Optimized industrial cooling of Atlantic salmon

Abstract

Når laks slakter er det nødvendig med rask og effektiv kjøling for å bevare kvaliteten og øke varigheten. 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 en spesifikk kjøletid. På grunn av termisk motstand inne i selve laksen er ikke varmeoverføringskoeffisienten like viktig, spesielt når den er 200 W/m2K eller høyere. Uttrykk for en ekvivalent radius ble funnet slik at analytiske beregninger av temperaturer kan utføres. Sammenligning av resultatene fra simuleringer og analytiske beregninger vister små forskjeller mellom de to metodene. Disse forskjellene ble vurdert å være akseptable. En kjøle indeks ble introdusert som et mål på hvordan laks i en ekte prosess kjøles sammenlignet med en ideell prosess. Modeller for å beregne varmestrømmer, temperatur av laks og RSW (kjølt sjøvann) samt last for et kjølesystem ble utviklet. Modellene ble brukt i EES og MATLAB for å simulere en HeliX-tank som en kontinuerlig, semikontinuerlig og batchprosess. Simuleringene kan brukes som er verktøy for å undersøke hvordan en tank bør styres for å sikre nødvendig kjøling avhengig av forskjellige parametere. En beregnet topplast ble brukt for å dimensjonere fordamperen i en kjølesyklus. 4 forsøk ble utført ved et lakseslakteri. Data fra en HeliX-tank ble samlet for å øke forståelsen av en ekte prosess og sammenligne med de teoretiske beregningene. Det ble funnet relativt store variasjoner i temperatur eller kjøling og kjøleindeks. Den gjennomsnittlige kjøleindeksen fra forsøkene 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 kjøling ble 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 and extend the shelf life. This can be achieved with a HeliX tank where the salmon is both chilled and rinsed for blood. In this thesis, temperatures and heat flows in a HeliX tank were investigated. Temperature development in salmon being chilled was simulated numerically using PDE Modeler in MATLAB. The simulations showed that for a certain chilling time, the thickness of the salmon is the factor with the biggest influence on the temperature. Because of thermal resistance in the salmon itself, the heat transfer coefficient is of less importance, especially from 200 W/m2K and higher. Expressions for an equivalent radius was found so that analytical calculations of temperatures can be performed. Comparison of the results from simulations and analytical calculations revealed minor differences between the two approaches, which were considered acceptable. A chilling index was introduced to measure how well salmon in a real process is chilled compared to an ideal process. Models were developed to calculate heat flows, temperatures of both salmon and refrigerated sea water (RSW) and a cooling load for the refrigeration system. With EES and MATLAB the models 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 secure sufficient chilling depending on different parameters. A calculated peak cooling load was used for dimensioning the evaporator in a refrigeration vapour-compression cycle. 4 field experiments were performed at a slaughtering factory. Data from a HeliX tank were collected to increase the understanding of the real process and for comparison with the theoretical calculations. It was found quite big variations in temperature after chilling and chilling index between the measured salmon. The average chilling index for the experiments is found to be 64.51 %, 58.68 %, 59.74 % and 67.69 %. This is normal results for a HeliX tank in normal operation, but there are room for improvement. The measured centre temperature of salmon after chilling was 6.68 °C in average, which is clearly higher than what is ideal.