Modeling Drying Kinetics with Solar-Hybrid Storage Systems for Efficient Orange
Loading...
Files
Date
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
University of El Oued
Abstract
In light of the global shift toward renewable energy, this study addresses the intermittent
nature of solar radiation by integrating thermal energy storage techniques into solar drying
technologies. This thesis presents a comprehensive experimental investigation and
mathematical modeling of the drying kinetics of orange slices (4–6 mm thickness, 85–90%
initial moisture content) under the arid climatic conditions of the El-Oued region, southeastern
Algeria, during the summer of 2026. Two advanced Indirect Solar Dryer (ISD) prototypes
operating under forced convection were evaluated and compared. The first setup utilized a
conventional flat-plate solar collector as a baseline reference. In contrast, the second prototype
was enhanced by integrating an innovative thermal composite material within the collector,
marrying the high latent heat capacity of paraffin wax with the superior thermal conductivity
of aluminum shavings (PCM-ALSH). The empirical results indicated that the PCM-ALSH
integrated collector attained a superior thermal peak and produced a pronounced thermal lag
during solidification, prolonging effective drying activities for several hours beyond sunset.
This dynamic response effectively functioned as a thermal buffer, smoothing temperature
fluctuations, reducing overall drying time, and preserving the nutritional and sensory quality of
the fruit by minimizing adverse biochemical alterations (such as the Maillard reaction).
Furthermore, thin-layer empirical and semi-empirical mathematical models (e.g., Page,
Henderson&Pabis, and Lewis) were fitted to the drying curves, demonstrating robust statistical
validation through the coefficient of determination( 𝑅2 ,)reduced chi-square( 𝜒2 ,)and rootmean-square error (RMSE). Fick’s second law was successfully applied to determine the
effective moisture diffusivity( 𝐷𝑒𝑓𝑓 )within the product matrix, proving this hybrid system to be
a highly sustainable processing strategy for arid desert regions
تأتي هذه الدراسة في إطار التحول العالمي نحو تكنولوجيات الطاقة المتجددة، وتحديدًا لتطوير وتجويد أداء أنظمة
التجفيف الشمسي غير المباشر عبر دمج تقنيات تخزين الطاقة الحرارية الكامنة لتجاوز مشكلة تقطع الإشعاع الشمسي. تم في
هذا العمل إجراء دراسة تجريبية مقارنة ونمذجة رياضية لحركية تجفيف شرائح البرتقال (ب ُسمك 4إلى 6ملم ورطوبة ابتدائية
تتراوح بين %85و )%90في منطقة الوادي بالجنوب الشرقي الجزائري خلال صيف .2026جرت المقارنة بين نموذجين
للمجفف الشمسي غير المباشر ذي الحمل القسري: الأول يعتمد على لاقط شمسي مسطح تقليدي، بينما تم تدعيم اللاقط الثاني
بدمج مادة مبتكرة ذات تغير طوري مركب تجمع بين شمع البارافين المصري وخرط الألومنيوم ) (PCM-ALSHلرفع
الموصلية الحرارية للمنظومة. وأظهرت النتائج التجريبية تفوقًا ملحو ًظا للاقط المطور؛ حيث حقق ذروة حرارية أعلى وتأثي ًرا
مخمدًا (العطالة الحرارية) ساهم في استمرار تدفق الحرارة داخل حجرة التجفيف لعدة ساعات بعد غروب الشمس، مما أدى
إلى تقليص زمن التجفيف الإجمالي بنسبة معتبرة والحفاظ على جودة المنتج الغذائي والحسية (تقليل تفاعل مايار وتلف
الفيتامينات.) كما تم تقييم وتوافق حركية التجفيف باستخدام النماذج الرياضية للطبقات الرقيقة( مثل نماذج Page
و Hendersonو ،Lewisوأثبتت المؤشرات الإحصائية𝑅2و X2و RMSEمطابقة عالية للبيانات التجريبية، إلى جانب
حساب معامل الانتشار الفعال للمجال المائي )𝑓𝑓𝑒𝐷( بالاعتماد على قانون فيك الثاني للانتشار
Description
aster's thesis specializing in energy.2026
Keywords
Indirect Solar Drying, Phase Change Materials (PCM), Paraffin Wax, Aluminum Shavings, Drying Kinetics, Orange Dehydration, Mathematical Modeling, Effective Moisture Diffusivity, El-Oued Region., التجفيف الشمسي غير المباشر، المواد ذات التغير الطوري) ، (PCMشمع البارافين، خرط الألومنيوم، حركية التجفيف، شرائح البرتقال، النمذجة الرياضية، معامل الانتشار الفعال، منطقة الوادي
Citation
HAMAIDI Mohammed Laid , BAFFI Dia Eddine.Modeling Drying Kinetics with Solar-Hybrid Storage Systems for Efficient Orange.2master. Speciality of Energy . 2026.faculty of technology .University of Echahid Hama Lakhdar - El Oued.