مقاله خشک کن خورشیدی همرفت طبیعی برای خشک کردن سبزیجات در استان خوزستان

بخشی از مقاله

چکیده

به منظور بهره گیری از منابع انرژی پاک، کاهش ضایعات سبزیجات و ا فزایش سطح درآمد سبزی کاران، پژوهش حاضر در مرکز تحقیقات کشاورزی و منابع طبیعی خوزستان - بخش تحقیقات فنی و مهندسی - در سال 1389 اجرا گردید. در این تحقیق از خشککن خورشیدی کابینتی با کلکتور شیاری به ابعاد 2×1 متر برای جمع آوری انرژی خورشیدی و تبدیل آن به گرما استفاده شد. . اتاق خشک کنی از محفظه ای عایق دار به ابعاد 100×80×80 سانتیمتر و دارای سه طبقه تشکیل شده بود. لایه های سبزی جهت خشک شدن روی سینیهای مشبک در سه طبقه پهن می شوند. برای جریان بهتر هوا در خشک کن، یک هواکش در بالای اتاق خشک کنی نصب گردید.

عملکرد این خشککن، با خشک کردن سبزی نعناع تحت سه تراکم 2، 3 و 4 کیلوگرم بر متر مربع ارزیابی و با روش مرسوم - خشک کردن در سایه و هوای آزاد - مقایسه گردید. پارامترهای مورد اندازه گیری و ارزیابی شامل زما ن مورد نیاز خشک کردن محصول، روند تغییر رطوبت محصول در طی زمان خشک شدن، اندازهگیری روغنهای اساسی و تعیین معادله رگرسیون روند خشک شدن سبزی نعناع بود. نتایج آزمایش نشان داد که زمان مورد نیاز برای خشک شدن سبزی نعناع در خشککن خورشیدی بسته به تراکم محصول در سی نی ها، 6/5 تا 13/5 ساعت بود. درحالی که در روش مرسوم این زمان حدود 5 روز به طول کشید.

در نتیجهی افزایش تراکم سبزی نعناع در طبقه های خشککن از 2 به 3 و همچنین از 3 به 4 کیلوگرم بر متر مربع، زمان خشک شدن به ترتیب 49 و 43 درصد افزایش یافت. در رابطه با تاثیر قرارگیری سبزی نعناع در طبقه های مختلف خشککن، نتایج نشان داد که در طبقات بالاتر زمان مورد نیاز برای رسیدن به رطوبت نهایی افزایش می یابد. آنالیز رگرسیونی داده ها ی مربوط به زمان خشک شدن نعناع نیز نشان داد که بهترین توصیف ریاضی رابطه بین رطوبت درونی سبزی نعنا ع و زمان خشک شدن معادله نمایی میباشد. نتایج تجزیه واریانس و مقایسه بین میانگین های مقدار روغن های اساسی اندازه گیری شده نشان د اد که تاثیر روش خشک شدن، تراکم محصول در سینی های خشک کن و همچنین مدت زمان انبارداری روی میزان روغنهای اساسی در سطح %1 معنیدار بو د.

کمترین میزان روغنهای اساسی به مقدار 0/16 میلیلیتر بر 100گرم ماده خشک در کمترین تراکم - 2 kg/m2 - و بیشترین آن به مقدار 0/67 میلیلیتر بر 100 گرم ماده خشک در تراکم - 3 kg/m2 - و پس از گذشت 6 ماه از زمان انبارداری به دست آمد نهایتاً. بر اساس نتایج به دست آمد ه، استفاده از انرژی خورشیدی برای خشک کردن سبزیجات برگی به جای روش مرسوم خشک کردن در سایه توصیه گردید . همچنین برای خشک کردن سبزی نعناع در خشک کن خورشیدی با همرفت طبیعی، بهترین تراکم 3 kg/m2 پیشنهاد گردید.

کلمات کلیدی: خشک کن خورشیدی، زمان خشک شدن، معادله رگرسیون ، نعناع، همرفت طبیعی

مقدمه

خشک کردن یک روش مرسوم برای نگهداری مواد غذایی و بسیاری از فرآورده هایی نظیر سبزیجات می باشد . مهمترین مزیت خشک کردن مواد غذایی، کاهش رطوبت درونی آنها تا رسیدن به سطح اطمینان به منظور افزایش عمر انباریٌ آنها می باشد. حذف رطوبت اضافی در مواد غذایی علاوه بر جلوگیری کردن از ضایعات شیمیایی در آن، باعث کاهش هزینه نگهداری و حمل و نقل آن میشود .[Ekechukwa and Norton, 1998]بسیاری از سبزیجات به طور طبیعی فصلی بوده و ممکن است در یک دوره زمانی خاص در یک منطقه ویژه به وفور تولید گشته و عرضه آنها به بازار افزایش یابد. لذا به دلیل فساد پذیر بودن آنها، مقادیر زیادی از سبزیجات در یک دوره زمانی کوتاه از بین می روند.

ضایعات پس از برداشت سبزیجات در اثر کمبود حمل و نقل، نبود زیرساخت های مناسب فرآوری و نگهداری و همچنین مشکلات بازاریابی حدود 30 تا 40 درصد تخمین زده شدهاند. فرآوری سبزیجات می تواند یک نقش حیاتی را در کاهش ضایعات و بالا بردن ارزش آنها داشته باشد که در نتیجه آن، سطح درآمد تولید کنندگان نیز بهبود خواهد یافت .[Ekechukwa and Norton, 1997]توجیه استفاده از خشک کن های خورشیدی آن است که آنها محصولات را سریعتر، به طور یکنواخت و بهداشتی خشک می کنند که مزیت مهمی در صنعت خشک کنی به حساب می آید. همچنین محصولات، در زمان خشک شدن، کاملا از باران، گرد و خاک، حشرات و جانوران محافظت می شوند.

این خشککنها سریعتر از خشک کنی در معرض مستقیم خورشید عمل می کنند و از طرفی قیمت بسیار کمتری نسبت به سیستم های خشک کنی مکانیزه دارند ]باقری و همکاران، 1388 و .[Sebaii et al., 2002انواع مختلف خشک کن های خورشیدی بوسیله محققین مختلف مورد ارزیابی قرار گرفته اند . نتایج نشان دادهاند که اگرچه برای محصولات کشاورزی تجاری، خشککن های خورشیدی با همرفت اجباری کنترل بهتری از هوای خشک کننده تامین می کنند، ولی نیاز به انرژی بیشتری برای عملیات خشک کنی دارند. از این رو خشک کن های خورشیدی با همرفت طبیعی برای خشک کردن مواد غذایی به ویژه وقتی که در لایه نازکی قرار گیرند، توصیه شدهاند .[Esper and Muhlbauer , 1998]

کنترل مراحل خشک کنی در خشک کنهای با همرفت طبیعی مشکل می باشد، زیرا برای کاهش هزینه ساخت آنها، مکانیزم های کنترل ویژه بکار گرفته نمیشود. بهترین راه حل استفاده از هواکشٍ میباشد. هواکش زمان بقای هوای گرم در محفظه خشک کن را تنظیم میکند. نتایج تحقیقات مخلف در این زمینه نشان داده است که اگر هواکش خورشیدی خوب طراحی شود، می تواند علاوه بر افزایش ماندگاری هوای گرم در محفظه خشککن، جریان هوای مورد نیاز و آهنگ خشککنی را افزایش دهد .[Basunai and Abe, 2001]پنگاوان و همکاران [2002] یک خشک کن خورشیدی با همرفت طبیعی را مورد ارزیابی قرار دادند .

در این تحقیق، آنالیز کیفی روی انگور خشک شده نشان داد که خشک کردن سنتی در سایه و در معرض خورشید به ترتیب 15 و 7 روز نیاز داشت، در صورتی که استفاده از خشک کن خورشیدی در همان شر ایط تنها 4 روز به طول انجامید و کیفیت محصول نیز بهتر بود.[Pangavhane, et al., 2002] همچنین سباعی و همکاران [2002] پس از خشک کردن آزمایشی محصولات مختلف نظیر گوجه فرنگی، انگور، انجیر، نخود سبز و پیاز با خشک کن خورشیدی همرفت طبیعی، گزارش دادند که کیفیت محصولات خشک شده در مقایسه با خشک کردن در معرض خورشید بسیار بهتر بود .[Sebaii et al ., 2002]

به طور مشابه قبا و همکاران [2006] نیز یک خشک کن خورشیدی با همرفت طبیعی ارزان قیمت را طراحی کرده و ساختند. آنها با خشک کردن قطعات سیب زمینی، موز و انبه آزمایش های متعددی روی این خشک کن انجام دادند. نتایج نشان داد که کارآیی حرارتی خشک کن جدید بر اساس انتقال گرما و جرم تحت تاثیر تابش خورشید در مقایسه با خشک کردن در معرض تابش مستقیم خورشید بسیار بالاتر بود .[Ghaba et al., 2006] در استان خوزستان نیز با توجه به بالا بودن ر وزهای آفتابی در سال و پایین بودن ارتفاع بسیاری از نقاط به نظر میرسد که انرژی خورشیدی جایگزین مناسبی برای سوخت های فسیلی بوده و لازم است در زمینه راه های استفاده از آن تحقیق و مطالعه بیشتری صورت گیرد .

در استان خوزستان سالانه هزاران تن انواع سبزیجات تولید میگردد که اغلب به صورت تازه و با قیمت پایین به بازار عرضه شده و به دلیل عمر انباری کم، ضایعات بالایی دارند. از طرفی تحقیقات مختلف نشان داده اند که خشک کردن با خشک کن های خورشیدی نه تنها کم هزینه و به صرفه می باشد، بلکه محصولات خشک شده با این روش دارای کیف یت بالاتر و بهداشتی تر است. بهرهوری بالاتر از انرژی خورشیدی در خشک کردن یک محصول خاص، مستلزم استفاده از روش و سیستم های مناسب برای شرایط اقلیمی در هر منطقه می باشد. لذا به منظور استفاده بهینه با بهره وری بالاتر از مزایای انرژی خورشیدی در خشک کردن سبزیجات زمستانه در استان خوزستان، اجرای پژوهش حاضر با هدف بهره گیری از منابع انرژی پاک، کاهش ضایعات سبزیجات و افزایش سطح درآمد سبزی کاران منطقه توصیه گردید.

مواد و روشها

در تحقیق حاضر از خشککن خورشیدی کابینتی با کلکتور شیاری به ابعاد 2×1 متر برای جمع آوری انرژی خورشیدی و تبدیل آن به گرما استفاده شد . اتاق خشک کنی از محفظه ای عایق دار به ابعاد 100×80×80 سانتیمتر و دارای سه طبقه تشکیل شده بود . لایه های سبزی جهت خشک شدن روی سینیهای مشبک در سه طبقه پهن می شوند. برای جریان بهتر هوا در خشککن، یک هواکش در بالای اتاق خشککنی نصب گردید . این هواکش با جریان هوای محیط گردش کرده و عبور هوای گرم از میان محصول خشک شونده را تقویت می نماید . پس از تکمیل مراحل ساخت، کلیه قسمتهای خشککن روی قاب اصلی نصب گردیدند - شکل. - 1

به منظور اندازه گیری و ثبت دما و رطوبت هوا برای هر مدت زمانی دلخواه در قسمت های مختلف خشک کن، دستگاه داده بردار دیجیتال ساخته و روی خشک کن خورشیدی نصب گردید . این دستگاه از دو قسمت دستگاه کنترل مرکزی و اندازه گیرها تشکیل شده است. وظیفه دستگاه کنترل مرکزی، راه اندازی و کنترل اندازه گیرها و ثبت اطلاعات اندازه ×گیری شده توسط اندازه گیر ها میباشد . اندازه گیرها شامل حسگرهای دیجیتالی دقیقی هستند که با دقت بالایی دما و رطوبت محیط را اندازه گیری می کنند. تعداد اندازه گیرها محدودیتی نداشته و به تعداد مورد نیاز می توان به دستگاه کنترل مرکزی متصل نمود.

در تحقیق حاضر تعداد 6 عدد اندازه گیر در نقاط مختلف خشککن از جمله ورودی و خروجی کلکتور، اتاق خشککنی و خروجی خشککن نصب گردید.
عملکرد این خشک کن، با خشک کردن سبزی نعناع ارزیابی شد . پارامترهای مورد اندازه گیری و ارزیابی شامل زمان مورد نیاز خشک کردن محصول، روند تغییر رطو بت محصول در طی زمان خشک شدن، اندازهگیری روغنهای اساسی و تعیین معادله رگرسیون روند خشک شدن سبزی نعناع بود. در کلیه تیمارها، محصول خشک شونده تا