ИССЛЕДОВАНИЕ СУШКИ КОКОНОВ ТУТОВОГО ШЕЛКОПРЯДА В СОЛНЕЧНОЙ СУШИЛКЕ

АННОТАЦИЯ

Сушка сельскохозяйственных продуктов по-прежнему является наиболее распространенным методом сохранения. Солнечная сушка может рассматриваться как развитие солнечной сушки и является эффективной системой использования солнечной энергии. Целью данного исследования было изучение работы прямоугольной солнечной сушилки для сушки коконов тутового шелкопряда в условиях Узбекистана.

ABSTRACT

Drying of agricultural products is still the most common method of conservation. Solar drying can be considered as a development of solar drying and is an effective system of solar energy utilization. The purpose of this study was to study the operation of a rectangular solar dryer for drying mulberry silkworm cocoons in the conditions of Uzbekistan.

Ключевые слова: сушка на солнце, кокон, сушилка, эффективность, скорость сушки.

Keywords: sun drying, cocoon, dryer, efficiency, drying speed.

Введение. Одним из важных потенциальных применений солнечной энергии является солнечная сушка сельскохозяйственных продуктов. Потери сельско-хозяйственной продукции в развивающихся странах оцениваются в 30-40 % от объема производства [1].

Сушка на открытом солнце является хорошо известным методом сохранения продуктов питания, который снижает содержание влаги в сельскохозяйственных продуктах и предотвращает их порчу в течение периода времени, считающегося периодом безопасного хранения. В процессе сушки происходят значительные потери из-за воздействия таких факторов, как грызуны, птицы, насекомые, дождь и микроорганизмы. Качество продуктов питания может серьезно ухудшиться, так что иногда они становятся несъедобными. Чтобы преодолеть эти проблемы, внедряются солнечные сушилки.

Солнечные сушилки можно разделить на несколько категорий, в зависимости от способа нагрева или режима работы. Солнечные сушилки обычно классифицируются как (I) сушилки прямого действия, (II) сушилки косвенного действия и (III) сушилки смешанного действия. В солнечных сушилках прямого действия в воздушном нагревателе находятся зерна, а солнечная энергия, проходящая через прозрачную крышку, поглощается зернами. В сушилках непрямого типа солнечная энергия собирается в отдельном солнечном воздухонагревателе, и нагретый воздух из отдельного воздухонагревателя проходит через слой зерна. Солнечные сушилки смешанного типа, нагретый воздух из отдельного воздухонагревателя проходит через зерновой слой, и в то же время верхняя поверхность слоя непосредственно поглощает солнечную энергию, проходящую через прозрачные крышки. Солнечные сушилки также можно разделить на пассивные и активные, в зависимости от способа подачи воздуха (естественный или принудительный). В течение многих лет было изучено несколько конструкций солнечных сушилок. Одной из них является солнечная сушилка [2].

Garg и Kumar [3] представили моделирование и тепловые характеристики полуцилиндрической сушилки с естественной циркуляцией. Они пришли к выводу, что система может использоваться как в режиме естественной, так и принудительной циркуляции. Естественный конвективный расход воздуха и повышение температуры приточного воздуха в пиковые солнечные часы достаточны для сушки корпуса.

Medved и др. [4] разработали надувной солнечный коллектор полусферической геометрии. Их прототип имеет диаметр 40,8 см, а абсорбер представляет собой банку высотой 10 см и диаметром 6,5 см.  Для анализа теплового поведения такого нагревателя была использована переходная модель с единичными параметрами. Модель была решена с помощью метода обратной матрицы. В данном исследовании разница между численной моделью и экспериментальными результатами составила около 7%.

Amir и др. [5] сообщили о многоцелевой солнечной сушилке для использования во влажных тропиках. По сравнению с солнечной сушкой, время сушки какао, кофе и кокоса может быть сокращено на 40 %. Эффективность коллектора находилась в диапазоне 23,5-36 %.

Узбекистан обладает высоким потенциалом для производства солнечной энергии. Он расположен в зоне умеренного климата. Большая часть территории страны получает среднегодовую дневную глобальную солнечную радиацию. Целью данного исследования было изучение работы солнечной сушилки со смешанным режимом принудительной конвекции в прямоугольном туннеле для сушки коконов тутовгог шелкопряда в условиях Узбекистана [6].

Результаты исследований. Солнечная сушилка для сушки коконов.

Установка состоит из камеры с дверью. Подлежащие сушке умиротворенные коконы раскладывают на сетчатых поддонах. Дверь загрузки сушильной установки плотно закрывается. Попадающие сквозь двухслойное прозрачное стекло лучи солнца проникают через слой чёрного металла к сушильной камере а камера снабжена стеллажами [7]. В нижней части установки размещён парафин, аккумулирующий тепло, скорость воздушного потока составляет 0,2 м/с (рис. 1).

Рисунок 1. Фотография экспериментальной солнечной сушилки

Экспериментальный метод.

Эксперимент проводился в следующем порядке. В качестве объекта для сушки были выбраны коконы сорта Bombyx mori. Время процесса сушки продолжалось с 9:00 до 21:00. Каждые три часа высушиваемый объект измерялся с помощью цифровых весов марки SF-400. Также для определения температуры внутри установки был установлен термометр, который фиксировал каждые три часа с определение температуры. При измерении массы высушиваемого объекта была зафиксирована температура воздуха с помощью термометра марки Elitech ST-1A, а температура парафина была определена электронным термометром TECMAN TD360.

Теоретический подход.

Основными характеристиками, которые обычно используются для оценки производительности любой солнечной сушильной системы, являются скорость сушки и дневная эффективность сушки. Скорость сушки может быть выражена в виде уравнения сушки тонкого слоя;

                                               (1)

где  - константа сушки (с^-1);  - равновесное содержание влаги (%); - желаемый период времени (с)

Содержание влаги на сухой основе  - это вес влаги, присутствующей в продукте, на единицу веса продукта и представляется как [9]

                                                   (2)

где  - вес высушенного продукта (кг);  - начальный вес высушенного продукта (кг);

Мгновенное содержание влаги в любой момент времени может быть рассчитано по следующему уравнению;

                                             (3)

где  - вес продукта, подлежащего сушке в любой момент времени (кг)

Суточная эффективность сушки  - это отношение энергии, необходимой для испарения влаги из коконов шелкопряда, к изоляции, полученной на площади воздухонагревателя, задается как

                                               (4)

где  - площадь поверхности воздухонагревателя (м²);  - интенсивность солнечного излучения на горизонтальной поверхности (Вт/м²);  - Латентная теплота парообразования (Дж/кг);  - конечное содержание влаги (%).

Суточная эффективность сушки солнечной сушилки.

Сравнение содержания влаги в куколках шелкопряда в солнечной сушилке с сушкой на открытом солнце показано на рис. 2. Куколки шелкопряда были высушены до влажности 22% с 70% за 720 мин при соответствующей скорости потока воздуха 0,2 м/с в солнечной сушилке. По сравнению с 1460 мин сушки на открытом солнце до конечного содержания влаги 12%.

Рисунок 2. Сравнение сушки коконов тутового шелкопряда в солнечной сушилке и на открытом солнце

Изменение суточной эффективности сушки в солнечной сушилке показано на рис.3. Максимальная дневная эффективность составила 25% при скорости воздушного потока 0,2 м/с.

Рисунок 3. Изменение суточной эффективности сушки

Заключение: На основании проведенного эксперимента можно сделать следующие выводы:

1. Температура воздуха при сушке в сушилке 40-50 ° С.

2. Солнечная сушилка может использоваться для сушки до 28-30 кг коконов тутового шелкопряда.

3. Во всех случаях использование этой сушилки привело к значительному сокращению времени сушки по сравнению с сушкой на открытом солнце.

4. Ежедневная эффективность сушки составляет около 25%.

Список литературы:

1. Jayaraman, K.S. and Gupta, D.K. Handbook of industrial drying, Marul Dekker Inc.
2. El-Sebaii, A.A., Aboul-Enein, S., Ramadan, M.R.I.. and El-Gohary, H.G. Experimental investigation of an indirect type natural convective solar dryer, Energy Conversive&Management, 43, pp.2251-2266.
3. Garg, H.P. and Kumar, R. Studies on semi-cylindrical solar tunnel dryers: thermal performance of collector, Applied Thermal Engineering, 20, pp. 115-131.
4. Medved, S., Oman, J. and Novak, P. Numerical model and parametric analysis of an inflatable solar heater, Solar Energy, 65, (4), pp.263-270.
5. Amir, J.E., Grandegger,K.,Esper,A., Sumarono M., Djayer C. and Muhlbaulr W. Development of a multi-purpose solar tunnel dryer for use in humid tropics, Renewable Energy, 1, (2), pp.167-176.
6. Сафаров Ж.Э., Самандаров Д.И. Исследование процесса переработки живых коконов тутового шелкопряда. // Universum: технические науки, 2019. №7(64). С.21-23.
7. Safarov J.E., Sultanova Sh.A., Dadayev G.T. and Zulpanov Sh.U. 2021 IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. Dynamics of Technical Systems (DTS 2020) 1029 1-11.