بخشی از مقاله
چکیده
خشک کردن، یک فرآیند انرژیبر است. برای صرفهجویی در مصرف انرژی، استفادهی مستقل یا ترکیبی از انرژی خورشیدی توصیه میشود. در تحقیق حاضر، از یک خشککن خورشیدی مجهز به مایع جاذب رطوبت و جمعکنندهی فتوولتائیک گرمایی برای احیای مایع جاذب استفاده شد. نمونههای رسیده گوجهفرنگی به صورت ورقه هایی به ضخامت حدود 2-3 میلیمتر به منظور خشک کردن، تهیه گردید. آزمایش ها در سه سطح دمای 60، 65 و 70 درجه سلسیوس، سه سطح رطوبت فعالسازی پمپ مایع جاذب رطوبت 18، 23 و 28 درصد و در قالب طرح فاکتوریل کامل تصادفی انجام گرفت. دادههای آزمایشی مربوط به رفتار خشک شدن نمونهها بر اساس چهار مدل ارائه شده در منابع به منظور ارزیابی سینتیک خشک کردن گوجهفرنگی مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت.
کیفیت برازش مدلهای پیشنهاد شده بر اساس پارامترهای ضریب تبیین R2، مجذور میانگین مربعات خطا RMSE، کای مربع و میانگین انحراف خطا MBE ارزیابی گردید. طبق نتایج بدست آمده افزایش دما از 60 به 70 درجه سلسیوس اثر معناداری بر کاهش زمان خشک شدن نداشت. با افزایش رطوبت فعالسازی از 18 به 28 درصد، زمان خشک شدن 37 درصد افزایش یافت. بهترین مدل برای برازش دادههای تجربی، مدل two-term بود. این مدل دارای بالاترین ضریب تبیین و کمترین مجذور میانگین مربعات خطا، کای مربع و میانگین انحراف خطا، نسبت به سایر مدل ها است.
مقدمه
گوجهفرنگی با نام علمی منبع مهمی از لیکوپن، کاروتن، اسید اسکوربیک، و پتاسیم است - . - Fiorentini, Demarchi et al. 2015, Sarker , Akanda et al. 2016, Yan, Li et al. 2017 این محصول به صورت تر و خشک مورد استفاده قرار میگیرد - . - Durigon, de Souza et al. 2016 مزایای محصولات خشک شده در دمای متوسط شامل کاهش هزینه حمل و نقل، افزایش غلظت به لحاظ طعم و عطر و درعینحال فرایندی با مصرف انرژی بسیار بالا است - . - Sarker, Akanda et al. 2016, Yan, Li et al. 2017 یکی از معایب خشککنهای خورشیدی پایین بودن بازدهی آنها می باشد که در این زمینه، تحقیقات متعددی جهت افزایش آن صورت گرفته است.
از آن جمله میتوان به استفاده از سامانه بازیافت حرارتی اشاره کرد. این سامانهها در دو بخش خشککنهای مجهز به سامانهی گردش هوای بسته و مجهز به پمپ حرارتی دستهبندی میشوند - HYLN' $NWD et al. 2013, Sevik 2014, . - Sarker, Akanda et al. 2016 در سامانهی گردش هوای بسته، هوای خروجی از محفظه خشککن که دمایی بالاتر از دمای محیط دارد، به ابتدای چرخه بازگشته و پس از عبور از روی جمعکننده به محفظه خشککن باز گردانده میشود.
این روش تا حدودی باعث افزایش بازده میگردد و در ضمن به دلیل کاهش استفاده از هوای آزاد محیط، سبب کاهش آلودگی میکروبی نیز می-گردد . - Chen, Hernandez et al. 2005 - ولی ایرادی که در آن وجود دارد این است که پس از مدتی هوای خشککن به دلیل افزایش رطوبت دیگر قادر به جذب رطوبت محصول نبوده و به اشباع میرسد. برای بهبود کارآیی این سامانه میتوان از مواد جاذب رطوبت جامد یا مایع استفاده کرد. مواد جاذب رطوبت برای اولین بار در سامانههای تهویه مطبوع مورد استفاده قرار گرفتند . - Sabatelli, Fiorenza et al. 2005 -
مزایای خشککنهای جاذب رطوبت عبارتند از: - 1 ماده جاذب اشباع شده را میتوان بهوسیله جریان هوای داغ احیا کرد؛ - 2 طراحی سامانه آسان است و به عملیات نگهداری برای سالهای زیاد نیاز ندارد؛ - 3 بهکارگیری ماده جاذب به همراه سایر روشهای خشک کردن باعث کاهش مصرف انرژی میشود و - 4 جایگزینی مواد جاذب بعد از سیکلهای کاری آسان است . - Chua and Chou 2003 - در مقایسه با جامد جاذب، دمای احیای مایع جاذب پایینتر است. فرآیند احیا را میتوان با یک انرژی تجدیدپذیر یا تجدیدناپذیر اجرا کرد . - Misha, Mat et al. 2012 -
امروزه انرژی خورشیدی یک منبع مهم انرژی جایگزین برای سوختهای فسیلی است و نسبت به دیگر منابع انرژی ترجیح داده میشود چرا که رایگان، فراوان، تمام نشدنی و غیرآلاینده میباشد . - Basunia and Abe 2001 - یکی از راه- های بهکارگیری انرژی خورشیدی استفاده از سامانههای فتوولتائیک است - Gomez-Ramirez, Sosa-Morales et al. . - 2013, Ringeisen, M. Barrett et al. 2014, Nabnean, Janjai et al. 2016 در این سامانهها، انرژی خورشیدی بهصورت مستقیم به انرژی الکتریکی تبدیل میشود . - Rothwarf and Böer 1975 - اثر فتوولتائیک توسط ادمند بکرل در سال 1839 میلادی کشف شد . - Craig 2006, Nabnean, Janjai et al. 2016 -
در این پژوهش برای احیای مایع جاذب، استفاده از سامانه فتوولتائیک گرمایی مورد نظر قرار گرفت؛ بدین صورت که سامانهای پیشنهاد شد که در آن، با عبور مایع جاذب رطوبت از سطح پنل فتوولتائیک، ضمن خنک کاری سلولهای خورشیدی و در نتیجه افزایش بازده الکتریکی آنها، احیای مایع جاذب رطوبت، با جذب حرارت تولید شده در پنل، انجام پذیرد. مطالعات انجام شده حاکی از آن است که تاکنون خشککن مشابهی در ادبیات پیشین برای خشک کردن گوجه فرنگی مورد استفاده قرار نگرفته است.
مواد و روشها
مشخصات خشککن خورشیدی مورد استفاده: برای انجام آزمایشها، خشککن خورشیدی مجهز به سامانهی فتوولتائیک گرمایی و مایع جاذب رطوبت در گروه مهندسی مکانیک بیوسیستم، دانشکده کشاورزی دانشگاه شهید باهنر کرمان طراحی و ساخته شد - شکل. - 1 در این خشککن از محلول کلرید کلسیم دو آبه به عنوان مایع جاذب رطوبت استفاده و مخزنی برای عبور هوای خروجی خشککن از روی کلرید کلسیم به سامانهی خشککن اضافه شد. برای احیای مایع جاذب از گرمای تولیدشده در پنل فتوولتائیک استفادهگردید.
ولتاژ مورد نیاز برای پمپ مایع جاذب رطوبت و نیز مکنده در سامانه، 12 ولت بوده و از پنل فتوولتائیک و یک باتری 12 ولت تأمین میگردید. برای سامانه-های ثبت و کنترل دما، رطوبت هوا و تغییرات وزن محصول، از برق شهری استفاده شد. خشککن خورشیدی مورد استفاده در این پژوهش از اجزای زیر تشکیل شده است: -1 جمع کنندهی - کالکتور - خورشیدی، -2 محفظهی خشککن، -3 پنل فتوولتائیک، -4 مکنده و -5 مخزن حاوی مایع جاذب رطوبت.
