مطالعه و شبیه سازی فرایند خشک کردن ورقه های گوجه فرنگی به وسیله خشک کن هوای داغ مجهز به پمپ حرارتی

برداشت اکثر محصولات کشاورزی در رطوبتی صورت می گیرد که مناسب انبارداری نمی باشد، در نتیجه برای جلوگیری از فاسد شدن، عملیات خشک کردن بر روی آنها صورت می گیرد. خشک کن های مجهز به پمپ حرارتی به دلیل مصرف انرژی کم، بازده زیاد و کیفیت بالای محصول خشک شده، مطابقت با قوانین زیست محیطی، امکان کنترل شرایط عملیات خشک کردن و مستقل بودن از شرایط محیطی به صورت گسترده برای خشک کردن میوه ها، سبزیجات و مواد بیولوژیکی مورد توجه قرار گرفته است. هدف از انجام این تحقیق، مطالعه سینتیک خشک شدن و پارامترهای کیفی ورقه های گوجه فرنگی خشک شده در خشک کن هوای داغ مجهز به پمپ حرارتی و مدل سازی تجربی و تحلیلی فرایند خشک شدن و ارزیابی عملکرد سیستم پمپ حرارتی بود. برای انجام آزمایش ها از گوجه-فرنگی واریته شنون برداشت شده در بهمن ماه 1389 از گلخانه ای در نزدیکی نجف آباد اصفهان استفاده شد. خشک کردن ورقه های گوجه فرنگی به ضخامت یک سانتی متر در سه دمای 40، 50 و 60 درجه سانتی گراد و در دو سرعت هوای 1 و 5/1 متر بر ثانیه در سه تکرار انجام شد. عملیات خشک کردن در روش هوای داغ مجهز به پمپ حرارتی کاملاً همانند روش بدون پمپ حرارتی (روش مرسوم) انجام شد. سیستم پمپ حرارتی شامل دو چگالنده، یک کمپرسور، یک شیر انبساط و دو تبخیرکننده بود که توسط لوله های مسی بهم وصل می شدند. مبرد r404a به عنوان مبرد انتخاب شد. شاخص های رنگ l*، a* وb* ورقه های گوجه فرنگی توسط دوربین دیجیتال و به کمک نرم افزار فتوشاپ اندازه گیری شد. تغییر حجم نمونه ها در اثر چروکیدگی توسط جابه جایی تولوئن با دانسیته 87/0 گرم بر سانتی مترمکعب اندازه گیری شد. مدل سازی تحلیلی سینتیک افت رطوبت با استفاده از حل صریح معادله قانون دوم فیک برای صفحه نامتناهی (خشک کردن لایه نازک) در حالت یک بعدی انجام شد. همچنین 12 مدل تجربی و نیمه تجربی خشک کردن لایه نازک برای مدل سازی تجربی داده های سینتیک افت رطوبت استفاده شد. با توجه به منحنی های خشک شدن ورقه های گوجه فرنگی، مرحله آهنگ ثابت خشک شدن، در تمامی نمودارها مشاهده نشد و افت رطوبت از آغاز تا پایان فرآیند با آهنگ نزولی صورت گرفت. مدت زمان خشک شدن ورقه های گوجه فرنگی توسط خشک کن هوای داغ مجهز به پمپ حرارتی کمتر از خشک کن هوای داغ بود. در روش پمپ حرارتی مقدار ضریب انتشار موثر از 9-10×04001/3 مترمربع بر ثانیه برای دمای 40 درجه سانتی گراد و سرعت هوای 1 متر بر ثانیه تا 9-10×18135/6 مترمربع بر ثانیه برای دمای 60 درجه سانتی گراد و سرعت هوای 5/1 متر بر ثانیه متغیر بود. همچنین این پارامتر برای خشک کن هوای داغ معمولی از 9-10×53334/2 مترمربع بر ثانیه برای دمای 40 درجه سانتی گراد و سرعت هوای 1 متر بر ثانیه تا 9-10×26935/5 مترمربع بر ثانیه برای دمای 60 درجه سانتی گراد و سرعت هوای 5/1 متر بر ثانیه تغییر کرد. حل صریح معادله قانون دوم فیک همبستگی خوبی با نتایج تجربی در تمامی دماها و سرعت های هوای ورودی به محفظه در هر دو نوع خشک کن داشت. تمامی مدل های تجربی نیز همخوانی خوبی با داده های آزمایش داشتند، اما براساس بالاترین ضریب همبستگی و کمترین مقدار ریشه میانگین مربعات خطا، مدل دیفیوژن به عنوان مناسبترین مدل انتخاب شد. با کاهش محتوای رطوبتی مقادیر شاخص های رنگ نمونه ها در تمامی تیمارها کاهش و مقدار چروکیدگی نمونه افزایش یافت. ضریب عملکرد پمپ حرارتی با افزایش دما و یا افزایش سرعت جریان هوا افزایش یافت.