فهرست مطالب

مهندسی بیوسیستم ایران - سال پنجاه و یکم شماره 3 (پاییز 1399)

نشریه مهندسی بیوسیستم ایران
سال پنجاه و یکم شماره 3 (پاییز 1399)

  • ماشینهای کشاورزی
  • تاریخ انتشار: 1399/09/01
  • تعداد عناوین: 12
|
  • نعیمه سماواتیان، سیامک کلانتری*، محمد لایقی، مجتبی دلشاد صفحات 485-500

    دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) برای مطالعه جریان هوا و توزیع دما در سردخانه و یافتن ترازهای دمایی استفاده شد. قندکل [1]، قند احی ا[2] و ساکارز [3] غده های سیب زمینی رقم سانته ذخیره شده در 5 درجه سلسیوس و رطوبت نسبی 80٪ استخراج شد. نتایج نشان داد اختلاف معنی داری بین قند کل، قند احیا و ساکارز به دلیل ناهمگنی توزیع دما که منجر به اختلاف 2 درجه سلسیوس بین گرم ترین و سردترین نقاط درون توده محصول شد، وجود دارد. تغییرات در محتوای قندها با ترازهای دمایی شبیه سازی شده مطابقت داشت. نرخ افزایش قندهای محلول به یک درجه سلسیوس کاهش دما، به ترتیب برای قند کل، ساکارز و قند احیا 07/4، 15/3 ,67/0 میلی گرم بر گرم ماده خشک پیش بینی شد. دینامیک سیالات محاسباتی [4] با بررسی جریان سیال و توزیع دما و نمایش مناطق بحرانی، باعث بهبود روش های بسته بندی و چیدمان محصول و هدایت بهتر جریان هوا می شود. 

    کلیدواژگان: بسته بندی پلاستیک، دینامیک سیالات محاسباتی، سیب زمینی، شبیه سازی، قند
  • هادی صمیمی اخیجهانی*، ذکریا علیمحمدی صفحات 501-514

    در این تحقیق برای افزایش عملکرد جمع کننده خورشیدی سهموی از مواد تغییرفاز دهنده PCM درون مخزن ذخیره کننده سیال استفاده شد. تاثیر میزان جریان سیال در سه سطح 1، 5/2 و 5 لیتر بر دقیقه و جرم PCM در دو سطح 5/1 و 2/3 کیلوگرم بر دمای خروجی، بازده جمع کننده و بازده مخزن با استفاده روش آزمایشگاهی و CFD و ANN  ارزیابی و با هم مقایسه شد. میزان بازده خشک کردن از 11/21 تا 20/25 درصد و جمع کننده از  9/62 تا 03/64 تغییر نمود. میزان خطای به دست آمده از بازده جمع کننده از روش CFD و ANN به ترتیب از 31/5 تا 4/7 درصد و 22/1 تا 84/3 درصد متغیر بود. با توجه به داده های آماری و مدت زمان صرف شده مشخص شد که روش ANN نسبت به روش CFD با دقت بیشتر و زمان صرف شده کمتر می تواند برای پیش بینی رفتار حرارتی سامانه استفاده شود.

    کلیدواژگان: بازده حرارتی، خشک کن خورشیدی، دینامیک سیالات محاسباتی، شبکه عصبی مصنوعی، شدت تابش خورشیدی
  • نگار حافظی*، هوشنگ بهرامی، محمدجواد شیخ داودی، سید عنایت الله علوی صفحات 515-526

    در این پژوهش برای پیش بینی عملکرد نیشکر از شبکه عصبی مصنوعی مبتنی بر الگوریتم های فرااکتشافی به عنوان یک روش کارآمد که تخمین عملکرد محصول را بر اساس داده های واقعی به دست می آورد، استفاده شده است. به منظور پیش بینی عملکرد نیشکر از پارامترهای موثری نظیر مشخصات گیاه، هدایت الکتریکی آب و خاک، حداکثر درجه حرارت و میانگین ساعات آفتابی در طول دوره رشد محصول و در مقیاس زمانی هفت ساله استفاده گردید. بر همین اساس از چهار الگوی آموزشی در ساخت شبکه های عصبی استفاده شد که به ترتیب شامل شبکه عصبی مصنوعی مبتنی بر الگوریتم پس انتشار خطا، ترکیب شبکه عصبی با الگوریتم ژنتیک، ترکیب شبکه عصبی با الگوریتم ازدحام ذرات و در آخر رویکرد نوین ترکیب شبکه عصبی با الگوریتم مرکب ژنتیک- ازدحام ذرات بوده اند. نتایج بدست آمده از پژوهش، حاکی از آن است که استفاده از الگوریتم های فرااکتشافی سبب بهبود عملکرد شبکه عصبی شده و قدرت پیش بینی را به طور محسوسی افزایش داده است. مقادیر میانگین مربعات خطا و ضریب همبستگی برای روش ترکیبی شبکه عصبی، الگوریتم ژنتیک و الگوریتم ازدحام ذرات به ترتیب 00057/0 و 91457/0 برای داده های آزمایش بدست آمد که برتری این روش را نسبت به سایر الگوها نشان می دهد. علاوه بر این، اعتبارسنجی متقاطع مدل پیشنهادی به روش k نزدیک ترین همسایه نشان داد که صحت داده های آموزشی و آزمایشی به منظور پیش بینی عملکرد نیشکر به ترتیب برابر با 5/98 و 5/95 درصد بوده است.

    کلیدواژگان: نیشکر، عملکرد، شبکه عصبی مصنوعی، الگوریتم های فرااکتشافی، اعتبارسنجی متقاطع
  • شهلا حردانی، حسن قاسمی مبتکر*، مجید خانعلی صفحات 527-538

    به منظور بررسی وضعیت برخی شاخص های مکانیزاسیون، در این پژوهش چهار محصول گندم، جو، برنج و ذرت علوفه ای در شهرستان اهواز با دو شاخص کمی (درجه و ظرفیت مکانیزاسیون) و کیفی (مطلوبیت درآمد و نیروی کار) مورد بررسی قرار گرفتند. داده های مورد استفاده به وسیله پرسشنامه و مصاحبه، همچنین آمار و اطلاعات ثبت شده، جمع آوری شد. چهار پارامتر در چهار محصول محاسبه و برآورد شد و در نهایت با استفاده از منطق فازی نتایج جمع بندی و ارایه گشت. نتایج نشان داد، میانگین درجه مکانیزاسیون عملیات های مختلف (درجه مکانیزاسیون کل) مربوط به محصولات گندم، جو، برنج و ذرت علوفه ای در منطقه مورد مطالعه به ترتیب برابر است با 93، 5/92، 5/73 و 95 درصد و ظرفیت مکانیزاسیون به همین ترتیب برابر است با 22/988، 72/944، 6/806 و 9/1136 اسب بخار ساعت بر هکتار، نتایج برای مطلوبیت درآمد به ترتیب 62، 43، 57 و 54 درصد و برای مطلوبیت نیروی کار 73، 69، 59 و 47 درصد محاسبه شد. خروجی فازی زدایی شده نهایی که از جمع بندی چهار شاخص با استفاده از منطق فازی به دست آمد نشان داد، در بین محصولات مورد بررسی گندم با 3/52 درصد، بیش ترین مقدار و پس از آن برنج با 6/46 درصد، جو با 2/42 درصد و ذرت علوفه ای با 3/40 درصد کم ترین مقدار را داشتند. به طور کلی با توجه به نتایج خروجی نهایی مربوط به جمع بندی شاخص های مورد بررسی، چهار محصول مورد مطالعه در شهرستان اهواز تقریبا در وضعیت میانه ای قرار دارند.

    کلیدواژگان: درجه مکانیزاسیون، ظرفیت مکانیزاسیون، شاخص توسعه مکانیزاسیون، منطق فازی
  • فاطمه نوشاد، علی اصغری*، محسن آزادبخت، عظیم قاسم نژاد صفحات 539-549
    روش تصویربرداری تشدید مغناطیسی (MRI)، یکی از روش های غیرمخرب تعیین کیفیت و بلوغ میوه‏ها است، که با پروتکل‏های متفاوتی، تراکم و ساختاری که اتم‏های هیدروژن در آن قرار گرفته را نشان می دهد. در تحقیق حاضر تصاویر MRI گرفته شده با این پروتکل‏ها از بافت گوشت، بخش کوفته شده و هسته میوه بدون آفت و آفت‏زده "به" مقایسه و بهترین پروتکل معرفی شد. به این منظور از 18 عدد میوه "به" بارگذاری شده هنگام انبارداری، با استفاده از دو پروتکل T1 و T2 تصویربرداری تشدید مغناطیسی انجام گردید. بارگذاری‏های میوه "به" در سه سطح نیروی 300، 500 و 700 نیوتن به صورت شبه استاتیکی انجام شده و سپس در دوره های 30 و 50 روزه در دمای 4 انبارداری شدند. پس از پایان هر دوره انبار داری عکس برداری انجام شد. سپس با استفاده از نرم افزار ImageJ، تضاد تصاویر T1 و T2 از بافت سالم و کوفته شده و دانه میوه‏های "به" بدون آفت، آفت‏زده و بارگذاری شده، تعیین شد. از مقایسه این تصاویر چنین نتیجه گیری شد که دانه ها و بافت سالم بدون آفت میوه "به" در تصاویر T1 از تصاویر T2واضح تر بودند، همچنین کوفتگی ناحیه بارگذاری شده در میوه های بدون آفت در تصاویر T2قابل تشخیص‏تر از تصاویر T1 بود.
    کلیدواژگان: بارگذاری شبه استاتیکی، روش غیرمخرب، پروتکل‏های T1 و T2، آفت زدگی میوه
  • رضا طباطبایی کلور*، علی متولی، رمضان هادیپور، سینا مودتی صفحات 551-561
    یکی از روش های استفاده بهینه از زیست توده ها تبدیل آنها به شکل پلت می باشد که جرم و انرژی بیشتر در واحد حجم داشته و امکان استفاده و حمل و نقل آسان تر آنها را فراهم می کند. عوامل مختلفی در فرآیند پلت سازی موثر هستند که شناخت آنها به بهینه سازی فرایند پلت سازی کمک می کند. در این تحقیق تاثیر دما، فشار تراکم و نسبت ترکیب مواد بر خصوصیات مکانیکی پلت های تولید شده از سبوس برنج و ملاس نیشکر مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که بجز نیروی متراکم سازی پلت و اثر متقابل نیروی فشار و دمای قالب دیگر متغیرهای مستقل و اثرات متقابل آنها بر برخی متغیرهای وابسته در سطح 1% معنی دار هستند. مقایسه میانگین ها نشان داد که با افزایش میزان ملاس در ترکیب، مقاومت فشاری پلت در راستای محوری و شعاعی روند افزایشی نشان داد. بیشترین مقاومت فشاری پلت در نسبت سبوس به ملاس 1 به 50/1 و بار 1300 نیوتن بدست آمد. بیشترین مقاومت خمشی پلت نیز در هر سه نسبت دارای اختلاف معنی داری بودند و با افزایش میزان ملاس نیشکر مقاومت خمشی افزایش یافت. افزایش دمای قالب و فشار تراکم موجب افزایش مقاومت پلت ها در هر دو راستای محوری و شعاعی و نیز مقاومت خمشی آنها شد. حداکثر مقادیر چگالی و پایداری پلت در نسبت سبوس به ملاس 1به 65/1، نیروی فشاری 1300 نیوتن و دمای 70 درجه سلسیوس به ترتیب kg/m3 1213 و 5/93% بدست آمد. بطور کلی در فرایند پلت سازی هر سه عامل نسبت ترکیب مواد، فشار تراکم و دما بر استحکام پلت تاثیر دارند.
    کلیدواژگان: پلت، سبوس برنج، ملاس نیشکر، چگالی، مقاومت سقوط
  • محمد شریفی، اسدالله اکرم*، حسام الدین مولودی صفحات 563-569

    انرژی یکی از اجزای اصلی استراتژی توسعه ی پایدار هر کشوری است. برای حمایت از تولیدات کشاورزی، استفاده ی کارآمد از انرژی باید مدنظر قرار گیرد؛ زیرا علاوه بر صرفه جویی اقتصادی باعث حفاظت منابع فسیلی می شود. از طرف دیگر، کشاورزی فشرده که بر پایه ی استفاده ی فشرده از نهاده های کشاورزی، ماشین ها، انرژی های فسیلی و غیر فسیلی بنانهاده شده است خود دلیل بسیاری از مشکلات زیست محیطی جهان امروز به حساب می آید. در این مطالعه، انرژی و اثرات زیست محیطی تولید سیب در استان آذربایجان غربی مورد ارزیابی قرار گرفته است. برای جمع آوری داده های موردنیاز مربوط به فرآیند تولید، از تکمیل پرسش نامه و مصاحبه ی حضوری با 141 نفر از باغداران منطقه بهره گرفته شد. نتایج به دست آمده نشان داد که نسبت انرژی برابر با 65/1 و افزوده ی خالص انرژی برابر با 80/27740 مگاژول بر هکتار می باشد. از میان نهاده های انرژی، سوخت دیزل بالاترین سهم از کل انرژی ورودی (61 درصد) را به خود اختصاص داد. برای ارزیابی اثرات زیست محیطی ناشی از تولید سیب، رویکرد ارزیابی چرخه ی زندگی مورداستفاده قرار گرفت و ده بخش اثر مورد بررسی قرار گرفتند. نتایج ارزیابی چرخه ی زندگی نشان داد که سموم شیمیایی، سوخت دیزل و کود نیتروژن تاثیر زیادی در بخش های اثر موردمطالعه داشته اند.   ارزیابی چرخه ی زندگی تولید سیب از دیدگاه انرژی و آلاینده های زیست محیطی (مطالعه ی موردی: شهرستان های ارومیه و مهاباد)

    کلیدواژگان: انرژی، ارزیابی چرخه ی زندگی، سیب، پتانسیل گرمایش جهانی، ارومیه
  • منوچهر رشیدی، رضا امیری چایجان*، احمد ارشادی، علی قاسمی صفحات 571-584
    در این پژوهش شرایط بهینه خشک کردن قرص فشرده گوجه فرنگی تحت شرایط خلایی مادون قرمز به منظور تولید قرص با خواص کیفی و شیمیایی مناسب تعیین شد. محتوای لیکوپن، فنل کل، غلظت ویتامین ث و فعالیت آنتی اکسیدانی به عنوان خواص شیمیایی و شاخص های رنگی ∆L*، ∆a*و b*∆ به عنوان خواص کیفی مطالعه شدند. فرآیند خشک کردن نمونه ها در پنج سطح دمایی 40، 50، 60، 70 و °C 80 و پنج سطح فشار خلا 20، 30، 40، 50 و kPa 60 صورت گرفت. تجزیه و تحلیل آماری داده ها و بهینه سازی فرآیند خشک کردن با استفاده از روش سطح پاسخ انجام شدند. نتایج نشان داد که در خشک کردن به شیوه خلایی- مادون قرمز، با افزایش دمای هوای محفظه خشک کن، غلظت ویتامین ث و محتوای فنل کل قرص گوجه فرنگی، کاهش و محتوای لیکوپن و فعالیت آنتی اکسیدانی قرص گوجه فرنگی افزایش یافت. هم چنین، افزایش دما سبب افزایش اختلاف بیشتر بین شاخص های رنگ L* و a* و کاهش اختلاف بین شاخص رنگ b* قرص نسبت به گوجه فرنگی تازه شد. نقطه بهینه فرآیند خشک کردن قرص گوجه فرنگی در دمای °C 56 و فشار خلاء kPa 30 به دست آمد. میزان کاهش غلظت ویتامین ث، محتوای لیکوپن و محتوای فنل کل قرص گوجه فرنگی خشک شده در حالت بهینه به ترتیب 3/54 ، 6/2 و 62/29 درصد بود. خشک کردن تحت دمای پایین تر سبب افزایش شاخص مطلوبیت مدل بدست آمده از روش سطح پاسخ گردید.
    کلیدواژگان: قرص سازی، خشک کن خلائی، ویتامین ث، لیکوپن
  • امیرحسین میرزابه، علی حاجی احمد*، علی فدوی، شاهین رفیعی صفحات 585-598

    روش های مرسوم تولید مه در سامانه های هوا کشت، معایب و محدودیت های چشمگیری دارند. بر این اساس، در راستای به کارگیری فناوری تولید مه به روش امواج فراصوت، امکان سنجی اولیه انجام گرفت. اثر چهار متغیر مستقل، یعنی ارتفاع مایع بالای پیزوالکتریک در سه سطح 20، 30 و 40 میلی متر، ابعاد مخزن تولید مه در سه سطح، موقعیت قرارگیری پیزوالکتریک در کف مخزن در سه سطح، و غلظت کود در محلول در چهار سطح 0، 5/2، 5، و 5/7 گرم در لیتر، بر سه متغیر وابسته نرخ تولید مه، تغییرات رسانایی الکتریکی، و مجموع مواد جامد محلول بررسی شدند. اثر سه متغیر غلظت، موقعیت پیزوالکتریک، و ابعاد مخزن بر میزان نرخ تولید مه در سطح احتمال 1% و اثر ارتفاع محلول در سطح احتمال 5% معنی دار بودند. نتایج نشان می دهند که سامانه فراصوتی در دامنه خاصی از غلظت محلول، موادمغذی محلول در آب را بهتر منتقل می کند.  Ultrasonic Production of Plant Nutrients Mist to Use in Aeroponic Systems: Feasibility and Investigation of Some Effective Parameters

    کلیدواژگان: پیزوالکتریک، نرخ تولید مه، رسانایی الکتریکی، مجموع مواد جامد محلول
  • سحر راهی، حسین مبلی*، بهاره جمشیدی، اصلان عزیزی، محمد شریفی صفحات 599-610

    با افزایش تقاضا برای محصولات کشاورزی سالم، توسعه روش های تشخیص غیر مخرب برای ارزیابی سریع ایمنی محصولات کشاورزی از نظر آلودگی میکروبی بسیار حایز اهمیت است. هدف از این پژوهش توسعه یک روش اپتیکی غیر مخرب مبتنی بر تصویربرداری ابرطیفی در ناحیه فروسرخ نزدیک به همراه روش تفکیک کمترین مربعات جزیی برای تشخیص سریع کاهوی برگی آلوده به میکروب اشرشیاکلی از نمونه های کنترل (فاقد آلودگی) بود. برای این منظور، پیش پردازش مکانی با روش تجزیه مولفه های اصلی و پیش پردازش طیفی بر پایه توزیع نرمال استاندارد به همراه میانگین گیری مرکزی انجام شدند. نتایج تحلیل با روش تفکیک کمترین مربعات جزیی نشان داد که 4 گروه متفاوت با دقت بیش از 90 درصد و خطای کمتر از 008/0 قابل طبقه بندی هستند. هم چنین، با استفاده از بردار اهمیت متغیر، ناحیه طیفی 1400 تا 1500 و 1200 نانومتر به عنوان  طول موج هایی که بیشترین اطلاعات را برای تشخیص هدف در اختیار می گذارند، انتخاب شدند.

    کلیدواژگان: آلودگی میکروبی، آنالیز تفکیک حداقل مربعات جزیی، تصویربرداری ابرطیفی، کمومتریکس، کاهو
  • امید قادرپور*، کریم گرامی، الیاس دهقان صفحات 611-628
    این مطالعه در سال زراعی 1398 در استان آذربایجان غربی با هدف بهینه سازی مصرف انرژی، ارزیابی چرخه زندگی نخود و کاهش آلایندگی در مزارع کوچک (کوچک تر مساوی 2 هکتار)، متوسط (بین 2 تا 4 هکتار) و بزرگ (بزرگ تر از 4 هکتار) اجرا شد. داده های موردنیاز به روش مصاحبه رو در رو با کشاورزان و پر کردن تعداد 250 پرسشنامه تخصصی گردآوری و به روش تحلیل پوششی داده ها مورد ارزیابی قرار گرفتند. نتایج نشان داد که کل انرژی نهاده های مصرف شده برای تولید نخود در مزارع کوچک، متوسط و بزرگ به ترتیب 6366، 6048 و 6848 مگاژول بر هکتار بود و مزارع بزرگ دارای بیشترین مصرف انرژی بودند. در همه سطوح مزارع، بیشترین سهم انرژی های مصرفی مربوط به سوخت دیزل بود. نسبت انرژی مزارع کوچک، متوسط و بزرگ به ترتیب برابر 47/2، 49/2 و 13/2 به دست آمد. نتایج ارزیابی چرخه زندگی نخود روشن کرد که در همه بخش های اثر، آلایندگی زیست محیطی در مزارع با اندازه متوسط نسبت به اندازه های کوچک و بزرگ کمتر بود. نهاده های بذر، سوخت دیزل و ماشین های کشاورزی بیشترین سهم را در انتشار شاخص های زیست محیطی داشتند.‏ طبق نتایج بهینه سازی مصرف انرژی، میانگین کارایی انرژی در مزارع کوچک، متوسط و بزرگ به ترتیب 93%، 88% و %90 بود که نشان می دهد کشاورزان مزارع کوچک از روش های صحیح تولید آگاهی بیشتری داشته و یا نهاده های مختلف را در زمان مناسب تر و به مقدار بهینه تری استفاده کرده اند.
    کلیدواژگان: اندازه مزرعه، نخود، ارزیابی چرخه حیات، بهینه سازی انرژی، تحلیل پوششی داده ها
  • علی کیاپی، مهدی قاسمی ورنامخواستی*، حسین موسی زاده صفحات 629-641

    توسعه یک روش تخمین قوی و مطمین به منظور آشکارسازی میزان غلظت رسوبات معلق از جنبه های مختلف زیست محیطی و ژیومورفولوژی از جمله کیفیت آب، مهندسی پایداری بستر رودخانه، مدیریت سیلاب و زیستگاه های آبی یک ضرورت اجتناب ناپذیر است. در این تحقیق، یک شیوه جدید  بر اساس یک سامانه مرکب اندازه گیری نوری - فراصوتی و هوش هیبریدی مبتنی بر رویکرد مدلسازی انفیس (ANFIS) برای پیش بینی غلظت رسوبات معلق رودخانه توسعه یافت. در این مطالعه در شرایط آزمایشگاهی دو سامانه اندازه گیری مذکور در یک مخزن آب قرار گرفتند و طی هر 50 ثانیه، 10 گرم خاک (عبور کرده از الک 140) در آب به عنوان رسوب معلق اضافه شد تا زمانی که کل رسوب موجود در آب به 100 گرم برسد. این عملیات در 20 تکرار انجام گرفت و مقادیر خروجی دو روش اندازه گیری به عنوان ورودی به انفیس داده شد. ساختار انفیس با ورودی مجزای حسگر نوری دارای کارایی بالاتری با ضریب تبیین (R2) 94/0 و ریشه میانگین مربعات خطا (RMSE) (gr)15/7 نسبت به ورودی مجزای حسگر فراصوتی با ضریب تبیین (R2)91/0 و ریشه میانگین مربعات خطاها (gr)72/8 بود. همچنین بیشترین کارایی ساختار ترکیبی با دو ورودی از دو روش اندازه گیری  دارای ضریب تبیین (R2)97/0 و ریشه میانگین مربعات خطاها (gr) 66/5 بود. با توجه به نتایج بدست آمده، بهترین فاصله بین گیرنده و فرستنده در حسگر فراصوتی بین 8 تا 15 سانتی متر بود و استفاده از سامانه ترکیبی در برآورد رسوبات دارای کارایی بیشتری با خطای 3 و5/1 درصد کمتر نسبت به خطای سامانه های مجزای فراصوت و نوری داشت.

    کلیدواژگان: غلظت رسوبات معلق، حسگر نوری، حسگر آلتراسونیک، مدلسازی انفیس
|
  • Naeimeh Samavatean, Siamak Kalantari *, Mohammad Layeghi, Mojtaba Delshad Pages 485-500

    Computational Fluid Dynamics (CFD) was used to study airflow and temperature distribution in cold storage and finding temperature levels. Total sugar, reducing sugar and sucrose of potato tubers cv Sante stored at 5 °C and relative humidity of 80%, were extracted. The results showed that there was a significant difference between the concentration of total sugars, reducing sugar and sucrose due to temperature distribution heterogeneity.It led to a 2 °C difference between the warmest and coldest points in product mass. Changes in the content of sugars were matched with simulated temperature contours. The rate of increase in soluble sugars was predicted by reducing 1 °C air temperature. Total sugars, sucrose, and reducing sugar were 4.27, 3.15 and 0.67 mg/g dry matter, respectively. Computational fluid dynamics, by analyzing fluid flow and distributing temperature and detected critical areas, leads to improving packaging and product placement, and improve airflow in the stack.

    Keywords: Computational Fluid Dynamics, Plastic Packaging, potato, simulation, Sugar
  • Hadi Samimi Akhijahani *, Zakaria Alimohammadi Pages 501-514

    In this research, to increase the performance of parabolic solar collector, PCM phase change materials were used inside the fluid storage tank. The effect of fluid flow rate at three levels of 1, 2.5 and 5 l/min and PCM mass at two levels of 1.5 and 3.2 kg on output temperature and thermal efficiency of the collector and tank efficiency using experimental methods and CFD and ANN were evaluated and compared. Drying efficiency changed from 21.11 to 25.20% and collector from 62.9 to 64.03. The collector efficiency error of CFD and ANN methods varied from 5.31 to 7.4% and 1.22 to 3.84%, respectively. According to the statistical data and the time spent, it was found that the ANN method can be used to predict the thermal behavior of the system more accurately and less time than the CFD method.

    Keywords: CFD Method, Phase change materials, Solar dryer, Solar radiation, Thermal efficiency
  • Negar Hafezi *, Houshang Bahrami, MohammadJavad Sheikh Davoodi, Seyed Enayatallah Alavi Pages 515-526

    In this study, to predict sugarcane yield, an Artificial Neural Network based on meta-heuristic algorithms is used as an efficient method to estimate crop yield based on actual data. In order to predict sugarcane yield, effective parameters such as plant characteristics, electrical conductivity of soil and water, maximum temperature and average hours of sunshine during the growing season and on a time scale of seven years were used. Accordingly, four hybrid models were used to build neural networks which including of artificial neural network based on Back Propagation (BP) algorithm, combining neural network with Genetic Algorithm (GA), combining neural network with Particle Swarm Optimization (PSO) algorithm and finally a new approach as combining neural network with GA-PSO. The results show that the neural network performance can be improved using meta-heuristic algorithms and can be increased significantly the prediction power. The Mean Square Error (MSE) and correlation coefficient (R) in the hybrid method of neural network with GA-PSO were obtained 0.00057 and 0.91457 respectively on the test data, which show the superiority of this method to other patterns. In addition, cross validation test of the proposed model by K-Nearest Neighbors showed the accuracy of training and test data to predict sugarcane yield has been equal to 98.5% and 95.5%, respectively.

    Keywords: Sugarcane, yield, Artificial Neural Network, Meta-heuristic algorithms, cross validation
  • Shahla Hardani, Hassan Ghasemi Mobtaker *, Majid Khanali Pages 527-538

    In order to investigate the mechanization development status, in this study, four wheat, barley, rice and forage maize crops in Ahvaz city were evaluated with two quantitative (degree and capacity of mechanization) and qualitative (income and labor desirability) indices. The data were collected through questionnaires and interviews, also statistics and recorded information. Four parameters were calculated and estimated in four products and finally the results were summarized and presented using fuzzy logic. The results showed that the average degree of mechanization of different operations (total mechanization degree) for wheat, barley, rice and forage maize products in the study area was 93, 92.5, 73.5 and 95%, respectively. The mechanization capacity in this order was 988/22, 944/72, 806/6 and 1136/936 hp.h/ha, the results were calculated as 62, 43, 57 and 54% for income desirability and 73, 69, 59 and 47% for labor desirability, respectively. The final de-fuzzy output obtained from the summation of four indicators using fuzzy logic showed that among the studied crops, wheat with 52.3% had the highest amount, followed by rice with 46.6%, barley with 42.2% and forage maize with 40.3% had the lowest amount.  In general, according to the results of the index defined for the study of mechanization development, the study area is almost in a moderate position in the four products under study.

    Keywords: Degree of mechanization, mechanization capacity, mechanization development index, Fuzzy logic
  • Fateme Noshad, Ali Asghari *, Mohsen Azadbakht, Azim Ghasemnezhad Pages 539-549
    The Magnetic Resonance Imaging is one of the non-destructive methods to study quality indices and fruit maturity, that uses different protocols to show the density and structure in which the hydrogen atoms is placed. In this research the MR images of intact, bruised and infested tissues, and seeds of none-infested and infested quince fruits by different MRI protocols were compared and the best protocol was introduced. So by using two T1 and T2 protocols, MR imaging was carried out from 18 loaded quince fruits. The quasi-static loading was performed at three levels of 300, 500 and 700 Newton. Then the fruits were stored for 30 and 50 days in a 4°C refrigerator. Imaging was carried out after each storage period. The ImageJ software was used to determine the contrast of T1 and T2 imaging protocols of the intact and bruised tissues and seeds of none-infested, infested and loaded fruit samples. The comparison of these images was concluded that the seeds and the intact area of none-infested Quince fruit in T1 images were sharper than T2 images. Also, the loaded area bruising of none-infested fruits in the T2 images was more recognizable than T1 images.
    Keywords: Quasistatic Loading, Non-destructive evaluation method, T1, T2 protocols, Infested fruit
  • Reza Tabatabaei Kolor *, Ali Motevali, Ramazan Hdipour, Sina Mavaddati Pages 551-561
    One of the best ways to use biomass is to convert them into a pellet that has more mass and energy per unit volume and makes it easier to use and transport. Various factors are involved in the process of pelletizing, which helps to optimize the process. In this study, the effect of temperature, compression force and mixing ratio were investigated on the mechanical properties of pellets made from rice bran and sugar cane molasses. The results showed that, except compression force and the interaction between the compression force and the temperature, other variables and their interactions have significant effect (p < 0.01) on the dependent variables. Mean comparison showed that increasing the amount of molasses in combination increased the compressive strength of the pellet in axial and radial direction. The highest compression strength was obtained at the ratio of 1 to 1.50 (rice bran to molasses) and 1300N compression force. The maximum bending strength of pellets was significant in all three ratios, and increasing sugar cane molasses increased the bending strength. Increasing the mold temperature and compression force increased the strength of the pellets in both axial and radial directions as well as their bending strength. Maximum density and drop resistance of pellet in the ratio of 1 to 1.65 (rice bran to molasses), compression force of 1300 N and temperature of 70 ° C were 1213 kg/m3 and 93.5%, respectively. Generally, in the pelletizing process the mixing ratio, compression force and temperature have an effect on the strength of the pellet.
    Keywords: Pellet, rice bran, Sugar Molasses, Density, Drop resistance
  • Mohammad Sharifi, Asadollah Akram *, Hesamoddin Moloudi Pages 563-569

    Energy is one of the main components of the sustainable development strategy of any country. Efficient use of energy must be considered to support agricultural production; Because in addition to economic savings, it protects fossil resources. On the other hand, intensive agriculture, which is based on the intensive use of agricultural inputs, machinery, fossil and non-fossil energy, is itself the cause of many of the world's environmental problems today. In this study, the energy and environmental impacts of apple production in West Azarbaijan Province have been evaluated. To collect required data on the production process, a questionnaire was filled out and interviews were conducted with 141 gardeners in the area. The results showed that the energy ratio is equal to 1.65, and the net energy added was equal to 27.780 MJ/ha. Among the energy sources, diesel fuel accounted for the highest share of total energy inputs (61%). To evaluate the environmental impacts of apple production, the life cycle assessment approach was used and ten parts of the work were examined. The results of the life cycle assessment showed that chemical pesticides, diesel fuel and nitrogen fertilizer had a great influence on the parts of the study.

    Keywords: Energy, Life Cycle Assessment, Apple, Global warming potential, Urmia
  • Manouchehr Rashidi, Reza Amiri Chaijan *, Ahmad Ershadi, Ali Ghasemi Pages 571-584
    In this study, optimum drying conditions of compressed tablet tomato under vacuum-infrared conditions were determined to produce tablet with appropriate chemical and qualitative properties. The content of lycopene, total phenol, vitamin C concentration, antioxidant activity as chemical properties and color indices ΔL*, Δa* and Δb* were studied as qualitative properties. Drying process of samples was performed at five levels of air temperature of the compartment 40, 50, 60, 70 and 80 °C and five vacuum pressures 20, 30, 40, 50 and 60 kPa. Statistical analysis of data and optimization of drying process were performed using response surface methodology. The results showed that in vacuum-infrared drying, as the temperature of the dryer chamber increased, the concentration of vitamin C and total phenol content of tomato tablet decreased and lycopene content and antioxidant activity of tomato tablet increased. Also, increasing temperature increased the difference between the color indices L* and a* and reduced the difference between the color index b* compared to fresh tomatoes. The optimum point the drying process of tomato tablet was obtained at 56 °C and vacuum pressure of 30 kPa. The reduction rates of vitamin C concentration, lycopene content, and total phenol content of dried tomato tablets in optimal condition were 54.3, 2.6 and 29.62 percent, respectively. Drying at lower temperature increased the model's desirability index obtained by response surface methodology.
    Keywords: Tableting, Vacuum dryer, vitamin c, lycopene
  • AmirHossein Mirzabe, Ali Hajiahmad *, Ali Fadavi, Shahin Rafiee Pages 585-598

    Common fog production methods in aeroponic systems have some the disadvantages and limitations. So, an initial study was carried out to assess the feasibility to use the fog production technology through ultrasound. The effect of four independent variables, namely, over piezoelectric fluid head at three levels of 20, 30 and 40 mm, three levels of reservoir dimensions, three levels of piezoelectric location at the bottom of the reservoir, and fertilizer concentration in solution at four levels of 0, 2.5, 5, and 7.5 g.L-1 on fog production rate, electrical conductivity changes, and total dissolved solids as dependent variables were investigated. The effects of three variables of concentration, piezoelectric position and reservoir dimensions on the rate of fog production were significant at 1% probability level. Also, the effect of fluid head was significant at probability level of 5%. The results indicated that the water-soluble nutrients could be transported better by ultrasound at a certain range of soluble concentrations.

    Keywords: Piezoelectric, fog production rate, Electrical conductivity, Total dissolved solids
  • Hossein Mobli *, Bahareh Jamshidi, Aslan Azizi, Mohammad Sharifi Pages 599-610

    Development of non-destructive detection methods to rapidly assess the safety of agricultural products in terms of microbial contamination due to the increasing demand for safe ones is very important. In this research, a non-destructive optical method based on NIR hyperspectral imaging with (PLS-DA) method for rapid detection of microbial contaminated lettuce class (contaminated with Escherichia coli) from control class (with no contamination) was developed. To this end, dimensionality reduction (Spatial preprocessing) and spectral preprocessing were performed using (PCA) and Standard Normal Variate (SNV) with Mean Centering (MC) methods. The results of PLS-DA analysis showed the good ability in classification of control class and contaminated ones with different microbial population with high accuracy of 90% and class error of 0.008. Besides, the spectral region of 1400 to 1500 nm and the wavelength of 1200 nm were selected as the most important wavelengths that provide the most information for target identification and group classification using Variable Importance in Projection (VIP) score of the loading plot for PLS-DA. In general, the result showed that the NIR hyperspectral imaging method with PLS-DA analysis could be a fast and accurate method for real-time and non-destructive detection of microbial contamination in lettuce samples and classification of different classes (safe and contaminated).

    Keywords: Microbial contamination, Partial Least Square Discriminant Analysis, Hyperspectral imaging, Chemometrics
  • Omid Ghaderpour *, Karim Gerami, Elyas Dehghan Pages 611-628
    This study was conducted in West Azarbayjan province in the crop year 2019 With the aim of rainfed chickpea life cycle assessment and energy consumption optimization and emissions reduction in small farms (equals smaller than 2 hectares), medium farms (between 2 and 4 hectares) and large farms (larger than 4 hectares). Required data, were obtained through face-to-face interviews with farmers and filling out 250 Specialized questionnaires and were evaluated by data envelopment analysis method. Results indicated that total input energy for chickpea production in small, medium and large farms was 6366, 6048 and 6848 MJ.ha1-, respectively and the maximum energy consumption was related to large farms. The largest share of consumption energy was related to diesel fuel at all farm levels. The energy ratio in small, medium and large farms was obtained 2.47, 2.49 and 2.13, respectively. Chickpea life cycle assessment results revealed that environmental impacts on medium-sized farms were lower than small and large sizes in all effect sections. Seed, diesel fuel, and agricultural machinery inputs had the largest share in diffusion of environmental indexes. According to energy consumption optimization results, the average of energy efficiency in small, medium and large farms was 93%, 88% and 90%, respectively which demonstrates that farmers of small farms have more precise information about proper production methods or have used different inputs at better time and in a more optimal amount.
    Keywords: Farm size, Chickpea, Life Cycle Assessment, Energy Optimization, Data Envelopment Analysis
  • Ali Kiapey, Mahdi Ghasemi Varnamkhasti *, Hossein Mousazadeh Pages 629-641

    Developing a robust and reliable estimation method to detect suspended sediment concentrations from various environmental and geomorphological aspects including water quality, riverbed sustainability engineering, flood management and aquatic habitats is an unavoidable necessity. In this research, a new approach has been developed using a combined optical-acoustic sensors and hybrid intelligence-based system of ANFIS modeling to predict the concentration of suspended river sediments. Also, two measurement systems were placed in a water tank in vitro, and every 50 seconds, 10 g of soil (passed through sieve 140) was added to the water as suspended sediment until the total sediment in the water was 100 grams. The operation was performed in 20 iterations and the output values ​​of the two measurement methods were given as inputs. Interface structure with only optical sensor inputs with higher efficiency coefficient of determination (R2) 0.94 and mean square error root mean square error (RMSE) 7.15 (gr) compared with the ultrasonic sensor inputs with coefficient of determination (R2) of 0.91 and root of the mean squared error was 8.72 (gr). Also, the highest efficiency of hybrid structure with two inputs of two measurement methods had coefficient of determination (R2) 0.97 and root mean square error was 5.26 (gr). According to the results, the best distance between receiver and transmitter in the ultrasonic sensor was between 8 and 15 cm and the use of hybrid system in sediment estimation was more efficient with an error of 3 and 1.5 percent less than the error of separate ultrasonic and optical systems.

    Keywords: Suspended sediment concentration, Optical sensor, Ultrasonic sensor, ANFIS modeling