Designing integrated corrugated paperboard packaging systems for enhanced cold treatments.
Date
2024-02
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Stellenbosch : Stellenbosch University
Abstract
ENGLISH ABSTRACT: South Africa is the world's second-largest citrus exporter, and heavily relies on citrus packaging for efficient transportation, protection, and cooling of its produce across the global supply chain. Currently, the South African citrus industry is grappling with stringent phytosanitary cooling regulations, which are exerting considerable pressure on its cold storage infrastructure. The effectiveness of cooling processes is deeply influenced by the design of packaging systems. However, there is a notable lack of a simple, systematic approach to characterising these packaging designs. In response to this challenge, this study introduces a robust method to evaluate airflow resistance in fruit packaging systems, incorporating a circuit model perspective. This innovative approach, which assesses both the overall system and its individual components, offers a practical tool for industry stakeholders. It allows for the effective evaluation and comparison of new packaging designs against existing on(S and provides detailed insights into the impact of each component, within the packaging. This circuit model-based method meets the citrus industry's need for a measurable parameter that helps select market-specific packaging. This packaging must not only adhere to the unique phytosanitary and cold treatment standards for export but also alleviate the stress on the limited cold storage facilities. The circuitry model approach was applied using numerical simulations on a conceptual basis and validated using experimental data. The process then followed experimental characterisations. A survey of the industry was performed, whereafter the pallet stack is described in terms of its ventilation to capture the effect of changing the design quantitatively and resistance to airflow. New carton designs were recommended based on their lower resistance to airflow values, which would allow fruit to cool faster, and increase the throughput of the fruit. It was found that the circuitry model could be adequately used to predict the performance of a full pallet based on the comprised components, such as using the resistance of a layer of the pallet stack. This innovative method could be used in the future to rapidly develop new designs that could optimise the performance testing, and performance of a pallet stack in terms of its resistance to airflow (RTA). The RTA was found to be a good metric for which the standardisation of the performance of pallet stacks using common packaging designs could be found. In addition, the RTA was found to be favourable in terms of the South African context of providing fruit that meet quality and phytosanitary expectations for export markets. The study thus provides an initial performance baseline for the industry's two most commonly exported carton designs, with respect to their components and the whole pallet stack.
AFRIKAANSE OPSOMMING: Suid-Afrika is die wöreld se tweede grootste sitrusuitvoercler, en maak sterk staat op sitrusverpakking vir doeltreffende vervoer, beskerming en verkoeling van sy produkte oor die wöreldwye voorsieningsketting. Tans worstel die Suid-Afrikaanse sitrusbedryf met streng fitosanitére verkoelingsregulasies, wat aansienlike druk op sy koelberging- infrastruktuur uitoefen. Die doeltreffendheid van verkoelingsprosesse word diep beinvloecl deur die ontwexp van vexpakkingstelsels. Daar is egtex 'n noemenswaarclige gebrek aan 'n eenvoudige, sistematiese benadexing om hierdie verpakkingsontwerpe te karakteriseer. In reaksie op hierdie uitdaging stel hierdie studie 'n robuuste metocle bekend om lugvloeiweerstand in vrugteverpakkingstelsels te evalueer, wat 'n kringmodelperspdctief insluit. Hierdie innoverende benadexing, wat beide die algehele stelsel en sy individuele komponente beoordeel, biecl 'n praktiese hulpmiddel vir bedryfsbela.nghebbencles. Dit maak voorsiening vir die effektiewe evaluering en vergelyking van nuwe verpakkingsontwerpe met bestaandes en verskaf gecletailleerde insigte in die impak van elke komponent binne die verpakking. Hierclie stroombaanmodel-gebaseexcle metode voldoen aan die sitrusbedryf se behoefte aan 'n meetbare parameter wat help om markspesifieke verpakking te kies. Hierdie verpakking moet nie net aan die unieke fitosanitöre en kouebehandelingsta.ndaarde vir Ilitvoer voldoen nie, maar 00k die stres op die beperkte koelopbergingsfasiliteite verlig. Die stroombaanmodelbenadering is toegeluus deur gebruik te maak van numeriese simulasies op 'n konseptuele basis en met behulp van eksperimentele data bekragtig. Die proses het claarna eksperimentele karaktexisering gevolg. 'n Opna.me van die industrie is gedoen, waarna die paletstapel beskryf word in terme van sy ventilasie om die effek van kwantitatiewe verandering van die ontwerp en weerstand teen lugvloei vas te 10. Nuwe kartonontwerpe is aanbeveel op grond van hul laer weerstand teen lugvloeiwaarcles, wat vrugte vinniger laat aflcoel en die cleurset van die vrugte verhoog. Daar is gevind dat die stroombaanmodel voldoende gebruik kan word om die werkverrigting van 'n volle palet te voorspel gebaseer op die saamgestelde komponente, soos die gebruik van die weerstancl van 'n laag van die paletstapel. Hierdie innoverende metocle kan in die toekoms gebruik word om vinnig nuwe ontwerpe te ontwikkel wat die prestasietoetsing en we.rkverrigting van 'n paletstapel kan optimeex in terme van sy weerstand teen lugvloei (RTA). Daar is gevind dat die RTA 'n goeie maatstaf is waarvoor die standaardisering van die werlwerrigting van paletstapels met behulp van algemene verpakkingsontwerpe gevind kon word. Daarbenewens is bevind dat die RTA gunstig is in terme van die Suid-Afrikaamse konteks van die verskaffing van vrugte wat aan kwaliteit en fitosanitöre verwagtinge vir uitvoermarkte volcloen. Die studie verskaf dus 'n aanvanklike prestasiebasislyn
AFRIKAANSE OPSOMMING: Suid-Afrika is die wöreld se tweede grootste sitrusuitvoercler, en maak sterk staat op sitrusverpakking vir doeltreffende vervoer, beskerming en verkoeling van sy produkte oor die wöreldwye voorsieningsketting. Tans worstel die Suid-Afrikaanse sitrusbedryf met streng fitosanitére verkoelingsregulasies, wat aansienlike druk op sy koelberging- infrastruktuur uitoefen. Die doeltreffendheid van verkoelingsprosesse word diep beinvloecl deur die ontwexp van vexpakkingstelsels. Daar is egtex 'n noemenswaarclige gebrek aan 'n eenvoudige, sistematiese benadexing om hierdie verpakkingsontwerpe te karakteriseer. In reaksie op hierdie uitdaging stel hierdie studie 'n robuuste metocle bekend om lugvloeiweerstand in vrugteverpakkingstelsels te evalueer, wat 'n kringmodelperspdctief insluit. Hierdie innoverende benadexing, wat beide die algehele stelsel en sy individuele komponente beoordeel, biecl 'n praktiese hulpmiddel vir bedryfsbela.nghebbencles. Dit maak voorsiening vir die effektiewe evaluering en vergelyking van nuwe verpakkingsontwerpe met bestaandes en verskaf gecletailleerde insigte in die impak van elke komponent binne die verpakking. Hierclie stroombaanmodel-gebaseexcle metode voldoen aan die sitrusbedryf se behoefte aan 'n meetbare parameter wat help om markspesifieke verpakking te kies. Hierdie verpakking moet nie net aan die unieke fitosanitöre en kouebehandelingsta.ndaarde vir Ilitvoer voldoen nie, maar 00k die stres op die beperkte koelopbergingsfasiliteite verlig. Die stroombaanmodelbenadering is toegeluus deur gebruik te maak van numeriese simulasies op 'n konseptuele basis en met behulp van eksperimentele data bekragtig. Die proses het claarna eksperimentele karaktexisering gevolg. 'n Opna.me van die industrie is gedoen, waarna die paletstapel beskryf word in terme van sy ventilasie om die effek van kwantitatiewe verandering van die ontwerp en weerstand teen lugvloei vas te 10. Nuwe kartonontwerpe is aanbeveel op grond van hul laer weerstand teen lugvloeiwaarcles, wat vrugte vinniger laat aflcoel en die cleurset van die vrugte verhoog. Daar is gevind dat die stroombaanmodel voldoende gebruik kan word om die werkverrigting van 'n volle palet te voorspel gebaseer op die saamgestelde komponente, soos die gebruik van die weerstancl van 'n laag van die paletstapel. Hierdie innoverende metocle kan in die toekoms gebruik word om vinnig nuwe ontwerpe te ontwikkel wat die prestasietoetsing en we.rkverrigting van 'n paletstapel kan optimeex in terme van sy weerstand teen lugvloei (RTA). Daar is gevind dat die RTA 'n goeie maatstaf is waarvoor die standaardisering van die werlwerrigting van paletstapels met behulp van algemene verpakkingsontwerpe gevind kon word. Daarbenewens is bevind dat die RTA gunstig is in terme van die Suid-Afrikaamse konteks van die verskaffing van vrugte wat aan kwaliteit en fitosanitöre verwagtinge vir uitvoermarkte volcloen. Die studie verskaf dus 'n aanvanklike prestasiebasislyn
Description
Thesis (MEng)--Stellenbosch University, 2024.