РОЗДІЛ 2
ВИКЛАД ЗАГАЛЬНОЇ МЕТОДИКИ
ТА ДОСЛІДЖЕННЯ НА МАТЕМАТИЧНИХ МОДЕЛЯХ
2.1. Загальна методика
2.1.1. Відмова від традиційних методів вилучення сусла. Зусиллями наукової групи професора О.О. Преображенського та його учнями у 80-х роках минулого століття було створено перші зразки щокових пресів [50]. Такі преси в наші часи використовують на винзаводах Молдови, України, Болгарії і навіть Франції. Аналіз роботи цих пресів показує, що вони мають високу надійність у роботі, велику продуктивність і дозволяють отримувати сусло з малою концентрацією зважених часточок та екстрактивних речовин порівняно з існуючими пресами та стікачами, які виготовляють на Україні та за її межами [56].
При створенні цих принципово нових пресів було досліджено та випробувано багато пресів різних конструкцій як за формою робочих органів, так і геометричними розмірами робочого простору [28]. Незмінними залишилися вертикальна клинова шахта з однією рухомою стінкою та вигрузний шнек, який було розташовано внизу шахти для видалення частково відчавленної м'язги.
Пройшло біля двадцяти років від часу випробувань пресів нового принципу дії, тобто строк достатній для того, щоб говорити про дієздатність нового напрямку вилучення сусла з винограду. Проте, цілком впевнено можна говорити про те, що, за такий строк не вдалося розробити досконалу теорію роботи цих пресів, вивчити їх технологічні можливості і відпрацювати досконалу конструкцію нових за принципом дії пресів.
Практично в нашій промисловості використовують два способи відокремлення сусла із винограду. Перший спосіб, так звана переробка за "білим" способом полягає у тому, що виноград подрібнюють, відокремлюють гребінці, перекачують м'язгу і відокремлюють сусло спочатку у стікачах, а потім у віджимних шнекових пресах.
Другий спосіб полягає в тому, що виноград подрібнюють, відокремлюють гребінці, перекачують м'язгу у резервуари для бродіння, або настоювання і тільки після цієї операції відокремлюють сусло.
Раніше в нашій країні використовували корзиночні преси, в яких здійснювали вилучення сусла безпосередньо із гронів винограду без перетворення його у м'язгу. Такий спосіб використовують і тепер у Франції при виготовленні шампанських вин. Преси, які там використовують мають невелику продуктивність і тому в нашій країні в минулі часи від них відмовились. Фактично цей третій спосіб переробки винограду у нас не використовували тому, що ці преси були малопродуктивні. Тільки при використанні щокових пресів великої продуктивності з'явилася можливість відновити спосіб вилучення сусла безпосередньо із гронів винограду і тим самим забезпечити умови виготовлення шампанських вин високої якості. Щокові преси мають низку переваг порівняно з корзиночними пресами, але тому що в них закладено нові принципи вилучення сусла, головний з яких є зсувні явища при малих значеннях енергетичної дії, які ще досконало не вивчені, потрібні наукові дослідження і розробка нових конструктивних рішень. Необхідне створення теоретичних основ процесів вилучення сусла у нових пресах, створення основ розрахунків та його оцінка в економічному плані.
2.1.2. Руйнування окремих ягід та деформація маси винограду. Виноградне гроно складається з гребінця і ягід, які прикріплені на плодоніжках. Більша частина соку кращої якості зосереджена у м'якоті. Механічна міцність клітин ягоди неоднакова [1, 4, 11, 56, 85, 86, 88, 89, 90]. Клітини м'якоті найбільш великі за розміром і міцність їхня найменша. При розриванні шкірки сік починає поступово витікати із ягоди, при цьому структурні елементи ягоди (стінки клітин, судини, насіння та інші часточки більшої міцності) залишаються всередині пошкодженої ягоди ? це ідеальний стікач розмірами з ягоду [56]. При повільному витіканні соку створюють такий тиск, при якому відбувається тільки послідовне руйнування наступних клітин ягоди без вичавлювання твердих елементів. Такі найпростіші досліди дозволяють вважати, що такий режим вилучення сусла з винограду є найбільш сприятливим для підвищення якості сусла, та зменшення енергетичних витрат. При наступних стисканнях, які супроводжують зсувні явища, з ягоди вичавлюють тверді структурні елементи, руйнують більш міцні клітини, які знаходяться у ягоді [56]. Якість сусла при цьому змінюється. Хімічний склад та наявність твердих часточок у суслі вказують на погіршення його якості.
При деформуванні маси грон винограду умови деформування змінюються. Кожна ягода опиняється у оточенні інших ягід та гребінців. Нашими попередниками були проведені досліди [56] з руйнування ягід при всебічному стисканні у рідині при збільшенні тиску. При такому стисканні ягід практично розчавити їх неможливо. Ягоди тільки стискаються за рахунок того повітря, що є в них. Ягоди можна зруйнувати тільки при наявності зсувних процесів (деформацій). Це положення підтверджує досвід експлуатації корзиночних пресів, у яких пресування відбувається тільки до ущільнення маси, у якій ще є цілі ягоди. Потрібно розпушити масу, щоб у ній з'явилися пустоти і умови для виникнення зсувних деформацій [56].
Умови пресування винограду у щоковому пресі докорінно відрізняються від корзиночних пресів. У цих пресах безперервно відбуваються зсувні процеси. Завданням наших досліджень є встановлення оптимальних параметрів цих процесів, які залежать від діючих сил, геометричних параметрів робочого простору та робочих органів, швидкості деформування та тривалості процесу.
2.1.3. Використання при дослідженнях теорії ліній ковзання при зсуві. При вивченні процесу циклічного пресування грон винограду у відкритому просторі щокового преса однією з провідних умов оптимізації є забезпечення рівномірного деформування сировини у всьому робочому просторі. Кожна ягода, яка пройшла через робочий простір повинна зазнати механічної дії однакової інтенсивності на протязі однакової тривалості процесу. Ці вимоги не допускають наявності у робочій зоні застійних ланок або вільного проходження без руйнування.