A theoretical and experimental study on solar assisted cooking system to produce bulgur by using parabolic trough solar collector

Abstract

Bu tezde, Parabolik Oluk Güneş Kolektör (POGK) yardımıyla bir pişirme ısı-proses uygulamasının tasarım, test ve model-tabanlı analizi için pilot bir çalışma gerçekleştirilmiştir. Bu amaçları yerine getirmek için temel olarak pişirme kazanı, su ön-ısıtma tankları, yardımcı ısıtıcı, plakalı ısı değiştirgeç, termal genleşme tankları, POGK ağı ve ölçüm cihazlarından oluşan bir deney düzeneği Gaziantep Üniversitesi kampüsün'de kurulmuş ve devreye alınmıştır. Tasvir edilen Güneş Destekli Proses Isı (GDPI) sistemiyle kaynamış buğday üretiminin teknik açıdan yapılabilirliğini ve bütünleşik sistem verimini incelemek amacıyla farklı çalışma koşulları altında çok sayıda deneyle test edilmiş ve gözlemlenmiştir. Diğer taraftan, her bir sistem bileşeninin termal ve matematiksel modelleri temel bilimsel ve mühendislik prensipleri kullanılarak geliştirilmiştir. Ayrıca, pişirme olgusunun fiziksel iç yüzü detaylı şekilde tanımlanmış ve üç farklı pişirme kazanı tasarlanarak test edilmiş ve kazanların termal verimleri karşılaştırılmıştır. Son olarak, model doğrulamalarının sağlanmasına müteakip tasarlanan GDPI sisteminin gerçek-zamanlı ve zamana bağlı benzetimi yapılarak sistemin performans parametreleri ve yıllık güneş kullanımı belirlenmiştir. Benzetim sonuçları göstermiştir ki sağlanan çalışma şartlarında, ısı proses uygulaması yıllık tüketmiş olduğu enerji miktarının %20,8'ini güneş enerjisi kullanımından sağlayabilmektedir.

In this dissertation, a pilot study has been performed for design, testing and model-based analysis of a cooking process-heat application assisted with Parabolic Trough Solar Collector (PTSC). An experimental setup consisting essentially of cooking pot, water preheating tanks, auxiliary heater, plate heat exchanger, thermal expansion tanks, PTSC array and measurement devices has been constructed and operated on campus of Gaziantep University to perform these purposes. The described Solar Assisted Process Heat (SAPH) system has been tested and monitored with a number of experiments under different operating conditions to investigate its technical feasibility and integrated performance for producing boiled wheat. On the other hand, thermal and mathematical models of each system component have been developed based on the fundamental scientific and engineering principles. Furthermore, physical insight of cooking phenomena has been described in detail, and three different cooking pots have been designed, tested and compared for their thermal performance. Finally, after model validations have been satisfied, a real-time transient simulation of the designed SAPH system has been carried out to specify the performance parameters and the annual solar fraction. The simulation results have shown that the solar fraction can supply 20.8% of the annual amount of energy consumed by the process heat application for the provided operating conditions.