بخشی از مقاله
چكيده:يكي از عواملي كه سبب ضايعات قابل ملاحظه نان در كشور ايران شده، و كمتر به آن توجه مي شود ضايعات ناشي از فرآيند پخت درنانوايي هاست.به منظور بدست آوردن معادلات حاكم بر تنور هاي متحرك پخت نان فانتزي، اولين گام بررسي مكانيزم هاي انتقال حرارت و انتقال جرم ،وپارامتر هاي موثر در تسريع پديده هاي انتقال، درنان مي باشد.در اين پروژه سعي بر اين است با استفاده از اصول انتقال حرارت و جرم، شيبه سازي رياضي تنورهاي تونلي پخت نان فانتزي انجام شود ،تا از اين طريق بتوان با حل عددي معادلات حاكم بر دستگاه و بهينه سازي پارامتر هاي حاكم بر آن، همانند سرعت تسمه نقاله در مصرف سوخت وانرژي صرفه جويي كرد و در عين حال ناني با كيفيت مطلوب داشت.
١.مقدمه
نان سهم زيادي در سبد غذايي انسانها دارد وجود مصرف كنندگان نان در سراسر دنيا نشان دهنده نقش مهم آن در تغذيه بين الملل مي باشد.تهيه و توليد نان هاي مسطح و نازك وساير نان ها بدون كاربرد تكنولوژي نمي تواند در طويل المدت ادامه يابد . تاريخچه ي توليد و مصرف نان در جهان نشان داده است كه ابتدا نان به صورت نازك و مسطح توليد مي گرديد ليكن به مرور، حجيم و در كشور هاي پيشرفته جهان به شكل كاملا حجيم درآمده است . اصولا توليد نان هاي نازك و مسطح به دليل آنكه سريعا خشك و بيات شده و داراي ضايعات زيادي مي باشند صرفه اقتصادي ندارد كوره هاي تونلي يكي از انواع كوره هايي هستند كه براي پخت كيك، بيسكوءيت و نان بكار برده مي شوند.
اين كوره ها نگراني هاي عمده نانوايان اعم از مصرف بي رويه انرژي در توليد انبوه را برطرف مي كنند. تحقيقات انجام شده بر روي تنور هاي پخت كيك مي توان به مقاله نوشته شده توسط بيك و همكاران در سال ١٩٩٩ ميلادي ،اشاره كرد.[1]اين مقاله شرايط پخت كيك درون تنور هاي تونلي نوع الكتريكي و نوع گازي را بررسي كرده است. در ادامه مي توان به تلاش هاي ماي ريد و همكاران در سال٢٠٠٣ ميلادي اشاره كرد كه در آن دما و سرعت هوا و دماي ديواره هاي تنور هاي تونلي براي پخت بيسكوءيت توسط شبيه سازيCFD پيش بيني شده است ودر نهايت نزديكي نتايج تجربي و نتايج عددي مشاهده شده است.[2]
در تحقيقاتي كه توسط فهلول و همكاران - ١٩٩٣ - صورت گرفته است انتقال حرارت بر روي تنور هاي پيوسته پخت بيسكوئيت رانشان مي دهد كه در اين تحقيق واحد محفظه پخت شامل نوار نقاله ،ديواره هاي جانبي وفضاي داخلي محفظه پخت و بيسكويت ها مي باشد.نوار نقاله با حركت خود از داخل اين محفظه، بيسكويت ها را باخود حمل مي كندكه حرارت لازم براي پخت راتوسط واحد ديواره هاي داخلي از واحد منبع حرارت دريافت و جذب مي كند [3].
اين مدل حالت پايدار دارد و انتقال حرارت در يك جهت انجام مي شود و اجسام درون فر اجسام خاكستري در نظر گرفته ميشوند.[3] ازجمله مطالعات انجام گرفته ي ديگر ميتوان به تحقيقات - طاهري نجف آبادي و همكاران،١٣٨٧ - در مقاله مطالعه تئوري و تجربي فرآيند پخت نان در دستگاه هاي پخت به روش حرارت دهي غير مستقيم اشاره كرد. در اين تحقيق يك دستگاه تونلي پخت نان بوسيله مدل رياضي شبيه سازي شده و صحت اين مدل با با توجه به داده هاي تجربي مورد ارزيابي قرار گرفته است. در تحقيق حاضرسعي شده با استفاده از اصول انتقال جرم و انتقال حرارت شبيه سازي رياضي كوره هاي تونلي متحرك پخت نان فانتزي انجام شود و معادلات حاكم بر اين دستگاه بدست آورده شود.باتوجه به حجيم بودن نان هاي فانتزي معادلات حاكم بر اين دستگاه بايد در دو راستا بررسي شود واين ويژگي است كه تحقيق حاضر را از پژوهش هاي موجود متمايز مي سازد.
٢. فرضيات
تنور مورد نظر بصورت يك مكعب مستطيل مي باشد كه درون آن يك تسمه نقاله حركت مي كند. در سقف و كف اين تنور مشعل هايي وجود دارد كه از سوخت شهري براي شعله ور شدن آنها استفاده مي شود،جلوي مشعل ها در سقف و كف اين تنور صفحه هايي وجود دارد كه بصورت سپر كشيده شده وخمير بطور پيوسته بر روي يك تسمه نقاله كه در طول تنور كشيده شده و بايك سرعت ثابت حركت مي كند ميريزد.
در تنور هاي پخت نان دو معادله اصلي ،كه عبارتند از معادله انتقال جرم و معادله انتقال حرارت ،حاكم هستند. ٦٩ درصد حرارت جذب شده توسط خمير از طريق تشعشع،٢٨ درصد از طريق جابجايي و ٣درصد از طريق هدايت صورت مي گيرد كه مقدار درصد هدايت به نوع نوار نقاله بستگي دارد.[4] هنگامي كه نان درون فر قرار مي گيرد دماي سطح نان به سرعت شروع به افزايش مي كند در حالي كه در نقاط داخلي آن اين تغييرات كندتر است.
با افزايش دما فشار بخار جزئي در منافذ افزايش يافته و بدين معني است كه فشار بخار جزئي در نزديك سطح در نقاط داخلي و سردتر نان بيشتر است و رطوبت به شكل بخار به نقاط داخلي منتقل مي شود تا فشار بخار به نقاط تعادلي برسد .[5]به دليل انتقال همزمان گرما و جرم درون نان،توجه به هر دو مكانيزم در مدل سازي لازم است .چرا كه انتقال گرما از طريق ترم تبخير رطوبت در معادله گرما به انتقال جرم وابسته مي شود.
مدت زمان پخت به شرايط داخل تنور بستگي دارد در طراحي اين تنور فرضيات زير در نظر گرفته شده است: مدل حالت پايدار دارد.توزيع دمادر دو جهتr وz انجام مي گيرد و در جهتΦ ناچيز در نظر گرفته شده است.سرعت و دماي تسمه نقاله در سرتاسر فرآيند ثابت است.دماي گاز در سرتاسر تنور ثابت مي باشد.اجسام درون تنور بصورت جسم خاكستري در نظر گرفته شده اند و انتقال حرارت در دوجهت صورت مي گيرد.
شار جرمي ورودي به المان به هنگام ورود حاوي مقداري انرژي مي باشد و هنگام خروج از المان مقداري انرژي به بيرون مي برد. به هنگام خروج بخار آب در حين تبخير مقداري انرژي از نان خارج مي شود كه اين ترم در معادله انتقال حرارت لحاظ شده است.مقداري از انرژي جذب شده توسط المان بوسيله تشعشع مي باشد و همچنين تسمه نقاله كه در تماس با نان قرار دارد از طريق هدايت مقداري گرما به نان منتقل مي كند.
.3-2 معادله تغييرات رطوبت خمير
با ورود خمير به محفظه پخت رطوبت موجود درخمير شروع به تبخير شدن مي كند و فرآيند پخت تكميل مي شود به همين منظور ضروري است كه معادله انتقال جرم نيز در مدل سازي رياضي در نظر گرفته شود.
٣-٣.خواص ترموفيزيكي و حرارتي خمير
به منظور حل معادلات حاكم بر سيستم نياز به محاسبه برخي پارامتر ها نظير ρ وHvap وK1وk2 و p satوCp وh وft وKg داريم.
