Şekerli ağda kaynatma tanklarında karıştırmanın ısı geçişine etkisinin incelenmesi
Investigation of agitation effects on heat transfer in boiling vessels of sugar syrup
Yazar: UFUK DURMAZ
Danışman: DOÇ. DR. MUSTAFA ÖZDEMİR
Sakarya Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Enerji Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2013
Konu: Gıda Mühendisliği = Food Engineering ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Günümüzde şekerleme endüstrisinde, akide şekeri, helva ve birçok yöresel ve modern şekerleme üretiminde şekerden üretilen gıdalara şekil verilebilmesi ve katkı maddeleri (renk, aroma vs.) ilave edilebilmesi için şekere su ilave edilerek şeker su çözeltileri oluşturulmaktadır. Bu çözeltiler karıştırıcılı tanklarda kaynatılarak su uzaklaştırılır ve helva türündeki bu tatlıların üretiminde esas bileşen olarak kullanılan yoğun kıvamlı sulu şeker çözeltileri başka bir deyişle şeker ağdası elde edilmektedir. 
Helva ve helva türündeki bu tatlılar, Yunanistan, Türkiye ve Arap ülkeleri gibi birçok orta doğu ülkesinde oldukça yaygın olarak tüketilmektedirler. Bu yüzden ısı transferini iyileştirmek için endüstriyel üretimde karıştırıcılı kaplara oldukça fazla rastlanılmaktadır. Karıştırma sayesinde ısı transferinin iyileştiği iyi bilinmektedir. Buna rağmen bu özel konu ile ilgili çok az araştırma bulunmaktadır. Mevcut araştırmalar da ise genellikle saf maddelerin ısıtılması veya soğutulması sırasında karıştırmanın ısı transferine olan etkisi incelenmektedir. Yapılan literatür araştırması, öngörülen çalışmanın henüz yapılmadığını göstermektedir.
Bu çalışmada, kaynatma yapılan karıştırıcılı tanklarda havuz kaynaması esnasındaki ısı transferi mekanizması deneysel olarak incelenmiştir. Deneylerde gıda endüstrisinde oldukça yaygın olarak kullanıldığından ve sabit basınçta farklı sıcaklıklarda doymuş haller elde etmek mümkün olduğundan sulu şeker çözeltileri kullanılmıştır. Taban yüzeyinden ısıtılan karıştırıcılı tanklarda, farklı derişikliklere sahip sulu şeker çözeltileri için karıştırıcı kanadın dönme hızı, kanat boyutu ve kanat ile taban arasındaki mesafe gibi parametrelerin ısı transferine olan etkileri araştırılmıştır. Isı transferinin derişiklik ve devir sayısına büyük oranda bağlı olduğu görülmüştür. Reynolds sayısının maksimum 1100 olduğu laminer akış durumunda ısı akısını hesaplayabilmek için Peclet sayısına bağlı iki farklı tipte Nusselt fonksiyonu önerilmiştir. Deneysel verilerden elde edilen Nusselt sayıları ile önerilen fonksiyonlardan hesaplanan Nusselt sayıları birbirlerine yakın çıktığı görülmüştür.

Abstract:
Contemporarily, in the confectionary industry, whether in hard akide candy, halwa candy, or other regional and modern confectionary production, in order to shape foods produced with sugar and to add ingredients such as color, aroma, etc. to the food, water is added to the sugar, thus forming an aqueous sugar solution. Water is removed from the solution by boiling it in agitator tanks. Thus, the main component in the production of these types of sweets, a high viscosity aqueous sugar solution or in other words, sugar syrup is obtained.
Halwa candy and candies of this type are very widely consumed in many Middle Eastern countries such as Greece, Turkey, as well as many Arab countries. Therefore, agitated vessels are often encountered in industrial production to improve heat transfer. It is well known that heat transfer is improved by means of agitating. Although this is known, there is very little research on this particular topic. Moreover, in current research, the effects of agitating on heat transfer while heating and cooling of pure substances are examined. The literature research shows that the discussed study has not been conducted yet.
In this study, the heat transfer mechanism in boiling tanks equipped with agitators has been studied experimentally during pool boiling. Aqueous sugar solutions have been used throughout the experiments because they are quite commonly used in the food industry and because it is possible to obtain saturated liquid-vapor with constant pressure at different temperatures. On bottom surface heated agitator tanks, the effects of parameters such as the agitator blade's rotational speed, blade size, and the gap between the bottom edge of blade and the base of the tank on heat transfer have been investigated for aqueous sugar solutions of different concentrations. Heat transfer was found to be largely dependent on concentration of sugar and cycle speed of agitator. Two different types of Nusselt functions depending on the Peclet number have been proposed in order to calculate the heat flux in the case of laminer flow for which the maximum Reynolds number is 1100. The Nusselt numbers obtained through experimental data were close to the Nusselt numbers calculated from the proposed functions.