Kırmızı biberin havalı güneş kollektörü sistemi ile kurutulması
Drying of red pepper by a solar air heater
Yazar: AYHAN ONAT
Danışman: PROF.DR. A. KORHAN BİNARK
Marmara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Eğitimi Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2002
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Güneş enerjisi = Solar energy ; Isı geri kazanımı = Heat recovery ; Kurutma = Drying ; Kurutucular = Dryers ; Kırmızıbiber = Paprika ; Matematiksel modeller = Mathematical models

Özet:
Bu çalışmada kırmızı biber kurutmada gerekli düşük izafi nemde, farklı sıcaklık ve hava hızlarında çalışabilen, rezistans ve yansıtıcı aynalarla takviyeli güneş enerjisi kollektörlü, biber kurutma işlemi ve üretimine süreklilik kazandırmak amacı ile bant hızı kontrollü ve otomasyon sistemleri ile desteklenmiş sürekli kurutucu tasarlanarak imal edilmiştir. Ayrıca enerji maliyetini azaltmak için ilk kez iki farklı ısı geri kazanım yöntemi bir arada uygulanarak rezistansın daha kısa aralıklarla devreye girmesini sağlayan bir düzenek ile desteklenmiştir. Geliştirilen kurutma makinesi tünel tipte olup karşıt akımda, kurutulacak nemli kırmızı biber ile kurutma havasının teması sağlanarak nem alma işlemi gerçekleştirilmiştir. Cihazın bant hızı inverter kontrolüyle 0-0,0523 m/s değerleri arasında değiştirilebilmektedir. Bu şekilde sabit tünel boyunda bant hızının değiştirilmesi ile ürün kurutma süresi de değiştirilebilmekte, buna bağlı olarak da farklı ürünlerinde kurutulması sağlanmıştır. Geliştirilen kurutucuda ısı geri kazanım sistemleri kullanılmış, ortalama hava debisine bağlı olarak taze giriş havasında yaklaşık 10°C'lik sıcaklık artış sağlanmıştır. Havalı güneş kollektörlü kurutucuda iki türlü geri kazanım sistemi uygulanmıştır. Birincisinde güneşin sürekli olmadığı saatlerde, özellikle neme doymuş ortalama 55-60 °C sıcaklıktaki hava atmosfere atılırken kullanılan ısı depolayıcı malzemelerle cihazdaki atık ısının depolanarak ısı geri dönüşümü sağlanmıştır. İkincisinde ise, neme doymuş yüksek sıcaklıktaki hava tahliye edilirken tahliye havası ile taze hava kanalları temas ettirilerek, ısısının bir kısmı geri kazanılmıştır. Bu bölümdeki taze hava ve tahliye havası akışı paralel akış olacak şekilde gerçekleştirilmiştir. Toprak üzerinde güneş altında kurutulan kırmızı biberde standart dışı istenmeyen bazı özelliklere neden olmaktadır. Geleneksel uygulamalarda kurutma süresi atmosferik şartlara bağlı olarak yaklaşık 15 günde gerçekleşirken, geliştirilen kurutucu ile farklı şartlardaki kurutma deneylerinde kurutma süreleri 12 saate kadar düşürülmüştür. Bu süre, cihaz üzerinde yapılacak optimizasyonla daha da düşürülebilir. İlk kez olarak tam, delikli, enine ve boyuna doğranmış dört farklı numune kırmızı biber kurutulmuştur. Teorik analiz yapılarak biberin kurutulmasının matematik modeli oluşturulmuştur. Biberdeki nem kaybının teorik sonuçlan ile deneysel sonuçlan grafiksel olarak karşılaştırılmıştır. Ayrıca yapılan bilgisayar programı ile farklı ürünler kurutulabilmektedir. Bu cihaz ile üzüm ve Antep fıstığı için literatürde belirlenen kurutma değerleri bilgisayarda yazılan programa girilerek PLC'ye verilen komutla kurutma makinesinde istenilen kurutma şartlan elde edilmiştir. Bu kurutma makinesi ile kurutma sıcaklıktan 40-80°C arasında değişen ürünler kurutulabilmektedir. Geliştirilen cihazda kurutulan kırmızı biber numunelerinin Kahramanmaraş Sütçü îmam Üniversitesi Ziraat Fakültesi Gıda Teknolojisi Bölümünde rutubet, kül miktan, renk tayini analizleri yapılmış, sonuçlann TSE 2419 ve ASTA Standartlanna uygun olduğu ortaya konulmuştur. Bu sonuçlar Ek- A' da verilmiştir. Bölüm I'de, yapılan çalışmanın amacı hakkında genel bilgi verilmiştir. Bölüm H'de, gıda kurutması ve kurutucu seçimi hakkında bilgi verilerek kaynak araştırması sonucunda yapılan çalışmalar özetlenmiştir. Bölüm IH'te, araştırma yöntemleri yazılarak kurutucunun tasarım ve imalâtına yönelik açıklamalar verilmiştir. Deney tesisatmdaki araç ve gereçler, kontrol elemanlan ve kullanılan ısı depolama malzemeleri hakkında bilgi verilmiştir. Bölüm IV'te, teorik analiz yapılarak biber kurutmada farklı kurutma havası şartlanna göre deney sonuçlan verilmiştir. Teorik sonuçlarla deneysel sonuçlar karşılaştırılmıştır. Güneşli kurutucunun ısı ve kütle analizi yapılmıştır. Bölüm V'te ise sonuçlar tartışılmıştır. Değerlendirme yapılarak önerilerde bulunulmuştur.

Abstract:
In this study, a drying machine capable of producing appropriate levels of low relative humidity, temperature and various air flow rates required for pepper drying, employing a solar air heater and resistance, assisted with a solar reflector and heat exchangers running with latent heat storage principle aiming to engaging the resistance for lesser intervals, was designed and manufactured. In order to gain a continuity to pepper drying process, this dryer was controlled by an automation system determining the conveyor speed and air temperatures. The proposed dryer is of tunnel type and dehumidifies the red pepper by means of contacting it with hot countercurrent airflow. The conveyor speed of the dryer can be modified between 0-0,0523 m/s by an inverter control. Consequently, thanks to modifying the conveyor speeds within a stationary tunnel length, product-drying durations can also be modified allowing the possibility of drying different products. The proposed dryer was equipped with heat recovery systems; depending on the average airflow, it has been gained about 10°C temperature rise on fresh intake air. Here, two kinds of heat recovery systems were applied: At the first system, at the hours of absence of continuous sun light, the saturated discharged air at about 55- 60°C temperature is firstly passed through a heat exchanger which is filled with latent heat storage materials at appropriate melting temperatures, and then discharged into atmosphere. At the second system, as fresh air ducts at relatively low temperature and discharge air section at higher temperature are in contact, fresh air is forced to heat. At this section, flows of fresh and discharge air are co-current. Whereas drying the red pepper by leaving in the field under sunlight causes both some out of standard properties and too long drying durations up to 15 days depending on atmospheric conditions, with the propose dryer, drying durations were reduced down to 12 hours by various experiments executed at different conditions. This duration may further be reduced by some optimization job over the dryer. Four different pepper specimens that are unsliced-complete, pierced, width sliced, and longitudinally sliced were dried. Additionally, through a computer program, it is possible to dry different product with the proposed dryer. Apart from pepper, by entering drying parameters required for grape and Antep Pistachio into the computer database, drying conditions depending on temperature and duration may be obtained through PLC. Products having drying temperatures between 40-80 °C can be dried with the proposed dryer. All the dried pepper specimens were analyzed for their humidity, ash content, and color indication at the department Food Technology of Agricultural Faculty of KSU. All the results are within the required ranges indicated in TSE 2419 and ASTA. These results are in Appendix-A, This dissertation is dealt with 5 chapters based on the thesis writing directions of Institute of Graduate Studies in Pure and Applied Sciences of Marmara University. In chapter I, overall information on the objective of the study is given. In chapter II, information on food drying and dryer selection is given, and the previously implemented studies are summarized. In chapter III, research method and explanations for design and manufacturing of dryer are given along with the information on equipment, control components, and heat storage materials being used at experimental setup. In chapter IV, following a theoretical analysis, drying experiments executed at various conditions are given. Thermal and mass analysis of solar drier has been made. In chapter V, results are discussed. After an evaluation, some suggestions are made.