Modellbasert styring av mikrobølge tinetunnel for frosne kjøttblokker

Abstract

En matematisk modell for oppvarming av frosne kjøttblokker ved bruk av en mikrobølge tinetunnel er utviklet i denne oppgaven. Den matematiske modellen stemmer ikke helt overens med virkeligheten, og det er mange faktorer og parametre som tilpasses for at modellen skal konvergere mot det som skjer ved en virkelig tineprosess. Stoffet som presenteres her gir likevel et godt overblikk over prinsippene og varmefordelingen ved oppvarming av frosne kjøttblokker. Resultatene er tilstrekkelige til å kunne utvikle et optimaliserende system for automatisk styring av tinetunnelen. Dette er også hovedmålet med denne oppgaven. De viktigste resultatene er at fysiske egenskaper, som varmekapasitet og termisk konduktivitet vil påvirke tineprosessen i stor grad. Fettinnholdet i kjøttet har størst betydning på egenskapene. Det vises at egenskapene til kjøttet endres mest i temperaturer rundt frysepunktet til kjøttet. Frysepunktet er funnet til å være rundt $-1.5^circ$C. Under tilpassingen av parametrene er det i hovedsak penetrasjonsdybden, varmekapasiteten og konduktiviteten som endres. Det blir benyttet en tinetunnel bestående av to doble mikrobølgeelementer. Effekten fra mikrobølgeelementene bør kontrolleres for å oppnå optimal tining for hver enkelt kjøttblokk. Siden sammensetningen til kjøttblokkene er forskjellige, må effekten til mikrobølgeelementene tilpasses hver enkelt blokk. Tre metoder for optimal styring analyseres og det viser seg at alle tre kan benyttes til forskjellige formål. Alle metodene er modellbaserte så det fokuseres på åpen sløyfe styring. Metoden med likhetsbetingelser gjør at kjøttblokkene når ønsket temperatur, men her bør kjøttblokkene være veldig like og ikke variere i fettprosent. Metoden med ulikhetsbetingelser eller objektfunksjon kan gjøre at temperaturen kan bli for høy, men her er det større rom for variasjon i blokkene. Metoden med bruk av likhetsbetingelser benytter mest pådrag og vil være minst effektiv med tanke på kg per tid. De to andre metodene er mer effektive, men mindre nøyaktige. Det konkluderes med at ved tining av kjøtt bør man tine kjøttblokker med relativt lik fettprosent samtidig, uansett metode. Man bør heller ikke forvente eksakte temperaturer i kjøttblokkene, men at temperaturen ligger i et spesifikt sjikt kan forventes. I noen tilfeller bør ikke blokkene som tines ligge tett inntil hverandre. Denne formen for automatisk styring vises å være følsom for modellfeil og støy. Det bør derfor, uansett metode for styring, være en form for tilbakekobling slik at det kan korrigeres for modellfeil og støy. Det bør helst være muligheter for temperaturmålinger inne i tunnelen, men det vil også fungere med temperaturmåling utenfor tunnelen. MPC(Model Predictive Control) anbefales som den beste metoden for å styre effekten til mikrobølgeelementene.