تعیین مشخصه های عملکردی خشک کن های مادون قرمز به منظور افزایش راندمان خشک کردن و یکنواختی توزیع حرارتی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار، گروه مهندسی بیو سیستم، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تبریز

2 استادیار، گروه مهندسی بیو سیستم، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تبریز

3 دانش آموخته کارشناسی ارشد، مهندسی مکانیزاسیون کشاورزی، گروه مهندسی بیو سیستم، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تبریز

چکیده

خشک‌کردن محصولات کشاورزی با استفاده از امواج مادون قرمز یکی از روش‌های کم هزینه و جذاب می‌باشد که با رعایت الزامات مهندسی در طراحی و عملکرد این خشک‌کن‌ها، کیفیت محصول نهایی مانند عدم چروکیدگی، جذب محدد آب بالا بوده و تغییرات رنگ کمینه خواهد بود. از مهم‌ترین پارامترهای طراحی در این خشک‌کن‌ها، طول موج امواج تابشی و فاصله منابع مادون‌قرمز از محصول می‌باشد که متضمن یکنواختی عملیات و حصول دماهای مختلف در خشک‌کن‌های سینی‌دار و تسمه نقاله‌ای است. به دلیل فقدان مدل‌ها و روابطی که قابل کاربرد در طراحی این نوع خشک‌کن‌ها باشد در این تحقیق در خشک‌کن کابینی با منبع توان الکتریکی ضمن تثبیت طول موج تابشی امواج مادون‌قرمز ساطع شده از رادیاتورها در محدوده‌ای که جذب حداکثری امواج توسط محتوی آب ماده غذایی صورت می‌گیرد، مشخصه‌‌‌های طراحی منبع توان مادون‌‌قرمز مانند تاثیر موقعیت مکانی رادیاتورها روی یکنواختی تابش و به تبع آن یکنواختی خشک‌کردن ماده غذایی و نیز حداکثر دمای قابل حصول در سطح ماده مورد بررسی قرار گرفت. مشخصه‌های فواصل افقی و عمودی رادیاتورها از محصول، تاثیر معنی‌داری روی حداکثر دمای قابل حصول و نیز یکنواختی توزیع گرما در سطح محصول داشت. هم‌چنین مدل ریاضی تغییرات حداکثر دمای قابل حصول روی محصول به صورت تابعی از متغیرهای رایاتور توسعه یافت. نتایج نشان داد که مدل حداکثر دمای قابل حصول به وسیله مدل رگرسیونی دو متغیره غیر‌خطی با مقادیر r و RMSE به ترتیب برابر 97/0 و 75/2 قابل بیان و تبیین است. ضمن حفظ فواصل افقی و عمودی رادیاتورها در مقادیر توصیه شده و نیز حفظ دما و طول موج تابشی رادیاتورها در طول موج‌های جذب حداکثری، برای اعتبارسنجی مدل توسعه داده شده، سینتیک خشک‌شدن نمونه‌های سیب‌زمینی و نیز پروفیل دمایی در داخل محصول اندازه‌گیری شد که نتایج بیانگر اعتبار بالای مدل بود.

چکیده تصویری

تعیین مشخصه های عملکردی خشک کن های مادون قرمز به منظور افزایش راندمان خشک کردن و یکنواختی توزیع حرارتی

تازه های تحقیق

  • مشخصه­­­های طراحی منبع مادون­­قرمز مانند تاثیر موقعیت مکانی رادیاتورها روی یکنواختی تابش و حداکثر دمای قابل حصول در سطح ماده بررسی شد.
  • بهترین فواصل افقی و عمودی رادیاتورها از محصول، جهت حصول حداکثر دما روی محصول و یکنواختی توزیع گرما در سطح محصول به دست امد.
  • مدل ریاضی تغییرات حداکثر دمای قابل حصول روی محصول به صورت تابعی از متغیرهای طراحی رایاتور توسعه یافت.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Determination of performance parameters of infrared dryer to increase drying performance and uniformity of heat distribution

نویسندگان [English]

  • Sadegh Seiiedlou 1
  • Habibeh Nalbandi 2
  • Amir Bodaghi 3
1 Associate professor in Biosystems Engineering, Agricultural faculty, University of Tabriz
2 Assistant professor in Biosystems Engineering, Agricultural faculty, University of Tabriz
3 Graduated student in agricultural Mechanization Engineering, Agricultural faculty, University of Tabriz
چکیده [English]

Thin layer drying of agriculture products using an infrared dryer (IR) is one of the interesting and low costs methods. Quality of dried products such as shrinkage, minimum color changes and rehydration ability could be increased if the engineering aspects will be considered in designing of dryer and selection of proper performance parameters. Wavelength of emitters and the distance of infrared radiator from the product are the important designing parameters in IR dryers. These parameters could guaranty the drying uniformity and the maximum temperature on the product surface in continues and batch IR dryer. Due to the lack of the mathematical models and equations usable in IR dryer designing, in this research the designing characteristic of infrared radiators was studied such as the effect of radiators location on the radiation uniformity, drying uniformity and the maximum temperature on the product surface. The study was performed by stabling the infrared wavelength at the range that absorbed by the water content of the radiated foodstuffs. Studied parameters, the horizontal and vertical distance had significant effect on the maximum temperature on the product surface and uniformity of heat distribution. A mathematical model was developed to describe the maximum temperature on the product surface as a function of radiator parameters. RMSE and r values of the model were 2.75 and 0.97, respectively. In order to validate the developed model, the drying kinetic of potatoes and its internal temperature profile was studied by keeping the horizontal and vertical distance of infrared radiators at the recommended value and stabling the infrared wavelength at the range that absorbed by the water content of the radiated foodstuffs. The results showed the good fitness between the experimental and predicted data.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Infrared dryer
  • Uniformity of radiation
  • Radiator
  • Distance
[1] Sharma, G.P., Verma, R.C., Pathare, P.B. (2005). Thin-layer infrared radiation drying of onion slices. J. Food Eng., 67, 361-366.

[2] Nowak, D., Lewicki, P.P. (2005). Quality of Infrared dried apple slices. Drying Technolo., 23, 831-846.

[3] Nuthong, P., Achariyaviriya, A., Namsanguan, K., Achariyaviriya, S. (2011). Kinetics and modeling of whole langan with combined infrared and hot air. J. Food Eng., 102, 233-239.

[4] Adak, N., Heybeli, N., Ertekin, C. (2017). Infrared drying of strawberry. Food Chem., 219, 109-116.

[5] Swasdisevi, T., Devahastin, S., Sa-Adchom, P., Soponronnarit, S. (2009). Mathematical modeling of combined far-infrared and vacuum drying banana slice. J. Food Eng., 92, 100–106.

[6] Pekke, M.A., Pan, Z., Atungulu, G.G., Gary Smith, G., Thompson, J.F. (2013). Drying characteristics and quality of bananas under infrared radiation heating. Int. J. Agri. Biology Eng., 6 (3), 58-70.

[7] Khampakool,A., Soisungwan,S., Park, S.H. (2019). Potential application of infrared assisted freeze drying (IRAFD) for banana snacks: Drying kinetics, energy consumption, and texture. LWT - Food Sci. Technol., 99, 355–363.

[8] Sandu, V. (1986). Infrared radiative drying in food engineering: a process analysis.Biotechnol. Progr., 2(3), 109-119.

[9] Afzal, T.M., Abe, T. (1998). Diffusion in potato during far infrared radiation drying. J. Food Eng., 37(4), 353-365.

[10] Umesh Hebbar, H., Vishwanatham, K.H., Ramesh, M.N. (2004). Development combined infrared and hot air dryer for vegetables. J. Food Eng., 65, 557-563.

[11] Togrul, H. (2006). Suitable drying model for infrared drying of carrot. J. Food Eng., 77, 610- 619.

[12] Timoumi, S., Mihoubi, D., Zagrouba, F. (2007). Shrinkage, vitamin C degradation and aroma losses during infra-red drying of apple slices. J. LWT, 40, 1648-1654.

[13] Celma, A.R., Rojas, S., Lopez, F., Montero, I., Miranda, T. (2007). Thin-layer drying behavior of sludge of alive oil extraction. J. Food Eng., 80, 1261-1271.

[14] Rzca, M., Rajchert, D.W. (2009). Effect of drying method on the microstructure and physical properties of dried apple. Drying Technol., 27, 903- 909.

[15] Ponkham, K., Meeso, N., Soponronnarit, S., Siriamornpun, S. (2012). Modeling of combine far-infrared radiation and air drying of a ring shaped pineapple with/ without shrinkage. Food Bioprod. Process., 90, 155-164.

[16] Aktas, M., Sevik, S., Amini, A., Khanlari, A. (2016). Analysis of drying of melon in a solar-heat recovery assisted infrared dryer. Sol. Energy, 137, 500-515.

[17] احمدی قویدلان، م؛ امیری چایچان، ر. (1395). استفاده از روش سطح پاسخ جهت بهینه سازی خشک کردن فندق در بستر سیال مادون قرمز. نشریه پژوهش های صنایع غذایی، جلد 26(4)، ص 639-657.

[18] Sakai, N., Hanzawa, T. (1994). Application and advances in far infrared heating in Japan. Trend Food Sci. Technol., 5(11), 357- 362.

[19] Ratti, C., Mujumdar, A.S. (2006). Infrared drying, handbook of industrial drying. Taylor & Francis. Vol: 3.

[20] Pan, Z., Atungulu, G.G. (2011). Infrared heating for food agriculture processing. Taylor & Francis Group. Dublin.

[21] AOAC (1980). Official methods of analysis (13 th ed.). Washington, DC Association of Official Analytical Chemists.

[22] امیرنجات، ح. (1389). خشک­کن مادون قرمز آزمایشگاهی برای خشک کردن قارچ، پایان نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه تربیت مدرس.

[23] Nowak, D., Lewicki, P.P. (2004). Infrared drying of apple slices. Innov. Food Sci. Emerg. Technol., 5, 353-360.