PERFORMANCE EVALUATION OF SOLAR ENERGY COMBINED WITH INFRARED RADIATION DRYER FOR FISH PRODUCT

Abstract

In this study the solar energy combined with infrared dryer has evaluated dryer performance and energy consumption for drying. Evaluation of fish product quality, catfish equilibrium moisture isotherm, drying kinetic and economic analysis are included in this study. Using catfish 20 kg with initial moisture at 275.56%db solar energy combined with LPG infrared gas burner dryer as used to reduce moisture to 20%db. The dryer is a half parabola shaped rotary tray dryer with drying chamber volume at 1.18 m3 and solar absorbing area 3.98 m2. Drying test sets the speed of rotary tray at 6 rpm with air flow rate 0.049 m3/s, and 80% of air recovery. Drying temperature was 70 °C for 5 h, after which 60 °C for 8 h. The result shows the lowest energy consumption at 16.70 MJ/kg H2O evap, drying ratio at 1.055 kg H2O evap/h and drying efficiency is 13.52%. Also solar energy combined with LPG is suitable for commercial use because it can reduce 57.14% LPG usage, takes shorter drying time while showing higher drying ratio and higher drying efficiency, but lower drying specific energy consumption.

Analyzing dried fish product quality 4 methods were used sensory evaluation survey, color evaluation, rehydration evaluation and nutrition evaluation. The results found that sensory evaluation from 20 surveyors on shape and color, texture, and odor satisfaction were 4.20, 3.75 and 4.00 points, respectively. The sensory evaluation results to shape and color, texture, and odor satisfaction appearance (p<0.05) were significant. Color evaluation using RHS color chart found that commercial fish product and product from the experiment are in the same color shade which is Greyed-Orange group 163. For the rehydration evaluation, result shows that commercial fish product recovery and experimented fish product recovery have similar value at 40.75 and 38.16%, respectively. Nutrition test for experimented fish product contains protein and fat by 38.71g/100g and 24.38g/100g, respectively, which is appropriate for costumer.

Catfish equilibrium moisture isotherm study at temperature 40 50 60 and 70 °C by static method at relative humidity at 0.1-0.9. The result shown that Modified mujica mathematical models of equilibrium moisture content was at its best for the relative humidity. Drying kinetics study in term of moisture ratio found that catfish product has much less equilibrium moisture content than the initial catfish. Furthermore, the Page model was the best fitting to both experimental data of tiny anchovy drying with solar energy and infrared sources.

Comparing dried catfish product economic analysis between using combined rotary dryer and natural dried shows additional net income 189,486.98 Baht/year, 0.53 year of payback period.

การพัฒนาเครื่องอบพลังงานแสงอาทิตย์ร่วมกับรังสีอินฟราเรดสำหรับงานวิจัยนี้ได้ทำการประเมินสมรรถนะของเครื่องอบแห้ง และความสิ้นเปลืองพลังงาน การประเมินคุณภาพของผลิตภัณฑ์ปลา การศึกษาความชื้นสมดุลไอโซเทอมของปลาดุก การศึกษาจลนพลศาสตร์ และการวิเคราะห์ทางด้านเศรษฐศาสตร์สำหรับการอบแห้งปลาดุกจำนวน 20 kg ที่มีความชื้นเริ่มต้น 275.56%db จนเหลือความชื้นสุดท้าย 20%db โดยใช้แหล่งพลังงานความร้อนจากแสงอาทิตย์ร่วมกับพลังงานความร้อนจากแก๊ส LPG ซึ่งใช้หัวเผาแก๊สชนิดอินฟราเรดเป็นอุปกรณ์แลกเปลี่ยนความร้อน เครื่องอบแห้งดังกล่าวเป็นเครื่องอบแห้งแบบถาดหมุนรูปทรงครึ่งพาราโบลา โดยภายในห้องอบแห้งมีปริมาตรรวมทั้งสิ้น 1.18 m3 และพื้นที่รับแสง 3.98 m2 การทดลองอบแห้งปลาดุกโดยแบ่งออกเป็น 2 ช่วงได้แก่ ทำการอบแห้งที่อุณหภูมิ 70 ºC ในช่วงแรกจำนวน 5 h และอบแห้งที่อุณหภูมิ 60 ºC ในช่วงหลังจำนวน 8 h กำหนดความเร็วรอบของถาดหมุน 6 rpm อัตราการไหลอากาศ 0.049 m3/s และอัตราการนำอากาศกลับมาใช้ใหม่ 80% จากผลการทดลองพบว่า การอบแห้งปลาดุกโดยใช้แหล่งพลังงานความร้อนจากพลังงานแสงอาทิตย์ร่วมกับพลังงานความร้อนจากแก๊ส LPG มีปริมาณการใช้พลังงานสิ้นเปลืองในกระบวนการอบแห้งน้อยที่สุดคือ 16.70 MJ/kg H2O evap มีอัตราการอบแห้ง 1.055 kg H2O evap/h และประสิทธิภาพในการอบแห้ง 13.52% จากผลการทดลองแสดงให้เห็นว่าเมื่อนำพลังงานความร้อนจากแสงอาทิตย์มาใช้ในกระบวนการอบแห้งร่วมกับพลังงานความร้อนจากแก๊ส LPG สามารถลดปริมาณการใช้แก๊ส LPG ได้ 57.14% การอบแห้งปลาดุกโดยใช้แหล่งพลังงานความร้อนร่วมดังกล่าวมีความเหมาะสมต่อการใช้งานเชิงพาณิชย์ เนื่องจากใช้ระยะเวลาในการอบแห้งสั้น อัตราการอบแห้งสูง ประสิทธิภาพการอบแห้งสูง และมีความสิ้นเปลืองพลังงานจำเพาะในการอบแห้งน้อย

การวิเคราะห์คุณภาพผลิตภัณฑ์ปลาแห้งภายหลังเสร็จสิ้นกระบวนการอบแห้งด้วยวิธีการที่แตกต่างกัน 4 วิธีพบว่า การประเมินคุณภาพผลิตภัณฑ์ปลาแห้งด้วยประสาทสัมผัสจากการสำรวจประชากรจำนวน 20 คน ด้วยวิธีการทดสอบการยอมรับโดยรวมของผู้บริโภคต่อผลิตภัณฑ์ปลาดุกแห้งที่ผ่านกระบวนการอบแห้งด้วยเครื่องอบแห้งแบบถาดหมุนอยู่ในระดับชอบมาก ซึ่งมีคะแนนความชอบโดยรวมต่อคุณลักษณะด้านรูปร่างของผลิตภัณฑ์ เนื้อสัมผัส และกลิ่นแตกต่างกันทางสถิติ (P<0.05) ได้แก่ 4.20 3.75 และ 4.00 คะแนน ตามลำดับ การประเมินลักษณะสีของผลิตภัณฑ์ปลาแห้งโดยใช้สมุดคู่มือเทียบสีผลการประเมินพบว่า ผลิตภัณฑ์ปลาแห้งที่มีจำหน่ายทั่วไปตามท้องตลาด และผลิตภัณฑ์ปลาแห้งที่ได้จากการทดลองมีลักษณะสีที่อยู่ในกลุ่มเฉดสีเดียวกัน ได้แก่ GREYED-ORANGE GROUP 163 การประเมินคุณภาพด้านการคืนตัวของผลิตภัณฑ์ปลาแห้ง โดยผลการทดลองแสดงให้เห็นว่าค่าการคืนตัวของผลิตภัณฑ์ปลาดุกแห้งที่จำหน่ายตามท้องตลาด และผลิตภัณฑ์ปลาดุกแห้งจากการทดลองมีค่าที่ใกล้เคียงกัน ได้แก่ 40.75 และ 38.16% ตามลำดับ และการวิเคราะห์คุณค่าทางโภชนาการของผลิตภัณฑ์ปลาแห้งผลการวิเคราะห์พบว่า ผลิตภัณฑ์ปลาดุกแห้งที่ได้จากการทดลองมีปริมาณโปรตีน และไขมัน คือ 38.71 g ต่อ 100 g และ 24.38 g ต่อ 100 g ตามลำดับ ซึ่งมีความเหมาะสมต่อผู้บริโภค

การศึกษาความชื้นสมดุลไอโซเทอมของปลาดุกที่อุณหภูมิ 40 50 60 และ 70 ºC โดยวิธีสถิตในช่วงความชื้นสัมพัทธ์ร้อยละ 0.1 - 0.9 ผลการวิเคราะห์ดังกล่าวพบว่า แบบจำลองทางคณิตศาสตร์ของ Modified mujica สามารถอธิบายผลการทดลองได้ดีที่สุด การศึกษาจลนพลศาสตร์ของการอบแห้งปลาดุกในรูปแบบของอัตราส่วนความชื้นพบว่า ความชื้นสมดุลในปลาดุกมีค่าน้อยมากเมื่อเทียบกับค่าความชื้นเริ่มต้น โดยแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ของ Page สามารถอธิบายจลนพลศาสตร์ของการอบแห้งปลาดุกด้วยพลังงานความร้อนจากแสงอาทิตย์ร่วมกับพลังงานความร้อนจากแก๊ส LPG ได้ดีที่สุด โดยความสัมพันธ์ของสมการดังกล่าวสามารถนำไปใช้ในการทำนายค่าความชื้นของวัสดุทดสอบ ณ เวลาใดๆ ได้อย่างถูกต้อง

การวิเคราะห์ความคุ้มค่าทางด้านเศรษฐศาสตร์เมื่อมีการใช้เครื่องอบแห้งแบบถาดหมุนโดยใช้แหล่งพลังงานความร้อนจากแสงอาทิตย์ร่วมกับพลังงานความร้อนจากแก๊ส LPG ทดแทนการตากแดดตามธรรมชาติพบว่า มีรายได้สุทธิ 189,486.98 บาท/ปี และระยะเวลาการคืนทุน 0.53 ปี