Thermo-economic Analysis of Red Pepper Drying in a Small Scale Greenhouse Type Dryer

Transkript

1 Politeknik Dergisi Journal of Polytechnic Cilt:7 Sayı: , 04 Vol: 7 No: , 04 Küçük Ölçekli Sera Tii Bir Kurutucuda Kırmızı Biber Kurutulmasının Termoekonomik Analizi Seyfi ŞEVİK *, Mustafa AKTAŞ, Hikmet DOĞAN, Adem YILMAZ 3 Gazi Üniversitesi Teknoloji Fakültesi, Enerji Sistemleri Mühendisliği Bölümü, Beşevler / ANKARA 3 Batman Üniversitesi Teknoloji Fakültesi, Enerji Sistemleri Mühendisliği Bölümü, BATMAN * Sorumlu Yazar (Corresonding Author e-osta: seyfisvk@hotmail.com Digital Object Identifier (DOI : 0.339/04.7.4, 43-5 ÖZET Bu çalışmada, küçük ölçekli bir sera tii kurutucu tasarlanmış ve imal edilmiştir. Polikarbonat levha, kalama malzemesi olarak kullanılmıştır. Hareketli bakır kanatçıklı yüzeyler kullanılarak havanın ısıtılması ve dağılımı sağlanmıştır. Sistem elektrik enerjisi gereksinimi fotovoltaik (PV ünitesi ile sağlanmıştır. Sistem verimi kırmızı biber kurutularak deneysel olarak incelenmiştir. Kırmızı biberler.5 g su/g kuru madde başlangıç nem miktarından son nem miktarına kadar farklı hava sıcaklıklarında kurutulmuştur. Kurutucu içerisinde hava hızı ortalama 0.34 m/s ölçülmüştür. Sistemin yıl içinde 0 gün tam verimli kullanılması halinde geri ödeme süresi 4.5 yıl olarak hesalanmıştır. Deney sonuçlarına göre zorlanmış taşınımlı sera tii kurutucunun verimi % 3-7 arasında hesalanmıştır. Bu sistem, güneş enerjisinin yeterli olduğu aylarda kurutucu olarak kullanılabilmesinin yanında kış aylarında sera olarak da kullanıma olanak sağlamaktadır. Anahtar Kelimeler: Sera tii kurutucu, Kurutma, Kırmızıbiber, Polikarbonat levha, Enerji analizi Thermo-economic Analysis of Red Peer Drying in a Small Scale Greenhouse Tye Dryer ABSTRACT In this study, a small scale greenhouse tye dryer was designed and manufactured. Polycarbonate cover was used as covering material. Heating and distribution of air was rovided by using a moving coer finned surface. The system electricity energy requirement was rovided by hotovoltaic (PV unit. The efficiency of system was examined exerimentally by drying red eers. Red eers were dried from.5 g water/g dry matter initial moisture content to final moisture content at the different air temeratures. Drying air velocity was measured average 0.34 m/s. The ayback time of system was calculated as 4.5 years when using 0 days in one year. The drying efficiency of forced convection greenhouse tye dryer was calculated between the 3% and 7% according to exerimental results. This system, when sufficient of solar energy considered can be used as dryer, also it can be used as greenhouse in winter. Keywords:Greenhouse tye dryer, Drying, Red eer, Polycarbonate sheet, Energy analysis. GİRİŞ (INTRODUCTION Gıdaların uzun süre saklanabilmesi ve güvenle tüketilebilmesi için bir takım işlemlerden geçirilmesi, sonrasında ise uygun saklama koşullarına uyarak tüketilmesi gerekir. Gıdaların uzun süre saklama koşullarının oluşturulması işlemlerinin başında da kurutma işlemine tabi tutmak gelmektedir. Kurutma, yüksek enerji gerektiren bir işlem olduğundan kurutma üniteleri etkin ve alternatif enerji kaynaklarına ihtiyaç duyarlar. Günümüzde kurutma işlemi için ek çok yöntem uygulanmaktadır. Bu yöntemlerden birisi de güneş enerjisi ile kurutma yöntemidir. Güneş enerjisinin en önemli özelliği yenilenebilir bir enerji kaynağı olmasıdır []. Güneş enerjili kurutucular, sera tii ve kolektörlü olmak üzere iki tite değerlendirilebilir. Sera tii bir kurutucu bir güneş kolektörü olarak da düşünülebilir. Buna ek olarak ürün yetiştirilen seralarda da ürün yetiştirmenin yanında kurutma işlemi ile ürün de kurutulabilmektedir. Sera tii kurutucularda genellikle cam ve naylon kullanılmakta ve bu kurutucular yarı küre, kubbeli, tünel vb. yaı şekillerinde olabilmektedir. Dijital medya, elektronik cihazlar, otomobil ve tıbbi cihazlar dahil olmak üzere ek çok uygulama alanında geniş bir yelazede kullanılan olikarbonat; branda, cam veya buna benzer malzemelere karşı oldukça dayanıklı bir ürün olması nedeniyle özellikle seralarda aneller halinde kullanılmaktadır. Ayrıca, ışık geçirgenlik indeksinin (% 85 ± yüksek olması, kırılma indisinin.586, ısı iletkenliğinin 0.9 W/mK, mukavemeti, ısıl kararlılığı ve ısı yalıtımının iyi olması [] nedeniyle de seralarda cam ve naylona alternatif olarak kullanılmaktadır. Literatürde tünel tii başta olmak üzere farklı tilerde sera kurutucular ve kırmızı biber kurutma ile ilgili birçok çalışma bulunmaktadır. Sera tii bir kurutucu içerisinde ve dış ortamda; çekirdeksiz üzüm ve incir [3], Kütahya vişne çeşidi [4] ve dört farklı ti fındık [5] kurutmuşlardır. Muller vd, (989, tarafından yaılan sera tii bir aktif kurutucuda aromatik ve baharat bitkileri 43

2 Seyfi ŞEVİK, Mustafa AKTAŞ, Hikmet DOĞAN, Adem YILMAZ/POLİTEKNİK DERGİSİ, CİLT 7, SAYI 4, 04 kurutulmuştur [6]. Trim ve Ko (98 tarafından çift katlı olietilen absorberli sera tii güneş kurutucusu tasarlanmış ve kırmızı biber kurutmuşlardır [7]. Kırmızı biberin kurutma karakteristikleri ek çok araştırmacı tarafından incelenmiştir [8-]. Manohar ve Chandra (000 ve Jain ve Tiwari (004 kurutma işlemlerini doğal ve cebri havalandırmalı sera tii kurutucularda gerçekleştirmişlerdir [- 3]. Koyuncu (006 ise iki farklı doğal dolaşımlı sera tii ürün kurutucusunun erformanslarını test etmiştir [4]. Ahmad (00, Jain (005, Roux vd, (00 ve Yelmen (00 gibi bazı araştırmacılar sera kurutucusunun bir kısmını kolektör olarak kullanmışlardır [5-8]. Tünel tii güneşli kurutma sisteminde üzüm [9], ananas [0], domates [], biber [] ve benzeri ürünler rahatlıkla kurutulabilmektedir. Khiari vd, (004 tarafından sera tii güneşli tünel kurutucuda kuruma özellikleri deneysel ve matematiksel olarak incelenmiştir [3]. Arıca, serada tahıl kurutma çalışmaları [4-7] ve kurutucunun modellenmesi çalışmaları yaılmıştır [3,6,,8]. Barnwal ve Tiwari (008, hibrid PVtermal sera kurutucuda üzüm kurutulmasını incelemişlerdir [9]. Janjai vd, (0, olikarbonat örtü Bu çalışmada, küçük ölçekli bir sera tii kurutucu tasarlanı imal edilerek enerji, kurutma ve ekonomik analizleri yaılmıştır. Bu çalışmanın yaılan çalışmalardan farklı olarak en önemli ayırt edici özelliği sera tii kurutucunun olikarbonat levha ile örtülmüş kubbeli yüksek bir yaıda olmasının yanında sera tabanının ısı emme ve deolama yeteneğinin arttırılmış olmasıdır. Ayrıca, tasarlanan ısı deolama ve ısı transfer düzeneğinin sisteme eklenmesi ile ısının transfer şekli ve hızı emiş fanı ve üfleme fanı vasıtasıyla arttırılmasıyla çift etkili sirkülasyonun oluşturulmasıdır. Kurutucu, ürünlerin kısa sürede, kaliteli ve kontrollü bir şekilde kurutulabilmesi için tasarlanmıştır. Polikarbon malzemenin basit ve ucuz olması genel tasarım için malzeme seçiminde önemli bir faktör olmuştur. Buna karşın malzemenin inşa sırasında kolay zarar görebilmesi ve güneş ışığı altında açık havada ömürlerinin kısa olması (4-5 yıl gibi dezavantajları da dikkate alınmıştır. Düşük enerji maliyeti ve yatırım maliyeti ile kontrollü sera tii bir kurutucu imal edilmiş ve kırmızı biber kurutulmasıyla deneysel olarak analiz edilmiştir.. MATERYAL VE YÖNTEM (MATERIALS AND METHODS Sera tii kurutucular genellikle torak veya beton zemin üzerine kurulmakta ve cam veya naylon örtü ile kalanmaktadır. Tasarlanarak imalatı yaılan sera tii kurutucu ise özel tasarlanan bir zemin üzerine inşa edilen bir iskele ve termolastiklerin özel bir grubunu oluşturan olikarbonat levha ile kalanmış bir sera örtüsünden oluşmaktadır. Kurutucu zemini; tabanına serilmiş siyaha boyanmış alüminyum sac levha ve levhanın Şekil. Sera tii kurutucu kullanılan sera kurutucusunun troikal çevre şartlarında modellenmesini ve testini yamışlardır [30]. Benzer olarak olikarbonat örtü kullanılan bir tünel kurutucuda Salih-oğlu vd, (007 çamur ve Srisittiokakun vd, (0 Tayland a özgü bir bitki kurutmuşlardır [3,3]. altında 4 cm XPS yalıtım malzemesinden oluşmaktadır. Ayrıca, ısı deolama ve ısı dağılımının düzgün olabilmesi için sera içerisine bir düzenek yerleştirilmiştir. Bu düzenek; levhanın üzerinde ve fana yakın bölgede olu ısı emici ve hava yönlendirici bakır kanatçıklardan oluşmaktadır. Ek olarak, havayı yönlendirmek için hareketli hava yönlendirici kanatçıklar yerleştirilmiştir. Kurutma sistemi, kurutulacak ürün miktarına göre güneşten kazanılacak enerji miktarı hesalanarak boyutlandırılmıştır. Kurutucunun boyutları m x.5m x m olu ürün tiine ve şekline bağlı olarak ürün kaasitesi 5 kg ila 0 kg dır. Sera tii kurutucuya ait deney düzeneği Şekil de görülebilir. 44

3 KÜÇÜK ÖLÇEKLİ SERA TİPİ BİR KURUTUCUDA KIRMIZI BİBER KURUTULMASININ TERMOEKONO, CİLT 7, SAYI 4, 04 T; dış hava sıcaklığı (C, RH; dış hava bağıl nemi (%, T; kurutucu iç hava sıcaklığı (C, Ty; havanın ilk temas ettiği noktadaki metal yüzey sıcaklığı (C, Ty; nolu noktadaki metal yüzey sıcaklığı (C, Ty3; 3 nolu noktadaki metal yüzey sıcaklığı (C, Ty4; olikarbonat levhanın iç ve dış yüzey sıcaklıkları (C, Ty5d; alüminyum çıta dış yüzey sıcaklığı (C, v; kurutucuya giriş hava hızı (m/s, v; ürün üzerinden geçen hava hızı (m/s. Tablo de sera tii kurutucuda kullanılan ekimanlar ve özellikleri, Tablo de deneyler esnasında kullanılan cihazlar ve özellikleri verilmiştir. Tablo 3 te ise olikarbonat levhanın özellikleri verilmiştir [33]. Tablo. Sera tii kurutucuda kullanılan ekimanlar ve özellikleri Ekimanlar Özellikleri Fanlar 50 Hz, 0 V, 0. A, 50 m 3 /h İnverter Akü (3 adet Şarj kontrolörü PV aneller (3 adet 00 W, DC-AC V-0V, 50Hz V 40 Ah, PB Ah, V, C LS040-3M, max. güç 40 W/adet, max. voltaj 7.6V, 535x635x35 (mm, 5 % gönderilmektedir. Hava, siyaha boyanmış alüminyum sac, alüminyum sac üzerinde yer alan lakalar ve hava yönlendirici bakır kanatçıklara çartırılmaktadır. Bu sayede hem ısı transfer yüzey alanı arttırılmış hem de hava ürün üzerine yönlendirilmiştir. Üzerine ısı enerjisi alan ortalama 0.34 m/s hızındaki hava, raflardaki ürünlerle temas ettirilmektedir. Burada ürüne bir miktar ısı verilirken üründen de havaya kütle transferi olu, üzerine bir miktar nem alan hava üfleme fanı vasıtasıyla dışarıya atılır. Deneyler sırasında debileri 50 m 3 /h olan emiş ve üfleme fanları devamlı olarak ve sabit hava hızında çalıştırılmıştır. Açık havada güneşe sererek ve gölgede sererek kurutma denemelerinde kurutulan ürünler, ahşa malzemeden imal edilen, yerden yüksekliği 0.5 m ve boyutları.m x.5m x.6m olan ince tel elekle kalı raflı kurutma sehasına serilerek kurutma işlemi gerçekleştirilmiştir... Teorik Analiz (Theoretical Analysis Açık sistem için Termodinamiğin birinci kanunu na göre enerjinin korunumu; W m gh h çh h gh V ç V g ( Sera tii kurutucuda havaya birim zamanda aktarılan ısı enerjisi; A. u.. c.( T ç Tg ( Tablo. Deneyler esnasında kullanılan cihazlar ve özellikleri Ekimanlar Özellikleri Ölçüm aralığı Hassasiyet Tolam hata Sıcaklık ve nem ölçüm cihazı NTC sensor % 5-95 RH 0-50 C % C % C Sıcaklık sensörü 0 mv/ o C C 0. C C Hız ve sıcaklık cihazı NTC sensor C, 0-0 m/s 0.0 m/s 0. C m/s 0.73 C Solar metre mikron sektrum 0-00 W/m % 3 % 3.04 Sıcaklık ölçüm cihazı kanallı elektronik J tii C 0. C 0.87 C Loadcell mv/v 0-50 kg % kg % 3 kg Dijital tartı 0 V g 0.0 g 0.05 g Termometre (termokul K tii termokul girişli C 0. C 0.4 C Tablo 3. Polikarbonat (PC levhanın özellikleri Kalınlık (mm Maksimum genişlik (mm Görünür ışık geçirgenliği Kızılötesi radyasyon geçirgenliği Hava yeteneği Nihai gerilme kuvveti (N mm - Yırtılma mukavemeti (N mm - Kırılma indisi Isı iletkenliği (W/mK İyi Kurutma için gerekli olan ısı enerjisi güneş ışınımı ile karşılanmaktadır. Sistemde ışınımla gelen enerjinin bir kısmı, sera içerisinde güneş gören emici lakada deo edilmekte, ışınım ve taşınım yolu ile sera içerisine yayılmaktadır. Yani sera bir havalı güneş kolektörü gibi kullanılmaktadır. Dış hava, fan yardımıyla emilerek kurutucuya.3 m/s hava hızında ya da; (3 m.( h h ile hesalanır. Üründen birim zamanda uzaklaştırılan nem miktarı; 45

4 Seyfi ŞEVİK, Mustafa AKTAŞ, Hikmet DOĞAN, Adem YILMAZ/POLİTEKNİK DERGİSİ, CİLT 7, SAYI 4, 04 m.( (4 ile hesalanır. Seranın kazandığı ısı enerjisi; gelen A. I Seradan atılan nemli havanın ısı enerjisi; atilan m h. ch.( Tç Tg (5 (6 Serada oluşan ısı kayıları; K. A. T (7 kayi Eşitlikteki tolam ısı geçiş katsayısı (K; K α iç α diş ile hesalanmıştır. d d λ λ d λ n n (8 duyulur ısı transferinden dolayı; A. D. c..( T T 3 ü ü ü ü ü h (4 ( Kurutucunun içinde havanın kazandığı ısı enerjisi (havanın giriş ve çıkışından dolayı; V.[(. c. T (. c. T 4 h h ç h h g ] (3 Kurutucunun içindeki havadan çevre havasına olan ısı geçişi; U. A.( T T 5 dh h Sera örtüsünden tolam ısı kayı katsayısı; U k (4 (5 Isı taşınımından dolayı ürün ve hava arasındaki ısı enerjisi; Şekil. Sera tii kurutucunun enerji dengesi Sera tii kurutucu içindeki havanın enerji dengesi (9 Enerji dengesi incelendiğinde kurutucunun içindeki havanın tolam ısı enerjisi; dt h m. h c h (0 dt Güneş radyasyonu ile kurutucunun içindeki hava tarafından emilen enerji; [( Rü.( d (. R ]. I. A. ( Ürünün havadan kazandığı ısı enerjisi (havadan ürüne ü ü t A. h.( T T (6 6 ü üh ü h Isı taşınımından dolayı döşeme ve hava arasındaki ısı enerjisi; A. h.( T T 7 d dh d h Zorlanmış dolaşımlı sistemin kurutma verimi; (7 ( YA KA. L x00 A. I (8 ile hesalanmıştır. A. I ; seranın her bir yüzey alanına gelen güneş ışınım şiddeti ölçülerek bulunmuştur. 46

5 KÜÇÜK ÖLÇEKLİ SERA TİPİ BİR KURUTUCUDA KIRMIZI BİBER KURUTULMASININ TERMOEKONO, CİLT 7, SAYI 4, 04 Şekil 3 te kurutma sisteminin taslak sikrometrik analizi verilmektedir. Şekle göre; şartlarındaki dış hava, kurutma öncesi sera kurutucusunun bir miktar duyulur olarak ısınmasıyla şartına ulaşır. şartında ürün sera kurutucusu içerisine konularak kurutma deneyi başlar. -3 şartları ise kurutma esnasındaki değişimi göstermektedir. Burada, sera ile birlikte aynı zamanda ürün de ısıtıldığından bir taraftan buharlaşma olurken bir taraftan da kütle transferi nedeniyle nem artışı söz konusudur ve kurutma havası seradan kadar nemi bünyesine nem alarak 3 şartında emiş fanı sayesinde kurutucu dışına atılır. Kurutucu içerisindeki yük miktarına, dışa hava şartlarına göre veya ürünün seradaki raflara koyulma zamanına göre taslak grafik değişiklik gösterebilir. Şekil 3. Kurutma sisteminin taslak sikrometrik analizi Sera tii kurutucuda deneyler esnasında sıcaklık, hava hızı, bağıl nem, güneş ışınımı ve ağırlık ölçümü yaılmıştır. Ölçümlerde ortaya çıkabilecek hatalar deneylerde kullanılan cihazlara bağlı olarak değişmektedir. Elde edilen deneysel veriler için ölçülen değerlerin doğruluğunu etkileyen en önemli etken ise deneyler esnasında oluşabilecek hatalardır. Bu durumda ortaya çıkan hatalar dikkate alınarak tolam hata R W R w x / R R w w n x xn (9 eşitliği ile hesalanmıştır [34]. Eş. 9 da R ölçülmesi gereken büyüklük (sıcaklık, bağıl nem, hava hızı, vb, bu büyüklüğe etki eden değişkenler ise x, x, x 3,...x n şeklindedir. Her bir bağımsız değişkenlere ait hata oranları w, w, w 3,...w n ve R büyüklüğünün tolam belirsizliği W R olarak ifade edilmiştir. Sistemde, sıcaklık, hız, zaman, bağıl nem, güneş radyasyonu, kütle kayılarının ölçümünde yaılan hatalar ve diğer hatalar hata oranlarını oluşturmaktadır. Örneğin hız ölçümünden kaynaklanan hatalar; anemometrenin hassasiyetinden, debi kaçaklarından ve okumadan kaynaklanan hatalardan oluşmaktadır. Verilen eşitlikten elde edilen hata değerleri Tablo de verilmiştir... Kırmızı biberlerin Kurutma İşlemi İçin Hazırlanması (Red eer Prearation for Drying Taze kırmızı biberlerin sa, tohum ve tohum evleri alındıktan sonra elde edilen ortalama etli kısım % 69-74, kuru kırmızı biberlerde ise % arasında değişmektedir. Tohum ve sa oranının düşük olması, kuru biberlerin yarak ve toz biber üretiminde randıman değerlerinin artmasında önemli rol oynamaktadır []. Bu nedenle kurutulacak olan kırmızı biberlerin etli olanları seçilmiştir. Kırmızı biberler salarından arındırılı tohum evleri temizlendikten sonra ortalama 5 mm kalınlığında boyuna dilimlenmiştir. Öncelikle kırmızı biberlerin başlangıç nem miktarı etüv fırınında TS-34 standardına göre deneyler yaılarak belirlenmiştir [35]. Başlangıç nem miktarları belirlenmiş olan kırmızı biberler kurutucuda kurutma sehasına yerleştirilerek, kurutma işlemine hazır hale getirilmiştir..3. Kurutma Analizi (Drying Analysis Kırmızı biberlerdeki yaş ve kuru esasa göre hesalanan nem içeriği değerleri için; M YA M KA YA KA YA YA KA KA (0 ( eşitliklerinden faydalanılır []. Kurutma deneyleri sırasında kırmızı biberlerdeki nem oranı ve kuruma hızı değerleri ise; MR M M 0 M DR tdt dt M eşitlikleri ile hesalanır []. t ( (3 3. BULGULAR VE TARTIŞMA (RESULTS AND DISCUSSION Biber hasat mevsimi ile güneş enerjisi otansiyelinin birbiriyle örtüşmesi ile güneş enerjisinden yararlanarak kurutma yamayı mümkün kıldığından tasarlanan ve imalatı yaılan sera tii kurutucunun kullanım olanakları ve verimliliği kırmızı biber kurutularak incelemiştir. Deneyler; ölçüm değerleri; Haziran 0 tarihlerinde (3 gün sabah saat da başlayarak her 30 dakikada bir alınmıştır. Sistem % 00 dış hava kaynaklıdır. Sistemde kullanılan fan ve yönlendirici kanat motorunda enerji harcaması olu PV ünitesinden beslenmektedir. Dilimlenmiş kırmızı biberler, ortalama 0.34 m/s sabit hava hızında ve değişken kurutma havası sıcaklığında sera içerisinde, güneşe sererek ve gölgede olmak üzere üç farklı alanda kurutulmuştur. Kurutma sisteminde kırmızı biberler.5 g su/g kuru madde başlangıç nem miktarından 0. g su/g kuru madde son nem miktarına kadar kurutulmuştur. 47

6 09:00 09:30 0:00 0:30 :00 :30 :00 :30 3:00 3:30 4:00 4:30 5:00 5:30 6:00 6:30 7:00 7:30 8:00 8:30 9:00 9:30 09:00 09:30 0:00 Seyfi ŞEVİK, Mustafa AKTAŞ, Hikmet DOĞAN, Adem YILMAZ/POLİTEKNİK DERGİSİ, CİLT 7, SAYI 4, 04 Onat (00, havalı güneş kolektörü ile kırmızı biber kurutmuştur. Kırmızı biber için en uygun kurutma havası hızının 0.5 m/s olduğunu belirtmiş, buna ek olarak 65 C nin üzerindeki kurutma işlemlerinde biberlerin renklerinde esmerleşme olduğunu ve 70 C nin üzerinde ise biberlerde yanma olduğunu gözlemlemiştir [36]. Koç vd, (004 çalışmalarında açık havada kırmızı biberlerde hızlı kuruma olmasına karşın, L-askorbik asit (C vitamini ve renk seviyeleri incelendiğinde kurutucu ile kurutulan biberlerde elde edilen değerlerin açıkta kurutulan biberlerden daha yüksek olduğunu belirtmişlerdir [37]. Makaracı (006, açık havada, fırında ve mikrodalga fırında olmak üzere üç farklı kurutma yönteminin kırmızı biberlerde aflatoksin oluşumu üzerine etkisini incelemiş ve kullandığı hiçbir kurutma yönteminde aflatoksine rastlamamıştır [38]. Yaılan bu çalışmalara göre, sera tii kurutucunun yukarıda belirtilen, kırmızı biber için en uygun kurutma havası hızının 0.5 m/s olduğu ve 65 C nin altında kurutulması gerektiği yönündeki, tavsiyelere uygun olarak kurutma uygulaması gerçekleştirilmiştir. Deneylerde dilimlenmiş kırmızı biberler ortalama 0.34 m/s hava hızında ve 4-6 C arasında değişen kurutma havası sıcaklığında sera içerisinde kurutulmuştur. Deneyler sırasında belirli noktalardan her yarım saatte bir sıcaklık, bağıl nem, güneş ışınımı değerleri ve tek noktadan ağırlık ölçülmüştür. Kurutma deneylerine ait ölçüm değerleri Şekil 4 teki grafikte gösterilmiştir. Buna göre dış hava sıcaklığı 8-40 C, kurutma havası sıcaklığı 4-6 C, güneş radyasyon değerleri W/m aralığında ölçülmüştür. Ayrıca, grafikte gösterilmeyen alüminyum sac üzerindeki yüzey sıcaklık değerleri C arasında, olikarbonat yüzey sıcaklık değerleri ise C aralığında ölçülmüştür. Şekil 4. Kurutma deneylerine ait sıcaklık, bağıl nem ve güneş ışınımı değerleri T; dış hava sıcaklığı (C, RH; dış hava bağıl nemi (%, T; kurutucu iç hava sıcaklığı (C, RH; kurutucu iç hava bağıl nemi (%, S. Rad; güneş ışınımı (W/m. Dış ortam şartları deney sonuçlarını doğrudan etkilemektedir. 3 ayrı kurutma işleminde her gün için bir sonuç elde edilerek ve her işlem için 3 farklı deney sonuçları alınarak deneyler 3 günde tamamlanmıştır. Birinci ve ikinci gün dış hava şartları birbirine çok yakın olmasına rağmen üçüncü gün deneyi daha düşük dış hava sıcaklığında gerçekleştirilmiştir. Birinci ve ikinci gün deneylerinde hava şartlarının benzer olması deney sonuçlarının da benzerlik oluşturmasına neden olmuştur. Üçüncü deneyde ise, dış hava sıcaklığının düşük olması ürün kurutma süresini uzatmıştır. Kurutma süresinin uzun olması istenmeyen bir durumdur. Ürün ne kadar kısa sürede kurutulursa, o kadar iyi kalitede ürün elde edildiği bilinmektedir. Kurutucu içerisinde kurutma havası sıcaklığı kurutma süresi boyunca dış ortam sıcaklığına aralel olarak yükselen bir eğilim izlemektedir. Bu artış eğilimine göre kurutma hızı da artmaktadır. Yığın kalınlığı ve kaladığı yüzey alanı eşit olarak seçilen yaş kırmızı biberlerin her bir kurutma yöntemi (Kurutucuda, güneşte ve gölgede için nem içeriği, nem oranı ve kuruma hızı değerleri eşitlikler 0-3 ten hesalanarak Şekil 5, Şekil 6 ve Şekil 7 de verilmiştir. Nem İçeriği (g su/g kuru madde :30 :00 :30 :00 :30 3:00 3:30 4:00 4:30 5:00 5:30 6:00 Günün zamanı 6:30 7:00 7:30 8:00 Şekil 5. Kurutucuda, güneşte ve gölgede kurutulan kırmızı biberlerin nem içeriği değerleri Şekil 5 te görüldüğü gibi kurutucuda gerçekleştirilen deneylerde nem içeriğinde gölgede ve güneşte kurutmaya göre daha hızlı bir düşüş gerçekleşmiştir. Nem Oranı (% 0,8 0,6 0,4 0, 0 MR MC Günün zamanı Şekil 6. Kurutucuda, güneşte ve gölgede kurutulan kırmızı biberlerin nem oranı değerleri Şekil 6 da kurutucu içerisindeki ürünlerin nem oranı değişimi güneşte ve gölgede yaılan kurutmaya göre daha hızlı olduğu görülebilir. Şekil 5, 6 ve 7 deki ana unsur sera tii kurutucuda hava sıcaklığının artırılması ile havanın bünyesine alabileceği nem miktarı artmış, böylelikle de kurutma hızı sera tii kurutucuda artmıştır. Kurutucuda, daha yüksek sıcaklıktaki hava ürün ile temas ettiğinde kurutma hızlanmıştır. Genel olarak en yüksek kurutma hızı sera tii 8:30 9:00 9:30 0:00 0:00.Deney Kurutucuda.Deney Kurutucuda 3.Deney Kurutucuda. Deney Güneşte.Deney Güneşte 3.Deney Güneşte.Deney Gölgede.Deney Gölgede 3.Deney Gölgede.Deney Kurutucuda.Deney Kurutucuda 3.Deney Kurutucuda.Deney Güneşte.Deney Güneşte 3.Deney Güneşte.Deney Gölgede.Deney Gölgede 3.Deney Gölgede 48

7 KÜÇÜK ÖLÇEKLİ SERA TİPİ BİR KURUTUCUDA KIRMIZI BİBER KURUTULMASININ TERMOEKONO, CİLT 7, SAYI 4, 04 kurutucuda elde edilmiştir. Güneşe sererek kurutmanın ilk evresinde serada ve gölgede kurutmaya göre biraz hızlı olmuş ancak sonrasında serada kurutmaya göre çok yavaşlamıştır. Deneyler sonuçlandığında sera tii kurutucuda kırmızı biberler 0. g su/g kuru madde son nem miktarına ulaşmasına rağmen aynı süre içerisinde diğer alanlardaki ürünler bu nem değerine kadar ulaşamamıştır. Kuruma hızı ( g su / g kuru madde.dk 0,09 0,08 0,07 0,06 0,05 0,04 0,03 0,0 0,0 0 DR 09:00 09:30 0:00 0:30 :00 :30 :00 :30 3:00 3:30 4:00 4:30 5:00 5:30 6:00 6:30 7:00 7:30 8:00 8:30 9:00 9:30 0:00 Günün zamanı.deney Kurutucuda.Deney Kurutucuda 3.Deney Kurutucuda.Deney Güneşte.Deney Güneşte 3.Deney Güneşte.Deney Gölgede.Deney Gölgede 3.Deney Gölgede Şekil 7. Kurutucuda, güneşte ve gölgede kurutulan kırmızı biberlerin kuruma hızı değerleri Kırmızı biberler, değişken kurutma havası sıcaklığında ve 0.34 m/s hava hızında güneş ışınımına bağlı olarak dakika aralığında kurutulmuştur. Benzer olarak Aktaş vd, (00 güneş destekli ısı omalı bir kurutucuda kırmızı biberleri 50 C kuru termometre sıcaklığında ve ortalama 0.4 m/s hava hızında 0 dakikada kurutmuşlardır. Her iki sistem aşağı yukarı benzer şartlarda denendiğinden birbirleriyle karşılaştırılabilir. Buna göre; güneş destekli ısı omalı kurutucuda kurutma süresinin kısa olmasına ve yılın bütününde kullanılabilir olmasına karşın, kurulum maliyeti ve işletme maliyetinin yüksek olması sera tii kurutucu için avantaj oluşturmaktadır. 4. EKONOMİK ANALİZ (ECONOMIC ANALYSIS Sistem verimi hesalanırken termodinamik analizler ile birlikte ekonomik analizinin de yaılması gerekir ki, tam manasıyla sistem verimliliği ortaya konabilsin. Zira kurutucu, termodinamik açıdan verimli olabilir ancak ekonomik açıdan iyi olmayabilir. Sera tii kurutucunun kurutma kaasitesi 0 kg olu ilk yatırım maliyeti 500 $ dır. Sistem 6 ay kurutucu, geri kalan zamanda (6 ay ise sera olarak çalıştırılabilir, Kurutucunun, kırmızı biberin hasat süresi ile bağlantılı olarak, yılda 0 gün tam verimli bir şekilde çalışacağı göz önünde bulundurulmuştur. Kurutucunun hurda değerinin 50 $ olacağı göz önünde bulundurulmuştur. Kurutucunun faydalı ömrünün 5 yıl [30] olacağı kabul edilmiştir. Bu süre içinde de nakit akışlarının ilk yılki gibi olacağı dikkate alınmıştır. Kurutma sistemi için amortisman giderleri doğru-hat amortisman yöntemi kullanılarak aşağıda verilen eşitlik ile hesalanabilir [39]. D t C s S n v (4 Eşitlikte, D t; t eriyodundaki kurutucu amortisman gideri ($/yıl, n; kurutma sistemi faydalı ömrü (yıl, S v; hurda değeri ($ ve C s; kurutma sisteminin şimdiki değeri ($ olarak ifade edilebilir. Geri ödeme süresi, bir yatırımda sağlanan net nakit girişlerinin, yatırım miktarının karşılayabilmesi için gerekli süre veya başka bir deyişle yıl süresidir. Geri ödeme süresi, bir yatırımın kendisini ne kadar hızlı geri ödeyebileceğinin bir göstergesidir [40]. Yatırımtutarı Geri ödeme dönemi Yıllık net nakit girişi Ayrıca sistem için yatırım karlılığı ise; Yıllık ortalama net nakit girişi Yatırım karlılığı Yatırımtutarı şeklinde ifade edilebilir. (5 (6 Kırmızı biber kurutularak bazı kabuller ile ekonomik analiz hesalamaları yaılmıştır. Ankara ili şartlarında yılın tüm zamanında yaş ürün bulmak mümkündür. Örneğin; kırmızı biber 6 aylık eriyotta kolaylıkla bulunabilir, bununla birlikte Ağustos-Eylül- Ekim aylarında hasat mevsiminde daha ucuz ve kaliteli ürün bulmak mümkündür. Yaılan hesalamalarda; Günde kg kuru kırmızı biber elde edileceği, Hasat döneminde yaş kırmızı biber fiyatının 0.5 $/kg ve kuru kırmızı biber fiyatının 7 $/kg olacağı, Kullanılan akü ve sera tii kurutucu kalama malzemesinin 4 yılda bir yenilenmesi gerekliliğinden ve bakım-onarım giderlerinden dolayı 50 $/yıl gider kalemi olacağı, Kurutucunun işçilik (küçük ölçekli olmasından dolayı ve enerji giderinin olmayacağı, Amortisman giderinin nakit akışını etkilemeyeceği, dikkate alınmıştır. Buna göre; Eş. 4 ten kurutucunun amortisman gideri 90 $/yıl olarak hesalanmıştır. Bahsi geçen kurutma sisteminin belirtilen hususlar dikkate alındığında geri ödeme süresi Eş. 5 ten 4.54 yıl olarak hesalanmıştır. Ayrıca yatırım karlılığı Eş. 6 dan 0. olarak hesalanmıştır. Kaasite büyüdüğünde bu sistem için enerji giderleri olmadığından yatırım karlılığı artacaktır. İşçilik, yaş ürünün ve ilk yatırım maliyeti göz önünde bulundurularak Eşitlikler 4-6 kullanılarak istenilen kaasite için yatırım karlılığı hesalanabilir. Sonuç olarak, üreticiler için yaz döneminde yaılan hasatlarda bu kurutucunun her ölçekte (büyük-orta-küçük verimli ve karlı bir şekilde kullanılabileceği tesit edilmiştir. Bu çalışmadan elde edilen bazı sonuçlar Tablo 4 te verilmiştir. 49

8 Seyfi ŞEVİK, Mustafa AKTAŞ, Hikmet DOĞAN, Adem YILMAZ/POLİTEKNİK DERGİSİ, CİLT 7, SAYI 4, 04 Tablo 4. Bu çalışmadan elde edilen bazı sonuçlar Veriler Kurutma havası sıcaklıkları (C Sera tii kurutucuda Güneşte Gölgede Ortalama hava hızı (m/s Kurutma süresi (dakika Güneş ışınımı (W/m Kurutma verimi Amortisman gideri ($/yıl Yatırım karlılığı Geri ödeme süresi (yıl SONUÇLAR VE ÖNERİLER (RESULT AND SUGGESTION 65 C ye kadar olan düşük sıcaklıklar gerektiren gıda kurutma uygulaması için güneş enerjisi en uygun enerji kaynağı olarak düşünülebilir [4]. Tasarlanan sistemde deneysel olarak kırmızı biber kurutularak analiz edilmiş ancak literatürdeki gibi gıda ve hatta çamur gibi farklı ürünler de kurutulabilir. Konvansiyonel kurutuculardaki enerji giderleri olmayan bu deney düzeneği, yüksek kaasiteli sistemlere kolay adate edilebilir niteliktedir. Sera tii kurutucu kurutma yaılmadığı zamanlarda başka amaçlar için de kullanılabilir. Örneğin; güneşin kurutma için yeterli olmadığı yılın diğer eriyodunda sera olarak da kullanılabilir. Deney düzeneğinin zorlanmış taşınımlı ve kontrollü olması nedeniyle ürünler dışarıda kurutulanlara göre daha kısa sürede kurutulmuştur. Seranın tabanını beton veya torak zemin olarak kullanmak yerine sera tabanına siyaha boyalı alüminyum levha konulması sayesinde seranın bir havalı güneş kolektörü gibi kullanılması ile sera içerisinde daha yüksek sıcaklık elde edilmiştir. Böylece havanın nem alma kabiliyeti de arttırılmıştır. Bu da kurutma süresini kısaltmıştır. Ayrıca ürünlerin kurutucuda kurutulmasıyla dış ortamdan yalıtılmış olduğundan gıda güvenliği ve kalitesi açısından bir avantaj sağlanarak hava kalitesi belirli şartlarda tutulabilmiştir. Kurutulan ürünler yağmur, toz vb. faktörlerden korunmuştur. Yaılan hesalamalar sonucunda Eş. 8 den zorlanmış taşınımlı sera tii kurutucunun verimi arasında olduğu hesalanmıştır. Kurutucuda, kaasite arttırıldığında ve/veya yılın geri kalanında sera olarak kullanıldığında geri ödeme süresi de kısalacaktır. Mevcut sistemde ürün miktarı arttırıldığında verim artmakta buna karşın kurutma süresi uzamaktadır. Üreticiler için bu çalışma model olarak alınabilir. Kötü hava şartlarında ve gece kurutmanın devam edebilmesi amacıyla sisteme havalı ve/veya sulu güneş kolektörü, sera içerisine faz değiştiren madde, ısı deolama elemanları veya ısıtıcılar eklenebilir. Ayrıca sistem havası dışarıya atılmadan bir ısı geri kazanım cihazından geçirilerek egzoz havasının ısısı kurutucu giriş havasına kazandırılarak sistem verimi arttırılabilir. TEŞEKKÜR (ACKNOWLEDGEMENT Bu çalışma, 07/00-45 kodlu roje kasamında Gazi Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Birimi tarafından desteklenmiştir. SEMBOLLER (NOMENCLATURE A Kurutucu yüzey alanı [m ] A d Döşeme yüzey alanı [m ] A Polikarbonat levha yüzey alanı [m ] A ü Ürünün yüzey alanı [m ] c h Kurutma havasının özgül ısısı [kj/kgk] C s Kurutma sisteminin şimdiki değeri [$] c ü Ürünün özgül ısısı [kj/kgk] D ü Ürünün kalınlığı, [m] t eriyodundaki kurutucu amortisman D t gideri [$/yıl] dt Ölçüm zaman aralığı [dk] Ürün ve hava arasındaki ısı taşınım h üh katsayısı [W/m K] Döşeme ve hava arasındaki ısı taşınım h dh katsayısı [W/m K] I Güneş ışınımı [W/m ] Polikarbonat örtünün ısıl iletkenliği k [W/mK] L Suyun buharlaşma gizli ısısı [MJ/kg] M Nem içeriği [g su/g kuru madde] t zamanda nem içeriği [g su/g kuru madde] t+dt zamanda nem içeriği [g su/g kuru madde] M 0 İlk nem içeriği [g su/g kuru madde] Kütlesel debi [kg/s] n Kurutma sistemi faydalı ömrü [yıl] Sistemin güneşten kazandığı ısı enerjisi [kj/s] R Ölçülmesi gereken büyüklük Ürün üzerine düşen güneş ışınımı kesri R ü [%] S v Hurda değeri [$] T ç Sera çıkış havası sıcaklığı [K] T d Döşeme sıcaklığı [K] T dh Dış hava sıcaklığı [K] T g Dış hava sıcaklığı [K] T h Havanın sıcaklığı [K] Polikarbonatın levhadan dış havaya U tolam ısı geçiş katsayısı [W/m K] T ü Ürün sıcaklığı [K] x Bağımsız değişken V Hacimsel debisi [m 3 /s] v Hız [m/s] W R R büyüklüğünün tolam belirsizliği w Hata oranı α Emicilik Polikarbonat levhanın ışık geçirgenliği [ ] Polikarbonatın kalınlığı [m] ρ Yoğunluk [kg/m 3 ] M t M t dt m 50

9 KÜÇÜK ÖLÇEKLİ SERA TİPİ BİR KURUTUCUDA KIRMIZI BİBER KURUTULMASININ TERMOEKONO, CİLT 7, SAYI 4, 04 Kısaltmalar ç Çıkış çh Çıkış havası DR Kuruma hızı [g su/g kuru madde.dk] g Giriş gh Giriş havası d Döşeme h Hava KA Kuru ağırlık [g] YA Yaş ağırlık [g] MR Nem oranı sb Su buharı ü Ürün 6. KAYNAKLAR (REFERENCES. Şevik S., Design, exerimental investigation and analysis of a solar drying system, Energy Conversion and Management, 68: 7 34, (03.. Mark J. E., Polymer Data Handbook, , Oxford University Press., Oxford, USA, ( Demir S., Bazı meyvelerin sera içinde kuruma karakteristikleri, Doktora Tezi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Ege Üniversitesi, -3, İzmir, ( Ergüneş G. ve Gerçekçioğlu R, Sera tii kurutucuda Kütahya vişne çeşidinin kuruma özellikleri ve kuru ürün kalitesine etkileri, Türkiye 3. Bahçe Bitkileri Kongresi, 4-7 Eylül, Ankara, , ( Demirbaş M., Kasa A., Fındık kurutma sistemlerinin karşılaştırılması,tarımsal Mekanizasyon 0. Ulusal Kongresi, 3-5 Eylül, Şanlıurfa, ( Muller J., Reisinger G., Muhlbauer W., Martinov M., Tesic M. and Kisgeci J., Drying of medicinal and sice lants with solar energy in lastic film covered greenhouse, Land Technik 44(: ( Trim D. S., Ko H. Y., Develoment of a forcedconvection solar dryer for red eers, Troical Agriculture, 59(4: ( Chandy E., Ilyas S. M., Samuel D. V. K. and Singh A., Effect of some hysical treatments on drying characteristics of red chillies, In Proceedings of the Int. Agricultural Engineering Conference, Bangkok, Thailand ( Tırıs Ç., Özbalta N., Tırıs M. and Dinçer İ., Exerimental testing of a new solar dryer, Int. J. of Energy Research, 8: ( Doymaz I. and Pala M., Hot-air drying characteristics of red eer, J. of Food Engineering, 55(4: , (00.. Aktaş M., Ceylan İ., Doğan H. ve Aktekeli Z., Güneş enerjisi destekli, ısı omalı kırmızı biber kurutucusunun tasarımı, imalatı ve erformans deneyleri, Isı Bilimi ve Tekniği Dergisi, 30(: -0, (00.. Manohar K. R. and Chandra P., Drying of agricultural roduce in a greenhouse tye dryer, Int. Agric. Eng. J., 9(3: 39-50, ( Jain D. and Tiwari G. N., Effect of greenhouse on cro drying under natural forced convection II. Thermal modeling and exerimental validation, Energy Conversion and Management, 45: , ( Koyuncu T., An investigation on the erformance imrovement of greenhouse tye agricultural dryers, Renewable Energy, 3: , ( Ahmad N. T., Agricultural solar air collector made from low cost lastic acking film, Renewable Energy, 3: , ( Jain D., Modeling the erformance of greenhouse with acked bed thermal storage on cro drying alication, J. of Food Engineering, 7: 70-78, ( Roux N., Jung D., Pannejon J. and Lemoine C., Modelling of the solar drying rocess Solia, In: Pierucci S, Ferraris GB, editors. Proceeding of 0th Euroean symosium on comuter aided rocess engineering, ( Yelmen B., Polietilen yüksek tünel sera tii kurutucuda baharatlık kırmızı biberin kurutulması, Doktora Tezi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Çukurova Üniversitesi, Adana, ( Fuller R. J. and Charters W. W. S., Performance of a solar tunnel dryer with microcomuter control, Solar Energy, 59(4-6: 5-54, ( Bala B. K., Mondol M. R. A., Biswas B. K., Daschowdury B. L. and Janjai S., Solar drying of ineale using solar tunnel drier, Renewable Energy, 8: 83-90, (003.. Gürlek G., Özbalta N. and Güngör A., Solar tunnel drying characteristics and mathematical modelling of tomato, Isı Bilimi ve Tekniği Dergisi, 9(: 5-3, (009.. Farhat A., Koli S., Kekreni C., Maalej M., Fadkel A. and Belghith A., Validation of a eer drying model in a olyethylene tunnel greenhouse, Int. J. of Thermal Sciences, 43: 53-58, ( Khiari B., Mihoubi D., Mabrouk S. B. and Sassi M., Exerimental and numerical investigations on water behaviour in a solar tunnel drier, Desalination, 68: 7-4, ( Condori M. and Saravia L., The erformance of forced convection greenhouse driers, Renewable Energy, 3: , ( Condori M., Echaz R. and Saravia L., Solar drying of sweet eer and garlic using the tunnel greenhouse drier, Renewable Energy, : , ( Garg H. M. And Kumar R., Studies on semicylindrical solar tunnel dryers: thermal erformance of collector, Alied Thermal Engineering, 0: 5-3, ( Sethi V. P. and Arora S., Imrovement in greenhouse solar drying using inclined north wall reflection, Solar Energy, 83: , (009. 5

10 Seyfi ŞEVİK, Mustafa AKTAŞ, Hikmet DOĞAN, Adem YILMAZ/POLİTEKNİK DERGİSİ, CİLT 7, SAYI 4, Kumar A. and Tiwari G. N., Thermal modeling of a natural convection greenhouse drying system for jaggery: an exerimental validation, Solar Energy, 80: 35-44, ( Barnwal P. and Tiwari G. N., Grae drying using hybrid hotovoltaic-thermal greenhouse dryer: an exerimental study, Solar Energy, 8: 3-44, ( Janjai S., Intawee P., Kaewkiew J., Sritus C. and Khamvongsa V., A large-scale solar greenhouse dryer using olycarbonate cover: Modeling and testing in a troical environment of Lao Peole s Democratic Reublic, Renewable Energy, 36: , (0. 3. Salihoğlu N. K., Pinarli V. and Salihoğlu G., Solar drying in sludge management in Turkey, Renewable Energy, 3: , ( Srisittiokakun N., Kirdsiri K. and Kaewkhao J., Solar drying of andrograhisaniculata using a arabolic shaed solar tunnel dryer, Procedia Engineering, 3: , ( Ekechukwu O. V. and Norton B., Review of solarenergy drying systems III: low temerature airheating solar collectors for cro drying alications, Energy Conversion and Management, 40: , ( Holman J. P., Exerimental Methods for Engineers, McGraw-Hill, Sigaore, ( TS-34, Baharat-Rutubet Miktarının Tayini, Kasım 987, ( Onat A., Kırmızı biberin havalı güneş kolektörü sistemi ile kurutulması, Doktora tezi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Marmara Üniversitesi, 9-30, İstanbul, ( Koç A., B. Toy, M. Hayoğlu, İ. ve Vardin, H., Kırmızı biber kurutmada kullanılan güneş enerjili bir kurutucu erformansı, Harran Üniversitesi Ziraat Fakültesi Dergisi, 8: 57-65, ( Makaracı A., Farklı kurutma yöntemlerinin kırmızı biberlerde aflatoksin oluşumu üzerine etkisi, Yüksek Lisans Tezi, Fen Bilimleri Enstitüsü,Trakya Üniversitesi, -, Tekirdağ, ( Işık A., Mühendislik Ekonomisi, Birinci Baskı, Bizim Büro Basımevi, 30, Ankara, ( Aydın N., Coşkun M., Bakır H., Ceylan A. ve Başar M., Finansal Yönetim, Anadolu Üniversitesi Yayın no:465, Editör: Aydın N., Rathore N. S. and Panwar N. L., Exerimental studies on hemi cylindrical walk-in tye solar tunnel dryer for grae drying, Alied Energy, 87: , (00. 5