تحلیل مکانیزم‌های انتقال‌حرارت در پخت نان‌های سنتی مسطح به‌منظور بهبود کیفیت نان و کاهش مصرف سوخت

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کاشان-کیلومتر 6 بلوار قطب راوندی-دانشگاه کاشان-دانشکده مهندسی- گروه مهندسی مکانیک

2 دانشگاه کاشان، دانشکده مهدسی مکانیک

3 دانشگاه کاشان، دانشکده مهندسی مکانیک

چکیده

با برآورد سهم مکانیزم‌های مختلف انتقال حرارت در پخت نان‌های مختلف می‌توان راهکارهایی برای بهبود کیفیت نان و کاهش مصرف انرژی ارائه نمود. در این مطالعه، با انجام آزمایش و اندازه‌گیری، روابط تحلیلی و محاسبات ریاضی، سهم مکانیزم‌های مختلف انتقال حرارت در پخت نان‌های مختلف سنتی مسطح دست‌پز )سنگک، بربری و تافتون( تعیین می‌شود و سپس با توجه به نتایج، برای تنورهای مربوطه برآورد بهینه‌سازی انجام می‌شود. این بهینه‌سازی شامل اصلاح هندسه تنور، کنترل سهم هوای اضافی، بهبود خواص ترموفیزیکی کف تنور و خواص تشعشعی دیواره‌ها و سقف تنور می‌شود. هدف از بهینه‌سازی در مطالعه حاضر ابتدا بهبود کیفیت نان )با کنترل پخت یکنواخت تمام قسمت‌های نان( و سپس کاهش مصرف انرژی )با کاهش زمان مناسب پخت نان( است. نتایج نشان داد که در نانوایی‌های سنگک و بربری سهم مکانیزم انتقال حرارت جابه‌جایی )طبیعی و اجباری(  در مقایسه با مکانیزم‌های هدایت و تشعشع حرارتی قابل صرف نظر است. نتایج بهینه‌سازی ضریب‌های نفوذ حرارتی و صدور دیواره‌های تنور نشان داد که می‌توان مصرف سوخت نانوایی‌های سنگک، بربری و تافتون را به ترتیب در حدود 26 درصد، 28 درصد و 8 درصد کاهش داد. همچنین در شرایط بهینه برای تمامی نانوایی‌ها، کاهش درصد هوای اضافی از مقادیر موجود تا 10 درصد منجر به کاهش بیش از 90 درصد از تلفات هوای اضافی شد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Analysis of Different Heat Transfer Mechanisms Portions during Traditional Flatbreads Baking to Improve Quality of Breads and Reducing Fuel Consumption

نویسندگان [English]

  • seyed abdolmehdi hashemi 1
  • Mohammad Estajloo 2
  • Soroush Sadripour 3
2 University of Kashan, Department of Mechanical Engineering
3 University of Kashan, Department of Mechanical Engineering
چکیده [English]

Accurate cognition of the portions of different mechanisms of heat transfer during the baking process is important and it can introduce useful solutions to improve quality of bread and reduce energy (fuel) consumption of oven. In this study, by experimental measurements and mathematical equations, portions of different mechanisms of heat transfer during the baking process of traditional hand-baking flatbreads are calculated. Then, based on results, optimization is carried out for ovens. The optimization includes modification of the geometry of the oven, control of excess air, and improvement of thermo-physical and radiant properties of oven walls. The obtained results showed that in Sangak and Barbari bakeries portions of convection heat transfer mechanism (natural and forced convection) and volume radiation are negligible against conduction and surface radiation mechanisms. The results of thermal diffusivity and emissivity optimization illustrated that fuel consumption for Sangak, Barbari and Taftun bakeries can be reduced about 26%, 28%, and 8%, respectively. Also, in optimal conditions for all bakeries, the reduction of excess air from current values to 10% is leading to reduce of more than 90% of excess air losses.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Mathematical and analytical study
  • Flatbread
  • heat transfer
  • optimization
  • Fuel saving
[1] Nutrition and food research institute of Iran, Master plan for household food consumption patterns and nutritional status of Iran, 2014. (in Persianفارسی )
[2] S. Daneshgar, “Comparative statistics of bakery units in the years 1383, 1386 and 1389”, Grain Research Center, 2011. (in Persianفارسی )
[3]  S.A.M. Hashemi, M. Estajloo, S. Sadripour, “An experimental and mathematical study to calculate the bakery and oven efficiencies of traditional bakeries in Iran”, ISME2016, Yazd, Iran, 2011. (in Persianفارسی )
[4]  V. Nicolas, P. Salagnac, P. Glouanne, J.P. Plotea, V. Jury, L. Boillereaux, “Modelling heat and mass transfer in deformable porous media: Application to bread baking”, Journal of food engineering, 130, pp. 23–35, 2014.
[5]  V. Jury, J.Y. Monteau, J. Comiti, A. Le–Bail, “Determination and prediction of thermal conductivity of frozen part baked bread during thawing and baking”, Food research international, 40(7), pp. 874–882, 2007.
[6]  L. Stampfli, B. Nersten, “Emulsifiers in bread baking”, Food chemistry, 52(4), pp. 353-360, 1995.
[7]  E. Chiotellis, G.M. Campbell, “Proving of bread dough I: modelling the evolution of the bubble size distribution”, Food bioprod process, 81, pp. 194–206, 2003a.
[8]  E. Chiotellis, G.M. Campbell, “Proving of bread dough II: Measurement of gas production and retention”, Food bioprod process, 81, pp. 207–216, 2003b.
[9]   G.G. Bellido, M.G. Scanlon, H.D. Sapirstein, J.H. Page, “Use of a pressuremeter to measure the kinetics of carbon dioxide evolution in chemically leavened wheat flour dough”, Journal of agric. food chemistry, 56, pp. 9855–9861, 2008.
[10]   G.G. Bellido, M.G. Scanlon, J.H. Page, “Measurement of dough specific volume in chemically leavened dough systems”, Journal of cereal science, 49, pp. 212–218, 2009.
[11]   J. Rouillé, H. Chiron, P. Colonna, G. Della Valle, D. Lourdin, “Dough/crumb transition during French bread baking”, Journal of cereal science, 52, pp. 161–169, 2010.
[12]  M.J. Wagner, T. Lucas, D. Le Ray, G. Trystram, “Water transport in bread during baking”, Journal of food engineering, 78, pp. 1167–1173, 2007.
[13]   A. Mondal, A.K. Datta, “Bread baking – a review”, Journal of food engineering, 86, pp. 465–474, 2008.
[14]     A. Mondal, A.K. Datta, “Two-dimensional CFD modeling and simulation of crustless bread baking process”, Journal of food engineering, 99, pp. 166-174, 2010.
[15]     H. Pahlavanzadeh, H. Shabani, A. Sarakhni, “An investigation of baking bread through short waves and compare it with traditional baking”,Iranian Journal of Energy, 66 (50), 2001.(in Persianفارسی )
[16]   M. Ghanbari, M. Shahedi, “The effect of temperature and baking time on the quality and speed of bread staling”, Journal of Science and Technology of Agriculture and Natural Resources, 12 (43), 2008. (in Persianفارسی )
[17]  S.A.M. Hashemi, S. Sadripour, M. Estajloo, “Energy and Exergy Analyzes and Evaluation of Fuel Consumption Reduction Techniques in Traditional Flatbreads Bakeries”, Amirkabir Mechanical Engineering Journal, Article in press.(in Persianفارسی )
[18]   Thermometer ST-9861, Instruction manual handbook, TST, 2012.
[19] Testo M/XL350, Instruction manual handbook, TESTO, 2011.
[20]  N. Sato, “Chimical energy and exergy”, Elsevier science & technology books, Chapter 8, 9, 10 and 11, 2004.
[21]     P. Mullinger, B. Jenkins, “Industrial and process furnaces”, Elsevier Ltd., 1st ed., 2008.
[22]   Institute of Standards and Industrial Research of Iran, www.isiri.org. (in Persianفارسی )
[23]    S. R. Turns and S. J. Mantel, An Introduction to Combustion, 3rd ed., New York, McGraw Hill, 2000.
[24]  W.M. Rohsenov, J.P. Hartnett, Y.I. Cho, Handbook of heat transfer, McGraw-Hill, 3rd ed., New York, 1998.
[25]  T.L. Bergman, A.S. Lavine, F.P. Incropera, D.P. DeWitt, Introduction to heat transfer, John Wiley and sons, 7th ed., USA, 2002.
[26]   F.P. Incropera, D.P. DeWitt, D.P. Introduction to heat transfer, John Wiley and sons, 4th ed, 2007.
[27]    Y.A. Cengel, Heat transfer, a practical approach, McGraw Hill science engineering math, New York, 2002.
[28]   burnurs of iranradiator company, www.iranradiator.ir. (in Persianفارسی )
[29]    N. Kraiem, M. Lajil, L. Limous, R. Said, and M. Jeguirim, “Energy recovery from Tunisian agri-food wastes: Evaluation of combustion performance and emissions characteristics of green pellets prepared from tomato residues and grape marc”, Energy, 107, pp. 409‒418, 2016.