ISI POMPALI KURUTMA MAKİNASI

Açıkta ürün kurutmada; çoğu kere ürünün sağlığa uygunluğu (bakteriyolojik), renk ve lezzet gibi özelliklerinin bozulmasından; ürünün kalitesi düşmekle birlikte zaman ve işçilikte de büyük kayıplara sebep olmaktadır. Ayrıca açıkta tabii olarak kurutmada, meteorolojik etmenler de ürün kayıplarına neden olmaktadır. Bunun yanında endüstriyel kurutmada ilk yatırım maliyeti ve sürekli enerji maliyeti girdileri yüksek olduğundan ürün maliyetleri artmaktadır. Ancak kurutmanın kapalı şartlarda kontrollü olması, ürün kalitesi, zaman, işçilik, mikro biyolojik ve ürün kaybının azaltılması yönünden büyük getiriler sağlamaktadır.

 

 

 

 

Filho ve Strommen (1996), kapalı çevrimli ısı pompalı kurutucuların düşük sıcaklıklarda çalışan konvansiyonel kurutuculara göre daha verimli çalışma potansiyeline sahip olduğunu belirtmişlerdir.

Araştırmacılar, kapalı çevrimli ısı pompalı kurutucularda atık havadan duyulur ve gizli ısının çekilmesiyle sistem ısıl performansının iyileşeceğini belirtmişlerdir.

Phani ve ark. (2005), kapalı çevrimli sürekli akışlı ısı pompası destekli kurutma sistemini test etmişlerdir. Çalışmada, sistemde ürün kalite optimizasyonu için düşük sıcaklıklarda (30–35 ˚C) kurutulması gereken bitkileri kurutmuşlardır. Özgül nem çekme oranını (SMER) 0,006–0,61 kg/kWh arasında hesaplamışlardır. Ürün kurutmasında elektrikli tel ısıtıcılı geleneksel sistem ile ısı pompası sistemi karşılaştırıldığında ısı pompalı sistemde kurutma süresinin % 65 ve kullanılan enerjinin de % 22 azaldığı görülmüştür

Baines (1986), ısı pompalı kurutucular kullanıldığında, kurutucularda enerji kayıplarının azaldığını belirtmiştir. Araştırmacı, ısı pompalı sistemlerde SMER değerinin 1-6 kg/kWh arasında değiştiğini belirtmiştir

Söylemez (2006), kurutma sistemlerinde sistemdeki atık ısıyı kullanan ısı pompalı kurutucuların termoekonomik analizini yapmıştır. Araştırmacı, sistemin termo-ekonomik analizi için sistem elemanlarının ısıl analizi ile birlikte basit bir ekonomik analiz yapmış ve ısı pompası için en uygun sıcaklık değerlerini hesaplamıştır.

Sistem için en uygun yoğuşturucu çıkış hava sıcaklığı 50,13 ˚C, buharlaştırıcıdan ayrılan hava sıcaklığı 11,90 ˚C ve buharlaştırıcıya giren sistem havası sıcaklığını ise 37,68 ˚C olarak hesaplanmıştır. Sistem elemanları için en uygun çalışma şartlarında COP değerini 2,35 olarak hesaplanmıştır

ısı pompası destekli bir kurutucunun performansına etkiyen etkenleri araştırmıştır. Araştırmacı, “yan geçit (by-pass) hava oranı, toplam hava debisi ve egzoz debisi; sistemin performansını etkileyen anahtar verilerdir” ifadesini kullanmıştır. Buharlaştırıcı etrafındaki by-pass havasının sistemin performansını %20 oranında iyileştirebileceği, bu iyileşmenin artan hava debisi ile artacağı, egzoz havasının %10 azaltılması ile özgül nem çekme oranının (SMER) %15 ve ürün geçişinin %50 oranında iyileşebileceği belirtilmiştir. Fakat bu iyileşmenin soğutkanın yüksek çalışma sıcaklığı ile sınırlı olduğunu belirtilmiştir

Oktay (2003), mekanik ısı pompalı bir kurutucunun testini yapmıştır. Test materyali olarak ıslak yün kullanılmıştır. Yapılan deneylerde kütlesel hava hızları 0,78 – 1,50 kg/m2s arasında değişmiştir. By-pass hava oranı ve dönüş havası oranı %20 - %80 arasında değişmiş ve tüm sistem SMER değeri dönüş havası oranına bağlı olarak 1,5 ve 2,8 kg/kWh arasında değişmiştir.

Yapılan çalışmada, buharlaştırıcı hava oranları arttıkça hem tüm sistem performansı hem de SMER’in arttığı gözlemlenmiştir

Ceylan ve ark. (2007), ısı pompası destekli kereste kurutucusunun enerji ve ekserji analizini yapmışlardır.  Çalışmada, 40˚C sıcaklık ve 0,8 m/s hava hızında yapılan kurutma işleminde kavak keresteleri 1,28 kg su/kg  kuru madde nem oranından 0,15 kg su/kg kuru madde nem oranına 70 saatte ve çam keresteleri de 0,60 kg su/kg kuru madde nem oranından 0,15 kg su/kg kuru

madde nem oranına 50 saatte indirgenmiştir

Teeboonma ve ark. (2002), ısı pompalı meyve kurutucularının optimizasyonunu yapmışlardır. Isı pompalı meyve kurutucularının en uygun şartları belirlenirken en önemli faktörlerin dönüş havası oranı, buharlaştırıcı by-pass oranı, kütlesel debi ve kurutma havası sıcaklığı olduğu belirtilmiştir. Araştırmacılar, “sonuç olarak kurutulacak ürünün fiziksel özellikleri en uygun hava debisini ve buharlaştırıcı by-pass hava oranını önemli bir biçimde etkilemektedir” ifadesini kullanmıştır

 

Prasertsan ve ark. (1997, 1998b), ısı pompalı kurutucuda tarımsal gıdaları (muz) kurutmuşlardır. Araştırmacılar, “ısı pompalı kurutucuların yüksek nem miktarına sahip materyaller için daha uygun olduğunu” ifade etmişlerdir. Ayrıca çalışmada, ısı pompalı kurutucuların isletme maliyetlerinin onları ekonomik olarak daha mümkün kıldığı belirtilmiştir .

 

Tosun (2009), ısı pompası destekli, ısı geri kazanımlı, raflı bir kurutucu bazı yüksek nemlilikteki tarım ürünlerinin kurutulmak üzere tasarlanmış ve imalatı gerçekleştirilmiştir. Sistemde iki kademeli yoğuşturucu kullanılmıştır. Ön soğutucu olarak bir ısı değiştirici ilave edilmiş ve böylece ısı geri kazanımı sağlanmıştır. Elma kurutma deneyindeki kuruma süreleri 40°C, 44°C, 48°C ve 50°C 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.

 

ISI POMPALI KURUTUCU

 

 

Isı pompasında kompresör, yoğuşturucu (kondenser), kısma vanası ve buharlaştırıcı (evaporatör) bulunmaktadır. Isı pompaları ısı kaynağı olarak hava, su ve toprak kaynaklı olmak üzere üç gruba ayrılırlar. Bu çalışmada, havadan havaya bir ısı pompası kullanılmıştır. Kurutma sisteminde ihtiyaç duyulan ısı, ısı pompasının yoğuşturucusundan sağlanmaktadır. Kullanılan soğutkanın (soğutucu akışkan) Şekil 1’de verilen log P-h diyagramındaki değerler; h1-h2: kompresör girişçıkışı, h2-h3: yoğuşturucu giriş-çıkışı ve h3=h4: kılcal boru giriş-çıkışı entalpi değerleridir ve buna göre kondenser kapasitesi;

 

 

 Şekil 1. Isı pompası sisteminin log P-h diyagramı

 

                                   

                                   

Endüstriyel tip kurutucuda ısı pompası sisteminin yoğuşturucusunu enerji kaynağı olarak kullanacak şekilde düşünülmüş ve imal edilmiştir. Kurutucu içersindeki ürünlerin nemi, yoğuşturucuda ısıtılan kurutma havası vasıtasıyla buharlaştırılarak kurutma havasına karışmaktadır. Bu nedenle, nemi artan kurutma havasının zamanla nem alma yeteneği azalacağından dolayı, kurutma havasının içerisindeki nem buharlaştırıcıda yoğuşmaktadır. Yoğuşturma işlemi; nemli havayı soğuk yüzeyde çiy noktası sıcaklığının altında düşürülerek gerçekleştirilmektedir.

 

İmal edilen kurutucuda, ürün üzerinden geçtikten sonra dışarı atılan kurutma havasının buharlaştırıcı üzerinden geçirilmesi ile sistemde atık ısıdan faydalanılmaya çalışılmıştır. Böylece sistemde ısı pompasının buharlaştırıcısı buharlaşma gizli ısısının bir kısmını atılan kurutma havasından çekmektedir.

Böylece kurutma sistemi, havadan-havaya bir ısı pompası olarak çalışmaktadır. Kurutucu sistemde, kurutma havası tünel sonunda iki kola ayrılıp, tünele girmeden önce tekrar birleşmektedir.

Buharlaştırıcı ve yoğuşturucudan geçen havaların karışması ile elde edilen karışım havası, “kurutma havası” olarak, kurutma tüneline giriş yapmaktadır. Toplam kurutma havası debisinin 2/3’ü yoğuşturucu üzerinden ısıtılarak tekrar dolaştırılmakta, 1/3’ü ise buharlaştırıcıda soğutularak nemi düşürülmektedir

Yoğuşturucuda ısıtılan ve buharlaştırıcıda soğutularak nemi düşürülen hava debileri karıştırılarak kurutma tüneline yönlendirilmektedir. Böylelikle yoğuşturucu ve buharlaştırıcı dolayısıyla kompresör kapasitelerinin daha küçük seçilebilmeleri sağlanmıştır.

Kurutma sisteminde kurutma işlemi esnasında sistem havasının psikrometrik döngüsü Şekil 5.’te verilmiştir.

Deneylerde kullanılan ölçüm cihazları Çizelge 1.’de verilmiştir.

IPK sistemindeki hava akışının psikrometrik diyagramda; (1-2) kurutma tünelinde kurutma işlemi, (2-4) yoğuşturucuda ısıtma işlemi, (2-3) buharlaştırıcı odasında  soğutma ve nem düşürme işlemi, (3-4) buharlaştırıcı odasında soğutulmuş ve nemi düşürülmüş hava ile yoğuşturucuda ısıtılan havanın karışımıdır.

IPK sisteminde yeniden kullanılan çevrim havası oranı RAR=2/3’tür. Toplam hava debisinin 2/3’ü yoğuşturucu üzerinden ısıtılarak tekrar dolaştırılmakta, 1/3’ü ise buharlaştırıcıda soğutularak nemi düşürülmektedir.

 

Yoğuşturucuda ısıtılan ve buharlaştırıcıda soğutularak nemi düşürülen hava debileri karıştırılarak kurutma tüneline yönlendirilmektedir.

 

Şekil 5. Sistem havasının psikrometrik döngüsü.

 

Isı pompalı kurutucuda kurutulan malzemelerin ,olumsuz çevre şartlarından (yağmur, toz, toprak vb.) korunduğu dikkate alındığında temizlik açısından açık alanda kurutulanlardan daha temiz olduğu gözlemlenmiştir.

 

Kurutma havası sıcaklığı ortalaması 60,2 ˚C ve kurutma havası hızı tünel sonunda ortalama 3,2 m/s ölçülmüştür.

Kurutma havasının, tünel giriş sıcaklık ortalaması 60,2 °C ve buharlaştırıcı odası hava sıcaklığı ortalamasının 12,3 °C olduğu dikkate alındığında tünel giriş havası sıcaklığının artırılması ve buharlaştırıcı odası sıcaklığının  düşürülmesi suretiyle sistem veriminin artırılabilmesi için tünel çıkış havası ve buharlaştırıcı odası çıkış havasının havadan-havaya ısı değiştiricisi kullanımının enerji verimliliğini artıracağı görülmüştür.

kurutma hava hız sıcaklığı-nem değerleri ayarlanabilir olması ile her türlü meyve ve sebzeler,ve halı çamaşır her türlü dış hava şartlarında, yılın on iki ayı boyunca negatif dış etkenlerden (toz/toprak, yağmur, çiy vb.) korunarak kurutulabilecektir.

 

KAYNAK.

Endüstriyel Tip Isı Pompalı Kurutucuda Çekirdeksiz

Üzümün Kurutulması

Mesut ABUŞKA, Hikmet DOĞAN(POLİTEKNİK DERGİSİ)