SUPERVISOR
مریم حقیقی (استاد مشاور) مرتضی صادقی (استاد راهنما) حسین درویشی (استاد مشاور)
STUDENT
Korosh Kamangar
کورش کمانگر
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده کشاورزی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1395
TITLE
Fabrication of a continuous hybrid hot air-infrared dryer to evaluate quality parameters of dill herb
Since ancient times, drying of agricultural products has been carried out to increase their shelf life and traortation convenience. Many innovations have been made in drying methods aimed to reduce energy consumption since the drying is an energy-intensive unit operation. One of the innovations is to utilize infrared radiation, attracting many researchers in recent years. Infrared waves, by contacting food molecules cause their vibrations to be increased. The friction created by these vibrations increases food temperature, and hence the water gets evaporated. In this study, a continuous hybrid hot air-infrared dryer equipped with four infrared ceramic emitters having a total power of 2600 W was designed and fabricated. The Arduino control board and solid state relay were used to control the radiation power of the emitters. In order to heat the inlet air, four U-shaped elements with a power of 4000 W were used in the inlet air duct. For the dryer chamber, a 15 mm thick wood was used to prevent infrared waves from leaking. In addition, its inside was coated with a galvanized sheet of 2 mm to reflect all the radiated waves on the product. In the dryer chamber entrance, a PID controller and a k-type thermocouple were used to control the inlet air temperature. Then, thin layer drying experiments were carried out in three replications with four levels of the infrared radiation (0, 300, 400, and 500 W), three levels of the inlet air temperature (50, 60, and 70 °C), and two levels of the air velocity (1 and 1.5 m s -1 ). During the experiments, the moisture content of the samples reduced to their equilibrium level. In order to study drying kinetics and analyze the samples colors, their mass was recorded and their image was captured by a digital color camera every 5 min. Then, l*a*b* color indices were determined and extracted by MATLAB software for all the images. To select the best drying condition, the drying duration, total color difference, specific energy consumption, chlorophyll, and carotenoid were analyzed by split plot factorial design. In order to simulate the drying process, the moisture ratio data were fitted to 9 well known empirical models. Considering the highest R 2 and the lowest RMSE, the Wang and Sing model was selected as the best simulation model for prediction of the drying process. The results showed that the drying duration decreased by 44% and 66% by increasing the temperature from 50 °C to 60 and 70 °C, respectively. By applying the infrared radiation at 300, 400, and 500 W levels, the drying duration respectively decreased by 66%, 72%, and 74% compared to the control. The specific energy consumption reduced with increase in the air temperature and infrared power. The least total color difference was related to the infrared power of 500 W and the temperature of 70 °C. The highest values of chlorophyll a and carotenoid were belonged to the infrared power of 500 W, the air temperature of 70 °C, and the air velocity of 1 m s -1 . The highest values of chlorophyll b and total chlorophyll were assigned to the infrared power of 500 W, the air temperature of 60 °C, and the air velocity of 1 m s -1 . Overall, the infrared power of 500 W, the air temperature of 70 °C, and the air velocity of 1 m s -1 was determined as the best drying condition. Keywords: Dill, Drying, Energy consumption, Infrared, Medicinal Herbs, Modeling.
خشک کردن محصولات کشاورزی به منظور افزایش عمر نگهداری و راحتی حمل و نقل از زمانهای قدیم انجام میشده است. با توجه به انرژی بر بودن خشک کردن این محصولات نوآوریهای زیادی در زمینه روشهای خشک کردن با هدف کاهش انرژی مصرفی صورت گرفته است. یکی از این نوآوریها استفاده از تابش امواج فروسرخ است که در سالهای اخیر مورد توجه محققین زیادی قرار گرفته است. امواج فروسرخ در برخورد با مولکولهای مواد غذایی موجب افزایش ارتعاش آنها میشوند. اصطکاک ایجاد شده توسط این ارتعاشات موجب افزایش دمای ماده غذایی و در نتیجه تبخیر آب از آن میشود. در این پژوهش یک دستگاه خشککن پیوسته هوای داغ-فروسرخ مجهز به 4 ساطعکننده سرامیکی امواج فروسرخ با توان کل 2600 وات طراحی و ساخته شد. به منظورکنترل توان تابشی ساطعکنندهها از برد کنترلی آردینو و رله حالت جامد استفاده شد. برای گرم کردن هوای ورودی از 4 المان پرهای U شکل با توان کل 4000 وات در مسیر ورود هوا به محفظه استفاده شد. در ساخت محفظه خشککن برای جلوگیری از نشت امواج فروسرخ به بیرون از ورقه چوبی با ضخامت 15 میلیمتر استفاده شده و داخل آن با ورق گالوانیزه به قطر 2 میلیمتر به منظور بازتاب تمامی امواج تابیده شده بر روی محصول روکش شد. برای کنترل دمای هوای ورودی از یک کنترل کنندهی PID و ترموکوپل نوع k در ابتدای محفظه خشککن استفاده شد. سپس آزمایشهای خشک کردن لایه نازک شوید با چهار سطح توان تابش امواج فروسرخ 400،300،0 و 500 وات، سه سطح دمای 50، 60 و 70 درجه سلسیوس و دو سطح سرعت جریان هوای عبوری از روی محصول 1 و 5/1 متر بر ثانیه در سه تکرار انجام شد. طی آزمایشها رطوبت نمونهها تا رطوبت تعادلی آنها کاهش یافت. به منظور مطالعه سینتیک خشک شدن و تحلیل رنگ نمونهها هر پنج دقیقه یکبار تصویر آنها به کمک یک دوربین تصویربرداری دیجیتال گرفته شده و جرم نمونهها ثبت شد. سپس به کمک نرمافزار متلب شاخصهای رنگی l*a*b* برای تمامی تصاویر استخراج شد. به منظور انتخاب بهترین شرایط خشک شدن شوید، مدت خشک شدن نمونهها و مصرف انرژی ویژه فرآیند به همراه برخی فراسنجههای کیفی شامل اختلاف رنگ کل، کلروفیل و کارتنوئید در قالب طرح واحدهای خرد شده فاکتوریل آنالیز شد. به منظور پیشبینی فرآیند خشک شدن دادههای محتوای رطوبتی به 9 مدل تجربی معروف برازش شدند. بهترین مدل برای شبیهسازی فرآیند خشک شدن با توجه به بیشترین ضریب تبیین و کمترین مقدار ریشه میانگین مربعات خطا مدل وانگ و سینگ انتخاب شد. نتایج نشان داد که مدت فرآیند خشک شدن با افزایش دما از 50 درجه سلسیوس به 60 و 70 درجه سلسیوس به ترتیب 44 درصد و 66 درصد کاهش یافت. با تابش امواج فروسرخ در سطوح 300، 400 و 500 وات، مدت فرآیند به ترتیب 66 درصد، 72 درصد و 74 درصد به نسبت تیمار شاهد کاهش پیدا کرد. انرژی مصرفی فرآیند نیز با افزایش دما و تابش امواج فروسرخ کاهش یافت. کمترین اختلاف رنگ کل مربوط به توان فروسرخ 500 وات و دمای هوای 70 درجه سلسیوس بود. بیشترین مقادیر کلروفیل a و کارتنوئید مربوط به توان فروسرخ 500 وات، دمای 70 درجه سلسیوس و سرعت هوای 1 متر بر ثانیه بود. همچنین بیشترین مقادیر کلروفیل b و کلروفیل کل مربوط به توان فروسرخ 500 وات، دمای 60 درجه سلسیوس و سرعت هوای 1 متر بر ثانیه بود. در مجموع تیمار تابش امواج فروسرخ 500 وات، دمای 70 درجه سلسیوس و سرعت جریان هوای 1 متر بر ثانیه، به عنوان بهترین تیمار انتخاب شد. کلمات کلیدی: خشک کردن، فروسرخ، همرفت، مدلسازی، انرژی مصرفی، شوید، گیاهان دارویی