Mustafa AKTAŞ, MELTEM KOŞAN, Cem ÇATALBAŞ, Mert GÖK

Dilimlenmiş Elma ve Havucun Isı Pompası Tekniği ile Kurutulması: Performans Analizi

Bu çalışmada, atık ısı kaynaklı ısı pompalı bir kurutucuda 2 mm kalınlıkta dilimlenmiş havuç ve elma dilimleri 40 ℃ sıcaklıkta ve 1,5 m/s kurutma havası hızında kurutulmuş, kurutma kinetikleri ve sistem performansları analiz edilmiştir. Kurutma sistemi; frekans invertörlü fan, ısı pompası sistemi ve yük hücreli kurutma odasından oluşmaktadır. Deneysel veriler ile elde edilen nem içeriğindeki değişim havuç için 7,19 g su/g kuru madde miktarından 0,098 g su/g kuru madde miktarına 9 saatte, elma için 4,55 g su/g kuru madde miktarından 0,13 g su/g kuru madde miktarına 11 saatte gerçekleşmiştir. Isı pompası tüm sistem performans katsayıları ise havuç için 3 - 3,44 arasında ve elma için 3,15 - 3,43 arasında değişiklik göstermiştir. Kurutma odasından çıkan atık havanın evaporatör yüzeyine gönderilmesiyle ısı pompasının performans katsayısının arttığı görülmüştür, evaporatör yüzeyine gönderilen bu havanın %70 i atık havadan %30 u ise ortam havasından oluşmaktadır. Performansı test edilen bu atık ısı kaynaklı ısı pompalı kurutucu prototipinin özellikle düşük sıcaklıklarda sebze-meyve ve diğer kurutma uygulamalarında başarılı bir şekilde kullanılabileceği gözlemlenmiştir.

Anahtar Kelimeler:

Kurutma, ısı pompası, havuç dilimi, elma dilimi

Drying of Sliced Apple and Carrot with Heat Pump Technique: Performance Analysis

In this study, 2 mm thick sliced carrots and apple slices were dried at a temperature of 40 ℃ and a drying air velocity of 1.5 m/s in heat pump dryer which has a waste heat source, and drying kinetics and system performances were analyzed. Drying system consists of fan with frequency inverter, heat pump system and drying chamber with load cell. The change in moisture content obtained with the experimental data was from 7,19 g water/g the amount of dry matter to 0,098 g water/g the amount of dry matter for carrot at 9 hours, and from 4,55 g water/g the amount of dry matter to 0,13 g water/g the amount of dry matter for apple at 11 hours. Whole system heat pump performance coefficient values were varied between 3 and 3,44 for carrots and between 3,15 and 3,43 for apples. It is seen that the performance coefficient of the heat pump is increased by transferring the waste air from the drying chamber to the evaporator surface, and 70% of this air sent to the evaporator surface is composed of waste air and 30% is composed of ambient air. It has been observed that heat pump dryer prototype, which has been tested for performance, can be used successfully in vegetable-fruit and other drying applications, especially at low temperatures.

Keywords:

Drying, heat pump, carrot slice, apple slice,

___

[1] Gül D., “Aromatik Bitkilerin Kurutulması İçin Isı Pompası Destekli Vakumlu Kurutma Fırını Tasarımı”, Yüksek Lisans Tezi, Süleyman Demirel Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, (2014).
[2] Aktaş M., Ceylan İ. and Doğan H., “Isı Pompalı Endüstriyel Fındık Kurutma Fırınının Modellenmesi”, Politeknik Dergisi, 8: 329-336, (2005).
[3] Özgen, F., “Elma Kurutulmasında Kullanılan Konvektif Tip Bir Kurutma Sisteminin Tasarımı,” Mühendis ve Makina, 55: 42-49, (2014).
[4] Wang Z., Sun J., Liao X., Chen F., Zhao G., Wu, J. and Hu X., “Mathematical Modeling on Hot Air Drying of Thin Layer Apple Pomace,” Food Research International, 40: 39-46, (2007).
[5] Zlatanovic I., Komatina M. and Antonijevic D., “LowTemperature Convective Drying of Apple Cubes,” Applied Thermal Engineering, 53: 114-123, (2013).
[6] Demiray E., “Havuç ve kırmızıbiberin farklı kurutma yöntemleri ile kurutulması, kuruma karakteristiklerinin ve bazı kalite özelliklerindeki değişimin modellenmesi”, Doktora tezi, Pamukkale Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, (2015).
[7] Mengeş H.O. and Ertekin C., “Havucun ince tabaka kuruma karakteristiklerinin incelenmesi”, Tarım Makinaları Bilimi Dergisi, 2: 353-362, (2006).
[8] Erbay B., Kıvrak E., Orhan H. and Küçüköner E., “Dondurarak kurutulmuş havuç dilimlerinin renk, rehidrasyon özellikleri ve bazı duyusal özellikleri üzerine farklı antioksidan çözeltilerin etkisi”, Süleyman Demirel Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 13: 229-236, (2009).
[9] Phani K.A. and Greg J.S., “Re-circulating heat pump assisted continuous bed drying and energy analysis”, International Journal of Energy Research, 29: 961-972, (2005).
[10] Atalay H., “Güneş enerjisi destekli enerji depolama sistemli kurutma sisteminde elma kurutulmasının incelenmesi”, Doktora tezi, Yıldız Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, (2015).
[11] Aktas M., Khanlari A., Amini A. and Şevik S., “Performance analysis of heat pump and infrared–heat pump drying of grated carrot using energy-exergy methodology”, Energy Conversion and Management, 132: 327–338, (2017).
[12] Şevik S., “Design, experimental investigation and analysis of a solar drying system” Energy Conversion and Management, 68: 227–34, (2013).
[13] Alves O., “Heat Pump Dryers”, CRC Press, Boca Raton, 15-25, (2016).
[14] Ceylan İ. and Aktaş M., “Isı Pompası Destekli Bir Kurutucuda Fındık Kurutulması”, Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 23: 215-222, (2008).
[15] Ghasemkhani H., Keyhani A., Aghbashlo M., Rafiee S. and A.S. Mujumdar, “Improving exergetic performance parameters of a rotating-tray air dryer via a simple heat exchanger”, Applied Thermal Engineering, 94:13–23, (2016).
[16] Gürlek G., Akdemir Ö. and Güngör A., “Gıda kurutulmasında ısı pompalı kurutucuların kullanımı ve elma kurutmada uygulanması”, Pamukkale Üniv. Müh. Bilim Dergisi, 21(9): 398-403, (2015).
[17] Akpınar E.K., “Deneysel çalışmalardaki hata analizine bir örnek: Kurutma deneylerindeki hata analizi”, Mühendis ve Makina Dergisi, 46(540): 41-48, (2005).
[18] İnternet : Türkiye İstatistik Kurumu “ Yıllara Göre Havuç Üretimi İstatistikleri”, https://biruni.tuik.gov.tr/bitkiselapp/bitkisel.zul (2017).
[19] İnternet : Türkiye İstatistik Kurumu “ Yıllara Göre Elma Üretimi İstatistikleri”, https://biruni.tuik.gov.tr/bitkiselapp/bitkisel.zul (2017).
[20] Sivasakthivel T., Murugesan K., Kumar S., Hu P. and Kobiga P., “Experimental study of thermal performance of a ground source heat pump system installed in a Himalayan city of India for composite climatic conditions”, Energy and Buildings, 131:193-206, (2016).
[21] Zhang S., Zhang L., Wei H., Jing J., Zhou X. and Zhang X., “Field testing and performance analyses of ground source heat pump”, Energy and Buildings, 133:615-627, (2016).
[22] Aktaş M, Şevik S., Özdemir M.B. and Gönen E., “Performance analysis and modeling of a closed-loop heat pump dryer for bay leaves using artificial neural network”, Applied Thermal Engineering, 87:714-723, (2015).
[23] Queiroz R., Gabas A.L. and Telis V.R.N., “Drying Kinetics of Tomato by Using Electric Resistance and Heat Pump Dryers”, Drying Technology, 22: 1603–1620, (2004).
[24] Hepbasli A., Akdemir O. and Hancioglu E., “Experimental study of a closed loop vertical ground source heat pump system”, Energy Conversion and Management, 44:527–548, (2003).
[25] Kuang Y.H. and Wang R.Z., “Performance of a multi-functional direct-expansion solar assisted heat pump system”, Solar Energy, 80:795–803, (2006).
[26] Esen H., İnalli M. and Esen M., “Technoeconomic appraisal of a ground source heat pump system for a heating season in eastern Turkey”, Energy Conversion and Management, 47:1281–1297, (2006).
[27] Aktas M., Khanlari A., Aktekeli B. and Amini A., “Analysis of a new drying chamber for heat pump mint leaves dryer”, International Journal of Hydrogen Energy, 42: 18034-18044, (2017).