Isı pompalı kurutucu ile bayat ekmeğin geri dönüşüm tekniklerinin deneysel analizi
Experimental analysis of recycling techniques of stale bread with heat pump dryer
Yazar: BURAK AKTEKELİ
Danışman: DOÇ. DR. MUSTAFA AKTAŞ
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Eğitimi Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2014
Konu: Enerji = Energy ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Teknik Eğitim = Technical Education

Özet:
Bu çalışmada, ısı pompalı üç farklı modda (sistem 1, sistem 2 ve sistem 3) ısı pompalı kurutucu tasarlanmış, imal edilmiş ve bayat ekmek dilimleri farklı şartlarda kurutulmuştur. Kurutma işlemi için gerekli olan enerji ısı pompasından sağlanmıştır. Bayat ekmekler 15 mm kalınlığında dilimlenerek kuru baza göre 0,55 gsu/gkuru madde başlangıç nem miktarından 0,09 gsu/gkuru madde son nem miktarına kadar ortalama 2,9 saatte kurutulmuştur. Bayat ekmek dilimleri 45 °C- 50 °C üfleme havası sıcaklığında ve değişken hava hızlarında (0,2 m/s - 0,9 m/s) kurutulmuştur. Kurutma havası sıcaklığı, kurutma havasının hacimsel debisinin değiştirilmesi ile kontrol edilmiştir. İstenilen kurutma havası sıcaklığı oransal-integral-türevsel (PID) kontrol kullanılarak elde edilmiştir. Ayrıca kurutulan ürünün yüzey sıcaklığı ısı pompasının kompresörünün kontrol edilmesiyle sağlanmıştır. 45-50°C kurutma havası sıcaklığı (KHS) ve 40-45°C kurutulan ürün yüzey sıcaklığı (KÜYS) set değerlerinde altı deney yapılmıştır.

Tüm sistem performans katsayısı  (COPws);  sistem 1  (40 °C KÜYS - 45°C KHS) olduğu zaman 2,84, (45 °C KÜYS -50 °C KHS) olduğu zaman 2,96; sistem 2 (40 °C KÜYS -45°C KHS) olduğu zaman 4,28, (45 °C KÜYS -50 °C KHS) olduğu zaman 5,28 ve sistem 3 (40 °C KÜYS -45°C KHS) olduğu zaman 4,64, (45 °C KÜYS -50 °C KHS) olduğu zaman 4,74 olarak hesaplanmıştır. Ekmek, Türkiye'de olduğu gibi dünyanın her yerinde temel gıda maddesi olarak kullanılmaktadır. Türkiye'de çok fazla ekmek israf edildiği için bu çalışmanın temelini ekmek israfının önlenmesi oluşturmaktadır. 

Kurutma sisteminde enerji ve psikrometrik analiz deneysel sonuçlara göre yapılmıştır. Deney sonuçlarına göre sistem 2 diğer sistemlere göre daha iyi performans göstermiştir. Sistem 2 için, atık hava ısı pompası buharlaştırıcısının ısı kaynağı olarak kullanılmıştır. Bu çalışmada, ısı pompası sistemlerinde kurutma egzost havası ısısının kullanılmasının uygun ve etkili yöntem olduğu görülmüştür. Kurutma sonrası bayat ekmeklerin su aktivitesi değerleri (aw) 0,395, 0,388, 0,366, 0,356, 0,368 ve 0,346 olarak ölçülmüştür. Bu nedenle, kurutulmuş ürün depolamaya hazır hale getirilmiştir.

Abstract:
In this study, three different modes (system 1, system 2 and system 3) heat pump dryers have been designed, manufactured and stale bread slices have been dried at the different conditions. The energy required for drying was provided from the heat pump. Stale breads sliced into 15 mm thickness were dried from initial dry basis moisture content 0,55 gwater / gdry matter to final moisture content at 0,09 gwater / gdry matter. average 2,9 hours. Stale bread slices have been dried at 45°C - 50°C drying air temperature and variable air velocities 0,2 m/s - 0,9 m/s. Drying air temperature was controlled by changing volumetric flowrate of the drying air. Desired drying air temperature was obtained by using Proportional-Integral-Derivation (PID) controller. Also dried product surface temperature was controlled by controlling of compressor of heat pump. Six experiments were done at 45-50 oC drying air temperature (DAT) and 40-45 dried product surface temperature (DPST) set values. 

The coefficent of performances of whole system (COPws) were calculated as system 1 (40 °C DPST-45 °C DAT) 2,84, (45 °C DPST - 50 °C DAT) 2,96, system 2 (40 °C DPST - 45 °C DAT) 4,28, (45 °C DPST - 50 °C DAT) 5,28, system 3 (40 °C DPST - 45 °C DAT) 4,64, (45 °C DPST - 50 °C DAT)  4,74. Bread as in Turkey from all over the world are used as basic foodstuffs. Because bread is wasted too much in Turkey, this study focuses on prevention of bread waste.