Güneş enerjisi destekli nem almalı ısı pompalı kurutucunun tasarımı ve termodinamik analizi

Abstract

Yapılan bu çalışmada ısı pompası, güneş enerjisi destekli sistem ve doğal kurutma yöntemleriyle domatesler, kuruma zamanı, ürün geometrisi, enerji tüketimleri ve fiziksel görünüm bakımından deneysel olarak incelenmiştir. Domatesler kurutmadan önce dörtte bir ve yarım olmak üzere dilimlenmişlerdir. Kurutma deneylerinde 2 m/s ortalama kurutma havası hızında ısı pompalı nem almalı ve güneş enerjisi destekli sistem yanında ayrıca doğal olarak kurutma yapılmıştır. Isı pompalı sistemin kurutma performansı en yüksektir. Kurutma zamanı bakımından ısı pompalı sistem, doğal kurutmaya göre %50, güneş enerjisi destekli sisteme göre %30 daha iyidir. Çalışmada aynı sıcaklıktaki kurutma havası ile yapılan kurutmada hava hızının artmasıyla kurutma performansının arttığı görülmüştür. En yüksek Nem Alma Oranı (MER) 0,237 kgw/h ile dörtte bir domateslerin ısı pompalı sistemde kurutulmasında, en düşük 0,125 kgw/h ile dörtte bir domateslerin doğal olarak kurutulmasında elde edilmiştir. En yüksek Özgül Nem Alma Oranı (SMER) 1,573 kgw/kWh ile dörtte bir domateslerin güneş enerjisi destekli sistemde kurutulmasında, en düşük 0,078 kgw/kWh ile yarım domateslerin ısı pompalı sistemde kurutulmasında elde edilmiştir. Genel olarak SMER değeri aynı şartlar altında kurutulan dörtte bir domateslerde yarım domateslere göre daha yüksek olmaktadır. Çalışmada ayrıca ısı transferi ile kütle transferi arasındaki deneysel ilişki incelenmiş, hava hızının artmasıyla hem teorik hem de deneysel olarak bulunan Sherwood boyutsuz sayısının arttığı görülmüştür. Isı pompalı sistem diğer kurutma yöntemlerine göre hızlı kurutma, çevresel etkilerden en az etkilenme (yağmur, toz, böcek) ve çevresel şartlara en az bağlı olması gibi yüksek avantajlara sahiptir.

In this study the effect of heat pump, solar assisted system and natural drying systems on the drying time, geometry, energy consumption and physical conditions of tomatoes was experimentally determined. Tomatoes were cut into either halves or quarters before drying. Besides heat pump dehumidifier and solar-assisted systems at the drying air speed of 2 m/s on average, natural drying was also used for drying experiments. Drying performance of heat pump system was the best. In terms of drying time, heat pump system was 50% better than natural drying and 30% better than solar-assisted system. In study it was seen that when air velocity increases, drying performance also increase under same temperature of drying air. The highest moisture extraction rate (MER) was 0.237 kgw/h in tomato quarters dried in heat pump system, the lowest value was 0.125 kgw/h tomato quarters dried in natural drying. The highest specific moisture extraction rate (SMER) (1.573 kgw/kWh) was found for tomato quarters dried in solar-assisted system while the lowest (0.078 kgw/kWh) was for tomato halves dried in heat pump system. In general, SMER values of tomato quarters were higher than those of tomato halves dried under same conditions. The experimental relationship between heat and mass transfer were also examined and Sherwood dimensionless number both theoretically and experimentally founded was increase with increase of air velocity. Heat pump system presents great advantages for tomatoes such as faster drying speed, less influence by environmental factors (rain, dust, insect) and less dependence on environmental conditions.