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

세계 곳곳에서 농장에서 식탁에 이르는 여정은 손실로 가득 차 있습니다. 영양분이 풍부하고 식량 안보에 필수적인 신선한 채소들은 종종 소비되기도 전에 부패하곤 합니다. 이는 이 작물들이 매우 부패하기 쉬운 특성을 가지고 있기 때문이며, 적절한 저장이나 가공 과정이 없으면 물, 토지, 그리고 이를 재배하는 데 투입된 노동력을 낭비하며 썩어버리게 됩니다. 냉장 시설이나 첨단 저장 시설이 부족한 저소득 지역에서는 이 문제가 특히 심각합니다. 이러한 부패를 막는 가장 오래되고 효과적인 방법 중 하나는 건조입니다. 음식에서 수분을 제거함으로써 박테리아와 곰들이 번식하기 어려운 환경을 만들고, 음식을 더 가볍게 만들어 보관이나 운반을 용이하게 합니다. 건조는 단순한 개념이지만, 제대로 수행하려면 제어가 필요합니다. 전통적인 자연 건조 방식은 날씨에 의존하기 때문에 예측이 불가능하며, 먼지나 해충에 노출될 위험이 있습니다. 현대적인 해결책은 가열된 공기를 사용하여 과정을 가속화하는 기계를 사용하는 경우가 많지만, 이러한 기계들은 제작하기에 비용이 많이 들거나 복용할 수 있습니다. 소규모 농가와 지역 사회의 과제는 값비싼 기술 없이도 다양한 종류의 채소를 다룰 수 있으면서 저렴하고 신뢰할 수 있는 식품 건조 방법을 찾는 것입니다.

르완다의 한 연구팀은 단순하고 반자동인 전기 캐비닛 건조기를 설계, 제작 및 테스트하여 이 과제를 해결하고자 했습니다. 그들의 목표는 현지에서 구할 수 있는 재료로 제작할 수 있고 당근, 양배추, 토마토와 같은 흔한 채소를 보존하는 데 사용할 수 있는 기계를 만드는 것이었습니다. 그들은 먼저 대형 여행 가방 크기 정도의 나무 상자 형태를 가진 장치의 상세한 3차원 모델을 제작했습니다. 이 캐비닛 내부에는 가열 요소, 따뜻한 공기를 순환시키기 위한 팬, 그리고 채소를 담기 위한 와이어 메시 트레이가 설치되었습니다. 시스템에는 챔버 내부의 온도와 습도를 모니터링하기 위한 센서와 운영자가 원하는 조건을 설정할 수 있는 제어 패널이 장착되었습니다. 전체 기계는 목재를 구조물로 사용하고 가열 및 제어 시스템을 위한 표준 전기 부품을 사용하여 목공 작업장에서 조립되었습니다. 프로토타입 제작에 든 총 비용은 84,755 르완다 프랑스였으며, 연구진은 하드웨어 비용의 대부분을 차지한 전기 부품의 가격이 이 금액에 큰 영향을 미쳤다고 언급했습니다.

이 수제 기계가 얼마나 잘 작동하는지 확인하기 위해, 연구진은 현지 시장에서 구입한 신선한 농산물을 사용하여 일련의 테스트를 실시했습니다. 그들은 당근, 양배비, 토마토 샘플을 준비하여 세척하고 껍질을 벗긴 후 트레이에 놓았습니다. 각 테스트 실행은 16분 동안 지속되었으며, 그동안 기계는 공기를 49도에서 55도 사이의 온도로 가열했습니다. 연구진은 수분이 얼마나 제거되었는지 측정하기 위해 각 실행 전후로 채소의 무게를 정밀하게 측정했습니다. 또한 과정 내내 캐비닛 내부의 온도와 습도를 추적했습니다. 결과는 건조기가 의도한 대로 작동하여 세 가지 유형의 채소 모두에서 수분을 성공적으로 제거했음을 보여주었습니다. 그러나 수분이 빠져나가는 속도는 작물에 따라 크게 달랐습니다.

가장 눈에 띄는 발견은 동일한 열과 공기 흐름에 노출되었음에도 불구하고 채소마다 건조 속도가 달랐다는 점입니다. 양배추는 가장 건조하기 쉬웠으며, 단 16분 만에 초기 무게의 거의 절반을 잃었습니다. 당근은 중간 정도의 성능을 보였는데, 같은 시간 동안 무게의 약 3분의 1을 잃었습니다. 반면 토마토는 훨씬 느리게 건조되어 무게의 약 15%만을 줄였습니다. 연구진은 토마토를 건조할 때 캐비닛 내부의 공기가 다른 두 작물에 비해 현저히 건조했음에도 불구하고, 토마토의 수분 손실이 가장 느렸다는 점을 관찰했습니다. 이는 토마토 자체의 구조, 즉 아마도 껍질이나 과육의 두께가 주변 공기가 얼마나 건조한지와 관계없이 수분이 빠져나가는 것을 방해하는 장벽을 형성한다는 것을 시사합니다. 이와 대조적으로 양배추의 잎 구조는 수분을 빠르게 증발시켰습니다. 당근은 그 중간 정도였으나, 당근의 경우 크기와 모양이 완벽하게 균일하지 않았기 때문에 테스트마다 결과의 변동이 더 컸습니다.

이 기계가 채소를 건조할 수 있다는 것을 성공적으로 입증했지만, 연구진은 본 연구의 한계를 명확히 밝혀두었습니다. 테스트는 16분 동안만 진행되었는데, 이는 채소를 장기 보관을 위해 완전히 건조하는 데 필요한 시간보다 훨씬 짧습니다. 따라서 기록된 수치는 최종적인 건조 효율이라기보다는 초기 건조 속도를 나타냅니다. 또한 계측기로 직접 측정하는 대신 전력 사용량을 추정했기 때문에, 특정 양의 수분을 제거하는 데 정확히 얼마나 많은 에너지가 필요한지는 아직 계산할 수 없었습니다. 이러한 한계에도 불구하고, 이 프로젝트는 저비용의 현지 제작 건조기가 식품 손실을 줄이기 위한 기능적인 도구가 될 수 있음을 증명했습니다. 이 연구는 르완다와 유사한 환경의 소규모 가공업자들에게 이러한 장치가 잉여 농산물을 보존하는 실질적인 방법이 될 수 있음을 시사합니다. 다만, 시스템을 진정으로 효율적으로 만들기 위해서는 향에 대한 표준화된 크기 조절, 챔버 내부 습도의 더 나은 제어, 그리고 에너지 사용량의 더 정밀한 측정이 향후 개선 사항으로 필요할 것입니다. 이 작업은 적절한 설계가 뒷받침된다면 단순한 기술이 식량 공급을 확보하고 지역 농업을 지원하는 데 중요한 역할을 할 수 있음을 확인시켜 줍니다.