بسترة اللبن باستخدام مرکِز شمسی مزود بجهاز لتعقب الشمس

نوع المستند : Original Article

المؤلفون

1 مدرس مساعد - قسم الهندسة الزراعیة، کلیة الزراعة، جامعة عین شمس، مصر.

2 أستاذ متفرغ - قسم الهندسة الزراعیة، کلیة الزراعة، جامعة عین شمس، مصر.

3 أستاذ مساعد - قسم الهندسة الزراعیة، کلیة الزراعة، جامعة عین شمس، مصر.

المستخلص

تهدف عملیة بسترة الألبان الی قتل المیکروبات الممرضة فی اللبن بتسخین اللبن الی 73 ºم وابقاء اللبن علی هذه الدرجة لمدة لا تقل عن 15 ثانیة ثم تبریده سریعا. استخدام الطاقة الشمسیة فی مصر کمصدر بدیل للطاقة التقلیدیة المطلوبة فی بسترة الالبان هذا قد یوفر ما یقدر بحوالی 200 جیجا وات سنویا من الکهرباء او ما یوازیه من الوقود البترولی بما یقدر بحوالی 80 ألف متر مکعب.
یقدم البحث المواصفات والنتائج التجریبیة لانشاء وتشغیل واختبار نظام یقوم ببسترة اللبن باستخدام الطاقة الشمسیة الحراریة المرکزة مع استخدام تکنولوجیا التعقب الشمسی.
تکون النظام من قسمین، أحدهما لاستقبال وترکیز الأشعة الشمسیة وتحویلها الی طاقة حراریة مفیدة لتسخین الماء، والآخر لتسخین اللبن الی درجة حرارة البسترة 73 ºم باستخدام الماء الساخن. تم استخدام طبق قطع مکافئ عاکس 1.65 م2  لاستقبال وترکیز الأشعة الشمسیة، وکذلک مبادل حرارى أنبوبی لتسخین اللبن.
تم تزوید المجمع الشمسی بجهاز لتعقب الشمس اثناء ساعات النهار، فکرة عمله تعتمد علی استخدام عدد من المقاومات الضوئیة التی تتحسس ضوء الشمس ثم المقارنة بین المستویات المختلفة لضوء الشمس من خلال معالج الکترونی لیقود محرک کهربی یتمکن من تغییر وضع المجمع الشمسی طبقا لوضع الشمس.
أجریت التجارب فی کلیة الزراعة، جامعة عین شمس، شبرا الخیمة، مصر. عند قیم مختلفة من درجات حرارة الجو والاشعاع الشمسی.
وکانت أهم النتائج المتحصل علیها من الدراسة التجریبیة:
-        تمکن النظام الحراری المتعقب للشمس من رفع درجة حرارة اللبن الی درجة حرارة البسترة فی زمن متوسط یقدر بحوالی 110 ثانیة.
-        متوسط کمیة اللبن الممکن بسترتها بالنظام تحت الدراسة کانت 7.5 لتر/ساعة.
-        استخدام جهاز التعقب الشمسی أدی الی زیادة الطاقة الحراریة المجمعة باستخدام النظام بنسبة حوالی 59 % بالمقارنة مع النظام الثابت.
-        أعلی درجة حرارة تم تسجیلها للوح الممتص کانت 190 ºم عند وقت الظهیرة مع استخدام التعقب الآلی للشمس، بینما کانت 91 ºم مع عدم استخدام التعقب.

ASHRAE (1995). Handbook of HVAC Applications, ch. 30, Atlanta, GA, USA.
ASHRAE (2005). Handbook of Fundamentals, American Society of Heating, Refrigerating and Air Conditioning Engineers, New York.
Atia, M. F., Mostafa, M. M., Abdel-Salam, M. F., and El-Nono, M. A. (2010). Solar energy utilization for milk pasteurization., M.Sc. th. Agric. Eng. Dept., Fac. of Agric., Ain Shams Univ., Egypt.
Bergman, T. L., Incropera, F. P., and Lavine, A. S. (2011). Fundamentals of heat and mass transfer. John Wiley & Sons.
Bairi, A. (1990). Method of quick determination of the angle of slope and the orientation of solar collectors without a sun tracking system. Solar Wind Technol. 7, 327-330.
Braun J. E. and Mitchell J. C. (1983). Solar geometry for fixed and tracking surfaces. Solar Energy;31(5):439–44.
El-Shebley, M.; Ahmed, H. S. and Hetr R. F. (2003). The development of production, processing and marketing to small-scale dairy farmers in the Arab world, AOAD, Arab Organization for Agricultural Development, Sudan.
Franco, J.; Saravia, L.; Javi, V.; Ricardo, C. and Carlos F. (2007). Pasteurization of goat milk using a low cost solar concentrator, Solar Energy J., doi:10.1016/j.solener.2007.10.011, USA.
Kalogirou S., Eleftheriou P., Lloyd S., and Ward J. (1994). Design and performance characteristics of a parabolic-trough solar collector system. Appl Energy;47:341–54.
Kalogirou, S. A. (2004). Solar thermal collectors and applications, Progress in Energy and Combustion Science, 30: 231-295.
Lee, C. Y., Chou, P. C., Chiang, C. M., and Lin, C. F. (2009). Sun tracking systems: a review. Sensors, 9(5), 3875-3890.
Mousazadeh, H., Keyhani, A., Javadi, A., Mobli, H., Abrinia, K., and Sharifi, A. (2009). A review of principle and sun-tracking methods for maximizing solar systems output. Renewable and sustainable energy reviews, 13(8), 1800-1818.
Niamsuwan, S., Kittisupakorn, P., and Mujtaba, I. M. (2011). Optimization approach to minimize energy consumption in pasteurized milk process. International Conference on Chemistry and Chemical Process. Bangkok, Thailand, May 28; 29.
Rauta S. and Singh N., (2009), Non-Conventional energy sources, Department of Electrical Engineering, National Institute of Technology, Rourkela, India. 47-54
Sorensen, B. (2003). Renewable Energy Its physics, engineering, use, environmental impacts, economy and planning aspects, 3rd Elsevier Academic Press, Roskilde Univ., Energy & Environment Group, Ins. 2, Denmark.
Wayua, F. O., Okoth, M. W., and Wangoh, J. (2013). Design and performance assessment of a flat‐plate solar milk pasteurizer for arid pastoral areas of kenya. Journal of Food Processing and Preservation, 37(2), 120-125.
William, B. and Raymond, W. (1985). Solar energy fundamentals and design, John Wiley & Sons, New York, USA.
Zahira, R.; Hafiz, A.; Nasir, A.; Muhammad, A. and Zia-ul-Haq (2009). fabrication and performance study of a solar milk pasteurizer, J. Agri. Sci., Pakistan Vol. 46(2).