بخشی از مقاله
چکیده
خشک کردن مواد غذایی یکی از قدیمی ترین روشهای نگهداری آنهاست. از آنجایی که برای خشک کردن محصولات از سوخت های فسیلی استفاده می شود . اما در سال های اخیر با توجه به آلودگی های زیست محیطی ناشی از مصرف بیش از حد از سوخت های فسیلی و قوانین بازدارنده در استفاده بیش از حد از این سوخت ها ، باعث شده که برای خشککردن محصولات کشاورزی، استفاده از انرژی خورشیدی متداول شده است. ولی انرژی خورشیدی در هنگام شب و روزهای ابری در دسترس نبوده و قابل استفاده نسیت. لذا ذخیره انرژی حرارتی در طول ساعات آفتابی و استفاده از آن در طول شب میتواند روشی کارآمد در استفاده از انرژی خورشید و کاهش مصرف بخشی از سوخت های فسیلی باشد.
در این تحقیق به منظور ذخیره انرژی حرارتی خورشید از آب و خاک رس به عنوان مواد ارزان قیمت ذخیره کننده حرارت استفاده شد. برای این کار ابتدا یک سیستم ذخیره حرارت در محفظه خشک کن طراحی و ساخته شد. سپس گرمای مازاد بر نیاز خشک شدن محصول - گیوی - درلولههای حاوی آب یا خاک رس در طول روز توسط - سیستم ذخیره کننده - کلکتور خورشیدی ، ذخیره شد. نتایج این تحقیق نشان داد که آب می تواند نسبت به خاک رس و لوله خالی حرارت بیشتری در خود ذخیره کند . و این حرارت را در مدت زمان بیشتری هنگامی که تابش خورشیدی وجود ندارد به خشک کن پس دهد. و درصد رطوبت لایه های گیوی خشک شده، وقتی که از آب به عنوان منبع ذخیره ساز حرارت استفاده شود به رطوبت معقول 25 درصد رسید.
. 1 مقدمه
اهمیت اقتصادی توسعه صادرات میوه جات خشک شده، توزیع نامناسب منابع غذائی و انواع محصولات کشاورزی، فصلی و منطقهای بودن تولید بسیاری از محصولات در جهان از جمله دلایل اهمیت خشک کردن میوه جات میباشد. خشک کردن مواد غذایی یکی از قدیمی ترین روشهای نگهداری آنهاست. با کاهش مقدار رطوبت مواد غذایی ، امکان فساد میکروبی آن از بین می رود و وزن و حجم آن نیز به مقدار زیادی کاهش می یابد . از طرفی فرایند خشک کردن از لحاظ مصرف انرژی یکی از پرهزینه ترین عملیات پس از برداشت در کشاورزی است که امروزه منبع اصلی تامین انرژی مورد نیاز، سوخت های فسیلی هستند که در آینده ای نه چندان دور به اتمام خواهند رسید. [4 ]
در این میان با توجه به معایب مصرف سوختهای فسیلی جهت خشک کردن مواد غذایی و محصولات کشاورزی و قوانین بازدارنده مصرف آن در سالهای اخیر، باعث شده تا درصدی از انرژی مورد نیاز جهت خشک کردن مواد غذایی با استفاده از انرژی خورشیدی تامین شود. در خشک کن های خورشیدی فرآیند خشک کردن تا حد زیادی به شرایط متنوع آب و هوای محلی بستگی دارد ، در نتیجه کیفیت محصول خشک شده تحت تاثیر شرایط آب و هوایی است[10] .
به منظور بهبود شرایط کنترلی دما در خشک کن های خورشیدی و همچنین جهت تامین گرمای مورد نیاز برای ادامه فرایند خشک شدن محصول در داخل خشک کن ها، راه حلهای×متعددی×پیشنهاد×شده×است؛ راه حل هایی مانند پوششهای گرمایی جهت کاهش اتلاف گرما در اطراف محفظه خشک کن ها ، استفاده از فیلمهای پلاستیکی گرمایی، سیستمهای ذخیره انرژی و... .[11] بنابراین یکی از راه های موثر جهت کنترل دما ، استفاده از سیستمهای ذخیره انرژی است که به ویژه در زمان استفاده از منابع انرژی غیریکنواخت و غیردائمی مانند انرژی خورشیدی کاربرد دارد .
به طور کلی هماهنگ ساختن میزان تقاضای انرژی مصرفی با تغییرات انرژی خورشیدی کار مشکلی میباشد . بنابراین ذخیره سازی انرژی خورشید یکی از مسائل اساسی در تحقیقات در حال انجام در مورد استفاده از انرژی خورشیدی میباشد. از طرفی با توجه به این که انرژی خورشیدی دائمی نیست که این مسئله استفاده از سیستم های ذخیره انرژی را ضروری می کند . [3 ] در سیستم های ذخیره انرژی، زمانی که خورشید می تابد مواد ذخیره کننده انرژی شارژ می شوند و زمانی که خورشید در دسترس نیست این مواد انرژی گرمایی را که دریافت کرده اند به سیستم مورد نظر پس میدهند که باعث دیرتر سرد شدن محفظه داخل سیستم و در نتیجه کاهش مصرف انرژی می شود.
در این تحقیق ، جهت خشک شدن پیوسته محصول در فرایند خشک شدن در داخل خشک کن خورشیدی در طول شب ، سیستم× ذخیره× حرارت× برای× تأمین×گرمای×مورد×نیاز× داخل خشک کن×طراحی×و×ساخته×شده×و مورد ارزیابی قرار گرفت ؟ به منظور ذخیره گرمای جمع آوری شده توسط جمع کننده خورشیدی در طول روز ، از آب و خاک رس در داخل مخزن ذخیره حرارت استفاده شده است. استفاده از مواد مختلف در جهت ذخیره سازی انرژی و بهره گیری از محاسن آن مورد توجه تعداد زیادی از محققان قرار گرفته است . نتایج انجام شده در هند بر روی یک خشک کن خورشیدی نشان می دهد که آنها برای از بین بردن نوسانات در تامین درجه حرارت هوای گرم در یک خشک کن خورشیدی ، با استفاده از مواد تغییر فازدهنده 1 - PCM - دما را در طول فرایند خشک کردن کنترل کردند.
[10 ] شرافتی 1388، طی مطالعاتی که بر روی مصرف انرژی در گلخانه های استان تهران انجام داده ، گزارش داده که بیش از % 90 هزینه های تولید در گلخانه ها به هزینه گرمایش در گلخانه اختصاص دارد.[6] مومنی و همکاران طی مطالعاتی جهت صرفه جویی درکاهش بخشی از مصرف سوخت های فسیلی در گرمایش گلخانه، به منظور ذخیره بیشینه گرمای جمع آوری شده توسط متمرکزکننده در طول روز، از مواد تغییر فازدهنده در داخل مخزن ذخیره حرارت، استفاده کردند.
نتایج تحقیق آنها نشان داد با انتخاب حجم مناسب مخزن و عایق بندی آن، میتوان انرژی خورشیدی موجود در طول روز را ذخیره کرده و در شب به جای قسمتی از سوختهای فسیلی مصرف نمود.[3] واحدMcCormick Place در شیکاگو با مساحتی بالغ بر پنج میلیون فوت مربع 1/5 - میلیون مترمربع - دارای 8/5 میلیون گالن 32 - میلیون لیتر - سیستم آب سرد با ظرفیت ذخیره سازی حرارتی 123000 تن در ساعت معادل 430 MW-hr یکی از سیستم های ذخیره در این راستا است. همچنین در شیکاگو، جهت سیستم تهویه و خنکسازی مناطق جنوب شهر، از مواد انتقال فاز دهنده با ظرفیت حرارتی 910MW-hr استفاده میشود .[8]
موفقیت گرمایش خورشیدی ایستا و برخی از سامانه های سرمایش ایستا بستگی بسیار زیادی به استفاده ی مناسب از مواد ذخیره ساز گرما دارد. برای آنکه یک ماده بتواند یک واسطه خوب جهت ذخیره سازی گرما باشد می بایست هم ظرفیت گرمایی بالا و هم ضریب هدایت بالایی داشته باشد. به همین دلیل آب ، فولاد ، آجر و بتن - سنگ - و شن تعدادی از بهترین گزینه ها می باشند. آب، ماده ای عالی جهت ذخیره سازی گرما می باشد نه تنها به این دلیل که دارای بیشترین ظرفیت گرمایی یعنی 333 - kj/kg - در میان تمامی مواد می باشد بلکه همچنین به این دلیل که نرخ جذب گرمایی بسیار بالایی دارد.
در آب، وجود جریان های جابجایی طبیعی همراه با هدایت کمک می کند که گرما به سمت داخل جرم آب حرکت کند بدلیل. ضریب هدایت گرمایی نسبتاً پایین در بتن ، آجر، سنگ و ضخامت مؤثر این جامدات از نظر حرارتی محدود می باشد. هر چند بتن، سنگ، آجر و خشت و شن از لحاظ ذخیره ساختن، گرما به کارآمدی آب نمی باشند با اینحال استفاده از آنها دارای مزایایی چند می باشد. این مواد نشت نکرده و یا منجمد نمیشوند و معمولا دارای عملکرد سازه ای نیز می باشند. هنگامی که نیاز بیشتری به ذخیره سازی گرما باشد می بایست مساحت سطح و نه ضخامت را افزایش داد. [7 ] در جدول - 1 - خصوصیات برخی از مواد ذخیره کننده گرما آورده شده است. مواد مورد استفاده در طراحی سیستمهای ذخیره حرارتی، باید دارای خصوصیات زیر باشند:[8]
الف - خواص حرارتی : دمای تغییر فاز مناسب، گرمای نهان تغییر فاز بالا، انتقال دهنده خوب حرارت
ب - خواص فیزیکی: تعادل فازی مطلوب، چگالی بالا، تغییر حجم کم، فشار بخار پایین، تغییر فاز تجدیدپذیر
ج - خواص سینتیکی: عدم فوق تبرید، نرخ تبلور کافی
د - خواص شیمیایی: پایداری شیمیایی بلند مدت، سازگاری با مواد ساختاری سیستم، غیر سمی، غیر قابل اشتعال
ه - خواص اقتصادی: در دسترس بودن، قیمت مناسب، قابلیت بازیافت .
.2 مواد و روشها
1. 2 طراحی و ساخت سیستم ذخیره حرارت خورشیدی
در این تحقیق ، جهت ادامه فرایند خشک شدن محصول در هنگام شب، یک خشک کن خورشیدی با جریان اجباری و سیستم ذخیره حرارت برای تأمین گرمای مورد نیاز جهت ادامه فرایند خشک شدن محصول در داخل محفظه خشک کن طراحی و ساخته شده است.
