Thermal Performance and Drying Characteristics of a Solar Assisted Refractance Window Dryer Based on CFD Simulation and Experimental Validation
यह अध्ययन संयुक्त सीएफडी (CFD) सिमुलेशन और प्रयोगात्मक परीक्षण के माध्यम से एक सौर-सहायता प्राप्त रिफ्रैक्टेंस विंडो ड्राइंग प्रणाली को मान्य करता है, जो यह प्रदर्शित करता है कि हाइब्रिड कॉन्फ़िगरेशन ताप-संवेदनशील कृषि उत्पादों की गुणवत्ता बनाए रखते हुए सुखाने के समय को काफी कम करते हैं और ऊर्जा दक्षता में सुधार करते हैं।
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भोजन को संरक्षित करने के लिए उसमें से पानी निकालना फसलों को खराब होने से बचाने के लिए मानवता की सबसे पुरानी तरकीबों में से एक है। सदियों से, लोग फलों, सब्जियों और अनाज को सुखाने के लिए सूरज और हवा पर निर्भर रहे हैं, एक ऐसी विधि जिसमें किसी ईंधन की आवश्यकता नहीं होती लेकिन भोजन धूल, कीटों और असमान मौसम के प्रति संवेदनशील रहता है। जबकि आधुनिक मशीनें भोजन को तेजी से और सुरक्षित रूप से सुखा सकती हैं, वे अक्सर भारी मात्रा में बिजली या जीवाश्म ईंधन की मांग करती हैं, जिससे लागत और कार्बन उत्सर्जन बढ़ जाता है। वैज्ञानिकों के लिए चुनौती एक ऐसा तरीका खोजने की है जिससे भोजन को सुखाना तेज और सुरक्षित हो, फिर भी इतना कोमल हो कि पोषक तत्व बरकरार रहें और नवीकरणीय ऊर्जा पर चलाने के लिए पर्याप्त सस्ता हो। यहीं पर 'रिफ्रैक्टेंस विंडो ड्राइंग' (refractance window drying) नामक तकनीक काम आती है। भोजन पर गर्म हवा का झोंका छोड़ने के बजाय, यह विधि भोजन की एक पतली परत को एक पारदर्शी फिल्म पर तैराती है जो गर्म पानी के एक चैनल के ऊपर स्थित होती है। गर्मी फिल्म के माध्यम से भोजन तक पहुँचती है, जिससे भोजन बिना कभी पानी के संपर्क में आए या सीधी लपटों से झुलसे बिना, तेजी से सूख जाता है।
हाल ही में एक अध्ययन में, शोधकर्ताओं ने सौर ऊर्जा के साथ इस कोमल सुखाने की विधि को जोड़कर और शक्तिशाली कंप्यूटर सिमुलेशन की मदद से इसे बेहतर बनाने का प्रयास किया। वे यह देखना चाहते थे कि क्या वे एक ऐसा सिस्टम डिजाइन कर सकते हैं जो पानी को गर्म करने के लिए सूरज का उपयोग करे, और क्या वे डिजाइन में बदलाव करके सुखाने की प्रक्रिया को और भी तेज और एकसंतुलित बना सकते हैं। इसके लिए, उन्होंने एक सौर-सहायता प्राप्त ड्रायर का भौतिक प्रोटोटाइप बनाया और इसके भीतर गर्मी और हवा के प्रवाह का एक विस्तृत त्रि-आयामी (3D) कंप्यूटर मॉडल तैयार किया। टीम ने मशीन के तीन अलग-अलग संस्करणों का परीक्षण किया: एक मानक संस्करण जो केवल गर्म पानी पर निर्भर है, दूसरा संस्करण जो भोजन के ऊपर एक पूरक इन्फ्रारेड हीटर जोड़ता है, और तीसरा संस्करण जो इन्फ्रारेड हीटर को हीट एक्सचेंजर के साथ जोड़ता है ताकि नमी को अधिक कुशलता से दूर निकाला जा सके। उन्होंने आलू के स्लाइस (जो एक सामान्य परीक्षण खाद्य पदार्थ है) का उपयोग करके, विभिन्न जल तापमानों और बेल्ट की गति पर प्रयोग किए, ताकि यह देखा जा सके कि स्लाइस से पानी कितनी तेजी से निकलता है और विभिन्न मशीनें कैसा प्रदर्शन करती हैं।
कंप्यूटर मॉडल ने, जिसने ड्राइंग चैंबर के भीतर हवा के प्रवाह और गर्मी के प्रसार को ट्रैक किया, यह खुलासा किया कि यह प्रणाली भोजन के लिए बहुत ही समान तापमान बनाती है। फिल्म के नीचे के गर्म पानी ने ड्राइंग क्षेत्र की सतह को लगभग 60 डिग्री सेल्सियस पर स्थिर रखा, जो एक ऐसा तापमान है जो भोजन को तेजी से सुखाने के लिए पर्याप्त ऊँचा है लेकिन नाजुक विटामिन और स्वाद को बचाने के लिए पर्याप्त कम है। सिमुलेशन ने दिखाया कि चैंबर के भीतर हवा एक प्राकृतिक, ऊपर उठते प्रवाह में चलती है, जो नम हवा को भोजन से दूर ले जाती है और उसकी जगह ताजी हवा लाती है, जिससे सुखाने की प्रक्रिया सुचारू रूप से जारी रहती है। जब शोधकर्ताओं ने कंप्यूटर की भविष्यवाणियों की वास्तविक दुनिया के मापों के साथ तुलना की, तो आंकड़े काफी करीब मिले, जिसमें मॉडल अधिकतम केवल 5 डिग्री सेल्सियस तक ही विचलित हुआ। इसने इस बात की पुष्टि की कि कंप्यूटर मॉडल यह समझने के लिए एक विश्वसनीय उपकरण है कि मशीन कैसे काम करती है, बिना हर संभावित बदलाव को हाथ से बनाए और परीक्षण किए।
वास्तविक दुनिया के परीक्षणों से पता चला कि मानक सौर ड्रायर अच्छा काम करता था, लेकिन संशोधित संस्करण काफी बेहतर थे। केवल अतिरिक्त इन्फ्रारेड हीटर वाले संस्करण ने मानक मॉडल की तुलना में आलू के स्लाइस को 18 प्रतिशत तेजी से सुखाया। सबसे उन्नत संस्करण, जिसने इन्फ्रारेड हीटर को हीट एक्सचेंजर के साथ जोड़ा, ने सुखाने के समय को 37 प्रतिशत तक कम कर दिया। सबसे तेज़ परिदृश्य में, अत्यधिक गर्म पानी के साथ सबसे उन्नत मशीन का उपयोग करते हुए, प्रणाली ने नमी को 22 ग्राम प्रति मिनट की दर से हटाया, जबकि समान परिस्थितियों में मानक सेटअप के लिए यह दर केवल 13.2 ग्राम प्रति मिनट थी। शोधकर्ताओं ने पाया कि गर्म पानी का तापमान गति पर सबसे बड़ा प्रभाव डालता था; पानी के तापमान को 82 डिग्री से बढ़ाकर 98 डिग्री सेल्सियस करने से सुखाने का समय आधा रह गया। हालांकि भोजन को मशीन के माध्यम से तेजी से चलाने से उसके सूखने का समय कम हो गया, लेकिन इसका मतलब यह भी था कि भोजन के पास पानी छोड़ने के लिए कम समय बचा, इसलिए बेल्ट की कुल गति क्षमता और दक्षता के बीच एक संतुलन था।
केवल गति के अलावा, इस अध्ययन ने इस बात पर प्रकाश डाला कि यह दृष्टिकोण टिकाऊ खाद्य प्रसंस्करण के लिए एक मजबूत दावेदार है। इस प्रणाली ने 35 से 40 प्रतिशत के बीच थर्मल दक्षता हासिल की, जो पारंपरिक खुले हवा में धूप में सुखाने या कई पारंपरिक सौर कैबिनेट ड्रायर की तुलना में बहुत अधिक है। क्योंकि गर्मी इतनी समान रूप से स्थानांतरित होती है और भोजन कभी भी बहुत गर्म नहीं होता, इसलिए उम्मीद है कि सुखाया गया उत्पाद अन्य तरीकों से सुखाए गए भोजन की तुलना में अपने प्राकृतिक रंग, स्वाद और स्वास्थ्यवर्धक यौगिकों को अधिक बनाए रखेगा। शोधकर्ताओं ने निष्कर्ष निकाला कि सौर ऊर्जा का उपयोग करके पानी को गर्म करके और वायु प्रवाह एवं हीटिंग तत्वों को परिष्कृत करके, उन्होंने एक ऐसा सुखाने का सिस्टम बनाया है जो न केवल ऊर्जा-कुशल है, बल्कि भोजन के लिए भी कोमल है। यह तकनीक किसानों और छोटे खाद्य प्रसंस्करणकर्ताओं के लिए अपनी फसलों को बचाने और बर्बादी को कम करने के लिए सूरज का उपयोग करने का एक आशाजनक मार्ग प्रदान करती है, जो एक सरल भौतिक सिद्धांत को एक अधिक टिकाऊ भविष्य के व्यावहारिक उपकरण में बदल देती है।
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