هندسة إنتاج العلف بواسطة التجفیف الشمسى لمخلفات محاصیل الخضر

نوع المستند : Original Article

المؤلفون

1 أستاذ هندسة التصنیع الزراعى المساعد, قسم الهندسة الزراعیة, کلیة الزراعة, جامعة کفر الشیخ ,کفر الشیخ 33516,مصر

2 - أستاذ مساعد متفرغ, قسم الهندسة الزراعیة, کلیة الزراعة, جامعة کفر الشیخ,کفر الشیخ 33516,مصر

3 باحث, معهد بحوث الهندسة الزراعیة, الدقى, الجیزة, مصر

4 طالبة ماجستیر, قسم الهندسة الزراعیة, کلیة الزراعة , جامعة کفر الشیخ, کفر الشیخ 33516, مصر

المستخلص

انخفضت مصادر الغذاء  للإنتاج الحیوانى مما أثر على الاستهلاک الأدمى . ازدادت المشکلة فى هذة الأیام نتیجة اتجاة الحکومة الى زیادة انتاجیة محاصیل الحبوب الرئیسیة مثل القمح فى الشتاء والأرز والذرة فى الصیف مما یترتب علیة التنافس على الرقعة الزراعیة فى فصل الصیف والشتاء مما أدى الى زیادة اسعارالأعلاف التقلیدیة خاصة فى الشتاء مثل البرسیم. تعتبر مخلفات المحاصیل والخضر من اهم المخلفات الزراعیة وذلک لان قیمتها الغذائیة عالیة ومن ضمن هذة المخلفات مخلفات البسلة وتعد مصر سادس دول العالم فى انتاج البسلة حیث تنتج 169122 طن فهى متوفرة فى مصر فى فصل الصیف ومن السهل استخدامها کعلف للحیوان حیث ارتفاع القیمة الغذائیة لها. یهدف هذا البحث إلى دراسة إمکانیة توفیر أعلاف بدیلة و غیر تقلیدیة فى فصل الشتاء جنباً الى جنب مع فصل الصیف عن طریق دراسة تجفیف مخلفات البسلة ( العرش).  ودراسة إمکانیة استغلال الطاقة الشمسیة فى شهر مارس عام 2014م لتجفیف مخلفات البسلة عن طریق إستخدام صوبة نصف  اسطوانیة تحت سرعات هواء تجفیف مختلفة  وظروف تحمیل مختلفة.  تم دراسة المتغیرات والعناصر الأتیة:

تأثیر سرعات هواء التجفیف المختلفة على تطور عملیة التجفیف من خلال معدل التجفیف وکفاءة التجفیف والطاقة الحراریة المکتسبة وسعة هواء التجفیف
دراسة تأثیر أطوال القطع على کفاءة عملیة التجفیف
دراسة خواص هواء التجفیف
دراسة سلوک عملیة التجفیف مع تغییرعمق طبقة التجفیف عن طریق:

           أ‌-    المحتوى الرطوبی على أساس رطب وعلى أساس جاف
         ب‌-   معدل التجفیف
 
تم قیاس سعة هواء التجفیف (الفرق بین الرطوبة المطلقة أو درجة الحرارة الإبتدائیة والرطوبة المطلقة أو درجة الحرارة عند التشبع الأدیاباتیکی) عند ثلاثة مناطق (للوسط المحیط کظروف أولیة، داخل المجمع الشمسی، غرفة التجفیف). تم الحصول على مخلفات البسلة طازجة من الحقل ونقلها إلی مکان التجربة بمرکز میکنة الأرز بمیت الدیبة محافظة کفر الشیخ حیث کان المحتوی الرطوبی الابتدائی (72٪ علی اساس رطب) وتم تحضیر وتجهیز المخلفات لعملیة التقطیع ( 3، 6 سم) وعلی عمق (1، 5 سم). تم تصنیع مجفف شمسى من نوع الصوبة نصف الإسطوانیة فی مرکز میکنة الأرز بمیت الدیبة، محافظة کفرالشیخ، فى تجارب التجفیف الشمسی لمخلفات البسلة الزراعیة خلال شهر مارس لعام 2014م. تم استخدام مجمع شمسى من نوع greenhouse  سعة الهواء فیه 4,82 م3. تم توصیل  المجفف الشمسى بالمجمع الشمسى ،وتم  استخدام طولین لتقطیع مخلفات البسلة وهی 3، 6 سم وتوزیعها داخل صوانى التجفیف بعمق 1 ،5 سم بینما تم استخدام سرعات هواء تجفیف مختلفة(5, 0، 0,1 ، 5,1 م/ث). تم تحلیل البیانات وفیما یلی عرض لأهم النتائج التى تم التوصل إلیها :
1-     سرعة هواء التجفیف 5,1 م/ث هى أکثر السرعات تأثیراً على زیادة سعة هواء التجفیف وذلک بسبب زیادة طاقة السریان والتى تتناسب طردیاً مع مربع السرعة ، فیزداد سعة هواء التجفیف بزیادة سرعة هواء التجفیف.
2-     سرعة هواء التجفیف 5,1م/ث تحقق أعلى طاقة مکتسبة 287 کیلو جول على عکس السرعات ( 5, 0 ، 0,1م/ث) والتى تحقق طاقة مکتسبة أقل.
3-     محصلة الطاقة الشغالة داخل غرفة هواء التجفیف تدل على مدى ملاءمة المجمع الشمسی. تم التوصل إلى أن غرفة التجفیف لا تحتاج إلى المجمع الشمسی إلا فى الفترة من الساعة العاشرة صباحاً وحتى الثانیة عشرة ظهراً وبعد ذلک لاتحتاج المجمع الشمسى وذلک لوجود طاقة حراریة مخزنة وأیضا الإشعاع الشمسى الساقط على المجفف.
4-     المحتوى الرطوبی ینخفض عند سرعة هواء تجفیف 5,1م/ث  محققاً أعلى معدل تجفیف 0,0938کج ماء/دقیقة لعمق طبقة تجفیف 5سم وطول قطع 3سم.
5-     معدل التجفیف یتأثر بعدة عوامل مثل الإنثالبیا النوعیة، سعة هواء التجفیف، کمیة الحرارة المکتسبة، الطاقة الشغالة، طریقة توزیع المخلفات على صوانی التجفیف، و أخیراً المحتوى الرطوبى. کل هذه العوامل لها تأثیر على معدل التجفیف وتم تقدیر معدل التجفیف عند أعلى سرعة هواء تجفیف 5,1م/ث  وتم استخدام التحلیل الإحصائی المتعدد الإنحدار وتم الحصول على المعادلة الأتیة:
DR = 388.0921-6.3796T+0.248SR+2.415dep-11.34CL-0.213Se-0.171MC+0.285AC-1.395Eng+2.087Exg            R2 =0.8094
حیث
DR   معدل التجفیف، کج ماء/ کج مادة جافة. دقیقة
AC سعة هواء التجفیف، درجة مئوى
Se   الانثالبیا النوعیة، کیلوجول/کج
MC   المحتوى الرطوبى لعرش البسلة، ٪ أساس رطب
SR الإشعاع الشمسى الساقط، وات/م2
T درجة حرارة هواء غرفة التجفیف، درجة مئویة
CL طول قطع المخلفات، سم
 Dep عمق طبقة التجفیف، سم
 Eng کمٌیة الطاقة المکتسبة، وات
Exg الطاقة الشغالة المتاحة ، کیلوجول/کج
6-     کفاءات التجفیف لطرق توزیع المخلفات على صوانى التجفیف من ساعة تجفیف 10-15 ساعة، أعلى کفاءة تجفیف کانت لطول قطع المخلفات 6سم مع عمق طبقة تجفیف 5سم عند سرعة هواء تجفیف 5,1م/ث.
7-   بلغت الإنتاجیة الیومیة للمجفف الشمسى 186,1کج مخلفات بسلة مجففة/ م2 من صندوق المجفف التجریبى. تم الوصول الى أعلى معدل تجفیف 0,0938 کج ماء/(کج مادة جافة. دقیقة)  عند ظروف التشغیل المثلى عند سرعة هواء التجفیف 5,1م/ث وطول قطع مخلفات البسلة  وعمق طبقة التجفیف3، 5سم على التوالى.

Abdallah, S. E. 1999. Utilization of solar energy in agricultural purposes: Applications of solar energy collected by a plastic greenhouse for drying and aerating of wheat crop. Unpublished M. Sc. Thesis, Department of Agricultural Mechanization, Faculty of Agriculture, Kafr Elsheikh, Tanta University, Egypt.
Abdallah, S. E. 2010. Thermal efficiency enhancement of a solar drier for hay making from sugar beet tops. AMA-Agricultural Mechanization in Asia Africa and Latin America, 41(4): 87-98.
Abdelatif, S. M. 1989. A comparative study of the performance of solar panels with different diameters of copper pipes.  Misr J. Ag. Eng., 6 (1): 69-77.
Abou- Zaher, S.E., 1998. Environmental control systems of agricultural structure "A simulation study on broiler housing systems". Unpub. Ph. D. Thesis. Department of Agricultural Mechanization, Faculty of Agriculture, Kafr El-Sheikh, Tanta University, Egypt.
Akbulut, A. and A. Durmus. 2010. Energy and exergy analyses of thin layer drying of mulberry in a forced solar drier. Energy, 35: 1754-1763.
Akpinar, E. K.; A. Midilli and Y. Bicer. 2005. Energy and exergy of potato drying process via cyclone type drier. Energy Conservation and Management, 46: 2530-2552.
Akpinar, E. K.; A. Midilli and Y. Bicer. 2006. The first and second law analyses of thermodynamic of pumpkin drying process. Journal of Food Engineering, 72: 320-331.
Ali, M. F. (1996). The use of treated and untreated sugar beet by-products in feeding farm animals. Ph. D. Thesis, Fac. of Agric. Kafr El-Sheikh, Tanta Univ., Egypt.
ASAE. 1996. Moisture Measurement- Forage. ASAE Standard D499.3, American Society of Agricultural Engineers. St. Joseph. MI.
Banerjee, R. 2005. Capacity building for renewable energy in India. Proceedings of International Congress on Renewable Energy (ICORE 2005), January, Pune India: 77-83.
Banout, J; P. Ehl; J. Havlik; B. Lojka; Z. Polesny and V. Verner. 2011. Design and performance evaluation of a Double-pass solar drier for drying of red chilli (Capsicum annum L). Solar Energy, 85: 506–515.
Boulemtafes-Boukadoum, A. and A. Benzaoui. 2011. Energy and exergy analysis of solar drying process of mint. Energy Procedia, 6: 583–591.
Celma, A. R. and F. Cuadros. 2009. Energy and exergy analyses of solar drying process. Renewable Energy, 34: 660–666.
Dincer, I. 2002. On energetic, exergetic and environmental aspects of drying systems. International Journal Research, 26: 717–727.
Doymaz, I. 2005. Drying characteristics and kinetics of okra. Journal of Food Engineering, 69: 275–279b.
Ekechukwu, O. V. and B. Norton. 1998. Review of solar energy drying systems II: an overview of solar drying technology, Energy Conservation and Management, 40: 615 -655.
Eldreeny, A.G.F. 2015. Process engineering of agricultural and industrial wastes: Engineering aspects for processing agricultural and industrial wastes. Unpublished M.Sc. Thesis, Department of Agricultural Engineering, Faculty of Agriculture, Kafrelsheikh University.  
El-Kewey, A. A. 2003. Utilization of solar heated and ambient air for drying rough rice for several harvest periods. Unpublished Ph. D. Thesis, Department of Agricultural Mechanization, Faculty of Agriculture, Kafr Elsheikh,Tanta University, Egypt.
El-Mashad , H. M. 2003. Reuse potential of agricultural wastes in semi-arid regions: Egypt as a case study. Reviews in Environmental Science & Biotechnology, 2: 53–66.
El-Sahrigi, A. F.; M. A. El-Refaie; S. M. Abdelatif and O. K. Mohamed. 1993. Utilization of solar energy in agricultural crop drying. Misr J. Ag. Eng., 10 (3): 402-417.
El-Sebaii, A. A.; S. Aboul-Enein; M. R. Ramadan and H. G. ElGohary. 2002. Empirical correlations for drying kinetics of some fruits and vegetables. Energy, 27(9): 845-859.
Fudholi, A.; K. Sopian; M. Y. Othman and M. H. Ruslan. 2014. Energy and exergy analyses of solar drying system of red seaweed. Energy and Buildings, 68: 121-129.
Lamnatou, Chr.; E. Papanicolaou; V. Belessiotis and N. Kyriakis. 2012. Experimental investigation and thermodynamic performance analysis of a solar drier using an evacuated-tube air collector. Applied Energy, 94: 232-243.
Leon, M. A.; S. Kumar and S. C. Bhattacharya. 2002. A comprehensive procedure for performance evaluation of solar food driers. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 6: 367-393.
MOA. 2013. Ministry of Agriculture.
Midilli, A. and H. Kukuk. 2003. Energy and exergy analyses statistics of solar drying process of pistachio. Energy, 28: 539–556a.
Nikbakht, A. M.; A. Motevali and S. Minaei. 2013. Energy and exergy investigation of microwave assisted thin-layer drying of pomegranate arils using artificial neural networks and response surface methodology. Journal of the Saudi Society of Agricultural Sciences. 13: 81–91.
Pangavhane, D. R.; R. L. Sawhney and P. N. Sarasva. 2002. Design and development and performance of testing of a new natural convection solar drier. Energy, 27: 579-590.
Prommas, R.; P. Rattanadecho and D. Cholaseuk. 2010. Energy and exergy analyses in drying process of porous media using hot air. International Communications in Heat and Mass Transfer, 37: 372–378.