Kabin tipli kurutma sisteminde kuruma kinetiğinin araştırılması ve sistemin enerji-ekserji analizinin yapılması

Abstract

Bu tez çalışmasında, kapalı çevrimli ve kabin tipli bir konvektif kurutma sistemi tasarlanmıştır. Bu sistem temel olarak tel kafesli kurutma kabini, soğutma-nem alma bölümü ve ısıtma bölümünden oluşmaktadır. Bu sistemde 100'er gramlık elma, kayısı ve patates numuneleri kurutulmuştur. Kurutma işlemi; V1=0,2 m/s, V2=0,3 m/s, V3=0,4 m/s, V4=0,5 m/s, V5=0,6 m/s, V6=0,7 m/s kurutma havası hızları ve T1=30 ºC, T2=40 ºC, T3=50 ºC, T4=60 ºC, T5=70 ºC kurutma havası sıcaklıkları şartlarında gerçekleştirilmiştir. Deneyden elde edilen ham veriler işlenmiş ve kurutma kinetiğine ait parametreler bu veriler yardımıyla hesaplanmıştır. Hesaplanan veriler yardımıyla literatürde en çok rastlanan Kuruma Modelleri kullanılarak MATLAB programında optimizasyon çalışması yapılmıştır. Bu çalışma sonucunda ürünler için en iyi sonuç veren model ve kurutma şartları R2 ve RMSE değerlerine bakılarak belirlenmiştir. Bu modeller ve kurutma şartları: elma için; Midilli ve ark., V5=0,6 m/s, T2=40 ºC, kayısı için; Verma ve ark., V3=0,4 m/s, T3=50 ºC, Patates için; Midilli ve ark., V5=0,6 m/s, T2=40 ºC olarak belirlenmiştir. Ürünler için en iyi sonuç veren modeller ve optimum kurutma şartları göz önünde bulundurduğunda elma için; NO= 0,319, KH=0,023 m/s, Def=4,73x10-10 m2/s, kayısı için; NO= 0,633, KH=0,022 m/s, Def =1,26x10-10 m2/s, patates için; NO= 0,273, KH=0,016 m/s, Def=9,82x10-10 m2/s, değerleri ortaya çıkmıştır. Kurutma kinetiği çalışması yanında konvektif kurutma sisteminin enerji-ekserji analizi de yapılmıştır. Ürünler için en iyi sonuç veren modeller ve optimum kurutma şartları dikkate alınarak kurutma kabini için enerji-ekserji sonuçları: elma için; ÖNÇO=67,93 gr-su/kW-h, COP =14,65, COPEx, =0,89, Exyo =0,101 kW, kayısı için; ÖNÇO=39,41 gr-su/kW-h, COP =9,77 COPEx, =0,83, Exyo =0,355kW, patates için; ÖNÇO=70,18 gr-su/kW-h, COP =14,56 COPEx, =0,86, Exyo =0,00064 kW olarak verilmiştir.

In this thesis, a closed loop and cabinet type convective drying system is designed. This system consists mainly of wire mesh drying cabinet, cooling-dehumidifying section and heating section. In this system, 100 grams of apple, apricot and potato samples were dried. Drying process was performed under the following conditions. Drying air velocities: V1=0,2 m/s, V2=0,3 m/s, V3=0,4 m/s, V4=0,5 m/s, V5=0,6 m/s, V6=0,7 m/s and drying air temperatures:T1=30 ºC, T2=40 ºC, T3=50 ºC, T4=60 ºC, T5=70 ºC. The raw data obtained from the experiment were processed and parameters of drying kinetics were calculated with the help of these data. With the help of the calculated data, optimization studies were performed in MATLAB program by using the most common Drying Models in the literature. As a result of this study, the best model and drying conditions for the products were determined by examining R2 and RMSE values. These models and drying conditions were determined as Midilli et al., V5 = 0.6 m / s, T2 = 40 ºC: for apples; Verma et al., V3 = 0.4 m / s, T3 = 50 ºC for apricot; Midilli et al., V5 = 0.6 m / s, T2 = 40 ºC for potatoes. Considering the models that give the best results for the products and optimum drying conditions, the following results were obtained: For apples; MR = 0.319, DR = 0.023 m/s, Deff = 4.73x10-10 m2/s; for apricot; MR = 0.633, DR = 0.022 m/s, Deff = 1.26x10-10 m2/s, for potatoes; MR= 0.273, DR = 0.016 m/s, Deff = 9,82x10-10 m2/s. In addition to the drying kinetics study, energy-exergy analysis of the convective drying system was performed. Energy-exergy results for the drying cabinet, considering the models that give the best results for the products and optimum drying conditions, are as follows: For apples; SMER = 67.93 g-water/kW-h, COP = 14.65, COPEx, = 0.89, Exloss = 0.110 kW, for apricot; SMER = 39.41 g-water/kW-h, COP = 9.77 COPEx, = 0.83, Exloss = 0.355kW, for potatoes; SMER= 70.18 g-water/kW-h, COP = 14.56 COPEx, = 0.86, Exloss = 0.00064 kW.Keywords: Drying kinetics, Energy-exergy analysis, Mathematical modeling