تحقیق و مدل سازی فرآیند خشک کردن ورقه های موز به شیوه الکتروهیدرودینامیک

درکشور های توسعه یافته، بخش قابل توجهی از محصولات کشاورزی به منظور افزایش عمر ماندگاری،کاهش هزینه های بسته-بندی،کاهش هزینه های حمل و نقل، حفظ شکل ظاهری، عطر و طعم اولیه و تولید فرآورده های آماده، خشک می شوند. یکی از روش های نوین خشک کردن، روش الکتروهیدرودینامیک می باشد. در این شیوه از میدان الکتریکی با ولتاژ بالا برای خشک کردن استفاده می شود. خشک کردن به روش الکتروهیدرودینامیک برای مواد حساس به حرارت های بالا مانند فرآورده های کشاورزی که با استفاده از روش خشک کردن معمول بوسیله هوای داغ آسیب می بینند، مناسب می باشد. مکانیزم خشک شدن به شیوه الکتروهیدرودینامیک عموما به باد الکتریکی تولید شده توسط میدان الکتریکی به عنوان نیروی محرکه اساسی در انتقال جرم نسبت داده می شود. باد الکتریکی به ماده تر برخورد می کند و سبب جابجایی رطوبت سطحی و افزایش گرادیان انتقال جرم (رطوبت) می-شود. در این پژوهش، یک خشک کن الکتروهیدرودینامیکی در ابعاد آزمایشگاهی متشکل از دو صفحه ی فولادی موازی با ابعاد140× 140 میلی متر مربع شامل 25 عدد الکترود نقطه ای به ضخامت 5/2 میلی متر و به فاصله 6/34 میلی متر ساخته شد. به منظور ایجاد میدان الکتریکی بین دو صفحه، از یک منبع تغذیه ولتاژ بالا دارای خروجی ولتاژ قابل تنظیم بین 0 تا 22 کیلو ولت و با حداکثر خروجی جریان مستقیم 1 میلی آمپر استفاده شد. خشک کردن ورقه های موز به ضخامت 5/3 میلی متر به شیوه الکتروهیدرودینامیک در شدت های میدان الکتریکی 6، 8 و 10 کیلو ولت بر سانتی متر، آون در دماهای 50، 60 و 70 درجه سانتی-گراد و جریان همرفت هوای داغ در دماهای 50، 60 و 70 درجه سانتی گراد و سرعت هوای 1 متر بر ثانیه با سه تکرار انجام شد. به منظور ارزیابی سه روش فوق، انرژی مصرفی، مدت زمان خشک کردن، ظرفیت باز جذب آب، شاخص های رنگ (l* ، a* ،b* و e?) و چروکیدگی محصول خشک شده مورد مطالعه و مقایسه قرار گرفت. به منظور بررسی تاثیر تیمارهای مختلف بر صفات اندازه گیری شده از طرح کاملا تصادفی استفاده شد. در صورت معنی دار بودن اثر هر عامل آزمایشی از آزمون حداقل اختلاف معنی دار استفاده گردید. به منظور بررسی سینتیک افت رطوبت طی فرآیند خشک شدن، نمودارهای محتوی رطوبتی بر حسب زمان، آهنگ خشک شدن بر حسب زمان و آهنگ خشک شدن بر حسب محتوی رطوبتی برای هر تیمار رسم شد. در شیوه الکتروهیدرودینامیک، با افزایش شدت میدان الکتریکی و در شیوه آون و جریان همرفت هوای داغ با افزایش دما، آهنگ خشک شدن ورقه های موز افزایش پیدا کرد. با استفاده از حل تحلیلی رابطه قانون دوم فیک به روش حل کرانک برای صفحه نامتناهی، مقدار ضریب انتشار موثر رطوبت برای روش الکتروهیدرودینامیک در محدوده 10-10×12/3 تا 10-10×23/4 متر مربع بر ثانیه، در آون در محدوده 10-10×85/2 تا 10-10×27/7 متر مربع بر ثانیه و در خشک کن جریان همرفت هوای داغ، در محدوده 10-10×10/4 تا 9-10×34/1 متر مربع بر ثانیه بود. به منظور مدل سازی تجربی داده های افت رطوبت ورقه های موز، از 12 مدل تجربی استفاده شد که بر اساس بالاترین ضریب تبیین و کمترین مقدار ریشه میانگین مربعات خطا، مدل دیفیوژن به عنوان مناسب ترین مدل برای توصیف فرآیند خشک کردن ورقه های موز به شیوه الکتروهیدرودینامیک و جریان همرفت هوای داغ، و مدل میدیلی به عنوان مناسب ترین مدل برای توصیف فرآیند خشک شدن ورقه های موز به شیوه آون انتخاب شد. مدل سازی بنیادی فرآیند خشک شدن ورقه های موز با استفاده حل عددی (ضمنی) قانون دوم فیک نیز انجام شد. مدل بنیادی برای توجیه روند خشک شدن ورقه های موز به شیوه الکتروهیدرودینامیک مناسب بود، اما برای نمونه های خشک شده در آون و جریان همرفت هوای داغ دقت کافی نداشت. شیوه خشک کردن، تاثیر معنی داری بر مدت زمان خشک شدن، شاخص چروکیدگی و باز جذب آب ورقه های موز داشت؛ اما تفاوت معنی داری در شاخص رنگ نمونه های خشک شده مشاهده نشد. میانگین انرژی مصرفی خشک کردن ورقه های موز به شیوه الکتروهیدرودینامیک، آون و جریان همرفت هوای داغ به ترتیب برابر34/0، 55/487 و 31/1096 کیلو ژول بر گرم بود. میانگین مدت زمان خشک شدن ورقه های موز تا رطوبت 5/17 درصد (بر پایه خشک) نیز به ترتیب برابر 8/335، 3/321 و 8/199 دقیقه بود. اگر چه مدت زمان خشک شدن ورقه های موز به شیوه الکتروهیدرودینامیک در مقایسه با روش های آون و جریان همرفت هوای داغ بیشتر بود، اما با توجه به انرژی مصرفی بسیار پایین، چروکیدگی کمتر و باز جذب آب بیشتر نمونه های خشک-شده، می تواند جایگزین مناسبی باشد.