بخشی از مقاله
چکیده
خشک کردن مواد حدود ده درصد از کل انرژی مصرفی در صنایع غذایی را به خود اختصاص می دهد. مصرف زیاد انرژی در صنعت خشک کردن مواد غذایی، آنرا به مهمترین عملیات صنعتی تبدیل کرده است. بنابراین یکی از مهمترین چالشها در صنایع تولید خشکبار، کاهش انرژی برای تولید محصولات خشک با کیفیت مطلوب می باشد. در تحقیق حاضر توزیع دما و شار گرمایی در خشک کردن هویج با استفاده از نرمافزار Abaqus بررسی شد. خشک کردن در دمای 50 درجهی سانتیگراد بر روی یک قطعهی مکعبی هویج به ابعاد 4 میلی متر به دو صورت مداوم و متناوب انجام شد. حرارتدهی متناوب، به مدت 210 ثانیه، به صورت 30 ثانیه حرارتدهی و سپس 30 ثانیه توقف و حرارت دهی مداوم به مدت 120 ثانیه انجام شد. در پایان، پروفیلهای توزیع تغییر دما و شار گرمایی در قطعه و همچنین نمودارهای توزیع در مرکز وجوه و مرکز مکعب تهیه شد. نتایج نشان داد که حداکثر تغییرات دما در هر دو روش، در نزدیکی لبههای مکعب و در گوشههای تیز بود و در زمان حرارتدهی، یک روند افزایشی نسبتاً خطی را داشت. توزیع شار گرمایی در هر دو روش، رفتاری مشابه داشته و حداکثر شارش گرمایی در گوشههای مکعب و سپس در نزدیکی لبهها و بعد از آن در نواحی میانی وجوه رخ داد. نتایج به دست آمده به طور کیفی با نتایجی که توسط محققین در آزمایشات تجربی گزارش شد، تفاوت داشت. مهمترین منبع خطا، عدم تغییر شار گرمایی سطحی - Surface Heat Flux - متناسب با تغییرات دما در قطعه بود.
واژه های کلیدی: انرژی، خشک کردن، دما، شار گرمایی، هویج.
مقدمه
در سالهای اخیر خشک کردن مواد غذایی به منظور نگهداری آنها برای مصرف خشک و نیز به عنوان عملیات حد واسط در پروسههای صنایع غذایی به طور گستردهای کاربرد دارد . - Smith, 2007 - میوهها و سبزیجات تازه به واسطه افزایش یافتن محتوای رطوبتی، به طور جدی در معرض فساد قرار دارند. خشک کردن، بهترین راه برای به حداقل رساندن ضایعات آنها می باشد و نیز به واسطه کمتر شدن وزن و حجم محصولات خشک، بسته بندی و حمل و نقل آن آسانتر و ارزانتر می شود . - Stanislawski, 2005 - خشک کردن در عمل، فرآیندی است که انرژی ورودی بسیاری را به دلیل وجود گرمای نهان تبخیر آب و بازده نسبتا کم خشک- کنهای صنعتی، نیاز دارد . - Syahrul, 2009 - خشک کردن مواد حدود ده درصد از کل انرژی مصرفی در صنایع غذایی را به خود اختصاص می دهد . - Smith, 2007 - مصرف مقادیر زیاد انرژی در صنعت خشک کردن مواد غذایی، آنرا به پر مصرف ترین عملیات و با اهمیت زیاد صنعتی تبدیل کرده است . - Aghbashlo et al., 2009 - بنابراین یکی از مهمترین چالشها در صنایع تولید خشکبار، کاهش هزینه منابع انرژی برای تولید محصولات خشک با کیفیت مطلوب می باشد. از این رو تحلیل موثر ترمودینامیکی برای خشککنها، با هدف صرفه جویی در مصرف انرژی و بهینه سازی متغیرهای فرآیند، لازم و ضروری می باشد - Syahrul,. - 2009
اخیراً مطالعات متعددی در زمینه تحلیل انرژی در خشک کردن مواد غذایی انجام شده است - Aghbashlo et al., 2009; . - Akbulut and Durmus, 2010; Celma and Cuadros, 2009 حمیدخانی و همکاران - 1389 - فرآیند خشک کردن پسته را با حرارت دادن متناوب و مقایسه با حرارتدهی مداوم، بهینه سازی کردند. ناز قلیچی و همکاران - 1389 - انرژی و اکسرژی سیستم در یک خشککن بستر سیال آزمایشگاهی را بر روی هویجهای مکعب شده مورد تحلیل قرار دادند. با توجه به اهمیت موضوع و بحران انرژی، هدف تحقیق حاضر، تحلیل نرمافزاری توزیع تغییرات دما و انرژی - شار گرمایی - در فرآیند خشک کردن هویج بود.
مواد و روش ها
مشخصات نمونهی مورد آزمون
یک قطعه از جنس هویج به ابعاد 4*4*4 میلیمتر مکعب برای فرآیند حرارتدهی و انجام تحلیلها در نظر گرفته شد - نازقلیچی و همکاران، . - 1389 جدول 1، مشخصات نمونه را نشان میدهد که از خواص فیزیکی مربوط به هویج اتخاذ شد - Stroshine,
شرایط آزمون
دمای هوای ورودی برابر 50 درجهی سانتیگراد - نازقلیچی و همکاران، 1389؛ حمیدخانی و همکاران، - 1389، دمای محیط برابر 25 درجهی سانتیگراد - نازقلیچی و همکاران، - 1389 و سرعت هوای ورودی برابر 1,2 متر بر ثانیه - حمیدخانی و همکاران، - 1389 در نظر گرفته شد. با توجه به دما و سرعت هوای ورودی، ابتدا باید آرام بودن یا اجباری بودن انتقال حرارت تعیین گردد. محاسبات مربوط به این امر به صورت زیر انجام شد : - Holman, 1943 -
