بخشی از مقاله
چکیده
بسیاری از محصولات کشاورزی از جمله برنج، نسبت به تغییرات حرارتی در طی عملیات برداشت، تبدیل و انبارداری حساس میباشند. بدین جهت شناخت خواص حرارتی محصول در طراحی سیستمها و تجهیزات مناسب برای فرایندهای ذکر شده نقش حیاتی دارد تا ضمن استفاده صحیح از حرارت موجود، مانع آسیب به دانه و بروز ضایعات کشاورزی گردد. از اینرو ضریب انتشار حرارتی t بهعنوان یکی از خصوصیات مهم بیوفیزیکی در برنج انتخاب و برای تعیین روی سه رقم طارم، جلودار و فجر مورد آزمایش و اندازهگیری قرار گرفت. آزمایشات بر اساس روش مستقیم دیکرسون در سه دمای 60، 70 و 80 درجه سلسیوس انجام و نتایج حاصله بیانگر افزایش خطی ضریب انتشار حرارتی به نسبت با افزایش دما میباشد.
.1 مقدمه
برنج یکی از مهمترین محصولات کشاورزی دنیا میباشد و بعد از گندم جایگاه دوم را از نظر تولید سالانه به خود اختصاص میدهد و بواسطه داشتن کربوهیدرات بالا، چربی کم و غنی از پروتئینها، ویتامینها و مواد معدنی، غذای اصلی و اساسی برای نیمی از مردم جهان است. طبقه بندیهای مختلفی بر اساس خصوصیات کمی و کیفی برای این محصول استراتژیک در نظر گرفتهاند همانگونه که خواص کمیتی چون عملکرد مزرعهای جزء شاخصههای ارقام مختلف میباشد، نوع و مقدار ترکیبات تشکیل دهنده برنج، خصوصیات کیفی آن را تعیین میکند.
توجه به این امر ضروری است که تغییر در ترکیبات برنج بر خصوصیات کیفی آن تاثیر میگذارد که یکی از این تاثیرات، تغییر در ضریب انتشار حرارتی و چگونگی جذب و دفع حرارت توسط دانه برنج و شلتوک میباشد
محصولات کشاورزی در طی فرآوری و حین اجرای عملیاتی چون نگهداری قبل از فرآوری، خشک کردن، نگهداری پس از فرآوری تحت فرآیندهایی که متضمن کاهش یا افزایش دما باشد قرار میگیرند
انتقال حرارت، عملیات واحد در فرآوری بسیاری از محصولات است. برای مثال میتوان به پاستوریزه کردن شیر و آبمیوهها، انجماد مواد غذایی، خنک کردن میوهها و سبزیجات برای انتقال و انبارداری آنها و استرلیزه کردن مواد غذایی کنسرو شده اشاره کرد. انتقال حرارت همچنین یک عملیات اساسی در تامین انرژی برای تبخیر سازی در خشک کردن میباشد
ضریب انتشار حرارتی یک ماده بستگی به ترکیبات آن - ازجمله مقدار آب - ، ساختار و درجه حرارت دارد. اطلاع از میزان ضریب انتشار حرارتی محصولات کشاورزی و مواد غذایی برای طراحی و بهینهسازی فرایند انتقال حرارت در حالت ناپایدار ضروری است.
.2 تئوری و پیشینه تحقیق
ضریب انتشار حرارتی که در اصطلاح به آن t میگویند را می توان با دانستن مقدار هدایت حرارتی، ظرفیت گرمای ویژه و جرم حجمی محصول بدست آورد ولی این روش ها در کل با خطاهای همراه است که همان استفاده از روش دیکرسون مناسب ترین روش برای محاسبه ضریب انتشار حرارتی می باشد
روش های انتقال حرارت شامل هدایت، جابجایی و تشعشع می باشد که این روشها با یکدیگر شباهتهایی دارند:
-1 اختلاف دما باید وجود داشته باشد -2 گرما همیشه در جهت کاهش دما انتقال یابد
مطالعات بسیاری در زمینه انتقال حرارت، محاسبهی گرمای ویژه و ضریب انتشار حرارتی در محصولات کشاورزی صورت پذیرفته است که عمدتاً بر اساس یکی از دو روش اختلاط و روش دیکرسون استوار است. آزمایشات مربوطه به خواص حرارتی در روش دیکرسون در محدوده دمایی 60 تا 80 درجه سلسیوس انجام میشود
در روش دیکرسون و بهمنظور اندازهگیری ضریب انتشار حرارتی در اکثر محصولات کشاورزی از یک دستگاه استوانهای شکل یک بعدی برای پایدار ماندن انتقال حرارت در تمام ابعاد آن استفاده میشود. این سیستم بهصورت دو استوانه با رسانش گرمایی بالا که در مرکز آن یک منبع حرارتی واقع در حمام آب است، تشکیل شده است که در این روش تغییرات دمای ماده مورد نظر که در داخل یک استوانه قرار داده شده را نسبت به زمان در طی یک انتقال حرارت گذرا ثبت میکنند سپس با تعیین شیب منحنی دما در مقابل زمان با استفاده از رابطه زیر ضریب انتشار حرارت را میتوان محاسبه کرد:
که در این رابطه - S - زمان، - R - قطر استوانه ، - - دمای مرکز استوانه حاوی ماده مورد آزمایش و - - دمای بدنه استوانه میباشند.
هانگ و همکاران - 2009 - نشان داده اند که هدایت حرارتی، ضریب انتشار حرارتی و گرمای ویژه با افزایش دما و درصد آب موجود در ماده افزایش یافته و جرم حجمی با افزایش دما و درصد آب موجود در ماده کاهش می یابد
مارشون و همکارن - 2001 - به روش دیکرسون و دستگاه استوانه ثابت برای تعیین ضریب انتشار حرارتی نوعی پنیر و همچنین کی و همکاران - 2002 - برای غذای حیوانات خانگی به همین روش استفاده کردهاند
در مطالعه دیگری مارکوفسکی و همکاران - 2004 - با استفاده از دمای سطح ماده و راه حل های تحلیلی، ضریب انتشار حرارتی در نوعی از سوسیس را گزارش کردهاند . - 11 - همچنین فریک و همکاران - 2008 - به کمک روش توابع انتقال حرارت از نمودار زمان-دما و نیز درجه حرارت در مرکز هندسی آن مواد، به تعیین ضریب انتشار حرارت غذاها پرداختند
.3 مواد و روشها
در این تحقیق از 3 رقم شلتوک به نامهای طارم - از ارقام دانه متوسط - ، جلودار و فجر - از ارقام برنج دانه بلند - که از سطح مزارع زیر کشت شهرستان آمل برداشت شده بودند استفاده گردید. رطوبت اولیه نمونهها در شروع آزمایش 21 ±1 درصد بوده است. برای اندازه گیری وزن نمونهها از ترازوی دیجیتال مدل - - AND-ek - شکل - 1 با دقت اندازهگیری 0/01 گرم استفاده و برای تعیین رطوبت موجود در دانه شلتوک از رطوبتسنج دیجیتالی مدل - - Jmk-308-korea - شکل - 2 که به روشی مقیاس درصد رطوبت وزنی میباشد استفاده گردید.
شکل - : - 1 ترازو دیجیتال
شکل - : - 2 دستگاه رطوبت سنج دیجیتال
در این آزمایش برای بدست آوردن ضریب انتشار حرارت و تغییرات دمایی نمونه در طی مدت زمان آزمایش از دستگاه αt استفاده شده است - شکل . - 3 اساس این دستگاه بر مبنای آنچه - 4 - از یک ترمومتر - hand held digital thermometer - بهمنظور سنجش دمای آب موجود در دستگاه و یک همزن برای یکنواخت کردن دما در حمام آب و یک هیتر برای تولید حرارت در آب میباشد، تشکیل شده است. روی دستگاه دو کلید تنظیم برای دمای ترموستات - دمای انتخابی حمام آب - و دمای لحظهایی تعبیه گردید. این دستگاه شامل محفظه استوانهای با ارتفاع 118 میلیمتر و شعاع داخلی 32/86 میلیمتر برای قرار گرفتن ظرف حاوی نمونه میباشد که ارتفاع نمونه در داخل استوانه 30/54 میلیمتر میباشد و استوانه به اندازه 78/45 میلیمتر در داخل حمام آب فرو میرود.
جهت بهدست آوردن دمای لحظهای نمونههای این محفظه، سنسور دستگاه ترمومتر دیجیتال - شکل - 4 داخل این استوانه و در تماس با نمونههای شلتوک قرار داده شد.
شکل - : - 3 دستگاه اندازهگیری انتشار حرارتی
شکل - : - 4 دستگاه ترمومتر دیجیتال
