دراسة معملیة لأداء المبرد التبخیری بالمراوح والوسائد تحت ظروف مناخیة مختلفة بالمملکة العربیة السعودیة

الهلال, إبراهیم بن محمد

doi:10.21608/mjae.2020.110169

دراسة معملیة لأداء المبرد التبخیری بالمراوح والوسائد تحت ظروف مناخیة مختلفة بالمملکة العربیة السعودیة

نوع المستند : Original Article

المؤلف

إبراهیم بن محمد الهلال

أستاذ مشارک، قسم الهندسة الزراعیة، کلیة علوم الأغذیة والزراعة، جامعة الملک سعود، ص.ب. 2460 , الریاض 11451، المملکة العربیة السعودیة

10.21608/mjae.2020.110169

المستخلص

یهدف هذا البحث إلى دراسة أداء التبرید التبخیری تحت ظروف مناخیة تحاکی مناخ المناطق الجافة والرطبة والمعتدلة بالمملکة. تم تحلیل بیانات مناخیة لثلاث مدن بالمملکة هی: الریاض وجدة وأبها، وتمت الاستفادة منها عند إجراء التجارب على نظام التبرید. تم تصمیم مبرد تبخیری مکون من وسادة تبرید بسمک 10 سم من نوع (Celdek) ومروحة تهویة ومضخة للماء. استُخدمت وحدات لتغییر درجة الحرارة الجافة والرطوبة النسبیة للهواء الداخل للمبرد. فقد تم تسخین الهواء تسخیناً محسوساً لرفع درجة حرارته وخفض رطوبته النسبیة بمروره على سخانین. کما تم استخدام مرجل بخاری یعمل على إنتاج بخار سریع بمعدل 57 کجم بخار/ساعة تحت ضغط 5.5 بار لترطیب وتسخین الهواء. رُکبت کل وحدة من الوحدات (التبرید والتسخین والترطیب) داخل قناة (1م×1م). شملت القیاسات درجة الحرارة الجافة والرطوبة النسبیة للهواء قبل المبرد وبعده وسرعة الهواء بعد وسادة التبرید وقد سجلت البیانات کل ثانیة وتم أخذ المتوسطات کل دقیقة. کما تم قیاس معدل استهلاک المیاه أثناء عملیة التبرید التبخیری. أوضحت البیانات المناخیة ضرورة تبرید الهواء فی الریاض وجدة خلال موسم الصیف قبل أن یدخل أی منشأة زراعیة. کما أن الریاض هی الأکثر ملائمة للتبرید التبخیری حیث تراوحت متوسطات درجات الحرارة خلال أشهر الصیف بین 31.5 °م و 36 °م، والرطوبة النسبیة بین 14.4٪ و 20٪. أما الظروف المناخیة الحارة الرطبة فی مدینة جدة فهی الأقل ملائمة للمبردات التبخیریة، حیث تراوحت متوسطات درجات الحرارة بین 30 °م و 33.5 °م، والرطوبة النسبیة بین 57٪ و 82٪. أما فی مدینة أبها، فتعد الظروف المناخیة فی فصل الصیف معتدلة وتکاد تکون الحاجة للتبرید معدومة. قد یستثنى من ذلک البیوت المحمیة التی ترتفع فیها درجة الحرارة بسبب تجمیع الإشعاع الشمسی. تراوحت متوسطات درجات الحرارة فی أبها خلال أشهر الصیف بین 22°م و 23.5 °م، والرطوبة النسبیة بین 35٪ و 70٪. وتراوحت المتوسطات الشهریة للإشعاع الشمسی خلال أشهر الصیف للریاض بین 570 و 619 وات/م²، أما مدینة جدة فتراوحت تلک القیم بین 503 و 580 وات/م²، وفی مدینة أبها تراوحت بین 477 و 591 وات/م². بینت نتائج الدراسة أن متوسط کفاءة التبرید التبخیری بلغ 82.4٪ عند ظروف جافة، و 72.2٪ عند ظروف رطبة، و 75٪ عند ظروف معتدلة. کما أن أعلى مقدار للخفض فی درجة حرارة الهواء تم الحصول علیه عند الظروف الجافة، فقد تراح ذلک المقدار بین 12-23.5^oم. أما أقل مقدار للخفض فی درجة حرارة الهواء تم الحصول علیه عند الظروف الرطبة، حیث تراح بین 2.8-8.6^oم.

أما بالنسبة للمناطق المعتدلة فقد تراوح مقدار الخفض فی درجة حرارة الهواء بین 6-15.3^oم. کانت قدرة التبرید لکل من الظروف الجافة والمعتدلة والرطبة 20612 و 11883 و 5992 وات، على الترتیب. کما بینت التجارب أن معدل استهلاک ماء التبرید یزید بزیادة درجة حرارة الهواء الداخل للمبرد وبزیادة سرعة الهواء المار خلال وسادة التبرید. حیث بلغ معدل الاستهلاک أثناء التبرید 11.8 و 13.8 لتر/ساعة عند درجات حرارة 40^oم و 45^oم، على الترتیب، عند سرعة 0.5 م/ث. کما ارتفع معدل الاستهلاک عند درجة حرارة 40^oم من 8.8 لتر/ساعة إلى 19.8 لتر/ساعة عند زیادة سرعة الهواء من 0.25 م/ث إلى 1 م/ث. کما أن معدل استهلاک الماء ینخفض بزیادة الرطوبة النسبیة للهواء الداخل للمبرد عند نفس درجة الحرارة. فقد بلغ معدل الاستهلاک 13.8 لتر/ساعة عند درجات حرارة 35^oم ورطوبة نسبیة 8٪، فی حین بلغ هذا المعدل 5.8 لتر/ساعة عند نفس درجة الحرارة ولکن عند رطوبة نسبیة 58٪.

الموضوعات الرئيسية

هندسة المنشآت الزراعیة

المراجع

Al-Helal, I. M. and H. S. Al- Towejeri. 2001. Evaporative cooling for Palm Dates Fiber Pads and Cross-Flutted Cellulose Pads under Arid Conditions. Misr Journal of Agricultural Engineering, Vol. 18 No. (2): 469-483.

Al-Helal, I. M., N. Al-Abbadi, and A. Al-Ibrahim. 2004. A study of fan-pad performance for a photovoltaic powered greenhouse in Saud Arabian summer. International Agricultural Engineering Journal 13 (4): 113-124.

Ali A. K. A., A. A. Al-Haidary, and M. A. Alshaikh. 1999. The effect of evaporative cooling in alleviating seasonal differences in milk production of Almarai dairy farms in the Kingdom of Saudi Arabia. Asia Austral. Journal of Animal. 12 (4): 590-6.

Alodan, M. A. and A. A. Al-Faraj. 2005. Design and Evaluation of Galvanized Metal Sheets as Evaporative Cooling Pads. J. King Saud Univ. 18: 9-18.

Al-Sulaiman, F. 2002. Evaluation of the performance of local fibers in evaporative cooling. Energy Conversion and Management. (43): 2267–2273.

Arbel A, O. Yekutieli, and M. Barak. 1999. Performance of a fog system for cooling greenhouses. Journal of Agricultural Engineering Research. 72 (2):129-36.

ASAE. 2000. American Society of Agricultural Engineers. ASAE Engineering Practice 406.2, p.559-566. ASAE Standards. ASAE, St. Joseph, MI. 49085.

Bottcher, R. W., G. R. Baughman, R. S. Gates, and M. B. Timmons. 1991. Characterizing efficiency of misting systems for poultry. Transactions of the ASAE. 34(2): 586-590.

Bucklin, R., L. Turner, D. K. Bray and R. W. Hemken. 1991. Method to relieve heat stress for dairy cows in hot, humid climates. Applied engineering in Agriculture. 7 (2): 241-247.

Chen C. 2003. Prediction of longitudinal variations in temperature and relative humidity for evaporative cooling greenhouses. Agricultural engineering journal. 12 (3&4): 143-164.

Deaton, J. W., J. L. McNaughton, and B. D. Lott. 1982. Effect of heat stress on laying hens acclimated to cyclic versus constant temperatures. Poultry science. 61(5):875-878.

El-Nouty, F. D.; A. A. Al-Haidary; and M. S. Salah. 1990. Spray cooling effects on milk production; some blood parameters and thyroid hormones of Holstein cows in the semi-arid environment. Indian J Anim Sci. 63: 360-364.

Gates, R. S., J. L. Usry, and J. A. Nienaber. 1991. An optimal misting method for cooling livestock housing. Transactions of ASAE. 34 (5):2199-206.

Helsen, A. and J.Willmot. 1991. Wet air cooling of fruits, vegetables and flowers. Current practice in Europe. Technical innovation in freezing and refrigeration of fruits and vegetables. Paris, France: International Institute of Refrigeration. p. 169–77.

Jain, D. and G. Tiwari. 2002. Modeling and optimal design of evaporative cooling system in controlled environment greenhouse. Energy Conversion and Management. 43: (2235–2250).

Kittas, C., T. Bartzana and A. Jaffrin. 2001. Greenhouse evaporative cooling: measurement and data analysis. Transactions of the ASAE. 44(3): 683-689.

Lieo. C. and K. Chiu. 2002. Wind tunnel modeling the system performance of alternative evaporative cooling pads in Taiwan region. Building and environment 37: 177-187.

Montero, J. I.; T. H. Short; R . B. Curry and W. L. Bauerle. 1981. The influence of various water evaporation systems in the greenhouse environment. ASAE paper No. 81-4027.

Reece, F. N., J. W. Deaton, and L. F. Kubena. 1972. Effects of high temperature and humidity on heat prostration of broiler chickens. Poultry science. 51(2): 2021-2025.

Ryan, D. P., M. P. Boland and E. Kopel. 1992. Evaluating two different evaporative cooling management systems for dairy cows in hot, dry climate. Journal of Dairy Science. 75 (4):1052-9.

Umbarker S.P., R.S. Bonde, M.N. Kalase. 1991. Evaporatively cooled storage stature for oranges (citrus). Indian Journal of Agricultural Engineering. 1(1): 26–32.

Watt, J. R. 1953. Investigation Evaporative Cooling. Report U.S. Naval civil Engineering Research and Evaluation Laboratory.

Wiersma, F. and D. S. Benham, 1974. Design criteria for evaporative cooling. ASAE Paper No. 74-4527, ASAE, St. Joseph.MI 49085.

Zabeltitz, C. V. 2002. Ventilation and cooling of Greenhouses in Hot Arid Climate Presented at Second Protected Agriculture Regional Technical Coordination Meeting, Kuwait.