بخشی از مقاله
چکیده
دما یکی از مهمترین عوامل موثر در عمر پس از برداشت و کیفیت محصولات باغبانی میباشد. خنکسازی مقدماتی و بیدرنگ میوهها از رشد میکروارگانیسمهایی که سبب فساد میشوند جلوگیری کرده و فعالیتهای تنفسی و آنزیمی را کاهش میدهد؛ بنابراین سرد کردن مقدماتیِ بهموقع، ضایعات میوه ها را کاهش داده و از دست رفتن کیفیت و تازگی پیش از برداشت را به تعویق میاندازد. خنک کردن با جریان هوای روشی است که میتواند برای محدوده وسیعی از محصولات بهکار گرفته شود.
در این تحقیق خنکسازی توتفرنگی در سرعتهای ِ/ً، ٌ، ِ/ٌ و ٍ متر بر ثانیه انجام گرفت و فرآیند خنک سازی با استفاده از روش دینامیک سیالات محاسباتی - CFD - شبیهسازی شد. آزمایشها در تابستان ٌََُ و در آزمایشگاه گروه فنی کشاورزی دانشگاه تهران - پردیس ابوریحان - انجام گرفت. منحنیهای خنکسازی توتفرنگی در دو روش آزمایشگاهی و شبیهسازی به-کمک CFD با هم مقایسه شدند . نتایج حاصل از این تحقیق نشان داد که منحنی های خنکسازی توت فرنگی در حالت آزمایشگاهی و شبیهسازی، در سرعت ِ/ً متر بر ثانیه نسبت به سایر سرعتها، تطابق بیشتری داشتند.
مقدمه
تولید میوه و سبزی در سراسر جهان در طول سال های متمادی افزایش یافته است که بخشی از آن در پاسخ به ازدیاد جمعیت و بالا رفتن سطح استاندارد زندگی می باشد. به هر حال، از آنجائیکه آنها سی ستم بیولوژیکی زنده هستند پس از برداشت از بین می روند . به دلیل تاخیر زمانی در بین انتقال محصول از مزرعه به مصرف کننده، برخی محصولات را انبار می کنند
سرعت فاسد شدن محصولات کشاورزی وابسته به سرعت تنفس آنهاست و سرعت تنفس متاثر از دماست، بنابراین با کاهش دما سرعت تنفس کاهش می یابد و در نتیجه فساد محصول کاهش خواهد یافت
برای محصولاتی که پس از برداشت قابلیت نگهداری کوتاهی دارند - مانند توت فرنگی - ، باید از پری کولینگٌ یا خنکسازی مقدماتی استفاده کرد . پریکولینگ، حذف سریع دمای مزرعه از میوه های تازه برداشت شده قبل از حمل و نقل یا انبار در سردخانه می باشد. پریکولینگ سریع از رشد میکروارگانیسمهایی که سبب فساد می شوند جلوگیری میکند، فعالیت آنزیمی و رشد تنفسی را کاهش می - دهد. بنابراین پری کولینگ مناسب ضایعات را به حداقل رسانده و کیفیت و تازگی م حصول، ماندگاری بیشتری خواهد داشت
پریکولینگ نسبت به حالتی که محصول در انبار سردخانه و در دمای ثابت قرار داده میشود به ظرفیت سرمایی و جابجایی هوای سرد بیشتری نیاز دارد. بنابراین پریکولینگ یک مرحلهای جدا از انبار محصول در سردخانه می باشد و به طراحی و تجهیزات خاصی نیاز دارد
در بین روش های پریکولینگ، پریکولینگ با جریان هوا از محبوبیت بیشتری برخوردار است و برای طیف زیادی از محصولات کشاورزی مناسبترین روش میباشد .[ASHRAE., 2010] هدف از این تحقیق، مقایسه منحنیهای خنکسازی توتفرنگی در دو حالت آزمایشگاهی و شبیهسازی بوسیله نرمافزار فلوئنت میباشد.
مواد و روشها
اجزاءِ اصلی دستگاه مورد استفاده شامل یک فریز، فن، کانال هوا، دو عدد دیفیوزر، شاسی و یک سیستم سرمایشی مجزایِ کمکی بود - شکلٌ - . مقطع کانال ًَ×ًَ سانتیمتر و طول آن ٍ متر بود . از دو عدد دیفیوزر در دو طرف کانال برای هدایت جریان استفاده شد. کانال از دو لایه ورق گالوانیزه تشکیل شده بود که این دو لایه ورق به فاصله ِ/ٌ سانتیمتر از هم قرار داشتند . فاصله بین ورق ها از پشم شیشه پر شد . یک پنجره کوچک نیز برای قرار دادن محصول در قسمت مرکز ی کانال تعبیه شد .
یک عدد فریزر در پشت شاسی قرار داشت . خروجی دیفیوزر سمت راست - خروجی جریان هوا - به لوله پلیاتیلن به قطر ًٍ سانتیمتر متصل شد. این لوله توسط زانوئی های ُِ و ًُ درجه از بالا به داخل فریزر متصل شد . در سمت دیگر فریزر و توسط لوله های مشابه، فریزر به ورودی فن - قسمت مکش فن - متصل گردید، بدین ترتیب هوای مکیده شده از فریزر درون کانال جریان یافت و این سیکل بسته به - صورت پیوسته تکرار شد. کل دستگاه اعم از لوله های رابط و زانوئی ها، دیفیوزرها، فن و صفحات قرار گرفته روی فریزر توسط پشم شیشه عایق کاری شدند.
اواپراتور سیستم خنک کننده کمکی، درون فریزر و نزدیک به قسمت مکش فن قرار گرفت تا انتقال حرارت با بازدهی بیشتری انجام پذیرد . سایر قسمتهای سیستم سرمایشی کمکی - کمپرسور، فن خنک کننده و کندانسور - بر روی یک پایه و روی فریزر قرار گرفت - شکلٌ قسمت - ب - - . در کل زمان فرآیند خنک سازی سیستم سرمایشی کمکی روشن بود . با خاموش و روشن شدن مداوم فریزر توسط یک ترموستات، دمای درون کانال در رنج مورد نظر تنظیم شد . جریان هوا درون کانال با استفاده از یک سرعت سنج دیجیتال با دقت ًِ/ً متر بر ثانیه اندازهگیری شد
شکل :1 دستگاه خنکسازی با جریان هوا و قسمتهای مختلف آن. الف - نمای روبرو ب - نمای بالا
آزمایشها در تابستان 1389 و در آزمایشگاه گروه فنی کشاورزی دانشگاه تهران - پردیس ابوریحان - انجام گرفت. دمای اولیه توتفرنگی قبل از آزمایش خنک سازی 26/8 1 درجه سلسیوس بود. دمای جریان هوا 0/5 0/5 درجه سلسیوس بود. خنکسازی تا زمانی که دمایِ مرکز توتفرنگی به 3 درجه سلسیوس برسد ادامه داشت. رطوبت هوای درون کانال نیز 82 2 درصد بود. در آزمایش خنکسازی، توتفرنگی بهصورت تکی بر روی یک پایه پلاستیکی و درون کانال دستگاه قرار گرفت . توتفرنگی توسط برگ هایش از یک میله نازک آویزان شد .
سیم ترموکوپل به دور میله پیچیده شد و در انتها، نوک ترموکوپل در مرکز توتفرنگی قرار گرفت و تا مقدار مشخص فرو رفت. انتهای میله یک صفحه آهنربایی بود و به سقف کانال چسبانده شد . قبل از شروع آزمایش، باید دستگاه به مدت یک الی دو ساعت روشن باشد تا سیستم خنک سازی به دما و رطوبت مورد نظر برسد . از تعدادی پد خیس درون فریزر برای تامین رطوبت مورد نظر در سیستم استفاده شد . خنکسازی توتفرنگی در سرعت های 0/5، 1، 1/5 و 2 متر بر ثانیه انجام گرفت.
محتوای رطوبتی توتفرنگی نیز بهروش آون در درجه حرارت 101 ± 2°C در 3 تکرار تعیین گردید .[Hassan beygi et al., 2009] با فرض ثابت بودن خواص حرارتی محصول و جریان هوای سیستم طی فرآیند گذرای خنکسازی، دمای بی بعد با استفاده از دمای محصول و دمای سیستم خنک کن بهدست میآید. دمای بی-بعدٌ به صورت زیر تعریف میشود.
در همه فرآینده ای خنک سازی رفتار مشابهی مشاهده می شود، بعد از یک تاخیر اولیه، دمای مرکز محصول به صورت نمایی کاهش پیدا میکند.[Dincer., 1996] برای شبیهسازی، یک توتفرنگی در مقطع عمودی برش داده شد؛ از مقطع عمودی برش داده شده عکس گرفته شد . عکس توتفرنگی برش خورده به نرم افزار سالیدورک وارد شد و یک منحنی که نقاط تشکیل دهنده آن مشخص کننده مرز توت فرنگی بود، توسط نرمافزار بهدست آمد.
با به-دست آمدن مختصات نقاط تشکیل دهنده منحنی توسط نرم افزار، مدل سه بعدی توت فرنگی ترسیم شد . بدین صورت که مختصات نقاط به دست آمده به نرم افزار گمبیت وارد شد . نقاط بهدست آمده به هم وصل شدند و مقطع برش خورده توتفرنگی بهدست آمد. با چرخش 360 درجه این منحنی حول محور عمودی، مدل سه بعدی توت-فرنگی بهدست آمد
شکل :2 الف - مقطع عمودی بهدست آمده ب - مدل سهبعدی توتفرنگی ترسیم شده توسط نرمافزار سالیدورک
