Design and simulation of an integrated solar cooker -dryer system

Abstract:

Several solar drying technologies exist in Uganda, but marred with multiple deficiencies such as inefficient conversion of trapped solar radiations into thermal energy, prolonged drying times, among others. The aim of this study was to design and simulate an integrated solar cooker-dryer system with a simple biomass cooker using locally available technology and materials. The major component of this study entailed an assessment of existing solar drying technologies. Through purposive sampling, four existing dryers were assessed to gather information that guided the development of a better drying technology. The results from performance evaluation of the existing solar dryers showed a substantial drop in ascorbic acid content by about 27.9 mg/100g of pineapple (Ananas comosus) dried in natural convection drying and 14.5 mg/100 g during forced air drying. It showed that the natural convection solar mode of operation was slowest in drying the samples, with the solar forced air mode being fastest under the prevailing meteorological conditions (which were generally unfavorable from November through to December). The results showed a considerable advantage of forced air solar dryer over the natural convection solar dryer in terms of drying rate and reduced risk of spoilage. In view of alleviating the weather restriction experienced by farmers in crop drying especially for pineapples, it is recommended that dryers be designed with backup cooker for supplementing the solar energy and enhancing airflow to increase the drying air temperature. This results into increase in the drying rate and reduced spoilage. Using performance results as boundary conditions, the temperature distribution of the airflow inside the dryer was visualized using OpenFOAM CFD. Uniform temperature distribution was achieved as a result of forced air system and incorporation of a biomass cooker.

Plusieurs technologies de séchage solaire existent en Ouganda, mais elles présentent de multiples lacunes telles que l’inefficace conversion des rayonnements solaires piégés en énergie thermique, et des temps de séchage prolongés. Le but de cette étude était de concevoir et de simuler un système solaire cuiseur-séchoir intégré avec un simple cuiseur à biomasse, en utilisant les technologies et matériaux localement disponibles. La principale composante de cette étude a été une évaluation des technologies existantes de séchage solaire. À l’aide d’échantillonnages délibérés, quatre sécheurs existants ont été évalués afin de recueillir des informations qui guident la conception d’une meilleure technologie de séchage. Les résultats de l’évaluation de la performance des séchoirs solaires existants ont montré une baisse substantielle de la teneur en acide ascorbique d’environ 27,9 mg / 100 g d’ananas (Ananas comosus) séché par convection naturelle, et de 14,5 mg / 100 g pendant le séchage à l’air forcé. Ceci a montré que le mode opératif solaire de convection naturelle était le plus lent dans le séchage des échantillons alors que le mode solaire d’air pulsé étant le plus rapide dans les conditions météorologiques prédominantes (généralement défavorables de novembre à décembre). Les résultats ont montré un avantage considérable du sécheur solaire à air forcé sur le séchoir solaire à convection naturelle en termes de taux de séchage et de réduction du risque de détérioration. En vue d’alléger les contraintes climatiques rencontrées par les agriculteurs dans le séchage des cultures, en particulier pour les ananas, il est recommandé que les séchoirs soient conçus avec cuiseur de secours pour compléter l’énergie solaire et améliorer le flux d’air afin d’augmenter la température de l’air de séchage. Il en résulte une augmentation du taux de séchage et une réduction du niveau de détérioration. En utilisant les résultats de performance comme conditions limites, la distribution de la température du flux d’air à l’intérieur du sécheur a été visualisée à l’aide de CFD OpenFOAM. Une répartition uniforme de la température a été obtenue grâce au système d’air forcé et à l’incorporation d’un cuiseur à biomasse.

Date of publication:

2016

Country:

Uganda

Region Focus:

East Africa

Author/Editor(s):

Ahumuza, A.

Zziwa, A.

Kambugu, R.

Komakech, Allan John.

Kiggundu, N.