Isı pompalı kurutucuda atık ısı kullanımının performansa etkisi ve deneysel analizi

Bu çalışmada, ısı pompalı üç farklı modda (sistem 1, sistem 2 ve sistem 3) kurutucu tasarlanmış, imal edilmiş ve bayatekmek dilimleri farklı şartlarda kurutulmuştur. 15 mm kalınlığında dilimlenen bayat ekmekler, kuru baza göre 0.55 g sug kuru madde-1 başlangıç nem miktarından 0.09 g su g kuru madde-1 son nem miktarına kadar ortalama 2.9 saatte kurutulmuştur.Bayat ekmek dilimleri 45 °C - 50 °C üfeme havası sıcaklığında ve değişken hava hızlarında (0.2 m s-10.7 m s -1)kurutulmuştur. İstenilen kurutma havası sıcaklığı oransal-integral-türevsel (PID) kontrol kullanılarak elde edilmiştir.Ayrıca kurutulan ürünün yüzey sıcaklığı ısı pompasının kompresörünün kontrol edilmesiyle sağlanmıştır. 45-50 °Ckurutma havası sıcaklığı (KHS) ve 40-45 °C kurutulan ürün yüzey sıcaklığı (KÜYS) set değerlerinde altı deneyyapılmıştır. Üç ayrı modda yapılan altı deneyin sonuçlarına göre tüm sistem performans katsayısı (COP ws) en iyi olansistem, sistem 2 (45 °C KÜYS - 50 °C KHS) de 5.28 olarak hesaplanmıştır. Yapılan üç sistemin içinde en verimlisisistem 2dir. Sistem 2 için, atık hava ısı pompası buharlaştırıcısının ısı kaynağı olarak kullanılmıştır. Bu çalışmada, ısıpompası sistemlerinde kurutma egzoz havası ısısının kullanılmasının uygun ve etkili yöntem olduğu görülmüştür.

Performance effect and experimental analysis of waste heat usage in a heat pump dryer

In this study, three different modes (system 1, system 2 and system 3) heat pump dryers have been designed, manufacturedand stale bread slices have been dried at the different conditions. Stale breads sliced into 15 mm thickness were driedfrom initial dry basis moisture content 0.55 g water g dry matter-1 to fnal moisture content at 0.09 gwater g dry matter-1 average 2.9 hours. Stale bread slices have been dried at 45 °C50 °C drying air temperatures and variable air velocities 0.2 m s -1 0.7 m s -1. Desired drying air temperature was obtained by using Proportional-Integral-Derivation (PID) controller. Alsodried product surface temperature was controlled by controlling of compressor of heat pump. Six experiments weredone at 45-50 oC drying air temperature (DAT) and 40-45 oC dried product surface temperature (DPST) set values. Thebest coeffcent of performances of whole system (COP ws) were calculated as system 2 (45 °C DPST - 50 °C DAT) 5.28.The best effcient system is system 2 in all three systems. For system 2, heat of exhaust air was used as heat source ofevaporator of heat pump. In this study, it is seen that heat pump systems with usage of heat of exhaust drying air aresuitable and effcient applications.

PDF

___

Akpınar E K (2004). Energy and exergy analyses of drying of red pepper slices in a convective type dryer. Int. Comm. Heat and Mass Transfer 31 (8): 1165-1176
Aktaş M (2007). Isı pompası destekli fındık kurutma fırınının tasarımı, imalatı ve deneysel incelenmesi. Doktora Tezi, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü (Basılmış), Ankara
Aktaş M, Şevik S, Doğan H & Öztürk M (2012). Fotovoltaik ve termal güneş enerjili sürekli bir kurutucuda domates kurutulması. Tarım Bilimleri Dergisi-Journal of Agricultural Sciences 18 : 287-298
Aktaş M, Aktekeli Z, Doğan H & Ceylan İ (2010). Güneş enerjisi destekli, ısı pompalı kırmızı biber kurutucusunun tasarımı, imalatı ve performans deneyleri. Journal of Thermal Sciences and Technology 30 (1): 111-120
Best R, Soto W, Pilatowsky I & Gutierrez L J (1994). Evaluation of a rice drying system using a solar assisted heat pump. Renew Energy 5 (14): 465468
Cemeroğlu B, Karadeniz F & Özkan M (2003). Meyve ve Sebze İşleme Teknolojisi. Gıda Teknolojisi Derneği, Ankara, s. 541542, 544-570
Ceylan İ & Doğan H (2004). Nem kontrollü kondenzasyonlu kereste kurutma fırını. II.Ulusal Ege Enerji Sempozyumu ve Sergisi, Dumlupınar Üniversitesi, Kütahya, 155- 166
Ceylan İ & Aktaş M (2008). Isı pompası destekli bir kurutucuda fındık kurutulması. Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 23 (1): 215-222
Çengel Y & Boles M (1991). Carnot çevrimi. Mühendislik Yaklaşımıyla Termodinamik Kitabı, Literatür Yayıncılık, İstanbul, s. 237-249
Chaturvedi S K, Chen D T & Kheireddne A (1998). Thermal performance of a variable capacity direct expansion solar-assisted heat pump. Energy Convers Manage 39 (3/4): 18191
Doğan V (2003). Su-toprak kaynaklı ısı pompalarının araştırılması. Tesisat Mühendisleri Derneği Dergisi 57-71 Fatouh M, Metwally A B, Helali A & Shedid M H (2006). Herbs drying using a heat pump dryer. Energy Conversion and Management 47 (15-16): 2629-2643
Gönen E (2012). Isı pompası destekli PLC kontrollü bir kurutucuda defne yaprağı kurutulması. Yüksek Lisans Tezi, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Makina Eğitimi Bölümü (Basılmış), Ankara
Guoying X, Xiaosong Z & Shiming D A (2006). Simulation study on the operating performance of a solar-air source heat pump water heater. Applied Thermal Engineering 26 : 125765
Hawlader M N A & Jahangeer K A (2006). Solar heat pump drying and water heating in the tropics. Solar Energy 80 (5): 492-499
Huang B J, Lee J P & Chyng J P (2005). Heat-pipe enhanced solar-assisted heat pump water heater. Sol Energy 78 : 37581
Kavak Akpınar E (2010). Drying of mint Leaves in a solar Dryer and Under Open Sun: Modelling, Performance Analyses. Energy Conversion and Management 51 : 2407-2418
Lee K H & Kim O J (2009). Investigation on drying performance and energy savings of the batch-type heat pump dryer. Drying Technology 27 : 565-573 Li H, Dai Y, Dai J, Wang X & Wei L (2010). A solar assisted heat pump drying system for grain in-store drying. Front Energy Power Engineering 4 (3): 386 91
Oktay Z & Hepbaşlı A (2003). Performance evaluation of a heat pump assisted mechanical opener dryer. Energy Conversion and Management 44 : 1193-1207
Oktay Z (1997). Isı pompası destekli bir kurutucunun performansına etkiyen etkenlerin araştırılması. Makine Mühendisleri Yayını, Teskon Program Bildirileri, Soğ 047 : 750-759
Söylemez M S (2006). Optimum heat pump in drying systems with waste heat recovery. Journal of Food Engineering 74 : 292-298
Süzer S (2013). Buğday tarımı. hayrabolutb.org.tr/media/ ziraat/Bugday-Tarimi.pdf/ (Erişim tarihi: 13.12.2013) Şevik S, Aktaş M, Doğan H & Koçak S (2013). Mushroom drying with solar asssisted heat pump system. Energy Conversion and Management 72 : 171-178
Şevik S, Aktaş M, Özdemir M B & Doğan H (2014). Güneş destekli ısı pompalı bir kurutucuda mantarın kuruma davranışlarının yapay sinir ağı kullanılarak modellenmesi. Tarım Bilimleri Dergisi-Journal of Agricultural Sciences 20 : 187-202
TMO (2013). Türkiyede ekmek israfı araştırması. Toprak Mahsulleri Ofsi Dergisi 2 : 10-99
Trilliant-Berdal V, Souyri B & Fraise G (2006). Experimental study of ground-coupled heat pump combined with thermal solar collectors. Energy Buildings 38 : 14771484