Fabrication and Performance Evaluation of a Semi-Automatic Electric Cabinet Dryer for Carrot, Cabbage and Tomato

في أجزاء كثيرة من العالم، تكون الرحلة من المزرعة إلى المائدة محفوفة بالخسائر. فكثيراً ما تتلف الخضروات الطازجة، الغنية بالعناصر الغذائية والضرورية للأمن الغذائي، قبل أن يتم استهلاكها. يحدث هذا لأن هذه المحاصيل سريعة التلف؛ فبدون التخزين أو المعالجة المناسبة، تتعفن، مما يهدر المياه والأرض والعمالة المستثمرة في زراعتها. وفي المناطق ذات الدخل المنخفض، حيث تندر غالباً وسائل التبريد ومرافق التخزين المتقدمة، تشتد هذه المشكلة بشكل خاص. وتعد عملية التجفيف واحدة من أقدم الطرق وأكثرها فعالية لوقف هذا التلف؛ فمن خلال إزالة الماء من الغذاء، تصبح البيئة غير ملائمة للبكتيريا والعفن التي تسبب التحلل، كما يصبح الغذاء أخف وزناً وأسهل في التخزين أو النقل. ورغم أن التجفيف مفهوم بسيط، إلا أن القيام به بشكل جيد يتطلب التحكم. فالتجفيف التقليدي في الهواء الطلق يعتمد على الطقس، الذي قد يكون غير متوقع، ويعرض الغذاء للغبار والحشرات. أما الحلول الحديثة فغالباً ما تتضمن آلات تستخدم الهواء الساخن لتسريع العملية، ولكن يمكن أن تكون هذه الآلات مكلفة أو معقدة في التصنيع. ويكمن التحدي الذي يواجه صغار المزارعين والمجتمعات المحلية في إيجاد طريقة لتجفيف الطعام تكون ميسورة التكلفة، وموثوقة، وقادرة على التعامل مع أنواع مختلفة من الخضروات دون الحاجة إلى تكنولوجيا باهظة الثمن.

لقد شرع فريق من الباحثين في رواندا في معالجة هذا التحدي عبر تصميم وبناء واختبار مجفف كبينة كهربائي شبه آلي وبسيط. كان هدفهم هو إنشاء آلة يمكن تصنيعها من مواد متوفرة محلياً واستخدامها لحفظ الخضروات الشائعة مثل الجزر والكرنب والطماطم. بدأوا بإنشاء نموذج ثلاثي الأبعاد مفصل للجهاز، والذي اتخذ شكل صندوق خشبي بحجم حقيبة سفر كبيرة تقريباً. وفي داخل هذه الكبينة، قاموا بتركيب عنصر تسخين، ومروحة لتدوير الهواء الدافئ، وصواني من الشبك السلكي لحمل الخضروات. تم تجهيز النظام بمستشعرات لمراقبة درجة الحرارة والرطوبة داخل الغرفة، بالإضافة إلى لوحة تحكم تسمح للمشغل بضبط الظروف المطلوبة. تم تجميع الآلة بأكملها في ورشة نجارة، باستخدام الخشب للهيكل والمكونات الكهربائية القياسية لأنظمة التسخين والتحكم. بلغت التكلفة الإجمالية لبناء النموذج الأولي 84,755 فرنك رواندي، وهو مبلغ لاحظ الباحثون أنه تأثر بشدة بسعر القطع الكهربائية، التي شكلت الجزء الأكبر من تكلفة الأجهزة.

ولمعرفة مدى فاعلية هذه الآلة المصنوعة منزلياً، أجرى الباحثون سلسلة من الاختبارات باستخدام منتجات طازجة تم شراؤها من سوق محلي. قاموا بتجهيز عينات من الجزر والكرنب والطماطم، حيث غسلوها وقشروها قبل وضعها على الصواني. استغرست كل جولة اختبار ست عشرة دقيقة، قامت خلالها الآلة بتسخين الهواء إلى درجات حرارة تتراوح بين 49 و55 درجة مئوية. قام الباحثون بوزن الخضروات بدقة قبل وبعد كل جولة لقياس كمية الماء التي تمت إزالتها. كما تتبعوا درجة الحرارة والرطوبة داخل الكبينة طوال العملية. أظهرت النتائج أن المجفف عمل كما هو مخطط له، حيث نجح في إزالة الرطوبة من الأنواع الثلاثة من الخضروات. ومع ذلك، فقد تباينت السرعة التي يخرج بها الماء من الغذاء بشكل كبير اعتماداً على نوع المحصول.

وكانت النتيجة الأكثر لفتاً للانتباه هي أن الخضروات لم تجف بنفس المعدل، رغم تعرضها لنفس الحرارة وتدفق الهواء. فقد ثبت أن الكرنب هو الأسهل في التجفيف، حيث فقد ما يقرب من نصف وزنه الأولي في ست عشرة دقيقة فقط. أما الجزر فقد كان أداؤه متوسطاً، حيث فقد حوالي ثلث وزنه في نفس الوقت. وفي المقابل، جفت الطماطم ببطء أكبر بكثير، حيث فقدت حوالي 15 بالمائة فقط من وزنها. لاحظ الباحثون أن الهواء داخل الكبينة كان أكثر جفافاً بشكل ملحوظ عند تجفيف الطماطم مقارنة بالمحصولين الآخرين، ومع ذلك فقدت الطماطم رطوبتها ببطء شديد. يشير هذا إلى أن بنية الطماطم نفسها - ربما قشرتها أو سمك لحمها - تخلق حاجزاً يجعل من الصعب هروب الماء، بغض النظر عن مدى جفاف الهواء المحيط. وفي المقابل، سمحت البنية الورقية للكرنب بتبخر الماء بسرعة، بينما وقع الجزر في منطقة وسطى، وإن كانت نتائج الجزر أظهرت تفاوتاً أكبر من اختبار لآخر، ويرجع ذلك على الأرجح إلى أن أحجام وأشكال قطع الجزر لم تكن موحدة تماماً.

ورغم أن الآلة أثبتت بنجاح قدرتها على تجفيف هذه الخضروات، فقد كان الباحثون حذرين في الإشارة إلى حدود دراستهم. فقد كانت الاختبارات قصيرة، حيث استمرت ست عشرة دقيقة فقط، وهو وقت أقل بكثير مما يلزم لتجفيف الخضروات تماماً من أجل التخزين طويل الأمد. وبناءً على ذلك، فإن الأرقام التي سجلوها تمثل سرعة التجفيف الأولية وليس الكفاءة النهائية للعملية. كما أنهم قدروا الكهرباء المستخدمة بدلاً من قياسها مباشرة بجهاز قياس، مما يعني أنهم لم يتمكنوا بعد من حساب مقدار الطاقة المطلوبة لإزالة كمية محددة من الماء بدقة. وبالرغم من هذه القيود، أثبت المشروع أن المجفف منخفض التكلفة والمبني محلياً يمكن أن يكون أداة وظيفية للحد من خسائر ما بعد الحصاد. وتشير الدراسة إلى أن مثل هذا الجهاز يوفر وسيلة عملية لمعالجي المنتجات في رواندا والبلدان المماثلة للحفاظ على الفائض من المحاصيل. ومع ذلك، لجعل النظام فعالاً حقاً، سيتعين على التحسينات المستقبلية التركة على توحيد حجم قطع الخضروات، وتحسين التحكم في الرطوبة داخل الغرفة، وقياس استخدام الطاقة بدقة أكبر. ويؤكد هذا العمل أنه مع التصميم المناسب، يمكن للتكنولوجيا البسيطة أن تلعب دوراً هاماً في تأمين الإمدادات الغذائية ودعم الزراعة المحلية.