Isı pompalı kurutucuda domatesin kurutma karakteristikleri ile sistemin performansının incelenmesi
Investigation of the drying characteristics of tomato and the performance of the system in a heat pump dryer
Yazar: BERKAY ÖZEREN
Danışman: PROF. DR. İBRAHİM DOYMAZ ; DOÇ. DR. CÜNEYT TUNÇKAL
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Kimya Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Kurutma sebze ve meyvelerin sahip olduğu %85-90 oranındaki su miktarını %10-20 oranlarına kadar getirerek içerisindeki suyu uzaklaştırmak ve gıdaların raf ömrünü uzatmak amacıyla uzun yıllardır kullanılan bir yöntemdir. Kurutmanın temel mantığı, sebze ve meyvelerde bulunan suyun kimyasal ve mikrobiyal reaksiyonlara sebep olmaması için uygulanan bir yöntemdir. Kurutmanın diğer bir faydası ise kurutulan ürünün hacmi küçüldüğünden dolayı paketlemede ve depolamada sağlanan kazançtır. Bu çalışmada, kiraz domateslerin boyutları çap olarak 29±1 mm, boyları ise 28 ±1 mm olacak şekilde seçilmiştir. Deney sırasında kiraz domatesler yarım (1/2) ve çeyrek (1/4) boyutlarında dilimlenmiştir, deneyler sırasında ortam sıcaklığı 24.4±1°C sabitlenmiştir ve ortam nemi %46-54 arasında değişmiştir. Kiraz domatesler, 35, 40 ve 45°C sıcaklıklarda ısı pompalı kurutucuda kurutulmuştur. Isı pompalı kurutucuda kurutma için kullanılan hava hızları 0.5, 0.75 ve 1 m/s olacak şekide deneyler yapılmıştır. Yapılan deneylerden elde edilen veriler kullanılarak kurutma nem oranı/kuruma zamanı eğrileri modellenmiştir. Deneylerde farklı kurutma modelleri uygulanmış olup Midilli & Kucuk modelin uygun olduğu tespit edilmiştir. Buna ek olarak deneyler sırasında kiraz domatesin dilim boyutlarının kurutma süresindeki ve kurutma hızındaki etkisi de incelenmiştir. İnceleme sonucunda 1/4 boyutundaki dilim kiraz domates dilimleri daha kısa sürede kuruduğu görülmüştür.
Deneysel verilerden yararlanılarak efektif difüzyon katsayıları ve aktivasyon enerji değerleri hesaplanmıştır. Difüzyon katsayısı 1/4 boyutundaki dilim kiraz domateslerde 35, 40 ve 45°C sıcaklıklarda sırasıyla 2.32×10-10, 3.53×10-10 ve 3.99×10-10 m2/s olduğu gözlemlenmiştir. Aktivasyon enerjisi 44.39 kJ/mol olarak bulunmuştur. Sistemin enerji analizi yapıldığında 1/4 dilim kalınlığında 1 m/s hava hızında kurutma sıcaklığı 45°C olan kurutma sisteminde; kurutma süresi 357 dakika, toplam kompresör enerji tüketimi 4.212 kWh, toplam enerji tüketimi 4.783 kWh ve COPsis 2.715 olarak tespit edilmiştir. Ayrıca, 24°C'den istenen sıcaklığa ulaşma süresi 758 saniye olarak gerçekleşmiştir ve yapılan analizlerde enerji tüketimi bakımından en avantajlı sistem olmuştur. Kurutulan numuneler renk değişimleri açısından değerlendirilmiştir.

Anahtar Kelimeler: Kiraz domates, ısı pompalı kurutucu, kurutma, kinetik model, renk

Abstract:
Drying is a method that has been used for many years to increase the water content of vegetables and fruits from 85-90% to 10-20%, to remove the water present in them and to prolong the shelf life of the vegetables and products. The basic principle of drying is a method used to prevent water in vegetables and fruits from causing chemical and microbial reactions. Another advantage of drying is the benefit in terms of packaging and storage due to the reduced volume of the dried product. In this study, cherry tomatoes were selected with a diameter of 29.1 mm and a length of 28.1 mm. During the experiment, cherry tomatoes were cut into half (1/2) and quarter (1/4), room temperature was set at 24.4°C throughout the experiment and ambient humidity ranged from 46 to 54%. Cherry tomatoes were dried in a heat pump dryer at 35°C, 40°C and 45°C. The drying air velocities are 0.5 m/s, 0.75 m/s and 1.0 m/s. Using the data obtained from the experiments, drying rate/drying time and moisture/drying time curves were modeled. Different drying models were applied in the experiments, and it was determined that the Midilli & Kucuk model was suitable. In addition, the effect of cherry tomato slice size on drying time and speed was also studied in the experiments. Test results show that 1/4 sized slices of cherry tomatoes dry faster. 
The activation energy and diffusion coefficient were calculated using experimental data. The diffusion coefficient was observed to be 2.32×10-10, 3.53×10-10 and 3.99×10-10 m2/s in 1/4 size slices of cherry tomatoes at temperatures of 35°C, 40°C and 45°C, respectively. Activation energy was found to be 44.39 kJ/mol. When the energy analysis of the system is made, in the drying system with 1/4 slice thickness and 1 m/s air speed, the drying temperature is 45 °C; The drying time was 357 minutes, total compressor energy consumption was 4.212 kWh, total energy consumption was 4.783 kWh, COPsys was 2.715, and the time to reach the desired temperature from 24 °C was 758 seconds, and in the analysis, it was the most advantageous system in terms of energy consumption. Dried samples were evaluated in terms of color changes.

Keywords: Cherry tomato, heat pump dryer, drying, kinetic modelling, colour