Process evaluation in direct solar dryer assisted by photovoltaic module: application for food drying

Autor: Hidalgo, Letícia Ferraresi
Přispěvatelé: Freire, José Teixeira, Vieira, Gustavo Nakamura Alves
Jazyk: portugalština
Rok vydání: 2021
Předmět:
Zdroj: Repositório Institucional da UFSCAR
Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)
instacron:UFSCAR
Popis: Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) Among the thermal sources that can be used for drying food, solar energy has as its main advantage being abundant, renewable and not monopolized. The simultaneous use of solar radiation and forced convection air drying can benefit the process. For this purpose, simple and low-power fans, powered by a photovoltaic module, provide the equipment with self-sufficient energy operation. Known as direct solar dryer assisted by photovoltaic module, its configuration is resistant to use in the field, practical for locomotion and capable of processing food on a small scale by family farmers. This dryer was built, instrumented and is fully operational with the possibility of being operated with natural or forced drying air convection. In both operating conditions, the dryer was tested in April and evaluated for the drying of green onions (Allium schoenoprasium L.) in May and June (autumn), September (winter) and October (spring) of 2019. Moisture and colorimetric parameters were monitored, since they are related to quality criteria of the dehydrated product and acceptance by the final consumer. The Page and Overhults equations best described the drying curves that occurred at a falling rate with ² greater than 0.900. The experiments with forced convection in May and natural convection in June performed better each month. These results may be related to climatic conditions, since there was no control of the internal temperature. Drying experiments in September did not show satisfactory performance due to the instability of solar radiation and air conditions with high humidity and low temperature. After sampling improvements, a constant rate period was observed followed by the falling rate period, during drying experiments in October. The forced convection experiment showed a higher rate in both periods. During drying at a constant rate, external mechanisms may have controlled the process, since the average values of the bed temperature and solar radiation flow were similar for both operating conditions. For the falling rate period, the effective diffusivity values of the bed were 5.02 x 10-9 m²/s and 1.17 x 10-8 m²/s for drying with natural and forced convection runs. In the same sequence, the average efficiencies of the solar dryer were 34.2 % and 38.3 % and the specific energy consumption was 18.3 kWh/kg and 16.4 kWh/kg. Little color variation was observed between fresh and dried chives in the two operating conditions, which is consistent with the need to maintain the green tint of the material. Entre as fontes de energia térmica que podem ser utilizadas para a secagem de alimentos, a energia solar apresenta como principal vantagem ser abundante, renovável e não monopolizada. O uso simultâneo da radiação solar e da convecção forçada do ar de secagem pode acarretar em um benefício para o processo. Para este fim, ventiladores simples e de baixa potência, alimentados por um módulo fotovoltaico, propiciam a operação do equipamento de forma autossuficiente em energia. Conhecido como secador solar direto assistido por módulo fotovoltaico, sua configuração é resistente ao uso em campo, prático para locomoção e capaz de processar alimentos em pequena escala por agricultores familiares. Esse secador foi construído, instrumentado e encontra-se em pleno funcionamento com a possibilidade de ser operado com convecção natural ou forçada do ar de secagem. Sob essas duas condições de operação, o secador foi testado em Abril e avaliado quanto à secagem de cebolinhas (Allium schoenoprasium L.) em Maio e Junho (Outono), Setembro (Inverno) e Outubro (Primavera) de 2019. A umidade e os parâmetros colorimétricos foram monitorados, uma vez que estão relacionados a critérios de qualidade do produto desidratado e de aceitação pelo consumidor final. As equações de Page e Overhults melhor descreveram as curvas de secagem que ocorreram em taxa decrescente, com ² maior que 0,900. Os experimentos com convecção de Maio e sem convecção de Junho apresentaram melhor desempenho em cada mês. Estes resultados podem estar relacionados com as condições climáticas, uma vez que não havia controle da temperatura interna. As secagens de Setembro não apresentaram desempenho satisfatório devido à instabilidade da radiação solar e condições do ar com alta umidade e baixa temperatura. Após melhorias na amostragem, foi observado um período de taxa constante seguido pelo período de taxa decrescente, nas secagens de Outubro. O experimento com convecção apresentou maior taxa em ambos os períodos. Durante a secagem à taxa constante, mecanismos externos podem ter controlado o processo, uma vez que os valores de temperatura média do leito e fluxo médio de radiação solar foram semelhantes para as duas condições de operação. Para o período de taxa decrescente, o valor de difusividade efetiva do leito foi de 5,02 x 10-9 m²/s e 1,17 x 10-8 m²/s para as secagens sem e com convecção. Nessa mesma sequência, as eficiências médias do secador solar foram de 34,2 % e 38,3 % e os consumos específicos de energia foram de 18,3 kWh/kg e 16,4 kWh/kg. Pouca variação de cor foi observada entre as cebolinhas frescas e secas nas duas condições de operação, o que condiz com a necessidade de manter a tonalidade verde do material. FAPESP: 2018/23762-7
Databáze: OpenAIRE
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