Dondurulmuş gıda ürünlerinin çözdürülmesi amacıyla vurgulu hava destekli mikrodalga sistem tasarımı
Air impingement assisted microwave system design for thawing process of frozen food products
Yazar: KÜBRA POLAT
Danışman: PROF. DR. FERRUH ERDOĞDU
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Gıda Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Gıda Mühendisliği = Food Engineering
Dizin: Matematiksel modelleme = Mathematical modelling ; Mikrodalgalar = Microwaves ; Optimizasyon = Optimization ; Tasarım = Design

Özet:
Mikrodalga uygulamaları kapsamında ortaya çıkan en önemli sorun ürün dielektrik özelliklerine bağlı olarak meydana gelen ve tekdüze özellik göstermeyen elektromanyetik alan kaynaklı oluşan tekdüze olmayan sıcaklık dağılımıdır. Özellikle gıda ürünlerinin donma noktaları altında ve üstünde dielektrik özelliklerde meydana gelen keskin değişim proses sırasında aşırı ısınmış olan bölgelerin oluşmasına sebep olabilmektedir. Üründe meydana gelen sıcaklık değişimlerinin kontrol edilebilmesi ve ürün sıcaklık değişiminin çözdürme işlemi sırasında tekdüze olarak elde edilebilmesi amacıyla mikrodalga uygulama ile vurgulu hava jeti uygulamasının eş zamanlı olarak kullanılması proses zamanının kısaltılabilmesi amacıyla da önemli bir avantaj gösterebilecektir. Vurgulu hava jeti sistem teknolojileri ürün-ortam ara yüzeyinde oluşan termal sınır katmanlarını azaltarak daha yüksek değerde ısı transfer katsayısı elde edilmesini sağlamaktadır. 

Bu çalışmada, laboratuvar ölçekli bir mikrodalga sistem vurgulu hava jeti desteği ile modifiye edilmiş ve bu sistem içerisinde %2'lik (w/w) agar jeli kullanılarak silindirik ve karesel geometrilerde deneysel çalışmalar gerçekleştirilmiştir. Eş zamanlı mikrodalga ve vurgulu hava jeti uygulaması süresince kavitede içerisindeki elektromanyetik alan ve ürün içi sıcaklık dağılımnın belirlenmesi için matematiksel model geliştirme ve deney-model doğrulama çalışmaları yapılmıştır. Daha sonra vurgulu hava jeti destekli sistemde çözdürme prosesi uygulaması amacıyla silindirik geometride modelleme çalışmaları gerçekleştirilmiştir.

Bu çalışmalar kapsamında laboratuvar ölçekli mikrodalga sistemde vurgulu hava jeti sistem desteğinin etkinliği değerlendirilerek özellikle çözdürme proseslerinde sıcaklık dağılımının tekdüze edilmesi amaçlanmıştır. Vurgulu hava jeti ile kombine bir mikrodalga sistemde proses parametrelerin (vurgulu hava jeti hızı ve sıcaklığı, ürün geometrisi, mikrodalga güç uygulama süreleri) ürün sıcaklık değişimine etkisi belirlenerek burgulu hava jeti – mikrodalga kombine uygulama prosesinin etkinliği belirlenmiştir.

Abstract:
Non-uniform electromagnetic field distribution within a microwave cavity and the resulting non-uniform temperature distribution trough the product are the main issues in microwave processing. This problem bevomes more important in thawing processes due to the rapid changes in the dielectric properties around the phave change temperature. The use of air impingmenet applications with microwave processing might offer a solution to this problem to reduce the temperature uniformity while reducing the process – thawing time. Air impingement application reduces the thermal boundary layer around the sample – environment interface resulting in higher heat transfer coefficients.
In this concept, a laboratory-scale microwave system was modified with an air impingement-assisted application, and microwave heating experiments were conducted using a 2% agar gel of cylindrical and square geometries. Mathematical model development studies were carried out to determine the temperature change of the samples, and they were validated with the experimentally obtained time – temperature data. Following the model validation, air impingement assisted microwave thawing studies were carried out using the cylindrical geometry.
Effectiveness of the air impingement assisted microwave process was evaluated for thawing process to achieve a more uniform temperature distribution compared to the conventional microwave process. Effects of the process parameters (velocity of the impinged air jet and its temperature, sample geometry and duration of the applied microwave power) were determined on the temperature uniformity and thawing time.