Μελέτη της αντίστασης του φλοιού νωπών σύκων στο ρυθμό ξήρανσης με ρεύμα θερμού αέρα

Abstract

Στην εργασία αυτή μελετήθηκε η αντίσταση του φλοιού στη μεταφορά μάζας σε ολόκληρα σύκα (με και χωρίς φλοιό) ποικιλίας Καλαμών κατά την ξήρανσή τους σε ρεύμα αέρα θερμοκρασίας 45, 55 και 65 oC και ταχύτητας 1.0, 3.0 και 5.0 m/s. Για το σκοπό αυτό αναπτύχθηκε ένα ισοθερμοκρασιακό υπολογιστικό μοντέλο ξήρανσης πεπερασμένων στοιχείων (Comsol Multiphysics 4.3b) το οποίο προσομοιώνει τη διάχυση των υδρατμών (N. Fick) λαμβάνοντας υπόψη την ταυτόχρονη συρρίκνωση του προϊόντος. Τόσο ο φαινόμενος συντελεστής διάχυσης (Deff) όσο και ο συντελεστής μεταφοράς μάζας (km) υπολογίστηκαν εφαρμόζοντας μη γραμμική βελτιστοποίηση Levenberg-Marquardt. Ο Deff ελήφθη ως θερμοκρασιακά και υγρασιακά εξαρτώμενος μέσω μιας τροποποιημένης εξίσωσης τύπου Arrhenius Deff=exp(-Ea/RT)exp(a/MR) με τους συντελεστές Ea και a υπολογιζόμενους από τη μέθοδο βελτιστοποίησης. Ο ολικός συντελεστής μεταφοράς μάζας (km) συνίσταται από το συντελεστή μεταφοράς μάζας στο διαχυτικό οριακό στρώμα και τον αντίστοιχο συντελεστή στο φλοιό του προϊόντος. Ο αντίστροφος ολικός συντελεστής μεταφοράς μάζας αποτελεί την εξωτερική ή επιφανειακή αντίσταση στη μεταφορά μάζας (rtotal) και αποτελείται από δυο επιμέρους αντιστάσεις, αυτή του φλοιού (rpeel) και αυτή του διαχυτικού οριακού στρώματος (rdbl). Η αντίσταση του οριακού διαχυτικού στρώματος βρέθηκε ότι είναι πολύ μικρότερη από την αντίσταση του φλοιού και έτσι δεν συνυπολογίστηκε. Σε όλες τις περιπτώσεις το μέσο σχετικό σφάλμα (πειραματικών-προβλεπόμενων τιμών) ήταν κάτω από το 2.5%. Η τιμή του km για τα μη αποφλοιωμένα σύκα κυμάνθηκε μεταξύ 2.87×10^-7 έως 6.93×10^-7 m/s ενώ για τα αποφλοιωμένα μεταξύ 1.41×10^-6 έως 2.01×10^-6 m/s. Αντίστοιχα, η εξωτερική ή επιφανειακή αντίσταση κυμάνθηκε για μεν τα μη αποφλοιωμένα σύκα μεταξύ 14.4×10^5 έως 34.8×10^5 s/m για δε τα αποφλοιωμένα μεταξύ 5.0×10^5 έως 7.1×10^5 s/m.

In this study the resistance of mass transfer of peel in whole figs (peeled and unpeeled), of Kalamata variety, during drying at 45, 55 and 65 oC and 1.0, 3.0 and 5.0 m/s air velocity was investigated. For this purpose an isothermal computer model of drying was developed employing finite elements (Comsol Multiphysics 4.3b) to simulate water vapour diffusion (N. Fick) considering the simultaneous shrinkage of the drying figs. The effective diffusion coefficient (Deff) and the mass transfer coefficient (km) calculated by applying nonlinear Levenberg-Marquardt optimization. The Deff obtained as a temperature and water dependent by a modified Arrhenius type equation Deff=exp (-Ea/RT)exp(a/MR) with a and Ea coefficients calculated from the employed optimization method. The total mass transfer coefficient (km) constituted by the mass transfer coefficient in the diffusion boundary layer and the corresponding coefficient of figs’ peel. The reverse total mass transfer coefficient is the external or surface resistance to mass transfer (rtotal) and consists of two individual resistances, this of peel (rpeel) and that of the diffusion boundary layer (rdbl). The resistance of the diffusion boundary layer found to be much less than the resistance of the peel and thus not accounted for. In all cases, the average relative error (experimental vs predicted values) was below 2.5%. The value of km for unpeeled figs ranged between 2.87×10^-7 to 6.93×10^-7 m/s whereas for peeled between 1.41×10^-6 to 2.01×10^-6 m/s. Similarly, the external or surface resistance ranged for unpeeled figs between 14.4×10^5 to 34.8×10^5 s/m and in the case of peeled between 5.0×10^5 to 7.1×10^5 s/m.