Modeling of a heat pump drying simulator for clipfish

Abstract

Den norske eksportverdien til klippfisk er på stigende kurve og produksjonen av klippfisk må være så effektiv som mulig. Tørkingen er den mest tid- og energikrevende delen av klippfiskproduksjon. Med en tørkesimulator er det mulig å bestemme de tørkespesifikasjonene som gjør tørkingen mest mulig effektiv med tanke på tørketid og energiforbruk. Hovedformålet med denne oppgaven har vært å lage en simuleringsmodell i EES for varmepumpetørking av klippfisk. Klippfiskprodusenter har forskjellige varmepumpetørker som brukes med forskjellige tørketeknikker og modellen som er laget har muligheten til å simulere både batch tørking og kontinuerlig tørking for å dekke størst mulig del av de klippfisktørker som er i bruk.

Modellen viser gode resultater for tørking med relativ luftfuktighet lik 0,3, men den trenger noe justering for å simulere tørketiden med høy grad av pålitelighet for relativ luftfuktighet lik 0,4. Et annet problem er når tørketemperaturen blir for lav. Dette kan resultere i at fordampertemperaturen faller under 0°C, og programmet krasjer.

Modellen kan simulere tørkeprosessen med forskjellige kjølemedier, og det har blitt gjennomført simuleringer med bruk av R717 og R290 som kjølemedium. Simuleringene viste at ved bruk av R717 hadde varmepumpen omtrent 2,5% lavere energiforbruk ved batch tørking, og 2,1% lavere ved kontinuerlig tørking. Simuleringer viste også at tørking av stor fisk hadde lavere tørketid og mindre energibruk enn tørking av små fisk.

For å få en bedre forståelse av fagfeltene i dette arbeidet har det blitt gjort en litteraturstudie av ny forskning på fagfeltene. Den grunnleggende varmepumpeprosessen er beskrevet i detalj, og forskjellige tørketeknikker er presentert i egne kapitler. Det er også beskrevet hvordan modellen fungerer, både teoretisk og i praktisk virkemåte. Modellen har fortsatt noen svakheter som kan føre til feilmeldinger og feil simuleringsresultater. Dette burde bli forbedret, og videre arbeid er foreslått.

The Norwegian export value of clipfish is on a rising curve and the production of clipfish has to be as efficient as possible. The most time- and energy-consuming part of clipfish production is the drying. With a drying simulation model, it is possible to determine the dryer specifications that make drying more energy efficient, and less time consuming. The main part of this work has been to make a heat pump drying model for clipfish in EES. Clipfish producers have different types of heat pump dryers that operate in different drying modes, and the model made has the ability to simulate both batch drying and continuous drying to cover a large proportion of clipfish dryers.

The model shows good results for drying with a relative air humidity of 0,3, but needs some adjustments for simulations with a relative air humidity of 0,4 to become more reliable. Another problem is an error when simulations are done with low drying air temperatures, because the evaporation temperature may fall below 0°C.

The model can simulate the drying process with different types of refrigerants, and it has been done simulations of R717 and R290 as refrigerants for the heat pump dryer. The simulations carried out in this work showed that by using R717, the heat pump had approximately 2,5% lower energy consumption in batch drying, and approximately 2,1% lower in continuous drying. Simulations also showed that large fish were dried both faster and with less energy consumption than small fish.

To gain a greater understanding of the topics in this work, a literature review is conducted with the latest research in the fields. The basic heat pump process is described in detail, and different drying techniques are presented in separate sections. The model is described with theory and how it works in practice. It still has some weaknesses that can cause errors and bad drying prediction results. This should be improved and further work is proposed.