چکیده
رفتار خشک کردن برش های موز در سیستم خشک کن ترکیبی حرارت و قدرت در 4 سطح بار موتور (25%، 50%، 75% و 100%) و در سه سطح ضخامت محصول خشک کن (3، 5 و 7) با سرعت جریان هوا ثابت 1 متر بر ثانیه مورد بررسی قرار گرفت. نتایج حاصل از مدل‌سازی ریاضی نشان داد که مدل Midilli و همکاران ، منطبق ترین مدل را به داده های تجربی رانشان داد. مطالعه حاضر اهمیت بازیابی حرارت را برای بهبود مصرف انرژی و کارایی سیستم تایید می کند. راندمان انرژی این خشک کن از 11 تا 20 درصد بیشتر از راندمان برق بود. همچنین مصرف انرژی ویژه بین 409 تا 957 کیلووات ساعت بر کیلوگرم آب متغیر بود. کمترین مقدار مصرف انرژی و بیشترین مقدار بازده انرژی در 75 درصد بار موتور و ضخامت 3 میلی متر نمونه مشاهده شد.
مقدمه
موز یکی از رایج ترین میوه هایی است که در بسیاری از کشورها مصرف می شود. با این حال، به سرعت فاسد می شود، به خصوص در مورد موز رسیده. یکی از روش های مرسوم برای نگهداری طولانی مدت محصولات کشاورزی مانند سبزیجات و میوه ها، خشک کردن است. خشک کردن معمولا برای به حداقل رساندن خرابی پس از برداشت استفاده می شود. خشک کردن غذاها را با حذف رطوبت کافی از غذا حفظ می کند و فعالیت میکروبیولوژیکی را کاهش می دهد و تغییرات فیزیکی و شیمیایی را در طول ذخیره سازی برای جلوگیری از پوسیدگی و فساد به حداقل می رساند (Barbosa-Canovas and VegaMercado, 1996; Calban and Ersahan, 2003; Chen and Mujumdar, 2008, 1996; ) خشک کردن همرفت با هوای گرم یکی از قدیمی ترین روش ها و یک تکنیک برای حفظ محصولات کشاورزی مانند موز انجام می شود. بیش از 85 درصد خشک کن های صنعتی از نوع همرفتی با هوای گرم هستند. با این حال، یکی از معایب این خشک کن ها، بهره برداری با انرژی بالا است (Alibas, 2007; Koyuncu et al., 2007; Lewicki, 2006; Motevali et al., 2011). انرژی در بسیاری از کشورها نقش اساسی در توسعه اقتصادی دارد. استفاده از گرمای هدر رفته گاز خروجی موتور احتراق داخلی یک وسیله خشک کردن جایگزین به جای خشک کردن هوای گرم است. فناوری تولید همزمان یا ترکیبی حرارت و برق (CHP) یک روش صرفه جویی در انرژی است که به عنوان مفهومی از تولید گرما و برق به طور همزمان در محل از یک منبع سوخت واحد تعریف می شود (De Paepe et al., 2006; Eriksson and Kjellstro¨m, 2010). ؛ وو و وانگ، 2006). این فناوری مبتنی بر بازیافت گرمای هدر رفته به منظور افزایش قابل توجه بازده کل سیستم CHP در مقایسه با سیستم های تولید برق معمولی است. بنابراین، این باعث صرفه جویی بالقوه قابل توجهی در هزینه های انرژی می شود. CHP همچنین نسبت به سیستم های تولید معمولی با محیط زیست سازگارتر است. CHP کارآمدتر است، مصرف سوخت فسیلی را کاهش می دهد و در نتیجه انتشار گازهای گلخانه ای را به جو کاهش می دهد. (Dorer and Weber, 2009; Erdem)
CHP برای بسیاری از کاربردهای مختلف در بخش‌های صنعتی، تجاری و مسکونی استفاده می‌شود (Backlund و Karlsson، 1988؛ Barigozzi و همکاران، 2011؛ Dentice d'Accadia و همکاران، 2003؛ Kopanos و همکاران، 2013؛ Oh et al. .، 2012؛ Onovwiona و همکاران، 2007). گرمای بازیابی شده از CHP را می توان برای اهداف بسیاری استفاده کرد. گرمای هدر رفته را می توان به طور مستقیم برای گرم کردن هوا، سرو اجاق های صنعتی، فرآیند جذب و همچنین برای تولید آب گرم برای مصارف دیگر استفاده کرد. در برخی از کاربردهای صنعتی، اگزوز یک محرک اصلی (مانند توربین گاز، موتورهای رفت و برگشتی و موتورهای استرلینگ) به فرآیندی مانند خشک کردن محصولات کشاورزی هدایت می‌شود (گونگر و همکاران، 2011؛ مکلر و هیمن، 2010؛ تورول اولتا). ، 2004).
حدود دو سوم انرژی ورودی در موتور احتراق داخلی از طریق گاز اگزوز و سیستم خنک کننده هدر می رود (یون و همکاران، 2013). با توجه به اتلاف انرژی بالای گاز خروجی موتورهای احتراق داخلی، انرژی مورد نیاز برای خشک کردن محصولات کشاورزی می تواند از این گازهای زائد باقی مانده بازیافت شود.
برخی از کارهای تحقیقاتی در خشک کردن مواد مختلف با گرمای اتلاف موتور احتراق داخلی انجام شده است مانند: خشک کردن برنج (Basunia and Abe, 2008)، خشک کردن زیست توده (Li et al., 2012; Nguyen and Steinbrecht, 2008) ، آسیاب خمیر و کاغذ (هولمبرگ و آهتیلا، 2005)، کانی های رسی (فتح، 1991) و کامپوزیت بزرگ (کمپ، 2005).
با این حال، هیچ تحقیق کاملی در مورد خشک کردن محصولات کشاورزی با استفاده از گرمای اتلاف گازهای خروجی در شرایط مختلف موتور وجود ندارد. در این کار تحقیقاتی، از گرمای هدر رفته گاز خروجی یک موتور احتراق داخلی برای فرآیند خشک کردن برش موز استفاده شد. هدف از این مطالعه بررسی سینتیک خشک کردن، پیشنهاد یک مدل ریاضی برای خشک کردن لایه نازک موز و ارزیابی مصرف انرژی و کارایی با و بدون کاربرد CHP می باشد.
نتیجه گیری
در این کار تحقیقاتی، انرژی بازیابی حرارت از اگزوز موتور آی سی برای خشک کردن برش های موز استفاده شد. سینتیک خشک کردن و پارامترهای انرژی سیستم مورد مطالعه قرار گرفته است. با توجه به نتایج، زمان خشک شدن با افزایش بار موتور و ضخامت نمونه به طور قابل توجهی کاهش یافت. حداقل و حداکثر زمان خشک شدن به ترتیب برای بارهای کامل (ضخامت 3 میلی متر نمونه ها) و 25 درصد بار (ضخامت 7 میلی متر نمونه ها) به دست آمد. همچنین، نتایج حاصل از تحلیل رگرسیون خطی چندگانه نشان داد که Midilli و همکاران. مدل خشک کردن و رفتار خشک کردن برش های موز را به بهترین شکل توصیف کرد. مطالعه حاضر اهمیت بازیابی حرارت را برای بهبود کارایی سیستم و مصرف انرژی تایید می کند. نتایج حاصل از سیستم CHP نشان داد که بازده انرژی به طور قابل توجهی افزایش یافته است. با استفاده از روش های بازیابی حرارت در اگزوز سیستم CHP، افزایش 11 تا 20 درصدی در راندمان سیستم مشاهده شد. حداکثر بازده در بار موتور 75 درصد به دست آمد. همچنین، نتایج نشان داد که مصرف انرژی ویژه (SEC) با کاهش ضخامت نمونه کاهش می‌یابد. SEC در محدوده 409-957kWh/kgwater بود. کمترین مصرف انرژی ویژه فرآیند خشک کردن در بار موتور 75 درصد و ضخامت 3 میلی متر مشاهده شد. انتظار می رود این سیستم به کاهش مصرف سوخت و افزایش بهره وری انرژی کمک کند. بنابراین خشک کن CHP جایگزین مناسبی برای خشک کن های معمولی در کاربردهای صنعتی است.
ترجمه مقاله