Kurutmada ısı ve kütle transferinin teorik ve deneysel olarak incelenmesi
Theoretical and experimental investigation of heat and mass transfer in drying
Yazar: AHMET KAYA
Danışman: PROF. DR. ORHAN AYDIN
Karadeniz Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Bölümü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2008
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu çalışmada, kurutmada ısı ve kütle transferi teorik ve deneysel olarak incelenmiştir.Teorik çalışma kapsamında; dikdörtgen, silindir ve küre şekilli gıda ürünlerin kurumasını karakterize eden ısı ve kütle transferi denklemleri teorik olarak çözülmüştür. Öncelikle, dikdörtgen ve akışa dik konumda tutulan silindir şekilli ürün etrafındaki hız ve sıcaklık dağılımları Fluent paket programı kullanılarak belirlenmiştir. Sıcaklık dağılımının elde edilmesiyle, ürün yüzeyi boyunca yerel ısı ve kütle taşınım katsayılarının değişimleri tespit edilmiştir. Yerel ısı ve kütle taşınım katsayılarının, kurutma havasının çarptığı ön yüzeyde daha yüksek, arka yüzeyde ise daha düşük olduğu görülmüştür.Homojen kurumayı sağlamak amacıyla, kurutma havasının kurutucuya optimum giriş ve çıkış konumları araştırılmıştır. Bu amaçla, beş farklı durum karşılaştırmalı olarak incelenmiştir. Kurutma havasının, kurutucunun alt yüzeyinden girip üst yüzeyinden çıktığı durum, homojen kuruma ve en az kurutma süresi açısından optimum giriş ve çıkış konumu olarak belirlenmiştir.Deneysel çalışma kapsamında ise, test bölgesi yatay ve düşey olmak üzere iki farklı konvektif kurutucuda, kurutma havası hızı, sıcaklığı ve bağıl neminin kivi ve taflanın kuruma davranışı üzerine etkisi incelenmiştir. Artan kurutma havası hızı ve sıcaklığıyla ve azalan bağıl nem ile kurutma süresinin azaldığı görülmüştür. Ayrıca, kurutma havası sıcaklık ve bağıl neminin kivinin C vitaminine etkisi araştırılmıştır. Sabit bağıl nemde, artan sıcaklıkla ve sabit sıcaklıkta azalan bağıl nemle ürün C vitamini değerinin azaldığı tespit edilmiştir. Nihai olarak, test bölgesi yatay konumda tutulan kurutucuda farklı kurutma havası koşullarında kurutulan kivi için termoekonomik analiz yapılmıştır. 50oC sıcaklık ve %25 bağıl nemdeki kurutma havasının en ekonomik kurutmayı sağladığı tespit edilmiştir.

Abstract:
In the present study, heat and mass transfer in drying are investigated theoretically and experimentally.In the theoretical part, heat and mass transfer equations governing air drying of cubic, cylindrical and spherical food products are solved numerically. Flow and temperature fields around the rectangular and cylindrical products placed normal to the flow are analyzed at first using the FLUENT CFD package. Using the temperature profiles, the local distributions of the convective heat and mass transfer coefficients along the product surface are determined. It is shown that the local heat and mass transfer coefficients are higher at the left side wall than those at the right side due to the upstream of the drying air.In order to obtain homogeneous drying for the product, the optimum location of inlet and outlet stations of drying air into the convective dryer are investigated. For this purpose, five different cases are comparatively examined. The optimum air inlet from the bottom of the convective dryer and outlet from the top of the convective dryer are determined to be the optimum locations in terms of homogeneous drying and the shortest drying time.In the experimental part, the effects of air velocity, temperature and relative humidity on drying characteristic of kiwi and cherry laurel are investigated. It is observed that increasing the air velocity and temperature and decreasing the air relative humidity decreases the drying time. The effects of drying air temperature and relative humidity on the vitamin C are also investigated. It is observed that increasing the air temperature at a constant relative humidity or decreasing the relative humidity of air at a constant temperature decreases the content of vitamin C in the product. Finally, a thermoeconomic analysis is made for the horizontal convective dryer at different drying air conditions for drying of kiwi fruits. It is disclosed that the drying air with a temperature of 50oC and a relative humidity of 25% presented the most economical drying.