Politeknik Dergisi Cilt:13 Syı: 4 s. 271279, 21 Journl of Polytechnic Vol: 13 No: 4 pp. 271279, 21 Endüstriyel Tip Isı Pomplı Kurutucud Çekirdeksiz Üzümün Kurutulmsı Mesut ABUŞKA, Hikmet DOĞAN ÖZET Bu çlışmd Sultniye tip çekirdeksiz üzümün, sıhhî, kplı ve kontrollü şrtlrd endüstriyel çpt kurutulmsı mçlnmıştır. Bu mc yönelik olrk, ısı pompsı teknolojisi ess lınmış ve Türkiye de ilk olrk 1. kg kpsiteli endüstriyel tip ısı pomplı kurutm (IPK) sistemi tsrımı ve imltı ypılrk deneysel olrk incelenmiştir. IPK d ypıln deneylerde % 324,45kb nem ornındki ürünler, 6,2 C kurutm hvsı sıcklığınd 52 stte % 2,71kb nem ornın kurutulmuştur. Açık hvd beton üzeri bez sergide ypıln kurutm işleminde ise % 33,81kb nem ornındki ürünler, 199 stte % 14,6kb nem ornın kurutulmuştur. IPK d kurutuln üzümler temizlik çısındn tozsuz ve renk değeri olrk 1 numr değer elde edilmiştir. Açıkt kurutuln üzümler ise tozlu ve renk değeri olrk 9 numr elde edilmiştir. Sultniye tipi çekirdeksiz üzümlerin kurutulmsınd deneysel olrk nliz edilen kurutucunun, ürünün kurutulmsı sırsınd ortlm ısıtm tesir ktsyısı COP sistem: 2,81, özgül nem lm verimi SMERsistem: 1,53, nem lm verimi MER: 99,15 olrk bulunmuştur. Anhtr Kelimeler: Kurutm, endüstriyel tip ısı pompsı, çekirdeksiz üzüm. Drying of the Seedless Grpe in An Industril Type Het Pump Dryer ABSTRACT In this study, seedless grpes sultns, snitry, industrilscle drying of closed nd controlled conditions intended. To this end, ws covered in het pump technology nd s Turkey's first industriltype hetpump drying (HPD) system with cpcity of 1, kg hd been exmined experimentlly by designing nd mnufcturing. In experiments in the HPD 324.45 db % humidity products, drying ir temperture of 6.2 C, 52 hours 2.71db % moisture content were dried. Under the sun drying process of concrete bove the cloth sheet 33.81db % humidity products, 199 hours 14.6db % moisture content were dried. At the HPD dried grpes for clening dustfree nd color vlue for the number 1 ws obtined. Grpes re dried in the open s the dusty nd the color vlue of the number 9 ws obtined. Sultn type seedless grpes drying in the experimentl nlysis of the dryer, the verge heting effect of the product during drying COP system coefficient: 2.81, specific SMERsystem dehumidifiction efficiency: 1.53, dehumidifiction efficiency MER: 99.15 respectively. Keywords: Drying, industril type het pump, seedless grpe. 1. GİRİŞ Dünyd trım ürünleri endüstriyel vey doğl şrtlrd kurutulmktdır. Açıkt ürün kurutmd; çoğu kere ürünün sğlığ uygunluğu (bkteriyolojik), renk ve lezzet gibi özelliklerinin bozulmsındn; ürünün klitesi düşmekle birlikte zmn ve işçilikte de büyük kyıplr sebep olmktdır. Ayrıc çıkt tbii olrk kurutmd, meteorolojik etmenler de ürün kyıplrın neden olmktdır. Bunun ynınd endüstriyel kurutmd ilk ytırım mliyeti ve sürekli enerji mliyeti girdileri yüksek olduğundn ürün mliyetleri rtmktdır. Anck kurutmnın kplı şrtlrd kontrollü olmsı, ürün klitesi, zmn, işçilik, mikro biyolojik ve ürün kybının zltılmsı yönünden büyük getiriler sğlmktdır. Mkle 28.12.21 trihinde gelmiş 2.6.211 trihinde yyınlnmk üzere kbul edilmiştir. M. ABUŞKA, Org. Kenn Evren Endüstri Meslek Lisesi, Alşehir, Mnis epost : mesut_busk@hotmil.com H. DOĞAN, Gzi Üniversitesi Teknik Eğitim Fkültesi Mkine Eğitimi Bölümü epost : hdogng@gzi.edu.tr Digitl Object Identifier 1.2339/21.13.4, 271279 Açık hvd, yer sergilerde üzüm kurutulmsı esnsınd sbhlrı çiy oluşmsı ve bzen yğmur yğmsıyl kurum sürecinin uzmsın (12 2 gün), üzümde fl toksin (küflenme) oluşmsın sebep olmktdır. Örneğin; Mnis d her yıl ürünün 1/3 ü yğmurlrdn zrr görmektedir [1]. Türkiye, 28 yılınd 825 bin tonluk kuru üzüm üretimi içersinde 3 bin ton kuru üzüm üretimi ile dünyd en çok kuru üzüm üretimi ypn ülke konumunddır. Türkiye 27 yılınd 24 bin ton kuru üzüm dış stım miktrı ile de 316 milyon $ gelir elde etmiştir. Türkiye çısındn önemi büyük oln çekirdeksiz kuru üzüm, Ege Bölgesi nde 1.'i şkın ileye istihdm imkânı sğlmktdır [2]. Uluslr rsı ürün stndrdlrının yükselmesine prlel olrk; son yıllrd, üreticilerin ve trımsl işletmelerin endüstriyel ve kliteli kuru üzüm üretimine yönelik tlepleri giderek rtmktdır. Kuru üzüm işleme pketlemesi ypn işletmeler, ürün mikroorgnizm yükünün zltılmsın yönelik olrk, ürünün yıkmlı ve yıkmsız işleme sonrsı kurutm vey noktsl sıcklıkt ısıl işlemsterilizsyon uygulmlrın tlepleri; endüstriyel kurutm sistemlerine oln ilgiyi rtırmıştır. 271
Mesut ABUŞKA, Hikmet DOĞAN / POLİTEKNİK DERGİSİ, CİLT 13, SAYI 4, 21 Trımsl işletmeler ve üreticilerin endüstriyel sistem tlebinde; hızlı ve yüksek kliteli üretim, sıcklıknemhv hızı gibi değerlerin kontrol edilebilme isteği ve son yıllrdki iklim değişikliğinden dolyı yüksek orndki ürün kyıplrının meydn gelmesi etkili olmuştur. Phni ve rk. (25), kplı çevrimli sürekli kışlı ısı pompsı destekli kurutm sistemini test etmişlerdir. Çlışmd, sistemde ürün klite optimizsyonu için düşük sıcklıklrd (3 35 C) kurutulmsı gereken bitkileri kurutmuşlrdır. Özgül nem çekme ornını (SMER),6,61 kg/kwh rsınd hesplmışlrdır. Ürün kurutmsınd elektrikli tel ısıtıcılı geleneksel sistem ile ısı pompsı sistemi krşılştırıldığınd ısı pomplı sistemde kurutm süresinin % 65 ve kullnıln enerjinin de % 22 zldığı görülmüştür [3]. Filho ve Strommen (1996), kplı çevrimli ısı pomplı kurutuculrın düşük sıcklıklrd çlışn konvnsiyonel kurutuculr göre dh verimli çlışm potnsiyeline ship olduğunu belirtmişlerdir. Arştırmcılr, kplı çevrimli ısı pomplı kurutuculrd tık hvdn duyulur ve gizli ısının çekilmesiyle sistem ısıl performnsının iyileşeceğini belirtmişlerdir [4]. Bines (1986), ısı pomplı kurutuculr kullnıldığınd, kurutuculrd enerji kyıplrının zldığını belirtmiştir. Arştırmcı, ısı pomplı sistemlerde SMER değerinin 16 kg/kwh rsınd değiştiğini belirtmiştir [5]. Söylemez (26), kurutm sistemlerinde sistemdeki tık ısıyı kullnn ısı pomplı kurutuculrın termoekonomik nlizini ypmıştır. Arştırmcı, sistemin termoekonomik nlizi için sistem elemnlrının ısıl nlizi ile birlikte bsit bir ekonomik nliz ypmış ve ısı pompsı için en uygun sıcklık değerlerini hesplmıştır. Sistem için en uygun yoğuşturucu çıkış hv sıcklığı 5,13 C, buhrlştırıcıdn yrıln hv sıcklığı 11,9 C ve buhrlştırıcıy giren sistem hvsı sıcklığını ise 37,68 C olrk hesplnmıştır. Sistem elemnlrı için en uygun çlışm şrtlrınd COP değerini 2,35 olrk hesplnmıştır [6]. Okty (1997), ısı pompsı destekli bir kurutucunun performnsın etkiyen etkenleri rştırmıştır. Arştırmcı, yn geçit (bypss) hv ornı, toplm hv debisi ve egzoz debisi; sistemin performnsını etkileyen nhtr verilerdir ifdesini kullnmıştır. Buhrlştırıcı etrfındki bypss hvsının sistemin performnsını %2 ornınd iyileştirebileceği, bu iyileşmenin rtn hv debisi ile rtcğı, egzoz hvsının %1 zltılmsı ile özgül nem çekme ornının (SMER) %15 ve ürün geçişinin %5 ornınd iyileşebileceği belirtilmiştir. Fkt bu iyileşmenin soğutknın yüksek çlışm sıcklığı ile sınırlı olduğunu belirtilmiştir [7]. Okty (23), meknik ısı pomplı bir kurutucunun testini ypmıştır. Test mteryli olrk ıslk yün kullnılmıştır. Ypıln deneylerde kütlesel hv hızlrı,78 1,5 kg/m2s rsınd değişmiştir. Bypss hv ornı ve dönüş hvsı ornı %2 %8 rsınd değiş 272 miş ve tüm sistem SMER değeri dönüş hvsı ornın bğlı olrk 1,5 ve 2,8 kg/kwh rsınd değişmiştir. Ypıln çlışmd, buhrlştırıcı hv ornlrı rttıkç hem tüm sistem performnsı hem de SMER in rttığı gözlemlenmiştir [8]. Teeboonm ve rk. (22), ısı pomplı meyve kurutuculrının optimizsyonunu ypmışlrdır. Isı pomplı meyve kurutuculrının en uygun şrtlrı belirlenirken en önemli fktörlerin dönüş hvsı ornı, buhrlştırıcı bypss ornı, kütlesel debi ve kurutm hvsı sıcklığı olduğu belirtilmiştir. Arştırmcılr, sonuç olrk kurutulck ürünün fiziksel özellikleri en uygun hv debisini ve buhrlştırıcı bypss hv ornını önemli bir biçimde etkilemektedir ifdesini kullnmıştır [9]. Ceyln ve rk. (27), ısı pompsı destekli kereste kurutucusunun enerji ve ekserji nlizini ypmışlrdır. Çlışmd, 4 C sıcklık ve,8 m/s hv hızınd ypıln kurutm işleminde kvk keresteleri 1,28 kg su/kg kuru mdde nem ornındn,15 kg su/kg kuru mdde nem ornın 7 stte ve çm keresteleri de,6 kg su/kg kuru mdde nem ornındn,15 kg su/kg kuru mdde nem ornın 5 stte indirgenmiştir [1]. Chu ve rk. (1998, 1998b, 2), ısı pomplı kurutucud trımsl ve deniz ürünlerini (mntr, meyveler ve istiridye) kurutmuşlrdır. Arştırmcılr, ısı pomplı kurutuculrd plnlnmış kurutm şrtlrı ile trımsl ve deniz ürünlerinin klitesinin rttırılbileceğini ifde etmişlerdir [1113]. Prsertsn ve rk. (1997, 1998b), ısı pomplı kurutucud trımsl gıdlrı (muz) kurutmuşlrdır. Arştırmcılr, ısı pomplı kurutuculrın yüksek nem miktrın ship mteryller için dh uygun olduğunu ifde etmişlerdir. Ayrıc çlışmd, ısı pomplı kurutuculrın isletme mliyetlerinin onlrı ekonomik olrk dh mümkün kıldığı belirtilmiştir [14,15]. Tosun (29), ısı pompsı destekli, ısı geri kznımlı, rflı bir kurutucu bzı yüksek nemlilikteki trım ürünlerinin kurutulmk üzere tsrlnmış ve imltı gerçekleştirilmiştir. Sistemde iki kdemeli yoğuşturucu kullnılmıştır. Ön soğutucu olrk bir ısı değiştirici ilve edilmiş ve böylece ısı geri kznımı sğlnmıştır. Elm kurutm deneyindeki kurum süreleri 4 C, 44 C, 48 C ve 5 C sıcklıklrı için sırsıyl 435, 3, 3, ve 285 dkik sürmüştür. Aynı kurutm sıcklıklrı için sırsıyl kurutm hvsının girişteki bğıl nemi %14, 16, 15, 11 ve çıkıştki bğıl nemi %21, 23, 2, 21 olrk bulunmuştur. SMER değerleri 4 C, 44 C, 48 C ve 5 C sıcklıklrı için sırsıyl.46,.68,.61 ve.81 olrk hesplnmıştır. MER değerleri 4 C, 44 C, 48 C ve 5 C sıcklıklrı için sırsıyl.65,.99,.94 ve 1.2 olrk bulunmuştur. COP değerleri de 4 C, 44 C, 48 C ve 5 C sıcklıklrı için sırsıyl 2.72, 2.62, 2.59 ve 2.81 olrk tespit edilmiştir. Isı pomplı kurutucunun düşük nem ve sıcklıkt çlışmsındn dolyı kurutmnın ürün klitesinde de olumlu etkisinin bulunduğu gözlenmiştir [16].
ENDÜSTRİYEL TİP ISI POMPALI KURUTUCUDA ÇEKİRDEKSİZ ÜZÜMÜN KU / POLİTEKNİK DERGİSİ, CİLT 13, SAYI 4, 21 2. ISI POMPALI KURUTUCU Isı pompsınd kompresör, yoğuşturucu (kondenser), kısm vnsı ve buhrlştırıcı (evportör) bulunmktdır. Isı pomplrı ısı kynğı olrk hv, su ve toprk kynklı olmk üzere üç grub yrılırlr. Bu çlışmd, hvdn hvy bir ısı pompsı kullnımı ile çekirdeksiz üzüm kurutm işlemi gerçekleştirilmiştir. Kurutm sisteminde ihtiyç duyuln ısı, ısı pompsının yoğuşturucusundn sğlnmktdır. Kullnıln soğutknın (soğutucu kışkn) Şekil 1 de verilen log Ph diygrmındki değerler; h1h2: kompresör girişçıkışı, h2h3: yoğuşturucu girişçıkışı ve h3=h4: kılcl boru girişçıkışı entlpi değerleridir ve bun göre kondenser kpsitesi; ç = Σ m g Σm (5) Kuru hv ve su buhrı için kütle korunumunun genel eşitliği: m KHç = Σ m KH (kuru hv için) KHg = Σ Σm Σ( wg KHg Σ( m (6) m KHg ) = Σ wç m khç vey m Sg ) = Σ m NHç (nemli hv için) (7) şeklinde yzılbilir. Enerjinin korunumunun genel eşitliği: 2 2 v v (h + + g z )Σg m + g z ) (8) Q W = Σç m (h + 2 2 Enerji eşitliğinde kinetik enerji ve potnsiyel enerji değişimleri, ısı ve iç etkileşimleri, değişimleri ynınd çok küçük olduğundn ihml edilerek, hesplmlrd enerji eşitliği şğıdki gibi kullnılmıştır. Q W = Σ m ç hç Σ m g hg (9) Kurutm hvsının neminin çekilmesi için kurutm tünelinde kullnıln ısı yükü: Q T m Hg hhg hhç (1) eşitliği ile hesplnmıştır. ) Sistemde yoğuşturucudn tıln ısı yükü ( Q K kurutm hvsının ship olduğu ısı yüküne eşittir ve şğıdki eşitlik ile hesplnmıştır: Şekil 1. Isı pompsı sisteminin log Ph diygrmı Q K m ( h2 h3 ) (1) eşitliği ile hesplnmktdır. Yoğuşturucunun kurutm hvsın verdiği ısı miktrı ise; Q ve Q K K h Q K = m Hg. c p.(thg THç) m Hg = Hg. V g Tüm sistem için etkinlik ktsyısı (COPsistem) hesplnmsınd şğıdki eşitlik kullnılır [17]. COPsistem = (2) eşitliği ile hesplnmktdır. Kurutucu çlıştığı sürece ısı pompsı sistemi de devrede klcğındn, kurutucu çlışm süresi (Kh), ynı zmnd ısı pompsı çlışm süresidir. Kurutm sisteminde kullnıln toplm enerji miktrı, yoğuşturucu kpsitesi kbul edilmiş ve soğutkn debisi de bun göre bulunn sistemde, kompresör gücü için; Q C m ( h2 h1 ) (3) eşitliğinden fydlnılır. Sistemdeki buhrlştırıcı kpsitesi de; Q E m ( h1 h4 ) (4) eşitliği ile hesplnır. Çekirdeksiz üzümün kurutulmsınd kullnıln ısı pomplı sistem, ısıtm ve soğutm uygulmlrını kpsmktdır. Sürekli kışlı çık sistem için, enerjinin ve kütlenin korunumu knunu uygulnrk şğıdki eşitlikler verilmiştir. Kurutm sistemi için kütlenin korunumu knunun genel eşitliği: (11) Q K W c W 1 W 2 (12) Kurutm hvsının bğıl nemi; w. p,622 w pd (13) Kurutm hvsının özgül entlpisi; h c pkh T w hd (14) eşitlikleri ile hesplnmıştır [18]. Kurutm esnsınd kurutm tünelinde enerjinin kullnılm ornı (EURdt) şğıdki eşitlik ile hesplnır [19]. EURdt = m Hg.( hhg hhç ) m Hg.c p.( THg THç ) 15) 3. MATERYAL VE METOT Tsrlnn ve imltı ypıln endüstriyel tip ısı pomplı çekirdeksiz üzüm kurutm sistemi n htlrı ile kurutm tüneli, yoğuşturucu, fn, buhrlştırıcı ve kompresör odlrı, dış kompresör gurubu (tetikleyici), ısı pompsı sistemini oluşturn tesist prçlrındn ve 273
Mesut ABUŞKA, Hikmet DOĞAN / POLİTEKNİK DERGİSİ, CİLT 13, SAYI 4, 21 kontrol donnımlrındn oluşmktdır. Sistem kpsitesi 1. kg dır. Tsrlnn ve imltı ypıln ısı pomplı çekirdeksiz üzüm kurutucusu resmi Şekil 2 de, teknik resmi Şekil 4 de verilmiştir. Açıkt ypıln kurutmnın resmi ise Şekil 3 te verilmiştir. 94 m2 hzır poliüretn izolsyonlu duvr/tvn pneli (8 cm). Kurutucu dış görünüş Şekil 3. Açıkt ypıln kurutm resmi b. Kurutm tüneline ürün kssı yerleşimi Şekil 2. Endüstriyel tip ısı pomplı üzüm kurutucusunun resmi Endüstriyel tip kurutucudki donnımlr: 1 det 3 BG, 2 det 2 BG yrı hermetik kompresör 2 det 145 m2, 1 det 8 m2, 2 det 86 m2 yoğuşturucu Yoğuşturucu üzeri 9 det elektrikli ısıtıcı rezistns (1. W) 4 det 1 m2, 3 det 41 m2, 1 det 15 m2 buhrlştırıcı 1 det slyngoz ikiz fn (15. m3/h), 1 det slyngoz fn (53. m3/h), 1 det elektrik motoru 7,5 BG ikiz fnd, 1 det 3 BG elektrik motoru tekil fnd, 3 det Ø 4, 2 det Ø 5, 4 det Ø 45 ve 6 det Ø 3 knt çpınd eksenel fn 2 det çrpm kpı (9x19 cm), 1 det sürgülü kpı (2x25 cm), 274 Endüstriyel tip kurutucud ısı pompsı sisteminin yoğuşturucusunu enerji kynğı olrk kullnck şekilde düşünülmüş ve iml edilmiştir. Kurutucu içersindeki ürünlerin nemi, yoğuşturucud ısıtıln kurutm hvsı vsıtsıyl buhrlştırılrk kurutm hvsın krışmktdır. Bu nedenle, nemi rtn kurutm hvsının zmnl nem lm yeteneği zlcğındn dolyı, kurutm hvsının içerisindeki nem buhrlştırıcıd yoğuşmktdır. Yoğuşturm işlemi; nemli hvyı soğuk yüzeyde çiy noktsı sıcklığının ltınd düşürülerek gerçekleştirilmektedir. İml edilen kurutucud, ürün üzerinden geçtikten sonr dışrı tıln kurutm hvsının buhrlştırıcı üzerinden geçirilmesi ile sistemde tık ısıdn fydlnılmy çlışılmıştır. Böylece sistemde ısı pompsının buhrlştırıcısı buhrlşm gizli ısısının bir kısmını tıln kurutm hvsındn çekmektedir. Böylece kurutm sistemi, hvdnhvy bir ısı pompsı olrk çlışmktdır. Kurutucu sistemde, kurutm hvsı tünel sonund iki kol yrılıp, tünele girmeden önce tekrr birleşmektedir. Buhrlştırıcı ve yoğuşturucudn geçen hvlrın krışmsı ile elde edilen krışım hvsı, kurutm hvsı olrk, kurutm tüneline giriş ypmktdır. Toplm kurutm hvsı debisinin 2/3 ü yoğuşturucu üzerinden ısıtılrk tekrr dolştırılmkt, 1/3 ü ise buhrlştırıcıd soğutulrk nemi düşürülmektedir. Yoğuşturucud ısıtıln ve buhrlştırıcıd soğutulrk nemi düşürülen hv debileri krıştırılrk kurutm tüneline yönlendirilmektedir. Böylelikle yoğuşturucu ve buhrlştırıcı dolyısıyl kompresör kpsitelerinin dh küçük seçilebilmeleri sğlnmıştır.
ENDÜSTRİYEL TİP ISI POMPALI KURUTUCUDA ÇEKİRDEKSİZ ÜZÜMÜN KU / POLİTEKNİK DERGİSİ, CİLT 13, SAYI 4, 21 Kurutm sisteminde kurutm işlemi esnsınd sistem hvsının psikrometrik döngüsü Şekil 5. te verilmiştir. Deneylerde kullnıln ölçüm cihzlrı Çizelge 1. de verilmiştir. IPK sistemindeki hv kışının psikrometrik diygrmd; (12) kurutm tünelinde kurutm işlemi, (24) yoğuşturucud ısıtm işlemi, (23) buhrlştırıcı odsınd soğutm ve nem düşürme işlemi, (34) buhrlştırıcı odsınd soğutulmuş ve nemi düşürülmüş hv ile yoğuşturucud ısıtıln hvnın krışımıdır. IPK sisteminde yeniden kullnıln çevrim hvsı ornı RAR=2/3 tür. Toplm hv debisinin 2/3 ü yoğuşturucu üzerinden ısıtılrk tekrr dolştırılmkt, 1/3 ü ise buhrlştırıcıd soğutulrk nemi düşürülmektedir. Yoğuşturucud ısıtıln ve buhrlştırıcıd soğutulrk nemi düşürülen hv debileri krıştırılrk kurutm tüneline yönlendirilmektedir. Şekil 4. Endüstriyel tip ısı pomplı çekirdeksiz üzüm kurutucusunun teknik resmi Şekil 5. Sistem hvsının psikrometrik döngüsü. Çizelge 1. Deneylerde kullnıln ölçüm cihzlrı Cihz Özellikleri Kuru meyve nem test cihzı Dried Fruit Moisture Asc. of Cliforni, Ölçüm hsssiyeti,5 Dijitl trtı Precis BJ 41 C, en yüksek ölçüm 42 g, Ölçüm hsssiyeti,1 g Hlojen nem tyin cihzı Metler Toledo HB43, 5 2 C, ölçüm hsssiyeti %,1. Etüv kurutm fırını Nüve FN 4, 7 25 C, sıcklık hsssiyeti 1 C Infrred termometre TT Technic VA652, 5 5 C, ölçüm hsssiyeti.1 C Dijitl termometre ETI Worthing Sussex, 5 15 C, ölçüm hsssiyeti,1 C Dijitl nemometre Lutron Electronic m421,ölçüm rlığı:.43 m/s,ölçüm hsssiyeti: ±2%+1d El tipi refrktometre Ausjen, ölçüm rlığı 3 % Termometre Crel IR 33 dijitl kontrol cihzı Higrometre Dixell XT11C dijitl kontrol cihzı Endüstriyel terzi Tem TEKO2 Eko lcd Terzi, 2 kg kpsiteli, ölçüm hsssiyeti 2 g Elektrik sycı Köhler KHL.ES6 üç fzlı elektronik syç, 3x22/38V 5 Hz Arç kntrı Bome reometresi 275
Mesut ABUŞKA, Hikmet DOĞAN / POLİTEKNİK DERGİSİ, CİLT 13, SAYI 4, 21 4. DENEYİN YAPILIŞI 4.1. Ön işlemler Kurutm işleminde kullnılck çekirdeksiz üzümlerden rstgele lınn on det numune slkımlrdn üstort ve lt kısmındn lınn ikişer det üzüm tnesi şırsı çıkrtılrk sud çözünebilir kuru mdde miktrı (briks) refrktometre ile 22,2 kuru mdde miktrı değeri ölçülmüştür. Üzümler kurutulmdn önce üzerlerindeki mum tbksının uzklştırılbilmesi için; TS 3411 e uygun bndırm suyun pots dı verilen %5 lik K2CO3 ve % 1 zeytinyğı eklenerek bir emülsiyon hline getirilerek bir çözelti hzırlnmıştır. Kurutulck ürünler bu pots çözeltisine dldırılıp kıs bir süre tutulduktn sonr (4 6 sn.) süzülerek plstik kurutm kslrın yerleştirilmiş ve kurutucuy götürülmüştür. Büyük slkımlr, ort büyüklükte prçlr yrılmıştır [2]. Ürünler, kurutm tüneline yerleştirilerek kurutm işlemine hzır hle getirilmiştir. Çekirdeksiz üzüm için yoğuşturucu çıkış hvsı sıcklığı (72,5 ±2,5 ) C olrk belirlenmiştir. Sistemde istenilen kurutm hvsı sıcklığı kontrol cihzındn yrlnrk kurutm işlemine bşlnılmıştır. Kurutucu tüneline üzümler, 6x4x2 cm boyutlrındki plstik kslrl, tünel genişliğine göre 3 ve uzunluğun göre de 9 olmk üzere 27 plet, her plet üzerine 4 det plstik ksd 13 kt olmk üzere toplm 144 ks istiflenmiştir. Toplm plstik ks kurutm yüzeyi 337 m2 dir. Ürünün kurutm öncesi toplm ğırlığı, ticri kntrd 75 kg olrk ölçülmüştür. Kurutucud m2 bşın 2,92 kg düşmüştür. IPK sisteminde ypıln kurutmnın çıkt kurutm ile krşılştırılbilmesi için eşzmnlı olrk beton üzeri bez sergide kurutm işlemi ypılmış ve 18,65 kg/m2 üzüm serilmiştir. 4.2. Tm Kuru Ağırlığın ve Nem Miktrının Belirlenmesi Isı pomplı kurutucud ypıln denemede, kurutucu tüneline 27 plet hlinde 144 ks ürün yerleştirilmiş ve tünel sonundki ort plette 3 det (pletin ltort ve üst kısmı) 25 g lık numuneler belirlenmiştir. Bu numuneler, kurutucunun son bölümünde kurutulduktn sonr sırsıyl kuru meyve nem test cihzı, hlojen nem tyin cihzı ve etüv fırınınd 7 C sıcklıkt (± 1 ºC ve bsınç d 1 mmhg düzeyini geçmeyecek şekilde 6 st süre ile kurutulmuştur) kurutulrk ortlmlrı lınmış ve tm kuru ğırlık belirlenmiştir. Ayrıc kurutucu tünelin ortilk kısmındki ürünlerden (ltort ve üst kısım) ve beton üzeri bez sergide kurutuln üzümünden 25 g numuneler kurutm işlemi bittikten sonr sdece kuru meyve test cihzınd teste tbii tutulrk tm kuru ğırlıklrı belirlenmiştir. Kuru meyve nem test cihzı ve etüv fırınınd ypıln işlemler TS 3411 e uygun olrk ypılmışlrdır. Ashre TC 2.2. ye göre; su miktrı, % olrk ornsl biçimde ve nem miktrının tnımlnmsınd d Yş Bz (yb.), Kuru Bz (kb.) olmk üzere iki yöntem kullnılır [21]. Bu çlışmd nem ornı Yş Bz (yb.) ve Kuru Bz (kb.) olmk üzere belirlenmiştir. Yş bz göre nem, üründeki su ğırlığının ürünün tüm ğırlığın ornı olrk; Myb = Ws Ws Wk.1 (%) (16) eşitliği ile hesplnmıştır. Kuru bz göre nem, üründeki su ğırlığının ürünün kuru ğırlığın ornı d; Mkb = Ws Wk. 1 (%) (17) eşitliği ile belirlenir. Çizelge 2. IPK ve Sergi üzeri çık hvd kurutm değerleri. Numune yeri IPK tünel sonu ort. IPK tünel ort kısım IPK tünel ilk kısım Sergi IPK (kg) Sergi (kg) Tm kuru mddeye göre ürün nem ornı (% kb) 25 71,1 178,9 58,9 191,1 324,45 76,44 2,71 17,16 2b 25 68,28 181,72 58,12 191,88 33,14 76,75 17,48 14,88 3c 25 66,13 183,87 57,97 192,3 331,26 76,81 14,8 12,34 4 25 66,5 Tüm ürün 7 5 1 894 Tüm ürün 6 42 1 724 183,5 5.156 4 696 58,3 191,97 33,81 76,79 14,6 12,74 Numune no 1 d İlk kütle Tm kuru Kurutm Son Tm kuru ğırlığ sonrsı kütle kütle ğırlık göre kütle kybı kybı Tm kuru Kurutm Kurutm mddeye sonrsı sonrsı göre ürün nemi ürün nemi ürün nem ornı (% yb) (% kb) (% yb) : Tünelin son kısmındki pletin ltortüst kısmındn lınn birer numune etüv fırınd, hlojen nem tyin cihzı ve kuru meyve nem test cihzınd tm kurutm işlemi gerçekleştirilerek ortlmlrı lınmıştır. bcd: Kurutm tünelinin ortilk kısmındki pletin ltortüst kısmındn lınn birer numune ve sergi ortsın dn lınn numune sdece kuru meyve nem test cihzınd ölçüm gerçekleştirilerek ortlmlrı lınmıştır. 276
ENDÜSTRİYEL TİP ISI POMPALI KURUTUCUDA ÇEKİRDEKSİZ ÜZÜMÜN KU / POLİTEKNİK DERGİSİ, CİLT 13, SAYI 4, 21 5. SONUÇLAR ve TARTIŞMA 1 9 8 7 6 5 4 3 2 1 B ğ ı l Ne m (%) 3,5 3, Ort. 6,2 C IPK 2,5 Tünel çıkış Yoğuşturucu odsı Kurutm odsınd kullnıln enerji miktrının kurutm süresince değişimi Şekil 1 d verilmiştir. IPK d ypıln kurutm deneyinin performns değerleri de Çizelge 3 te verilmiştir. 1,5 1,,5, 8 5 1 16 21 26 31 36 42 47 52 7 Kurutm süresi (st) Şekil 6. Isı pomplı kurutucud kurutuln üzümün zmn göre nem değişimi 3,5 3, 2,5 2, 1,5 1,,5, Nem miktrı (g su/g kuru mdde) Kurutm süresi (st) Şekil 9. IPK d kurutm hvsı bğıl nem değişimi 2, Sergi 6 5 4 3 2 1 3 6 9 12 15 18 21 24 27 3 33 36 39 42 45 48 51 54 Kurutm süresi (st) Şekil 1. IPK d enerjinin kullnımı 8 Çizelge 3. IPK performns verileri 32 56 8 14 128153 176 199 Tnım İlk Kütle (kg) Son Kütle (kg) Uzklştırıln Nem (kg) Kurutm Süresi (h) Toplm Enerji (kwh) MER (kg/h) SMERsistem (kg/kwh) COPsistem Kurutm süresi (st) Şekil 7. Açık hvd sergide kurutuln üzümün zmn göre nem değişimi Kurutm denemesi esnsınd kurutm süresine bğlı olrk kurutm hvsı sıcklığının kurutm tüneline giriş, kurutm tünelinden çıkış, yoğuşturucu odsı ve buhrlştırıcı odsının sıcklık değişimi Şekil 8 de, bğıl nem değişimi ise Şekil 9 d görülmektedir. ) C ( ı ğlı k ıc s v H 5 1 15 2 25 3 35 4 45 5 Tünel giriş Buhrlştırıcı odsı Enerji kullnımı (kwh) N e m m i kt r ı (g su / g ku r u m d d e ) Kurutm işleminde kurutucu tünelin son kısmındki pletin ort kısmındki numune kütle değişimi belirli zmn rlıklrınd ölçülerek Eşitlik (17) ile hesplnrk Şekil 6 d verilmiştir. Açık hvd beton üstü bez sergide kurutuln üzümün nem ornı Şekil 7 de verilmiştir. IPK sisteminde % 324,45kb nem miktrındki ürünler 6,2 C kurutm hvsı sıcklığınd 52 stte 2,71kb nem miktrın kurutulmuştur. Açık hvd beton üzeri bez sergide ypıln kurutm işleminde ise % 33,81kb nem miktrındki ürünler 199 stte 14,6kb nem miktrın kurutulmuştur. Değer 7.5 1.894 5.156 52 3.353 99,15 1,53 2,81 8 7 6 5 4 3 2 1 5 1 15 2 25 3 35 4 45 5 K u r u tm s ü r e s i ( s t) T ü n e l g iriş T ü n e l ç ık ış B u h r l ş tır ıc ı o d s ı Y o ğ u ş tu r u c u o d s ı Şekil 8. IPK d kurutm hvsı sıcklığının değişimi Şekil 11. Açık hvd kurutuln örnek numune resmi (numune no: 4d) 277
Mesut ABUŞKA, Hikmet DOĞAN / POLİTEKNİK DERGİSİ, CİLT 13, SAYI 4, 21 Şekil 12. IPK d kurutuln örnek numune resmi (numune no: 2b) Isı pomplı kurutucud kurutuln üzümlerin, olumsuz çevre şrtlrındn (yğmur, toz, toprk vb.) korunduğu dikkte lındığınd temizlik çısındn çık lnd kurutulnlrdn dh temiz olduğu ve yrıc sistemde kurutuln üzümlerin, çık lnd kurutuln üzümlere kıysl renklerinin dh çık olduğu ve toz/toprk bulunmdığı gözlemlenmiştir. Açık hvd ve IPK dn lınn numune resimleri Şekil 11 ve 12 de görülmektedir. Açık hvd sergide kurutuln üzüm numuneleri 9 numr, kurutucud kurutuln üzüm numuneleri ise 1 numr renk değeri elde edilmiştir. Kurutuln çekirdeksiz üzümdeki nem miktrı tm kuru mdde bzınd % 324,45331,26 rlığınd bulunmuş olup, bu nem miktrındn % 14,82,71 nem miktrın kdr çekirdeksiz üzümler 52 stte kurutulmuştur. Kurutm hvsı sıcklığı ortlmsı 6,2 C ve kurutm hvsı hızı tünel sonund ortlm 3,2 m/s ölçülmüştür. Kurutucud ypıln kurutm deneyi ile eş zmnlı olrk çık hvd beton üzeri bez sergi üzerinde ypıln kurutm deneyinde ise üzüm numunesi % 33,81 nem ornındn % 14,6 nem ornın 199 stte kurumuştur. Sultniye tipi çekirdeksiz üzümlerin kurutulmsınd deneysel olrk nliz edilen kurutucunun, ürünün kurutulmsı sırsınd ortlm ısıtm tesir ktsyısı tüm sistem için COPsistem: 2,81, özgül nem lm verimi SMERsistem: 1,53, nem lm verimi MER: 99,15 olrk bulunmuştur. Kurutm hvsının, tünel giriş sıcklık ortlmsı 6,2 C ve buhrlştırıcı odsı hv sıcklığı ortlmsının 12,3 C olduğu dikkte lındığınd tünel giriş hvsı sıcklığının rtırılmsı ve buhrlştırıcı odsı sıcklığının düşürülmesi suretiyle sistem veriminin rtırılbilmesi için tünel çıkış hvsı ve buhrlştırıcı odsı çıkış hvsının hvdnhvy ısı değiştiricisi kullnımının enerji verimliliğini rtırcğı görülmüştür. Krom nikel tepsili kurutm rblrı mliyeti yüksek olduğu için üzümler plstik kslrd kurutulmuştur. Plstik kslrd kurutuln üzümlerden bzılrınd (özellikle pletin lt kısmındki kslrd) tm kurummış tnelere rstlnmıştır. Bu sonuc ks içinden geçen kurutm hvsının tm nüfuz etmediği nlşılmıştır. Bu durum sistemde difüzör ihtiycını göstermiştir. Ayrıc kurutm tünelinin bşlngıç kısmındki üzümlerde şırı kurum gözlemlenmiştir. Bu durum sis278 tem tsrımının ters kımlı olrk d çlıştırılmsı ihtiycını göstermiştir. Sistemin bşlngıç kurutmsınd sistemin şırı yüklenmesini zltmk için yoğuşturucu üzerine 9 det 1 W lık elektrikli ısıtıcı yerleştirilmesiyle kompresörlerin zrr görmesinin önüne geçilmiştir. Isı pomplı kurutm sistemiyle, kurutm hvsı istenilen şrtlr (kurutm hv hız sıcklığınem değerleri) yrlnbilir olmsı ile her türlü meyve ve sebzeler, her türlü dış hv şrtlrınd, yılın on iki yı boyunc negtif dış etkenlerden (toz/toprk, yğmur, çiy vb.) korunrk kurutulbilecektir. Böylelikle; trımsl ürün kurutuculrınd meydn gelen ürün ykm ve çtlm sorunun ve çık hvd ypıln kurutmd meydn gelen temizlik sorunun çözüm getirilebilecektir. Ayrıc; trımsl işletmelerde kuru ürün işlemede yıkm sonrsı kurutm ve mikroorgnizm yükünün düşürülmesine yönelik noktsl sıcklıkt ısıl işlemsterilizsyon uygulmsı için rhtlıkl kullnılbilecektir. 6. SEMBOLLER ve KISALTMALAR c cp h h1 Özgül ısı (kj/kg K) Sbit bsınçt özgül ısı (kj/kg K) Özgül entlpi (kj/kg) Soğutknın kompresöre giriş özgül entlpisi (kj/kg) h2 Soğutknın kompresörden çıkış özgül entlpisi (kj/kg) h3= h4 Soğutknın genleşme vnsındn girişçıkış özgül entlpileri (kj/kg) Kh Kurutucu çlışm süresi Kütlesel debi (kg/s) m Mkb Kuru bz göre nem ornı (%) Myb Yş bz göre nem ornı (%) p Bsınç (P) RAR Yeniden kullnıln çevrim hvsı ornı t Zmn (s) T Sıcklık ( C, K) v, V Hız (m/s) Kurutm hvsının hcimsel debisi (m3/h) V kh Q QK w Ws Wk w1 w2 φ ρ çh gh H kb Birim zmndki ısı gücü (kj/s) Kurutm için gerekli ısı gücü (W) Mutlk nem (kgsu buhrı / kgkuru hv) Üründeki su ğırlığı Ürünün kuru ğırlığı Hvnın sisteme girişteki mutlk nemi (kgsu buhrı / kgkuru hv) Hvnın sistemden çıkıştki mutlk (kgsu buhrı / kgkuru hv) Bğıl nem (%) Yoğunluk (kg/ m3) Çıkn hv Giren hv Hv Kuru bz nemi
ENDÜSTRİYEL TİP ISI POMPALI KURUTUCUDA ÇEKİRDEKSİZ ÜZÜMÜN KU / POLİTEKNİK DERGİSİ, CİLT 13, SAYI 4, 21 KH Kuru hv NH Nemli hv S Su D Doymuş yb Yş bz 1, g Açık sisteme giriş hli 2, ç Açık sistemden çıkış hli IPK Isı Pomplı Kurutucu COP Isı Pompsı Etkinlik Ktsyısı MER Kurum Hızı SMERÖzgül Nem Alm Hızı TS Türk Stndrtlrı 11. 12. 13. 7. KAYNAKLAR 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 1. Kısmlı, İ., Altındişli, A., Çekirdeksiz kuru üzüm üretimi, Ege Üniv. Zirt Fk. Bhçe Bitkileri Bölümü. T.C. Bşbknlık Dış Ticret Müsteşrlığı İhrctı Geliştirme Etüd Merkezi Kuru üzüm (29). Phni, K., A., Greg, J., S., Recirculting het pump ssisted continuous bed drying nd energy nlysis, Interntionl Journl of Energy Reserch, 29: 961972, (25). Filho, O., A., Strommen, I., The ppliction of het pump in drying of biomterils, Drying Technology, 14(9): 26129, (1996). Bines P., G., A comprtive nlysis of het pump dryers, Ph.D. Thesis, University of Otgo, New Zelnd, 11, (1986). Söylemez, M., S., Optimum het pump in drying systems with wste het recovery, Journl of Food Engineering, 74: 292298, (26). Okty, Z., Isı pompsı destekli bir kurutucunun performnsın etkiyen etkenlerin rstırılmsı, Tesist Kongresi, 12, (1997). Okty, Z., Testing of hetpumpssisted mechnicl opener dryer, Applied Therml Engineering, 23: 153162, (23). Teeboonm, U., Tinsuwn, J., Soponronnrit, S., Optimiztion of het pump fruit dryers, Journl of Food Engineering, 59: 369377, (22). Ceyln, İ., Akts, M., Dogn H., Energy nd exergy nlysis of timber dryer ssisted het pump, Applied Therml Engineering, 27: 216222, (27). 14. 15. 16. 17. 18. 19. 2. 21. 279 Chou S.K., Hwlder M.N.A., Ho J.C. nd Chu K., J., On the study of twostge het pump cycle for drying of griculturl products, Proceedings of the ASEAN Seminr nd Workshop on Drying Technology, Phitsnulok, Thilnd, June 3 5, (1998). Chu K. J., Chou S. K., Hwlder M. N. A. nd Ho J. C., A twostge het pump dryer for better het recovery nd product qulity, Journl of the Institute of Engineers, Singpore, 38(6): 814, (1998b). Chu K. J., Mujumdr A.S., Chou S.K., Hwlder M.N.A. nd Ho J. C., Het pump drying of bnn, guv nd potto pieces: effect of cyclicl vritions of ir temperture on convective drying kinetics nd colour chnge, Drying Technology, 18(5), 97936, (2). Prsertsn S., SenSby P., Prteepchikul G. nd Ngmsritrkul P. Het Pump Dryer Prt 3: Experiment verifiction of the simultion, Interntionl Journl of Energy Reserch, 21: 12, (1997). Prsertsn S. nd SenSby P., Het pump drying of griculturl mterils, Drying Technology, 16: 23525, (1998b). Tosun S., Bzı trımsl ürünler için ısı pomplı bir kurutucunun geliştirilmesi ve termodinmik nlizi, Doktor Tezi, Ege Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, (29). Çengel, Y. A. ve Boles, M. A., Mühendislik Yklşımıyl Termodinmik, Mc GrwHillLitertür, İstnbul, 52753s., (1999). Akpınr, E., Trımsl ürünler için siklon tipi bir kurutucunun geliştirilmesi, Doktor Tezi, Fırt Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Mkine Mühendisliği ABD, (22). Ceyln, İ., Akts, M., Dogn H., Energy nd exergy nlysis of timber dryer ssisted het pump, Applied Therml Engineering, 27: 216222, (27). Türk Stndrtlrı Enstitüsü, TS 3411 Çekirdeksiz kuru üzüm, (29). Ashre TC 2.2, Plnt nd Animl Enviroment, Temel El KitbıTrım ürünlerinin kurutulmsınd ve depolnmsınd göz önüne lınck fizyolojik etkenler, Tesist Müh. Derneği Teknik Yy. : 2, (1998).