توصيفگر ها :
برنج , سينتيك خشك كردن , فراصوت , تركخوردگي , انرژي مصرفي
چكيده فارسي :
برنج از ديرباز به عنوان يكي از مهمترين منابع تأمين غذاي بشر، به ويژه در قاره پهناور آسيا، نقش اساسي ايفا كرده است. شلتوك ماده اوليه اصلي براي توليد برنج سفيد محسوب ميشود. خشك كردن يكي از مهمترين عملياتهاي واحد طي فرآيند تبديل شلتوك به برنج سفيد است. با پيشرفتهاي فناوري در حوزه پس از برداشت، امروزه استفاده از خشككنهاي پيشرفته، به ويژه خشككنهاي تركيبي، به منظور افزايش بازدهي، كاهش مصرف انرژي و بهبود كيفيت نهايي محصول مورد توجه قرار گرفته است. در اين پژوهش، يك واحد اعمال امواج فراصوت به يك خشككن هواي داغ با هدف خشك كردن تركيبي همرفتي-فراصوت شلتوك رقم نوگران طراحي و ساخته شد. اين دستگاه مجهز به مولد فراصوت پيزوالكتريك با فركانس كاري 16 كيلوهرتز بود. مولد امواج فراصوت در قسمت زيرين محفظه خشككن قرار گرفت و استوانه نگهدارنده نمونهها با سطح مقطع 5 سانتيمتر و ارتفاع 20 سانتي متر بر روي آن قرار داده شد. آزمايشهاي خشك كردن شلتوك در سه سطح دماي 40، 50 و 60 درجه سلسيوس و چهار سطح توان فراصوت 0، 900، 1200 و 1500 وات با سرعت هواي ثابت 1/5 متر بر ثانيه و در دو تكرار انجام شدند. در طول فرآيند خشك كردن، رطوبت شلتوك از حدود 20 درصد (بر پايه تر) به حدود 10/5 درصد (بر پايه تر)كاهش يافت. سپس، سينتيك خشك كردن، شاخص ترك تنشي و مقدار انرژي مصرفي ارزيابي شدند. يافتههاي پژوهش نشان داد كه استفاده همزمان از امواج فراصوت در مقايسه با روش همرفتي به تنهايي، منجر به كاهش سريعتر رطوبت محصول شد. در تمامي تيمارهاي آزمايشي، روند خشك كردن در ابتدا با سرعت بالايي انجام ميگرفت، اما با گذشت زمان از نرخ خشك شدن كاسته ميشد. همچنين مشخص شد كه افزايش دماي عملياتي و سطح توان امواج فراصوت تأثير معنيدار بر كاهش مدت خشك كردن دارد. با افزايش توان امواج فراصوت، مقدار تركخوردگي دانهها به صورت معنيداري افزايش يافت. به طور مشخص، بيشترين مقدار ترك تنشي در لايههاي نزديك به مولد فراصوت مشاهده شد و اين مقدار با افزايش فاصله از مولد كاهش مييافت. از جنبه مصرف انرژي، روش خشك كردن همرفتي بيشترين مقدار انرژي را مصرف ميكرد، در حالي كه به طور ميانگين تيمارهاي تركيبي با توان 900 وات امواج فراصوت كمترين مصرف انرژي را به خود اختصاص داد. تيمارهاي با دماي 50 درجه سلسيوس به طور ميانگين مقدار مصرف انرژي كمتري نسبت به دماهاي ديگر داشتند. در بخش مدلسازي رياضي، دادههاي آزمايشگاهي با استفاده از 11 مدل تجربي و نيمهتجربي مورد تحليل قرار گرفتند. بر اساس معيارهاي آماري شامل حداكثر ضريب تبيين (R²) و حداقل ريشه ميانگين مربعات خطا (RMSE)، مدل ارائه شده توسط ميدلي و همكاران بهترين انطباق را با دادههاي تجربي نشان داد. در نهايت، با در نظر گرفتن معيارهاي سهگانه شامل مدت خشك كردن، مقدار تركخوردگي دانهها و انرژي مصرفي، روش تركيبي همرفتي-فراصوت با توان 900 وات و دماي 50 درجه سلسيوس به عنوان مناسبترين روش براي خشك كردن شلتوك معرفي شد. اين روش توانست توازن مناسبي بين كيفيت محصول نهايي و مصرف انرژي ايجاد نمايد.
چكيده انگليسي :
Rice has long been one of the most important sources of human nutrition, particularly in the vast continent of Asia. Paddy is the primary raw material for producing white rice, and drying is one of the most critical stages in the process of converting paddy into white rice. With technological advancements in post harvest operations, the use of advanced dryers-especially hybrid dryers-has gained attention for improving efficiency, reducing energy consumption, and enhancing final product quality. In this study, an ultrasonic-assisted hot-air dryer was designed and constructed for the convective-ultrasonic hybrid drying of the Nogeran rice variety. The device was equipped with a piezoelectric ultrasonic generator operating at 16 kHz, installed at the bottom of the drying chamber. The sample-holding cylinder had a cross-sectional area of 5 cm and a height of 20 cm. Drying experiments were conducted at three temperature levels (40, 50, and 60°C) and four ultrasonic power levels (0, 900, 1200, and 1500 W), with a constant air velocity of 1.5 m/s and in two replicates. During drying, the moisture content of the paddy decreased from approximately 20% (wet basis) to about 10.5% (wet basis). The drying kinetics, fissure index, and energy consumption were then evaluated. Findings indicated that ultrasonic-assisted drying significantly accelerated moisture removal compared to convective drying alone. In all treatments, drying occurred rapidly at the beginning but slowed over time. Both higher temperatures and ultrasonic power levels significantly reduced drying duration. However, increased ultrasonic power led to a higher fissure index, with the most severe cracking observed in layers closest to the ultrasonic generator, diminishing with distance. From an energy perspective, convective drying consumed the most energy, while hybrid drying at 900 W ultrasonic power exhibited the lowest energy consumption. Treatments at 50°C generally had lower energy usage compared to other temperatures. For mathematical modeling, experimental data were fitted to 11 empirical and semi-empirical models. Based on statistical criteria, including the highest coefficient of determination (R²) and lowest root mean square error (RMSE), the Midilli et al. model showed the best fit. Ultimately, considering drying time, fissure index, and energy consumption, the hybrid convective-ultrasonic method at 900 W and 50°C was identified as the optimal drying method for paddy, striking a balance between final product quality and energy efficiency.
