Investigation of Drying Parameters in Solar Energy supported Drying System in Batman Provincial Conditions

Year 2024, Volume: 10 Issue: 1, 125 - 140, 30.04.2024

Neşe Budak Ziyadanoğulları

Abstract

Energy storage systems are needed to increase the efficiency of intermittent energy sources such as solar energy. It is important for efficiency to store and use the excess heat as a result of radiation during the hours when the sun's influence is high. In this study, a mixture of stones and metal parts of different sizes was created as an energy storage material. This material was used in the thermal storage unit of the 2nd section of a solar dryer consisting of two identical sections with thermal insulation between them and compared with part 1 which was without thermal storage system. As the agricultural product to be dried, Sason Strawberry, which starts in March, April, and continues until November and December, depending on the weather conditions, was preferred and the drying parameters were examined in October under the conditions of Batman Province. Experiments were carried out between 09.00-15.00 in the sun, between 15.00-17.30 in the shade and after 17.30 after sunset, using the thermal storage heat. The experiments were carried out at 3 different fan speeds as 3.5 m/s, 2.5 m/s and 1.5 m/s. During the experimental studies, drying was carried out at temperatures ranging from a maximum of 61 ºC to a minimum of 18 ºC in the drying cabinet without using the thermal storage system, and at temperatures ranging from a maximum of 53 ºC to a minimum of 19 ºC in the drying cabinet using the thermal storage system.

Keywords

Solar energy, drying, thermal energy storage, drying of Sason strawberry

Batman İli Şartlarında Güneş Enerjisi Destekli Kurutma Sisteminde Kurutma Parametrelerinin İncelenmesi

Abstract

Yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımı fosil yakıtlara bağımlılığı azaltmaktadır. Yenilenebilir enerji kaynaklarından olan güneş enerjisi gibi kesintili enerji kaynaklarının verimliliğinin arttırılması için enerji depolama sistemlerine ihtiyaç duyulmaktadır. Güneşin etkisinin çok olduğu saatlerde ışınım sonucu fazla olan ısının depolanması ve daha sonra kullanılması verimlilik açısından önemlidir. Bu çalışma kapsamında farklı büyüklüklerdeki taşlar ve metal parçaları karışımı bir enerji depolama malzemesi olarak oluşturulmuştur. Bu malzeme araları ısı yalıtımlı eş iki bölümden oluşan bir güneş enerjili kurutucunun 2. bölümünün termal depolama ünitesinde kullanılmıştır. Termal depolama sistemi olmayan 1. bölüm ile karşılaştırılmıştır. Kurutulacak tarımsal ürün olarak hasadı hava durumuna bağlı olarak Mart, Nisan aylarında başlayıp Kasım, Aralık aylarına kadar devam eden Sason Çileği tercih edilmiş ve Batman İli şartlarında Ekim ayında kurutma parametreleri incelenmiştir. Bu çalışma sırasında ısıl enerji depolama sisteminin güneş enerjili kurutucuda kullanılmasının Sason Çileği kurutmada etkisi incelenmiştir. Deneyler saat 09.00-15.00 arasında güneşte 15.00-17.30 arası gölgede ve 17.30 sonrası güneş battıktan sonra termal depolama ısısından faydalanarak yapılmıştır. Yapılan deneyler 3,5 m/s, 2,5 m/s ve 1,5 m/s olmak üzere 3 farklı fan hızında gerçekleştirilmiştir. 3,5 m/s fan hızında yapılan deneylerle eş zamanlı olarak dışarıda tepside çilek numuneleri kontrol amaçlı kurumaya bırakılmıştır. Kurutma sisteminde kurutulanlarla karşılaştırılmıştır. Temizlik ve kuruma hızı açısından yapılan karşılaştırmada kurutma sisteminde kurutmanın büyük farkla avantajlı olduğu görülmüştür. Deneysel çalışmalar süresince termal depolama sistemi kullanılmayan kurutma kabini içerisinde maksimum 61 ºC minimum, 18 ºC arasında değişen sıcaklıklarda, termal depolama sistemi kullanılan kurutma kabininde ise maksimum 53 ºC, minimum 19 ºC arasında değişen sıcaklıklarda kurutma işlemi gerçekleştirilmiştir. İki kurutma kabini arasındaki bağıl nem farkı maksimum % 6,7 olacak şekilde, termal depolama sistemi kullanılmayan bölümün kurutma kabininin içindeki bağıl nem daha fazla çıkmıştır.

Keywords

güneş enerjisi, kurutma, ısıl enerji depolama, sason çileği kurutma

References

• [1] M. Aktaş and M. Ç. Kara, ‘”Güneş enerjisi ve ısı pompalı kurutucuda dilimlenmiş kivi kurutulması,’’ Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, Vol 28, No 4, 733-741, 2013. [2] H. İ. Variyenli, ‘‘Güneş enerjisi destekli düz ve hapsedici yüzeyli kurutma fırınlarının performanslarının kivi kurutarak karşılaştırılması’’, Politeknik Dergisi, Cilt 21, Sayı 3, 723 – 729, 2018.
• [3] İ. Ceylan, M. Aktaş and H. Doğan, ‘Güneş Enerjili Kurutma Fırınında Elma Kurutulması’, Politeknik Dergisi, Cilt 9, Sayı 4, 289 – 294, 2006.
• [4] T. Polat, M. Aktaş and H. M. Şahin, ‘‘Güneş Enerjisi ve Isı Pompalı Bir Kurutma Sistemi ile Çam Fıstığı Kozalağı Kurutulması,’’ Politeknik Dergisi, Cilt 15, Sayı 1, 1 – 7, 2012.
• [5] D.K. Rapha and P. Muthukumar, ‘’Performance studies on a forced convection solar dryer integrated with a paraffin wax–based latent heat storage system,’’ Solar Energy, vol.149, pp.214-226, 2017. doi:10.1016/j.solener.2017.04.012
• [6] W. B. Chaouch, A. Khellaf, A. Mediani, M. El Amine Slimani, A. Loumani, and A. Hamid, ‘‘Experimental investigation of an active direct and indirect solar dryer with sensible heat storage for camel meat drying in Saharan environment,’’ Solar Energy, vol.174, pp.328-341,2018. doi:10.1016/j.solener.2018.09.037
• [7] R. Ouaabou, B. Nabil, N. Hidar, L. Lahnine, A. Idlimam, A. Lamharrar, H. Hanine and M. Mahrouz, ‘‘Valorization of solar drying process in the production of dried Moroccan sweet cherries,’’ Solar Energy, vol.172, pp.158-164, 2018. doi:10.1016/j.solener.2018.05.079
• [8] J. Kaewkiew, S. Nabnean and S. Janjai, “Experimental investigation of the performance of a large-scale greenhouse type solar dryer for drying chilli in Thailand,’’ Procedia Engineering, vol.32, pp.433-439, 2012. doi: 10.1016/j.proeng.2012.01.1290
• [9] M. Öztürk, ‘‘Güneş enerjisi destekli bir kurutucuda sürekli ürün kurutulması,’’ Yüksek Lisans Tezi, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara,2012.
• [10] R. Gültekin, ‘’Şanlıurfa şartlarında patlıcanın kurutulmasında güneş enerjili kurutma makinesi geliştirilmesi,’’ Yüksek Lisans Tezi, Harran Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Şanlıurfa,2016.
• [11] H. Essalhi, M. Benchrifa, R. Tadili and M.N. Bargach, “Experimental and theoretical analysis of drying grapes under an indirect solar dryer and in open sun,” Innovative Food Science and Emerging Technologies, vol. 49,pp.58-64, 2018. doi:10.1016/j.ifset.2018.08.002
• [12] E. Cankurtaran, “Güneş enerjili kurutma sisteminde çileğin kurutma karakteristiğinin belirlenmesi,” Yüksek Lisans Tezi, Yozgat Bozok Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Yozgat, 2018.
• [13] O. Badaoui, S. Hanini, A. Djebli, B. Haddad and A. Benhamou, “Experimental and modelling study of tomato pomace waste drying in a new solar greenhouse: Evaluation of new drying models,” Renewable Energy, vol.133, pp.144-155, 2019. doi:10.1016/j.solener.2019.01.049
• [14] A. Onat and A. T. İnan, Z. Gül, “Farklı Geometrik Yapıdaki Kırmızı Biberlerin Plc Kontrollu Güneş Enerjili-Gizli Isı Depolamalı Kurutucuda Kurutulması,” Politeknik Dergisi, Cilt 6, Sayı 1, 379 – 384, 2003.
• [15] M. Aktaş, S. Şevik, H. Doğan and M. Öztürk, “Fotovoltaik ve Termal Güneş Enerjili Sürekli Bir Kurutucuda Domates Kurutulması,” Tarım Bilimleri Dergisi, Cilt 18, Sayı 4, 287 – 298, 2012.
• [16] Ç. Özçelik, “Faz Değiştirmeli Güneş Enerjisi Depolama Sistemiyle Entegre Güneş Enerjili Meyve Kurutma Sistemi Modellenmesi, Dizaynı, Testleri ve Değerlendirilmesi,” Yüksek Lisans Tezi, Ege Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, İzmir, 2020.
• [17] H. Atalay, “Performance analysis of a solar dryer integrated with the packed bed thermal energy storage (TES) system,” Energy, vol. 172, pp.1037-1052, 2019. doi:10.1016/j.energy.2019.02.023
• [18] A.K. Bhardwaj, R. Kumar and R. Chauhan, “Experimental investigation of the performance of a novel solar dryer for drying medicinal plants in Western Himalayan region,” Solar Energy, vol. 177(1), pp.395-407, 2019. doi:10.1016/j.solener.2018.11.007
• [19] J. Vásquez, A. Reyes and N. Pailahueque, “Modeling, simulation and experimental validation of a solar dryer for agro-products with thermal energy storage system,” Renewable Energy, vol.139, pp. 1375- 1390, 2019. doi:10.1016/j.renene.2019.02.085
• [20] S. Vijayan, T.V. Arjunan and A. Kumar, “Exergo-environmental analysis of an indirect forced convection solar dryer for drying bitter gourd slices,” Renewable Energy, vol.146, pp.2210-2223, 2020. doi:10.1016/j.renene.2019.08.066
• [21] Z. Azaizia, S. Kooli, I. Hamdi, W. Elkhal and A.A. Guizani, “Experimental study of a new mixed mode solar greenhouse drying system with and without thermal energy storage for pepper,” Renewable Energy, vol.145, pp.1972-1984, 2020. doi:10.1016/j.renene.2019.07.055
• [22] A. Reyes, A. Mahn and F. Vasquez, “Mushrooms dehydration in a hybrid- solar dryer, using a phase change material,” Energy Conversion and Management, vol. 83, pp.241-248, 2014. doi:10.1016/j.enconman.2014.03.077
• [23] L. M. Bal, S. Satya and S. N. Naik, “Solar dryer with thermal energy storage systems for drying agricultural food products,” Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 14, pp.2298-2314, 2010. doi:10.1016/j.rser.2010.04.014
• [24] S. Abubakar, S. Umaru, M. U. Kaisan, U. A. Umar, B. Ashok and K. Nanthagopal, “Development and performance comparison of mixed-mode solar crop dryer with and without thermal storage,” Renewable Energy, vol.128, pp.285-298, 2018. doi:10.1016/j.renene.2018.05.049 [25] H. Atalay, “Performance analysis of a solar dryer integrated with the packed bed thermal energy storage (TES) system,” Energy, vol.172, pp.1037-1052, 2019. doi:10.1016/j.energy.2019.02.023
• [26] F. S. Barnes and J. G. Levine, “Large energy storage systems handbook,” The CRC Press Series in Mechanical and Aerospace Engineering, New York, CRC Press., 2011.
• [27] R. K. Saini, D. K. Saini, R. Gupta, P. Verma, R. Thakur, S. Kumar and A. Wassouf, “Technological development in solar dryers from 2016 to 2021-A review,” Renewable and Sustainable Energy Reviews, 188 ,113855, 2023. doi:10.1016/j.rser.2023.113855
• [28] P. Mehta, S. Samaddar, P. Patel, B. Markam and S. Maiti, “Design and performance analysis of a mixed mode tent-type solar dryer for fish-drying in coastal areas,” Solar Energy, vol.170, pp.671–81, 2018. doi:10.1016/j.solener.2018.05.095
• [29] V. M. Swami, A. T. Autee and T. R. Anil, “Experimental analysis of solar fish dryer using phase change material,” Journal of Energy Storage, vol.20, pp.310–5, 2018. doi:10.1016/j.est.2018.09.016
• [30] D. V. N. Lakshmi, P. Muthukumar and A. P. K. Nayak, “Drying kinetics and quality analysis of black turmeric (Curcuma caesia) drying in a mixed mode forced convection solar dryer integrated with thermal energy storage,” Renewable Energy, vol.120, pp.23–34, 2018. doi:10.1016/j.renene.2017.12.053
• [31] M. Chandrasekar, T. Senthilkumar, B. Kumaragurubaran and J. P. Fernandes, “Experimental investigation on a solar dryer integrated with condenser unit of split air conditioner (A/C) for enhancing drying rate.” Renewable Energy, vol.122, pp.375–81, 2018. doi:10.1016/j.renene.2018.01.109
• [32] E. Tarigan, “‘Mathematical modeling and simulation of a solar agricultural dryer with back-up biomass burner and thermal storage,” Case Studies Thermal Engineering , vol.12, pp.149–65, 2018. doi:10.1016/j.csite.2018.04.012
• [33] W. B. Chaouch, A. Khellaf, A. Mediani, M. E. A. Slimani, A. Loumani and A. Hamid, “Experimental investigation of an active direct and indirect solar dryer with sensible heat storage for camel meat drying in Saharan environment,” Solar Energy, vol.74, pp.328–41, 2018. doi:10.1016/j.solener.2018.09.037
• [34] I. Hamdi, S. Kooli, A. Elkhadraoui, Z. Azaizia, F. Abdelhamid and A. Guizani, “Experimental study and numerical modeling for drying grapes under solar greenhouse,” Renewable Energy, vol.27, pp.936–46, 2018. doi:10.1016/j.solener.2019.01.049
• [35] O. Badaoui, S. Hanini, A. Djebli, B. Haddad and A. Benhamou “Experimental and modelling study of tomato pomace waste drying in a new solar greenhouse: evaluation of new drying models,” Renewable Energy, vol.33, pp.144–55, 2019. doi:10.1016/j.solener.2019.01.049
• [36] S. Şevik, M. Aktas, E. C. Dolgun, E. Arslan and A. D. Tuncer “Performance analysis of solar and solar-infrared dryer of mint and apple slices using energy-exergy methodology,” Solar Energy, vol.180, pp.537–49, 2019. Doi:10.1016/j.solener.2019.01.049
• [37] A.K. Bhardwaj, R. Kumar and R. Chauhan, “Experimental investigation of the performance of a novel solar dryer for drying medicinal plants in Western Himalayan region,” Solar Energy, vol.177, pp.395-407, 2019. doi:10.1016/j.solener.2018.11.007