Sunčeva energija je pokretač procesa na Zemlji. Ona zagreva njenu atmosferu, njenu površinu, stvara vetar, održava ciklus vetra, zagreva okeane, obezbeđuje razvoj biljaka i uvek (u toku dužeg perioda) prouzrokuje stvaranje fosilnog goriva. Ova energija obezbeđuje toplotu ili hladnoću, potreban rad i električnu energiju. Poslednjih godina je sve veći interes za alternativne izvore energije a naročito za Sunčevu energiju.

Zbog intermitentnosti Sunčeve energije i činjenice da se ni dnevne ni sezonske oscilacije intenziteta (osim u pojedinačnim slučajevima primene − ubiranje i sređivanje poljoprivrednih kultura) ne poklapaju s oscilacijom potrošnje energije, Sunčevo zračenje će se moći više praktično koristiti tek kada se reše problemi ekonomski opravdane konverzije i akumulacije energije na duži period.

Ekonomičan uređaj i sistem za korišćenje Sunčeve energije mora da traje duže od vremena amortizacije.

U nedostatku potrebnih kapaciteta za preradu, svake godine propadaju znatne količine voća i povrća, lekovitog, aromatičnog i začinskog bilja. Pored teškoća obezbeđenja potrebnih investicionih sredstava za proširenje kapaciteta za preradu i cena energije predstavlja prepreku za dalji i brži razvoj.

Velika cena klasičnih goriva vrlo često čini rad postojećih postrojenja za sušenje neekonomičnim, pa osušeni proizvodi imaju veliku cenu. Efikasan način sušenja i racionalna konstrukcija sušare se mogu definisati samo za konkretan materijal ili grupu materijala čije su fizičko mehaničke karakteristike slične.

Izbor najpovoljnijeg načina sušenja se definiše svojstvima svežeg materijala (koji u ovom slučaju mogu, ako se radi o voću i povrću, da se suše u celom ili isečenom obliku, sa pokožicom ili bez nje, oslobođeno od koštice ili sa košticom, sušiti se može kaša ili sok, a ako se radi o lekovitom, aromatičnom i začinskom bilju, sušiti se može, koren, cvet i cvast, list i cela stabljika sa lišćem), zahtevanim kvalitetom osušenog proizvoda i ekonomičnošću procesa.

Pri izboru načina sušenja i koncepcije rešenja mora se voditi računa o racionalnom načinu i optimalnom režimu procesa sušenja koji se karakteriše maksimalnim intenzitetom isparavanja vlage, visokim kvalitetom osušenog materijala i minimalnom „potrošnjom“ energije.

U svim slučajevima neophodno je analizirati uticaj osnovnih parametara agensa sušenja i karakteristika materijala na odvijanje procesa sušenja, a to znači mogućnost primene viših temperatura, uticaj brzine strujanja agensa sušenja, relativne vlažnosti agensa sušenja, oscilatornog režima procesa sušenja, kombinovanih načina dovođenja toplote i načina sušenja, kao i prethodne tehnološke pripreme polaznog materijala.

Iako se Sunčeva energija smatra novim i neobičnim izvorom energije, ona se već ranije koristila za rešavanje niza praktičnih zadataka.

U toku mnogih vekova Sunčeva energija je korišćena za prirodno sušenje poljoprivrednih proizvoda.

Cilj ove knjige je sistematizacija znanja u oblasti korišćenja Sunčeve energije, za sušenje koja doprinose lakšem shvatanju procesa transformacije Sunčeve energije i razradu odgovarajućih sistema.

U knjizi se daju globalni energijski aspekt; kratak prikaz o Suncu i Sunčevoj energiji, zračenju; prijemnicima Sunčeve energije (podela, tipovi i konstrukcije, karakteristike, efikasnost); načini korišćenja Sunčeve energije i procesima koji koriste Sunčevu energiju. Korišćenje Sunčeve energije za procese sušenja (solarne sušare, klasifikacija solarnih sušara, principi rada i karakteristike, vrste solarnih sušara, varijante projektovanja rešenja, upravljanje procesom sušenja, kontrola procesa i sušenje voća i povrća).

Prof. dr Radivoje M. Topić

Sadržaj

PREDGOVOR

Glava I GLOBALNI ENERGIJSKI ASPEKT
1.1 UVODNE NAPOMENE
1.2. OBNOVLJM IZVORI ENERGIJE

Glava II SUNČEVA ENERGIJA
2.1. UVODNE NAPOMENE
2.2 SUNČEVO ZRAČENJE

Glava III PRIJEMNICI SUNČEVE ENERGIJE
3.1. PODELA, TIPOVI I KONSTRUKCIJE PRIJEMNIKA SUNČEVE ENERGIJE

Glava IV FIZIČKO HEMIJSKI OSNOVI PROCESA SUŠENJA
4.1. VLAŽAN GAS (VAZDUH)
4.2. VLAŽAN MATERIJAL
4.3. STATIKA PROCESA SUŠENJA

Glava V OSNOVI TEORIJE PRENOSA ENERGIJE I VLAGE U PROCESU SUŠENJA
5.1. KINETIKA PROCESA SUŠENJA
5.2. PRENOS MATERIJE, VLAGE U PROCESU SUŠENJA

Glava VI KRATAK PREGLED POSTROJENJA ZA SUŠENJE
6.1. KLASIFIKACIJA I KRATAK PREGLED POSTROJENJA ZA SUŠENJE

Glava VII KORIŠĆENJE SUNČEVE ENERGIJE ZA SUŠENJE
7.1. KARAKTERISTIKE SOLARNE ENERGIJEe
7.2. NAČINI PROCESA SUŠENJA SA ASPEKTA SLOJA MATERIJALA
7.3. SOLARNE SUŠARE, KLASIFIKACIJA SUŠARA, PRINCIPI RADA I KARAKTERISTIKE
7A. NAČINI SUŠENJA SOLARNOM ENERGIJOM
7.5 VRSTE SOLARNIH SUŠARA, VARIJANTE PROJEKTOVANJA REŠENJA

Glava VIII PREGLED IZVEDENIH REŠENJA SOLARNIH
8.1. TIPOVI SOLARNIH SUŠARA I
8.2. REŠENJA SOLARNIH SUŠARA MALOG KAPACITETA
8.3. IZBOR SOLARNIH SUŠARA
8.4. EKONOMIČNOST SOLARNIH SUŠARA

Glava IX PREGLED REŠENJA SOLARNIH PRIJEMNIKA KOJI SE KORISTE U SOLARNIM SUŠARAMA
9.1. SOLARNI PRIJEMNICI

Glava X SUŠENJE VOĆA I POVRĆA KORIŠĆENJEM SUNČEVE ENERGIJE
10.1. SUŠENJE VOĆA KORIŠĆENJEM SOLARNE ENERGIJE
10.2. SUŠENJE POVRĆA KORIŠĆENJEM SOLARNE ENERGIJE
10.3. PAKOVANJE I USKLADIŠTENJE OSUŠENOG VOĆAIPOVRĆA
10.4. KORIŠĆENJE OSUŠENIH PROIZVODA

Glava XI KORIŠĆENJE SOLARNIH SUŠARA
11.1. SOLARNE SUŠARE ZA SUŠENJE VOĆA I POVRĆA
11.2. SOLARNE SUŠARE ZA SUŠENJE NEKIH POLJOPRIVREDNIH PROIZVODA

Glava XII SAVREMENE TEHNOLOGIJE I REŠENJA ZA SOLARNO SUŠENJE
12.1. UVODNE NAPOMENE
12.2. SAVREMENIJA REŠENJA SOLARNIH SUŠARA

Glava XIII PROJEKTOVANJE SOLARNIH SUŠARA ZA SUŠENJE DRVETA
13.1. UVODNE NAPOMENE
13.2. KONCEPTI − PRISTUPI PRI PROJEKTOVANJU SOLARNIH SUŠARA
13.3. RAZMATRANJA − ANALIZA KONSTRUKCIJE
13.4.. POJAM SUŠENJA DRVETA

Glava XIV USKLADIŠTENJE SUNČEVE ENERGIJE
14.1. NAČINI USKLADIŠTENJE SUNČEVE ENERGIJE
14.2. USKLADIŠTENJE TOPLOTE KOD SOLARNIH SUŠARA

Glava XV SIMULACIJA PROCESA SUŠENJA KORIŠĆENJEM SUNČEVE ENERGIJE
15.1. NAMENA SIMULACIJE
15.2. METODE SIMULACIJE

Glava XVI UPRAVLJANJE SOLARNIM SUŠARAMA I KONTROLA
16.1. STRATEGIJA UPRAVLJANJA PROCESOM SUŠENJA

LITERATURA

PRILOZI

Prilog 1 rešenja solarnih sušara za sušenje drveta
Prilog 2 pojedinačna rešenja solarnih sušara i trend razvoja
Prilog3 definisanje pojmova vezanih za solarno sušenje i sušare
Prilog 4 tabele i dijagrami − termofizičke karakteristike i statika procesa sušenja različitih materijala

Glava I Globalni energijski aspekt

1.1. Energija i oblici energije

Energija (engleski − energy, nemački − Energie) je fizička veličina kojom se opisuje međudejstvo i stanje čestica nekog tela kao i njegovo međudejstvo s drugim česticama ili telima, odnosno sposobnost obavljanja rada. Energija ne može ni nastati, ni nestati već samo prelaziti iz jednog u drugi oblik pa pojmovi kao što su “proizvodnja”, “dobijanje”, “gubici”, “potrošnja”, “skladištenje” i “štednja” energije u fizičkom smislu nisu sasvim korektni, iako su u svokodnevnom govoru nezaobilazni. Jedinica za energiju u Sl sistemu je džul (J), a koristi se i vat − čas (Wh), Uz pojam energije često se koristi pojam snage ili učinak (engleski − power, nemački − Leistung).

To je veličina koja pokazuje koliko je energije pretvoreno u druge oblike, odnosno koliko je rada obavljeno u određenom vremenu. Jedinica za snagu u SI sistemu je vat (W).

Vezano za energiju i procese njene transformacije mogu se definisati sledeći pojmovi: energijske rezerve i resursi, izvori, vrste i oblici energije.

Energijski resursi (engleski − energy resources, nemački − Energie resourcen) su svi izvori na Zemlji, dostupni (postojeći) izvori energije koji mogu biti:

• neobnovljivi ili iscrpivi,
• obnovljivi ili neiscrpivi.

Energijske rezerve (engleski − reserves, nemački − Energiereserven) su samo izvori energije koji se geološki i geografski mogu odrediti i koji se uz postojeće privredne uslove i stanje tehnike mogu korisno valorizovati.

Drugim rečima, energijske rezerve su postojeći, do sada otkriveni i većim delom iskorišćeni izvori (obnovljivi i neobnovljivi), dok su resursi ukupni, na Zemlji raspoloživi izvori.

Izvori energije (engleski − sources, nemački − Energiequelle) su sredstva koja služe za transformaciju energije, odnosno koja su sama neki oblik energije (ugalj, prirodni gas, eleketrična energija, Sunce, vetar itd.).

Goriva (engleski − fuels, nemački − Brennstoffe) su izvori energije u fizičkom, stvarnom smislu (ugalj, nafta, prirodni gas, vodonik, drvo itd.), i mogu biti:

• čvrsta,
• tečna,
• gasovita.

Vrsta energije podrazumeva način na koji se uočava delovanje energije, što je delimično povezano sa njenim izvorima (potencijalna, kinetička, energija vode, vetra, goriva itd.).

Oblici energije obuhvataju izvore i vrste energije, zavisno od njihovog mesta u procesu transformacije:

• primarna,
• sekundarna,
• finalna,
• korisna.

Primarna energija ili primarni izvori energije su izvori koji se dobijaju direktno iz prirode i koji još nisu prošli nijedan proces transformacije i mogu biti:

• fosilni (kameni ugalj, sirova nafta itd.),
• nukleami (uran, torijum itd.),
• obnovljivi (Sunčeva energija, energija vetra, energija vodenih tokova,
• biološkog ili geološkog porekla itd.).

Sekundarna energija ili sekundarni izvori energije su izvori koji su raznim tehničkim procesima transformacije dobijeni iz primarnih (koks, briketi, benzin itd.) kao i oni koji su rezultat obavljanja nekih tehnoloških procesa (izrađeni agens sušenja, kondenzat, para itd.).

Finalna energija su izvori ili vrste energije koji krajnjem korisniku stoje na raspolaganju (toplota, električna struja, razna goriva itd.). Finalnu energiju čine i primarni i sekundarni izvori.

Korisna energija je deo energije koji se dobija nakon oduzimanja svih gubitaka koji nastaju pri procesima dobijanja, prerade (proizvodnje), skladištenja i prenosa primarnih i sekundarnih izvora i transformacije krajnje energije.

Stepen energijskog intenziteta ili energijska efikasnost je tehničko ekonomski pojam koji pokazuje koliko se primarne i sekundarne energije troši po jedinici nacionalnog (društvenog) proizvoda po stanovniku neke države ili područja.

Stepen energijske efikasnosti (transformacije) je tehnički pojam koji pokazuje koliki se udeo primarne ili sekundarne energije može transformisati u korisnu, odnosno koliki su gubici u celom procesu transformacije. Brojno se izražavaju stepenom korisnog dejstva ili stepenom iskorišćenja zavisno od sistema koji se posmatra.

1.2. Obnovljivi izvori energije

Načelno se izvori energije mogu podeliti na:

• neobnovljive,
• obnovljive.

Neobnovljivi ili iscrpivi izvori energije su oni čija je količina na Zemlji konačna i ograničena, iako se ne može odrediti vreme kada će se potpuno iscrpiti. Obuhvataju fosilne i nuklearne izvore (goriva) koji se procesima transformacije troše (iscrpljuju) i više se ne mogu koristiti (ne mogu se obnavljati). Njihova se ukupna količina i vreme u kojem će potrajati ne mogu jednoznačno definisati jer u obzir treba uzeti brojne činioce, pre svega njihovu buduću potrošnju, odnosno potrebu za njima, zatim isplativost i tehničku ostvarivost korišćenja itd.. Nazivaju se klasičnim izvorima energije.

Obnovljivi ili neiscrpivi izvori energije su oni koji su na Zemlji na raspolaganju u neograničenim količinama. lako se procesima transformacije troše, njihove količine se samo privremeno iscrpljuju, odnosno mogu se nadoknaditi ili obnoviti. Nazivaju se alternativnim izvorima energije.

Procena raspoloživih količina obnovljivih izvora energije nije jednostavna što, uostalom, sledi već iz njihovog naziva: ako je nešto neiscrpivo, odnosno ako se njegova količina stalno obnavlja, koliko ustvari onda ima? Zbog toga se govoreći o obnovljivim izvorima, umesto pojmova rezervi i resursa, najčešće koristi pojam potencijala koji može biti:

• teorijski,
• tehnički i
• ekonomski.

Teorijski potencijal obnovljivih izvora označava njihovu fizičku prisutnost, primer Sunčevo zračenje koje upada na Zemljinu površinu ili kinetička energija vetra.

Tehnički potencijal se dobija iz teorijskog kada se uzmu u obzir sva postojeća ograničenja (položaja, tehnička, transformaciona).

Ako se uzmu i ekonomski faktori dobija se ekonomski potencijal, a ako se uporedi sadašnji tehnički potencijal sa pretpostavljenim mogućnostima za iskorišćavanje obnovljivih izvora do 2030. godine, pokazuje se da će nasuprot svemu velike količine verovatno ostati neiskorišćene, tabela 1.1.

Tabela 1.1. Poređenje sadašnjeg tehničkog potencijala nekih obnovljivih izvora energije i mogućnosti za njegovo ostvarivanje do 2030. godine.

Izostavljeno iz prikaza

• Obnovljivi izvor Sadašnji tehnički potencijal, 106tEKU
• Biomasa 6,5
• Vodotokovi 3,2
• Vetar 3,2
• Dubina Zemlje 2,1
• Morske promene 0,04
• Toplota i elektricitet okeana 1,1
• Morski talasi 0,005
• Obnovljivi izvor Moguće iskoristivo do 2030. 10st EKU
• Biomasa 5,5
• Vodotokovi 1,6
• Vetar 1,1
• Dubina Zemlje 0,7
• Morske promene 0
• Toplota i elektricitet okeana 0,5
• Morski talasi 0

Energija se svakako može smatrati osnovom savremenog života. Međutim, očigledno je da procesi njene transformacije i korišćenja nepovratno utiču na okolinu, što znači na sav živi i neživi svet na Zemlji.