Performance evaluation of hybrid heat recovery and thermal storage in direct solar dryer.

Abstract

This work presents an experimental investigation into the performance of different solar dryer configurations designed for agricultural products, with a particular focus on carrots, peppers, and eggplant. The study evaluates and compares solar dryers enhanced with Phase Change Materials (PCM) for thermal storage, dryers equipped with heat recovery systems using PVC pipes, and systems featuring heat exchangers. Each prototype's drying performance was assessed in terms of temperature distribution, drying curves, and final product moisture content. The findings highlight that while PCM systems effectively stabilize temperatures during low solar radiation hours, heat recovery and heat exchanger systems significantly increase internal air temperatures and accelerate drying rates, particularly during the falling-rate period. Mathematical modeling using ten thinlayer drying models was applied to describe the drying kinetics, with the Midilli-Kucuk model consistently providing the best fit. The results underscore the importance of integrating heat storage and recovery technologies into solar dryers to enhance drying efficiency and product quality, especially in regions with high solar irradiation like Ghardaïa.

La plupart des pays en développement sont confrontés à des défis majeurs pour garantir la sécurité alimentaire de leurs populations en constante augmentation. Le séchage est l'une des techniques les plus utilisées dans les régions ensoleillées pour conserver les produits agricoles et assurer leur qualité à long terme. Cette étude vise à évaluer les performances d’un séchoir solaire équipé d’un échangeur de chaleur air-air et d’un système de stockage d’énergie thermique à base de matériau à changement de phase (paraffine). L’objectif principal est d’améliorer l’efficacité thermique du séchoir en réduisant les pertes de chaleur, en stabilisant la température interne et en accélérant le processus de séchage. Des essais expérimentaux ont été réalisés sur divers produits agricoles, et les données ont été analysées à l’aide de modèles mathématiques de séchage en couche mince. Les résultats ont démontré l’efficacité des systèmes de récupération de chaleur pour améliorer la vitesse de séchage et la qualité des produits, notamment pendant les phases finales du séchage. De plus, le système de stockage d’énergie thermique a contribué à maintenir la température interne pendant les heures de faible ensoleillement, permettant ainsi d’obtenir une meilleure qualité des produits séchés. Cette étude conclut que l’intégration de ces techniques dans les séchoirs solaires constitue une solution prometteuse pour réduire la dépendance aux combustibles fossiles et favoriser le développement durable dans les régions à ressources énergétiques limitées.