποιείται. Η καμπύλη ΤΡ63 δείχνει στην αρχή μια μικρή ανύψωση, ενώ στη συνέχεια η καμπύλη πέφτει ως αποτέλεσμα του ψεκασμού με συνεχώς και ψυχρότερο υγρό. Η καμπύλη ΤΡ28 αυξάνεται γρήγορα στην αρχή, όσο τα μπουκάλια κατά την είσοδό τους στην πρώτη ζώνη ψεκάζονται με υγρό το οποίο είναι θερμότερο από τα μπουκάλια και την μπύρα που περιέχεται σε αυτά. Έτσι, ενώ στην αρχή η θερμοκρασία εκτοξεύεται στη συνέχεια σταδιακά ενώνεται με την ΤΡ63. Ωστόσο παρόλο που αυτές οι καμπύλες συνεχώς πέφτουν είναι ελαφρώς πιο πάνω από τη καμπύλη της θερμοκρασίας του ψεκάζοντος υγρού. Διάγραμμα 4.3 :κύκλος παστερίωσης με δύο διαφορετικές ζώνες παστερίωσης 41

Διάγραμμα 4.4: κύκλος παστερίωσης με ομοιόμορφη ζώνη παστερίωσης Διάγραμμα 4.5: η μεταβολή της θερμοκρασίας στην πρώτη και δεύτερη ζώνη παστερίωσης 42

4.5 Πατέντα- 7 Νοεμβρίου 2000 [13] Σύμφωνα με αυτή τη μέθοδο, ο βασικός στόχος, σε περίπτωση δυσλειτουργίας της διαδικασίας της παστερίωσης, είναι να ρυθμίζει τον θερμικό κύκλο παρακολουθώντας τη θερμοκρασία του προϊόντος σε κατάλληλες βασικές υποζώνες του παστεριωτή, για να εξασφαλίσει τη συνέχιση και ολοκλήρωση του κύκλου της παστερίωσης του προϊόντος, το οποίο τη στιγμή της διακοπής είχε ήδη περάσει τη ζώνη παστερίωσης. Αυτό εξασφαλίζει ότι το προϊόν θα φτάσει τη θερμοκρασία παστερίωσης και θα μείνει σε αυτή για ένα προκαθορισμένο χρονικό διάστημα, ανεξάρτητα από το χρόνο διακοπής. Ένας επιπλέον στόχος της εφεύρεσης είναι να εξασφαλιστεί ότι ένα συγκεκριμένο προϊόν αφού περάσει το στάδιο θέρμανσης, το οποίο θα είναι μοναδικό, θα περάσει και από ένα μοναδικό στάδιο ψύξης. Αυτό το επίτευγμα έχει σαν αποτέλεσμα ένα σωστό και ολοκληρωμένο κύκλο παστερίωσης, ανεξάρτητα από κάποια απρόβλεπτη διακοπή της λειτουργίας του ιμάντα μέσα στο τούνελ παστερίωσης. Στη συνέχεια θα προσπαθήσουμε να περιγράψουμε τα χαρακτηριστικά αυτής της εφεύρεσης χρησιμοποιώντας τις παρακάτω γραφικές παραστάσεις: 43

Διάγραμμα 4.6: υδραυλική συνδεσμολογία του τούνελ παστερίωσης 44

Διάγραμμα 4.7: υδραυλική συνδεσμολογία με χωρισμένη ζώνη 2 45

Διάγραμμα 4.8: θεωρητικός κύκλος παστερίωσης 46

Διάγραμμα 4.9: πραγματικός κύκλος παστερίωσης 47

Η Fig.1 παρουσιάζει σχηματικά την υδραυλική συνδεσμολογία του τούνελ παστερίωσης και το διάγραμμα θερμοκρασίας του ψεκάζοντος υγρού και του προϊόντος. Η Fig.2 είναι παρόμοια με την παραπάνω, με τη μόνη διαφορά ότι η θερμική ζώνη 2 είναι χωρισμένη σε τέσσερις υποζώνες. Η Fig.3 δείχνει το θεωρητικό διάγραμμα του κύκλου παστερίωσης. Και η Fig.4 παρουσιάζει το διάγραμμα παστερίωσης σύμφωνα με την παρούσα εφεύρεση. Σύμφωνα με τα διαγράμματα, το τούνελ παστερίωσης 11 έχοντας τον ιμάντα μεταφοράς 9, για να μεταφέρει τα προϊόντα, θεωρείται ότι είναι χωρισμένος κατά μήκος του σε τρία τμήματα, όσες και οι βασικές ζώνες. Επίσης η θερμική ζώνη 2 είναι χωρισμένη σε τέσσερις θερμικά ανεξάρτητες υποζώνες 12,13,14,15. Τέλος διαθέτει και μια συσκευή 10, η οποία μετράει,υπολογίζει, καταγράφει και προσαρμόζει τη θερμοκρασία κάθε βασικής ζώνης. Αυτή η συσκευή 10, αποτελείται από συσκευές εκπομπής δεδομένων 17,18,19 που είναι συνδεδεμένες με τον υπολογιστή 20. Αυτή η θέση της συσκευής 10 δεν παρουσιάζεται ακριβώς (παρόλο που πρέπει εν γένει να τοποθετείται στις ζώνες ή υποζώνες που μας ενδιαφέρουν), αφού η θέση του εξαρτάται από τις ποικίλες λειτουργικές απαιτήσεις. Η θερμοκρασία μετράται και καταγράφεται από τη συσκευή 10 και συνεχώς συγκρίνεται με τις προκαθορισμένες τιμές, που έχουν οριστεί για κάθε συγκεκριμένο σημείο των υποζωνών 12,13,14,15 της θερμικής ζώνης 2. Αν το προϊόν φτάσει τη θερμοκρασία παστερίωσης για πρώτη φορά, διατηρείται σε αυτή τη θερμοκρασία για ένα προκαθορισμένο χρονικό διάστημα. Μετά από αυτό το σύστημα παρεμβαίνει και η θερμοκρασία του νερού από το σπρέι 16 στη ζώνη 2 μειώνεται και παραμένει χαμηλή μέχρι αυτή η παρτίδα των προϊόντων να εξέλθει της ζώνης. Εάν το προϊόν περάσει από ένα από αυτά τα σημεία ελέγχου (στην αρχή της κάθε ζώνης), έχοντας ήδη ολοκληρώσει το θερμικό του κύκλο, η θερμοκρασία αυτής της ζώνης θα παραμείνει χαμηλή αν ήταν ήδη σε αυτή τη κατάσταση ή θα μειωθεί αν ήταν σε κανονική κατάσταση λειτουργίας. Όταν η λειτουργία του παστεριωτή είναι φυσιολογική, το προϊόν ποτέ δεν ξεπερνά τη θερμοκρασία παστερίωσης της ζώνης 2 και ο σωστή αναλογία χρόνου/θερμοκρασίας διατηρείται από τη συσκευή 10 βάσει της προκαθορισμένης ταχύτητας του προϊόντος μέσα στο τούνελ παστερίωσης. Δηλαδή αυτό το σύστημα ελέγχου δεν έχει σαν μοναδικό σκοπό να εξασφαλίσει το σωστό αριθμό μονάδων παστερίωσης, αλλά τείνει να βεβαιώσει ότι το προϊόν θα περάσει από μια περιοχή θέρμανσης, φτάνοντας στη προκαθορισμένη θερμοκρασία παστερίωσης θα παραμείνει σε αυτή τη θερμοκρασία για ένα προκαθορισμένο χρονικό διάστημα και τέλος θα περάσει από μια μοναδική περιοχή ψύξης, Παρατηρούμε ότι η εξέλιξη της θερμοκρασίας και στις δυο γραφικές παραστάσεις (3 και 4) είναι παρόμοιες για ολόκληρη τη διαδικασία της παστερίωσης. Είναι φανερό ότι τη στιγμή της διακοπής το σύστημα αντιδρά όπως περιγράψαμε προηγουμένως. Σύμφωνα με την παρούσα εφεύρεση, το σύστημα ελέγχου παστερίωσης δεν παρακολουθεί τον αριθμό των μονάδων παστερίωσης (όπως συνέβαινε με την προηγούμενη), αλλά παρακολουθεί την εξέλιξη της θερμοκρασίας κάθε παρτίδας μπουκαλιών της ζώνης 2 σε σχέση με το χρόνο που κάθε παρτίδα πρέπει να μείνει σε αυτή τη ζώνη. Άρα, το νέο σύστημα ελέγχου της διαδικασίας παστερίωσης, σε περίπτωση αντικανονικής 48