Optimized industrial cooling of Atlantic salmon
Abstract
Når laks slakter er det nødvendig med rask og effektiv kjøling for å bevare kvaliteten og økevarigheten. Dette kan oppnås med en HeliX-tank, der laks kan både kjøles og renses for blod.Denne masteroppgaven har undersøkt temperaturer og varmestrømmer in en HeliX-tank.Temperaturutviklingen i laks som kjøles ble simulert numerisk med PDE Modeler i MATLAB.Simuleringene viste at tykkelsen på laksen har den største påvirkningen på temperatur, gitt enspesifikk kjøletid. På grunn av termisk motstand inne i selve laksen er ikkevarmeoverføringskoeffisienten like viktig, spesielt når den er 200 W/m2K eller høyere.Uttrykk for en ekvivalent radius ble funnet slik at analytiske beregninger av temperaturer kanutføres. Sammenligning av resultatene fra simuleringer og analytiske beregninger vister småforskjeller mellom de to metodene. Disse forskjellene ble vurdert å være akseptable. En kjøleindeks ble introdusert som et mål på hvordan laks i en ekte prosess kjøles sammenlignet meden ideell prosess.Modeller for å beregne varmestrømmer, temperatur av laks og RSW (kjølt sjøvann) samt lastfor et kjølesystem ble utviklet. Modellene ble brukt i EES og MATLAB for å simulere enHeliX-tank som en kontinuerlig, semikontinuerlig og batchprosess. Simuleringene kan brukessom er verktøy for å undersøke hvordan en tank bør styres for å sikre nødvendig kjølingavhengig av forskjellige parametere. En beregnet topplast ble brukt for å dimensjonerefordamperen i en kjølesyklus.4 forsøk ble utført ved et lakseslakteri. Data fra en HeliX-tank ble samlet for å øke forståelsenav en ekte prosess og sammenligne med de teoretiske beregningene. Det ble funnet relativt storevariasjoner i temperatur eller kjøling og kjøleindeks. Den gjennomsnittlige kjøleindeksen fraforsøkene var 64,51 %, 58,68 %, 59,74 % og 67,69 %. Dette er normale resultater for en HeliXtank i normal drift, men der er rom for forbedring. Sentrumstemperaturen i laksen etter kjølingble målt til 6,68 °C, noe som er klart over ideell temperatur. When slaughtering salmon, effective and rapid chilling is required to preserve the quality andextend the shelf life. This can be achieved with a HeliX tank where the salmon is both chilledand rinsed for blood.In this thesis, temperatures and heat flows in a HeliX tank were investigated. Temperaturedevelopment in salmon being chilled was simulated numerically using PDE Modeler inMATLAB. The simulations showed that for a certain chilling time, the thickness of the salmonis the factor with the biggest influence on the temperature. Because of thermal resistance in thesalmon itself, the heat transfer coefficient is of less importance, especially from 200 W/m2Kand higher.Expressions for an equivalent radius was found so that analytical calculations of temperaturescan be performed. Comparison of the results from simulations and analytical calculationsrevealed minor differences between the two approaches, which were considered acceptable. Achilling index was introduced to measure how well salmon in a real process is chilled comparedto an ideal process.Models were developed to calculate heat flows, temperatures of both salmon and refrigeratedsea water (RSW) and a cooling load for the refrigeration system. With EES and MATLAB themodels were used to simulate a HeliX tank as continuous, semi-continuous and batch processes.The simulations can be used as a tool to investigate how a tank should be operated to securesufficient chilling depending on different parameters. A calculated peak cooling load was usedfor dimensioning the evaporator in a refrigeration vapour-compression cycle.4 field experiments were performed at a slaughtering factory. Data from a HeliX tank werecollected to increase the understanding of the real process and for comparison with thetheoretical calculations. It was found quite big variations in temperature after chilling andchilling index between the measured salmon. The average chilling index for the experiments isfound to be 64.51 %, 58.68 %, 59.74 % and 67.69 %. This is normal results for a HeliX tank innormal operation, but there are room for improvement. The measured centre temperature ofsalmon after chilling was 6.68 °C in average, which is clearly higher than what is ideal.