Tarımsal Mekanizasyon 18. Ulusal Kongresi Tekirdağ 694 GELİŞEN ÜLKELERDE TARIMSAL ÜRÜNLERİN KURUTULMASINDA GÜNEŞ ENERJİSİ KULLANIMININ ROLÜ

Transkript

1 Tarımsal Mekanizasyon 18. Ulusal Kongresi Tekirdağ 694 GELİŞEN ÜLKELERDE TARIMSAL ÜRÜNLERİN KURUTULMASINDA GÜNEŞ ENERJİSİ KULLANIMININ ROLÜ Role of Solar Energy Usage in Drying of Agricultural Products in Developing Countries Can ERTEKİN* Osman YALDIZ** ÖZET Tarımsal ürünleri korumanın en eski ve en kolay yolu ürünlerin kurutulmasıdır. Petrol ve türevi enerji kaynakları veya elektrik enerjisi ile çalıştırılan kurutucular, ekonomik olarak yüksek yatırım masrafları ve pahalı yakıt ihtiyaçları nedeniyle büyük işletmeler dışında kullanım alanı bulamazlar. Bu nedenle ürün kalitesinde herhangi bir azalmaya neden olmaksızın en kısa süre içerisinde kurutmayı sağlayan ve daha az enerji tüketen kurutma tekniklerinin kullanılması gerekmektedir. Gelişen birçok ülkede uygulanan güneşe sererek kurutma yönteminde, ürünlerin hem kurutma hem de depolanmaları sırasında önemli miktarlarda kayıplar meydana gelmektedir. Bu nedenle güneş enerjisinin kontrollu bir şekilde kullanımı sağlayacak güneş enerjili kurutucuların geliştirilerek kullanılması, teknik ve ekonomik açıdan büyük öneme sahiptir. Bu çalışmada, hasat sonrası meydana gelen kayıplar belirtilmiş, güneşe sererek kurutmanın dezavantajları, petrol ve türevi enerji kaynakları ile çalışan kurutma tesislerindeki enerji gereksinimi ile bu tesislerin çevreye olan olumsuz etkileri değerlendirilmiş, gelişen ülkelerdeki güneşlenme süreleri ile güneş ışınımı değerleri hakkında bilgiler verilerek, bu ülkelerde kurutmada güneş enerjisi kullanımının önemi belirtilmiştir. ABSTRACT The oldest and easiest way of preservation of agricultural products is drying. Dryers working with petrol or electricity can not find usage possibilities because of the high investment expence and expensive management requirements. Because of this, drying tecniques which causes minimum damage in quality and provide minimum energy consumption by means of shorter time for drying. Sun drying applied in many developing countries causes loss of product. Using solar energy under control by solar dryers is very important by means of technical and economical side. In this study, post harvest losses, disadvantages of sun drying, energy requirements of drying plant using petrol or electricity and also their negative effects on enviroment, sunshine hours and solar radiation are discussed and importance of solar energy in drying in developing countries is determined. * Araş.Gör., Akdeniz Üniv., Fen Bilimleri Ens., Tarım Makinaları ABD, Antalya. ** Doç.Dr., Akdeniz Üniv., Ziraat Fakültesi, Tarım Makinaları Bölümü, Antalya.

2 Tarımsal Mekanizasyon 18. Ulusal Kongresi Tekirdağ 695 GİRİŞ Tarımsal ürünleri işlemede ve özellikle kurutma aşamasında çiftçilerin önünde duran en büyük problem, çok basit yöntemler ile mümkün olanildiğince hızlı bir şekilde üründen nemi uzaklaştırmak ve güvenli depolama için gerek duyulan son nem içeriği değerine ulaşmaktır. Kurutma işlemi hızlı bir şekilde tamamlanmaz ise, mikroorganizmalar gelişmeye başlayacak ve buda ürünün kalitesinde bozulmaya neden olacaktır. Ürünlerin güvenli depolama için gerek duyulan son nem içeriğine kadar kurutulmaları ile daha kaliteli ürünlerin elde edilmesi sağlanacak, böylece dünya standartlarını yakalayan dünya piyasasında söz sahibi olarak gelir getireceklerdir. Kurutma sorunu alıcı kuruluşlar ya da çiftçiler tarafından kurulacak kurutma tesisleri ile çözülebilir. Alıcı kuruluşlarda kullanılacak kurutucuların sürekli çalışır, yüksek kapasiteli ve dolayısıyla yüksek yatırım gerektiren tiplerden seçilmesi gerektiği kuşkusuzdur. Ancak üreticilerin kullanacağı kurutucuların sürekli çalışır tip olması ve yüksek kapasiteli olması gerekmez. Kurutmanın üretici bazında çözümlenmesi düşünüldüğünde kullanılacak kurutucuların edinme ve,işletme masraflarının az, basit yapılı ve hatta sökülür-takılır tipte ve kolay yapılabilir özelliklerde olması gerektiği söylenebilir. Kurutma işleminin yaygınlaşması için önerilecek kurutma yöntemi ve kurutucuların sahip olması istenen özellikler arasında az enerji tüketmeleride en önemli noktalardan birisidir. Bu nedenle hem ürün kalitesinde bozulmaya neden olmayan hem de az enerji tüketen kurutma tekniklerinin geliştirilerek uygulanması zorunludur. Yukarıda belirtilen özelliklere sahip olan güneş enerjili kurutucular, gelişen ülkelerde kullanım şansları oldukça yüksek olan kurutuculardır. Bu kurutucuların kullanımını sınırlayan tek faktör yeterli güneş ışınımının bulunmasıdır. HASAT SONRASI KAYIPLARI Hasat edilen ürünler daha sonraki periyotlarda işleme, harmanlama, kurutma, depolama ve değirmenleme gibi işlemlerden geçerler (1). Hasattan kullanıma kadar oluşan yıllık kayıplar üretimin tahıllarda %10, otlarda % ve meyve ve sebzelerde %35-40 civarında olduğu tahmin edilmektedir (2). Bununla beraber tahıllarda kurutma ve depolama işlemlerindeki yetersizlik nedeniyle üretilen toplam ürünün %30 kadarının bile kayba uğrayabileceği belirtilmektedir (3). Güney Doğu Asya da üretilen çeltikte meydana gelen kayıplar, hasatta %1-3, işlemede %2-7, harmanlamada %2-6, kurutmada %1-5, depolamada %2-6 ve değirmenlemede %2-8 olarak toplam %10 ile %35 arasında değişmektedir (4). Bangladeş te çeltik kurutulmasında kurutmada meydana gelen kayıplar %1.6-5, depolamada % ve fiziksel kayıplarda %2.6 civarındadır (5). Ülkemizde doğadan toplanan bitkilerin güneşe sererek ve toprak zeminde kurutulması nedeniyle oluşan ürün kaybının %40'ları geçtiği bildirilmektedir.

3 Tarımsal Mekanizasyon 18. Ulusal Kongresi Tekirdağ 696 GÜNEŞE SEREREK KURUTMANIN DEZAVANTAJLARI Tarımsal ürünlerin güneşe sererek kurutulması dünyada binlerce yıldan beri uygulanan bir yöntemdir, ancak şu dezavantajları vardır (2, 6, 7); - ürünün kemirgenler, kuşlar, hayvanlar ve insanlar tarafından zarar görmesi, - yağmur, fırtına, çiğ gibi iklim faktörleri nedeniyle değerinin azalması, - kir, toz ve çevrekirliliği nedeniyle ürünlerin kirlenmesi, - aşırı kuruma sonucunda üründe çatlamaların oluşması ve çimlenme kabiliyetinin azalması, - mikroorganizmaların gelişmesi, - yetersiz veya üniform olmayan bir kurutma sonucunda depolama aşamasında meydana gelen kayıplar. Belirtilen bu dezavantajlara rağmen, kurutma yöntemlerinin yetersiz olması veya uygulanamalarında yüksek girdilerin gerekli olması nedeniyle güneşe sererek kurutmanın gelişen ülkelerin pek çoğunda halen en çok kullanılan yöntem olduğu belirtilmektedir. KURUTMADA ENERJİ GEREKSİNİMİ Tarımsal ürünlerin kurutulması enerji yoğun bir işlemdir. Üründen suyun alınması için gerekli enerji ısı ile ürüne verilir. Bu ısıyı sağlamak ve ürüne ulaştırmak için enerji tüketimi söz konusudur. Çeşitli çalışmalarla ilgili sonuçlar Tablo 1 de verilmiştir. Tablo 1. Çeşitli ürünlerin kurutulmasında merdana gelen enerji tüketimi. Ürün Kurutma yöntemi Enerji tüketimi Kaynak Buğday Düşük sıcaklık kj/kg su Mısır Düşük sıcaklık, ürünün ilk nemi=%22, kj/kg su 9 son nemi=% Yerfıstığı Kurutma havası sıcaklığı=45-50 o C kj/kg su Mısır Kurutma İlk nem(%) ve 11 den 12 havası sıcaklığı=92 o C enerji tüketimi (MJ/m 3 ürün) Son nem(%)

4 Tarımsal Mekanizasyon 18. Ulusal Kongresi Tekirdağ 697 Tablo 1 in devamı. Mısır Mısır ve kurutucuda soğutma (son nem %) - Yüksek sıcaklıkta son nem=%21, düşük sıcaklıkta son nem=% temperleme ve soğutma temperleme ve düşük sıcaklıkta kurutma İlk nem (%) İlk nem(%) ve enerji tüketimi (MJ/m 3 ürün) Son nem (%) MJ/m 3 ürün MJ/m 3 ürün MJ/m 3 ürün MJ/m 3 ürün MJ/m 3 ürün MJ/m 3 ürün MJ/m 3 ürün MJ/m 3 ürün MJ/m 3 ürün 9.1 MJ/m 3 ürün MJ/m 3 ürün 11 den 12 13

5 Tarımsal Mekanizasyon 18. Ulusal Kongresi Tekirdağ 698 Tablo 1 in devamı. Mısır Mısır Hava İlk nem Son nem kwh/%1 14 debisi (%) (%) nem kg m 3 /m 3.h ürün -Çevre havası o C sürekli çalışma -Çevre havası o C dak/saat Çevre havası o C sürekli çalışma Çevre havası sürekli çalışma Kurutma havası sıcaklığı=95 Soğutma ve depoda MJ/kg o C kurutma İlk nem (%) Son nem (%) İlk nem Son nem (%) (%)

6 Tarımsal Mekanizasyon 18. Ulusal Kongresi Tekirdağ 699 Tablo 1 in devamı. Çeltik - Çevre havası +3 o C - Çevre havası +6 o C - Çevre havası +9 o C İlk nem (%) Son (%) nem Mısır (hava debisi=36 m 3 /m 3 ürün.h, ilk nem=%39, son nem=%14.9) - Yüksek- kombinasyonu (hava debisi=51 m 3 /m 3 ürün.h, ilk nem=%38.2, son nem=%22.1) kj/kg su Daha önceki yıllarda tarımsal ürünlerin kurutulması için kullanıaln en önemli enerji kaynakları fuel oil, dizel yakıtı, LPG ve elektrik olmuştur. Kurutmada bu enerji kaynaklarının kullanılması yüksek miktarlarda yakıt gereksinimi oluşturmuş, fiyatlardaki sürekli artış ve rezervlerde meydana gelen azalmalar kurutma işleminde olumsuz bir etki meydana getirmiştir. Örneğin; Nijerya da kurutma işleminde petrol ürünlerinin kullanılması durumunda bir yıllık tahıl ürünlerinin kurutulması için ton mazota ihtiyaç olduğu belirtilmektedir (1). Bunun yanında fosil yakıtların yanmaları sonucunda asit yağmurlarına neden olan sülfür ve azot oksiti yaratmakta, sis ve hava kirliliğine neden olan karbonmonoksit ve karbondioksit meydana getirerek çevre kirliliğine neden olmaktadır. Tüketilen enerji miktarının ve etkilerinin olumsuz olması nedenyle son yıllarda gelişen birçok ülke enerji politikasını değiştirmeye başlamış ve kurutmada yenilenebilir enerji kaynaklarında olan güneş enerjisi kullanımı konusuna büyük önem vererek çalışmalarını bu konu üzerinde yoğunlaştırmışlardır. GÜNEŞ ENERJİSİ POTANSİYELİ Gelişen ülkelerin birçoğu dünyanın sıcak iklim bölgelerinde bulunmkatadırlar ve günlük güneş ışınımı değerleri 3.82kWh/m 2 olan dünya ortalamasından daha yüksektir. Çeşitli ülkeler için güneş ışınımı değerleri ile güneşlenme süreleri Tablo 2 de verilmiştir. Gelişen ülkelerdeki güneş ışınımının ortalama değeri yaklaşık 6.0kWh/m 2.gün civarındadır (1, 18, 19).

7 Tarımsal Mekanizasyon 18. Ulusal Kongresi Tekirdağ 700 Tablo 2. Bazı gelişmiş ve gelişen ülkelerin güneş ışınımı ve güneşlenme süreleri (1, 18, 19). Ülke Güneş ışınımı kwh/m 2.gün Güneşlenme süresi h Ülke Güneş ışınımı kwh/m 2.gün Güneşlenme süresi h Kamerun Nikaragua Mısır Nijarya Almanya P.Y.Gine Hindistan Filipinler Endonezya Tayland Kenya İngiltere Malezya Amerika Mali Meksika Avustralya Kuzey Avrupa Türkiye Şili 7.96 Cezayir 6.56 Kolombiya 4.83 Kongo 4.80 Zimbabve 6.41 Srilanka 6.01 Venezuella 6.77 Guyana 5. Çin 4.65 İsrail 6.61 Sudan 6.27 Zaire 4.91 Pakistan 6.76 Ekvator 4.85 Buruna 6.00 Portoriko 6.67 Brezilya 4.72 Mali 7.21 Namibya 6.99 SONUÇ Kurutucuların geliştirilmesi, daha verimli kurutma tekniklerinin sağlanması ve böylece kurutulan ürünün kalitesinin artırılması için güneş enerjisi ile kurutma işleminin mekanizmasının iyi bilinmesi gerekmektedir. Bu konudaki araştırma ve geliştirme çalışmaları disiplinlerarası çalışmaları gerektirir ve biyoloji, tarım teknolojileri ve ekipmanları, software teknikleri, nümerik metodlar, matematik ve tabii ki bunların yanında güneş enerjisi ile kurutma tekniğinin iyi bilinmesi gerekmektedir. Birçok başarılı kurutucu geliştirilmesine rağmen, ticari açıdan bu sistemlerin kullanımı yaygın değildir. Bu tasarımların sadece küçük bir kısmı gerçekten arazide uygulanmaktadır. Bu nedenle bu konuda yapılacak en önemli iş, sistemlerin tanıtımı ve bu sistemlerin uygulamada kullanımının artırılmasıdır. Güneş enerjili kurutucuların geliştirilmesi çalışmalarında gözönüne alınacak konular, hasat sonrası toplam kayıpları, kurutma için ihtiyaç duyulan enerji miktarı, kullanılan kurutma yönteminin maliyeti, meteorolojik koşullar, tüketicinin kabulü ve diğer sosyo-ekonomik konular gözönüne alınmalıdır.

8 Tarımsal Mekanizasyon 18. Ulusal Kongresi Tekirdağ 701 Gelişen ülkelerde güneş enerjili kurutucuların kullanılması ile tarım sektöründe etkili bir takım değişiklikler meydana gelecektir. Bu teknoloji, yeni iş imkanları yaratacak, küçük ve orta büyüklükte endüstrilerin gelişmesini ve yaratıcılığı harekete geçirecektir. Verimlilikte bu artışın sağlanması ve bu ülkelerin kırsal kesimlerindeki gelişmeler sosyal ve ekonomik gelimeleri de beraberinde getirecektir. KAYNAKLAR 1. Mahapatra, A.K.; Imre, L.; Role of solar agricultural drying in developing countries. International Journal of Ambient Energy, Vol.11, No Hall, C.W.; Drying and storage of agricultural crops. The Avi Publishing Company, Inc., Westport, Connecticut. 3. Abe, T.; Ofoche, C.E.; Hikida, Y.; Jamashita, J.; Effects of drying parameters on quality of artificially dried rough rice. AMA, Vol.23, No Djokoto, I.K.; Kiamco, L.C.; Development of 4-ton paddy dryer. AMA, Vol.22, No Anwarul-Haque, A.K.M.; Choudhury, N.H.; Quasem, M.A.; Arboleda, J.R.; Rice post-harvest practices and loss estimates in Bangladesh-Part III, Parboling to milling. AMA, Vol., No Brooker, D.B.; Bakker-Arkema, F.W.; Hall, C.W.; Drying cereal grains. The Avi Publishing Company, Inc. 7. Sodha, M.S.; Bansal, N.K.; Kumar, A.; Bansal, P.K.; Malik, M.A.S.; Solar crop drying-vol.1. CRS Press, Inc. 8. Converse, H.H.; ve ark.; Low temperature grain drying with solar heat. Transaction of ASAE, Vol.21, No.1, p Eno, B.E.; Felderman, E.J.; Supplemental heat for grain drying with transportable solar heater. Transaction of ASAE, Vol.23, No.4, p Tuncer, İ.K.; Yıldız, Y.; Tarım arabası üzerine bindirilmiş yerfıstığı kurutucusu. VII Tarım Makinaları Semineri, Mayıs, İzmir. 11. Yağcıoğlu, A.; Depo tipi kurutucularda enerji gereksinimini azaltma olanakları. Tarımsal Mekanizasyon ve Enerji Sempozyumu, Nisan, Ankara. 12. Peterson, W.H.; Efficient crop drying. South Dakota State University, Extention Service, USA. 13. Reichenberger, L.; Dryeration:Cut costs 25% and double your capacity. Successful Farming-August, p Yağcıoğlu, A.; Ulusoy, E.; Uz, E.;. Düşük sıcaklıkta çalışan sandık tipi kurutucularda dane mısır kurutulması. S Morey, R.V.; Cloud, H.A.; Lueschen, W.E.; Practices for the efficient utilization of energy for drying corn. Transaction of ASAE.. Mühlbauer, W.; Maier, G.; Berggötz, T.; Esper, A.; Quick, G.R.; Mazaredo, F.; Low temperature drying of paddy under humid tropical conditions. AMA, Vol.23, No Mühlbauer, W.; Kuppinger, H.; Müller, H.M.; Thaler, M.; High-low temperature drying of corn. Transaction of ASAE, Paper No: Anonim, Enerji İstatistikleri. Türkiye 5.Enerji Kongresi. 19. Charters, W.W:S.; Solar energy, current status and future prospects. Energy Policy, /