Mısır kurutmada kurutucu tasarım ve güneş enerjisi kullanımı üzerine bir araştırma

Abstract

5. ÖZBT Artan nüfusun besin ihtiyacını karşılamak ve yüksek kaliteli ürünler sağlamak amacıyla uygun kurutma metotlarının geliştirilmesi gerekmektedir, ürünlerin kurutulmasında kullanılan en yaygın ve kolay metot güneşe sererek kurutma metodudur. Ancak bu uygulama sonucunda ürün, iklim ve çevre koşullarının etkisi altında kalmakta, böcek, kemirgen hayvanlar, rüzgar, toz ve yağmurun etkileri ile zarar örnektedir. Bu nedenle ürünlerin kapalı ortamlarda kurutulması meydana gelen bu zararların ortadan kaldırılmasını sağlayarak, daha sonraki aşamalarda meydana gelebilecek kayıpları en alt seviyeye düşürmektedir. Tarımsal ürünlerin depolama İçin gerek duyulan son nem İçeriği değerine, hasattan hemen sonra ve olabildiğince hızlı bir şekilde düşürülmesi gerekmektedir. Böylece ürün içerisindeki mikroorganizma faaliyetleri durdurulmakta ve ürünün bozulmadan uzun süre saklanabilmesi sağlanmaktadır. Kurutma işlemi açısından en önemli konu en düşük seviyede enerji tüketerek en kaliteli ürünü elde etmektir. Fosil enerji kaynakları ile çalışan kurutma tesislerinin çalıştırılması için gerekli olan maliyet, bu tip yakıtların pahalı olmasından dolayı oldukça yüksektir. Ayrıca bu tip yakıtlarla çalışan kurutucular belirgin bir atmosfer kirliliğine de neden olmaktadır. Bu nedenlerle, kurutucunun edinme ve işletme masraflarının az, hatta çiftçiler tarafından yapılabilecek basitlikte olması gerekmektedir. Bu çalışmada, çiftçiler tarafından bölgede mevcut ve ucuz materyaller kullanılarak yapılabilecek depo tipi bir kurutucu tasarlanmış ve bölgemizde yoğun II. ürün tarımı yapılan mısırın kurutulmasında güneş enerjisinden yararlanma olanakları araştırılmıştır. Kullanılan kurutma sistemi, hava ısıtmalı güneş kollektörü ve kurutma deposundan meydana gelmektedir. Tarımsal üretimde güneş enerjisi kullanımının en basit, aynı zamanda en etkili olan yöntemlerinden birisi havayı ısıtmak amacıyla kurulan güneş kollektörleridir. Bu tip düz yüzeyli güneş kollektörlerinin tarımsal 77ürünlerin kurutulmasında kullanılan en yaygın düzen olduğu belirtildiğinden çalışmada kullanılması uygun bulunmuştur. Kurutma deposu ise bölgesel olanaklarla yapılabilecek basitlikte, yatırım masrafı düşük, kullanımı kolay, farklı ürünlerin kurutulması için kullanılabilecek ve enerji tüketim masrafı düşük olacak şekilde tasarlanmıştır. Güneş kollektörü üzerine gelen güneş enerjisinin havaya aktarılması ile havanın sıcaklığı arttırılmakta ve ısınan bu hava bir fan aracılığı ile kurutma deposunun içerisinde bulunan mısır yığınından geçirilmektedir. Kurutma deposu içerisinden geçirilen hava miktarı değiştirilerek hava debisinin kurutma süresine olan etkisi ve mısırın çevre havası ile güneşe sererek kurutulmasının, kurutma süresine olan etkileri belirlenmiştir. Ayrıca gece havalandırma yapmanın kurutma süresine olan etkileri de incelenmiştir, ürünün nem içeriğini belirlemek için çalışmanın yapıldığı günlerde sabah, öğle ve akşamları örnekler alınmıştır. Kurutma deposu ile yapılan çalışmalarda da farklı derinliklerden ürün örneği alınarak nem içeriği değerleri belirlenmiş, böylece kurutma deposu içerisindeki nem içeriği dağılımı incelenmiştir. Güneş enerjisinden yararlanılarak yapılan düşük sıcaklıkta kurutma uygulamalarında ürün içerisinden geçirilen hava debisi 300, 600 ve 900 m3 /m3 ürün.h'tir. çevre havası ile yapılan kurutma ve gece havalandırma çalışmalarında ise 900 m3/m3 ürün.h'lik hava debisi kullanılmıştır. Bununla beraber mısır bir naylon üzerine serilmiş ve günde iki kez karıştırılmıştır. Yapılan tüm denemelerde dış havanın sıcaklığı ve bağıl nemi, kurutucuya giriş havasının sıcaklığı ve bağıl nemi, kurutucudan çıkış havasının sıcaklığı ve bağıl nemi, farklı tabakalardaki dane sıcaklığı ve güneş şiddeti ölçümleri yapılmıştır. Elde edilen sonuçlara göre, havanın güneş enerjisi İle ısıtılması ile kurutma süresinde önemli bir azalmanın meydana geleceği belirlenmiştir. Hava debisi değerinin 900 m3/m3 ürün.h olması durumunda üründen %1.0 nem azalması için gereken süre 5.68 h olmuştur. Bu süre hava debisinin azalması ile artmıştır. Havanın ısıtılmadan kullanıldığı denemede ise bu süre havanın güneş enerjisi ile 900 m3/m3 Ürün.h'lik debide ısıtıldığı denemeye göre yaklaşık %50 oranında daha uzun olmuştur. Sererek kurutmada ise bu oran yaklaşık %65'tir. 78Farklı tabakalarda belirlenen nem içeriği değerlerine göre ise, ürünün alt tabakalarında her zaman daha hızlı bir kurumanın meydana geldiği gözlenmiştir. Bu farklılık güneş enerjisinin kullanıldığı düşük sıcaklıkta kurutma uygulamalarında kurutmanın tamamlandığı anda I, II ve III. denemelerde sırasıyla %1.25, %3.95 ve %5.20'dir. Çevre havasının kullanıldığı çalışmada ise kurutma işlemi tamamlandığında alt tabaka ile üst tabaka arasındaki nem içeriği farkı, sıcaklığın düşük olması nedeniyle %2.3 olmuştur, ürün yığını içerisinde oluşan kuruma miktarı açısından oluşan bu farklılığı önlemek için karıştırmanın yapılması gerektiği düşünülmüştür. Kurutucuya giriş dolayısı ile çıkış havası sıcaklığının artması farklı derinliklerdeki ürün sıcaklıklarını arttırmıştır. Ancak giriş havasının ürün sıcaklığı üzerine olan etkisi, kurutmanın devam etmesi ile görülmüştür. Ayrıca kurutma deposunun ait tabakalarında bulunan ürünün sıcaklığının üst tabakalardan daha sıcak olduğu saptanmıştır. Ait tabakalardaki ürünün sıcaklığı düşük sıcaklıkta kurutma çalışmalarında 300, 600 ve 900 m3/m3 ürün.h'lik hava debilerinde sırasıyla 31.24, 29.60 ve 27.35 °C iken üst tabakalarda bu değer aynı sırayla 27.95, 23.36 ve 22.92 °Cfa düşmüştür. Çevre havası ile yapılan kurutna işleminde ise alt tabakaların sıcaklığı 14.57 °c olması durumunda üst tabakalarda bu değerin 13.26 °C'ye indiği saptanmıştır. Güneş kollektöründe ise hava debisinin artması ile elde edilen sıcaklık farkı azalmış» buna karşın verim artmıştır. 300 m3/m3 ürün.h'lik hava debisinde sıcaklık farkı 10.97 °C iken 900 m3/m3 tirün.h'te 9.23 °C'a düşmüştür. Verim ise aynı hava debilerinde sırasıyla %7 ile %23 arasında değişmiştir. Sonuçlar, havanın güneş enerjisi ile ısıtılmasının diğer yöntemlere göre kurutma süresinde bir azalma meydana getireceğini, dolayısı ile tüketilen enerji miktarında da büyük tasarruf sağlanabileceğini göstermiştir. Gerekli olan enerji, sadece fanın hareketini sağlayan elektrik motoru için kullanılmıştır. Ayrıca kurutma işleminin kapalı ortamlarda yapılması ile üründe meydana gelebilecek kayıplar azalmış ve daha kaliteli ürün elde etme imkanı sağlanmıştır. Kurutma deposu içerisinde ürünün karıştırılması ile ürün içerisinde daha homojen bir nem içeriğinin oluşacağı düşünülmektedir. Bununla 79beraber gece havalandırmasının da Kurutma süresi üzerine olumlu etkisi olduğu söylenebilir. Kullanılan kurutma sisteminin üretimi ve işletimi oldukça kolaydır ve çiftçi düzeyinde gerçekleştirilebilir, üretimde kullanılan materyaller bölgede mevcuttur ve ucuz olarak sağlanabilir. 80

6. SUMMARY in order to meet the food requirement of the increasing population and to provide high quality products, it is necessary to develop suitable methods of drying. The most common method, which is very simple and cheap, is natural sun drying but considerable losses may occur during this process due to various influences such as rodents, birds, insects, dust and rain. The quality of the dried products may also be dropped significantly. By drying the products in closed circumstance, this damage can be lowered and the losses can be decreased to the minimum level in subsequent processes by this way. The moisture content of the product has to be decreased to the final moisture content required for safe storage of agricultural products, so that the crops can be stored for a long time. The most important subject of drying is to obtain high quality crops by means of low energy consumption. It is very expensive to use the fossil energy sources for drying because of their high prices. These dryers working by fossil energy sources also cause air pollution. The dryer therefore, must be cheap and easy to design by farmers themselves. in this study, a dryer, which will be able to constructed by farmers using some available materials, was designed and the possibilities of using solar energy in drying were investigated for corn drying. The drying system consists of a solar air collector and a drying bin. The use of solar collectors are the easiest, the most effective, and also the most common method used in drying agricultural products. Therefore the flat plate solar collector was used in this study. The drying bin, which will be constructed by available materials by the farmers with low investment and will be able to be used easily and is suitable 81for drying different products, was designed. This system also required very low energy. The air temperature was increased by transfering the solar energy absorbed by solar collector and the air was driven into the drying bin by a radial fan. The effect of the change of the air flow rate on the drying time was then determined. The effects of ambient air drying and natural sun drying on the drying time were also determined. In addition, the effect of the aeration during the night on the drying time was studied. In order to determine moisture content of the corn, samples were taken from the drying bin at morning, noon and evening. By taking samples from different depth in the drying bin, the moisture content distribution inside the the drying bin was also investigated. The air flow rate of 300, 600 and 900 m3/m3 grain. h in low temperature drying methods by using solar energy were used. The air flow rate was 900 m3/m3 grain. h in ambient air drying method and aeration at night method. However, in natural sun drying method corn were spread on the plastic sheet and stirred twice a day. The ambient air temperature and relative humidity, drying air temperature and relative humidity, exhaust air temperature and relative humidity, grain temperatures at different layer in the drying bin and solar radiation on the surface of the solar collector were measured. The results showed that, the drying time could be decreased by using solar energy in low temperature drying method in comparison with the other methods studied. When the air flow rate was 900 m3/m3 grain. h, the drying time was 5.68 h for removal of %1.0 of moisture content from the product. This time increased as the air flow rate decreased. The drying time in ambient air drying was about %50 longer than low temperature air drying. This percentage was %65 in natural sun drying. 82According to the moisture content determinations from different layers in the drying bin, drying process completed faster in the sub layers than the top layers. These differences increased from %1.25 to %5.20 at low temperature air drying method from low air flow rate to the high air flow rate when the drying process completed. The moisture differences between the sub layer and the top layer was %2.3 in ambient air drying because of the lower drying air temperature in this method. Stirring can be suggested for obtaining more uniform moisture content in drying bin. An increase in the drying air and exhaust air temperature, increased the grain temperature in different depths inside the drying bin. But the effect of drying air on the grain temperature was seen with continuing drying process. The grain temperature at the sub layer was also higher than the top layer. While the grain temperature at the sub layer were 31.24, 29.60 and 27.35 °C, these values were 27.95. 23.36 and 22.92 °C at the top layer with the air flow rates of 300, 600 and 900 m3/m3 grain. h, respectively in low temperature drying method. In ambient air drying, while the grain temperature was 14.57 °C at the sub layer, this value was 13.26 °C at the top layer. When the air flow rate in solar collector was decreased, the temperature differences between air inlet and outlet decreased, but the collector efficiency increased. While the temperature difference was 10.97 °c at 300 m3/m3 grain. h, this value was decreased to 9.23 °C at 900 m3/m3 grain. h. However the collector efficiencies were %7 and %23 at the same air flow rates, respectively. The results showed that, the drying time could be reduced by heating the drying air with solar energy. So high energy savings could be obtained by using solar energy in drying. In addition, the product losses could be significantly 83reduced by drying in the closed circumtances and required quality could be obtained. More uniform moisture content distribution can be obtained by stirring the grain in drying bin. However it can be said that, the effect of aeration during the night on drying time was possitive. The production and management of this drying system was simple and it can be constructed by farmers themselves using cheap and available materials. 84