Bazı tarımsal ürünler için ısı pompalı bir kurutucunun geliştirilmesi ve termodinamik analizi
Thermodynamic analysis and developing of a heat pump dryer for some agricultural products
Yazar: SEMA TOSUN
Danışman: PROF. DR. ALİ GÜNGÖR
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2009
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Isı pompası = Heat pump ; Kurutma = Drying ; Mühendislik tasarımı = Engineering design ; Termodinamik analiz = Thermodynamic analysis

Özet:
Bu çalışmada ısı pompası destekli, ısı geri kazanımlı, raflı bir kurutucu bazı yüksek nemlilikteki tarım ürünlerinin kurutulması deneylerinde kullanılmak üzere tasarlanmış ve imalatı gerçekleştirilmiştir. 1.3 kW gücünde bir kompresör ile R-404a soğutkanı kullanılan sistemin soğutma kapasitesi 3500 W'tır. Sistemde iki kademeli yoğuşturucu kullanılmıştır. Ön soğutucu olarak bir ısı değiştirici ilave edilmiş ve böylece ısı geri kazanımı sağlanmıştır. Çalışmada sarı elma (golden delicius) kurutulmuştur. Deneyler dört farklı çalışma sıcaklığında(40oC, 44oC, 48oC ve 50oC ), iki farklı kurutma havası hızında(2 ve 2.5 m/s), dört ayrı elma dilimi kalınlığında(6, 8, 10 mm dilimli halka ve 1cmx1cmx1cm boyutlarında. küp şeklinde) ve üç tekrarlamalı olarak yapılmıştır. Deney sisteminin sekiz farklı yerinden sıcaklık, üç farklı yerinden de bağıl nem ölçümü alınmış ve değerler bir veri toplayıcıya kaydedilmiştir. Kurutma süresince enerji tüketimi ve üründeki kütle kaybı da ölçülmüştür.Elma kurutma deneyindeki kuruma süreleri 40oC, 44oC, 48oC ve 50oC sıcaklıkları için sırasıyla 435, 300, 300, ve 285 dakika sürmüştür. Aynı kurutma sıcaklıkları için sırasıyla kurutma havasının girişteki bağıl nemi %14, 16, 15, 11 ve çıkıştaki bağıl nemi %21, 23, 20, 21 olarak bulunmuştur. SMER (Specific Moisture Extraction Rate) değerleri 40oC, 44oC, 48oC ve 50oC sıcaklıkları için sırasıyla 0.46, 0.68, 0.61 ve 0.81 olarak hesaplanmıştır. MER (Moisture Exraction Rate) değerleri 40oC, 44oC, 48oC ve 50oC sıcaklıkları için sırasıyla 0.65, 0.99, 0.94 ve 1.2 olarak bulunmuştur. COP (Etkinlik Katsayısı) değerleri de 40oC, 44oC, 48oC ve 50oC sıcaklıkları için sırasıyla 2.72, 2.62, 2.59 ve 2.81 olarak tespit edilmiştir. Ayrıca nem oranının (MR) (Moisture Rate) zamanla değişimini belirleyen uygun bir matematiksel model farklı elma dilimi kalınlıkları için geliştirilmiştir. Yapılan bu deneysel çalışmalar sonucunda ısı pompalı kurutucunun düşük nem ve sıcaklıkta çalışmasından dolayı kurutmanın ürün kalitesinde de olumlu etkisinin bulunduğu gözlenmiştir.Anahtar Kelimeler: ısı pompası, kurutma, ısı pompalı nem almalı kurutucu, elma kurutma

Abstract:
In this research, a batch dryer assisted heat pump with dehumidifier is developed and designed for some agro-foods with high moisture. The cooling capacity of system was 3500 W with a compressor powered 1.3 kW used the R-404a refrigerant. Two condensers were used in heat pump dryer system. A heat exchanger is added as pre cooling unit thus it is provided heat recovering. Apple (Golden Delicious) was dried in this study. Experiments were carried in four different drying air temperatures (40 oC, 44 oC, 48oC and 50 oC) and in two seperate air velocity (2 m/s and 2.5 m/s) and in four different apple slices (6, 8, 10 mm sliced rings and 1 cm3 cubic) as three replications in each trial. Measurements of relative humidity from three points and temperatures from eight points into system were recorded with data logger simultaneously. The values of the energy consumptions and the mass of the apple were measured during the experiments.Drying times for temperatures 40 oC, 44 oC, 48oC and 50 oC were 435, 300, 300, and 285 minutes in the trials respectively. The relative humidity of the inlet air (at the same temperature) are found as 14 %, 16%, 15 % and 11 % and the relative humidity for the outlet air are measured as 21%, 23%, 20 % and 21% respectively. The values of the SMER (Specific Moisture Extraction Rate) for temperatures 40 oC, 44 oC, 48oC and 50 oC were calculated as 0.46, 0.68, 0.61 ve 0.81 respectively. The MER (Moisture Extraction Rate) values for temperatures 40 oC, 44 oC, 48oC and 50 oC were determined as 0.65, 0.99, 0.94 and 1.2 respectively. The values of COP obtained from the heat pump for temperatures 40 oC, 44 oC, 48oC and 50 oC were estimated as 2.72, 2.62, 2.59 and 2.81 respectively. In addition a diagram of moisture ratio (MR) was drawn of time versus apple slice thickness and mathematical model for prediction of their moisture ratio as a function of time for 6 mm, 8 mm and 10 mm slices. Also, it is observed that the drying is effected positively the quality of the product because the heat pump dryer is worked in low moisture and temperatures.Key Words: heat pump, batch dryer, drying with heat pump dehumidifier, apple drying