Dondurulmuş karidesin mikrodalga ile çözdürülmesinin sayısal olarak modellenmesi ve modelin deneysel olarak doğrulanması
Finite element modeling of microwave tempering of frozen block of shrimp and experimental validation
Yazar: WELAT MİRAN
Danışman: PROF. DR. TUNÇ KORAY PALAZOĞLU
Mersin Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Gıda Mühendisliği = Food Engineering

Özet:
Gıdanın su içeriği üzerine etki eden dondurma, gıdanın kalitesinin korunması ve muhafazası için kullanılan en güvenilir yöntemlerden biridir. Dondurulan gıdanın geleneksel yöntemler ile ürünün işlenebileceği sıcaklık aralığına (genellikle -5 - -1 °C) getirilmesi (temperleme) işleminde, gıdada kalite kayıpları ve mikrobiyel riskler oluşmaktadır. Geleneksel ısıtma yöntemlerinde karşılaşılan problemler, mikrodalganın hacimsel ısıtma özelliği sayesinde giderilebilmektedir. Bu çalışmada, mikrodalga ile temperleme işlemi sırasında gıdanın ürün içerisindeki sıcaklık dağılımını belirlemeye yönelik sayısal bir model geliştirmek amaçlanmıştır. Bu kapsamda, dondurulmuş karidesin çözdürülmesi COMSOL Çoklu-fizik yazılımı kullanılarak modellenmiş ve geliştirilen model deneysel olarak doğrulanmıştır. Bu tezde, 915 MHz'te çalışan mikrodalga ısıtma sisteminde (maksimum güç 5 kW) 1,75 kg dondurulmuş karides bloğu, iki farklı güçte (0,5 kW, 1 kW) temperlenmiştir. İşlem süresince ürünün içerisinde dört farklı noktada sıcaklıklar fiber optik problarla takip edilmiştir. Bu dört noktada sayısal ve deneysel olarak elde edilen sıcaklık profilleri, karekök ortalama hata değeri hesaplanarak karşılaştırılmış ve model deneysel olarak doğrulanmıştır. Literatürde modelleme çalışmaları yaygın olmasına karşın, döner tablanın modele dâhil edildiği çok az sayıda çalışma bulunmaktadır. Bu kapsamda geliştirilen modelde ürünün dönme hareketi, yeni bir yaklaşımla sadece COMSOL yazılımı kullanılarak modellenmiştir. Farklı güçler (0,5 kW, 1 kW) için geliştirilen modellerde, çözüm süreleri sırasıyla 38,8 h, 26 h olmuştur. Doğrulanan modellerin çözüm sürelerin kısaltılması endüstriyel kullanımlarını artıracaktır. Gıdanın homojen ısınma ölçütü olarak geliştirilen sıcaklık homojenlik indeksi, farklı yaklaşımlar kullanılarak hesaplanmıştır. Çalışmada doğrulanan model verileriyle karidesin bütün işlem süresince absorbe ettiği toplam harcanan güç yoğunluğu hesaplanmıştır. Ayrıca karides bloğunun absorbe ettiği güç, oryantasyon ve zamana bağlı olarak belirlenmiştir.

Abstract:
Freezing, which affects the water content of the food, is one of the most reliable methods of preserving the quality of food. Tempering (usually; -5 °C, -1 °C) of frozen food by conventional methods lead to food quality losses and microbiyal risks. The problems encountered in conventional heating methods can be solved by the volumetric heating characteristic of the microwave. In this study, it is aimed to develop a numerical model for determining the temperature distribution of food during microwave tempering process. In this context, thawing of frozen shrimp was modeled using COMSOL Multiphysics software and the developed model was experimentally validated. In this thesis, the frozen shrimp block (1,75 kg) was tempered in two different powers (0,5 kW, 1 kW) at the microwave heating system operating at 915 MHz (maximum power 5 kW). During the process, temperatures of four points were monitored with fiber optic probes. The agreement between of the four-point model and experimental temperatures was calculated with square root mean error value and the model has been validated. Although there are prevalent modeling studies in the literature, there are very few studies involving the rotating table. In this context, the rotational motion of product developed in the model was modeled using a new approach only using Comsol multiphysics software. The solution time the models developed for different powers (0,5 kW, 1 kW) was respectively 38,8 h, 26 h. Reducing the solution times of approved models will increase their industrial use. The uniformity index, which is developed as uniformity heating measure of food, was calculated using different approaches. In study validated with model data, the total power dissipation density absorbed during the whole process of the shrimp was calculated. In addition, the power absorbed by the shrimp block was determined depends on orientation and time.