شبیه‏ سازی عددی فرآیندهای انتقال رطوبت و گرما در خشک‏ کردن همرفتی هویج پیش‏ تیمار شده با امواج اولتراسوند و مایکروویو

ماشین های کشاورزی

مقاله 9، دوره 7، شماره 1 - شماره پیاپی 13، 1396، صفحه 97-113   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jam.v7i1.38881

نویسندگان

رضا رستمی باروجی¹؛ سیدصادق سیدلو هریس^{* 1}؛ جلال دهقان نیا²

¹گروه مهندسی بیوسیستم، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

²گروه علوم و صنایع غذایی، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

چکیده

خشک‏ کردن مواد غذایی، میوه ‏ها و سبزی‏ ها یک روش مناسب برای کاهش ضایعات پس از برداشت این محصولات می‏ باشد. هدف از این پژوهش، مطالعه عددی و تجربی انتقال گرما و رطوبت طی فرآیند خشک‏ کردن همرفتی هویج بود. نمونه‌های هویج تحت پیش ‏تیمار اولتراسوند با فرکانس 28 کیلوهرتز به مدت10 دقیقه و نیز پیش ‏تیمار مایکروویو با توان یک وات بر گرم به مدت 15 دقیقه قرار گرفتند. شبیه ‏سازی ناپایا و سه بعدی انتقال همزمان رطوبت و گرما با مجموعه ‏ای از شرایط اولیه و مرزی با روش اجزا محدود صورت گرفت. تأثیر پیش ‏تیمارهای مذکور در قالب ضریب انتشار مؤثر رطوبت اصلاح شده در معادلات انتقال جرم و حرارت لحاظ شد. نتایج نشان داد که استفاده از پیش ‏تیمار اولتراسوند باعث افزایش ضریب انتشار مؤثر رطوبت و استفاده از پیش‏ تیمار مایکروویو باعث کاهش رطوبت اولیه محصول و افزایش جزئی این ضریب می شود، به طوری که ضریب انتشار رطوبت در بدون استفاده از پیش تیمار به مقدار 62/7 مترمربع بر ثانیه و در استفاده از پیش ‏تیمار اولتراسوند و مایکروویو به‌ترتیب 09/9 و 72/7 متر مربع بر ثانیه بود. زمان خشک شدن نمونه‏ ها به‌طور میانگین با استفاده از پیش ‏تیمار اولتراسوند 3/15 درصد (31 دقیقه) کاهش یافت. مقایسه نتایج تجربی و پیش‏ بینی‏ شده پروفیل‏ های رطوبت و گرما نشان دادند که مدل‏ سازی مذکور توانسته با دقت قابل قبولی، ضریب همبستگی بالای90/99 درصد و خطای متوسط 9 درصد، پدیده ‏های انتقال جرم و حرارت را پیش‏ بینی نماید. بنابراین این مدل می ‏تواند به‌عنوان ابزار مناسب در بهینه ‏سازی طراحی‏ و تعیین بهینه پارامترهای عملکردی خشک‏کن استفاده شود.

کلیدواژه‌ها

انتقال جرم و حرارت؛ اولتراسوند؛ ضریب نفوذ رطوبت؛ مدل سازی

مراجع

1. Aversa, M., S. Curcio, V. Calabrò, and G. Iorio. 2007. An analysis of the transport phenomena occurring during food drying process. Journal of Food Engineering 78: 922-932.

2. Azarpazhooh, E., and H. Ramaswamy. 2011. Optimization of Microwave-Osmotic Pretreatment of Apples with Subsequent Air-Drying for Preparing High-Quality Dried Product. International Journal of Microwave Science and Technology.

3. Azoubel, P. M., M. D. A. M. Baima, M. D. R. Amorim, and S. S. B. Oliveira. 2010. Effect of ultrasound on banana cvPacovan drying kinetics. Journal of Food Engineering 97: 194-198.

4. Azzouz, S., A. Guizani, W. Jomaa, and A. Belghith. 2002. Moisture diffusivity and drying kinetic equation of convective drying of grapes. Journal of Food Engineering 55: 323-330.

5. Białobrzewski, I. 2006. Simultaneous Heat and Mass Transfer in Shrinkable Apple Slab during Drying. Drying Technology 24: 551-559.

6. Białobrzewski, I., M. Zielińska, A. S. Mujumdar, and M. Markowski. 2008. Heat and mass transfer during drying of a bed of shrinking particles – Simulation for carrot cubes dried in a spout-fluidized-bed drier. International Journal of Heat and Mass Transfer 51: 4704-4716.

7. Chandra Mohan, V. P. and P. Talukdar. 2010. Three dimensional numerical modeling of simultaneous heat and moisture transfer in a moist object subjected to convective drying. International Journal of Heat and Mass Transfer 53: 4638-4650.

8. Fernandes, F. A. N. and S. Rodrigues. 2007. Ultrasound as pre-treatment for drying of fruits: Dehydration of banana. Journal of Food Engineering 82: 261-267.

9. Garcia-Perez, J. V., J. A. Carcel, E. Riera, and A. Mulet. 2009. Drying Technology 27: 281-287.

10. Gowen, A., N. Abu-Ghannam, J. Frias and J. Oliveira. 2006. Optimisation of dehydration and rehydration properties of cooked chickpeas (Cicer arietinum L.) undergoing microwave–hot air combination drying. Trends in Food Science and Technology 17: 177-183.

11. Kumar, C., A. Karim, S. C. Saha, M. U. H. Joardder, R. J. Brown, and D. Biswas. 2012. Multiphysics Modelling of convective drying of food materials. Proceedings of the Global Engineering, Science and Technology Conference: Global Institute of Science and Technology.

12. Mason, T. J., E. Riera, A. Vercet, and P. Lopez-Buesa. 2005. 13 - Application of Ultrasound. Pages 323-351 in Da-Wen S, ed. Emerging Technologies for Food Processing. London: Academic Press.

13. Mihoubi, D., S. Timoumi, and F. Zagrouba. 2009. Modelling of convective drying of carrot slices with IR heat source. Chemical Engineering and Processing: Process Intensification 48: 808-815.

14. Motevali, A., and S. Minaei. 2012. Effects of microwave pretreatment on the energy and exergy utilization in thin-layer drying of sour pomegranate arils. Chemical Industry & Chemical Engineering Quarterly 18: 63-72.

15. Mulet, A. 1994. Drying modeling and water diffusivity in carrots and potatoes. Journal of Food Engineering 22: 329-348.

16. Nilnont, W., S. Thepa, S. Janjai, N. Kasayapanand, C. Thamrongmas, and B. K. Bala. 2012. Finite element simulation for coffee (Coffea arabica) drying. Food and Bioproducts Processing 90: 341-350.

17. Ozbek, B. and G. Dadali. 2007. Thin-layer drying characteristics and modelling of mint leaves undergoing microwave treatment. Journal of Food Engineering 83: 541-549.

18. Ruiz-Lopez, I. I., A. V. Cordova, G. C. Rodrı́guez-Jimenes, and M. A. Garcı́a-Alvarado. 2004. Moisture and temperature evolution during food drying: effect of variable properties. Journal of Food Engineering 63: 117-124.

19. Seiiedlou Heris, S. 2009. Experimental Study and Mathematical Simulation of Drying Process in Convectional Air-Dried Apples.

20. Seiiedlou Heris, S., H. R. Ghasemzadeh, N. Hamdami, F. Talati, and M. Moghaddam. 2010. Convective Drying of Apple: Mathematical Modeling and Determination of some Quality Parameters. Iternational journal of Agriculutre and Biology 12: 171-178.

21. Srikiatden, J., and J. S. Roberts. 2008. Predicting moisture profiles in potato and carrot during convective hot air drying using isothermally measured effective diffusivity. Journal of Food Engineering 84: 516-525.

22. Zielinska, M., and M. Markowski. 2010. Air drying characteristics and moisture diffusivity of carrots. Chemical Engineering and Processing: Process Intensification 49: 212-218.