تطویر نموذج للتبرید بالطاقة الشمسیة

نوع المستند : Original Article

المؤلفون

1 معید بقسم الهندسة الزراعیة، کلیة الزراعة جامعة أسیوط، مصر.

2 مدرس الهندسة الزراعیة، کلیة الزراعة جامعة عین شمس، مصر.

المستخلص

عَمِدت الدراسة إلى تطویر نموذج للمعاملة الحراریة بالتبرید یستمد قدرته من الطاقة الشمسیة بواسطة مجمع شمسى مسطح، بحیث یتمیز بسهولة الإنشاء والصیانة مع توافر المواد والتکنولوجیات الخاصة بها محلیا، واستخدام الطاقة الشمسیة کمصدر للطاقة ولارتباطها على نحو وثیق بمتطلبات طاقة التبرید المطلوبة. فکلما زادت طاقة الإشعاع الشمسى وحرارة المنتج الزراعى، زاد الاحتیاج للتبرید وزادت کفاءة تشغیل النموذج، وفى ظروف انخفاض معدلات التعرض الشمسى یقل الاحتیاج للتبرید، وما یتبعه من انخفاض کفاءة النموذج بما لا یؤثر على کفاءة عملیات ما بعد الحصاد الحراریة إجمالاً.
یعمل النظام من خلال تمریر مخلوط التشغیل-المکون من نسب متساویة من الأمونیا والماء-فى (1) المولد الحرارى الذى یعمل خلال (أ) المجمع الشمسى المسطح بقدرة استخلاص طاقة حراریة من الإشعاع الشمسى 13٪ (فی المتوسط تحت الظروف التجربة ولمساحة المجمع المعرضة 1.95 م2)، (ب) وحدة استیعاب وتخزین مخلوط التشغیل المسخن. حیث یتم تسخین سائل التشغیل ومن ثم یمر عبر (2) أسطوانتین معدنیتین متداخلتین تعملان کمکثف ومبخر على التوالى. حیث تتم عملیة تکثیف بخار المخلوط المرکز بتمریر تیار من الماء البارد خلال الأسطوانة الخارجیة فیتکثف البخار بالأسطوانة الداخلیة. وفى مرحلة التبخیر، یوقف تمریر میاه التبرید لإتاحة عمل النظام کمبخر ومن ثم خفض درجة حرارة المنتج الغذائی.

قُدِر معامل کفاءة المبرد الشمسى القصوى 0.14 بما یعادل 0.03 طن تبرید، عند إشعاع شمسى 9027.26 وات/م2 للیوم، وحرکة هواء 5.3 م/ث، مما خفض درجات الحرارة لتسجل ثلاثة درجات ونصف الدرجة المئویة (دون حمل حرارى).

أکدت الحسابات المرجعیة لتبرید الحاصلات الزراعیة، إمکانیة استخدام النموذج المبدئى تبرید ثلاثة کیلوجرامات من درنات البطاطس من 30°م إلى 4°م، أو ما یعادل ثمانیة عشرة کیلوجرامات من درنات البطاطس عند التبرید إلى 20°م عند نفس ظروف التشغیل.
سُجلَت کفاءة وحدة الاستیعاب الحدیدیة لسائل التشغیل بالمولد نحو 98٪، بما یساوى 12٪ من إجمالی طاقة الأشعة الشمسیة الساقطة فی الیوم. وقد أمکن لوحدة الاستیعاب من تحمل ضغوط التشغیل الواقعة فی المدى 3.4 إلى 12.5 ض. جوى. کما استخدمت وحدة تصحیح أعلى وحدة الاستیعاب لمنع المیاه من الوصول إلى المکثف. بلغت کفاءة وحدة التکثیف – التبخیر الحراریة 55٪ من الطاقة الواردة إلیها، وما یساوى 4.4 ٪ من إجمالی الطاقة الشمسیة المجمعة فی الیوم الواحد.
تُوصى الدراسة باستخدام المرکزات الشمسیة بدلا من المجمع المسطح لزیادة کفاءة عملیات التبرید وإتاحة الناتج الحرارى الجانبى فى التطبیقات المختلفة بالمزرعة. کما توصى الدراسة بتشیید حیز تبرید منفصل عن حیز التکثیف لإمکان الحصول على تبرید مستمر وتخفیض من فقد الحرارة بین عملیتى التبرید والتکثیف.

Abdel Mawla H. A., A. M. El-Lithy, M. Z. Attar, and R. K. Mahmoud. 2012. Evaluation of flat-plate solar collector for agricultural applications. The 19th annual. Conf. of the Misr Soc. Agric. Eng.; Prospects of modern technology in agricultural engineering and management of environmental problems, (19):651-662.
Atanda, S., Pessu, P., Agoda, S., Isong, I., and Ikotun, I. 2011. The concepts and problems of post-harvest food losses in perishable crops. African Journal of Food Science, 5(11): 603–613.
Duffie, J. A., and Beckman, W. A. 1980. Solar engineering of thermal processes. NASA STI/Recon Technical Report A, 81: 16591.
Duffie, J. A., and Beckman, W. A. 2013. Solar engineering of thermal processes. John Wiley \& Sons.
Kalogirou, S. A. 2004. Solar thermal collectors and applications. Progress in energy and combustion science, 30(3): 231–295.
Kassem, A.; A.Shoker and A.Bassuony 1993, performance of an intermittent absorption solar refrigeration system. Misr J. Agric. Eng, 10 (2): 267-285.
Liberty, J., Okonkwo, W., and Echiegu, E. 2013. Evaporative Cooling: A Postharvest Technology for Fruits and Vegetables Preservation. International Journal of Scientific & Engineering Research, 4(8): 2257– 2266.
Lipinski, B., Hanson, C., Lomax, J., Kitinoja, L., Waite, R., and Searchinger, T. 2013. Reducing food loss and waste. World Resources Institute, Washington DC, Working Paper.
Owen, M. S., and Kennedy, H. E. 2009. Handbook: Fundamentals. American Society of Heating, Refrigeration, and Air-Conditioning Engineers.
Wessel, D. 2001. Ashrae fundamentals handbook 2001 (SI edition). American Society of Heating, Refrigerating, and Air-Conditioning Engineers, 31.
Yusuf, B. L., and He, Y. 2013. Design, development and techniques for controlling grains post-harvest losses with metal silo for small and medium scale farmers. African Journal of Biotechnology, 10(65): 14552–14561.
Cengel, Y. 2007. Introduction to Thermodynamics and Heat Transfer+ EES Software (Vol. 77235657). McGraw Hill Higher Education, London, ISBN.
El Masry, O. A. 2002. Performance of waste heat absorption refrigeration system. 6 th Saudi Eng. Conf. 5: 531–544.
Incropera, F. P., Lavine, A. S., and DeWitt, D. P. 2011. Fundamentals of heat and mass transfer. John Wiley & Sons.
Kalogirou, S. 2008. Recent patents in absorption cooling systems. Recent Patents on Mechanical Engineering, 1(1): 58–64.
Mansoori, G. A., and Patel, V. 1979. choice of working fluids for solar absorption cooling systems. Solar Energy, 22(6): 483–491.
Mittal, V., Kasana, K., and Thakur, N. 2005. The study of solar absorption air-conditioning systems. Journal of Energy in Southern Africa, 16(4): 59–66.
Ursula, E. 2003. Solar technologies for buildings. Great Britain: Antony Rowe Ltd.
Wang, S. K. 2000. Handbook of air conditioning and refrigeration.:1.12-1.13.
Whitman, W. C., Johnson, W. M., and Tomczyk, J. A. 2005. Refrigeration & air conditioning technology (SEVENTH EDITIO N., pp. 1–1690). Cengage Learning.
Bakker-Arkema, F. W., Baerdemaeker, J. de, Amirante, P., Ruiz-Altisent, M., Studman, C., and others. 1999. CIGR handbook of agricultural engineering, Volume 4: Agro-processing engineering. American Society of Agricultural Engineers (ASAE).(accessed at http://en.wikipedia.org/wiki/Absorption_refrigerator)