مدل‌سازی ریاضی خشک کردن لایه نازک ورقه‌های برش خورده سیب در یک خشک کن مجهز به پمپ حرارتی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسنده

مکانیک بیوسیستم، دانشکده مهندسی زراعی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری

چکیده

در این پژوهش، پارامترها و سینتیک خشک کردن ورقه‌های برش خورده سیب رد دلیشز در یک خشک کن مجهز به پمپ حرارتی در دماهای (30، 40، 50، 60 و 70 درجه سلسیوس) و سرعت‌های هوا (1، 5/1 و 2 متر بر ثانیه) بررسی شد. آنالیز واریانس برای تعیین اثرات دما و سرعت باد بر روی پارامترهای تغییر رنگ، چروکیدگی و شدت جذب مجدد استفاده شد. پنج مدل ریاضی برای توصیف و مقایسه سینتیک خشک کردن ورقه‌های سیب انتخاب شد و ضریب تعیین (R2)، مربع کای (χ2)، و(RMSE) برای ارزیابی مورد استفاده قرار گرفت. نتایج نشان داد که دما و سرعت هوای خشک کردن تاثیر معنی داری بر رفتار خشک کردن برش های سیب داشت. زمان خشک کردن با افزایش دما و سرعت خشک کردن کاهش یافت. دما و سرعت هوا تاثیر کمی بر تغییرات کل رنگ، نرخ چروکیدگی و شدت جذب مجدد ورقه‌های خشک شده سیب داشتند. در میان مدل-های ریاضی، مدل پیج اصلاح شده با کمترین خطا و بیشترین ضریب تعیین بهترین برازش را داشت. انتقال رطوبت از ورقه‌های سیب با اعمال مدل انتشار فیک توصیف شد. ضریب نفوذ موثر (Deff) با افزایش دمای خشک کردن افزایش یافت و در محدوده 10- 10×32/2 تا 10-10×18/5 مترمربع بر ثانیه بدست آمد. وابستگی دمای نفوذ موثر با رابطه آرینیوس توصیف شد و انرژی فعال سازی برای نفوذ رطوبت در برش های سیب 4/28 کیلوژول بر مول تعیین شد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Mathematical modeling of apple slices thin layer drying in a dryer equipped with a heat pump

چکیده [English]

In this research, the parameters and kinetics of drying red delicious apple slices were investigated in a dryer equipped with a heat pump at different temperatures (30, 40, 50, 60 and 70 ͦC) and air velocities (1, 1.5 and 2 m/s). Analysis of variance was used to determine the effects of temperature and air velocity on the parameters of color change, shrinkage and intensity of reabsorption. Five mathematical models were selected to describe and compare the drying kinetics of apple slices, and the coefficient of determination (R2), chi-square (χ2), and (RMSE) were used for evaluation. The results showed that the temperature and speed of drying air had a significant effect on the drying behavior of apple slices. Drying time decreased with increasing temperature and drying speed. Temperature and air velocity had little effect on the total color changes, shrinkage rate and intensity of reabsorption of dried apple slices. Among the mathematical models, the modified Page model with the lowest error and the highest coefficient of determination had the best fit. Moisture transfer from apple slices was described by applying the Fick's diffusion model. The effective diffusion coefficient (Deff) increased with increasing drying temperature and was obtained in the range of 2.32 ×10-10 to 5.18 × 10-10 m2/s. The effective temperature dependence was described by the Arrhenius equation and the activation energy for moisture diffusion in apple slices was determined to be 28.4 kJ/mol.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Mathematical modeling
  • heat pump
  • drying
  • thin layer of apple