Birleşik parabolik güneş toplaçlı uçucu yağ damıtma sisteminin geliştirilmesi ve performansının belirlenmesi
Development of an essential oil distillation system with compound parabolic collector and determination of its performance
Yazar: YUNUS KÜLTÜREL
Danışman: PROF. DR. SEFA TARHAN
Gaziosmanpaşa Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Tarım Makineleri Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2014
Konu: Ziraat = Agriculture
Dizin: Güneş enerjisi sistemleri = Solar energy systems

Özet:
Bu çalışmada ticari değeri yüksek tıbbi ve aromatik bitki uçucu yağlarının güneş enerjisinden faydalanılarak damıtma yöntemiyle elde edilmesi hedeflenmiştir. Bu amaçla damıtma esnasında gerekli ısıyı elde etmek için 3,4 m² açıklık alanına sahip ve yoğunlaştırma oranı 1,9 olan 7 adet birleşik parabolik güneş toplacı imal edilerek 5 kg kapasiteli damıtma ünitesi (damıtma tankı, yoğuşturucu ve yağ ayrıcı) ile birleştirilmiştir. Birleşik parabolik toplaç kapasitesi yaz aylarında güneşlenme süresi boyunca 5 kg nane bitkisi içinden 5 kg buhar geçirilecek şekilde boyutlandırılmıştır. Bulutlanma gibi çevresel nedenlerden dolayı güneş enerjisinin yetersiz kaldığı durumlarda damıtmanın tamamlanabilmesi için elektrikli ısıtıcı damıtma ünitesi içerisine yerleştirilmiştir. Temmuz, ağustos ve eylül aylarında toplam onbir deneme gerçekleştirilmiştir. Denemelerin üçü birleşik parabolik toplaçların etkisini belirlemek amacıyla yansıtıcı yüzeyler siyah bir örtüyle kapatılarak yapılmıştır. Denemeler esnasında güneş ışınım şiddeti, ısı transfer yağı sirkülasyon pompası ve soğutma suyu sirkülasyon pompası ile elektrikli ısıtıcı enerji tüketimleri, damıtma tankı içindeki damıtma suyu sıcaklığı, suyun üzerindeki buhar haznesinin sıcaklığı, damıtma tankını terk eden buharın sıcaklığı, soğutma suyu sıcaklığı, toplaca giren ve çıkan ısı transfer yağı sıcaklığı, ısı transfer yağı hacimsel debisi, çevre sıcaklığı ve rüzgar hızı ölçülmüştür. Yansıtıcıların kullanıldığı sekiz denemenin üçünde elektrikli ısıtıcıya hiç gerek duyulmadan damıtma işlemi istenilen miktarda başarılmıştır. Yansıtıcının kullanılmadığı denemelerde ise damıtmanın başlaması için toplanan güneş enerjisi yeterli olmamıştır. Güneş ışınlarının yoğunlaştırıldığı denemelerde ısı transfer yağı sıcaklığı ~121 °C'ye ulaşırken yoğunlaştırmanın yapılmadığı denemelerde ise ~96 °C'yi geçmemiştir. Yoğunlaştırmanın yapıldığı denemelerde ortalama toplaç verim değerleri %23,4 ile %34,3 arasında değişmiştir. Yoğunlaştırmanın yapıldığı ve elektrikli ısıtıcıya gerek duyulmayan denemelerde güneşten faydalanma yüzdesi %80'e kadar çıkmıştır. Mentha Piperita L. türü nanenin kullanıldığı denemelerde 5 kg naneden ~36 ml uçucu yağ elde edilmiştir.

Abstract:
In this study, the essential oils of medicinal and aromatic plants which have high commercial value were extracted by using solar distillation. For this purpose, seven compound parabolic solar collectors  which had 3.4 m² aperture area and 1.9 concentration ratio were manufactured and combined with an essential oil distillator which had 5 kg plant holding capacity. The capacitiy of compound parabolic collector (CPC) were sized by considering 5 kg steam passing through 5 kg medicinal and aromatic plant under summer season conditions. An electrical heater was placed in the essential oil distillator to complete distillation when solar energy was not sufficient because of undesired environmental conditions such as clouding. Eleven distillation tests were conducted in july, august and september. The reflectors of CPC were covered with black fabric sheet in three of  these distillation tests. During the tests solar intensity, heat transfer oil inlet and outlet temperatures, distillation water temprature inside distillation tank, steam temperature above distillation water, temperature of steam exiting distillation tank, cooling water temperature, heat transfer oil volumetric flowrate, ambient air temperature and wind velocity were measured and stored in a computer. In addition electricity consumptions of heat transfer oil pump, cooling water pump and electrical heater were measured. Three out of eight distillation tests in which solar energy was concentrated were successfully completed with no need to the electrical heater. Collected solar energy was insufficient to start boiling for the distillation tests in which solar energy was not concentrated. While the temperature of heat transfer oil reach to ~121 ºC when solar energy was concentrated, it could not pass ~96 ºC when solar energy was not concentrated. Average  collector efficiency ranged from 23.4% to 34.3% for the distillation tests in which solar was concentrated. Solar utilization ratio reached up to 80% when solar energy was concentrated and the electrical heater was not used. Approximately 36 ml essential oil was extracted from 5 kg Mentha piperita L.