Doğu Karadeniz bölgesinde havalı güneş kollektörleri ile prototip fındık kurutma tesisatı tasarımı

Abstract

ÖZET Bilinen meyve ve sebze kurutma yöntemleri oldukça ilkeldir ve ürünü tozdan, beklenmedik yağmurdan, kir ve mikroorganizmaların ve bö ceklerin zararlarından korumamaktad ir. Bunun sonucunda her yıl binlerce kilogram ürün kayıp olmaktadır. Bu nedenlerden ötürü, günümüzde meyve ve sebzelerin, güneş enerjisiyle veya diğer kaynaklarla yapay olarak kurutulması çok tercih edilmektedir. Bu tez, raf tipi güneşli bir meyve ve sebze kurutucusunun Doğu Karadeniz bölgesi için matematiksel formülasyonu ile aynı kurutucu kul lan il ar ak, hava ve fındık arasındaki ortalama ısı ve kütle transferi katsayılarının hesaplanması ile ilgilidir, ilk olarak, meyve ve seb zelerin güneş enerjisi yardımıyla kurutulmasıyla ilgili olarak, güneş enerjisi ve kurutmanın esasları özetlenerek, düzlemsel havalı güneş kollektörleri üzerindeki son gelişmeler anlatıldı. Endüstriyel kurutma işleminde kullanilabilecek düzlemsel havalı kol lektörl erin optik ve termal özellikleri incelendi ve uygun kollektör seçimi yapıldı. Nem oranı, yoğunluk, kısmi buhar basıncı, ısı ve kütle transferi katsayıları gibi parametreler sıcaklığın bir fonksiyonudur ve dördüncü dereceden sıcaklıklar radyasyonla ısı transferi terimlerinde gözükür. Bu eşitlikler eşdeğer radyasyon ısı taşınım katsayısı ve konvektif ısı taşınım katsayısı kavramlarının ortalama değerleri kullanılarak linee- rize edildi. Ürün yüzeylerindeki nem oranlarının sıcaklıkla lineer değiştiği yaklaşımı yapıldı. Hava hızı, kurutma havasının sıcaklığı, birim çekmece alanına yüklenen ürün miktarı, ürünün fiziksel ve kimyasal özellikleri (Baş langıçtaki nem içeriği vb. ), ürünün şekli ve yerleştirilmesi gibi parametrelerin, kurutma hızına etkisi incelendi. Teorik analiz için yaklaşık sürekli durum şartları kabul edildi. ıxsonra fındıktan ısı ve kütle transferi katsayılarının belirlenebilmesi için, her bir rafta üç çekmece olan ve üç raftan olu şan bir matematiksel model seci İdi. Bazı kabuller eşliğinde alt kontrol ve sistem hacimleri için ısı ve kütle dengeleri yazıldı. Bunun sonucunda elde edilen lineer denklem sistemi Bauss-Ele- minasyon yöntemi kullanılarak, IBM ve CORDATA kompütürlerinden yarar lanılarak çözüldü. Tasarım parametreleri, değişik hava koşullarında ve hava hızlarında kabul edilebilir ticari nem içeriği seviyelerinde in celendi ve daha sonra, güneşli yapay kurutma, açık-havada kurutma ile karşılaştırıldı. Hesaplamalardan 3 raflı sistem için ortalama konvektif ısı ta şınım katsayısı; h & 1.62 W/m2C C ve ortalama kütle transferi katsayısı daş K % 5.8 kg/m*h olarak bulundu. îlave olarak yaklaşık kurutucu kapasitesi teorik bir yöntem kullanılarak hesaplandı. Kurutucu ilerideki çalışmalara yön verecek ve referans olacak şekilde parametrize edildi.

SUMMARY The common drying methods of -fruits and vegetables are quite primitive, and never save the product from dust, unexpected rain, dirt and damage of the insects and microorganisms. Thus, each year thousands of kilograms of product are wasted. For these reasons, artificial drying of fruits and vegetables with solar energy, or other sources are more preferable in our days. This thesis is concerned with the mathematical formulation of a shelf type solar fruit and vegetable drier for Black Sea region, and also the evaluation of heat and mass transfer coefficients between air and hazelnut, utilising a shelf type drier. Firstly, a brief summary of the principles of solar energy and dehydration of fruits and vegeta bles, the development on flat plate solar air collectors have been re viewed. The optical and thermal properties of flat-plate air collectors which is to be used in industrial drying process have been analized and choise of appropriate type of solar flat -pi ate air collector has been completed. The parameters, like humidity ratio, densities, partial vapor pressure, heat and mass transfer coefficients are function of tempera ture, and also the fourth power of temperatures appear in the radiation heat transfer terms. These equations have been linearized by using the concept of the equivalent radiation heat transfer coefficients and avarage values of convective heat transfer coefficients. The humidity ratios are approKimated as linear functions of temperatures at the fruit surfaces. The parameters like air velocity, temperature of the flowing air, loading of fresh fruit per unit area of tray, the physical or chemical properties of the product ( initial moisture content etc. ), the shape of product and the placing of product, and their effect on the drying ratio has been analized. Quasi -steady state conditions were assumed for the theoretical analysis. XIThen, in order to determine heat and mass transfer coefficients from hazelnuts a mathematical model which consist of three layers of shelves and three trays on each shelf has been chosen. Then, the heat and mass balance equations have been written for the sub-systems and control volumes under the same assumptions. Next, the system of linear equations were solved using Gauss- Seidel elimination technique, utilizing IBM and CORDATA computers. Design parameters were examined to coraraercially acceptable moisture levels in various wheather conditions and at various air velocities, and then, solar artificial drying compared with open-air drying. The computed values showed that for 3 shelf system the avarage convective heat transfer coefficient was; h * 1.62 W/m2C C and avarage mass transfer coefficient was; K.« 5.8 kg/ra2 h In addition, approximate capacity of hazelnut drier has been evaluated by using theoretical method. The drier has been parametrized so that it can be a guide for the future work and can be considered as a reference drier. xxi