بخشی از مقاله
چکیده
خشککردن فرآیندی با مصرف انرژی بالا میباشد که در مقایسه با سایر فرآیندهای مرتبط با تولید محصول، بیشترین انرژی را مصرف میکند. خشککردن گیاهان دارویی بسیار حساس بوده و بکارگیری انرژی مستقیم نور خورشید و دمای بالای خشککردن سبب تخریب مواد موثره گیاه میگردد. از آنجا که فرآیند خشککردن بسیار انرژی بر بوده است لذا برای ایجاد دمای ثابت برای فرآیند خشککردن میتوان از متمرکزکنندههای خورشیدی برای جمعآوری انرژی خورشید بهره جست. در این تحقیق به منظور کاهش مصرف سوختهای فسیلی، خشککن خورشیدی مجهز به سامانه متمرکزکننده سهموی خطی همراه با کنترلگر فازی طراحی، ساخته و مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج حاصل از کنترلگر فازی نشان میداد که با توجه به قوانین تعریف شده برای سامانه، کنترل دما با دقت بالا و خطای کمی انجام پذیرفته است.
مقدمه
نگهداری محصولات کشاورزی تنها روش کاهش از بین رفتن مواد غذایی و گیاهان دارویی است و میتوان گفت خشک کردن بهترین روش برای نگهداری مواد غذایی و محصولات کشاورزی از جمله گیاهان دارویی است که در بسیاری از کشورها نقش مهم خود را نشان داده است. نتایج پژوهشها در مورد خشککنهای محصولات کشاورزی - غلات - نشان میدهد که به طور متوسط حدود 60 درصد کل انرژی مصرفی در فرآیند تولید محصول - کاشت، داشت، برداشت و فرآوری - صرف خشککردن محصولات میگردد.
همچنین آمارها نشان میدهد که در حدود 10 تا %15 انرژی در کشورهای پیشرفته دنیا از جمله کانادا، امریکا، فرانسه و انگلیس و 20 تا %25 انرژی در کشورهای دانمارک و آلمان صرف صنعت خشک کردن می گردد. برآوردهای جهانی انجام شده نشان میدهد که %80 از عرضه انرژی اولیه در جهان توسط سوخت های فسیلی تامین میشود. مصرف انرژی برای خشککردن محصولات کشاورزی در کشورهای در حال پیشرفت جز اصلی مصرف انرژی جهان است که شامل منابع انرژی تجاری و غیرتجاری میباشد.
در حال حاضر مصرف انرژی جهان بر پایهی سوختهای فسیلی است به طوری که 76 میلیون بشکه نفت روزانه در جهان مصرف میگردد و با وجود آگاهی از عواقب مصرف سوختهای فسیلی و اثرات آن بر محیطزیست، انتظار میرود این میزان تا 123 میلیون بشکه در سال 2025 افزایش یابد. باید دانست که استفاده از این حجم عظیم سوختهای فسیلی در آینده نزدیک مقادیر زیادی از گازهای آلاینده را وارد محیطزیست میکند که این حجم از آلودگی به علت اثرات گلخانهای گازهای تولیدشده سبب 3 مشکل بزرگ زیستمحیطی که عبارتند از باران اسیدی، تخریب لایه ازون و تغییر اقلیم جهانی میگردد . - Kalogirou, 2004 -
گذشته از اثرات سو و مخرب استفاده از سوختهای فسیلی و تاثیر آن بر ادامه حیات موجودات زنده بر روی کره زمین، محدود بودن منابع سوختهای فسیلی از دلایل مهم دیگری است که هنگام ارزیابی میانمدت و بلندمدت چشمانداز بازار انرژی باید مورد توجه قرار گیرد. هر چند میتوان در مورد اندازه و ظرفیت منابع سوختهای فسیلی موجود حال حاضر بحث کرد، اما همیشه در مورد امکان پاسخگویی به تقاضای انرژی سوختهای فسیلی شبهاتی وجود دارد. از این رو واضح است که منابع انرژی جایگزین و تجدید برای پاسخ به تقاضاهای مناسب انرژی در آینده و رشد پایدار انسان مورد نیاز است. از این رو استفاده از انرژیهای باد، زمینشناسی، خورشید و ... بهترین نامزدهای تولید عظیم انرژی هستند.
با توجه مطالب یاد شده، در سالهای اخیر استفاده از انرژی خورشیدی به علت ارزان بودن، تجدید پذیر بودن، دوست دار محیطزیست بودن، پایان ناپذیر بودن، فراوان بودن و .... برای ساخت خشککنها بسیار مورد توجه قرار گرفته است - Akpinar, .2010 - خشککنهای خورشیدی را میتوان به عنوان گزینهی موثر و مفیدی برای شرایط صنعتی به ویژه در نقاطی که تابش خوب خورشید را در فصول برداشت محصول دارند، به شمار آورد. در شرایط شار خورشیدی بالا میتوان با استفاده از سامانههای متمرکزکننده، انرژی خورشیدی را به انواع دیگر انرژی تبدیل نمود .
- Fernandez-Garc a et al., 2010 - گردآورندههای متمرکزکننده دارای مزایای بیشتری نسبت به گردآورندههای صفحه تخت متداول میباشند که از جمله آنها میتوان بازده حرارتی بالاتر - سطح کوچکتر و در نتیجه تلفات حرارتی پایینتر - ، استفاده از سطح کوچکتر و صرفه اقتصادی بالاتر - خلجی اسدی و همکاران، - 1389 اشاره کرد. از این رو بهکارگیری چنین متمرکزکنندههایی سبب جذب بالاتر انرژی خورشیدی در سامانههای پرمصرف انرژی از جمله خشککنها میگردد.
گیاه دارویی بابونه دارای ویژگیهای درمانی فراوانی است که برای نگهداری آن برای طولانی مدت باید رطوبت اضافی را هنگام برداشت از گیاه خارج ساخت تا از کپکزدگی، فساد و پوسیدگی آن جلوگیری شود - امیدبیگی، . - 1384 گیاهان دارویی مانند بسیاری از داروها یا ترکیبات شیمیایی به گرما و تابش مستقیم حساس هستند و نبایستی با تابش مستقیم خورشید و حرارتهای بالا خشک شوند. دمای بالای خشککردن و نور مستقیم خورشید سبب اثرات منفی بر میزان اسانسها و تغییرات رنگ در گیاهان دارویی میگردد. اگرچه خشککردن اندامهای یک گیاه دارویی در دماهای بالا سبب از بین رفتن جمعیت قارچها و باکتریهای آنها میگردد، ولی باید توجه داشت که افزایش بیش از حد دما، سبب کاهش میزان اسانس میشود.
به طور کلی دمای مطلوب برای خشککردن اندامهایی از گیاهان دارویی که حاوی اسانس میباشند 30 تا 50 درجه سلسیوس قید شده است - امیدبیگی، . - 1384 بنابراین خشک- کردن سریع و ثابت نگه داشتن دمای خشککن در گیاهان حساس به دما مانند گیاه دارویی بابونه امری کاملا ضروری میباشد . - Martinov et al., 2007 - خشککنهای صنعتی دارای کیفیت خوبی هستند در حالی که هزینهی زیاد آنها محدود کنندهی استفاده از آنها میباشد. خشککنهای عادی با نور خورشید دارای هزینه زیادی نبوده، اما از نظر کیفیتی مطلوب نمیباشند. بخاریهای خورشیدی، دمای بالای هوا با تفاوت و نوسان زیاد را در طول تابش خورشید فراهم میکنند در حالی که خشک کردن بسیاری از محصولات کشاورزی در دماهای متعادل و ثابت انجام میگیرد که به طور پیوسته در چند روز لازم به خشک کردن دارند.
بررسی منابع انجام شده در مورد فرآیند کنترل دما در خشککنها نشان داد که در اکثر این دستگاهها از سامانه کنترل PID برای کنترل دما مورد استفاده قرار گرفته است. دوسانتوز و همکاران - 2010 - از سامانه کنترل فازی و کنترلگر PID برای کنترل آنلاین دما و رطوبت هوای خشککن استفاده کردند. نتایج تحقیق آنان نشان داد که سامانه کنترل فازی با دقت بالاتر و خطای کمتری نسبت به کنترلگر PID قادر به کنترل پارامترهای مورد نظر - دما و رطوبت هوا - میباشد .
- Dos Santos et al., 2010 - همچنین در تحقیق دیگری با بهکارگیری دو سامانه کنترلگر فازی و PID در دستگاه خشککن دما و رطوبت نسبی هوای خشککن را کنترل نمودند. نتایج تحقیق نشان داد که سامانه کنترل فازی نسبت به کنترلگر PID با دقت 3/71 برابر خطای کمتر دما و 3/93 برابر خطای کمتر رطوبت نسبی هوا را کنترل مینماید - . - Boeri et al ., 2012 آلوارز لوپز و همکاران - 2005 - با استفاده از سامانه کنترل فازی رطوبت نسبی هوای خشک کن را هنگام خشککردن برگهای تنباکو کنترل نمودند. سامانه کنترل شامل 49 قانون فازی بود که با بهکارگیری این قوانین میزان خطا در سامانه کنترل بسیار کم شده بود.
در تحقیق دیگری در یک خشککن بستر سیال برای خشککردن برنج از سامانه کنترل فازی استفاده گردید. تعداد قوانین مورد استفاده 6 قانون فازی بود که میتوانست دمای هوای خشککردن و میزان بازگردش هوای گرم را تنظیم نماید. نتایج نشان داد که میزان خطای سامانه فازی در حدود %2/5 بود . - Atthajariyakul and Leephakpreeda, 2006 - وانگ و همکاران - 2001 - برای خشککردن چوب از سامانه کنترل فازی استفاده نمودند که قابلیت وفق پذیری با شرایط محیطی را دارا بود.
