دانلود تحقیق خشک کن خورشیدی

خشک کردن مواد غذایی یکی از قدیمی‌ترین روش‌های نگهداری آنهاست.

با کاهش مقدار رطوبت ماده غذایی، امکان فساد میکروبی آن از بین می‌رود و وزن و حجم آن نیز به مقدار زیادی کاهش می‌یابد.

از طرفی، فرآیند خشک کردن از لحاظ مصرف انرژی یکی از پرهزینه‌ترین عملیات پس از برداشت در کشاورزی است.

امروزه منبع اصلی تامین انرژی سوخت‌های فسیلی هستند که در آینده به اتمام خواهند رسید.

از جمله انرژی‌های تجدیدپذیر، انرژی خورشیدی است که می‌تواند جایگزینی برای انرژی‌های فسیلی باشد.

در بسیاری از مناطق روستایی کشورهای در حال توسعه، خرید خشک‌کن‌های صنعتی برای کشاورزان از لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه نیست و کشاورزان خرده پا به ندرت از این تجهیزات استفاده می‌کنند.

روش سنتی خشک کردن محصول زیر تابش مستقیم آفتاب هم معایب و محدودیت‌هایی دارد که از جمله می‌توان به تلفات بالای محصول، خشک شدن ناکافی، آلودگی به گرد و غبار، آلودگی‌های قارچی، حمله حشرات، پرندگان و جوندگان به محصول،‌ و بارندگی غیرمنتظره اشاره کرد.

کاربرد خشک‌کن‌های خورشیدی در محل‌های تولید محصولات کشاورزی مانند مزارع و باغ‌ها باعث صرفه‌جویی در مصرف انرژی و کاهش هزینه‌های تولید و تبدیل بهینه محصولات کشاورزی می‌شود.

کیفیت محصول، به خصوص محصولاتی مانند سبزی‌های برگی (که با داشتن ترکیبات معطر در برابر دمای بالای خشک‌کن‌های صنعتی فوق‌العاده حساس هستند وقتی با خشک‌کن‌های خورشیدی خشک شود به طور قابل توجهی نسبت به روش‌های سنتی (پهن کردن محصول در معرض آفتاب و باد) و روش صنعتی (که پرهزینه است) خواهد بود.

بررسی انواع خشک‌کن‌های خورشیدی
خشک‌کن‌های خورشیدی
به طور کلی خشک کن‌های خورشیدی به دو گروه عمده خشک‌کن‌های فعال و خشک‌کن‌های غیرفعال تقسیم می‌شوند.

خشک‌کن‌های خورشیدی غیرفعال، خشک‌کن‌هایی هستند که در آنها تنها از انرژی خورشید جهت خشک کردن محصول استفاده می‌گردد.

در خشک‌کن‌های خورشیدی فعال علاوه بر انرژی خورشید معمولا از یک مکنده یا دمنده برای ایجاد جریان هوا در سرتاسر بستر محصول استفاده می‌شود.

خشک‌کن‌های خورشیدی غیرفعال به سه دسته تقسیم می‌شوند:
1- خشک‌کن غیرفعال مستقیم، در این خشک‌کن‌ها بستر محصول در معرض تابش مستقیم خورشید قرار می‌گیرد و جریان هوا به روش جابجایی آزاد برقرار می‌گردد.

2- خشک‌کن‌های غیرفعال غیرمستقیم، در این خشک‌کن‌ها هوای گرم از سرتاسر بستر محصول عبور می‌کند و جریان هوا معمولا به روش جابجایی آزاد برقرار می‌گردد.

در این روش بستر محصول مستقیما در معرض تابش خورشید قرار ندارد.

3- خشک‌کن‌های غیرفعال مختلط، این نوع از خشک‌کن‌ها ترکیبی از دو روش قبلی هستند.

در این روش هوای گرم شده توسط انرژی خورشید از سرتاسر بستر محصول عبور می‌کند و در عین حال خود بستر نیز به طور همزمان در معرض تابش مستقیم خورشید قرار دارد.

شکل کلی از دستگاه خشک کن
خشک‌کن‌های خورشیدی فعال نیز در انواع کلی زیر وجود دارند:
1- خشک‌کن خورشیدی فعال غیرمستقیم، در این نوع خشک‌کن‌ها علاوه بر انرژی خورشید معمولا از یک مکنده یا دمنده برای ایجاد جریان سریع هوا در سرتاسر بستر محصول استفاده می‌گردد و محصول مستقیما در معرض تابش نور خورشید نمی‌باشد.

2- خشک‌کن خورشیدی فعال مختلط، در این نوع علاوه بر جابجایی اجباری- هوای گرم شده- به وسیله دمنده (یا مکنده) بستر محصول نیز در معرض تابش مستقیم خورشید قرار می‌گیرد.

1- خشک‌کن خورشیدی فعال غیرمستقیم با سبدهای چند لایه
این خشک کن (شکل 4) دارای یک جمع‌کننده انرژی خورشید با صفحه جاذب پلکانی (به منظور افزایش سطح جذب انرژی و سطح تماس با هوای داخل جمع‌کننده) و یک محفظه خشک‌کن می‌باشد.

هوا گرم داخل جمع‌کننده از طریق یک مکنده گریز از مرکز به سمت محفظه خشک‌کن حرکت می‌کند.

در داخل محفظه خشک‌کن سبدهایی با چند لایه طوری قرار گرفته‌اند و محصول روی این طوری‌ها پهن می‌شود.

جریان هوای داخل جمع‌کننده از داخل این سبدها عبور کرده و ضمن گرفتن رطوبت محصول از مجرای خروجی خشک‌کن خارج می‌شود.

ظرفیت بارگیری این نوع خشک‌کن 38 کیلوگرم به ازای هر مترمربع سطح جمع‌کننده می‌باشد.

دوره خشک شدن در این روش 5 تا 6 روز است و محصول دارای کیفیت بسیار مطلوبی می‌باشد.

تصویر یک خشک کن خورشیدی فعال غیر مستقیم با سبدهای چند لایه 2- خشک‌کن‌های فعال مختلط از نوع تونلی در این نوع از خشک‌کن (شکل 5) محفظه خشک کردن به صورت تونلی می‌باشد که محصول به صورت یک لایه نازک در داخل آن پهن می‌گردد.

جذب انرژی خورشید هم در جمع کننده و هم مستقیما توسط محفظه خشک شدن صورت می‌گیرد.

برای ظرفیتهای پایین (حدود 50 تا 300 کیلوگرم‌) معمولا محفظه خشک کردن و جمع‌کننده پشت سر هم (به صورت سری قرار می‌گیرند ولی در ظرفیتهای بالا (تا 1000 کیلوگرم) این دو قسمت کنار هم و به صورت موازی قرار می‌گیرند.

در خشک کن تونلی با جمع‌کننده خورشیدی، جمع‌کننده و محفظه تونلی خشک شدن هر دو روی زمین بسته می‌شوند و یک پوشش شفاف روی آنها قرار می‌گیرد و دیوارهای اطراف نیز عایق‌بندی می‌گردد.

در این نوع خشک‌کن جابجایی هوا به صورت اجباری و توسط یک مکنده گریز از مرکز صورت می‌گیرد.

برای جلوگیری از ورود حشرات به داخل خشک کن در مجرای ورودی هوا به داخل به طور معمول یک توری سیمی قرار می‌گیرد.

تصویر یک خشک کن فعال مختلط از نوع تونلی 3- خشک‌کن‌های خورشیدی غیرفعال مستقیم از نوع سقف شیشه‌ای خشک کن خورشیدی سقف شیشه‌ای (شکل 2) شبیه یک اتاقکی می‌باشد که شامل دو ردیف موازی سبد توری از جنس گالوانیزه که هر کدام دارای بدنه چوبی می‌باشند، است.

این خشک‌کن دارای سقف شیشه‌ای دو تکه می‌باشد که یکی از این دو به جهت شمال جغرافیایی و دیگری در جهت جنوب شیب گرفته‌اند.

هوای گرم شده در داخل محفظه همراه با رطوبت جذب شده از قسمت بالایی اتاقک خارج می‌شود، در اثر خلاء ایجاد شده هوای تازه از قسمت پایین اتاقک وارد می‌شود و بدین ترتیب جریان هوا در داخل خشک‌کن برقرار می‌گردد.

درجه حرارت داخل این خشک‌کن می‌توانند تا دو برابر درجه حرارت هوای محیط در موقع ظهر برسد.

نمای شماتیک یک خشک کن های خورشیدی غیر فعال مستقیم از نوع سقف شیشه ای 4- خشک کن خورشیدی غیرفعال مختلط این خشک کن (شکل 3) دارای دو قسمت جمع‌کننده انرژی خورشید و محفظه خشک شدن محصول که در آن قرار می‌گیرند، می‌باشد.

جمع‌کننده دارای یک پوشش شفاف و یک صفحه جاذب سیاه رنگ می‌باشد.

محفظه خشک کردن نیز دارای پوشش شفاف می‌باشد تا محصول علاوه بر این که در معرض تابش مستقیم خورشید قرار می‌گیرد از خطر باران و گرد و خاک هم حفظ گردد.

جابجایی هوای گرم در خشک کن به صورت جابجایی آزاد (جابجایی در اثر تغییرات چگالی هوای گرم شده) است و در صورت وزش باد و با مکش ایجاد شده در مجرای خروجی هوای خشک کن این جریان افزایش خواهد یافت.

بیشترین درجه حرارت داخل محفظه خشک کردن در شرایطی که دمای محیط حدود 20 درجه سانتی‌گراد بوده، معادل 50 درجه سانتی‌گراد گزارش شده است.

ظرفیت بارگیری تا 100 کیلوگرم در هر متر مکعب فضای داخل محفظه و یا 25 کیلوگرم برای هر مترمربع از سطح جمع‌کننده می‌باشد.

تصویر شماتیک خشک کن خورشیدی غیرفعال مختلط 5- خشک‌کن‌های خورشیدی غیرفعال مستقیم از نوع کابینتی این نوع خشک‌کن‌ها بسیار ساده بوده و توسط روستائیان نیز به سادگی با هزینه اندک قابل ساخت و استفاده کردن خواهد بود.

این خشک کن از نوع خشک‌کن‌های غیرفعال مستقیم می‌باشد که معمولا از چوب ساخته می‌شود و طول آن تقریبا 3 برابر پهنای آن است.

خشک‌کن دارای یک لایه شیشه یا پلاستیک شفاف است که نور خورشید از آن عبور کرده و به سطح سیاه رنگ زیر و اطراف برخورد کرده و حرارت تولید می‌کند، درجه حرارت در داخل جمع‌کننده به حدود 80 درجه سانتی‌گراد می‌تواند برسد و محصول نهایی دارای کیفیت بالاتری نسبت به خشک کردن سنتی می‌باشد.

نمای شماتیک یک خشک کن غیر فعال مستقیم اجزای خشک کن: جمع کننده: جمع‌کننده انرژی خورشیدی از یک قاب آلومینیومی ساخته شده که سایر اجزاء را در خود نگه می‌دارد.

صفحه جاذب از ورق آلومینیومی و با نوعی رنگ تیره مات با ضریب جذب بالا و نام تجاری دنکستل پوشانده شده است.

زیر صفحه جاذب از نوعی عایق فومی به ضخامت) (وات بر متر درجه سانتی‌گراد) استفاده می‌شود.

و زیر لایه عایق صفحه زیرین قرار دارد که جنس آن ورق گالوانیزه است.

صفحه پوشش هم از شیشه ساختمانی با ضخامت 4 میلی‌متر است که با صفحه جاذب فاصله دارد.

که این مقدار فاصله با استفاده از مقادیر جرم و دبی هوای محاسبه شده برای خشک‌کن، عرضی مجرای عبور هوای جمع‌کننده و مساحت جمع‌کننده بدست می‌آید.

جمع کننده انرژی خورشیدی محفظه خشک کن: فرآیند اصلی خشک کردن در این قسمت انجام می‌شود.

هوای گرم شده توسط جمع‌کننده‌های خورشیدی بوسیله مکنده، مکیده شده و به این قسمت هدایت می‌شود.

در این قسمت با عبور هوای گرم از بستر محصول رطوبت موجود در آنها تبخیر و به خارج هدایت خواهد شد.

محفظه خشک کن شامل محفظه آرام‌کننده، پوشش شیشه‌ای، درب جهت دسترسی به داخل آن دریچه جهت اتصال به سیستم تأمین هوا، پشم شیشه جهت عایق‌کاری، شیارهایی جهت نگهداری سینی‌های محصول رکاب می‌باشد.

این محفظه خود به عنوان صحیح‌کننده انرژی خورشیدی عمل می‌کنند لذا داخل محفظه خشک‌کننده با رنگ سیاه مات پوشیده شده است تا در مواقعی که از تابش مستقیم نور خورشید در حالتهای مختلط بهره گرفته می‌شود، خود به عنوان جمع‌کننده عمل کرده و حداکثر جذب انرژی خورشید حاصل گردد.

فاصله قرارگیری سینی‌ها نسبت به هم بسیار مهم می‌باشد طوری که سینی بالایی باید سایه‌اندازی ناچیزی روی سینی پائین داشته باشد.

محفظه خشک کن سینی نگه‌داری محصول: در یک خشک کن محصول به صورت لایه نازک خشک می‌گردد.

به منظور قرار دادن محصول به صورت لایه نازک در داخل محفظه خشک کننده باید با توجه به ظرفیت محفظه خشک کننده و ابعاد آن از سینی استفاده می‌شود.

در اکثر موارد سینی‌ها از توده پارچه‌ای با قاب چوبی ساخته می‌شود.

سیستم تأمین و انتقال هوا: در یک خشک‌کن هوا از جمع‌کننده‌ها توسط سیستم تأمین و انتقال هوا مکیده و وارد محفظه خشک‌کننده می‌گردد.

برای خروج هوا از خشک‌کن لوله قابل انعطاف آلومینیومی بکار گرفته می‌شود که انتهای دیگر این لوله به یک مکنده ختم می‌شود.

کانال رابط: برای اتنتقال هوای گرم شده در جمع‌کننده‌ها به محفظه خشک‌کن از یک کانال ذوزنقه‌ای شکل استفاده می‌شود.

این کانال چوبی طوری ساخته می‌شود که از یک طرف دارای یک دهانه با اندازه مشخص می‌باشد که به انتهای بالایی جمع‌کننده متصل می‌گردد.

و از طرف دیگر دارای اندازه مشخص و به قسمت جلو- پائین محفظه خشک‌کننده با پیچ محکم می‌گردد.

برای به حداقل رساندن تلفات حرارتی سطح کانال بصورت مؤثر توسط پشم شیشه پوشیده می‌شود.

مکنده: هوای گرم شده در جمع‌کننده توسط این وسیله مکیده می‌شود و از بستر محصول عبور داده می‌شود.

عموما مکنده در قسمت عقب محفظه خشک‌کن نصب شده است.

خفه کن: دبی هوای خشک کننده را تغییر می‌دهد.

خفه کن در خروجی مکنده نصب می‌گردد.

سیستم کنترل PID: اغلب فاکتورهای مؤثر بر مقدار بازده انرژی در یک خشک کن خورشیدی در طول فرآیند خشک کردن محصول دائما در حال تغییر می‌باشند.

از جمله این فاکتورها می‌توان به میزان انرژی تابشی جذب شده توسط جمع‌کننده، دبی هوای ورودی به جمع‌کننده و محفظه خشک‌کن، جرم رطوبت تبخیر شده از محصول، دمای هوا و ...

اشاره نمود.

با وجود تغییر هر یک از این فاکتورها، معمولا فن با حداکثر دور می‌چرخد که در واقع هم اتلاف انرژی است و هم به کاهش بازده خشک کن در حین فرآیند خشک شدن محصول می‌انجامد.

برای رفع این مشکل کنترل مداوم و پیوسته متغیرهای اصلی در طول فرآیند خشک شدن محصول ضروری به نظر می‌رسد.

به همین منظور یک سیستم کنترل PID طراحی و ساخته شد.

در این سیستم دور فن به عنوان متغیر کنترلی ورودی در نظر گرفته شد.

این سیستم ضمن پایش دمای سیستم در نقاط مختلف با استفاده از حسگرهای دیجیتالی، با دریافت اطلاعات مربوط به متغیرهای موثر بر خشک کردن محصول و انجام محاسبات لازم، بازده فعلی و بهینه خشک کن را محاسبه نموده و با هم مقایسه می‌نماید.

سپس با توجه به اختلاف این دو مقدار، دور جدیدی برای فن محاسبه شده و سیستم کنترل به منظور رساندن دور فن به دور مطلوب اعمال می‌گردد.

سخت‌افزار سیستم کنترل فن مورد آزمایش از نوع لوله محوری با قطر پروانه cm12 و ولتاژ ورودی 220 ولت AC می‌باشد (Soheili mehdizadeh et al., 2006).

اجزاء اصلی سیستم کنترل خودکار به شرح زیر می‌باشد: 2 عدد میکروکنترلر PI 16-8535 ATMEGA (برنامه‌نویسی میکروکنترلر با زبان C و کامپایلر Code VisionAVR انجام شد)، رگولاتور 5 ولت cv7805L (تامین ولتاژ محدوده کاری حسگرها)، دو عدد کریستال 16 مگاهرتز، مدار مجتمع 232 MAX، فرستنده و گیرنده فروسرخ (جهت شمارش تعداد دور پره‌ها)، اپتوکوپلر، ترایاک، آداپتور، حسگر دما 30-160 SMT.

با توجه به فاصله زیاد بین ورودی جمع‌کننده، خروجی جمع‌کننده و خروجی هوا از محفظه خشک کن که می‌باید دمای آن‌ها در طی آزمایش اندازه‌گیری شود، از حسگرهای دیجیتالی استفاده می‌شد.

حسگرهای دیجیتال امکان انتقال داده با دقت بالا و حداقل خطا را حین استفاده از سیم‌های بلند متصل به پایه‌های حسگر تضمین می‌نمایند.

نرم‌افزار سیستم کنترل خودکار برنامه‌ای که برای سیستم کنترل در نظر گرفته می‌شود شامل مراحل ذیل می‌باشد: الف- محاسبه سرعت فعلی فن ب- دریافت سرعت ورودی از واحد در ارتباط با رایانه پ- اعمال کنترل محاسبه سرعت فعلی فن از طریق دو حسگر فرستنده و گیرنده فروسرخ انجام می‌شود.

این حسگرها در دو طرف فن (در قسمت جلو و پشت پره‌های فن) روبروی یکدیگر قرار داده شد.

فن دارای 6 پره می‌باشد و هر شش بار عبور پره‌ها از جلوی فن برابر با یک دور فن می‌باشد.

یک سیستم کنترل پسخوردی به منظور کنترل دور فن و کاهش خطا طراحی گردید.

شکل 1- نمودار بلوکی این سیستم را نشان می‌دهد.

نمودار بلوکی سیستم کنترل دور فن برنامه میکروکنترلر که به زبان C نوشته شده است، شامل سه بخش اصلی است (شکل 2) که به طور همزمان اجرا می‌شوند.

حلقه اصلی ورودی درگاه سریال را کنترل کرده و فرمان‌های رایانه را انجام می‌دهد.

حلقه دوم خروجی حسگرهای دما را محاسبه و اعلام می‌نماید که به صورت تابعی در برنامه فراخوانی می‌شود.

کنترل سرعت موتور قسمت سوم است که سرعت موتور را محاسبه نموده همچنین کنترل سرعت موتور حول مقدار ورودی را بر عهده دارد.

شکل 2 نمودار جریان این سیستم کنترل دور فن را نشان می‌دهد.

برای ارتباط کاربر با سخت‌افزار یک کنترل اکتیو ایکس نوشته شده، این نرم‌افزار به صورت بسته نرم‌افزاری قابل نصب بر روی رایانه است که به راحتی در محیط 6Visual Basic قابل استفاده می‌باشد.

نمودار جریان کنترل دور فن سیستم کنترل به این صورت طراحی گردیده که ابتدا بازده بهینه دستگاه محاسبه شده و با بازده فعلی مقایسه می‌شود.

چنانچه این دو مقدار با یکدیگر برابر نباشند، دور جدید که به ازاء آن بازده بهینه می‌گردد محاسبه می‌شود.

سپس این دور به کنترلر ارسال شده و کنترلر دور جدید را به فن اعمال می‌کند.

با استفاده از کنترل MScomm ویژوال امکان دریافت اطلاعات از پورت 232RS و ارسال فرامین کنترل به آن فراهم گردید.

از این طریق برنامه با سخت‌افزار کنترل مرتبط می‌رگدد.

بررسی دقت سیستم کنترل دور فن به منظور تعیین میزان دقت و انعطاف‌پذیری سیستم کنترل خودکار در رساندن دور به حد مطلوب، آزمایشی انجام می‌شود.

در این آزمایش با استفادهاز نرم‌افزار نوشته شده برای کنترل دور، دورهای متفاوتی به سیستم اعمال می‌شود.

سپس برای اطمینان از حصول تامین دور مطلوب، پس از چند ثانیه دور واقعی که فن توانسته تامین کند از برنامه کنترلر خوانده می‌شود.

شکل 3- نمودار مقایسه‌ این دو را نشان می‌دهد.

نمودار مقایسه دور واقعی و اسمی فن با استفاده از نرم‌افزار 12SPSS آزمون t-student انجام شد و نتایج نشان داد که تفاوت معنی‌داری بین دور اسمی و واقعی فن وجود ندارد.

بنابراین در طول آزمایش، سیستم کنترل خودکار قادر است دور فن را دقیقا به دور محاسبه شده در نرم‌افزار برساند.

بررسی میزان تغییرات دور فن به منظور بررسی سیستم 3 آزمایش در روزهای متفاوت انجام شد.

شکل‌های 4 تا 6 میزان تغییرات دور فن را در آزمایش‌های مختلف نشان می‌دهد.

میزان تغییرات دور فن در آزمایش اول میزان تغییرات دور فن در آزمایش دوم میزان تغییرات دور فن در آزمایش سوم نتایج مربوط به شکل‌های 4 تا 6 در جدول 1 نشان داده شده است.

جدول نتایج حاصل از تغییرات دور کنترل شده فن در مقایسه با دور حداکثر (بدون اعمال کنترل) نتایج جدول 1 نشان می‌دهد که سیستم کنترل قادر به تامین دور مطلوب با دامنه تغییرات زیاد است که این مسئله بیان‌گر انعطاف‌پذیری سیستم در دستیابی به دور مطلوب است.

از طرفی در میانگین هر سه آزمایش، فن در 66.2 درصد از دامنه دور (2200-0) خود نوسان می‌کند و این موضوع نشان می‌دهد که دور مطلوب در فاصله زیادی نسبت به حداکثر دور فن قرار دارد.

کاربرد فن در دامنه کاری متر از حداکثر دور آن، موجب کاهش مصرف انرژی الکتریکی و افزایش بازده انرژی سیستم می‌شود.

مقایسه بازده‌های فعلی و بهینه خشک کن در آزمایشات با 3 تکرار، محصول نعناع به ارتفاع پنج سانتی‌متر روی دو سینی خشک کن خورشیدی همرفت اجباری قرار داده شد.

سپس کنترلر روشن شده، حسگرها در ورودی جمع‌کننده، خروجی جمع‌کننده و خروجی محفظه خشک کن قرار داده شد.

با تنظیم زمان سنج برنامه، در فواصل یک دقیقه‌ای میزان مقادیر حسگرها ثبت و مقدار بازده‌ها محاسبه و اندازه‌گیری گردید.

برای مقایسه بازده بهینه و فعلی سیستم، ابتدا با استفاده از برنامه نوشته شده بازده فعلی خشک کن در حالی که فن با حداکثر دور اسمی خود می‌چرخید و هیچ‌گونه کنترلی روی آن صورت نمی‌گرفت، اندازه‌گیری شد.

سپس بازده بهینه محاسبه شده و پس از مقایسه با بازده فعلی، دور بهینه برای حصول بازده بهینه محاسبه شده و این دور به فن اعمال می‌گردید.

شکل‌های 7 تا 9 میانگین داده‌های به دست آمده از آزمایش را نشان می‌دهد.

در این نمودارها بازده فعلی، بازده بهینه و دور بهینه فن است که به ازاء آن بازده بهینه به دست می‌آید.

نمودار مقادیر بازده‌ها و دور کنترلی در آزمایش اول نمودار مقادیر بازده‌ها و دور کنترلی در آزمایش دوم نمودار مقادیر بازده‌ها و دور کنترلی در آزمایش سوم با استفاده از نرم‌افزار SPSS12 آزمون نمونه‌های جفتی برای دو بازده انجام شد و نتایج نشان داد که با اطمینان 99٪ بازده بهینه به طور بسیار معنی‌دار بیشتر از بازده فعلی است.

محاسبات خشک‌کن‌ها محاسبات نظری برای محاسبه جرم و حجم هوای لازم برای خشک‌کردن، ابتدا هوای خروجی از محفظه خشک‌کن در رطوبت اشباع (100 درصد) در نظر گرفته می‌شود.

به این ترتیب با استفاده جرم حداقل هوای لازم برای خشک کردن محصول از روابط زیر به دست می‌آید.

(1) (2) که در آن، = اختلاف نسبت رطوبت (بر حسب کیلوگرم بر کیلوگرم هوای خشک)؛ w1 و w2 = به ترتیب نسبت رطوبت هوای ورودی و خروجی محفظه خشک کن (بر حسب کیلوگرم بر کیلوگرم هوای خشک)؛ و = به ترتیب جرم رطوبت تبخیر شده از محصول و جرم هوا (بر حسب کیلوگرم) است.

برای محاسبه جرم هوای لازم برای خشک کردن می‌توان از موازنه انرژی استفاده کرد (Ayensu, 1997): (3) که در آن، L= گرمای نهان تبخیر آب (بر حسب کیلوژول بر کیلوگرم)؛ C= گرمای ویژه هوای خشک (بر حسب کیلوژول بر کیلوگرم درجه کلوین)؛ و = به ترتیب دمای مطلق هوای ورودی و خروجی محفظه (بر حسب کلوین) است.

متوسط دو مقدار به دست آمده از روابط شماره 2و3 را جرم هوای لازم برای خشک کردن در نظر می‌گیریم (Ayensu, 1997).

سطح جمع‌کننده موردنیاز از موازنه انرژی برای تبخیر رطوبت محصول و انرژی جذب شده در سطح جمع‌کننده محاسبه می‌شود.

(4) که در آن، A= مساحت جمع‌کننده انرژی خورشیدی (بر حسب مترمربع)؛ N= تعداد روزهای موردنیاز برای خشک کردن محصول؛ و = به ترتیب ضریب عبور و ضریب جذب مواد استفاده شده در صفحه پوشش و صفحه جاذب جمع‌کننده (بدون واحد)؛ = ضریب انتقال حرارت در جمع‌کننده (بدون واحد)؛ = انرژی تابشی منطقه در واحد سطح طی یک روز (بر حسب کیلوژول بر مترمربع در روز) است.

با استفاده از چگالی و ارتفاع محصول پهن شده، مساحت سینی محصول به دست می‌آید.

با استفاده از دبی جریان هوا و افت فشار استاتیکی و دینامیکی موجود در مسیر عبور هوا، قدرت مکنده موردنیاز تعیین می‌شود.

در اثر عبور هوا از میان توده محصول و عبور هوا از پیچ و خم‌های مسیر فشار استاتیکی به وجود می‌آید.

افت این فشار استاتیکی از رابطه زیر محاسبه می‌شود.

(5) که در آن، = افت فشار هوا (بر حسب پاسکال)؛ m= ارتفاع محصول روی سینی‌ها (بر حسب متر)؛ a و b= ثابت ویژه محصول، به ترتیب (بر حسب پاسکال مجذور ثانیه بر متر مکعب و مترمربع ثانیه بر مترمکعب)؛ Q= دبی هوا در واحد سطح محصول گسترده شده (بر حسب متر مکعب بر ثانیه مترمربع) است.

افت فشار هوا در اثر عبور از زانویی و تخلیه هوا از جمع‌کننده به محفظه خشک‌کن (گشایش ناگهانی مقطع) با استفاده از روابط زیر محاسبه می‌شود.

(6) (7) که در آنها، و = به ترتیب افت فشار زانویی و گشایش ناگهانی مقطع (بر حسب متر)؛ = ضریب افت فشار (بدون واحد)؛ v= سرعت هوا (بر حسب متر بر ثانیه)؛ g= شتاب جاذبه (بر حسب متر بر مجذور ثانیه)‌ است.

افت فشار دینامیکی یا فشار سرعت در اثر سرعت جریان هوا ایجاد می‌شود و از رابطه شماره 8 محاسبه می‌شود.

(8) که در آن، VP= فشار سرعت هوا (بر حسب اینچ ستون آب)؛ P= چگالی هوا در دمای مطلق موردنظر (بر حسب پوند بر فوت مکعب)؛ و V= سرعت جریان هوا (بر حسب فوت بر دقیقه‌) است.

مجموع افت فشار استاتیکی و فشار سرعت، افت فشار کل سیستم (TP) خواهد بود.

این مقدار قدرت هوای خروجی از رابطه شماره 9 محاسبه می‌شود.

(9) که در آن، ahp= قدرت هوای خروجی از مکنده (بر حسب اسب بخار)؛ cfm= دبی حجمی هوا (بر حسب فوت مکعب بر دقیقه)‌ است.

با در نظر گرفتن بازده مکانیکی برابر 50 درصد برای پروانه، توان واقعی موردنیاز پروانه و با اعمال بازده موتور الکتریکی، توان الکتروموتور مکنده به دست می‌آید.

با استفاده از روابط متعدد و با توجه به انرژی رسیده به سطح افقی مقدار انرژی رسیده به سطح شیب‌دار جمع‌کننده محاسبه می‌شود.

در اثر گرم شدن صفحه جاذب جمع‌کننده گرما از سه ناحیه: بالای جمع‌کننده (صفحه پوشش)، زیر جمع‌کننده و دیوارهای جانبی تلف می‌شود.

با استفاده از روابط انتقال حرارت، ضرایب اتلاف حرارت از این سه ناحیه محاسبه می‌شود.

ضریب اتلاف حرارت کل به این صورت است (10) که در آن، = ضریب اتلاف حرارت کل، سطح بالا، سطح زیری، و سطوح جانبی جمع‌کننده (بر حسب وات بر مترمربع درجه سانتی‌گراد) هستند.

ضرایب از روابط زیر محاسبه می‌شوند: (11) (12) (13) که در آن، = ضریب انتقال حرارت همرفتی بین صفحه جاذب و صفحه پوشش (بر حسب وات بر مترمربع درجه سانتی‌گراد)؛ = ضریب انتقال حرارت تابشی بین صفحه جاذب و صفحه پوشش (بر حسب وات بر مترمربع درجه سانتی‌گراد)؛ = ضریب انتقال حرارت همرفتی بین صفحه پوشش و هوای محیط (بر حسب وات بر مترمربع درجه سانتی‌گراد)؛ = ضریب انتقال حرارت تابشی بین صفحه پوشش و هوای محیط (بر حسب وات بر مترمربع درجه سانتی‌گراد)؛ k (در رابطه شماره‌ 12)= ضریب هدایت حرارتی عایق در زیر صفحه جمع‌کننده (بر حسب وات بر مترمربع درجه سانتی‌گراد)؛ L (در رابطه شماره 12)= ضخامت عایق در زیر صفحه جمع‌کننده (بر حسب متر)؛ K (در رابطه شماره‌13)= ضریب هدایت حرارتی عایق از سطوح جانبی جمع‌کننده (بر حسب وات بر متر درجه سانتی‌گراد)؛ L (در رابطه شماره 13)= ضخامت عایق سطوح جانبی جمع‌کننده (بر حسب متر)؛ = مساحت سطوح جانبی جمع‌کننده (بر حسب مترمربع)؛ و = مساحت صفحه جاذب (بر حسب مترمربع) است.

انرژی مفید به دست آمده از جمع‌کننده از رابطه زیر محاسبه می‌شود.

(14) که در آن = انرژی مفید به دست آمده از جمع‌کننده (بر حسب کیلوژول)؛ = مساحت صفحه جاذب (بر حسب مترمربع)؛ = ضریب انتقال حرارت جمع‌کننده (بدون واحد)؛ S= انرژی تابشی جذب شده در صفحه جاذب (بر حسب کیلوژول بر مترمربع)؛ = ضریب اتلاف حرارتی کل در جمع‌کننده (بر حسب وات بر مترمربع درجه سانتی‌گراد)؛ و و = به ترتیب دمای هوای ورودی به جمع‌کننده و دمای هوای محیط) بر حسب درجه سانتی‌گراد) است.

به صورت نسبت انرژی مفید به دست آمده از جمع‌کننده به انرژی مفید در حالتی که سطح صفحه جاذب در دمای سیال ورودی () باشد، تعریف و محاسبه می‌شود.

S هم با توجه به انرژی دریافتی صفحه جاذب () و خصوصیات جنس صفحه پوشش و جاذب () محاسبه می‌شود.

بازده کلی یک جمع‌کننده () به صورت ساعتی محاسبه می‌شود و متاثر از بازده اپتیکی (تاثیر ضریب ) و بازده حرارتی (تأثیر ضریب ) است.

(15) برای تعیین اثر پره‌های صفحه جاذب در افزایش انرژی مفید جمع‌کننده، آهنگ انرژی انتقال یافته از سطح پره‌ها به هوای عبوری از جمع‌کننده qr (وات)، با استفاده از روابط انتقال حرارت محاسبه به این ترتیب با استفاده از رابطه زیر، سهم انرژی انتقال یافته از پره‌ها از انرژی مفید کل جمع‌کننده () به دست می‌آید.

(16) فرآیند خشک کردن پیاز و محاسبات آن: پیازهای تازه سفید رسیده (به کلفتی mm70-55) برای بررسی استفاده شدند.

آزمایشات روی انرژی مستلزم خشکاندن تکه‌های پیاز و انرژی استفاده شده بوسیله گرم‌کننده آفتابی و گرم‌کننده برقی است و باد زدن به طور جداگانه‌ای بدون استفاده از جریان مجدد هوا و با استفاده از جریان مجدد جرئی هوای خروجی با کمک خشک‌کن‌های حرارتی- آفتابی به طور خاصی برای این منظور تعیین شده است.

بدون استفاده از جریان مجدد هوای خروجی، آزمایشاتی در سه سطح دمای هوای خشک (75-65-55) و میزان جریان هوای (59/8، 25/5، 43/2) سازگار با سه سطح سرعت هوا در محفظه خشک کن (m/s 55/1، 65/5، 3/5)‌ انجام شدند.

اثر شکاف هوای بازیافت خروجی در دو سطح دمای خشک (75و 65) و در سه سطح میزان جریان هوای فوق بررسی شده است.

شکافهای هوای بازیافتی در میزانهای جریان توده هوای 25/5 و kg/min59/8 90٪ - 75٪ - 50٪ - 25٪، شکافهای هوا انتخاب شدند.

در میزان جریان توده هوای ks/min 43/2 برای 90٪ جریان مجدد هوای خشک، هوای جذب شده از جذب کننده فقط ks/min24/0 خواهد بود و در این صورت نقش گرم‌کننده آفتابی ناچیز خواهد بود.

تست خشک کن برای دسترسی به حالت محیطی ثابت دما در میزان جریان هوای خاص در محفظه خشک کن، خشک کن حداقل یک ساعت قبل از بارگیری بدون هیچگونه بار الکتریکی عمل می‌کند.

سینی‌های خشک کن با تکه‌های آماده در یک لایه پر می‌شوند و برای تعیین اطلاعات کاهش رطوبت بجای سنجش کل حجم سینی خشک کن، هر سینی خشک‌کن با یک سینی کوچکتر (mm100 100) تعبیه شده است که خود چهار تکه را نگه می‌دارد.

حالت خشک حجم هر سینی خشک کن با سنجش وزن چهار تکه مرتبا گذاشته در تمام پنج سینی کوچکتر تعیین شده است.

روزانه در ساعت 9 صبح برای تمام ردیف‌ها بارگیری انجام می‌شود.

دماها در مکانهای مختلف خشک‌کن (با استفاده از 3852,A و واحد فراگیری اطلاعات هولت- پیکارت‌) با کمک ثرماکاپل فلزی (وسیله‌ای برای اندازه‌گیری اختلاف درجه حرارت) دمای هوای داخل و خارج محفظه خشک کن و هوای محدود و بعلاوه دمای هوا در روزنه جذب کننده و در محفظه گرمای کمکی و در هر یک از پنج سینی خشک کن ثبت می‌شوند.

تابش خورشید بوسیله یک گرماسنج که در سطح صاف گرم‌کننده آفتابی هوا گذاشته شده، سنجیده می‌شود و یک بارسنج سیمی برای سنجش سرعت بار استفاده می‌شود.

تمام مشاهدات در فواصل 15 دقیقه‌ای سنجیده می‌شوند و وقتی که حجم رطوبت نهایی حدودا به 7٪ برسد گردش خشک‌کن متوقف می‌شود.

حجم رطوبت محصول: حجم رطوبت پیاز با کمک این مدل تشریحی پیش‌بینی می‌شود: (1) تعادل حجم رطوبت پیاز می‌تواند از معادله GAB مشهور زیر حاصل شود: (2) خصوصیات متوسط هوا بین فضای هوای 5 سینی ملاحظه شدند و مانند هر معادله ارائه شده توسط ویلهلم (15) محاسبه شدند از مشاهده دمای خشک و مرطوب در یک فاصله 25mm زیر سینی تحتانی و بالای سینی فوقانی.

سپس ارزش (مقدار) لایه نازک که خشک می‌کند پیاز را مشخص می‌کنیم.

نوع: 1- مانند c برابر با 01/1 و وابستگی ثبات میزان خشک k بر متغیرات هوای خشک (دما-سرعت-رطوبت) در یک شکل از نوع مدل آرهنیس نشان داده شدند و برای پیش‌بینی حجم رطوبت پیاز استفاده می‌شوند.

معادله طبق فرمول زیر است: (3) و برای و و بر اساس میزان خشکی و کل انرژی موردنیاز هر واحد، وزن آب محاسبه شد نقش هر سه جزء که تهیه می‌کرد انرژی را به هوا یعنی گرم‌کننده خورشیدی هوا- گرم‌کننده برقی- و باد زن.

نتایج و بحث‌ها اجرای حرارتی گرم کننده آفتابی هوا نمایش/اجرا حرارتی گرم کننده آفتابی هوا برآورد می‌شود به طور تجربی در 6 جریان هوای مختلف در 6 روز آفتابی صاف مختلف که تحت پوشش قرار می‌دهد تمام روز را از 9 صبح تا 6 بعدازظهر.

دمای هوای داخل برابر می‌شود با دمای هوای محصور شده وقتی که هوای داخل به طور مستقیم از هوای محصور جذب می‌شود.

به طور نسبی بالاترین دمای هوای مجرای خروجی از 5/73 و 2/48 از جذب‌کننده برای پایین‌ترین میزان (kg/min 53/0) و برای بالاترین میزان جریان هوا (kg/min 09/8) بدست می‌آید.

به طور نسبی ماکزیمم افزایش دمای هوا 2/38 و 2/11 در پایین‌ترین و بالاترین میزان جریان هوا بدست آمده است.

برای انواع پارامترهای آب و هوایی سوند، تینگ و شوو استفاده از کارآیی متوسط جذب‌کننده را در دوره زمانی مناسب توضیح دادند.

سپانروناریت و همکاران رابطه‌ای را بین کارآیی متوسط روزانه جذب کننده و میزان جریان توده هوا توسعه دادند.

رابطه بین کارآیی متوسط روزانه جذب‌کننده و میزان جریان هوا برای بررسی حاضر در شکل یک معادله درست شده است: (4) برای میانگین کارآیی روزانه جمع کننده بین ارزش مینیمم (کمترین) 22٪ و ارزش ماکزیمم 81٪ تغییر می‌کند که نشان دهنده اجرای خوب جذب‌کننده است.

شرایط آزمایشی به طور نسبی در طول جریان آزمایشی، دمای هوای محصور و سرعت باد و نسبت رطوبت بین 0/23 و 9/33- 9/0 و m/s 6/3- 5/17٪ و 6/62٪ حرکت می‌کند.

ماکزیمم تابش آفتاب (در ساعات بعدازظهر) بین 843 و w/m2 998 فرق می‌کند.

تصویر 4 نشان می‌دهد ناپایداری شرایط هوای محصور با زمان روز در طول جریان آزمایشی در 65 درجه خشکی دمای هوا و kg/min43/2 میزان جریان هوا و 75٪ شکاف هوای بازیافتی را.

(حالات و شرایط) خشک‌کننده آزمایشی بر حسب خشکی دمای هوا، میزان جریان توده هوا، شکاف هوای بازیافتی و زمان سپری شده برای خشک کردن با حجم رطوبت اولیه و پایانی‌شان برای تمام 31 آزمایش، در نمودار 2 ارائه شده است.

نمودار نشان می‌دهد که زمان سپری شده برای خشک کردن در تمام جریان آزمایش بین 325 و 555min حرکت می‌کند.

مقدار کل هوای موردنیاز هر واحد پیاز خشک بین 2627 و kg 12328 در طول جریان آزمایش حرکت می‌کند.

همانطوری که انتظار می‌رفت نمودار 2 نشان می‌دهد که مقدار کل هوای موردنیاز هر واحد پیاز خشک کاهش یافته در خشکی دمای هوا و افزایش یافته در میزان جریان هوا.

روش خشک کردن با کشیدن منحنی بین میانگین حجم رطوبت پیاز تمام 5 سینی و زمان سپری شده برای شکافهای مختلف بازیافتی هوا در 65 خشکی دمای هوا و m/s65/0 سرعت هوا را نشان می‌دهد.

از تصویر به وضوح می‌توان مشاهده کرد که حجم رطوبت به سرعت در مراحل اولیه خشک کردن کاهش یافته و پس از وقتی که خشک کردن فعال شد آهسته‌تر شده است.

تصویر نشان می‌دهد که میزان خشکی با افزایش در شکاف هوای بازیافتی تا حدی کاهش یافته است.

همچنین این منحنی‌ها نشان می‌دهند که حجم رطوبت پیش‌بینی شده با ارزشهای سنجیده شده‌اش مطابقت می‌کند.