طراحي و ساخت سامانه اعمال امواج فراصوت به محفظه خشك‌كن هواي داغ براي خشك كردن شلتوك رقم نوگران

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي مكانيك بيوسيستم

كارشناسي ارشد

برنج از ديرباز به عنوان يكي از مهم‌ترين منابع تأمين غذاي بشر، به ويژه در قاره پهناور آسيا، نقش اساسي ايفا كرده است. شلتوك ماده اوليه اصلي براي توليد برنج سفيد محسوب مي‌شود. خشك كردن يكي از مهم‌ترين عمليات‌هاي واحد طي فرآيند تبديل شلتوك به برنج سفيد است. با پيشرفت‌هاي فناوري در حوزه پس از برداشت، امروزه استفاده از خشك‌كن‌هاي پيشرفته، به ويژه خشك‌كن‌هاي تركيبي، به منظور افزايش بازدهي، كاهش مصرف انرژي و بهبود كيفيت نهايي محصول مورد توجه قرار گرفته است. در اين پژوهش، يك واحد اعمال امواج فراصوت به يك خشك‌كن هواي داغ با هدف خشك كردن تركيبي همرفتي-فراصوت شلتوك رقم نوگران طراحي و ساخته شد. اين دستگاه مجهز به مولد فراصوت پيزوالكتريك با فركانس كاري 16 كيلوهرتز بود. مولد امواج فراصوت در قسمت زيرين محفظه خشك‌كن قرار گرفت و استوانه نگهدارنده نمونه‌ها با سطح مقطع 5 سانتي‌متر و ارتفاع 20 سانتي متر بر روي آن قرار داده ‌شد. آزمايش‌هاي خشك كردن شلتوك در سه سطح دماي 40، 50 و 60 درجه سلسيوس و چهار سطح توان فراصوت 0، 900، 1200 و 1500 وات با سرعت هواي ثابت 1/5 متر بر ثانيه و در دو تكرار انجام شدند. در طول فرآيند خشك كردن، رطوبت شلتوك از حدود 20 درصد (بر پايه تر) به حدود 10/5 درصد (بر پايه تر)كاهش يافت. سپس، سينتيك خشك كردن، شاخص ترك ‌تنشي و مقدار انرژي مصرفي ارزيابي شدند. يافته‌هاي پژوهش نشان داد كه استفاده هم‌زمان از امواج فراصوت در مقايسه با روش همرفتي به تنهايي، منجر به كاهش سريع‌تر رطوبت محصول شد. در تمامي تيمارهاي آزمايشي، روند خشك كردن در ابتدا با سرعت بالايي انجام مي‌گرفت، اما با گذشت زمان از نرخ خشك شدن كاسته مي‌شد. همچنين مشخص شد كه افزايش دماي عملياتي و سطح توان امواج فراصوت تأثير معني‌دار بر كاهش مدت خشك كردن دارد. با افزايش توان امواج فراصوت، مقدار ترك‌خوردگي دانه‌ها به صورت معني‌داري افزايش يافت. به طور مشخص، بيشترين مقدار ترك‌ تنشي در لايه‌هاي نزديك به مولد فراصوت مشاهده شد و اين مقدار با افزايش فاصله از مولد كاهش مي‌يافت. از جنبه مصرف انرژي، روش خشك كردن همرفتي بيشترين مقدار انرژي را مصرف مي‌كرد، در حالي كه به‌ طور ميانگين تيمارهاي تركيبي با توان 900 وات امواج فراصوت كمترين مصرف انرژي را به خود اختصاص داد. تيمارهاي با دماي 50 درجه سلسيوس به طور ميانگين مقدار مصرف انرژي كم‌تري نسبت به دماهاي ديگر داشتند. در بخش مدلسازي رياضي، داده‌هاي آزمايشگاهي با استفاده از 11 مدل تجربي و نيمه‌تجربي مورد تحليل قرار گرفتند. بر اساس معيارهاي آماري شامل حداكثر ضريب تبيين (R²) و حداقل ريشه ميانگين مربعات خطا (RMSE)، مدل ارائه شده توسط ميدلي و همكاران بهترين انطباق را با داده‌هاي تجربي نشان داد. در نهايت، با در نظر گرفتن معيارهاي سه‌گانه شامل مدت خشك كردن، مقدار ترك‌خوردگي دانه‌ها و انرژي مصرفي، روش تركيبي همرفتي-فراصوت با توان 900 وات و دماي 50 درجه سلسيوس به عنوان مناسب‌ترين روش براي خشك كردن شلتوك معرفي شد. اين روش توانست توازن مناسبي بين كيفيت محصول نهايي و مصرف انرژي ايجاد نمايد.

233518

طراحي و ساخت

مهندسي كشاورزي

دانشگاه صنعتي اصفهان