I

T.C.

KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ

MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ

MAKİNA MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

GÜNEŞ ENERJİLİ KURUTUCU TASARIMI

TASARIM PROJESİ

HAZIRLAYANLAR

294594 Gülşah ÖCAL

294588 Burak YURDAKUL

II.ÖĞRETİM

HAZİRAN 2020

TRABZON

II

T.C.

KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ

MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ

MAKİNA MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

GÜNEŞ ENERJİLİ KURUTUCU TASARIMI

HAZIRLAYANLAR

Gülşah ÖCAL

Burak YURDAKUL

Danışman: Dr.Öğr.Üyesi Cevdet DEMİRTAŞ …………………………

Bölüm Başkanı: Prof. Dr. Burhan ÇUHADAROĞLU

HAZİRAN 2020

TRABZON

III

ÖNSÖZ

Yapmış olduğumuz bu çalışmada kurutma işleminin temel niteliklerini araştırarak su

niceliğini azaltarak, su miktarını düşürmek ve böylece biyokimyasal, kimyasal ve

mikrobiyolojik bozulmaları minimize etmeye yönelik, günümüz teknolojilerinden yola

çıkarak, güneş enerjili ekonomik bir prototip imalatı amaçlanmıştır.

Tasarım projesi seçiminde bizim için belirleyici faktör, elimizde olan imkânlar

çerçevesinde laboratuvar ölçekli kurutma makinesi imalatı hedeflenerek geleceğin makina

mühendisi adaylarının okulumuzda bulunan laboratuvar vasıtasıyla güneş enerjili bir sistemi daha iyi

kavrayabilmeleri için kolaylık sağlama amacı olmuştur. Çıktığımız bu yolda üzerimize emeği

geçen danışman hocamız Sayın Dr.Öğr.Üyesi Cevdet DEMİRTAŞ’a teşekkür ederiz.

Gülşah ÖCAL

Burak YURDAKUL

Trabzon 2020

IV

ÖZET

Kurutma işlemi gazlardan, sıvılardan veya katılardan su veya diğer sıvıların

giderilmesidir. Bununla beraber kurutma teriminin en yaygın kullanım yeri katı maddelerden

ısıl yöntemlerle su veya uçucu diğer maddelerin giderilmesi işlemini tanımlamaktadır.

Kurutma gıda maddelerinin korunmasında kullanılan en önemli yöntemlerden biri

olup kimya ve üretim süreçlerinde yaygın olarak kullanılan bir işlemdir. Kimyasal

proseslerin en önemli basamaklarından biri kabul edilen kurutma, bir ürünün satışa

sunulmasından önceki görünüm ve mukavemet özelliklerini en iyi yansıttığı rutubet

seviyesine getirilmesi için uygulanan bir işlemdir.

Kurutma işlemi ısı ve kütle aktarımının aynı anda gözlendiği karmaşık bir olaydır. İşlem

sırasında kurutucu gazdan katıya doğru ısı aktarımı gerçekleşir. Ürünün kullanım kalitesi

ile dayanım özelliklerinin olumsuz etkilenmesinden dolayı, bu işlemde son kurutma

derecesinin çok önemli olduğu kabul edilmektedir. Bu sebeple şartların optimize edilerek

kontrollü bir şekilde gerçekleştirilmesi önemlidir.

Bu durumdan yola çıkarak gıdaların nem miktarının optimuma getirilerek daha iyi bir

görünüm ve mukavemet sağlamasına yönelik labaratuvar ölçekli güneş enerjili kurutma

makinasının tasarımı ve daha sonraki süreçte imalatının gerçekleştirilmesi esas alınmıştır.

Anahtar Kelimeler: Kurutma, Mukavemet, Nem miktarı, Isı aktarımı, Kütle aktarımı

V

SUMMARY

Desiccation process is remove water or other liquids from gases,liquids or solids.Most

commonly usage of desiccation term is removing water or other materials from solid

materials by using thermic processes.

One of the most important processes to protect foodstuffs is desiccation,and it is

commonly used in chemistry and production.Desiccation which is one of the most important

processes for chemical processes is getting damp level to wiew or strenght properties are

best before selling.

Desiccation process which observed both heat and mass transfer at the same time is

complex happen. Heat transfers from gas to solid when process occurs.Since usage quality

and strenght properties do not effect negatively, the last desiccation process is generally

accepted as very important.

Therefore, conditions that should be optimized to occur desiccation process are very

important. Damp level is optimized for getting better wiew and strenght in order to desing

laboratory scale solar powered drying machine,and to produce in the progress.

Keyword: Drying, Strenght, Damp, Heat transfer, Mass transfer

VI

İÇİNDEKİLER

Sayfa No

ÖNSÖZ…..….……………………………………...………………………………..III

ÖZET …..……………………………………………………………………………IV

SUMMARY ................................................................................................................ V

İÇİNDEKİLER .......................................................................................................... VI

ŞEKİLLER DİZİNİ .................................................................................................. VII

TABLOLAR DİZİNİ ........................................................................................... VIII

SEMBOLLER VE KISALTMALAR DİZİNİ ......................................................... IX

1. AMAÇ ve KAPSAM ............................................................................................... 1

1.1. GİRİŞ .................................................................................................................... 1

1.2. LİTERATÜR TARAMASI ................................................................................... 3

1.3. KISITLAR ve KOŞULLAR ................................................................................. 5

1.4 TASARIMIN KARŞILAYABİLECEĞİ GEREKSİNİMLER .............................. 6

2.HAFTALIK ÇALIŞMA PROGRAMI ..................................................................... 7

3. MÜHENDİSLİK HESAPLARI VE ANALİZLERİ ................................................ 8

3.1. YAPILAN HESAPLAMALAR ............................................................................ 8

3.2. YAPILAN TASARIM ÇALIŞMALARI ............................................................ 11

4. ÇEVRESEL ETKİ DEĞERLENDİRMESİ ........................................................... 15

5. SONUÇLAR .......................................................................................................... 16

6. ÖNERİLER ............................................................................................................ 17

7. KAYNAKLAR ...................................................................................................... 18

8. EKLER ................................................................................................................... 19

ÖZGEÇMİŞ…………………………………………………………………………21

VII

ŞEKİLLER DİZİNİ

Sayfa No

Şekil 1. Vakum tüpü……………………….......……………………………………….….10

Şekil 2. Vakum tüpü kesit görünümü…………..………………………………………….11

Şekil 3. Kurutma Tepsisi……………………..………………………………………........11

Şekil 4. Güneş enerjili kutucu sisteminin perspektif görünüşü …….…….…………….....13

Şekil 5. Güneş enerjili kutucu sisteminin üst görünüşü …………………..………………13

Şekil 6. Güneş enerjili kutucu sisteminin ön görünüşü …..………………….……............14

Şekil 7. Radyal fan ………………………………………………………………………..14

Şekil 8. Ön görünüm………………………………………………………………………19

Şekil 9. Yan görünüm……………………………………………………………………...20

Şekil 10. Üst görünüm……………………………………………………………………..20

VIII

TABLOLAR DİZİNİ

Sayfa No

Tablo 1. Haftalık çalışma programı……….…………………………………….…………. 7

Tablo 2. Domatese ait özellikler…………...………………………………………………..8

Tablo 3. Isı borusuna ait özellikler ………..……….……………………………………….8

IX

SEMBOLLER VE KISALTMALAR DİZİNİ

ղk: Kollektörün verimi

Qu: Yararlı ısı

Qc: Kollektör ısısı

Ac: Kollektör alanı

Ic: Kollektör yüzeyine gelen güneş ışınımı

ṁ: Çalışma akışkanının kütle debisi

cp: Çalışma akışkanının özgül ısısı

Tg: Kollektöre giriş sıcaklığı

Tç: Kollektör çıkış sıcaklığı

Ѵ: Kurutma havasının hacimsel debisi

ρ: Kurutma havasının yoğunluğu

Pf: Fan tarafından tüketilen enerji

V: Kurutma havasının hızı

Wsu: Üründen buharlaşan su miktarı

W: Ürünün ilk ağırlığı

N1: Ürünün ilk nem içeriği

N2: Ürünün son nem içeriği

Labs: Absorber alanı kaplı cam tüp uzunluğu

Dabs: İç cam tüp dış çapı

1

1.AMAÇ VE KAPSAM

Bu tasarımda meyve sebze gibi gıdaların güneş enerjisi yoluyla kurutulup mukavemet

ve saklama koşullarının iyileştirilmesine yönelik laboratuvar ölçekli prototip kurutma

makinesi tasarlanması ve daha sonraki süreçte imalatı hedeflenmiştir. İmalat aşamasından

sonra yapılması planlanan deneylerle sistemin hedeflenen amaca uygun olup olmadığı test

edilecektir.

1.1.Giriş

Güneş enerjisi, rezervi bitmeyen ve çevreyi kirletmeyen temiz bir enerji kaynağı olup

kolayca ısı enerjisine çevrilebilme özelliğinden dolayı dünya genelinde tarımsal ürünlerin

kurutulmasında yaygın olarak kullanılmaktadır. Güneş enerjisi petrol doğal gibi fosil

yakıtların tükenmeye yüz tuttuğu günümüzde gittikçe daha fazla önem kazanmaktadır.

Diğer taraftan bu yakıtların gerek taşınması gerek işlenmesi sırasında çevreye verilen

zararlar dünya kamuoyunda ciddi tartışmalara yol açmakta,küresel ısınmanın ana nedeni

olduğu düşünülmektedir.

Güneş enejili kapalı kurutma sistemlerinin geleneksel(doğal) kurutma sistemlerine

kıyasla avantajları aşağıdaki gibi sıralanabilir;

Ürünün kirletenlere ve zararlılara karşı korunması sağlanır.

Yağmur ve benzeri olumsuz dış faktörlerin önüne geçilir.

Homojen sıcaklık ve nem dağılımı elde edilir.

İstenilen en uygun sıcaklık seviyesine çıkılabilir.

Hava giriş ve çıkışının kontrolü sağlanabilir.

Söz konusu yöntemin avantajlarının yanı sıra bazı dezavantajları da mevcuttur.

Bunlar aşağıdaki gibi sıralanabilir.

Güneş enerjisinin kullanılabilir enerjileri dönüştürme teknolojisinin henüz tam

olarak yaygınlaşmaması,

İlk yatırım maliyetinin yüksek olması,

Gelen enerjinin kesikli ve değişken olmasıdır.

2

Güneş enerjisinden faydalanılan kurutma sistemleri arasında güneş enerjili kabin

kurutucu, güneş enerjili raflı kurutucu, güneş enejili sera kurutucu vb. sistemler

bulunmaktadır.

Güneş enerjili kurutuculardan beklenen başarı kriterleri; kurutucu toplam verimi

işletilebilirlik ve kurutulmuş ürün kalitesi olarak üç ana grupta toplanmaktadır. Kurutucu

toplam verimini etkileyen faktörler kurutma odası ısıl verimi, hava dağılım düzgünlüğü,

yeterli hava debisi ve ısı depolama ünitesi varlığı olmaktadır. Kurutucu verimini etkileyen

en önemli iki fiziksel işlem; mümkün olduğunca toplaçlar ve kurutma odasına düşen güneş

ışınlarının hepsini ısı enerjisine hızlı bir şekilde çevirerek kurutma havasına aktarılması ve

kurutma odası içerisindeki birim kurutma havasına, mümkün olduğunca çok ürün neminin

hızlı bir şekilde geçirilmesidir.

Bu konuda ortaya konulacak hava ısıtmalı güneş kollektörlü sistem ile kurutma

yapılması planlanmaktadır.

3

1.2.Literatür Taraması

Enerji ihtiyacının karşılanmasında kömür, petrol, doğal gaz gibi yakıtlar öncelikli

olarak kullanılmaktadır. Ancak bu yakıtların tükenebilir enerji kaynağı olmasıyla birlikte

maliyetinin giderek artması, bunun yanında çevre kirliliğine neden olması ve insan sağlığını

olumsuz etkilemesi bakımından yenilenebilir enerji kaynaklarının değişik sektörlerde

kullanılması için araştırmalar sürdürülmektedir. Güneş enerjisi, tüm yenilenebilir enerji

kaynakları arasında çok büyük bir potansiyele sahiptir.

Güneş enerjisinden faydalanmak için yapılan çalışmalarda, kaynaklara göre M.Ö. 400

yıllarında güneş bir enerji olarak ve bilinçli bir şekilde Sokrat tarafından evlerin

pencerelerini güney yönüne daha fazla koyulmasıyla güneş sıcaklığının ve ışığının içeri daha

fazla alınacağını belirtmiştir. Arşimet (M.Ö. 250) aynalarla güneş ışınımını odaklayarak

düşman gemilerini yakmıştır. Aynaların güneş enerjisindeki kullanımı konusunda; eski

saraylarda çok fazla ayna olduğu örneği verilebilir. 1600’lü yıllarda ise Galile’nin merceği

bulmasıyla Güneş’in kullanımında farklı bir noktaya gelinmiştir. 1725 yılında ise Belidor

tarafından güneş enerjisi ile çalışan bir su pompası icat edilmiştir.

Fransa’da yapılan bir çalışma ise 1860’larda bir buhar makinesinin üretimidir. Güneş

enerjisine bağlı olarak buhar makinesi icat eden Mohuchok, bu icadında parabolik

aynalardan yardım almıştır. Aynı zamanda güneş pompaları ve güneş ocakları üzerine de

birtakım çalışmalar yapmıştır. 19.yy da güneş enerjisi uygulamaları artmıştır.

Yoğunlaştırılmış güneş enerjisi ile metal eritme, su dağıtma, buhar üretme, güneşle

çalışan buhar makinası, baskı makinası gibi yapılan çalışmalar, uygulama örnekleri olarak

gösterilebilir. 20.yy da insanların yaşamına giren petrol, güneş enerjisi kullanımıyla ilgili

gelişmeleri bir ölçüde frenlemiştir. Bununla birlikte, 1974’deki yapay petrol bunalımı ve

petrol fiyatlarının artması sonucu güneş enerjisi üzerindeki çalışmalar, yeniden hız

kazanmıştır. Özellikle evlerde sıcak su sağlanmasında güneş toplaçları kullanımı bu

yüzyılda yaygınlaşmıştır. Yine, yoğunlaştırılmış güneş enerjisinin kullanıldığı güneş

santralleri bu yüzyılda yapılmaya başlanılmıştır. 1954 yılında Bell laboratuvarında güneş

pillerinin geliştirilmesi ile güneş pilleri güneş enerjisini doğrudan elektrik enerjisine

dönüştüren aygıtlar olarak giderek yaygın kullanım alanları bulmuşlardır.

4

Günümüzde güneş enerjisi teknolojileri olarak, binaların ısıtılması ve soğutulması,

güneş enerjili su ısıtıcıları, güneş hava ısıtıcıları, güneş ocakları, güneş enerjili kurutma vb.

kullanılmaktadır. Bunların enerji tasarrufu açısından faydalı cihazlar olduğu araştırmalarda

kanıtlanmıştır. Birçok ülkede, tarımda sebze, meyve, kahve ve diğer mahsulleri kurutarak

korumak için güneş enerjisi sistemlerinin kullanılmasının pratik, ekonomik ve çevresel

açıdan sorumlu ve gerekli bir yaklaşım olduğu gösterilmiştir. Doğal olarak güneşte direkt

kurutmada kuruma işlemi uzun sürmekte ve kontrol edilememektedir. Havanın bağıl nem

düzeyi de kurutulacak ürünün istenilen nem düzeyine gelmesi için uygun olmayabilir. Ürünü

istenilen sürede, istenilen sürede kurutma için bir güneş enerjili kurutma sistemi kullanmak

gerekir. Bu kurutucular sadece enerji tasarrufu sağlamakla kalmaz, aynı zamanda çok zaman

kazandırır, kurutma için daha az alan kaplar, genel amaçları ürünün kalitesini arttırmak,

işlemi açık güneşte kurutmaya göre daha verimli kılmak ve çevreyi korumaktır. Böylece

kurutma için gereken toplam yakıt enerjisi miktarı azaltılır. Güneş enerjisiyle kurutma

sistemlerinde güneş ışınları, kurutma için gerekli ısı enerjisini sağlar. En önemli gereklilik

ısının transferidir. Bu durum ürünü çevreleyen, ürün sıcaklığından daha yüksek sıcaklıktaki

havanın transferiyle gerçekleşir. Isının absorbe edilmesi ürün içindeki sıvının

buharlaşmasını güneş enerjisiyle sağlar. Nemin yüzeye akışı içten difüzyonla olur. Bu durum

ürünün cinsine, içerdiği nem oranına ve ısıl iletkenliğine göre farklılık gösterir. Ürünlerin

kuruma süresi ile kurutma için gerekli enerji miktarı doğru orantılıdır.

5

1.3 Kısıtlar ve Koşullar

Bu çalışmada, ısı borusu dış çapı Ø47 mm, iç cam çapı Ø38 mm, cam tüp uzunluğu

1,850m, cam tüpün emici yüzey uzunluğu 1,800m olan ısı borulu vakum tüplü U borulu

güneş kolektörü imal edilmiştir. Isı borusu yapımı için bakır borular 1800 mm boyunda

hazırlandıktan sonra bir ucuna boşaltma pürjörü diğer ucuna da doldurma pürjörü kaynak

edilmiştir. Her bir ısı borusu içine ısı borusu toplam hacminin 1/3 oranında iş gören akışkan

olarak etanol konulmuş. Isı borusunu vakum tüp içerisinde eş merkezli olarak

konumlandırmak için uygun kesitli O-ringler ısı borusu boyunca eş mesafede

yerleştirilmiştir.

Bu şekilde ısı borulu vakum tüplü kollektör taşıyıcı sistem üzerine yerleştirilmişir. Her

bir kollektörün depo girişi Ø50 mm PPRC boru ile yapılmış ve her depo girişine hava

debisini kontrol etmek için vana konulmuştur. Kurutma kabini girişine radyal fan (Güç:

90W, Devir: 24500d/dk, Debi 275m3/h, Frekans: 50Hz) bağlantısı yapılmıştır. Borular, depo

ve hava dağıtım kolektörleri 10 mm kalınlıktaki izobozz yalıtım malzemesi ile yalıtılmıştır.

Tasarlanan kurutucu sistemde domates kurutularak çalışmalar yapılmıştır.

6

1.4 TASARIMIN KARŞILAYABİLECEĞİ GEREKSİNİMLER

Kurutma sistemleri sayesinde gıdada bulunan su bozulmasına olanak vermeyecek

düzeye indirildiğinde kesin bir muhafaza sağlanır. Doğal olarak güneş altında yapılan

kurutma işlemi sonucu meyve ve sebzeler istenilen kurutma koşullarına getirilebilir. Fakat

doğal kurutma yöntemi dış ortam koşullarından doğrudan etkilendiğinden tozlanma,

bozulmalar olur ve kurutma işlemi oldukça zaman alır.

Ülkemizin güneş enerjisi bakımından oldukça zengin olması ve gıda kurutma

işlemlerinin güneş enerjisinin fazla olduğu bu dönemlerde yapılması, güneşi kurutma

sistemleri için oldukça önemli bir enerji kaynağı yapmaktadır.

Tasarladığımız bu sistem ile hem kurutma süresinin kısaltılması sağlanmış hem de

endüstriyel fırınlı kurutmadaki yüksek enerji tüketiminin önüne geçilmiştir.

7

2. HAFTALIK ÇALIŞMA PROGRAMI

Projenin gerçekleştirilmesine yönelik haftalık çalışma planı Tablo 1‘de verilmiştir.

Tablo.1

1. HAFTA Türkiye ve dünyadaki kurutma sistemleri araştırıldı.

2. HAFTA Tasarım için gerekli dökümanlar toplandı.

3. HAFTA Piyasadaki kurutma sistemlerinin çalışma prensipleri araştırıldı.

4. HAFTA Geliştirilmesi yapılacak olan hali hazırdaki makina ve parçaları

incelendi.

5. HAFTA Makinada karşılaşılan sorunlar incelendi.

6. HAFTA Belirlenen problemlerin çözümüne yönelik tasarımlar ortaya kondu.

7. HAFTA İmkanlar değerlendirilerek çözümler elenerek uygun tasarımlar

belirlendi.

8. HAFTA Yüksek sıcaklığa dayanıklılık göz önüne alınarak kullanılacak

malzemeler belirlendi.

9. HAFTA Vize haftası.

10. HAFTA Yapılacak değişikliklere yönelik hesaplamalar yapılarak kritik boyutlar

belirlendi.

11. HAFTA Hazırlanacak proje evrağında olması gerekenler araştırıldı.

12. HAFTA Defter düzenlenip ayarlamaları yapıldı.

13. HAFTA Tasarım tamamlanarak elde edilen sonuçlar değerlendirildi.

14. HAFTA Dosya kontrol ettirilerek teslim edildi.

8

3. MÜHENDİSLİK HESAP VE ANALİZLERİ

3.1. Yapılan Hesaplamalar

1 adet domatesin ortalama ağırlığı 120 gr, içerdiği nem oranı ise ortalama %95,

kurutulduğunda elde edilmesi gereken nem oranı ise %10 dur. Buna göre nem alma

hesaplamaları;

Tablo 2. Domatese ait özellikler

Domates

Ilk kütle

(g)

Son kütle

(g)

Ilk nem içeriği

N1 (%)

Son nem içeriği

N2 (%)

Hava hızı

(m/s)

120 6 95 10 1,5

Wsu = W * (N1 – N2) / (100 – N2)

Wsu =120* (95-10) / (100-10)

Wsu = 114

Wsu: Üründen buharlaşan su miktarı (g)

W: Ürünün ilk ağırlığı (g)

N1: Ürünün ilk nem içeriği

N2: Ürünün son nem içeriği

Tablo 3. Isı borusuna ait uzunluklar:

Isı

borusu

boyu

(cm)

Isı

borusu

çapı

(cm)

Isıtılan

akışkan

(hava)

depo boyu

(cm)

Isıtılan

akışkan

(hava) depo

çapı (cm)

Isı borusu

toplam

hacmi

(cm3)

Isı borusu

işgören

akışkan

hacmi (cm3)

Isıtılan

akışkan hava

hacmi (cm3)

180,0 4,7 60 30 3122,9 2041,4 10660,2

9

Bir adet radyal fanla kurutma ortmına akan havanın ortalama hızı 1,5 m/s olarak

ölçüldü. Işınım şiddeti ortalama 1040 W/m2 olarak bulundu.

Kollektörden elde edilen faydalı ısı [Watt]

Qu = �̇� ∗ 𝑐𝑝 ∗ (𝑇ç − 𝑇𝑔)

Qu = ρ * v * Ak * 𝑐𝑝 * (Tç – Tg)

Qu = 1,225 (kg/m3) * 1,5 (m/s) * 0,27 (m2)*1,005(kj/kgK) * (60,38- 20) (K)

Qu = 4808,05 W

Qc = Ic * Ac

Qc = 870,45 (W/m2) * 0,545 (m2)

Qc =474,4 W

Güneş kollektörlerinde verim, alınan enerjinin, kollektör yüzeyine gelen enerjiye

oranı şeklinde ifade edilir. Alınan ısı enerjisi, gelen enerji ile kaybolan enerjinin farkı

şeklinde tanımlanır. Güneş kollektörü verimi Eşitlik 1’de verilmiş olup Eşitlik 2’deki gibi

de yazılabilir.

ηk = Qu / Qg (1)

ηk = (ṁ ∗ Cp ∗ ∆T) / (A * I) (2)

ηk = 4808,05 W / 474,4 W

ηk = 10,14

Burada ṁ (kg/s) kütlesel debi, Cp (kJ/kgK) akışkanın özgül ısısı, ΔT (oC) akışkanın

giriş ve çıkış sıcaklıkları farkı, A (m2 ) kollektör alanı ve I (W/m2 ) ışınım şiddetidir. Güneş

kollektörlerinin verimi dış ortam sıcaklığı, ışınım şiddeti ve kollektörün ortalama akışkan

sıcaklığı ile değişir. Bu değişim azaltılmış sıcaklık olarak tanımlanmış olup T* ile ifade

edilir. T* Eşitlik 3’te verilmiştir.

T * = (Tk−Tç) / I (3)

10

Burada Tk (oC) kollektördeki ortalama akışkan sıcaklığı ve Tç (

oC) çevre sıcaklığıdır.

Kollektördeki ortalama akışkan sıcaklığı, akışkanın giriş ve çıkış sıcaklıklarının, çevre

sıcaklığı ise kollektörün üst ve alt sıcaklıklarının aritmetik ortalaması olarak alınır.

Vakum tüplü kollektörler iç içe geçmiş iki cam tüp kullanıldığından, alan tanımı

farklı şekillerde yapılabilmektedir. Bunlar brüt alan, açıklık alanı ve absorber yüzey alanıdır.

Brüt alan; kollektörün dıştan dışa ölçüleriyle kapladığı izdüşüm alanıdır. Açıklık alanı cam

tüplerin ara boşlukları ile birlikte izdüşüm alanıdır. Absorber alan ise, emici yüzey olarak

kullanılan içteki cam tüpün izdüşüm alanıdır. Vakum tüplü güneş kollektörlerinin dış

ortamda güneş ışınımı altında yapılan testlerde ışınım kaynağı olan güneşten direkt ışınlar

paralel olarak gelmekte olup, kollektör absorber alanı üzerinde ısı enerjisine

dönüşürAbsorber alanı ile ilgili olarak standartlarda da bir açıklama bulunmamaktadır.

Işınım alınan yüzey olarak içteki cam tüpün (absorber tüp) izdüşüm alanı ya da yarı silindirik

çevresel alanı alınabilir. Bu iki durum için alanlar Eşitlik 4 ve 5’te verilmiştir.

Aabs.izd = n ∗ Dabs ∗ Labs (4)

Burada n kollektördeki cam tüp sayısını, Dabs (m) iç cam tüp dış çapı ve Labs (m) ise

absorber alanı kaplı cam tüp uzunluğunu ifade etmektedir

Burada Aabs.a (m2 ) açısal alanı, Dabs (m

2 ) seçici yüzeyle kaplı vakum tüp dış çapını

ve Lc (m) vakum tüp ışınım alan uzunluğunu ifade etmektedir.

11

3.2. YAPILAN TASARIM ÇALIŞMALARI

Şekil 1. Vakum tüpü

Vakum tüplü teknolojisi bugün piyasada geleneksel emici daha iyi performans sunar.

Bu gelişmiş tasarım, borosilicate cam (borcam) iki tabaka arasında bir vakum katman ile

oluşur ve iç kısımda tüpler içermektedir. Bu vakum bit termos gibi, termal enerjinin %93 e

kadar koruyarak daha yüksek bir verim elde etmektedir. İki cam tüpün içindeki hava da

alındığı için sıcaklık olduğu gibi muhafaza edilir. Çünkü hava ile temas eden ışınlar

soğumaya başlar. Bu noktada temas edecek hava bulunmadığı için ısı da olduğu gibi kalır.

12

Şekil 2. Vakum tüpü kesit görünümü

Vakum tüplü güneş enerji kollektörleri ana hatlarıyla 2 bölümden oluşur. Bunlardan

birisi ısı borusu, diğeri ise vakum ortamını bünyesinde taşıyan cam tüptür. İç içe olan bu 2

cam boru arasının vakum edilip havasının çekilmesi taşınım ve iletimle oluşacak ısı

transferini ortadan kaldırır sadece radyasyonla ısı transferi gerçekleşmiş olur. Vakum

tüplerinde kullanılan cam malzemesi olarak termal şoka dirençli, yüksek mekanik dayanıma

sahip borasilikat cam kullanılır.

Şekil 3. Kurutma tepsisi

Hazırlanan makinada kurutma odasının üst kısmı güneş ışınlarına dayanıklı sera

camından yapılmıştır. Kurutma tepsileri hava akışına direnci az olacak şekilde tabanında

delikler bulunan sac malzemesinden yapılmıştır.

13

Şekil 4. Güneş enerjili kurutucu sisteminin perspektif görünüşü

Şekil 5. Güneş enerjili kurutucu sistemin üst görünüşü

14

Şekil 6. Güneş enerjili kurutucu sistemin ön görünüşü

Şekil 7. Radyal fan

15

4.ÇEVRESEL ETKİ DEĞERLENDİRMESİ

Tasarımı yapılan kurutucuda maliyeti yüksek fosil kökenli yakıtlar yerine temiz ve

yenilenebilir güneş enerjisi kullanılmıştır. Ürünlerin tepsilerde kurutulması ile doğal

kurutma yöntemine göre daha küçük alanda daha fazla ürün kurutulması sağlanmıştır.

Kurutma odasında yüksek sıcaklıkta hava bulunduğundan koruyucu gözlük ve eldiven temin

edilerek kullanılması gerekmektedir. Daha çok sıcak bölgelerde kullanılan bir sistem olarak

düşünüldüğünden, çalışan kişinin, belirli aralıklarda sürekli daha serin yerlere kaydırılarak

sıcakta çalışma sürelerinin ayarlanması gerekmektedir. Acil durum klasörü hazırlanıp bir iş

kazası durumunda yapılacak işlemler acil durum planında belirtilip görünür yerlere

asılmalıdır.

Öte yandan tasarım yapılan makinede kullanılacak olan sac tepsilerin geri dönüşümü

mümkündür. Ayrıca vakum tüplü güneş kollektörleri gerekli bakımları yapıldıktan sonra

ikinci el olarak değerlendirilebilir.

16

5.SONUÇLAR

Güneş enerjisi destekli kurutucular düşük maliyetle uygun kalitede gıda eldesini

sağlamaktadır. Açık havada kurutmaya oranla daha kısa kuruma süresi, kontaminasyon

riskinin düşüklüğü ve daha yüksek kalite gibi birçok açıdan avantajları bulunmaktadır.

Ayrıca, bazı sistemlerde kurutma parametrelerinin kontrol edilebilmesi mümkün olmaktadır.

Bozulmayı azaltmak, ürün kalitesini ve genel işleme hijyenini iyileştirmek için kırsal

alanlarda kolaylıkla kullanılabilmektedir. Kısaca, güneş enerjisi ile kurutma, sebze ve

meyveleri temiz, hijyenik ve sağlıklı koşullarda ulusal ve uluslararası standartlara uygun,

sıfır enerji (ya da oldukça düşük enerji ile) maliyetiyle işleyebilecek bir alternatif

sunmaktadır.

Enerji ve zaman tasarrufu, daha az alan kaplama ve ürün kalitesini geliştirme kurutma

sürecini daha verimli hale getirilmekte ve çevrenin korunmasını sağlamaktadır. Ülkemiz

güneş enerjisi potansiyeli dikkate alındığında güneş enerjisi destekli kurutma yöntemlerinin

yaygınlaşması ve daha etkin kurutma yapan cihazların geliştirilmesine yönelik çalışmaların

hız kazanması gerektiği düşünülmektedir.

Dış ortam koşullarından etkilenmeyen, sadece ilk yatırım maliyeti olan bir sistem

kurulmuştur. Ayrıca vakum tüplerininin hasar görmesi kırılması sonucunda vakum tüpü

değiştirilebilmektedir. Daha kısa bir sürede gıdaların istenilen saklama koşullarına gelmesi

sağlanmıştır. Endüstriyel fırınların aksine hava kirliliği yaratmayan, elektrik enerjisine

ihtiyaç duymayan bir sistem elde edilmiştir.

17

6.ÖNERİLER

Türkiye coğrafi konumu dolayısıyla güneş enerjisi kullanımına uygun bir ülkedir.

Kurutma işlemleri için güneş enerjili sistemler seçilmesi ve uygulamanın ışınımın fazla

olduğu öğle saatlerinde yapılması sistemlerin enerji tüketimini azaltacaktır.

Direkt güneşte kurutulan meyve ve sebzelere göre daha hızlı, raf ömrü daha uzun; toz,

böcek ve zararlı diğer çevresel etkenlerden korunarak, besin değerlerini kaybetmeden

kontrollü sıcaklık altında kurutulma olanağı sağlanır.

Fosil yakıt kullanılmaması ve ilk maliyet dışında maliyetinin olmaması nedeniyle

ekonomik ve çevre kirliliği yaratmayan bir sistem olması ülkemizin güneş enerjisi

bakımından verimli olması, ayrıca tükenmeyen yenilenebilir bir kaynak olması sebebiyle

güneş enerjisi kullanımı yaygınlaşmalıdır.

18

7.KAYNAKLAR

Gao Y., Fan R., Zhang X.Y., An Y.J., Wang M.X., Gao Y.K. and Yu Y., “Thermal

performance and parameter analysis of a U-pipe evacuated solar tube collector”, Solar

Energy, 107: 714-727, (2014).

Gao Y., Zhang Q., Fan R., Lin X. and Yu Y., “Effects of thermal mass and flow rate

on forced-circulation solar hot-water system: comparison of water-in-glass and U-pipe

evacuated-tube solar collectors”, Solar Energy, 98: 290-301, (2013).

Shatat M., Mayere A. and Riffat S., “A standardized empirical method of testing

solar simulator coupled with solar tube and concentrator collectors”, International Journal of

Thermal and Environmental Engineering, 5: 1, 13-20, (2013).

Özsoy, A., “Isıtma Sistemlerinden Isı Geri Kazanımında Isı Borularının

Uygulanabilirliği, Ekserji Ve Ekonomik Analizi”, Doktora Tezi, Süleyman Demirel

Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Isparta, 2005.

Esen, M., Hazar, H., ‘‘Isı Borulu Kollektör Kullanan Güneş Enerjili Bir Pişiricinin

Deneysel Olarak Araştırılması’’, Mühendislik ve Fen Bilimleri Dergisi, Sigma 2005/1 s 114-

122, 2005.

Yıldız A., Gıda kurutma sistemlerinde kullanılan havalı güneş enerjisi toplayıcıları,

11. Ulusal Tesisat Mühendisliği Kongresi, 17/20 Nisan 2013/İzmir.

Kant, K., Shukla, A., Sharma, A., Kumar, A. & Jain, A.,Thermal Energy storage

based solar drying systems: A review, Innovative Food Science and Emerging Technologies

(2016).

Ayvaz Hakkı, Güneş enerjisiyle tarımsal ürünlerin kurutulmasında kullanılacak

endüstriyel kurutucu tasarımı, Doktora Tezi, 1992, Tez Danışmanı: Ali Güngör.

Özsoy A., Galip M., “Vakum tüplü u-borulu güneş kollektörünün güneş

simülatöründeki test sonuçlarının analizi”, Politeknik Dergisi.

19

8.EKLER

EK 1.

Teknik Resim Gösterimleri

Tasarımı yapılan güneş enerjili kurutucunun 2 boyutta ki görünümleri aşağıdaki

gibidir.

Şekil 8. Ön görünüm

20

Şekil 9. Yan görünüm

Şekil 10. Üst görünüm

21

ÖZGEÇMİŞ

BURAK YURDAKUL 01/10/1995 Ankara doğumludur. İlköğretimini 2001-2009

yılları arasında Mecidiye İlköğretim Okulunda, lise öğrenimini 2009-2013 yılları arasında

Esenevler Anadolu Lisesinde tamamlamıştır. 2013 yılından beri Karadeniz Teknik

Üniversitesi Makine Mühendisliği Bölümünde öğrenim görmektedir.

GÜLŞAH ÖCAL 17/02/1994 İstanbul doğumludur. İlköğretimini 2000-2008 yılları

arasında Emine ve Hasan Aytaçman İlköğretim Okulunda, lise öğrenimini 2008-2012

yıllarında Kartal Anadolu Lisesinde tamamlamıştır. 2013 yılından beri Karadeniz Teknik

Üniversitesi Makine Mühendisliği Bölümünde öğrenim görmektedir.