Search

Bu tez çalışmasında, tamamen güneş enerjisi ile çalışan PV/T kollektör destekli güneş enerjili hava ısıtma kollektörlü kurutma sistemi tasarlanmış, imal edilmiş ve geleneksel güneş enerjili hava ısıtma kollektörlü kurutma sistemi ile kıyaslaması yapılmıştır. PV/T kollektörün fotovoltaik kısmından sağlanan elektrik enerjisi sistemin ihtiyacının karşılamasında, termal kısmından sağlanan sıcak akışkan ısı değiştirici ile kurutma havasının sıcaklığının yükseltilmesinde kullanılmıştır. Yapılan deneylerden sonucunda, güneş enerjili hava ısıtma kollektörlü kurutucunun kollektör ortalama verimleri 1. yasa için % 58.03–58.63, 2. yasa için % 5.82–6.98 ve akılcı ekserji yönetimi için (AEY) % 10.03–11.83 aralığında bulunmuştur. Güneş enerjisinden ortalama yararlanma oranları % 55.84–55.95 aralığındadır.PV/T kollektör destekli kurutucunun hava ısıtma kollektörü ortalama verimleri 1. yasa için % 58.93–59.27, 2. yasa için % 6.01–7.21 ve AEY için % 10.21–12. 07 aralığında bulunmuştur. PV/T kollektör ortalama elektriksel verimleri 1.yasa için % 14.91–14.67, 2. yasa için %27–25.05 ve AEY için % 78.28–81.18 aralığında belirlenmiştir. PV/T kollektör ortalama termal verimleri deneylerde sırasıyla 1. yasa için % 45.3–54.22, 2. yasa için % 7.52–7.06 ve AEY için % 16.87–13.62 aralığındadır. PV/T kollektör toplam ortalama verimleri deneylerde sırasıyla 1. yasa için % 60.22–68.89, 2. yasa için % 31.06–32.10 ve AEY için % 79.82–82.75 aralığındadır. Güneş enerjisinden yararlanma ortalama oranları kasım ve mart deneyi için sırasıyla % 59.28 ve % 64.40 olmuştur. In this thesis study; solar drying system with air heating collector, aided with PV/T collector that runs totally by means of solar energy, has been designed, manufactured and compared to the conventional solar drying system with air heating collector. Electrical energy obtained from the photovoltaic part of the PV/T collector has been used to satisfy the need of the system and the hot fluid obtained from the thermal part, to increase the drying air temperature by means of the heat exchanger.As a result of the experiments done; average collector efficiencies of the solar dryer with air heating collector have been calculated as 58.03-58.63 % for the 1st law, as 5.82-6.98 % for the 2nd law and inside the interval of 10.03-11.83 % for the rational exergy method (REM). The average rates of utilization from the solar energy are between 55.84-55.95 %.The average air heating collector efficiencies of the dryer aided with PV/T collector have been calculated as 58.93-59.27 % for the 1st law, 6.01-7.21 % fort he 2nd law and 10.21-12.07 % for REM. Average electrical efficiencies of PV/T collector have been determined as 14.67-14.91 % for the 1st law, 25.05-27 % for the 2nd law and 78.28-81.18% for REM. In experiments; average thermal efficiencies of PV/T collector are 45.22-54.3 % for the 1st law, 7.06-7.52 % for the 2nd law and 13.62-16.87% for REM respectively. In experiments; total average efficiencies of PV/T collector are 60.22-68.89 % for the 1st law, 31.06-32.10 % for the 2nd law and 79.82- 82.75 % for REM respectively. Average solar energy utilization rates have been 59.28 % and 64.40 % for November and March experiments respectively. 96

Bu çalışmada ucuz, kaliteli ve sürdürülebilir bir sistem tasarımı amacıyla güneş enerjisi ve ısı pompasının birlikte kullanıldığı bir sıcak hava üretim sisteminin tasarımı ve imalatı yapılmıştır. Sistemin süreç kontrolü için bir PLC (Programmable Logic Controller) ve SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) sistemi tasarlanmıştır. Kurutma esnasında bütün veriler hazırlanan bilgisayar yazılımı sayesinde bilgisayar ekranından takip edilmiş ve belirlenen sürelerde kayıt altına alınmıştır. Tasarım, farklı koşullar altında test edilmiş ve tasarımın enerji analizleri yapılmıştır.Sistemde, enerji ihtiyaçları ısı pompası ve güneş kolektörleri tarafından sağlanmakta ve PLC ile mahal içindeki havanın sıcaklığı, bağıl nemi, hızı ve kurutulan ürünün ağırlığı kontrol edilmektedir. Böylece hem ürünler, daha az enerji girdisiyle ve daha kontrollü olarak kurutulabilmiş hem de mahal daha ekonomik ısıtılabilmiştir. Sistem, üç manevra kabiliyetine sahiptir. Buna ek olarak sistemde, ısıtma veya kurutma yapılırken aynı zamanda da ısı depolanabilmektedir. Bu çalışmada, güneş enerjisi ve ısı pompasının ayrı ayrı veya birlikte kullanılabildiği güneş destekli ısı pompalı sıcak hava üretim cihazıyla farklı hava sıcaklık ve hızlarında ısıtma ve kurutma işlemleri gerçekleştirilmiştir.Sistemin deneysel olarak incelenebilmesinde ısıtma için bir mahal seçilmiş ve bu mahalin ısıtma işlemi gerçekleştirilmiştir. Kurutma için ise kurutulmuş gıda ürünlerinden önemli bir yere sahip ve ithalat değeri yüksek olan ?agaricus bisporous? türü mantar seçilmiş ve seçilen bu ürünün kurutma deneylerinin ayrıntılı analizi ortaya konmuştur.Kurutma sisteminde ağırlığı 2 000 g olan mantarlar 4 mm kalınlığında dilimlenmiş; 0.9 m/s ve 1.2 m/s hava hızlarında % 93 nem miktarından % 7 son nem (kuru baz) değerine kadar 30-35 °C, 45 ? C ve 55 ? C sıcaklıklarda deneyler yapılmıştır. Bu deneylerde sadece ısı pompası (IP), sadece güneş enerjisi (GE) ve her ikisi birlikte (güneş destekli ısı pompası) kullanılarak kurutma işlemleri gerçekleştirilmiştir. Mantarlar, sadece ısı pompası kullanılarak 220-250 dakikada, sadece güneş enerjisi kullanılarak 165-300 dakikada, güneş destekli ısı pompası kullanılarak 190-230 dakikada kurutulmuştur. Güneş destekli ısı pompalı PLC kontrollü sistemde ortalama performans katsayısı (COP) değerleri; sadece ısı pompası kullanıldığında 2.2, sadece güneş enerjisi kullanıldığında 3.5 ve bütün sistem devrede olduğunda da 3.0 olarak hesaplanmıştır. Enerjinin kullanılma oranları (EUR) ortalama; sadece ısı pompası kullanıldığında 0.45, sadece güneş enerjisi kullanıldığında 0.63 ve bütün sistem devrede olduğunda da 0.52 olarak hesaplanmıştır. Özgül nem çekme oranları (SMER) ortalama; sadece ısı pompası kullanıldığında 0.36 kg/kWh, sadece güneş enerjisi kullanıldığında 0.80 kg/kWh ve bütün sistem devredeyken 0.62 kg/kWh olarak hesaplanmıştır. Yapılan deneyler ve analizler sonucunda elde edilen veriler, tasarlanan sistemin amaçlanan hedef için uygun ve verimli olduğu kanaatine varılmıştır.Anahtar Kelimeler : Isıtma, kurutma, ısı pompası, güne? enerjisi, mantar, enerji analizi In this study; in order to design a system that is cheap quality and sustainable made of hot-air production system design and manufacture used with solar system and heat pump. The system for process control, PLC (Programmable Logic Controller) and SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) systems were designed. All data has been followed on a computer screen during drying and by the software have been recorded. Design, tested under different conditions and energy analysis of design is made.In this system; energy needs provided by heat pump and solar collectors and temperature, relative humidity, velocity and weight of the product in the space were controlled with PLC. Thus, products were dried with less energy input and as a more controlled rate. Places were heated more economically. The system is capable of three maneuvers. In addition, while heating or drying is performed, the heat can be stored by the system.In this study, solar energy and heat pump can be used separately or together. In the different air temperatures and air velocities, heating and drying operations were carried out by solar assisted heat pump hot air production device.In the experimental examination of the system, selected a space for heating and heating process of this area was accomplished. For the experimental examination of the system were selected a space for heating. After that, heating process of this space was accomplished.In the designed and manufactured system, ?Agaricus Bisporous-Button? mushroom was dried and has been analyzed experimentally. In drying system, 2 000 g of sliced mushrooms (4 mm thick) and 0.9 m / s and 1.2 m / s air speeds, from the initial moisture amount % 93 the last moisture amount up to 7% moisture (dry basis) 30-35 °C, 45 °C and 55 °C were dried. In this experiments, drying operations have been done by using only heat pump (HP), only solar energy (SE) and both them (SAHP-solar assisted heat pump). Mushrooms were dried in 220-250 minutes by using only heat pump, 165-300 minutes by solar energy, 190-300 minutes by solar assisted heat pump.PLC-controlled solar-assisted heat pump system COP values of the average were calculated 2.2, 3.5 and 3.0 respectively by using only the heat pump, using only solar energy and using solar-assisted heat pump. Energy utilization rates (EUR) were calculated averagely 0.45 for heat pump, 0.63 for solar energy and 0.52 for the whole system. Specific moisture extraction rates (SMER) were calculated averagely 0.36 kg/kWh for heat pump, 0.8 kg/kWh for solar energy and 0.62 kg/kWh for the whole system. The data was obtained as a result of experiments and analysis. As a result, designed system to be efficient for the intended target has been concluded.Key Words : Heating, drying, heat pump, solar energy, mushroom, energy analysis 262

Tez (Yüksek Lisans) -- İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2010, Thesis (M.Sc.) -- İstanbul Technical University, Institute of Science and Technology, 2010, Bu çalışmada, bir tekstil ürünün içerdiği nemin uzaklaştırılması sırasında kullanılan havanın debisinin, sıcaklığının ve özgül neminin, kumaş cinsine bağlı olarak; kurutma verimi üzerine yaptığı etkinin derecesi araştırılmıştır. Kumaş cinsi olarak, iki farklı dokuma yapısına ait, % 100 pamuklu kumaş türü kullanılmıştır. Kurutma işlemi sabit kurutma fazı bitinceye kadar sürülmüştür. Deneyler, buhar sıkıştırmalı soğutma çevrimi ile çalışan evsel bir tekstil kurutma makinesinde yapılmıştır. Çalışma sonucunda, 2 kumaş türü ve 2 özgül nem değeri için ayrı olarak korelasyon denklemleri oluşturulmuştur. Korelasyon denklemine göre, tekstil kurutma verimi sıcaklıkla lineer olarak değişirken, hava debisi ile parabolik olarak değiştiği görülmüştür. Dokuma yapısının, kurutma verimine etkisi yüksek debilerde görülmüştür., In this thesis; effect of flow rate, temperature, specific humidity of process air, which uses to remove moisture from wetted textile fabric, as depending on type of textile fabric is investigated. Two different constructed woven fabric made from % 100 cotton are used as sample. Drying process is carried on until constant drying period is completed in experiments. Experiments are carried on domestic textile dryer machine works by principle of vapor compression refrigeration cycle. In conclusion, correlations are formed depend on two different types fabric sample and two spesific humidity. According to correlation equations, textile drying efficiency is linear with temperature change, while it varies as a parabolic by air flow rate change. Effects of woven construction on drying efficiency increases by air flow rate., Yüksek Lisans, M.Sc.

Bu çalışmada ısı geri kazanımı destekli bir ısı pompası kurutucusu tasarlanmıştır. Kurutma havası ve ısı pompası sisteminin termodinamik davranışı sayısal olarak modellenmiştir. Sabit hızlı kuruma periyodu esas alınarak, kurutma havası debisi, bağıl nemi ve ısı geri kazanım sistemi veriminin değişimlerinin enerji tüketimine etkisi araştırılmıştır. Sistemin çözümlenmesinde kullanılan parametreler uygulamalardan elde edinilen deneyimler doğrultusunda seçilmiştir. Kurutucu giriş havasının özelliklerinin kontrol edilebilmesi için sisteme egzoz çıkışı ve taze hava girişi eklenmiştir. Isı pompasının etkinlik katsayısı sabit bir değer olarak kabul edilip hesaplar bu doğrultuda yapılmıştır. Bu amaçla sistemi çözümleyen bir bilgisayar yazılımı geliştirilmiştir. Farklı durumlar bu yazılım ile çözümlenerek sistemin davranışı ve performansının değerlendirmesi yapılmıştır. In this study a heat recovery assisted heat pump dryer was designed. Thermodynamic behaviour of drying medium and heat pump system was numerically modelled. With the basis of constant rate drying period, effect of heat recovery system efficiency, flow rate and relative humidity of drying medium changes on energy consumption was researched. The parameters used while solving the system were selected with the experiences obtained from applications. To control the inlet air properties of the dryer, an exhaust exit and a fresh air entrance were added. The coefficient of performance of the heat pump was selected as a fixed value and the calculations were made on this way. For this purpose a computer software was developed to solve the system. Different conditions were solved with this software and the behaviour and the performance of the system evaluated. 115

Bu çalışmada, kuşburnu meyvesinin kurutulması sırasında, bazı parametrelerin kurutma kinetiğine olan etkisi araştırılmıştır. Kurutma deneyleri laboratuar şartlarında düz ve dönel akış ortamında olmak üzere iki tip konvektif kurutucu kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Deneylerde kurutma havası sıcaklıkları 50oC, 60oC ve 70oC olarak hava hızları ise 0.5, 1.0 ve 1.5 m/s olarak seçilmiştir. In the present work, the effects of some parametric values on the drying process of rosehip is investigated. Drying is done in the laboratory by using two different kinds of convective dryers, one has uniform flow while the other has swirling flow. The drying air temperature is varied as 50, 60 and 70 oC and the air velocity is 0.5, 1 and 1.5 m/s. 99

ÖZET Nem difüzyonu tarım ürünlerinin ve gıdaların işlenmesinde; örneğin kurutulması, sulandırılması ve depolanmasında önemli bir özelliktir. Gıdaların, çok kompleks bir fiziksel yapı ve kimyasal niteliğe sahip olmalarından dolayı her ürün için difüzivitenin (difüzyon katsayısının) deneysel olarak ölçülmesi gerekmektedir. Kuru üzüm, Türkiye'nin dış ticaretinde önemli bir yere sahiptir, Doğal koşullarda ve açık havada yapılan kurutma belirli oranlarda kayıplara ve kalitenin düşmesine neden olmakta, aynı zamanda temizlik bakımından da bazı sakıncalar taşımaktadır. Kontrollü koşullar altında yapılacak kurutma bu sakıncaları büyük oranda ortadan kaldırabilecektir. Bu çalışmanın amacı, belirli koşullar altında (60 °C hava sıcaklığı ve 2 m/s hava hızı) kurutulmuş üzümün, kuruma verilerinden yararlanarak efectif difüzivitesinin tahmin edilmesidir. Kurutma denemelerinde kullanılan Yuvarlak çekirdeksiz üzümler Turgutlu ilçesinin Avşar köyünden alınmıştır. Üzüm taneleri kurutucuya alınmadan önce %5 K2CO3 ve %0,5 zeytin yağından oluşan alkalik bandırma çözeltisine bandırılmıştır. Üzüm örnekleri, hava sıcaklığı ve hızının kontroluna olanak veren deney düzeninde, tek tabaka halinde kurutulmuştur. Kuruma süresince üzümlerin ağırlığı, deneme düzeninin altına yerleştirilmiş duyarlığı +0.01 gr olan dijital tip bir elektronik terazi ile ölçülmüştür. Deneme süresince üzümlerin ağırlığı sürekli kaydedilmiştir. Havanın kuru termometre sıcaklığı +0,1 duyarlıkta ölçüm yapabilen elektronik bir termometre ile ölçülmüştür. Deneme süresince hava sıcaklığı 60 °C'da ( + 0,5 ) sabit kalmıştır. Kuru üzümlerin nem oranı vakumlu etüvde 100 mmhg basınç ve 70 °C sıcaklıkta 24 saat bekleterek belirlenmiştir. Kurumanın başlangıcında örneklerin nem oranı 3,00 kg su / kg kuru madde (%75 yaş baz) olarak belirlenmiştir. Her örneğin 46kuru madde ağırlığı kurumanın değişik aralıklarında kuru baza göre (kg su / kg kuru madde) nem oranının ( X ) hesaplanması için kullanılmıştır. Kuruma sırasında üzümlerin hacmini ölçmek amacıyla örnekleri saf suya bandırarak hacim artışının ölçülmesi yöntemi kullanılmıştır. Belli aralıklarda 60 °C'da kurumakta olan üzüm örneklerinden 6 tanesi kurutucudan çıkarılıp, saf suya bandırma yöntemiyle hacimleri ölçülmüştür. Elips biçimli üzüm örnekleri yaklaşık küre kabul edilerek, kürenin eşdeğer yarıçapı re = (öv/ji)1'3 /2 formülü yardımıyla hesaplanmıştır. Tahminen yüksek şeker oranından dolayı kuruma tamamen azalan hızla kuruma evresinde gerçekleşmiştir ve kurumanın başlangıcında sabit hızla kuruma evresine rastlanmamıştır. Kuruma verilerinin analizinde, kararsız durum difüzyon eşitliğini uygulayabilmek açısından, ayrılabilir nem oranı (W = X - Xe / X0 - Xe) zamana karşı yarı logaritmik bir grafik kağıdında çizilmiştir. Burada, X0 azalan hızla kuruma evresinin başlangıcındaki dolayısıyla bu çalışmada kuruma başlangıcındaki nem oranı; X, t anındaki nem oranı, Xe ise üzümün denge nemini göstermektedir. Nem oranının 3,00'den 0,2'ye (kuru baz) düşmesiyle üzüm örneklerinin eşdeğer yarıçapı 6,8 mm'den 4,2 mm'ye azalmaktadır. Küre için yazılmış kararsız durum Fick eşitliğinin 8x/8t = (l/r2)(ö/6t) [r2D(X) 5x/8r] (1) / 1 aşağıdaki varsayımlar doğrultusunda analitik çözümüyle, kuruma verilerinden efektif difüzivite tahmin edilmiştir. Bu varsayımlar : 1. Difüzivitenin sabit olması, 2. Ürünün içindeki nem dağılımının uniform olması, 3. Ürünün yüzeyindeki nemin, ürünün denge nemine eşit olması, 474. Ürünün merkezinde dX / dr = O olması, dolayısıyla simetrik radyal bir difüzyonun meydana gelmesidir. Yukarıdaki varsayımlar doğrultusunda 1 numaralı eşitliğin integrasyonundan aşağıdaki eşitlik elde edilir. W = X-Xe/Xo-Xe = 6/n22 n/n2)exp[-n2^Dt/r2] (2) Bu serinin ilk terimini ele alırsak, sonuç aşağıdaki şekilde yazılabilir. W = 6/jt2exp(-jt2Dt/r2) (3) Bu denklem kullanılarak, azalan hızla kuruma evresi ve W < 0.6 için difüzivite bulunmuştur. Yarı logaritmik bir grafik kağıdına farklı W değerleri için Dt/r 2 'nin değişimi çizilmiş ve teorik difüzyon eğrisi elde edilmiştir. Yine yarı logaritmik bir grafik kağıdında W ve t'nin değerleri karşılıklı olarak çizilerek ve deneysel difüzyon eğrisi elde edilmiştir. Efektif difüzivite deneysel eğrinin eğimi (S dny) ve teorik eğrinin eğiminin (Sfeo) oranından elde edilen aşağıdaki eşitlikten bulunmuştur. D = (Sdny/Sfeo)xr2 (4) Deney sonuçlarından elde edilen değerler, efektif difüzivitenin, nem oranının azalmasıyla yükseldiğini, ancak belirli bir maksimum değerden sonra nemin azalmasıyla azaldığını göstermiştir. Nem oranın 1,78'den 0,56'ya inmesiyle (kuru baz) efektif difüzivite değeri 1,09 x 10-'°m2 / s 'den 1.81 x 10-10 m2 / s'ye yükselmiştir ve nem oranının 0,56 olduğu noktada maksimum değerine ulaşmıştır. Bu noktadan itibaren nemin azalmasıyla difüzyon katsayısında hızlı bir azalma meydana gelmiştir. 48 SUMMARY Moisture diffusivity is an important property in food and agricultural processing operations such as drying, rehydration and storage. Due to the complex chemical composition and physical structure of foods, experimental measurement of the diffusivity (diffusion coefficient) becomes necessary for each food products. Dried raisins, is a very important product in Turkish export. In general, seedless grapes are dried by the traditional sun drying process. However, this process has several disadvantages, such as long drying times, contamination of the product and product losses due to adverse weather conditions. The drying which made in controlled conditions would prevent these problems. The aim of this research was /o estimate the effective diffusivity from drying data of raisins under fixed drying conditions. (60 °C air temperature and 2 m/s air velocity) Ripe Seedless grapes from Avshar country of Turgutlu of Turkey were used in the drying experiments. The grape berries were pretreated in alkali solution of %5 K2C03 and %0,5 Olive Oil. Sample of grape berries, were dried as a single layer in a laboratory air dryer, operating at controlled air temperature and velocity. The weight of the grapes during drying was measured with an elektronic balance with ±0,01 gr accuracy, placed under the drying chamber. The weight of the samples was recorded continuosly during drying. The dry bulb temperature of the air was measured with an 49elektronic termometer with +0,1 °C accuracy. The air temperature was constant at 60 °C (±0,5). The moisture content of the dried raisins was determined by the vacuum oven method at pressure of 100 mmHg and 70 °C for 24 hours. The dry solids of each sample were used to calculate the moisture content (x) on dry basis (kg water / kg dry solids ) at various time intervals of drying: The initial moisture content of the grapes was about 3,00 kg water / kg dry solids. (%75 moisture on wet basis) A sample of grape berries, was dried at 60 °C, and at certain time intervals samples of 6 berries were removed from dryer and their volume was measured by displacement. Assuming that the ellipsoid shape of the berries can be approximated with spheres of equivalent radius re was calculated using the formula r6 = (6v/jt)`V2. The samples, dried entirely in the falling rate period. No constant rate period was detected at the beginning of the drying process, persumably due to the high sugar content of the rape grapes. In the analysis of drying data, the fractional moisture content (W=X-Xe/X0-Xe) is plotted vrs. the time on semilog paper in order to test the applicability of the unsteady-state diffusion equation. X0 is the mean moisture content at the beginning of the falling rate period, which here coinsides with the initial moisture content of the sample. X is the mean moisture content at drying time ( t ), and Xe is the equilibrium moisture content. Equivalent radius of the grape berries decreased from 6,8 mm/ to 4,2 mm as the moisture content was reduced from 3,00 to 0,2 kg water/kg dry solids. Applying the unsteady - state Fick equation for spheres : öx/öt^(l/r2)(S/ör) [r2D(X) 8x/Ör] (1) 50Equation (1) can be solved analytically if the following conditions are applicable. 1. Constant diffusivity, 2. Uniform initial moisture content, 3. Surface moisture equal to the equilibrium moisture content (Xe). 4. dX /dr = 0 at the center of the sphere, i.e.symetrical radyal diffusiyon. According to the above conditions integration of equation (1) gives : W = X-Xe/Xo-Xe = 6/jt22 (l/n2)exp[-n2ji2Dt/r2] (2) If we take the first term of the equation (2), we obtain the below equation W = 6/jr2exp(-jt2Dt/r2) (3) Using this equation the effective diffusivity was found in the falling rate period and for W < 0.6. The variation of Dt /r2 vrs.the Fractional moisture content (W) was plotted on semilog paper and theorical curve for diffusiyon was obtained. Experimental curve was obtained by plotting W vrs. t on semilog paper. The effective diffusivity at certain moisture content was estimated by the method of the slopes of the experimental and theorical drying curves from the following equation. D = (Sexp/Sm)r2 (4} The effective diffusivity of raisins at 60 °C was found to decrease from l.OvxlO`10 to l,81xl0`10 m2/s as the moisture content of the raisins decreased from 1 İ78 to 0,56 (dry basis). But a maximum of diffusivity was noticed at the range of 0,56 and below this range, the diffusivity decreased as the moisture content was decreased. 51 53