การวิเคราะห์พลังงานและเอ็กเซอร์จีของเครื่องอบแห้งพลังงานแสงอาทิตย์ในการอบแห้งยางแผ่น
Energy and Exergy Analysis of Solar Dryer for Rubber Sheet Drying
Abstract
งานวิจัยนี้เป็นการทดลองอบแห้งยางแผ่นด้วยเครื่องอบแห้งพลังงานแสงอาทิตย์และทำการวิเคราะห์พลังงานและเอ็กเซอร์จีของกระบวนการอบแห้ง ใช้เวลาในการอบแห้ง 5 วัน โดยวันที่ 1 ควบคุมอัตราการไหลอากาศไว้ที่ 0.248 กิโลกรัม/วินาที วันที่ 2-5 ควบคุมอัตราการไหลอากาศไว้ที่ 0.020 กิโลกรัม/วินาที การอบแห้งวันที่ 1 มีอุณหภูมิห้องอบแห้ง 32-40 °ซ ความชื้นสัมพัทธ์ห้องอบแห้ง 44-72% และรังสีดวงอาทิตย์ 428-1089 วัตต์/เมตร2 วันที่ 2-5 อุณหภูมิห้องอบแห้ง 34-54 °ซ ความชื้นสัมพัทธ์ห้องอบแห้ง 27-72% และรังสีดวงอาทิตย์ 136-1042 วัตต์/เมตร2 จากผลการทดลองพบว่าที่อัตราการไหลอากาศสูงอุณหภูมิในห้องอบแห้งจะต่ำลงในขณะที่ประสิทธิภาพแผงรับรังสีดวงอาทิตย์สูงขึ้น ในทางกลับกันเมื่ออัตราการไหลของอากาศต่ำลงอุณหภูมิในห้องอบแห้งจะสูงขึ้นในขณะที่ประสิทธิภาพแผงรับรังสีดวงอาทิตย์ต่ำลง เครื่องอบแห้งมีค่าความสิ้นเปลืองพลังงานจำเพาะ 31369.27 วัตต์-ชั่วโมง/กิโลกรัม ความสิ้นเปลืองพลังงานไฟฟ้าจำเพาะ 465.77 วัตต์-ชั่วโมง/กิโลกรัม และประสิทธิภาพทางความร้อน 2.11% เอ็กเซอร์จีของการอบแห้งวันที่ 1 เอ็กเซอร์จีไหลเข้า เอ็กเซอร์จีไหลออก และเอ็กเซอร์จีสูญเสียมีค่า 40-246, 5-166 และ 18-81 วัตต์ ตามลำดับ มีค่าสูงกว่าวันที่ 2-5 ที่มีค่า 4-91, 2-77 และ 1-43 วัตต์ ตามลำดับ แต่การอบแห้งวันที่ 1 มีประสิทธิภาพเอ็กเซอร์จี 12-79% ต่ำกว่าวันที่ 2-5 มีประสิทธิภาพเอ็กเซอร์จี 42-94% เนื่องจากที่อัตราการไหลอากาศสูงเอ็กเซอร์จีสูญเสียก็จะสูงตามไปด้วยทำให้ประสิทธิภาพเอ็กเซอร์จีต่ำลง
This research is to study rubber sheet drying process using a solar dryer by analyzing the energy and exergy of the process. In the experiment, the required drying time was 5 days. The air mass flow rates were controlled to 0.248 kg/s for the first day and 0.020 kg/s for the other days. The experimental results on the first day presented that the drying temperature ranged between 32–40°C, the relative humidity ranged between 44–72%, and the solar radiation varied from 428 to 1,089 W/m2. From the second day to the fifth day, the drying temperature ranged from 34°C to 54°C. The relative humidity range was between 27–72% and the solar radiation range was between 136–1042 W/m2. It was found that at the higher air flow rate, the temperature in the drying chamber decreased leading to the higher thermal efficiency of the solar collector. On the other hand, when the lower air flow rate decreased, the temperature in the drying chamber increased bringing about the lower thermal efficiency of the solar collector. Moreover, the solar dryer could provide the specific energy consumption of 31369.27 Wh/kg, specific electrical energy consumption of 465.77 Wh/kg, and the thermal efficiency of 2.11%. In case of the exergy analysis on the first day, the exergy input, the exergy output, and the exergy loss altered in the range of 40–246, 5–166, and 18–81 W respectively. While, during the other days, the exergy input, the exergy output, and the exergy loss varied in the range of 4–91, 2–77 and 1–43 W respectively. It was found that all exergy values on the first day were higher than those of the other days. However, the exergy efficiency of 12–79% on the first day was lower than that of 42–94% on the other days because the higher exergy loss at the higher air flow rate directly affected the lower exergy efficiency.
Keywords
[1] K. Jitjack, S. Thepa, K. Sudaprasert, and P. Namprakai, “Improvement of a rubber drying greenhouse with a parabolic cover and enhanced panels,” Energy and Buildings, vol. 124, pp. 178–193, 2016.
[2] A. Djebli, S. Hanini, O. Badaoui, B. Haddad, and A. Benhamou, “Modeling and comparative analysis of solar drying behavior of potatoes,” Renewable Energy, vol. 145, pp. 1494–1506, 2020.
[3] R. Dejchanchaiwong, A. Arkasuwan, A. Kumar, and P. Tekasakul, “Mathematical modeling and performance investigation of mixed-mode and indirect solar dryers for natural rubber sheet drying,” Energy for Sustainable Development, vol. 34, pp. 44–53, 2016.
[4] W. Jeentada and P. Phetsongkram, “Geometrical effects of solar greenhouse dryer on rubber sheet drying,” The Journal of KMUTNB, vol. 27, no. 1, pp. 89–99, 2017 (in Thai).
[5] W. Jeentada, J. Jareanjit, and P. Tippracha, “Drying experiment of rubber sheet using solar dryer with solar collector installed on top wall of the dryer,” The Journal of KMUTNB, vol. 29, no. 1, pp. 23–33, 2019 (in Thai).
[6] M. C. Ndukwu, L. Bennamoun, F. I. Abam, A. B. Eke, and D. Ukoha, “Energy and exergy analysis of a solar dryer integrated with sodium sulfate decahydrate and sodium chloride as thermal storage medium,” Renewable Energy, vol. 113, pp. 1182–1192, 2017.
[7] A. Fudholi, K. Sopian, M. A. Alghoul, M. H. Ruslan, and M. Y. Othman, “Performances and improvement potential of solar drying system for palm oil fronds,” Renewable Energy, vol. 78, pp. 561–565, 2015.
[8] W. Nilnont and S Phitakwinai, “Energy and exergy potential assessment of solar tunnel dryer,” Engineering Journal of Research and Development, vol. 30, no. 3, pp. 91–107, 2019 (in Thai).
[9] D. K. Rabha, P. Muthukumar, and C. Somayaji, “Energy and exergy analyses of the solar drying processes of ghost chilli pepper and ginger,” Renewable Energy, vol. 105, pp. 764–773, 2017.
[10] S. Vijayan, T. V. Arjunan, and A. Kumar, “Exergo-environmental analysis of an indirect forced convection solar dryer for drying bitter gourd slices,” Renewable Energy, vol. 146, pp. 2210–2223, 2020.
[11] T. Naemsai, J. Jareanjit, and W. Jeentada, “Effect of free convection on rubber sheets drying process using energy and exergy analyses,” RMUTSB Academic Journal, vol. 3, no.1, pp. 66–78, 2015 (in Thai).
[12] K. Chapchaimoh, N. Poomsa-ad, L. Wiset, and J. Morris, “Thermal characteristics of heat pump dryer for ginger drying,” Applied Thermal Engineering, vol. 95, pp. 491–498, 2016.
[13] B. Tanwanichkul, S. Thepa, and W. Rordprapat, “Thermal modeling of the forced convection sandwich greenhouse drying system for rubber sheets,” Energy Conversion and Management, vol. 74, pp. 511–523, 2013.
[14] X. Wu, M. Zhang, and Z. Li, “Inflence of infrared drying on the drying kinetics, bioactive compounds and flvor of cordyceps militaris,” LWT - Food Science and Technology, vol. 111, pp. 790–798, 2019.
[15] B. M. A. Amer, K. Gottschalk, and M. A. Hossain, “Integrated hybrid solar drying system and its drying kinetics of chamomile,” Renewable Energy, vol. 121, pp. 539–5470, 2018.
[16] A. E. khadraoui, I. Hamdi, S. Kooli, and A. Guizani, “Drying of red pepper slices in a solar greenhouse dryer and under open sun: Experimental and mathematical investigations,” Innovative Food Science and Emerging Technologies, vol. 52, pp. 262–270, 2019.
[17] Y. Qiu, M. Li, R. H. E. Hassanien, Y. Wang, X. Luo, and Q. Yu, “Performance and operation mode analysis of a heat recovery and thermal storage solar-assisted heat pump drying system,” Solar Energy, vol. 137, pp. 225–235, 2016.
[18] P. Wang, D. Mohammed, P. Zhou, Z. Lou, P. Qian, and Q, Zhou, “Roof solar drying processes for sewage sludge within sandwich h-like chamber bed,” Renewable Energy, vol. 136, pp. 1071– 1081, 2019.
[19] L. V. E. Cesar, C. M. A. Lilia, G. V. Octavio, P. F. Isaac, and B. O. Rogelio, “Thermal performance of a passive, mixed-type solar dryer for tomato slices (Solanum lycopersicum),” Renewable Energy, vol. 147, pp. 845–855, 2020.
[20] A. B. Lingayat, V. P. Chandramohan, V. R. K. Raju, and V. Meda, “A review on indirect type solar dryers for agricultural crops-Dryer setup, its performance, energy storage and important highlights,” Applied Energy, vol. 258, pp. 114005, 2020.
[21] M. M. Morad, M. A. El-Shazly, K. I. Wasfy, and H. A. M. El-Maghawry, “Thermal analysis and performance evaluation of a solar tunnel greenhouse dryer for drying peppermint plants,” Renewable Energy, vol. 101, pp. 992–1004, 2017.
[22] W. Wang, M. Li, R. H. E. Hassanien, Y. Wang, and L. Yang, “Thermal performance of indirect forced convection solar dryer and kinetics analysis of mango,” Applied Thermal Engineering, vol. 134, pp. 310–321, 2018.
[23] A. Ziaforoughi, and J. A. Esfahani, “A salient reduction of energy consumption and drying time in a novel PV-solar collector-assisted intermittent infrared dryer,” Solar Energy, vol. 136, pp. 428–436, 2016.
[24] J. P. Ekka, K. Bala, P. Muthukumar, and D. K. Kanaujiya, “Performance analysis of a forced convection mixed mode horizontal solar cabinet dryer for drying of black ginger (Kaempferia parviflora) using two successive air mass flow rates,” Renewable Energy, vol. 152, pp. 55–66, 2020.
[25] M. S. H. Sarker, M. N. Ibrahim, N. A. Aziz, and M. S. Punan, “Energy and exergy analysis of industrial fluidized bed drying of paddy,” Energy, vol. 84, pp. 131–138, 2015.
[26] O. Prakash, A. Kumar, and V. Laguri, “Performance of modified greenhouse dryer with thermal energy storage,” Energy Reports, vol. 2, pp. 155–162, 2016.
[27] F. Afzali, H. Darvishi, and N. B. Khazaei, “Optimizing exergetic performance of a continuous conveyor infrared-hot air dryer with air recycling system,” Applied Thermal Engineering, vol. 154, pp. 358–367, 2019.
DOI: 10.14416/j.kmutnb.2021.05.024
ISSN: 2985-2145
Email this article 
Hide
Show all