Isı Borulu Güneş Kollektörlü Kurutma Sisteminin Tasarımı ve Deneysel Analizi

Öz

Endüstriyel ve tarımsal ürünler, doğal ve teknik yöntemler kullanılarak kurutulabilir. Kurutma maliyetini sıcak kurutma havasını elde etmek için harcanan enerji oluşturur. Bu çalışmada, kurutmanın enerji problemine çözüm üretmeye yönelik ısı borulu düzlemsel güneş kollektörlü ve ısı geri kazanımlı bir kurutma sistemi tasarlanmıştır. Karabük ili iklim şartlarında, sabit 1 m/s kurutma hızında, farklı ışınım değerlerinde, kuruma havası sıcaklığının değişimleri, ürün kütle kaybı ve kalitesi, ısı geri kazanımının sisteme katkısı deneysel olarak incelenmiş ve teorik analizleri yapılmıştır. Sistemde kapalı çevrimde içerisine ürün konulmadan yapılan deneyde sabit hava hızında ve ortalama 770 W/m2 ışınım değerinde kurutucu sıcaklığının dış hava sıcaklık değerinin yaklaşık olarak %49’luk bir artışla ortalama 14,63 °C üzerine çıktığı belirlenmiştir. Ürün ile kurutma deneyinde kivi meyvesi kullanılmıştır. Etüv fırınında kurutulan kivilerde yaş baza göre hesaplanan nem miktarı 0.83 g su/g yaş madde, kuru baza göre hesaplanan nem miktarı 4.94 g su/g kuru madde ve kuru madde miktarı %16,8 olarak belirlenmiştir. Kurutma işlemine, son üç ağırlık değerleri eşit çıkana kadar devam edilmiş ve nem değeri 0,03 g su/g kuru madde olana kadar kurutma gerçekleştirilmiştir. Ölçümler sonucunda ortalama 39.4 g değerine kadar kurumanın gerçekleştiği ve ürün ağırlığının %80 azaldığı belirlenmiştir. Sistemin genel verimi 4 Eylül saat 15:50’de 694,3 W/m2 ışınım değerinde maksimum %39, ısı borulu kollektörün ortalama verimi %24 ısı geri kazanım ünitesinin verimi %28’dir. Kurutma işleminde harcanan enerjinin %27’si ısı geri kazanım ünitesi, %73’ü de ısı borulu kollektör tarafından karşılanmıştır.

Anahtar Kelimeler

• Güneş enerjisi
• ısı borulu düzlemsel güneş kollektörü
• ısı geri kazanımı
• kurutma

Design and Experimental Analysis of Heat Pipe Solar Collector Drying System

Öz

Industrial and agricultural products can be dried using natural and technical methods. The energy spent to obtain the hot drying air constitutes the drying cost. In this study, a heat recovery drying system with heat pipe, planar solar collector and heat recovery is designed to solve the energy problem of drying. Changes in drying air temperature, product mass loss and quality, contribution of heat recovery to the system in Karabük province climatic conditions, constant 1 m/s drying rate, different irradiation values, were experimentally examined and theoretical analyzes were made. In the experiment, which was carried out in the closed cycle without putting the product inside the system, it was determined that the dryer temperature increased to an average of 14.63 °C with an increase of approximately 49%, at a constant air speed and an average irradiance value of 770 W/m2. Kiwi fruit was used in the drying experiment with the product. In the kiwis dried in the oven, the moisture content calculated according to the wet base was 0.83 g water/g wet matter, the moisture content calculated according to the dry basis was 4.94 g water/g dry matter and the dry matter amount was 16.8%. The drying process was maintained until the last three weight values became equal and drying was carried out until the final moisture value was 0.03 g water/g dry matter. As a result of the measurements, an average drying was determined as 39.4 g and the weight of the product decreased by 80%. The general efficiency of the system at 15:50 on September 4, at an irradiation value of 694.3 W/m2, is maximum 39%, the average efficiency of the heat pipe collector is 24%, and the efficiency of the heat recovery unit is 28%. 27% of the energy consumed in the drying process was met by the heat recovery unit and 73% by the heat pipe collector.

Anahtar Kelimeler

• Solar energy
• heat pipe planar solar collector
• heat recovery
• drying

Kaynakça

1. [1] Nabnean, S., and P. Nimnuan., “Experimental performance of direct forced convection household solar dryer for drying banana”, Case Studies in Thermal Engineering 22: 100787, (2020).
2. [2] Gültekin, R., “Şanlıurfa şartlarında patlıcanın kurutulmasında güneş enerjili kurutma makinesi geliştirilmesi”, Yüksek Lisans Tezi, Harran Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Urfa, Türkiye, (2016).
3. [3] Nimnuan, P., and Nabnean, S., “Experimental and simulated investigations of the performance of the solar greenhouse dryer for drying cassumunar ginger (Zingiber cassumunar roxb.)”, Case Studies in Thermal Engineering, 22 : 100745, (2020).
4. [4] Nasri, F., “Solar thermal drying performance analysis of banana and peach in the region of Gafsa (Tunisia)”, Case Studies in Thermal Engineering, 22 :100771, (2020).
5. [5] Yağcıoğlu, A., “Ürün İşleme Tekniği”, EÜZF Yayınları, İzmir, (1996).
6. [6] Darıcı, S., “Design, manufacture and thermal analysis of a single pass solar air collector at different mass flow rates”, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 35 (3): 1187-1197, (2020).
7. [7] Acar, B., Öz, E.S. and Gedik, E., “Experimental investigation of collector efficiencies on separated and connected heat pipes”, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 23 (2): 425–429, (2008).
8. [8] Su, U.Ö., Sözen, A., Menlik, T., “Isı borulu güneş kollektörlerinde nano çözelti ile performansın iyileştirilmesi”, Politeknik Dergisi, 22(1): 245–257, (2019).

9. [9] Doğan, H., “Isı Borulu Güneş Kollektörü ile Kurutma”, Mühendislik Bilimleri Dergisi, 5 (1): 921-925, (1999).
10. [10] Karaca G., Dolgun E.C. ve Aktaş M., “Balın kurutulması için enerji verimli ve hijyenik yeni bir sistem tasarımı”, Politeknik Dergisi, 23(3):713-719, (2020).
11. [11] Reyes, A., Vásquez, J., Pailahueque, N., and Mahn, A., “Effect of drying using solar energy and phase change material on kiwifruit properties”, Drying Technology, 37 (2): 232–244 (2019).
12. [12] Variyenli, H. İ., “Güneş enerjisi destekli düz ve hapsedici yüzeyli kurutma fırınlarının performanslarının kivi kurutarak karşılaştırılması”, Politeknik Dergisi, 21(3): 723–729 (2018).
13. [13] Aktaş, M., ve Kara, Ç., “Güneş enerjisi ve isı pompalı kurutucuda dilimlenmiş kivi kurutulması”, Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 28 (4), (2013).
14. [14] Dharmadurai, P. L., Vasanthaseelan, S., Bharathwaaj, R., Dharmaraj, V., Gnanasekaran, K., Balaji, D., Sathyamurthy, R., “A comparative study on solar dryer using external reflector for drying grapes”, Materials Today: Proceedings, in press, (2020).
15. [15] Cankurtaran, E., “Güneş Enerjili Kurutma Sisteminde Çileğin Kurutma Karakteristiğinin Belirlenmesi”, Yüksek Lisans Tezi, Yozgat Bozok Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Yozgat, Türkiye, (2018).
16. [16] Suzihaque, M. U. H. and Driscoll, R., "Effects of solar radiation, buoyancy of air flow and optimization study of coffee drying in a heat recovery dryer", Procedia Engineering, 148: 812–822 (2016).
17. [17] Aktaş, M., Şevik, S., Amini, A., Khanlari, A., “Analysis of drying of melon in solar-heat recovery asisted infrared dryer”, Solar Energy, 137, 500-515 (2016).
18. [18] https://organicgroup.eu/?249/detay/kivinin-bitkisel-ozellikleri-ve-yetistiricilik, (Temmuz 2021).
19. [19] Torki-Harchegani, M., Ghanbarian, D. and Sadeghi, M. “Estimation of whole lemon mass transfer parameters during hot air drying using different modelling methods”, Heat Mass Transfer, 51: 1121-1129, (2015).
20. [20] Beigi, M. Influence of Drying Air parameters on mass transfer characteristics of apple slices. Heat Mass Transfer, 15: 1-9, (2015).
21. [21] Ceylan, I.; Aktas ¸, M. “Modeling of a hazelnut dryer assisted heat pump by using artificial neural networks”. Applied Energy, 85, 841–854, (2008).
22. [22] Evranuz, Ö., “Gıda maddelerinin kurutulması sırasında kuruma kinetiğini kontrol eden faktörler ve kalite üzerine etkileri”, Gıda, 13(1), 51-58, (1988).
23. [23] http://www.bosforsnappy.com/gidalarda-su-aktivitesi/ (Haziran 2021).