Agrártudomány | Növénytermesztés » Beke-Kurják - Energia- és anyagátviteli tapasztalatok egyes gyökér és gumós növények mikrohullámú szárításakor

ENERGIA- ÉS ANYAGÁTVITELI TAPASZTALATOK EGYES GYÖKÉR ÉS GUMÓS NÖVÉNYEK MIKROHULLÁMÚ SZÁRÍTÁSAKOR BEKE J., KURJÁK Z Szent István Egyetem Gépészmérnöki Kar Jármű- és Hőtechnika Tanszék 2103 Gödöllő, Páter Károly u. 1 Tel./Fax:28/522-043 E-mail: jbeke@jht.gauhu, zkurjak@jhtgauhu Bevezetés A mikrohullámú energia a mezőgazdasági termékek szárításában is alkalmazható módszer, de a különböző tulajdonságú anyagok a nagyfrekvenciás erőtérben eltérő módon viselkednek. Kísérleteinkben – két nagy kezdeti nedvességtartalmú anyag – a sárgarépa és a burgonya száradási tulajdonságait vizsgáltuk. A vizsgálatokhoz kidolgoztuk azokat a módszereket, amelyek segítségével a két anyag egyes fizikai és száradási tulajdonságainak, valamint a kezelési eljárás jellemző paramétereinek kapcsolata meghatározható. Ezeket az eredményeket grafikus formában is feldolgoztuk. A kísérletek eredményei alapul szolgálhatnak egy

üzemi méretekben is alkalmazható technológia kidolgozásához. Anyag és módszer A mérésekhez egy célszerűen átalakított, kereskedelmi mikrohullámú berendezést használtunk (1.ábra) A berendezés a homogén mikrohullámú teret - egy a kezelőtér felső lapján rögzített - forgó keverőlapát segítségével biztosítja. Az átalakítás során a kezelő tér 1.ábra Mikrohullámú mérőberendezés bal oldalán egy mérőcsatorna került kiépítésre. A mérőcsatorna egy 45 x 100 x 400 mm méretű zártszelvényből készült, amelynek végére egy M3-3A típusú mérőműszert csatlakoztattunk, amellyel a kezelőtérben a mikrohullámú teljesítményt tudtuk mérni. A magnetron elektromos vezérlésének átalakításával a mikrohullámú erőteret a szárítás ideje alatt folyamatossá tudtuk tenni, ami állandó teljesítményt biztosított. A mérések során problémát elsősorban a mikrohullámú tér egyenetlensége okozott. A berendezés

kialakítása elvileg ugyan biztosítja a homogén tér kialakulását, de a forgó lapátos megoldás a gyakorlatban nem bizonyult megfelelőnek. Rendelkezésünkre állt a kezelőtér teljesítményeloszlásának képe (2 és 3ábra) a szárítási síkban, amelyeket próbamérésekkel ellenőriztünk. A próbamérések során nagymértékű eltérés mutatkozott a 2.ábra Mérőkeret a teljesítmény-eloszlás vizsgálatára 3.ábra A teljesítmény eloszlása a szárítási síkban kezelőtér egyes pontjaira jutó teljesítmények között. A végső megoldásként a próbamérések segítségével meghatároztuk azokat a pontokat a kezelőtérben, ahol a teljesítmény közel azonos volt, és a mintákat ide helyeztük el. A mérések során két féle mintavételi szempont szerint vizsgáltuk az anyagok tulajdonságait. Az első mintavételi módszer során (4ábra) keresztmetszeteket készítettünk, amit hosszirányban kb. 2 cm-enként megismételtünk A minta

homogénné tétele miatt minden mintát 5 sárgarépából ill. burgonyából készítettük el Az így kapott 4.ábra A keresztirányú mérés mintavételi helyei szelvényeket a mikrohullámú kezelőtérbe helyezve rendre 10 fokozatban w = 8 %-os nedvességtartalomig szárítottuk. Egy-egy szárítási szakasz után minden keresztmetszetből 5 mm élhosszúságú, kocka alakú mintákat készítettünk. Mértük a keresztmetszetekből kivett minta kockák tömegét a konvektív szárítás előtt és a szárítás után. Ezekből a minták mikrohullámú szárítás utáni nedvességtartalmát határozhattuk meg. A második mintavételi módszernél hosszmetszeteket készítettünk. (5ábra) Ezeket az 5 x 5 mm méretű, sárgarépa esetén kb. 10 cm, burgonya esetén kb 5 cm hosszúságú rudakat szárítottuk. A mérés további folyamata keresztmetszeti módszer szerint történt 5.ábra A hosszirányú mérés mintavételi helyei Mindkét mérési módozat esetén mértük a

kezelőtérben a visszavert teljesítményt. Az első mérések alatt csak 20 másodpercenként, később mivel a teljesítmény-változások ezt szükségessé tették 10 másodpercenként. A méréseket a pontosabb eredmények érdekében 5 alkalommal végeztük el, minden mérési módozat esetén Eredmények A burgonyával lefolytatott kísérletek szerint a belső nedvességmozgás jellege eltér a szemes termények megfelelő tulajdonságaitól. A gumó hosszanti és keresztirányú szimmetriatengelyében végzett mérések összegzett eredményét τ = 0 perc (6.ábra), 8 perc (7.ábra) és 14 perc (8ábra) szárítási idő esetén grafikusan ábrázoltuk 6.ábra Burgonya mérési eredmények τ = 0 perc esetén 7.ábra Burgonya mérési eredmények τ = 8 perc esetén 8.ábra Burgonya mérési eredmények τ = 14 perc esetén Az adatok azt támasztják alá, hogy a gumó belsejében nagyobb a kezdeti nedvességtartalom, de a száradás előrehaladtával a lokális

különbségek fokozatosan csökkennek. A sárgarépa mikrohullámú száradása némileg eltér a burgonyáétól. Ez esetben ugyanis jelentős különbség van a horizontális és a vertikális nedvesség térkép között. A hosszirányú víztartalom eloszlásban a szeleteléses módszer nem talált szignifikáns különbséget. Ugyanakkor a keresztirányú nedvesség disztribúció azt mutatja, hogy a szárítás folyamán a szimmetriatengely közelében alacsonyabb a nedvességtartalom és annak a jellege a teljes száradási időben megmarad. (9 10 11ábra) 9.ábra Sárgarépa mérési eredmények τ = 8 perc esetén 10.ábra Sárgarépa mérési eredmények τ = 10 perc esetén 11.ábra Sárgarépa mérési eredmények τ = 14 perc esetén Következtetések Biológiai anyagokban így a mezőgazdasági terményekben a hő- és nedvesség-mozgás speciális, az ipari tapasztalatok holt anyagokhoz kapcsolódnak, míg a mezőgazdasági termények inhomogének,

anizotrópok és más-más fizikai és száradási tulajdonsággal rendelkeznek. Egyes tulajdonságok, mint például a belső nedvességáramlás anyagjellemző. Tehát független a hőközlés módjától. A gyökgumósok nedvességeloszlása közel egyenletes. A burgonya belső nedvesség eloszlása mikrohullámú szárításkor mind kereszt-, mind hosszirányban közel egyenletes, a belső nedvesség gradiensnek nincs kitüntetett iránya. Ez abból adódhat, hogy a burgonya gumója szaporítóanyag és a csírák elhelyezkedése a gumón közel egyenletes, ezért a nedvesség eloszlásnak is egyenletesnek kell lennie. Répafélékben a nedvesség-gradiens térfüggő, feltehetően hosszirányú a nedvességáramlás. Erre utalnak, hogy a szárítás folyamán a szimmetriatengely közelében alacsonyabb a nedvességtartalom és annak a jellege a teljes száradási időben megmarad További mérések szükségesek az eredmények pontosítására, illetve többféle térjellemző

meghatározására. EXPERIENCES IN HEAT AND MASS TRANSPORT DURING MICROWAVE DRYING OF SOME ROOT AND TUBEROUS PRODUCTS BEKE J. KURJÁK Z SZIE, Faculty of Mechanical Engineering 2103 Gödöllő, Páter Károly u. 1 Tel./Fax:+36(28)/522-043 E-mail: jbeke@jht.gauhu, zkurjak@jhtgauhu Summary Microwave energy could be considered as a theoretical possibility to dry agricultural products, but different kind of foods behave differently in high frequency field. We have analysed the drying features of two high moisture content food: carrot and potato in our experiences. For this case we have worked out a method to estimate the phisical and drying properties, and the treatting process features correlation of two solids. We have plotted the results, too. The experimental results partly could form also the base of a large-scale technology