Kereste Kurutmada Yeni Trend: Yüksek Frekans Süleyman KORKUT Düzce Üniversitesi Orman Fakültesi, Düzce,

Transkript

1 Kereste Kurutmada Yeni Trend: Yüksek Frekans Süleyman KORKUT Düzce Üniversitesi Orman Fakültesi, Düzce, Özet Uzun geçmişi olan mikrodalga kurutma teknolojisi günümüzde yüksek frekans(yf) uygulamaları ile tekrar öne çıkmaya başlamıştır. Bunun nedeni büyük ölçüde, katma değerli olmasına karşın kurutulması güç ağaç türlerinin kalın kerestelerinin, klasik kurutma metoduyla çok uzun sürelerde kurutulabilmesi ve istenen kalite düzeylerinin tam olarak elde edilememesidir. Bu noktada geçmişte özellikle yatırım maliyetleri ve teknolojik altyapı zorlukları nedeniyle yaygınlaşamayan bu yöntem tekrar cazip konuma gelmiştir. Bu kurutma metodunda prensip; vakumlu kurutma metoduyla çalışan fırınlarda, ısı kaynağının, çevreye tam uyum göstermeyen katı veya sıvı yakıtlar yerine elektrik enerjisi olmasıdır. Bu metot ile, ağaç malzemeye gönderilen elektromanyetik dalgaların meydana getirdiği ısıdan yararlanmak suretiyle, kalın ve güç kuruyan, başlangıç nemi yüksek olan ağaç türlerinin %10 un altındaki sonuç nemlerine kadar çok kısa sürelerde kurutulması amaçlanmaktadır. Derleme ağırlıklı bu çalışmada; öncelikle bu kurutma teknoloji hakkında genel bilgi verildikten sonra, bu konuda günümüze kadar yapılan orijinal çalışmalar özetlenerek kritiği yapılmış, son bölümde de özellikle metodun işletme giderleri, alternatif kullanım alanları, donanımı, yönetim sistemleri, ortaya çıkan kurutma süreleri ve kalite düzeyleri bir arada ele alınmıştır. Sonuç itibariyle, yapılan bilimsel ve pratiğe dayalı araştırmalar, belli çapa kadar yuvarlak yumuşak ağaçlarda dahil olmak üzere, özellikle ebatlı ve güç kuruyan bazı ağaç türlerinin bu yöntemle klasik yöntemlerin 1/10 na kadar varan kısa sürelerde kurutulmasının mümkün olabileceği konusunda bize ip uçları vermektedir. Ayrıca bu metodun kereste kurutma dışında diğer tarımsal ürünlerin ve atıklarında kurutulmasında rahatlıkla kullanılabileceği anlaşılmaktadır. Anahtar Kelimeler: Kurutma, Yüksek Frekans, Mikrodalga, Kurutma Süresi Abstract Nowadays, High Frequency (Hf) Drying Technology having a long history is being more and more attractive. Because other kiln drying methods have long drying times and imperfect drying qualities in drying hardwood and thick lumber. The principle of Hf drying largely combined with vacuum drying is to heat the wood by transmitting electromagnetic wave and to dry hardwood and thick lumber in the shortest drying times and good quality from high initial moisture content to low final moisture content under 10%. In this collected study, after some general information had been given on Hf drying method, original studies observed until today were summarized. In this last section, its operating expenses, equipments, management system, drying times, and drying quality levels were discussed. 1095

2 Finally, the experimental studies have given some impressions on its very fast drying times that reaches until 1/10 of conventional drying of dimensional and hardly dried tree species included some round woods which have an allowed diameter. Additionally, it appears that this technology could be easily used to dry some agricultural products and also its residues. Keywords: Drying, High Frequency, Microwave, Drying Times 1. Giriş ve Genel Bilgiler "Ağaç malzemede bulunan ve kullanım amacı için uygun olmayan suyun atılması işlemi" diye tanımlanan kurutma 100 yılı geçkin bir süredir farklı teknik kurutma yöntemleriyle yapılagelmektedir. Bu yöntemler içinde yaygın olanları, klasik, kondenzasyonlu ve vakumlu kurutma yöntemleridir. Bu yöntemler dışında, pek yaygın olmamakla beraber, yüksek sıcaklık ve Yf ile kurutma yöntemleri de mevcuttur. Bu yöntemlerden yüksek sıcaklıkta kurutma uygulaması daha çok yumuşak ağaç kerestelerinin daha kısa sürelerde kurutulmasını hedeflerken, Yf ile kurutma ise yumuşak ve sert ağaç türlerinin özellikle kalın kerestelerinin klasik kurutmaya göre çok daha kısa sürede ve kalite kaybı olmadan kurutulmasını amaçlamaktadır. Tabi bu yöntemin başarılı şekilde uygulanması vakumlu kurutmayla kombine edilmesiyle eşdeğerdir. Geleneksel teknik kurutma yöntemlerinde ısıtma iletkeni olarak havadan yararlanılmaktadır. Bu nedenle malzemenin ısınması yüzeyden iç kısımlara doğru olmaktadır. Bu durumda iç kısım yüzeye göre daha soğuk olmakta ve iç kısımlarında aynı sıcaklığa ulaşması zaman almakta, kurutma süresi de önemli oranda uzamaktadır. Yf uygulamasında ise, yüksek frekanslı akım sağlayan bir kondensatörden elde edilen elektromanyetik enerji, yalıtkan konumundaki ağaç malzemeye derinlemesine nüfuz etmekte ve rutubetin fazla olduğu iç kısımlardan itibaren ısınmayı sağlamaktadır. Bu sayede yeknesak, hızlı ve kurutma risklerini minimize eden bir kurutma işleminin gerçekleşmesi mümkün olabilmektedir. Geleneksel yöntemlerin aksine, kurutma ortamındaki nispeten soğuk olan havayla temas eden dış yüzey daha soğuk kalırken ortama olan ısı kaybı minimize edilmiş olur. Yf ile kurutmada ağaç malzemenin sabit ve hareketli olduğu iki uygulama şekli mevcuttur. Bunlar ağaç malzemenin, kondensatörün levhaları arasında sabit kaldığı statik ve kerestelerin bir bant üzerinde ilerlediği dinamik yöntemdir. Statik yöntemde, Yf uygulaması ağaç malzemeyi ısıtmayı temin ederken ilave edilen vakum tertibatıyla da vakumlu kurutmanın sağladığı hızlı ve güvenli kurutma olanakları tam olarak kullanılmaktadır(şekil 1). Dinamik yöntemde ise sistem, elektrodlardan birisini hareketli bandın oluşturduğu kanal şeklinde olup, kurutulacak kereste bu bant üzerinde ilerlemektedir (Şekil 2). Üstteki diğer elektrod sabit olup alt elektrodlardan farklı uzaklıklarda olacak şekilde yerleştirilir. Böylece değişik gerilimler sağlanabileceğinden, odun ilerledikçe, kanalın çeşitli kısımlarında kerestenin durumuna uygun olarak güç ayarlaması yapılabilir. 1096

3 Şekil 1: Yüksek Frekans-Vakum kombinasyonlu kurutma sistemi(statik yöntem) (Resch and Hansmann,2002) Şekil 2: Yüksek frekanslı, bantlı kurutma sistemi(dinamik yöntem) (Kantay, 1993) 1. Taşıma bandı, bu aynı zamanda "soğuk" elektrodtur. 2. Üst sıcak elektrod 3. Rutubetli hava çıkışı 4. Kanala sıcak hava girişi 5. Taşıma bandı hareket motoru 6. Yüksek frekans jeneratörü 7. Transformatör Yf ile kurutma uygulamalarını genel olarak değerlendirdiğimizde; temiz bir ısı kaynağı olduğu, dolayısıyla atık bırakmadığı, kereste dışındaki fırın ekipmanlarının ısıtılmasına ihtiyaç göstermediği için yaklaşık %40-50 düzeyinde enerji verimliliği sağladığı, çok rutubetli kısımların çok, az rutubetli kısımların daha az enerji çekmesi nedeniyle homojen ve seçici bir kurutmanın yapılabildiği, işletme ve bakım masraflarının düşük olduğu, kısa kurutma sürelerinden dolayı depolama tasarrufu ve hızlı nakit akışı sağladığı ve iç çatlağı, kömürleşme 1097

4 ve renk değişikliği riskleri olmakla beraber, klasik kurutmaya göre daha kaliteli son ürün elde edilebildiği ifade edilebilir. Bütün bunlara karşın, yatırım maliyetlerinin yüksek oluşu, komplike bir altyapıya ihtiyaç göstermesi, özel güvenlik tedbirlerine ihtiyaç göstermesi sistemin dezavantajları gibi görünmektedir (Burdurlu, 1995). 2. İlgili Bazı Araştırmalar ve Kritiği 1930'lu yıllardan itibaren üzerinde araştırmalar yapılan Yf ile kereste kurutma uygulamaları son dönemde daha çok vakumlu kurutmayla kombine edilmiş ve yapılan orijinal çalışmalarda bu doğrultuda olmuştur. Resch, 2003; "Odunun Vakumlu kurutma ile combine edilmiş yüksek frekansla(yfv) ısıtılması" başlıklı derleme çalışmasında son dönemde yapılan araştırmalar ve elde edilen sonuçlar aşağıda özetlenmiştir: YfV kurutma ile ilgili ilk yayınlar 1934 yılında Rus bilim adamları tarafından yapılmış, ilk patent ise 1945 yılında alınmış, ilk endüstriyel uygulaması yılları arasında Moskova'da bulunan Rusya bilim akademisi tarafından yapılmıştır. Yapılan model fırın, 10 m 3 kereste kapasiteli ve 3x3x8 m ölçülerinde olmuştur. Avrupada'ki endüstriel uygulaması 2000 yılında, ABD deki uygulaması ise 1976 da yapılmıştır. Japonya'da da bir çok işletme benzer uygulamalar yapmıştır da ABD de ilk ticari YfV fırını 20 m 3 kereste kapasiteli ve kırmızı meşeden imal mobilya parçalarının kurutulması amaçlı olarak inşa edilmiştir. Daha sonraki süreçte ise 23 ve 75 m 3 kapasiteli ticari fırınlar inşa edilerek, bu fırınlarda sert ve yumuşak ağaçların kalın keresteleriyle kurutma denemeleri yapılmıştır. Yeni proses ve yeni fırın ekipmanlarının ekonomik değerlendirmesi için mevcut kurutma metodlarının maliyetlerinin bilinmesi gerekirken diğer yandan sermaye, yatırım ve enerji giderleriyle çevre kirliliği ve benzeri kriterlerin ele alınması gerekmektedir. HfV kurutma ile sert ağaç mobilya parçalarının ve Kanada yumuşak ağaçlarının kurutulması ile ortaya çıkan uygun sonuçlar ve makul maliyetler bu tekniğin gelişmesine olumlu katkı sağlamıştır. Yapılan orijinal araştırmalardan birinde, 100 mm kalınlığında kırmızı meşe mobilya parçalarıyla yapılan kurutmada, %82 başlangıç neminden %6 sonuç nemine 66 saatte ulaşılabilmiştir. Enerji gideri 7.7 MJ/kg (1 kg suyun buharlaşması için harcanan enerji 2.14.kWh/kg) şeklinde gerçekleşmiştir. Ortaya çıkan kısa kurutma süresi ve kusursuz ürün elektrik giderlerini kompanze edebilmiştir. Kanada'da yapılan diğer bir çalışmada, 101 mm kalınlıkta yumuşak ağaç kerestesi taze halden %15 neme kadar kurutulduğunda enerji gideri 4.64 MJ/kg (1.29 kwh/kg) şeklinde gerçekleşmiştir. Yine kalın yumuşak ağaçlarla yapılan bir çalışmada, %60 nemden %18 neme kadar kurutmada 5.3MJ/kg veya 1.47 kwh/kg enerji gideri oluşmuş, bunun 1 m 3 keresteye yansıması yaklaşık 232 kwh/m 3 olarak gerçekleşmiştir. 3. Sonuç ve Tartışma Anlaşılacağı üzere bu kurutma sistemi, yüksek ilk yatırım maliyetlerine karşın, makul diyebileceğimiz işletme giderleri, çok kısa diyebileceğimiz kurutma süreleri ve yüksek kurutma kalitesiyle, özellikle vakumlu kurutma ile kombine edildiğinde, kurutmaya hassas ağaç türlerinin ebatlı kerestelerinin kurutulması için ideal görünmektedir. Diğer yandan bu sistem günümüzde sadece kereste kurutmada değil, narenciye ürünleri, tarımsal ve diğer çevresel atıkların kurutulmasında da kullanılabilmektedir. Bu noktada, çevresel atıkların geri kazanımı olarak ifade ettiğimiz biyoenerji çevriminde kurutucu olarak bu sistemin kullanılması daha makul görünmektedir. Yine bu sayede kapsamlı bir alt yapıya ihtiyaç 1098

5 gösteren meyve suyu üretiminin daha sade ve ekonomik diyebileceğimiz bir yatırım altyapısıyla yapılabilmesi mümkün olabilir. Ayrıca bu yöntemle, bilinen diğer teknik kurutma yöntemleriyle istenen sonuç nemlerine kadar kusursuz şekilde kurutulamayan ve kütük ev yapımında kullanılan yuvarlak ağaç malzemenin ve meşe gibi kurutmaya hassas ağaç türlerinden imal edilen büyük ebatlı kiriş ve kolonların makul sürelerde kurutulması söz konusu olabilmektedir. Kaynaklar Resch, H., Hansmann, C Tests to dry thick Eucalyptus boards in vacuum using high frequency heating, 4th COST E15 Workshop Methods for Improving Drying Quality of Wood 30/31 May 2002, Santiago de Compostela, Spain Kantay, R Kereste Kurutma ve Buharlama, Ormancılık Eğitim ve Kültür Vakfı, Yayın No: 6 İstanbul Burdurlu, E Kereste Endüstrisi ve Kurutma Kitabı. Ankara Resch, H High-Frequence Heating Combined with Vacuum Drying of Wood. 8th International Wood Drying Conference, Nanjing-China 1099