dosya ilhan ceylan tez.pdf

1 PROGRAMLANABİLİR (PLC) ISI POMPALI KURUTUCUNUN TASARIMI, İMALATI VE KERESTE KURUTMA İŞLEMİNDE DENEYSEL İNCELENMESİ İlhan CEYLAN DOKTORA TEZİ MAKİNA EĞİTİMİ GAZİ ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ MAYIS 2007 ANKARA 2 İlhan CEYLAN POMPALI tarafından hazırlanan KURUTUCUNUN PROGRAMLANABİLİR (PLC) ISI TASARIMI, İMALATI KURUTMA İŞLEMİNDE DENEYSEL İNCELENMESİ VE KERESTE adlı bu tezin doktora tezi olarak uygun olduğunu onaylarım. Prof. Dr. Hikmet DOĞAN Tez Yöneticisi Bu çalışma, jürimiz tarafından oy birliği ile Makine Eğitimi Anabilim Dalında Doktora Tezi olarak kabul edilmiştir. Başkan : Prof. Dr. M. Sahir SALMAN Üye : Prof. Dr. Hikmet DOĞAN Üye : Doç. Dr. H. Mehmet ŞAHİN Üye : Yrd. Doç. Dr. Sezayi YILMAZ Üye : Yrd. Doç. Dr. Metin KAYA Tarih : 02/05/2007 Bu tez, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü tez yazım kurallarına uygundur. 3 TEZ BİLDİRİMİ Tez içindeki bütün bilgilerin etik davranış ve akademik kurallar çerçevesinde elde edilerek sunulduğunu, ayrıca tez yazım kurallarına uygun olarak hazırlanan bu çalışmada orijinal olmayan her türlü kaynağa eksiksiz atıf yapıldığını bildiririm. İlhan CEYLAN 4 PROGRAMLANABİLİR (PLC) ISI POMPALI KURUTUCUNUN TASARIMI, İMALATI VE KERESTE KURUTMA İŞLEMİNDE DENEYSEL İNCELENMESİ (Doktora Tezi) İlhan CEYLAN GAZİ ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ Mayıs 2007 ÖZET Bu tez çalışmasında son yıllarda artan enerji maliyetleri göz önünde bulundurularak ısı pompası sistemi destekli endüstriyel bir kurutucunun tasarımı ve imalatı yapılmıştır. Tasarımı ve imalatı yapılan kurutucu önemli bir endüstriyel malzeme olan kerestenin kurutulmasında deneysel olarak analiz edilmiştir. Kereste türü olarak kurutma işleminde kavak ve çam keresteleri seçilmiştir. Kavak keresteleri 1.28 kg su/ kg kuru madde nem miktarından 0.15 kg su/kg kuru madde nem miktarına kadar, çam keresteleri ise 0.60 kg su/ kg kuru madde nem miktarından yine aynı son nem miktarına kadar 24 saat çalışma prensibine göre çalışan kurutucuda kurutulmuştur. Kerestelerdeki ağırlık değişimi kurutucu içerisindeyken takip edilmiş ve istenilen ağırlığa gelindiğinde kurutma işlemi sonlandırılmıştır. 40oC kuru termometre sıcaklığında, 0.8 m/s hava hızında başlangıç nem miktarı 1.28 kg su/ kg kuru madde olan kavak keresteleri 0.15 kg su/kg kuru maddeye kadar 70 saatte, başlangıç nem miktarı 0.60 kg su/ kg kuru madde olan çam keresteleri ise aynı nem miktarına kadar 50 saatte kurutulmuştur. Kurutma esnasında kurutma havası sıcaklığının, bağıl neminin ve kerestelerdeki ağırlığın anlık değişimleri 5 paket program içerisinde oluşturulan yazılım vasıtası ile bilgisayar ekranından gözlenmiştir. Kurutma işlemi sonrasında bilgisayarda toplanan tüm ölçüm sonuçları enerji, ekserji ve kurutma süresinin analizinde kullanılmıştır. Yapılan analizler sonucunda tüm kurutucunun ısıtma tesir katsayısı (ITK) ortalama 1.86 olarak bulunmuştur. Özgül nem alma oranı (ÖNAO) ise çam keresteleri için 0.188 kg/kWh, kavak keresteleri için ise 0.243 kg/kWh olarak bulunmuştur. Isı pompalı kurutucudaki kurutma havasının iklim değişimi psikrometrik olarak analiz edilmiş, bulunan değerler ile teorik hesaplamalar karşılaştırılmıştır. Bilim Kodu Anahtar Kelimeler Sayfa Adedi Tez Yöneticisi : : : : 708 Kurutma, kereste, ısı pompası 128 Prof. Dr. Hikmet DOĞAN deneysel 6 DESIGNING AND MANUFACTURING OF PROGRAMMABLE HEAT PUMP DRYER AND EXPERIMENTAL EXAMINING AT TIMBER DRYING PROCESS (Ph.D. Thesis) İlhan CEYLAN GAZI UNIVERSITY INSTITUTE OF SCIENCE AND TECHNOLOGY May 2007 ABSTRACT In this thesis, industrial heat pump dryer has been designed and manufactured as energy price has been increasing in recent years. Designed and manufactured dryer experimentally analyzed by timber drying which is important industrial product. Poplar and pine timbers have been dried from the moisture contents of 1.28 kg water/kg dry matter and 0.60 kg water/kg dry matter to 0.15 kg water/kg dry matter in heat pump dryer functioning on the basis of 24 h operation. The change in weight in all of the timbers was followed in the drying chamber and drying stopped when the desired weight was achieved. At 40 oC dry bulb temperature, 0.8 m/s air velocity, and initial moisture content of the poplar timbers 1.28 kg water/kg dry matter, the moisture content was reduced to 0.15 kg water/kg dry matter moisture content in 70 h, and the moisture content of the pine timbers which was 0.60 kg water/kg dry matter was reduced to the same amount in 50 h. While drying process, drying air temperature and relative humidity and weight change of timbers were collected on the computer and observed computer screen. Energy and exergy and drying time analyzed by using saved computer data afterwards drying process. As a result of analysis, coefficient performance (COP) of heating was calculated as 1.86 for whole heat pump dryer. Specific moisture extraction ratio (SMER) was calculated as 0.188 kg/ kWh for pine timbers and 0.243 kg/kWh for poplar timbers. 7 The psychometric analyses was made of climatic variation of drying air in heat pump dryer and comparison was made between experimental data and calculated theoretical data. Science Code Key Words Page Number Adviser : 708 : Drying, timber, heat pump : 128 : Prof. Dr. Hikmet DOĞAN 8 TEŞEKKÜR Bu tezin hazırlanması aşamalarında baştan sona önerilerinden faydalandığım ve özel hayatımda yaşadığım onlarca sıkıntının hafifletilmesinde her zaman bir arkadaş gibi yanımda olan sayın hocam Prof. Dr. Hikmet DOĞAN’a, tez süresi boyunca eleştirilerinden ve önerilerinden her zaman faydalandığım sayın hocam Doç. Dr. Hacı Mehmet ŞAHİN’e, Akademik hayata girmeme vesile olan sayın hocam Yrd. Doç. Dr. Sezayi YILMAZ’a teşekkür eder, saygılarımı sunarım. Tez çalışması için gerekli olan cihazların alımları Gazi Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Birimi tarafından desteklenmiş olan 07/2003 – 19’numaralı projeden sağlanmıştır, Bilimsel Araştırma Projeleri Birimine yapmış oldukları bu destekten dolayı teşekkür ederim. Ayrıca akademik kariyer aşamalarımda benden her türlü maddi ve manevi desteklerini eksik etmeyen babam Kemal ve annem Hayriye CEYLAN’a şükranlarımı sunarım. 9 İÇİNDEKİLER Sayfa ÖZET ...........................................................................................................................iv ABSTRACT ................................................................................................................vi TEŞEKKÜR ..............................................................................................................viii İÇİNDEKİLER ............................................................................................................ix ÇİZELGELERİN LİSTESİ ........................................................................................xii ŞEKİLLERİN LİSTESİ.............................................................................................xiii RESİMLERİN LİSTESİ............................................................................................xvi SİMGELER VE KISALTMALAR ..........................................................................xvii 1. GİRİŞ........................................................................................................................1 2. LİTERATÜR ARAŞTIRMASI ................................................................................4 3. AĞAÇ MALZEME VE KURUTMA.....................................................................13 3.1. Ağaç Malzemenin Kurutma Yöntemleri .........................................................14 3.1.1. Doğal kurutma .......................................................................................15 3.1.2. Teknik kurutma......................................................................................15 3.1.3. Güneş enerjili kurutma ..........................................................................20 3.2. Ağaç Malzemenin Teknik Özellikleri ............................................................22 3.2.1. Özgül kütle ............................................................................................22 3.2.2. Lif doygunluğu rutubeti.........................................................................23 3.2.3. Ağaç denge rutubeti...............................................................................24 3.2.4. Taze hal rutubeti ....................................................................................24 3.2.5. Ağaç malzemenin nemi .........................................................................25 3.2.6. Ağaç malzemenin kurutma süresi..........................................................26 10 Sayfa 3.3. Ağaç Malzemede Meydana Gelen Kurutma Kusurları................................... 27 4. KURUTMA İŞLEMLERİNDE ISI POMPASININ KULLANILMASI................30 4.1. Isı Pompalı Kurutucuların Çalışma Prensibi................................................... 33 5. DENEY SİSTEMİNİN YAPILIŞI..........................................................................34 5.1. Dış Hava Karışımlı, Isı Pompası Destekli Kereste Kurutucusu...................... 34 5.2. Kurutma Odası ................................................................................................ 36 5.3. Isı Pompası Sistemi......................................................................................... 39 5.4. Ölçü Aletleri ve Bağlantıları ........................................................................... 41 6. METOD ..................................................................................................................43 6.1. Ağaç Malzemenin Neminin Bulunması.......................................................... 43 6.2. Ağaç Malzemenin Kurutma Süresinin Bulunması.......................................... 43 6.3. Kurutma Fırınının Enerji ve Kütle Analizi ..................................................... 45 6.3.1. Kurutma odası için enerji ve kütle eşitlikleri ........................................ 45 6.3.2. Tüm sistem için enerji ve kütle eşitlikleri............................................. 46 6.3. Ekserji Analizi................................................................................................. 50 7. DENEYLERİN YAPILIŞI......................................................................................52 7.1. Deneylerin Yapılış Yeri .................................................................................. 52 7.2. Deney Materyallerinin Hazırlanışı.................................................................. 52 7.3. Çam Kerestelerinin Kurutulması .................................................................... 53 7.3.1. Tam kuru ağırlığın bulunması............................................................... 53 7.3.2. Kurutma süresinin bulunması ............................................................... 57 7.3.3. Enerji analizi ........................................................................................ 62 7.3.4. Çam kerestelerinin kurutulması deneyinin ekserji analizi .................. 65 11 Sayfa 7.4. Kavak Kerestelerinin Kurutulması…………………………………………...68 7.4.1. Tam kuru ağırlığın bulunması............................................................... 68 7.4.2. Kavak kerestelerinin kurutma süresinin bulunması .............................. 71 7.4.3. Kavak kerestelerinin kurutulması deneyinde enerji analizi .................. 74 7.4.4. Kavak kerestelerinin kurutulması deneyinde ekserji analizi................ 76 7.5. Kavak ve Çam Kerestelerinin Kurutulması Verilerinin karşılaştırılması ....... 78 7.6. Psikrometrik Analiz ........................................................................................ 84 8. SONUÇ VE ÖNERİLER ....................................................................................... 88 KAYNAKLAR .......................................................................................................... 91 EKLER………………………………………...……………………………...……..94 EK-1 Kurutma kabini ve makine dairesinin imalat resimleri.………..……………...95 EK-2 Makine dairesi içerisine yerleştirilmiş olan ısı pompası sisteminin imalat resimleri……….……………………………………………………...101 EK-3 “Genidaq” programı ile oluşturulan yazılım resimleri…….. ………………..104 ÖZGEÇMİŞ …………………………………………………………………….......107 12 ÇİZELGELERİN LİSTESİ Çizelge Sayfa Çizelge 3.1. Ağaç malzemenin kurutulmasında kullanılan kurutma yöntemleri ........4 Çizelge 3.2. Bazı ağaçların tam kuru özgül kütleleri . ..............................................23 Çizelge 3.3. Bazı ağaçların taze hal rutubet oranları. .................................................25 Çizelge 5.1. Kurutma fırınında kullanılan elektrikli cihazların güçleri......................35 Çizelge 5.2. Kurutma odası dış duvar malzemelerinin özellikleri.............................37 Çizelge 5.3. Kurutma odası tavan malzemelerinin özellikleri....................................38 Çizelge 5.4. Kurutma odası taban malzemelerinin özellikleri....................................38 Çizelge 5.5 Klasik ölçüm cihazları ve özellikleri…………………………………...42 Çizelge 5.6. Ölçü aletleri ve özellikleri ......................................................................42 Çizelge 6.1. (1/a) değerleri ........................................................................................44 Çizelge 6.2. (d/25)1,5 değerleri..................................................................................44 Çizelge 6.3. (1,5/v)0,6 değerleri...................................................................................44 Çizelge 7.1. Çam kerestelerinin kurutulması sırasında değişen dış hava iklimi şartları…………………………………………………………..59 Çizelge 7.2. İstifin değişik bölümlerinden ölçülen hava hızları (m/s)…...………….61 Çizelge 7.3. Kavak kerestelerinin kurutulması sırasında değişen dış hava iklimi şartları …………………………………………………………..72 13 ŞEKİLLERİN LİSTESİ Şekil Sayfa Şekil 2.1. Isı pompalı sistemin kurutma için kullanılması............................................5 Şekil 2.2. Isı pompalı sistemin soğutma amacı için kullanılması.................................5 Şekil 2.3. Hassas sıcaklık ayarlı ısı pompalı kurutucu ................................................6 Şekil 2.4. Enfraruj ısıtmalı ısı pompalı kurutucu..........................................................7 Şekil 2.5. Radyo frekansı destekli ısı pompalı kurutucu ..............................................7 Şekil 2.6. Tarım ürünlerinin kurutulduğu ısı pompalı kurutucu...................................8 Şekil 2.7. Radyo frekansı destekli ısı pompalı kurutucu ..............................................9 Şekil 2.8. Isı pompalı kereste kurutma fırını ................................................................9 Şekil 2.9. Isı pompalı elbise kurutucusu.....................................................................10 Şekil 2.10. Sıcaklığın farklı metotlarla kontrol edildiği ısı pompalı kurutma fırını……………………………………………………………11 Şekil 2.11. Isı pompası destekli mekanik açık tip yün kurutucusu.............................12 Şekil 2.12. Farklı atmosferik şartlarda incelenen ısı pompalı kurutucu .....................12 Şekil 3.1. Ağaç malzemenin kurutulması ve taşınması ..............................................14 Şekil 4.1. Isı pompalı kurutucuların sınıflandırılması ................................................32 Şekil 4.2. Isı pompalı kurutma sistemi .......................................................................33 Şekil 5.1. Dış hava karışımlı, ısı pompası destekli kereste kurutma fırını .................36 Şekil 5.2. Kurutma odası dış duvarı............................................................................37 Şekil 5.3. Kurutma odası tavanı..................................................................................37 Şekil 5.4. Kurutma odası tabanı..................................................................................38 Şekil 5.5. Kurutma odası ............................................................................................39 Şekil 5.6. Isı pompalı kurutucunun soğutma sistemi………………………………..40 14 Şekil Sayfa Şekil 5.7. Ölçü aletleri ve bağlantıları……………..………….……………………..41 Şekil 6.1. Kurutma kabininin sembolik görünüşü......................................................45 Şekil 6.2. Isı pompası destekli kereste kurutucusunun sistematik gösterimi ............46 Şekil 7.1. Çam kerestelerinin zamana bağlı olarak kütle değişimi.............................55 Şekil 7.2. Çam kerestelerinin zamana bağlı olarak kuruma oranı..............................56 Şekil 7.3. Çam kerestelerinin kütle değişimine bağlı olarak kuruma oranı................56 Şekil 7.4 Zamana bağlı olarak kurutma havası sıcaklığının değişimi ........................59 Şekil 7.5. Kurutma havasının bağıl neminin, keresteler içerisindeki neme göre değişim grafiği (desorpsiyon eğrisi).…………………………….60 Şekil 7.6. Kereste istifleri üzerindeki havanın dağılım haritası..................................61 Şekil 7.7 Zamana bağlı olarak ısı pompalı kurutucuda faydalanılan enerji ..............63 Şekil 7.8. Zamana bağlı olarak kurutma havasına verilen enerji ..............................63 Şekil 7.9. Isı pompalı kurutucunun ısıtma tesir katsayısının zamana göre değişimi……………………………………………………64 Şekil 7.10. Ekserji veriminin kurutma süresine göre değişimi...................................66 Şekil 7.11. Ekserji kaybının kurutma süresine bağlı olarak değişimi ........................67 Şekil 7.12. Ekserji kaybının kerestelerdeki nem miktarına göre değişimi .................67 Şekil 7.13. Kavak kerestelerinin zamana bağlı olarak kütle değişimi........................69 Şekil 7.14. Kavak kerestelerinin zamana bağlı olarak kuruma oranı .........................70 Şekil 7.15. Kavak kerestelerinin kütle değişimine bağlı olarak kuruma oranı..........70 Şekil 7.16. Kurutma havası sıcaklığının zamana bağlı olarak değişimi.....................73 Şekil 7.17. Kurutma havasının bağıl neminin, keresteler içerisindeki neme göre değişim grafiği (desorpsiyon eğrisi)………………………...73 Şekil 7.18. Kurutma havasına verilen enerjinin zamana bağlı olarak değişimi .........74 15 RESİMLERİN LİSTESİ Resim Sayfa Resim 3.1. Yüzeylerde oluşan çatlaklar……………………………………………….28 Resim 3.2. Kerestede kurutma sırasında meydana gelen içe doğru çökme (Collapse veya hücre çökmeleri)...………………………………..28 Resim 3.3. Kerestede yavaş kuruma sırasında oluşan lekelenme……………………..29 Resim 3.4. Kerestede oluşabilecek şekil değişiklikleri……………………………….29 Resim 3.5. Ortadan ikiye yarılma şeklinde oluşan kurutma kusuru…………………..29 Resim 7.1. Çam kerestelerinin kurutulmadan önceki (a) ve kurutulduktan sonraki (b) nem ölçümleri……...…………………………………….......58 Resim 7.2. Kavak kerestelerinin kurutma öncesi (a) ve sonrasındaki (b) nem miktarları…...……………………………………....72 16 SİMGELER VE KISALTMALAR Bu çalışmada kullanılmış bazı simgeler ve kısaltmalar açıklamaları ile birlikte aşağıda sunulmuştur Simgeler Açıklama &g m Kurutma odasına giren havanın kütlesel debisi (kg/s) &ç m Kurutma odasından çıkan havanın kütlesel debisi (kg/s) & Sg m Kurutma odasına giren su buharının kütlesel debisi (kg/s) & Sb m Kurutma odasında buharlaştırılan su miktarı (kg/s) hTç Kurutma odasından çıkan havanın entalpisi (kJ/kg) hTg Kurutma odasına giren havanın entalpisi (kJ/kg) Vç Kurutma kabininden çıkan havanın hızı (m/s) Vg Kurutma kabinine giren havanın hızı (m/s) & Q yv Isı pompasının yoğuşturucusunda verilen ısı (kJ/s) & W Sistemde kullanılan enerji (kJ/s) & Fç m Fandan çıkan havanın kütlesel debisi (kg/s) & Sç m Soğutucudan çıkan havanın kütlesel debisi (kg/s) & Kh m Karışım havasının kütlesel debisi (kg/s) & dg m Dışarıdan sisteme alınan havanın kütlesel debisi (kg/s) & da m Dışarıya atılan havanın kütlesel debisi (kg/s) ω Fç Fandan çıkan havanın özgül nemi (kg/kg) ωg Kurutma odasına giren havanın özgül nemi (kg/kg) ω Sç Soğutucudan çıkan havanın özgül nemi (kg/kg) Hk Sistemden hava sızıntıları ile olan nem kaybı (kg/h) sa Kurutma sisteminden atılan nem miktarı (kg/h) ω Kh Karışım havasının özgül nemi (kg/kg) 17 Simgeler Açıklama & Q sç Soğutucu bataryada çekilen ısı miktarı (kJ/s) hw Soğutucu bataryada yoğuşturulan suyun entalpisi (kJ/kg) h Fç Fandan çıkan havanın entalpisi (kJ/kg) Tg Kurutma odasına giren havanın sıcaklığı (K) TFç Fandan çıkan havanın sıcaklığı (K) Tç Kurutma odasından çıkan havanın sıcaklığı (K) ϕç Kurutma odasından çıkan havanın bağıl nemi (%) ωç Kurutma odasından çıkan havanın özgül nemi (kg/kg) Tdg Dışarıdan sisteme giren havanın sıcaklığı (K) ϕ dg Dışarıdan sisteme alınan havanın bağıl nemi (%) ω da Dışarıya atılan havanın özgül nemi (kg/kg) ϕg Kurutma odasına giren havanın bağıl nemi (%) Tda Sistemden dışarıya atılan havanın sıcaklığı (K) Cp Havanın sabit basınçtaki özgül ısısı (kJ/kg K) To Çevre havasının sıcaklığı (K) hTo Çevre havasının entalpisi (kJ/kg) Cp Su buharı ve havanın özgül ısılarının ortalaması (kJ/kgK) C ph Havanın özgül ısısı (kJ/kgK) C pb Su buharının özgül ısısı (kJ/kgK) e1 Kurutma odasına giren havanın ekserjisi (kJ/ kg) e2 Kurutma odasından çıkan havanın ekserjisi (kJ/kg) STo Çevre havasının entropisi (kJ/ kg K) STç Kurutma odasından çıkan havanın entropisi (kJ/ kg K) STg Kurutma odasına giren havanın entropisi (kJ/ kg K) 18 Kısaltmalar Açıklama LDR Lif doygunluğu rutubeti IPK Isı pompalı kurutucu YA Yaş ağırlık KA Kuru ağırlık ÖNAO Özgül nem alma oranı ITK Isıtma tesir katsayısı PLC Programmable logic control 19 1. GİRİŞ Tarihte kurutma işleminin ilk olarak orman ürünlerinden ağaç malzemeye uygulandığı görülmektedir. Daha sonraları bu işlem tarım ürünlerine uygulanmıştır. Kurutma işlemi ile tarım ürünlerinin depolama süreleri uzatılmaktadır. Kurutma işlemi uygulamaları bu iki endüstri kolundan daha da yaygınlaşmıştır. Günümüzde kurutma işleminin uygulanmadığı alan hemen hemen yok gibidir. Kurutma işleminin uygulandığı alanlar; Gıda, kimya, tekstil, deri ve orman ürünleri sanayisi olmak üzere özetlenebilir. Kurutma işlemi gıda maddelerinin uzun süre korunmasında, tarımsal ürünlerin depolama sürelerinin uzatılmasında, orman ürünlerinin kalitesinin ve işlenebilme özelliğinin iyileştirilmesinde, kimyasal ürünlerin kurutularak neme karşı korunmasında, silah sanayinde barut’un kurutulmasında kullanılmaktadır. Kurutma işleminin gıda maddelerine uygulanmasının en önemli nedeni bu ürünlerin içerilerinde oluşabilecek mikotoksinler ve küfleri önlemektir. Kurutma işlemi ile mikotoksinlerin ve küflerin oluşumunu önleyecek en az su aktivitesi değerinin altına düşülmektedir. Kurutma işleminin orman ürünlerinden ağaç malzemeye uygulanması ilk olarak doğada istif yöntemi ile yapılarak sağlanmıştır. Orman ürünlerinden ağaç malzemenin kurutulmasında en önemli etken kullanılacağı yerdeki şekil ve boyut değişikliğinin en aza indirilmesidir. Türkiye’de ki orman ürünleri endüstrisi küçük ve orta ölçekli sanayi kollarından oluşmaktadır. Bu küçük ve orta ölçekli sanayinin bir çoğu kerestelerini yaş halde almakta ve günlerce tabii olarak kurumasını beklemektedir. Bu kereste türlerinden mobilya sanayinde en çok kullanılanları kavak, çam ve gürgendir. Bunun dışındaki kereste türleri dışarıdan kuru olarak ithal edilmektedir. Türkiye’deki 1 m3 kerestenin kurutulması için yapılacak kurutma odası ortalama 1000 YTL’ye mal olmaktadır. Kurutma odası alüminyum malzemeden ve aralarına yalıtım malzemesi kullanılarak imal edilmektedir. 20 Bu kurutma fırınının otomasyonu, kurutma odasının hacmine bakılmaksızın ortalama maliyeti 8000 YTL tutmaktadır. Türkiye’deki küçük ve orta ölçekli sanayicinin istediği 10 m3’lük bir fırın 2005 fiyatları ile yaklaşık 18.000 YTL’ye mal olmaktadır. Piyasa araştırmaları sonucu ulaşılan bu fiyatlar, elde edilen fırının enerji ihtiyacını giderecek cihazlar dışındaki fiyatlardır. Kurutma odasının bakır borulu alüminyum kanatlı ısı değiştiricileri ve fanlar fiyatlara dahildir. Bunun dışında bu sanayici kurutma odasındaki ısı değiştiricilerinden geçireceği suyu ısıtmak için su ısıtıcısına gerek duymaktadır. Isıtıcıda kullanılan yakıta göre kömür, fuel oil ya da doğal gazlı kazan ve pompa düzeneği ile maliyet artmaktadır. Buharlı olan bu fırınların buhar ihtiyacı için, ayrıca bir de buhar kazanı gerekmektedir. Buharlı tip ya da klasik tip kurutma fırınları küçük kapasitelerde elektrikli olarak da yapılabilmektedir. Bu ilk yatırım masrafını önemli ölçüde düşürmüş olsa da enerji giderlerini artırmaktadır. Türkiye de teknolojik gelişmeleri son derece yakından takip eden küçük ve orta ölçekli bir mobilya sanayisi bulunmaktadır. Bu sanayinin kullandığı doğrama ve işleme makinelerinin bir çoğu ithal ve pahalı makinelerdir. Bu sanayi kollarının kurutma fırınları ile ilgili temel düşünceleri, kerestelerin kullanılmadan önce kesinlikle kurutulması, fakat imkanlarının yetersizliği olmuştur. Klasik kurutma fırını ihtiyacı Türkiye de her ne kadar yerli firmalar tarafından giderilmiş olsa da bu fırınların ilk yatırım masrafları ve enerji giderleri fazladır. Endüstride kurutma işlemini uygulayan firmaların kurutma fırınlarıyla ilgili temel düşünceleri; fırının teknik açıdan uygulanabilirliği, karmaşık kontrol sisteminden uzak olması ve enerji tasarrufu sağlaması olarak özetlenebilir. Bilgisayar kontrollü otomasyon tekniğinin gelişmesi ile kontrol sistemleri çok basitleşmiştir. Bu sistemler her ne kadar ilk yatırım masrafını artırmış olsa da karmaşık sistemlerin kullanabilirliğini basitleştirmektedir. Kurutma fırınının karmaşık kontrollü olması otomasyon tekniğinin gelişmesinden dolayı sakınca olarak göz ardı edildiğinde, kurutma fırın tasarımında en önemli hususlar fırının teknik özellikleri ve enerji maliyeti olmaktadır. 21 Kurutma yönteminin gerektirdiği teknik kurallar bellidir. Kurallar iyi bilindiği takdirde kutruma fırını kullanan her endüstri fırınını kendisi yapabilir. Özellikle yakıt tasarrufu sağlanması açısından teknik kurallar göz önüne alınarak yapılan fırınlar her türlü yeniliğe açıktır. Bu tez çalışmasında ilk yatırım masrafı düşük enerji giderleri az ve çalışması karışık olmayan fırın ihtiyacı içerisinde olan mobilya sanayi göz önünde bulundurularak bir fırın tasarımına gidilmiştir. Tasarımı ve imalatı yapılan fırın, mobilya sanayinde en çok kullanılan kavak ve çam keresteleri kurutularak deneysel analiz edilmiştir. Ağaç malzemeler ile ilgili temel özellikler işlenerek kurutma fırınının temel ihtiyacı giderecek kalitede keresteleri kurutması sağlanmıştır. 22 2. LİTERATÜR ARAŞTIRMASI İnsanlar tarihte kurutma işlemini çeşitli organik maddelere çeşitli yollarla uygulamışlardır. Bu işlemin ilk olarak uygulandığı alan ağaç malzemeye olmuştur. Ağaç malzemeye yaş halde iken bükülerek şekil verilmiş ve bu haliyle doğada kurutulmaya bırakılmıştır. Bu uygulamalar evlerin çatılarında, sal ve mızrap yapımı gibi çeşitli işlerde kullanılmıştır. İnsanların uzun mesafelere göç etmeleri yolculukları sırasındaki yiyecek ihtiyaçlarını artırmıştır. Bu da tarımsal ürünlerin kurutularak saklanması sonucu giderilmiştir. Yine bu işlemde tıpkı ağaç malzemede olduğu gibi doğada sergi yöntemi ile gerçekleştirilmiştir. Gelişen teknoloji ile doğada sergi yöntemi ile kurutma işlemi geliştirilerek güneş enerjisinden daha kurutucular ile faydalanılmaya başlanmıştır. Günümüzde kurutma çeşitli işleminin yapıldığı pek çok kurutucu vardır. Bunları genel olarak doğal ve teknik kurutma olarak iki gurupta toplamak mümkündür. Teknik kurutma yöntemlerinden ısı pompalı kurutma, günümüzde sanayinin bir çok dalında çeşitli ürünlerin kurutulmasında kullanılmaktadır. Gelişen teknoloji ile birlikte kurutulmuş ürünlerde istenen kalite standartlarının artması sonucu kurutma sistemlerinin de bu standartları sağlayabilmesi için yenilenmesi gerekmektedir. Gıda teknolojisinde kurutulmuş üründeki kalite analizi iyi bilinen deneyler ve hata testleri tabanlıdır. Brunder ve Blundell (1980) tarafından yapılmış bir kurutma düzeneği Şekil 2.1 ve Şekil 2.2’de verilmiştir. Brunder ve Blundell’a göre endüstrinin bir çok dalı kurutma işlemlerinin yanında başka işlemlere de sahiptir. Bir mahal, kurutma amacı için kullanılabileceği gibi, ısı pompası sistemlerinin çok yönlü tertibi ile soğutma ve depolama amacı için de kullanılabilir. Yapılmış olan düzenek kurutma fırını ya da soğuk oda olarak kullanılmıştır [1]. 23 Şekil 2.1. Isı pompalı sistemin kurutma için kullanılması [1] Şekil 2.2. Isı pompalı sistemin soğutma amacı için kullanılması [1] Karel (1988) tarafından sıcaklığın hassas olarak ayarlanabildiği bir ısı pompalı kurutucu yapılmıştır. Karel’e göre gıda teknolojisinde kurutma sonrası üründeki kalite düşmesi çoğunlukla kurutma havasının ısıl etkisinden kaynaklanmaktadır. Bu yüzden uygun hava sıcaklığının ayarlanamaması durumunda gıda kalitesi düşebilir. 24 Sistem kurutma havası sıcaklığında olabilecek dalgalanmaları önleyerek üründeki rengin ve yüzey gerilimlerinin değişimini önlemiştir. Alışılmışın dışında Thermovision kamera ile ürün yüzey sıcaklığındaki değişim gözlenerek, bilgisayara aktarılmış ve aktarılan bu sonuçlara göre PID kontroller kurutma havası sıcaklığını ayarlamıştır. Karel (1988) tarafından yapılan bu çalışma Şekil 2.3’de verilmiştir [2]. Şekil 2.3. Hassas sıcaklık ayarlı ısı pompalı kurutucu [2] Zbicinski ve ark. (1992) tarafından yapılan Şekil 2.4’deki çalışmada ısı pompalı kurutmaya yardımcı enfraruj kurutucu görülmektedir. Zbicinski ve ark.’na göre kurutma süresini kısaltarak üründen erken faydalanma avantajı sağlamak ve enerji giderlerini azaltmak bir kurutma sistemi için sıralanabilir. Yapılan bu istenen temel özellikler olarak çalışmada enfraruj enerjisi çevre havasını ısıtmadan, kurutulacak ürünün yüzeyine gönderilmiştir. Bu yüzden yüzeydeki yüksek ısı transferinden dolayı kuruma oranı artmıştır. Enfraruj enerjisi, ısı pompalı kurutucusunun birinci aşamasında yüzeyden nemin alınmasını hızlandırmış ve kurutmanın diğer aşamalarına konvektif havalı kurutma ile devam edilmiştir [3]. 25 Şekil 2.4. Enfraruj ısıtmalı ısı pompalı kurutucu [3] Thomas (1996) radyo frekansı destekli ısı pompalı kurutucu yapmıştır. Şekil 2.5’de verilmiş olan kurutucu buhar sıkıştırmalı ısı pompası sistemi ile radyo frekansı üretim sisteminden oluşmaktadır. Geleneksel kurutma fırınları yalnızca sıcak hava ile sınırlandırıldığından materyallar bu fırınlarda yalnızca sıcak hava ile zor kururlar. Yapılan bu çalışmada özellikle seramik ve fiber glass gibi ısı transfer katsayısı düşük olan materyallerin kurutulmasında problemler oluştuğundan radyo frekanslarının yaş materyallar içerisinde ısı üretmesinden faydalanılarak, başlangıçta ürünün hızlı ve norm bir şekilde kuruması sağlanabilmektedir [4]. Şekil 2.5. Radyo frekansı destekli ısı pompalı kurutucu [4] 26 Prasertsan ve Saen (1998) tarafından yapılan çalışma tarım ürünlerinin ısı pompalı kurutucuda kurutulması üzerinedir. Kullanılan ısı pompalı kurutucu bir iklimlendirme cihazının elemanlarından oluşur. Bu iklimlendirme sisteminin elemanları ve kurutucu odası Şekil 2.6’da verildiği gibi bağlanmıştır. Sistemin “kısmen kapalı” olduğu durum A (kurutma odası kapalı) ve B (taze hava girişi) kapakları ile ayarlanmıştır, bu durumda F kapağı kapalı ve G kapağı ise açıktır. Eğer kapaklardan A ve G kapalı, B ve F tamamen açık ise, sistem; “açık sistem” olarak adlandırılır [5]. Şekil 2.6. Tarım ürünlerinin kurutulduğu ısı pompalı kurutucu [5] Marshall ve Metaxas (1998) kırılmış tuğlayı radio- frekansı destekli bir ısı pompalı kurutucuda kurutmuşlardır. Şekil 2.7’de görülen sistemde askı tipi bir ağırlık ölçer ile materyallerdeki kuruma sürekli olarak ölçülmüş ve bilgiler “data acqusition” sistemi ile bilgisayara kaydedilmiştir. Kullanılan ağırlık ölçer kurutma odasının merkezine bir halat ile asılmıştır. Dışarıdan alınan havaya, bir ısı değiştirici (recuperatör) vasıtası ile bir ön ısıtma uygulanmıştır. Sistem atmosfere açık bir sistemdir [6]. 27 Şekil 2.7. Radyo frekansı destekli ısı pompalı kurutucu [6] Avusturalya ve Yeni Zelenda gibi ülkeler için kurutulmuş kereste çok önemli bir dış gelir kaynağıdır. Bu yüzden kereste kalitesinin artırılabilmesi için çeşitli çalışmalar yapılmaktadır. Şekil 2.8’de Banister ve ark. (1999) tarafından yapılan ısı pompalı kereste kurutma fırını verilmiştir. Bannister ve ark. (1999)’a göre keresteler yavaş kurur ve kuruma boyunca çarpılma, yarılma ya da collapse meydana gelebilir. Bu yüzden uygun kurutma şartlarının sağlanabilmesi için kurutma programlarına ihtiyaç duyulmaktadır. Kereste kurutulmasında kullanılan ısı pompalı kurutucularının üstünlüğü ısının tekrar dönüştürülmesinden gelir. Yavaş ve kontrollü kurumadan dolayı ise fiziksel hatalar azalır [7]. Şekil 2.8. Isı pompalı kereste kurutma fırını [7] 28 Ameen ve Bari (2004), nemli deneysel olarak incelemişlerdir. bölgeler için ısı pompalı elbise kurutucusunu Şekil 2.9’da çalışmanın şematik bir planı görülmektedir. Deneysel sistem, içerisinde ısı pompası sisteminin yoğuşturucusunu barındıran tahtadan yapılmış bir kurutma odası ve fandan oluşmaktadır. Sistemin buharlaştırıcısı ise soğutmak istenen odaya konulmuştur. Bu şekilde sistem iki amaca uygun bir şekilde tertip edilmiştir. Kurutma odasının en üst kısmı atmosfere açık olup, sıcak ve nemli havanın dışarı atılmasını sağlamıştır. Elbiseler 1 g hassasiyetteki ağırlık ölçer ucundaki askılara takılmış ve ağırlık değişimi göstergeden izlenmiştir [8]. Şekil 2.9. Isı pompalı elbise kurutucusu [8] Chua ve ark.( 2002) yaptıkları çalışmada ısı pompalı kurutucuda sıcaklığı 3 değişik metotla ile kontrol etmişlerdir. Isı pompası sisteminin sistematik diyagramı Şekil 2.10’da görülmektedir. Birinci kontrol durumunda kurutma havası sıcaklığı soğutucular 1-2 ve sıcak gaz yoğuşturucusundaki İkinci kontrol durumunda ek ısıtıcıdan ön sıcaklık ile kontrol edilmiştir. kurutma havasına verilen ısı kontrol edilmiştir. 3. kontrol durumunda ise kurutma havasında istenilen nem miktarı ve yoğuşturma işleminin kontrolü için yan geçit kapaklarının açıklığı ayarlanmıştır [9]. 29 Şekil 2.10. Sıcaklığın farklı metotlarla kontrol edildiği ısı pompalı kurutma fırını [9] Oktay ve Hepbaşlı (2003), ısı pompası destekli mekanik açık tip bir kurutucunun performans deneylerini yün kurutmasında incelemişlerdir. Yün ıslandığı zaman aralarından havanın geçemeyeceği şekilde sıkı top haline gelmektedir. Bu yünleri açmak, aralarından hava akışını sağlamak için ısı pompası destekli mekanik açık tip bir kurutucu tertip edilmiştir (Şekil 2.11). Sistem 2 temel kısımdan oluşmaktadır. Bunlar ısı pompası sistemi ve mekanik açık tip kurutma odasıdır. Sistemde sıcak ve nemli hava ısı pompasının buharlaştırıcısından geçerken nemini soğuyarak bırakır. Bir miktar taze hava yan geçit havası ile karışarak yoğuşturucudan geçer ve kurutma odasına gönderilir. Kurutma odasından çıkan nemli havanın bir kısmı dışarı atılır, bir kısmı da buharlaştırıcıdan geçirilmeyerek yan geçitten gönderilir [10]. 30 Şekil 2.11. Isı pompası destekli mekanik açık tip yün kurutucusu [10] Hawlader ve ark. (2005), tarafından yapılan çalışmada ısı pompalı yiyecek kurutucusunun farklı atmosferdeki özellikleri deneysel olarak elma, patates ve tropikal meyve kurutularak incelenmiştir (Şekil 2.12). Kurutma fırını atmosferini değiştirmek için karbondioksit ve nitrojen gazları inert gaz olarak kullanılmıştır. Kurutma kabini üzerine monte edilen bir manometre ile basınç değişimi okunmuştur. Sistemde kullanılan inert gaz hızı mekanik anenometre ile ölçülmüştür. Kurutma sonrası ürünlerin renk, sertlik, gözeneklilik ve tekrar su alma kabiliyetleri kalite testlerinde değerlendirilmiştir [11]. Şekil 2.12. Farklı atmosferik şartlarda incelenen ısı pompalı kurutucu [11] 31 3. AĞAÇ MALZEME VE KURUTMA Ağaç kök, gövde ve dallardan ibaret bir bitkidir. Herhangi bir ağaç gövdesinden bir tekerlek alınıp incelenecek olursa, birbirinden farklı yapıda iki esas kısım görülür. Bunlardan dış kısım kabuk, iç kısım ağaç malzeme olarak adlandırılmaktadır. Ağacın içerdiği nemin, istenilen değere kadar kontrollü bir şekilde ısıl işlemlerle indirgenmesi, “ağaç malzemenin kurutulması” olarak tanımlanır. Ağaç canlı bir orman ürünüdür. Bu ifade genel bir ifade olup, bir çok kaynakta, odun, kereste, tahta, ağaç gibi terimlerle anılmaktadır. Bundan sonra bu metin içerisinde bu endüstriyel ürün “ağaç malzeme ve kereste ” adlarıyla ifade edilmiştir. Suyun ağaç malzemeden uzaklaştırılması sırasında kalite düşmesine sebep olabilecek faktörlerin giderilerek en kısa ve ekonomik bir yol izlemek temel amaç olmalı ve kurutma işlemi sonunda ağaç malzemenin nemi kullanım yerinin gerektirdiği orana düşürülebilmelidir [12]. Uygun bir kurutma işlemi ile; a) Boyuttaki değişiklikler en aza indirgenir; ağacın çevre havasından nem alıp vermesine onun “higroskopik özelliği” denir. Ağaç bu higroskopik özelliğinden dolayı nem miktarındaki değişmeler ile ya küçülür ya da şişer. Eğer bu keresteler kullanılacak yerin uygun olduğu nem miktarına kadar kurutulursa boyuttaki değişmeler önemsenmez. b) Dayanıklılık özelliği kazandırılır; uygun nem miktarına kadar kurutulan kerestelerin dayanıklılık özelliği artar. c) Kullanım yerinde renk değiştirmesi ve çürümesi engellenir; kereste içerisindeki nem miktarı %20 ya da daha az olduğunda mantar oluşumu genellikle meydana gelmez. Hastalıklı ağaçlar 65 oC ya da daha fazla sıcaklıkta sterilize edilebilir. Ağacı 55 oC ile 80 oC sıcaklıkta 1-3 gün süre ile bırakmak içindeki zararlıları öldürür. %10 ya da daha az nem miktarında böcek oluşumu meydana gelmez. d) Kullanım özellikleri artırılır; tutkallama ve yapışma kabiliyeti artar. e) Koruyucu maddelerle boyanmasında daha etkili sonuç verir; açık havada kullanılan ağaçlar için tavsiye edilen nem miktarı iklimsel özelliklere bağlıdır. Bununla beraber eğer kerestedeki nem miktarı % 9 ila % 14 arasında ise; bu nem miktarı azaltılmalıdır. Kereste boyandığında içerisindeki nem miktarı % 20 yi aşarsa; 32 malzemenin kabarma veya kabuklaşma riski artar. Keza böyle bir durumda keresteler doğal şartlarda siyah renkte bir sıvı dışarıya atar ve boyandıktan kısa bir süre sonra renk değişimi meydana gelir. f) Ürünün ağırlığı azalır; tren, deniz ya da karayolu taşımacılığında nakliye bedeli ağırlığa bağlı olarak alınır (Şekil 3.1). Kuru üründe bu bedel önemli ölçüde azalır [13]. Şekil 3.1. Ağaç malzemenin kurutulması ve taşınması [13] 3.1. Ağaç Malzemenin Kurutma Yöntemleri Günümüzde ağaç malzemenin kurutulmasında kullanılan kurutma yöntemleri Çizelge 3.1’de görülmektedir. Kurutma yöntemlerini doğal ve teknik kurutma olmak üzere iki grupta toplamak mümkündür. Çizelge 3.1. Ağaç malzemenin kurutulmasında kullanılan kurutma yöntemleri [14] AĞAÇ MALZEMENİN KURUTMA YÖNTEMLERİ Doğal Kurutma Özel İstifli Blok İstifli Sandık İstifli Makaslama İstifli Teknik Kurutma Hızlandırılmış Geleneksel Yöntemler Özel Yöntemler Baca Alçak Sıcaklıkta Yoğuşmalı İstiflemeli Klasik Vakumlu Salıncaklı Yüksek Sıcaklıkta Yüksek Frekans Üçgen İstifli Santrüfüjlu Yüksek Hava Hızlı Solvent Travers İstifli Vantilatörlerlü Yağ İçinde Kule İstifli Parket İstifli Kaynatma İle Kimyasal 33 3.1.1. Doğal kurutma Doğal kurutmada kereste, uygun bir yerde seçilmiş ve düzenlenmiş depolarda tekniğine uygun olarak yapılmış istiflerde açıkta veya sundurmalar altında kurutulmaktadır. Doğal kurutmada ürünün kurutulması kontrol edilemeyen sıcaklık, bağıl nem ve hava hareket etkisi altında gerçekleşmektedir. Isınma doğrudan veya dolaylı olarak gelen güneş ışınlarının etkisi ile olmakta, hava ve sıcaklığa bağlı olarak nem alma miktarları değişmektedir. Sıcak hava soğuk havadan daha çok nem alabilmektedir. Doğal kurutma ile ağaç malzemenin rutubeti en fazla %12-%15’ e kadar düşürülebilmektedir. Çok farklı olan ve kontrol edilemeyen hava şartları nedeniyle kuruma kontrolsüzdür ve her zaman çeşitli kurutma kusurlarının oluşma tehlikesi bulunmaktadır. Bunlar arasında büyük rutubet meyli (düşüşü) sebebi ile oluşan sertleşmeyi yüzey ve iç çatlaklarını, çarpılmayı saymak mümkündür. Doğal kurutmanın diğer bir sakıncası da kurutma süresinin, havanın yerel sıcaklık ve bağıl nemine, ortalama rüzgar hızına ve kurutmaya başlama mevsimine bağlı olarak değişmesidir [15]. Doğal kurutmada dış kurutma faktörlerini insanın etkilemesi söz konusu değilse de istif yerinin seçilmesi, düzenlenmesi ve kerestenin istiflenmesinde alınacak tedbirlerle kurutma faktörlerinin etkili hale, getirilmesi kurutma sırasında meydana gelen kayıp ve kusurların azaltılması mümkündür [16]. 3.1.2. Teknik kurutma Teknik kurutma, kurutulacak ürün neminin kuruma son değerlerine belli bir süreçte kontrollü olarak indirgenmesi olarak tanımlanır. Kuruma işlemine dış müdahale yapılarak belli bir süreçte ürünün kuruma son değerlerine kontrollü olarak gelmesini sağlayan ve değişik birimlerden oluşan (ısıtma, soğutma , nem alma gibi) sistemlerin bütününe kurutma sistemleri denir ve kurutma sistemleri, kurutma işleminde uygulanan yönteme göre adlandırılır. Teknik kurutmada uygulanan yöntemler aşağıda sırası ile sunulmuştur. 34 Klasik kurutma Klasik kurutma 100 ºC’ nin altındaki sıcaklık derecelerinde ve ortam olarak hava-su buharı karışımı içerisinde yapılan en eski ve en çok kullanılan teknik kurutma yöntemlerinden biridir. Klasik kurutma fırınlarında sıcaklık aralığı her ne kadar 100 ºC olarak anılıyorsa da 40 ºC ile 95 ºC arasında ayarlanabilir. Her türlü ağaç türünün kurutulmasında kullanılabilir. % 6 rutubet derecesine kadar kurutma yapmak mümkündür. klasik kurutmada kereste kalınlığına bağlı olarak yavaş ve hızlı kurutma yapmak mümkündür. Kurutma işleminde keresteden buharlaşan su kurutma havasına geçerek hava ve su buharı karışımı oluşturur. Sıcaklığa bağlı olarak hava belli sıcaklıkta içerisine sınırlı su buharı alabilir. Sıcaklık sabit tutulursa havanın bağıl nemi sürekli artma eğilimi gösterir. Bu artış kontrol altında tutulmazsa belirli bir süre sonra hava tam doygun (bağıl nem % 100) hale gelir ve bünyesine artık daha fazla su buharı alamadığından kuruma tamamen durur. Kurumanın devamı için sistem içindeki doygun havanın dışarı atılması ve içeriye taze, nem yönünden fakir atmosfer havasının alınması gerekir. Bu amaçla kurutma odasında “doygun hava çıkışı” ve “taze hava girişi kapakları” kullanılır. Ancak bu eylem için havanın azami nemliliğe ulaşması beklenmez. Bu eylem kurutma programında öngörülen bağıl nemi sağlayacak şekilde, ihtiyaç duyuldukça gerçekleştirilir. Sıcaklık nedeniyle kereste yüzeyine, çıkarak su buharı haline dönüşen suyun ortam havasına karışması ve kurutmanın hızlandırılması için hava hareketinden faydalanılır. Hava hareketi ise, fırın içerisine yerleştirilen fanlar aracılığıyla gerçekleştirilir. Fırın sıcaklığını düzenlemede kullanılan ısıtıcılar; içerisinde sıcak su, buhar veya kızgın yağ dolaşan borulardır. Fanlar aracılığıyla hareket verilen hava, ara tavan kılavuzluğuyla, radyatör içerisinden geçirilip ısıtılır ve keresteler arasına verilir. Ortam havası, buradan tekrar çekilir ve radyatörler üzerine üflenir. İşlem bu şekilde devam eder [14]. 35 Yüksek sıcaklıkta kurutma Klasik yönteme göre çalışan fırınlarda sıcaklığı 90 ºC’ den fazla yükselterek kurutma süresini kısaltmak uygun sonuç vermez. Bu fırınların yapısı 90 ºC’ nin üzerinde çalışacak düzende değildir [17]. Yüksek sıcaklıkta kurutma yönteminde kurutma ortamı olarak; kuru termometre sıcaklığı 100 ºC-130 ºC ve yaş termometre sıcaklığı 100 ºC (97 ºC-100 ºC) olan saf kızgın buhar veya kuru termometre sıcaklığı 100ºC-130 ºC ve yaş termometre sıcaklığı 75 ºC-95 ºC olan kızgın hava ve buhar karışımı sağlanmaktadır. Görüldüğü üzere bu yöntemdeki yüksek ısı ihtiyacı nedeniyle büyük boyutlu ısıtıcılar ve hızı kademeli olarak ayarlanabilen yüksek verimli fanlar kullanılmaktadır (V = 3 m/s - 6 m/s). Bu yöntem buhar kaçışı olmayan iyi yalıtılmış metal fırınlarda uygulanmaktadır. Bu yöntemde dışarıdan taze hava alınmasına ihtiyaç yoktur. Çünkü sadece buhar kullanılmaktadır. Rutubetli havayı atmak için yalnız rutubete dayanıklı hava bacalarının yapılması yeterlidir [16]. Yüksek hava hızlı kurutma Klasik kurutmada fırın içerisinde 2 m/s - 5 m/s olan hava hareket hızı yüksek hava hızı ile kurutmada 15 m/s kadar yükseltilmiş ve kurutma sıcaklığı 60 ºC dolaylarında tutulmuştur. Yan duvarlara güçlü eksenel fanlarla ısıtıcı radyatörler üzerine püskürtülen hava burada ısıtılarak istif parçalarının aralarından geçirilir (Pervanenin çapı fırının büyüklüğüne bağlı olarak 2 metreye kadar çıkabilir, Şekil 3.5 ). Bu sırada ağaç malzemeyi ısıtan ve yüzeyindeki nemi emen havanın bağıl nem oranı bir süre sonra yükselerek doygun hale gelir. Doygun hava havalandırma bacalarının kapakları açılarak dışarı atılır. Yerine alınan taze hava kuruma ile işleme, istenilen gerçekleşinceye kadar devam edilir [14]. Vakumlu kurutma Metodun esasını ağaç malzemenin bulunduğu ortamda basıncın düşürülmesi suretiyle odun dokuları içerisindeki suyun yüzeylere doğru hareketini ve yüzeylerden 36 buharlaşmasını çabuklaştırmak teşkil eder. Bu çabuklaşmanın sağlanmasında ağaç malzemenin ısıtılması da önemlidir . Yüzeylerdeki buharlaşma etkisiyle odun soğumakta ve vakum ortamına ısı iletimi iyi olmadığından, odunun, kuruması için gerekli ısı transferi güçleşmektedir. Yeterli miktarda ısı iletimi sağlanamadığı takdirde ise, vakum etkisine rağmen, bir süre sonra buharlaşma çok düşük miktarlarda meydana gelebilir [18]. Vakumlu kurutmada kereste esas olarak iki şekilde ısıtılmaktadır. Eskiden beri uygulanan birinci şekilde kereste sıcak levhalar arasına alınmaktadır (kondüksiyon ile). İkinci şekilde ise hava su buharı karışımı ısıtıcı yüzeylerle kereste arasında zorlamalı taşınım ile (konveksiyonla) dolanmakta ve ısı transferi gerçekleşmektedir [19]. Vakumlu kurutmada; levhasız periyodik vakum yönteminde ısı transferi taşınım ile, levhalı sürekli vakum yönteminde ise iletim (kondüksiyon) ile olmaktadır. Yüksek frekans ile kurutma Yüksek frekansla kurutma, yüksek frekans cihazları, lambalar ve kuruluş giderlerinin yüksek olması nedeniyle oldukça pahalıdır. Bu nedenle ayakkabı kalıbı, tüfek dipçiği gibi pahalı işlerde kullanılan kayın, gürgen ve ceviz gibi kıymetli odunların kalın kerestelerini kurutmak için uygulanabilir. Buna rağmen her ağaç türü ve özellikle meşe odunları, yüksek frekansla kurutulmaz . Yüksek frekansla kurutmada ağaç malzemenin sabit veya hareketli olmasına göre iki uygulama yöntemi mevcuttur. Bunlar ağaç malzemenin kondansatörün iki levhası arasında sabit tutulduğu statik yöntem ve kerestenin bir bant üzerinde hareket ettirildiği dinamik yöntemdir. Statik yöntem, kerestelerin teker teker kurutulması söz konusu olduğundan daha çok araştırma amacı ile kullanılması uygundur. Dinamik yöntemde kurutma tesisi, elektrotlardan birisini hareketli bandın teşkil ettiği kanal biçiminde olup, kurutulacak odun bu bant üzerine konmaktadır. Diğer elektrot ise sabit olup, uzunlukça birçok parçadan meydana gelecek şekilde ve paralel bir 37 kondansatörler dizisi gibidir. Sabit olan üst elektrotlar ve elektrotlardan farklı uzaklıklarda değişik gerilimler sağlanabileceğinden, odun ilerledikçe, kanalın çeşitli kısımlarında odunun durumuna olacak uygun şekilde olan yerleştirilir. gerekli Böylece güç ayarlanabilir [16]. Solvent kurutma Solvent içerisinde kurutma, kurutma ortamı olarak çeşitli sıcak organik solventlerin kullanıldığı kurutma metotlarını belirten, genel bir terimdir. Bu yöntemde genellikle farklı üç temel prosüdür vardır. Solvent içerisinde kurutma, azeoptrapik kurutma ve buharlı kurutmadır. Bu üç solvent kurutma tipinin, hızlı bir kurutma temin etmek için ağaç ve solvent arasında yeterli ısı transferi sağlama üstünlüğü vardır. Solvent içerisinde kurutmada, aseton veya alkol gibi suya karışabilen bir solvent, kereste üzerinde sürekli olarak dolaşarak ahşaptaki su ve bazı ağaç ekstraktifleri, çok güçlü bir şekilde ağaç hareketinden bu solventlere çekilir. Her ne kadar bu solventler soğuk olarak kullanılabilirse de kurutma oranını hızlandırmak için yüksek sıcaklığa gerek duyulur [14]. Yağ içinde kaynatma ile kurutma Bu işlem genel anlamda organik madde buharında kurutmaya benzer taze haldeki odunlar, kaynama noktası sudan yüksek olan organik maddeler içerisine yüksek sıcaklıklarda iken daldırılmakta ve böylece odundaki fazla su kısa sürede buharlaştırılmaktadır. Ayrıca vakum uygulanarak işlem süresini kısaltmak mümkündür. Yağ içinde kaynatma işleminde çeşitli petrol ürünleri ve yağların kullanılması mümkün olmakla birlikte kreozot ile emprenye edilmesi öngörülen demiryolu traversleri ve telgraf direkleri gibi ağaç malzemenin kurutulmasında, kurutucu madde olarak çoğu kez 100 ºC’ ye kadar ısıtılmış kreozot kullanılır [18]. 38 Kimyasal kurutma Bu yöntem higroskopik maddelerle muamele etmek suretiyle odunun denge rutubetinin değişmesi esasına dayandırılmaktadır. Polietilenglikol, sodyumklorür (yemek tuzu) ve üre gibi kimyasal maddelerle muamele edilen ağaç malzemenin kurutma özellikleri değiştirilmektedir. Böylece aynı kurutma şartlarında ağaç malzemenin yüzeylerinde iç kısımlara göre daha yüksek bir denge rutubeti oluşmaktadır. Bu yöntem esas anlamda hava ve su buharı içerisinde kurutmanın değişik bir şekli olup, yüzey çatlaklarını, dış sertleşmeyi azaltmak için geliştirilmiştir [16]. 3.1.3. Güneş enerjili kurutma Güneş enerjisiyle kurutma tarihinin ilk çağlarından beri bilinmekte olup kereste ve diğer tarım ürünlerinin kurutulmasında uygulanmaktadır. Doğal kurutmada meteorolojik şartların kontrol edilememesinden dolayı, ürünlerin zarar görmesi, kalitesinde düşme olması, istenilen nem derecesine kadar düşürülemeyişi, sermayenin uzun süre bağlı kalması v.b. sebeplerden dolayı önemli sakıncalar görülmektedir. Bu sakıncaların bazılarını giderebilmek için, sıcaklığın kontrol edilebildiği kapalı kurutma odaları yapılıp kullanılmasına rağmen, bu defa da kurutma havasının nemi kontrol edilemediğinden istenilen kurutma kalitesine ulaşmak yine de mümkün olmamaktadır. Güneş enerjili kurutma sistemleri konusunda, 1950’lerden bu yana, birçok ülkede araştırmalar yapılmaktadır. Araştırmalarda kurutma enerjisinin toplanması, depolanması ve kullanma v e r i m l i l i ğ i n i artıracak çeşitli sistemler önerilmektedir. Güneş enerjili sistemlerle kurutma yapılması düşünüldüğünde kurutmanın yapılacağı bölgenin iklim özellikleri dikkatle incelenmelidir. Çeşitli iklim özellikleri, güneş ışınımı, yoğunluğu, güneşlenme süresi, güneş enerjili kurutucuların tertibini ve verimini etkileyen önemli unsurlar olmaktadır. Güneş enerjili kurutucular, sera tipi ve kolektörlü olmak üzere iki aşamada değerlendirilir. 39 Sera tipi güneş enerjili kurutucular Sera tipi kurutucularda, kurutma hacminin çatı ve duvarları, güneş ışığının geçmesi için, saydam örtü malzemesi ile kaplanırlar. Saydam örtü malzemesinden geçen güneş ışınları, bu örtülerin altındaki yapı elemanlarınca absorbe edilip, ısı taşıyıcı akışkan olarak hava yardımı ile taşınarak kurutulacak kereste üzerine ulaştırılır. Güneş enerjisi ile ısıtılan hava yardımıyla alınan kerestelerin nemi, yine aynı hava ile kurutma ortamından uzaklaştırılmaktadır. Sera tipi kurutucularda, güneş enerjisini toplayan yüzeyler, kurutma fırınının integral bir parçası olduğundan, tertiplerinde ve yüzeylerinin büyüklüğünün belirlenmesinde fırının geometrisine ve tertibine uyma zorunluluğu vardır. Yapıları basit olduğundan verimleri, güneş enerjili kolektörlü kurutuculara göre daha düşük ve kurutma süreleri uzundur. Isı kayıpları fazla olduğundan saydam örtü çift kat yapılmaktadır. Sıcak hava saydam örtünün altında sürekli dolaştırıldığında, hava içindeki toz ve diğer parçacıkların örtü malzemesinin altına yapışması mümkündür. Tozların temizlenmemesi halinde verim düşmektedir. Güneş enerjili kolektörlü kurutucular Güneş enerjili kolektörlü kurutucularda, kolektörler kurutma fırınlarının ayrı birer parçasıdır. Kolektörlerde toplanan enerji hava ya da su ile alınarak kurutulacak malzemeye iletilmektedir. Fırının geometrisine ve tertibine bağlı kalınmayacağından, kolektör yüzeylerinin büyüklüğünün belirlenmesinde ve düzeninde daha esnek ve bağımsız hareket etme imkanı vardır. Özellikle termal depolama sistemlerinin uygulanması ve fırın ısı yalıtımı daha iyidir. Kurutma işleminin kontrolü kolaylıkla sağlanmaktadır. Bu fırınların tasarımı daha karışık ve sera tipine göre maliyeti daha yüksektir. Kurutma maliyeti ve süreleri yapılan kurutma işlemine göre değişiklik göstermektedir. Güneş kolektörlerinde ısınan hava bir fan ile emilerek kurutma fırını içerisindeki kereste istifi üzerinden geçirilmek suretiyle nemi alınır ve kuruma sağlanır. 40 Güneş enerjili sistemler ile kurutmanın doğal kurutma ve diğer enerji kaynakları ile karşılaştırılması Güneş enerjili sistemler ile kurutma doğal kurutmaya göre çok daha hızlı, teknik kurutma fırınlarında yapılan kurutmaya göre ise yavaştır. Kurutma sadece güneş enerjili kurutma fırınında yapılır ise, keresteler doğrudan fırına konulur ve istenilen nem derecesine ulaşıncaya kadar kurutulur. Bu usulle doğal kurutmayla ulaşılamayacak nem derecelerine ulaşılır. Bu yöntem doğal kurutma ile yıl boyunca yeterli bir nem derecesine ulaşılamayan bölgelerde uygulanır. Doğal kurutmanın uygun olmadığı yerlerde, güneş enerjili sistem klasik sistemlere bir ön kurutma temin eder. Böylece kurutma maliyeti düşürüldüğü gibi klasik sistemin kurutma süresi kısaltılır [20]. 3.2. Ağaç Malzemenin Teknik Özellikleri 3.2.1. Özgül kütle Ağaç malzemenin özgül kütlesi (ro) numunenin kütlesinin (GT) hacmine (V) bölünmesiyle bulunur. r0 = GT g/cm 3 V (3.1) Özgül kütle % 0 rutubet değerini belirtir. Özgül kütle bir ağaç malzemenin kolay veya zor kuruduğu hakkında bilgi vermektedir. Ağaç malzemenin özgül kütlesinin artması ile ağaç malzemenin kuruması güçleşmekte, suyun difüzyon hızı düşmektedir. Ayrıca yüksek özgül kütleli ağaçlarda kurutma kusuru ihtimali, hafif olanlara göre daha yüksektir. Bazı ağaçların özgül kütlerli Çizelge 3.2’de verilmiştir. 41 Çizelge 3.2. Bazı Ağaçların Tam Kuru Özgül Kütleleri [21] Sıra no Ağaç cinsi Tam kuru özgül kütlesi (g/cm 3 ) Sıra Tam kuru özgül no Ağaç cinsi Kütlesi (g/cm 3 ) 1 Akçaağaç 0,59 10 Çınar 0,53 2 Akasya 0,73 11 Kestane 0,48 3 4 5 6 7 8 9 Abanoz Meşe Kızılağaç Dişbudak Kiraz Kavak Ceviz 1,15 0,71 0,51 0,65 0,57 0,44 0,64 12 13 14 15 16 17 18 Kayın Karaağaç Söğüt Ladin Köknar Sedir Çam 0,69 0,64 0,52 0,43 0,40 0,48 0,49 3.2.2. Lif doygunluğu rutubeti Ağaç malzeme içerisinde su hücre çeperlerinde ve hücre boşluklarında olmak üzere 2 şekilde bulunur. Hücre boşluklarında bulunan suya “serbest su” hücre çeperleri içerisinde bulunan suya “hücre çeperine bağlı su” veya “higroskopik su” adı verilmektedir. Kurutma sırasında önce serbest su, sonra bağlı su ağaç malzemeden uzaklaşmaktadır. Serbest suyun ağaç malzemeden uzaklaştırılması kolay ve hızlı, bağlı suyun ise güç ve yavaştır. Lif doygunluğu rutubeti, ağaç teknolojisinde önemli bir kavramdır. Ağaç malzemede serbest suyun hiç bulunmadığı, fakat bağlı suyun en yüksek miktarda bulunduğu rutubet haline “lif doygunluğu rutubeti” denir, ve; a. Ağaç malzemenin su kaybı ile boyutlarında meydana gelen değişmeler lif doygunluğuna ulaştıktan sonra başlar (% 0-% 30 nem arasında). b. Lif doygunluğuna ulaşıncaya kadar kuruma sabit ve hızlı bir seyir takip eder, buna karşılık lif doygunluğunun altında bu hız düşen ve gittikçe azalır [16]. Lif doygunluğu rutubeti (LDR) çeşitli ağaç türleri için değişik olup, ortalama % 25% 35 arasındadır. Pratikte bu, diğer bütün ağaçlar için yaklaşık % 28 kabul edilebilmektedir [12]. 42 3.2.3. Ağaç denge rutubeti Ağaç malzeme bünyesine su alıp verebilen bir malzemedir. Çevresiyle higroskopik bir denge oluşturması, çevre havasının bağıl nemi ve sıcaklığı ile değişebilmektedir. Rutubet oranı kullanılacağı yerdeki çevre havası ile dengede olmadığı takdirde, ağaç malzeme bünyesine su almakta ya da vermektedir. Nemlenme ya da kuruma olarak isimlendirilebilecek bu olay sırasında ağacın boyutlarında genişleme veya daralma meydana gelir ki, buna “ağacın çalışması” denir. Ağacın çalışması genellikle % 0-% 30 nem oranları arasında olur. Bir başka ifade ile lif doygunluğu rutubeti sınırları içerisinde gerçekleşir. Ağacın çalışması sırasında boyutlarındaki değişmeler her yerinde aynı olmadığından iç gerilmeler meydana gelmekte ve sonuçta, çatlama çarpılma, eğilme, çekme vb. kusurlar oluşmaktadır. Bu kusurların önüne geçilebilmesi için ağaç malzeme kullanılacağı yerin sıcaklık ve rutubet değerleri ile denge kurabileceği nem derecesine kadar kurutulması gerekir. Çevre havası sıcaklığı ve bağıl nemi ile ağaç malzemenin nemi arasında oluşan dengeye “Ağaç denge rutubeti” ya da “higroskopik denge” denge denir. 3.2.4. Taze hal rutubeti Kesimden hemen sonra ağaç malzemede bulunan rutubet miktarına “taze hal rutubeti” denir [21]. Bu değer ağacın cinsine, yapısına, coğrafik bölgeye, kesimin yapıldığı bölgeye ve kesimin yapıldığı mevsimlere göre % 40 ile % 200’ ler arasında değişiklikler gösterebilir. Fakat hiç birinde lif doygunluğu rutubet miktarının altına düşmemektedir. Bazı ağaçların taze hal rutubet oranları Çizelge 3.3.’de görülmektedir [12]. 43 Çizelge 3.3. Bazı Ağaçların Taze Hal Rutubet Oranları [21] Nemlilik gurubu Guruba örnek ağaçlar Nem sınırları (%) 1 Çok yaş Karaağaç, kavak, kestane, İğne yapraklı ağaçların diri odunu. 115’ ten faza 2 Yaş Kayın, meşe, huş, akçaağaç, kızılağaç, ıhlamur, söğüt 85 - 115 3 Nemli Ceviz, dişbudak, akasya 40 - 60 4 Orta derecede nemli Ladin, çam, meşe 30 - 40 Sıra no 3.2.5. Ağaç malzemenin nemi Kurutmanın temel amacı bünyesindeki suyun ağaçtan uzaklaştırılması olduğundan ağaçtaki suyun miktarını ve çeşitli şekillerini bilmek gerekir. Ağacın yaşaması için gerekli madensel tuzların topraktan alınıp, ağacın yapraklarına kadar iletilmesi su yardımı ile, olduğundan liflerinde bol miktarda su vardır. Bu durum “ağacın nemi (%)” olarak belirtilir ve alınan bir ağaç numunesinin içinde bulunan su miktarının aynı numunenin tam kuru ağırlığına oranı olarak tanımlanır. Bu tanıma göre Eş. 3.2’den tam kuru madde miktarına göre (g su/g kuru madde) ağaç malzeme içerisindeki nem bulunmuş olunur. M= YA − KA × 100 KA (3.2) Ağaç malzemede çok çeşitli rutubet ölçme, metotları olmasına rağmen en doğru ve kesin sonuç veren kurutma metodu fırında kurutma metodudur. Kereste rutubetinin nasıl belirleneceği “TS 4087” de açıklanmıştır. Ağaç malzeme 103 ±2 oC’ de kurutma odasında kurutulur ve kurutma numune parçaları 6 veya 4 saatlik aralarla tartılır birbirini izleyen iki tartı arasında kütle farkının her bir deney parçası için % 1’ den az olması halinde tam kuru rutubet haline gelmiş sayılır [21]. 44 Fırında kurutma metodunun haricinde nem miktarının bulunmasında rutubet ölçerler de kullanılabilir. Elektrikli rutubet ölçerler ağaç malzemenin elektriksel özelliklerinden faydalanılarak yapılmıştır. Bunlar elektriksel direnç, dielektriksel sabiti ve radyo frekans kuvvet kaybı gibi özelliklerdir. Lif doygunluğu noktası ağaç malzemenin elektriksel direnci üzerinde önemli bir dönüm noktasıdır. Lif doygunluğunun altında %4-%25 rutubet sınırları arasında ± % 1 hassasiyete kadar rutubet ölçmek mümkündür. Lif doygunluğunun üstünde ise daha kaba bir ölçüm söz konusudur . Taze halde bulunan ağaç malzemede rutubetin dağılışı her tarafta aynı olmayıp çok farklıdır. Bu farklılık, ağaç türlerine göre değiştiği gibi, aynı ağaç türünün fertleri arasında ve hatta aynı ferdin çeşitli kısımlarında da belirgin olarak görülmektedir [16]. Nemin farklılık göstermesinden dolayı başlangıç nem miktarının bulunmasında test parçalarının bir değil birkaç tanesinin neminin bulunarak, ortalaması alınmalıdır [22]. 3.2.6. Ağaç malzemenin kurutma süresi Ağaç malzemenin kurutma süresi tam olarak hesaplanamayan bir çok faktöre bağlıdır. Bunları aşağıdaki şekilde sıralamak mümkündür: a) Ağaç malzemenin türüne göre yoğunluğu değişmektedir. Yoğunluk arttıkça kuruma güçleşmekte ve kurutma süresi uzamaktadır. b) Ağaç malzemenin başlangıç nemi ne kadar yüksek, sonuç rutubeti ne kadar düşükse kurutma süresi o kadar uzun olmaktadır. c) Ağaç malzemenin kalınlık artışı ile birlikte kurutma süresi de doğru orantılı olarak artmaktadır. d) Kurutma havası sıcaklığındaki artış ile birlikte ağaç malzemenin iç kısımlarından dışarıya doğru olan su akışı arttığından kurutma süresi de kısalmaktadır. e) Kurutma havasının hızı arttıkça doğru orantılı olarak kuruma hızı artar ve ters orantılı olarak kurutma süresi kısalmaktadır. 45 f) Ağaç malzemenin biçiliş yönünün çalışma miktarı üzerine etkisi olduğu bilinmektedir. Ayrıca kurutma hızı üzerine etkisi vardır. Teğet biçilmiş kereste radyal biçilmiş keresteye göre daha hızlı kurumaktadır. g) Kurutma fırınları 24 saat çalıştırılmadığı taktirde kurutma süresi uzamaktadır. Kurutma süresinin tespitinde kesintiler dikkate alınmaktadır. Bunun için günde 24 saat çalışmaya göre bulunan sürenin belli katsayılarla çarpılması gerekmektedir. h) Kurutma fırınının yapısı, fanların yeri, ısıtma şekli, nemlendirme düzeneği ve havalandırma gibi teknik donanımın kurutma süresi üzerine dolaylı olarak etkisi bulunmaktadır. i) Uygulanan kurutma yöntemi kurutma süresini doğrudan etkilemektedir. Nem yoğuşturma ile kurutmada süre çok uzun, vakumlu kurutmada ise kısadır [16]. 3.3. Ağaç Malzemede Meydana Gelen Kurutma Kusurları Kurutma sırasında meydana gelen ve ağaç malzemenin az veya çok kalitesini ve değerini düşüren çatlaklar, sertleşme hali, hücre çökmesi, biçim değişmeleri, renk değişmeleri gibi oluşumlara “kurutma kusurları” adı verilmektedir. Bazı kurutma kusurlarını ve nedenlerini aşağıda belirtilen şekillerde sıralamak mümkündür: 1)- Çok hızlı kuruma sonucu, dış yüzeyde buruşma ya da bal peteği görüntüsü oluşur. Kerestenin dış yüzeylerinde oluşan bu küçük çatlaklar kümesi bahsi edilen isimlerle adlandırılır. Kurutma sonrası bu çatlaklar göz ile izlenebilir. Resim 3.1’ de yüzeylerde oluşan bu çatlaklar görülmektedir. Yarılma ya da çatlama ve içe doğru çökme de (collapse veya hücre çökmesi) hızlı kuruma sonucu oluşabilecek diğer kurutma kusurlarıdır. Resim 3.2’ de hızlı kuruma sonucu içe doğru çökmüş bir kereste örneği görülmektedir. 46 (a) (b) Resim 3.1. Yüzeylerde oluşan çatlaklar Resim 3.2. Kerestede kurutma sırasında meydana gelen içe doğru çökme (Collapse veya hücre çökmeleri). 2)- Çok yavaş kuruma sonucu, yüzeyde lekelenme, küf oluşması, çürüme, eğrilik ve çarpıklık meydana gelebilir. Kerestelerde yavaş kuruma sonucu oluşan lekelenme Resim 3.3’de verilmiştir. Kerestede meydana gelen şekil değişikliği “eğilme”, “çarpılma” ve “bükülme” olmak üzere üç şekilde olur. Yavaş kuruma sonucu oluşabilecek bu şekil değişiklikleri Resim 3.4’de görülmektedir. 47 Resim 3.3. Kerestede yavaş kuruma sırasında oluşan lekelenme Resim 3.4. Kerestede oluşabilecek şekil değişiklikleri 3)- Yanlış istifleme sonucu çarpılma, özellikle eğilme, düzensiz kuruma meydana gelebilir. 4)- İşletme ile ilgili hatalar sonucu, keresteler çok yaş kalabilir ya da çok kuruyabilir. Ayrıca yüzey gerilmeleri artabilir. Bunların dışındaki kurutma kusurlarını budakların düşmesi, Ortadan ikiye çatlama (Resim 3.5) olarak sıralamak mümkündür. Resim 3.5. Ortadan ikiye yarılma şeklinde oluşan kurutma kusuru Uygulanan yöntem hataları da : Yüzeyde yarılma, çarpılma ve bakteriye bağlı olarak kötü koku olarak sıralanabilir. 48 4. KURUTMA İŞLEMLERİNDE ISI POMPASININ KULLANILMASI Isı geçişinin yüksek sıcaklıktaki bir sistemden düşük sıcaklıktaki bir siteme doğru kendiliğinden aktığı bilinen bir gerçektir. Fakat düşük sıcaklıklı bir ortamdan daha yüksek sıcaklıktaki başka bir ortama ısı geçişi kendiliğinden olamaz; bu ancak bir soğutma makinesi veya ısı pompası aracılığıyla gerçekleşebilir. Soğutma makineleri ve ısı pompaları aynı çevrime göre çalışırlar, fakat kullanım amaçları farklıdır. Soğutma makinesinin amacı çevre sıcaklığından daha düşük sıcaklıkta olan bir ortamdan ısı çekerek, ortamı düşük sıcaklıkta tutmaktır. Isı pompasının amacı ise ısıtılan ortamı istenen sıcaklıkta tutmaktır [23]. Bunun için düşük sıcaklıktaki bir kaynaktan çekilen ısı, daha yüksek sıcaklıktaki bir ortama verilir. Örneğin; ısı çekilen ortam dış hava, göl, deniz, kuyu suyu, ısı atılan ortam ise kullanma suyu, iç mahal vb. olabilir. Yapılan tariflere göre bütün soğutma sistemleri aslında bir ısı pompasıdır. Çünkü düşük sıcaklıktaki bir ortamdan ısı çekerler ve bunu yüksek sıcaklıktaki bir ortama atarlar. Bu çevrim ısı pompasının tarifi olarak da bilinir. Termodinamiğin 1. Kanunu olan enerjinin korunumu ilkesine göre; yoğuşturucudan atılan ısıya paralel olarak buharlaştırıcıdan çekilen ısı da artacaktır. Bu ifadeye göre termodinamiğin 1. Kanunu ısı pompasının enerji denklemi olarak buharlaştırıcıdan sisteme alınan ısı enerjisi ( Q Evap ; kWh), kompresörde harcanan enerjinin ( WKomp ; kWh) toplamı, yoğuşturucudan ortama atılan ısı enerjisine ( Q Kond ; kWh) eşittir. Bu değerlere göre yoğuşturucudan suya aktarılan ısı enerjisi Eş. 4.1’e göre; QKond= QEvap+ WKomp (4.1) şeklinde ifade edilir. Bir sistemde yoğuşturucudan ısı atımını artıracak herhangi bir değişiklik buharlaştırıcının ısı çekimini artırır ve bunun tersi de mümkündür; buharlaştırıcının ısı çekiminin artması, yoğuşturucudan ısı atımının artmasını da sağlayacaktır. 49 Isı pompası sistemleri yoğuşturucudaki (kondenser) ve buharlaştırıcıdaki (evaporatör) ısı atımı ve çekimi şekillerine göre; a) b) c) d) Hava – hava, Hava – su, Su – su, Toprak – hava, olmak üzere 4 guruba ayrılır [24]. Isı pompası sistemlerinin kurutma işlemlerinde kullanılması havadan-havaya ve havadan-suya ısı geçişi modellerinde olmaktadır. Nem yoğuşturarak kurutma, ısı kullanılarak bir katıdan kaldırılan nemin bir işlemde yoğuşturulmasıdır. Nemli ve sıcak hava ısı pompasının önce buharlaştırıcısı üzerinden (soğuk yüzeyli) geçerek çiy noktası altına kadar soğumaktadır. Nemli hava içerisindeki su buharı soğuk yüzeylerde yoğunlaşarak su haline gelmekte ve fırından atılmaktadır. Buharlaştırıcıdan geçerek soğumuş ve kurumuş (nemi azalmış) olan hava yoğuşturucu (sıcak yüzeyli) üzerinden geçerek tekrar ısınmakta ve kurutulacak ürün üzerine gönderilmektedir. Fırın içerisindeki hava su buharı karışımının dolaşımı fırın içerisine konan fanlar ile gerçekleşmektedir. Isı pompası sistemleri buharlaştırıcı, yoğuşturucu, kompresör ve genleşme valfi ile sistem içerisinde dolaştırılan soğutucu akışkandan oluşmaktadır. Sıcak ve nemli hava buharlaştırıcıdan geçerken ısı pompası içerisindeki soğutkanın buharlaşmasını sağlayan ısıyı bırakmaktadır. Sistem havasından ısı çekerek buharlaşan soğutucu akışkan kompresör tarafından emilerek sıkıştırılır. Basınç yükselmesi ile sıcaklık artmaktadır. Yüksek sıcaklık ve basınçtaki soğutkan kompresörden yoğuşturucuya iletilmektedir. Buharlaştırıcıda kurutma havasından çekilen buharlaşma gizli ısısı, yoğuşturucudan yine kurutma havasına yoğunlaşma gizli ısısı olarak atılır. Bu şekilde sistemde ısının geri kazanılması sağlanmaktadır. Bu işlemleri gerçekleştiren çift işlevli sisteme ısı pompası adı verilmekte ve kurutma işlemlerinde de faydalanılmaktadır. Kurutma olayı ısı ve kütle transferinin bir çok durumu ve kurutulacak ürünün gözenek yapısı ile ilgilidir. Kurutma işlemi yoğun bir enerjiye sahiptir çünkü nemin buharlaştırılması için kurutulacak ürün buharlaşma 50 gizli ısısına sahiptir. Kurutma sisteminde kullanılan enerjinin yoğun olması; sistemin enerji yönünden geliştirilmesinde çok dikkat edilmesine sebep olur. Son yıllarda ısı pompalı kurutucularda önemli gelişmeler olmuştur. yönünden etkili yeni Enerji tasarrufu tasarımlar ile sistemlerin geliştirilmesi amaçlanmıştır. Isı pompalarının bilinen enerji etkisi kurutma işlemlerinde etkili olarak kullanılmaktadır. Isı pompalı kurutucuların başlıca faydası atık ısıyı yeniden kullanmasından gelir ve ısı pompasının bu yapısı edebilecek yetenektedir. bir kurutma işlemindeki sıcaklığı ve nemi kontrol Bir çok araştırma ısı pompalı kurutucuların enerji etkinliğinin artırılması üzerinedir. Herhangi bir ısı pompalı kurutucuda ısı geçişi modeli olarak en çok taşınım (konveksiyon) ile ısı geçişi kullanılır (diğer ısı geçişi modelleri göz ardı edildiğinde), ısı pompası da buna uygun bir şekilde tertip edilir. Raflar, tepsiler veya fırın ısı pompası sistemi ile birleştirilerek kullanılmasına rağmen diğer çeşitleri de döner kurutucular gibi kullanılabilir. Flash ya da spray kurutucular ısı pompalı kurutma için uygun değildir. Isı pompası sistemlerinin kurutma amacı için tertibine “ısı pompalı kurutucular” denir. Isı pompası sistemlerinin kurutma işlemlerinde kullanılması; havadan-havaya ve havadan-suya ısı geçişi modellerinde olmaktadır. Isı pompalı kurutucuların sınıflandırılması ise Şekil 4.1’ de görüldüğü gibi yapılabilir. Isı Pompalı Kurutucuların Sınıflandırılması Kurutucunun İşletilmesi Kesik Kesik Aralıklı İşletme Kurutma Aşamalarının Sayısı Sürekli işletme Tek Aşamalı Kurutma Sıcaklık Üretimi Donma Noktasının Üzerinde Çok Aşamalı Kurutma Isı Pompasının Basamak Sayısı Donma Noktasının Altında Tek Basamaklı Şekil 4.1. Isı pompalı kurutucuların sınıflandırılması [25] Taşınım Yardımcı Isı Girişi İletim 1-Radio Frekansı 2-Mikrodalga 3-Kızıl ötesi Çok Basamaklı 51 4.1. Isı Pompalı Kurutucuların Çalışma Prensibi Şekil 4.2’de sistematik diyagramda soğutma sisteminin değişimi kurutma kabini ile birlikte gösterilmiştir. Kurutma havası boydan boya kurutma odasından geçer (“1” noktası) ve kurutulacak ürün içinde bulunan nemi buharlaştırarak bünyesine alır. Nem yüklü hava “2” noktasından doğrudan buharlaştırıcıya geçer. Buharlaştırıcı sistemde 2 türlü bulunur: 1- Doğrudan genleşmeli serpantin; soğutucunun sıvıdan buhara faz değişimi ile olur ve havanın nemi soğuk yüzeyde yoğuşur. Bu sistemde ısı atılan ve çekilen ortam havadır ve havadan –havaya ısı pompası olarak adlandırılır. 2- Soğutulmuş suyun, soğutma ve nem almak için serpantin içerisindeki akışı kontrol edilir. Isı pompası sistemi olarak havadan –suya ısı pompası olarak adlandırılır. Nem alma işlemi boyunca hava “1” noktasından “2” noktasına gelirken hissedilir bir şekilde çiy noktasına kadar soğur. Soğutmanın çiylenme noktası sıcaklığı altında devam etmesi durumunda havadaki nem yoğuşur. Buharlaştırıcıdaki soğutucu akışkan buharlaşırken havadan buharlaşma gizli ısısını çeker. Çekilen bu gizli ısı tekrar soğutucu akışkanla yoğunlaştırıcıya gider. Soğutma sırasında havadan çekilen ısı, yoğuşturucudan (“4-1” noktası) kurutma havasına hissedilir ısı olarak verilir. 4 YOĞUŞTURUCU 1 KURUTMA ODASI Hava Çevrimi 2 Soğutucu Çevrimi Şekil 4.2. Isı pompalı kurutma sistemi BUHARLAŞTIRICI Yoğuşan su 3 52 5. DENEY SİSTEMİNİN YAPILIŞI Bu çalışmada ağaç endüstrisinin kurutma fırınlarından temel beklentileri göz önüne alınarak bir kurutma fırını tasarlanmıştır. Kereste kurutulmasında deneysel olarak analiz edilecek olan ısı pompalı teknik kurutucu, Gazi Üniversitesi Teknik Eğitim Fakültesi Makine Eğitimi Bölümü Tesisat Anabilim dalı bahçesine kurulmuştur. Temeli ısı pompası sistemine dayanan kurutma fırınının verim analizleri kereste kurutulmasında denenmek üzere tertip edilmiştir. Kurutmanın tarihine bakıldığında artan kuru kereste ihtiyacını karşılamak için teknik kurutmanın ilk defa kereste kurutulmasında uygulandığı görülmektedir. Kereste içerisindeki nem bir çok organik maddeye göre çok fazladır. Kurutma fırını her ne kadar kereste kurutma amaçlı olarak hazırlanmış olsa da diğer bir çok organik maddeyi de (biber, kayısı, üzüm, elma vb.) rahatlıkla kurutabilme yeteneğine sahip olması düşünülmüştür. 5.1. Dış Hava Karışımlı, Isı Pompası Destekli Kereste Kurutucusu Tarafımızdan tasarlanan, kavak ve çam kerestelerinin kurutulmasında deneysel olarak incelenecek olan ısı pompalı kurutucu Şekil 5.1’ de verilmiştir. Ayrıca Şekil 5.1’de sistematik şekli verilen ısı pompalı kurutucunun imalat resimleri EK-1’de verilmiştir. Kurutucu enerji kaynağı olarak ısı pompasının yoğuşturucusundan (Y) faydalanacaktır. Kurutma havası sıcaklığının artması ile birlikte yoğuşturucu (Y) ısı atmakta zorlanacağından dışarıya bir de yardımcı yoğuşturucu (YY) konulmuştur. Sistemde sıcaklık kontrolü yoğuşturucu çıkışına (kurutma fırını girişi) monte edilen bir proses kontrol cihazı ile oransal olarak yapılacaktır. Kurutma için uygun görülen sıcaklığa ulaşıldığında proses kontrol cihazı kompresörü ve yardımcı yoğuşturucusuna ait fanı devreden çıkartacaktır. Yoğuşturucudan (Y) kurutma havasına atılan ısı, depo içerisine (BD) konulan ısı pompası sisteminin buharlaştırıcısında (B) sudan çekilecektir. Isı pompası sistemi bu ısıl denge şekliyle “hava- su ısı pompası” sistemi olarak adlandırılabilir. Kompresör çalıştığı sürece kurutma havasına yoğuşturucudan ısı atımı ve depo içerisinde bulunan buharlaştırıcı vasıtasıyla sudan ısı çekimi devam edecektir. 53 Depo üzerine ikinci bir proses kontrol cihazı monte edilmiştir Isı pompası sisteminin buharlaştırıcısı vasıtasıyla sudan çekilen ısı belirli bir seviyeye ulaştığında cihazın pompayı (P) çalıştıracağı, düşük sıcaklıktaki depo suyunu santral içerisindeki ısı değiştiricilerinden geçireceği düşünülmüştür. Kurutma havası içerisindeki keresteden alınan nem, çiy noktası altındaki ısı değiştiricisi yüzeyinde yoğuşacaktır. Nem alma yöntemi bu şekliyle “havanın çiy noktası altındaki bir yüzeyde neminin alınması” ifadesiyle adlandırılabilir. Fakat sistem santral girişinde bağıl ve özgül nemi düşük olan dış havadan dış hava klapesi (DHK) yardımı ile bir miktar hava alarak bunu iç hava ile karıştıracaktır. Dolayısı ile sıcak ve nemli olan iç havanın özgül ve bağıl nemi düşecek sıcaklığı bir miktar azalacaktır. yoğuşturucuda Sıcaklıktaki azalma tekrar telafi edilebilecek düzeylerde olacaktır. Yoğuşturucu girişinde dışarıdan alınan hava miktarı kadar hava ise yine dışarıya karışım havasından iç hava klapesi (İHK) ile atılacaktır. Sistem bu şekliyle “dış hava karışımlı, ısı pompası destekli kurutma fırını” olarak adlandırılır. Isı pompası sisteminin imalat resimleri EK-2 ’de gösterilmiştir. Sistemde elektrikle çalışan cihazların güçleri Çizelge 5.1.’ de verilmiştir. Kurutma fırını 4 temel kısım ve 3 çevrimden oluşmaktadır. Bunlar kurutma odası, ısı pompası sistemi, duyarga (sensör) bağlantıları, kanallar ve bağlantı borularıdır. Çevrimler ise soğutucu akışkan, hava ve su çevrimleridir. Çizelge 5.1. Kurutma fırınında kullanılan elektrikli cihazların güçleri CİHAZ GÜÇ (kJ/s) K Kompresör Soğutucu akışkanı R-404a 1,1 F1 Fan 0,37 F2 Fan 0,17 YF Yardımcı yoğuşturucunun fanı 0,06 Pompa 0,04 P 54 Kİ S-NÖ F2 İHK AK K YA S PCI 1716 KF PC DHK HZN YY PCLD 3968 SB F1 Y AÖ S-NÖ S-NÖ KB B BD YS SD P Şekil 5.1. Dış hava karışımlı, ısı pompası destekli kereste kurutma fırını Kİ: Kereste İstifi, F1: Fan, F2: Fan, Y: Yoğuşturucu, YY: Yardımcı Yoğuşturucu, YA: Yağ Ayırıcı, KF: Kurutucu Filtre, KB: Kılcal Boru, B: Buharlaştırıcı, BD: Buz Deposu, SD: Su Deposu, P: Pompa, YS: Yoğuşan Su, AÖ: Ağırlık Ölçer, AK: Akümülatör, K: Kompresör, SB: Soğutucu Batarya, HZN: Yoğuşan Su Haznesi, DHK: Dış Hava Klapesi, İHK: İç Hava Klapesi, S-NÖ: Sıcaklık ve Nem Ölçer, S: Sıcaklık Ölçer, PCI 1716: Kontrol Kartı, PCLD 3968: Sensör Bordu, PC: Bilgisayar. 5.2. Kurutma Odası Kurutma odası dış duvarı, dışarıdan içeriye doğru kireçli sıva, gazbeton duvar, poliüretan köpük ve kireçli alçı harcından oluşmaktadır. Duvar ayrıntısı Şekil 5.2’de ve Çizelge 5.2’ de verilmiştir. Ayrıca kurutma odasının yalıtımı esnasında çekilen resimler EK-1 ’de gösterilmiştir. 55 a b c d Şekil 5.2. Kurutma odası dış duvarı Çizelge 5.2. Kurutma odası dış duvar malzemelerinin özellikleri Malzeme Cinsi a b c d Dış sıva kireçli çimento harcı Gaz beton Poliüretan sert köpük levha İç sıva kireçli alçı harcı Kalınlık d (m) Isı iletkenlik hesap değeri λh (W/mK) 0,03 0,87 0,2 0,14 0,03 0,035 0,02 0,7 Toplam kurutma odası iç hacmi 8 m3 olarak tasarlanmış ve uygulanmıştır. Kurutma odası 2 m uzunluklarında kare prizma şeklindedir. Kurutma ayrıntısı Şekil 5.3 ’de ve Çizelge 5.3’ de gösterilmiştir. e f g h k Şekil 5.3. Kurutma odası tavanı odası tavanının 56 Çizelge 5.3. Kurutma odası tavan malzemelerinin özellikleri Malzeme Cinsi e f g h k Kalınlık d (m) Isı iletkenlik hesap değeri λh (W/mK) 0,05 1,4 0,02 0,19 0,1 2,1 0,03 0,035 0,02 0,7 Dış beton, çimento harçlı şap Polimer bitümlü su yalıtım örtüsü Donatılı beton Poliüretan sert köpük Kireçli alçı harcı Kurutma odasının tabanına bims çakılı dökülerek üzeri çimento harcı ile kaplanmıştır. Kurutma odası tabanının ayrıntısı Şekil 5.4’de ve Çizelge 5.4’de verilmiştir. L m n Şekil 5.4. Kurutma odası tabanı Çizelge 5.4. Kurutma odası taban malzemelerinin özellikleri Malzeme Cinsi m Çimento harçlı şap Bims çakıl n Toprak L Kurutma odasının Kalınlık d (m) Isı iletkenlik hesap değeri λh (W/mK) 0,05 0,87 0,2 0,14 - - 4 m2’lik taban betonunun ortasına ağırlık ölçer (load-cell) bağlantısı için düzenek yerleştirilmiştir. 57 Kurutma odasının ayrıntısı Şekil 5.5 ’de verilmiştir. Şekil 5.5 ’den görüldüğü üzere oda içerisine, Kereste istifi üzerinde istenen hava hız değerinin sağlanabilmesi için fan yerleştirilmiştir. 2 1 4 3 5 6 Şekil 5.5. Kurutma odası 1. Kurutma odası, 2. Hava emiş kanalı, 3. Hava üfleme kanalı, 4. Kereste istifi, 5. Fan, 6. Ağırlık ölçer 5.3. Isı Pompası Sistemi Dış hava karışımlı ısı pompalı kereste kurutma sistemi ısı çekilen ve atılan akışkan olarak su ve havanın kullanıldığı sistemdir. Bu yüzden sistem su –hava ısı pompası sistemi olarak adlandırılabilir. Şekil 5.6’da görülen ısı pompası sistemi, buharlaştırıcı (evaporatör), yoğuşturucu (kondenser), kurutucu filtre (Dryer), kılcal boru, gaz deposu (Akümülatör), yağ ayırıcı (oil seperatör), kompresör (ekowat), su deposu, buz deposu ve su pompasından oluşmaktadır. Isı pompası siteminin imalat resimleri EK-2’de gösterilmiştir. 58 PK T R İHK SB Kurutma odası giriş havası Kurutma odası dönüş havası F1 Y Q DHK HZN YF YY K YA KF S B AK T PK YS KB BD R Q SD P Şekil 5.6. Isı pompalı kurutucunun soğutma sistemi F1: Fan , Y: Yoğuşturucu, YY: Yardımcı Yoğuşturucu, YA: Yağ Ayırıcı, KF: Kurutucu Filtre, KB: Kılcal Boru, B: Buharlaştırıcı, SD: Su Deposu, P: Pompa, YS: Yoğuşan Su, AK: Akümülatör, K: Kompresör, SB: Soğutucu Batarya, HZN: Yoğuşan Su Haznesi, DHK: Dış Hava Klapesi, İHK: İç Hava Klapesi, PK: Proses Kontrol Cihazı Kurutma havası istif edilen kereste içerisindeki nemin buharlaştırılması için gerekli enerjisini ısı pompasının yoğuşturucusundan (Y) alması düşünülmüştür. Kurutma havasının istenilen sıcaklığa gelmesi ile yoğuşturucuya (YY) ait birlikte kompresörü ve yardımcı fanı devreden çıkartması için proses kontrol cihazı konulmuştur. Sistemdeki pompa (P), buharlaştırıcı (B) vasıtası ile kurutma havasının çiy noktası sıcaklığının altına kadar soğuyan suyu, soğutucu bataryada (SB) proses kontrol cihazı (PK) yardımı ile dolaştırmak için konulmuştur. Bu şekilde kurutma havası, çiy noktası altındaki bir yüzey ile temas ettiğinde içerindeki nemi yoğuşacaktır. Yoğuşan su için soğutucu batarya altına yoğuşma suyu haznesi (HZN) ilave edilmiştir. Sistem içerisinde belirli bir süre sonra kurutma havasının nemi artacağı düşünülerek bunun önlenmesi için bağıl nemi düşük olan dış havadan, dış hava kapağı (DHK) yardımı ile bir miktar hava sisteme alınacaktır. Sisteme alınan hava miktarı kadarı hava yoğuşturucudan önce, iç hava kapağı (İHK) yardımı ile sistemden atılacaktır. 59 5.4. Ölçü Aletleri ve Bağlantıları Sisteme kurutma havasının nem ve sıcaklık değerlerinin ölçülmesi için duyargalar yerleştirilmiştir. Bu ölçüm verileri PCLD 3968 sensör bordu üzerinden PCI 1716 kontrol kartı yardımı ile bilgisayarda toplanmış ve sistem kontrol edilmiştir. Sisteme yerleştirilen duyargalar, yoğuşturucu(Y) giriş, yoğuşturucu çıkış (kurutma odası giriş) ve kurutma odası çıkış havalarının yolu üzerindedir. Buharlaştırıcının bulunduğu su deposundan (SD) sadece sıcaklık ölçümleri yapılacaktır . Kurutma odası içerisine istiflenen kerestelerin ağırlığı ise aynı kontrol kartı üzerinden ölçülecektir. Duyarga (sensör) bağlantıları Şekil 5.7’ de verilmiştir. Ölçümlerin yapılmasında kullanılan “GeniDAQ” programı ile oluşturulan yazılım EK-2’de gösterilmiştir. S-NÖ Y İHK S-NÖ S-NÖ SB F1 DHK AÖ S B PCI 1716 PCLD 3968 BD PC Güç kaynağı (24 V DC) Şekil 5.7. Ölçü aletleri ve bağlantıları Kontrol kartı yardımı ile yapılan ölçümlerde kullanılan ölçü aletleri ve özellikleri Çizelge 5.5 ’de verilmiştir. Bunların dışında dış havanın sıcaklığının, bağıl neminin, kurutma havası hızının ölçümünde kullanılan klasik ölçüm cihazlarının özellikleri Çizelge 5.6 ’da verilmiştir. Bilgisayar ve ölçüm cihazlarının bağlantıları EK-2’de verilmiştir. 60 Çizelge 5.5 Klasik ölçüm cihazları ve özellikleri CİHAZ MARKA Hız ve sıcaklık ölçüm cihazı TESTO Nem ve sıcaklık ölçüm cihazı TESTO Ağaç malzemeler için nem ölçer TESTO ÖZELLİK Sıcaklık -20 ile +70 oC Hız 0 ile 20 m/s Hassasiyet 0.01 m/s 0,1 oC Teleskobik kanal probu Heated wire, NTC sensör. Dijital termohigrometre Ölçüm aralığı -10 ile 70 oC’de +5 ile +95% RH Hassasiyet ± 3 RH ± 1 oC Sıcaklık ölçümü 0-100 oC Ölçüm aralığı 6 ile 44% hassasiyet ± 1% Çizelge 5.6. Ölçü aletleri ve özellikleri CİHAZ MARKA ÖZELLİK Giriş Sıcaklık sensörü ELİMKO Bağıl nem ve sıcaklık sensörü ELİMKO Ağırlık ölçer Ağırlık çevirici HBM ELİMKO Kontrol kartı ADVANTECH Duyarga (sensör) bordu ADVANTECH Bilgisayar programı GeniDAQ Pt-100 R/T Tip Skala 0-70 oC Besleme 24 V-DC Çıkış 4-20 mA Skala 0-120 oC 0-100 RH (%) Çıkış 4-20 mA Besleme 24 V-DC Doğruluk Sınıfı 10-90 RH m 2 RH (%) 0-40 oC m 0.5 oC Tip- Pw 16C3/100 kg Kapasite 100 kg Doğruluk Sınıfı C3 Hassasiyet 2.0 mV/V m 0.2 Tip – E-7574-A Giriş 2 mV/V Çıkış 4-20 mA Besleme 220 V Doğruluk 0.5 PCI -1716 16 Bit Çözünürlük 16 digital input kanal 16 digital output kanal 2 analog output kanal PCLD-3968 PCI-10168 kablo 32 bit GeniDAQ Development Edition 61 6. METOD 6.1. Ağaç Malzemenin Neminin Bulunması Ağaç malzemenin tam kuru kütlesinin bir başka ifade ile içerisindeki nem miktarının bulunmasında bir çok metot olmasına karşın en doğru ve kesin sonuç veren metot fırında kurutma metodudur. Ağaç malzeme (103 ±2) oC’ de kurutma fırınında kurutulur ve kurutma numune parçaları 6 veya 4 saatlik aralarla tartılır birbirini izleyen iki ağırlık ölçümü arasında kütle farkının her bir deney parçası için % 1’ den az olması halinde tam kuru ağırlığa gelinmiş kabul edilir. Bu metot ile tam kuru ağırlığın bulunmasında kullanılan tartının en az 0,01 gr hassasiyette olması gerekir. Fırında kurutma metodunun dışında nem miktarının bulunmasında dijital batırmalı tip nem ölçüm cihazları da kullanılabilir. Fakat bu cihazlar ağaç malzemedeki nem miktarı % 40’dan fazla olması durumunda hassas ölçüm yapamamaktadır. Bu cihazlar ile lif doygunluğunun altında % 4-% 25 rutubet sınırları arasında ± % 1 hassasiyete kadar rutubet ölçmek mümkündür. Deneylere başlanmadan önce ısı pompalı kurutucuda kurutulacak olan kerestelerden 5 numune alınarak 100 ±2 oC bir fırında kurutmaya tabi tutulmuştur. Kütle değişim yöntemi ile tam kuru ağırlıklar bulunularak bu 5 numune için bulunan değerlerin ortalaması istif için de kabul edilmiştir. 6.2. Ağaç Malzemenin Kurutma Süresinin Bulunması Ağaç malzemenin kurutma süresi tam olarak hesaplanamayan çeşitli faktörlere bağlıdır. Bunlar, ağacın başlangıç nemi, kerestenin kalınlığı, kurutma havası sıcaklığı, hava hızı, kerestenin biçiliş yönü, kesintiler, kurutma fırınının yapısı ve ağacın türü olarak sıralanabilir. Sıralanan bu faktörleri içerisine alan ayrıntılı bir eşitlik, Eş. 6.1’de verilmiştir. 1, 5  d  65  1,5  S k = ⋅ (ln U a − ln U e ) ⋅   ⋅ ⋅   α  25  T  v  1 0, 6 (6.1) 62 Eşitlikte, 1/ α kurutulan kerestenin özgül ağırlığına bağlı bir katsayıdır ve Çizelge 6.1’de verilmiştir. Çizelge 6.1. 1/ α değerleri Özgül ağırlık (kg/m3) 1 375 400 425 450 475 500 525 550 14,70 16,80 18,90 21,00 23,05 25,10 27,20 29,35 α Özgül ağırlık (kg/m3) 1 650 675 700 725 750 775 800 825 37,70 39,80 42,00 43,85 46,05 48,15 50,25 52,40 α 575 600 31,45 850 625 33,50 35,55 875 54,30 900 56,40 58,60 Ua ve Ue kerestenin başlangıç ve sonuç nem (%) miktarlarıdır. “d”, mm olarak kerestenin kalınlığıdır. (d/25)1,5 değeri için Çizelge 6.2’den faydalanılabilinir. Çizelge 6.2. (d/25)1,5 değerleri Kerestenin kalınlığı (mm) d     25  10 12 15 18 20 22 24 26 28 30 35 40 1, 5 0,253 0,332 0,465 0,611 0,716 0,826 0,941 1,061 1,185 1,315 1,656 2,024 “65/T” ifadesindeki “65” sabit bir sayı olup, “T”, oC olarak kurutma havası sıcaklığıdır. “vist”, (m/s) olarak istif üzerindeki hava hızıdır. “1,5/vist0,6” değerleri için Çizelge 6.3’den faydalanılabilir [16]. Çizelge 6.3. (1,5/v)0,6 değerleri İstif üzerindeki hava hızı (m/s)  1,5     vist  0,6 0,8 1,00 1,20 1,30 1,40 1,50 1,60 1,70 1,80 1.733 1,460 1,276 1,144 1,088 1,041 1,00 0,960 0,927 0,896 0,6 63 6.3. Kurutma Fırınının Enerji ve Kütle Analizi Kurutma fırınının enerji ve kütle analizleri, kurutma odası için enerji ve kütle denklikleri ile sistemin diğer kısımlarını içeren enerji ve kütle denkliklerinden oluşmaktadır. 6.3.1. Kurutma odası için enerji ve kütle analiz yöntemleri Kurutma odası için enerji ve kütle analizinde sisteme giren ve çıkan enerji dengesi Şekil 6.1’de sembolize edilmiştir. m& ç Kurutma Kabini ωç m& sb hç Q& bv Tç m& g ωg hg Tg Şekil 6.1. Kurutma kabininin enerji dengesi Kuru hava için kütlenin korunumu; ∑ m& = ∑ m& g ç (6.2) Hava ile taşınan su buharı için kütlenin korunumu; ∑ (m& sg + m& sb )= ∑ m& sç (6.3) ⋅ω g + m& sb ) = ∑ m& ç ⋅ωç (6.4) ya da ∑ (m& g şeklinde ifade edilir. 64 Enerjinin korunumu; & −W & = Q yv  Vç2 − Vg2  & ∑ mç ⋅  h Tç − h Tg + 2      (6.5) eşitliğinde olduğu gibi yazılır [26, 27]. 6.3.2. Tüm sistem için enerji ve kütle analizinde kullanılan eşitlikler Tüm sistem için enerji ve kütle eşitliklerinin sembolik görünüşü Şekil 6.2’de gösterilmiştir. 2 8 SF 1 7 22’ ’ 6 5 4 3 Şekil 6.2. Isı pompası destekli kereste kurutma fırınının sistematik gösterimi Kuru hava için kütlenin korunumu; ∑ (m& g + m& da )= ∑ (m& ç + m& dg ) (6.6) eşitliği ile tarif edilir. Hava ile taşınan su buharı için kütlenin korunumu sistemde sürekli nem yoğuşturması yapılmadığından 2 türlü olacaktır. Birinci durum soğutucu bataryada 65 nem yoğuşturmasının yapıldığı, ikincisi ise yapılmadığı durumdur. Sistem içerisinde havanın devir- daim sırasında kabul edilen eşit şartlar aşağıda sıralanmıştır: m& Fç = m& Sç = m& Kh m& dg = m& da m& g = m& ç ω Sç = ω Fç = ω g Aşağıda belirtilen noktalarda havanın bütün şartları eşit kabul edilmiştir. 2 = 2’ 5=6 6 = 7 fakat m& Fç ≠ m& g ’dir. Nem yoğuşturmasının yapılmadığı durum için eşitlikler: Hava ile taşınan su buharı için kütlenin korunumu; 2’-1 m& g ⋅ ω g = m& ç ⋅ω ç + m& dg ⋅ω dg − m& da ⋅ω Fç − H k (6.7) Kurutma fırınından saatte atılan nem miktarı; 2’-1 s a = m& ç ⋅ ωç + m& dg ⋅ ωdg − m& g ⋅ ω g (6.8) Karışım havasının taşıdığı nem miktarı (m& Kh ) ; 2’-3 4 m& Kh ⋅ ω Kh = m& ç ⋅ ω ç + m& dg ⋅ ω dg (6.9) 66 Karışım havasının özgül nemi (ω Kh ) ; 2’-3 ω Kh = 4 m& ç ⋅ ω ç + m& dg ⋅ ω dg m& ç + m& dg (6.10) eşitlikleri ile tarif edilirler . Nem Yoğuşturmasının yapıldığı durum için eşitlikler; Hava ile taşınan su buharı için kütlenin korunumu; 2’-1 m& g ⋅ω g = m& ç ⋅ωç + m& dg ⋅ωdg − m& Kh (ω Kh − ω Sç ) − m& da ⋅ω Fç − H k (6.11) Kurutma fırınından atılan ve alınan nem miktarı; 2’-1 s a = m& ç ⋅ ωç + m& dg ⋅ ωdg − m& g ⋅ ω g + m Kh (ω Kh − ωSç ) (6.12) Soğutucu bataryadan, kurutma havası ile birlikte geçen su buharı için kütle denkliği; 4 5 m& Kh ⋅ω Kh = m& Sç ⋅ω Sç + m& Kh (ω Kh − ω Sç ) (6.13) Soğutucu bataryadan geçen kurutma havası için enerjinin korunumu denkliği; 4 5 Q& Sç = m& Kh (hKh − hSç ) − m& Kh (ω Kh − ω Sç ) ⋅ hw (6.14) 67 Fan çıkış şartlarının belirlenmesi ; 5 6 2  W& V f Fç  hFç =  −  m& Fç 2 ⋅1000    + h  Sç  (6.15) Isı pompası sisteminin yoğuşturucusundan geçen kurutma havası için enerjinin korunumu denkliği; 7 1 & & Q Yv = m g (h T g − h Fç ) (6.16) yada, Q& Yv = m& g ⋅ C p ⋅ (Tg − TFç ) (6.17) eşitliklerinde olduğu gibi açıklanabilir [28,29]. Isı pompalı kurutucunun ısıtma tesir katsayısı ; ITK Kurutucu = & Q Yv & & & & +W & WF1 + WF 2 + WF3 + W C P (6.18) eşitliği ile hesaplanır. Kurutma fırınlarının en önemli verim etkinliği kurutucuda 1 kg nem kaldırmak için harcanması gereken enerjidir. Özgül nem alma oranı (ÖNAO) olarak tanımlanan bu ifade Eşitlik 6.19’da olduğu gibi tanımlanır [30, 31]. ÖNAO Kurutucu = & Sb m & & & +W & +W & WF1 + WF 2 + W F3 C P (6.19) 68 6.3. Ekserji Analizi Ekserji, enerjinin diğer enerji türlerine dönüştürülebilen kısmıdır. Bir başka tanıma göre ise; ekserji, tersinir bir süreç sonunda çevre ile denge sağlandığı taktirde kuramsal olarak elde edilebilecek maksimum iş miktarıdır. Diğer tüm termodinamik analizler gibi, ekserji analizi içinde tersinir sürecin nasıl olduğunun bilinmesi gerekli değildir. Sadece sürecin başlangıç-giriş noktaları ile bitiş-çıkış noktaları için geçerli olan şartların bilinmesi yeterlidir. Termomekaniksel ekserji herhangi bir durum ile çevrenin, sadece sıcaklığı ve basıncı ile dengeye geldiği durumdaki ekserjidir ya da entalpinin ekserjisidir [32]. Sistemin genel ekserji dengesi; Ekserji kaybı= ekserji girişi - ekserji çıkışı ∑E xk = ∑ E xg − ∑ E xç (6.20) eşitliği ile tanımlanabilir. Sistemin termomekaniksel ekserjisi “e1” ile tanımlanır ise; [ e1 = hTg − hTo − To (S Tg − S To )] (6.21) eşitliğinde olduğu gibi tanımlanır. Eşitlikte; hTg − hTo = C p (Tg − To ) (6.22)  Tg  S Tg − S To = C p ln    To  (6.23) ifadeleri ile açıklanır. Açıklanan ifadeler doğrultusunda “e1” eşitliği tekrar düzenlenir ise; 69   Tg   e1 = C p (Tg − To )− To ln    To  (6.24) eşitliği elde edilir. Eşitlikte; C p = C ph + ω g ⋅ C pb (6.25) ifadesi ile açıklanır. Son olarak özgül ekserji;   Tg e1 = (C ph + ω g ⋅ C pb ) (Tg − To )− To ln  To     (6.26) eşitliği halini alır. Şekil 6.2’deki 2 noktasında, kurutma odasından çıkan havanın ekserjisi; e2 = [hTç − hTo − To (S Tç − S To )] (6.27) “e1” eşitliği için tanımlanan benzer ifadeler “e2” eşitliği için de tanımlanır ise;   Tç e2 = (C ph + ω da ⋅ C pb ) (Tç − To )− To ⋅ ln   To     (6.28) ekserji verimi ya da ikinci kanun verimi için; Ekserji verimi = η ex = Ekserji çıkışı Ekserji girişi e2 e1 eşitliği kullanılır [33- 35]. (6.29) 70 7. DENEYLERİN YAPILIŞI 7.1. Deneylerin Yapılış Yeri Şekil 5.1’ de verilen ısı pompalı kurutucu Gazi Üniversitesi Teknik Eğitim Fakültesi Makine Eğitimi Bölümü Tesisat Anabilim Dalı bahçesine yapılmıştır. Kurutucu imalat resimleri EK 1’de verilmiştir. İmalatı yapıldıktan sonra kurutucu uzun bir süre test edilerek kurutma işlemlerine hazır hale getirilmiştir. 7.2. Deney Materyallerinin Hazırlanışı Ağaç malzemenin kurutma öncesinde ve sırasındaki kontrol ve hazırlık işlemleri kurutma sonrası kalitesinde önemli rol oynamaktadır. Kurutma işlemindeki unsurların ayrıntılı olarak göz önünde bulunması ve buna uygun yapılacak hazırlık safhaları kurutulan kerestenin de kalitesini artıracaktır. Bu yüzden ısı pompalı kurutucuda kurutma işlemine başlanmadan önce kurutulacak ağaç malzemeler aşağıda belirtilen yöntemle kurutmaya hazır hale getirilmiştir. a) Mobilya sanayinde en çok kullanılan kavak ve çam keresteleri olduğundan bu malzemelerden öncelikle çam kerestesi taze halde (kesildikten hemen sonra) Ankara Siteler Mobilya Sanayinden temin edilmiştir. b) 2,5 cm kalınlığında 1 metre boyunda ve 20 cm genişliğinde biçilerek kurutma işlemine hazır hale getirilmiştir. c) Biçildikten sonra 1 hafta gölgede sündürülen çam kerestelerinin farklı bölgelerinden 5 numune alınarak tam kuru ağırlığı tespit edilmiştir. d) 1 metre uzunluğundaki kerestelerden 60 cm içerisinden 3 cm genişliğinde 5 farklı numune alınarak 100 ± 2 oC’de sabit tutulan bir fırında 10 saat süresince kurutma işlemine tabii tutulmuştur. Tam kuru madde miktarı belirlenen bu 5 numunenin ortalaması tüm istif için başlangıç nem miktarı olarak kabul edilmiştir. 71 e) Fırından 2 saatte bir çıkarılarak ağırlıkları ölçülen numunelerin birbirini takip eden 2 ölçüm sonunda ağırlığın % 1’den daha az değişmesi durumunda tam kuru ağırlığa gelinmiş kabul edilmiştir. f) Örnek numunelerde bulunan çam kerestelerinin, tam kuru hal nemi toplam istif için kabul edilerek, tam kuru halde istifin olması gereken ağırlığı belirlenmiştir. g) Çam kerestelerindeki son rutubet hali % 15 (kg su / kg kuru madde ) kabul edilerek bu nem miktarında istifin olması gereken ağırlığı saptanmıştır. h) Bu işlemlerden sonra istif, kurutma odası içerisindeki ağırlık ölçer (load cell) üzerine yerleştirilerek kurutma işlemine başlanmıştır. i) Kereste içerisindeki nem ağırlık değişimi metodu ile takip edilerek, istif istenilen ağırlığa gelindiğinde kurutma işlemi sonlandırılmıştır. j) 24 saat çalışma esasına göre çalışan kurutma işlemine başlanmadan önce yaklaşık olarak kurutma süresi hesaplanarak kurutmanın sonlandırılacağı zaman belirlenmiştir. k) Kurutma işleminden sonra manuel ölçüm cihazı ile kerestedeki son nem miktarı ölçülerek kontrol edilmiştir. Çam kerestesinin kurutulmasında izlenen bu adımlar kavak kerestesinin kurutulmasında da izlenmiştir. 7.3. Çam Kerestelerinin Kurutulması 7.3.1. Tam kuru ağırlığın bulunması 2,5 cm kalınlığında 1 metre uzunluğunda ve 20 cm genişliğinde kesilen çam kerestelerinin 5 farklı yerinden 2 cm genişliklerinde numuneler alınarak, 100 ± 3 oC’ lik bir fırında 10 saat süre ile kurutulmuştur. Birbirini takip eden iki ölçüm sonunda ağırlık değişiminin % 1’den az olması durumunda, numuneler tam kuru kabul edilmiştir. Kerestelerdeki nem miktarı tam kuru madde oranına göre Eş. 3.2 kullanılarak hesaplanmıştır. 72 Beş farklı numunenin ortalama nem miktarı 0,60 kg su / kg kuru madde olarak bulunmuştur. Çam kerestelerinin 0,60 kg su/ kg kuru maddedeki ağırlığı bilgisayara bağlı ağırlık ölçerden (Load cell) 22 kg olarak ölçülmüştür. Bu kerestelerin kurutma odasında ağırlık ölçer üzerindeki platforma yerleştirilmesinde kullanılan kuru istif çitalarının ağırlığa 1,5 kg’dır. İşlem sonunda, 0,60 kg su/ kg kuru maddedeki çam kerestelerinin ağırlığı; 22 − 1,5 = 20,5 kg olarak bulunur. Yaş ağırlığı ve tam kuru madde nem miktarı bilinen kerestelerin tam kuru ağırlığı Eş. 3.2’den; 60 = 20,5 − KA ⋅100 KA KA = 12,81 kg olarak bulunur. Çam kerestelerinin kurutma sonrası olması istenen son hal rutubet miktarı 0,15 kg su/kg kuru madde olarak kabul edilmiştir. Buna göre; Kerestelerin 0,15 kg su/ kg kuru maddedeki ağırlığı; 15 = YA%15 − 12,81 ⋅100 12,81 YA%15 = 14,73 kg olarak bulunmuştur. 14,73 kg çam kerestelerinin tam kuru madde oranına göre % 60 nem miktarından % 15 nem miktarına kadar kurutulduktan sonra olması gereken ağırlığıdır. Ağırlık 73 ölçere kuru haldeki istif çitaları ile birlikte konulduğundan bilgisayardan okunacak değer; 14,73 + 1,5 = 16,23 kg olmaktadır. Yapılan işlemler sonunda, ısı pompalı kurutma fırınında yapılan kurutma işlemi sırasında çam kerestelerinin kütlesinin kurutma süresine göre değişimi bulunmuştur. Şekil 7.1’deki grafikte çam kerestelerinin zamana bağlı olarak kütle değişim grafiği verilmiştir. Ayrıca Şekil 7.2’de Eş. 3.2 kullanılarak oluşturulmuş çam kerestelerinin kuruma oranı grafiği verilmiştir. Kuruma oranı kerestelerdeki su miktarının toplam kuru maddeye oranı olarak alınmıştır. Kütle değişimine bağlı olarak kuruma oranı grafiği ise Şekil 7.3’de gösterilmiştir. Kurutma sürresi (saat) Şekil 7.1. Çam kerestelerinin zamana bağlı olarak kütle değişimi Nem miktarı (kg su/kg madde) Nem miktarı (kg su/kg kuru kuru madde) 74 Kurutma süresi (saat) Nem miktarı (kg su/kg kuru madde) Şekil 7.2. Çam kerestelerindeki nem miktarının zamana bağlı olarak değişimi Şekil 7.3. Çam kerestelerinin kütlesinin içerisindeki nem miktarına göre değişimi 75 7.3.2. Kurutma süresinin bulunması Kurutma süresinin hesaplanmasında kurutulacak ağaç türünün aşağıda belirtilen özellikleri belirlenmesi gerekir. Bu nedenle; önce sözü edilen özellikler aşağıdaki gibi bulunmuştur. Ağaç türü : Sarı çam Kereste kalınlığı : 20 mm Özgül ağırlık : 480 kg/m3 Başlangıç rutubeti : 0,60 kg su/kg kuru madde Sonuç rutubeti : 0,15 kg su/ kg kuru madde Kurutma havası sıcaklığı : 42 oC Bu veriler ışığında kurutma süresinin hesaplanmasında Eş. 7.1’den faydalanılmıştır. St = S I + Sk (7.1) Eşitlikte verilen “Sk” Eş. 6.1’den bulunmuştur. “SI” ısıtma aralığı olup; S I = d ⋅ f1 (7.2) eşitliği ile hesaplanmıştır. Eş. “d” kereste kalınlığı ve “ f1 ” çarpım katsayısıdır. Buradan; S I = 20 ⋅ 0,1 S I = 2 saat olarak bulunur. Eş. 6.1’den kurutma süresi ; 1, 5  d  65  1,5  S k = ⋅ (ln U a − ln U e ) ⋅   ⋅ ⋅   α  25  T  v  1  20  S k = 23.46 ⋅ (ln 60 − ln 15) ⋅    25  1, 5 0, 6  65   1,5  ⋅  ⋅   42   0.8  0,6 76 S k = 51,68 saat olarak ve toplam kurutma süresi de Eş. 7.1’den; S t = 2 + 51,68 S t = 53,68 saat olarak bulunur. Kurutma fırını 15.08.2005 tarihinde saat 14:00’de çalıştırılmış, 17.08.2005 tarihinde saat 16:00’da durdurulmuştur. Toplam çalışma süresi 50 saat olmuştur. Çam kerestelerinin kurutulmadan önce (a) ve kurutulduktan sonraki (b) nem ölçümleri Resim 7.1’de gösterilmiştir. (a) (b) Resim 7.1. Çam kerestelerinin kurutulmadan önceki (a) ve kurutulduktan sonraki (b) nem ölçümleri Kurutma havasının sıcaklığı kurutmada çok büyük bir etken olduğu gibi kurutma havasının bağıl nemi ve ürün içerisindeki nem de kuruma hızını etkileyen diğer büyük etkenlerdir. Çam kerestelerinin kurutulması sırasında değişen dış hava iklim şartları Çizelge 7.1’de verilmiştir. 77 Çizelge 7.1. Çam kerestelerinin kurutulması sırasında değişen dış hava iklim şartları Tarih Sıcaklık (oC) Bağıl nem (%) 15.08.2005 31 38 16.08.2005 27 30 17.08.2005 28 33 Kurutma havası sıcaklığının zamana bağlı olarak değişimi Şekil 7.4’de verilmiştir. Sıcaklığın belirli zamanlarda yükselmesi ve düşmesi proses kontrol cihazı ile oransal olarak kontrol edilen ısı pompası sisteminin kompresörünün çalışıp durmasından kaynaklanmıştır. belirli zamanlarla Isı pompalı kurutucuda kurutma havasının bağıl neminin kerestelerdeki nem miktarına göre değişim grafiği (desorpsiyon eğrisi) ise Şekil 7.5’ de verilmiştir. Kurutma havası sıcaklığı (C) 50 45 40 35 6 5 4 3 2 y = -1E-07x + 2E-05x - 0,0016x + 0,0508x - 0,8065x + 5,7841x + 27,827 2 R = 0,8202 30 25 0 5 10 15 20 25 30 35 40 Kurutma süresi (saat) Şekil 7.4. Zamana bağlı olarak kurutma havası sıcaklığının değişimi 45 50 55 Nem miktarı (kg su/ kg kuru madde) 78 0,75 y = 0,086e0,0405x R2 = 0,9474 0,6 0,45 0,3 0,15 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Kurutma havası bağıl nemi (%) Şekil 7.5. Kurutma havasının bağıl neminin, keresteler içerisindeki neme göre değişim grafiği (desorpsiyon eğrisi). Kuruma hızını, bununla birlikte de kurutma süresini etkileyen diğer bir unsurda kurutma havasının hızıdır. Kurutma havasının hızı; kereste kurutma sanayinde kurutma kalitesini de etkileyen bir unsurdur. Isı pompalı kurutucuda istiflenen kerestelerin üzerindeki hava dağılımı çeşitli noktalardan ölçülerek Çizelge 7.2’de verilmiştir. Çizelge 7.2’ deki değerlere göre havanın dağılım haritası çıkartılarak Şekil 7.6’da gösterilmiştir. Şekil 7.6’ daki haritadan görüleceği üzere istif üzerindeki hava hızının 0 - 1,5 m/s arasında değiştiği söylenebilir. İstif üzerindeki ortalama hava hızı da Çizelge 7.2’ den 0,8 m/s olarak bulunmuştur. 79 Çizelge 7.2. İstifin değişik bölümlerinden ölçülen hava hızları (m/s) Y Havanın eksenel fan ile istif üzerine üflendiği taraf İstifin orta tarafları Havanın üflendiği noktaya göre istifin son tarafları 0,51 1,5 1,3 1,2 0,47 0,59 1 1 0,22 0,35 0,37 0,44 0,78 2 0,24 0,23 0,28 0,27 1,35 2,5 2,05 2,30 1,05 0,33 0,62 0,43 0,31 0,17 0,24 0,27 X Y X Hava hızı (m/s) 2 - 2 ,5 1 ,5 - 2 Aksiyal FAN Fan Eksenel 1 - 1 ,5 0 ,5 - 1 0 - 0 ,5 Şekil 7.6. Kereste istifleri üzerindeki havanın dağılım haritası 80 7.3.3. Enerji analizi Enerji analizine esas teşkil edecek sistem şeması Şekil 6.1’de verilmiştir. Kurutma odasındaki kerestelerdeki nemin buharlaştırılması için verilen enerjiyi Eş.7.3’de “faydalanılan enerji” olarak tanımlayabiliriz. Eş.6.5 enerjinin korunumu ilkesine göre tanımlanmıştır. Kurutma kabinine giren ve çıkan hava kesitleri birbirine eşit olduğundan hava hızı değişimleri çok az olmuştur. Bunların göz ardı edilmesi durumunda Eşitlik; Q& yv − W& = m& ç ⋅ (hç − hg ) şeklinde yazılır. Eşitlikteki kurutucuya verilen enerji ( Q& yv ) (7.3) Eş.6.17’den hesaplanmıştır. Kurutma havasının kütlesel debisi ise ; m& ç = ρ h ⋅V&h (7.4) eşitliği ile hesaplanmıştır. Çam kerestelerinin kurutulması sırasında ölçülen deney sonuçlarına göre Eş. 7.3’den kurutucuda faydalanılan enerji kurutma zamanına bağlı olarak hesaplanmış ve Şekil 7.7’de grafiksel olarak verilmiştir. Şekil 7.7’deki grafikte zamanla faydalanılan enerjinin düştüğü görülmektedir. Kurutma odasında kerestelerden başlangıçta serbest halde nem buharlaştırılmaktadır. Kerestelerdeki serbest haldeki nemin alınması bağlı nemin alınmasından daha hızlı ve kolay gerçekleşmektedir. Bu yüzden kurutmanın başlangıcında kullanılan enerji ile daha fazla nem buharlaştırılmaktadır. Böylelikle faydalanılan enerji de fazla olmaktadır. Kurutmanın sonlarına doğru ise kerestelerdeki hücre çeperleri içerisindeki bağlı nem kaldığından kullanılan enerji ile daha az nem buharlaştırılabilmektedir. Bundan dolayı faydalanılan enerji de azalmaktadır. Faydalanılan enerji de azalan eğimdeki dalgalanma ısı pompası sisteminin kompresörünün belirli sıcaklık aralıklarında çalışıp durmasından kaynaklanmıştır. 81 Faydalanılan enerji (kJ/s) 12 y = -5E-08x 6 + 8E-06x 5 - 0.0005x 4 + 0.013x 3 - 0.1561x 2 + 0.2615x + 9.9253 R2 = 0.903 10 8 6 4 2 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Kurutm a süresi (saat) Şekil 7.7. Zamana bağlı olarak ısı pompalı kurutucuda faydalanılan enerji Kurutucu, enerji kaynağı olarak ısı pompası sisteminin yoğuşturucusunu kullanmaktadır. Yoğuşturucudan kurutma havasına aktarılan enerji çam kerestelerinin kurutulması sırasında ölçülen deney sonuçlarına göre Eş.6.7’ den hesaplanmıştır. Ölçülen deney sonuçlarına göre Eş. 6.7’ den kurutma havasına verilen enerji bulunmuştur. Verilen enerjinin kurutma süresine göre değişimi Şekil 7.8’de Kurutma havasına verilen enerji (kJ/s) gösterilmiştir. 3.5 y = 5E-09x 6 - 1E-06x 5 + 0.0001x 4 - 0.0044x 3 + 0.0868x 2 0.7936x + 3.8787 R2 = 0.8348 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Kurutm a süresi (saat) Şekil 7.8. Zamana bağlı olarak kurutma havasına verilen enerji Kurutmanın başlangıcında kerestelerde bulunan nemin buharlaştırılması için kullanılan enerji kurutma süresine ve kerestelerdeki neme göre gittikçe azalmaktadır. 82 Kerestelerdeki nem miktarının azalması ile kurutma odasında faydalanılan enerjide azalmaktadır. Isı pompalı sistemlerin verimleri soğutma ya da ısıtma tesir katsayısı ile ifade edilirler. Isı pompalı kurutucunun ısıtma tesir katsayısı Eşitlik 6.18’de ifade edildiği gibidir. Şekil 5.6’da sistematik görünüşü verilen sistemdeki pompa, çam kerestelerinin kurutulması sırasında hiç çalışmayıp, Eş. 6.18’de pompanın harcadığı enerji ( W& p ) çıkarıldığında eşitlik; ITK Kurutucu = & Q Yv & +W & +W & +W & W F1 F2 F3 C (7.5) şeklini alır. Eş.7.5’de kompresörün gücü 1100 Wh’ dir. Çam kerestelerinin kurutulması sırasında kompresör saatte ortalama 5 dakika çalıştığından harcadığı enerji “90 W” olarak alınmıştır. Eşitlikte fanların harcadığı enerjiler Çizelge 5.1’de verilmiştir. Çam kerestelerinin kurutulması sırasında ölçülen deney verilerinden faydalanılarak ısı pompalı kurutucunun “ ITK Kurutucu ” hesaplanmış ve zamana göre değişim grafiği Şekil 7.9’da verilmiştir. Isı pompalı kurutucunun ısıtma tesir katsayısı ortalama Eş.7.5’den “1.87” olarak bulunmuş ve Şekil 7.9’da gösterilmiştir ITK Kurutucu (y median). Zaman (saat) Şekil 7.9. Isı pompalı kurutucunun ısıtma tesir katsayısının zamana göre değişimi 83 Çam kerestelerinden buharlaştırılan toplam nem 6 kg’ dır. Toplam kurutma süresi 50 saat olduğundan saatte alınan nem ortalama 0,12 kg olarak bulunur. Isı pompalı kurutucu için gerekli enerji miktarı fanlarda ve kompresörde kullanılan enerji miktarıdır. Saatte kullanılan enerji miktarı 0,635 kJ/s’dir. Eş. 6.19’dan kurutulan çam keresteleri için ÖNAO değeri; ÖNAO Kurutucu = 0.188 kg / kWh olarak bulunmuştur. 7.3.4. Çam kerestelerinin kurutulması deneyinin ekserji analizi Sistemin termomekaniksel ekserjisi “e1” ile tanımlanmıştır. Eş. 6.24’den sistem ekserjisi değişen kurutma havası sıcaklığına bağlı olarak hesaplanmıştır. Eş. 6.24’de “Tg” kurutma havası sıcaklığı ve “To” çevre havası sıcaklığıdır. Deneyler süresince çevre havası sıcaklığı ortalama 28,6 oC olarak ölçülmüştür. “ C p ” havanın ve su buharının özgül ısılarının ortalaması olup, 1.438 kJ/kg K alınmıştır. Ekserji verimi Eş. 6.29’dan hesaplanarak kurutma süresine göre değişimi Şekil 7.10’da verilmiştir. ekserji verimi = η ex = e2 e1 ekserji çıkışı ekserji girişi 84 100 0.2487 y = 32.332x 2 R = 0.9814 90 Ekserji verimi (%) 80 70 60 50 40 30 20 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Kurutma süresi (saat) Şekil 7.10. Ekserji veriminin kurutma süresine bağlı olarak değişimi Eş.6.20’ den ekserji kaybı hesaplanmış ve kurutma süresine bağlı olarak değişimi Şekil 7.11’de verilmiştir. Ekserji kaybı= ekserji girişi - ekserji çıkışı ∑E xk = ∑ E xg − ∑ E xç Ekserji kaybı (kJ/kg) 2.5 2 1.5 1 0.5 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Kurutma süresi (saat) Şekil 7.11. Ekserji kaybının kurutma süresine bağlı olarak değişimi 55 85 Kurutucuda kerestelerdeki nemin buharlaştırılması için harcanan enerjinin azalması ile ekserji kaybı da azalmış, bu azalma Şekil 7.12’de gösterilmiştir. Şekil 7.12’de ekserji verimi kerestelerden buharlaştırılan nemin azalması ile ters orantılı olarak artmıştır. Kurutucuda kerestelerdeki nemin buharlaştırılması için kullanılan enerjinin azalması ile ekserji verimi de artmıştır. Kerestelerdeki nem miktarına göre ekserji kaybı grafiği Şekil 7.12’de verilmiştir. 2.4 Ekserji kaybı (kJ/kg) 3 2 y = -35.664x + 20.483x + 3.542x - 0.7434 2 R = 0.9454 2 1.6 1.2 0.8 0.4 0 0 0.15 0.3 0.45 0.6 0.75 Nem miktarı (kg su/kg kuru madde) Şekil 7.12. Ekserji kaybının kerestelerdeki nem miktarına göre değişimi 7.4. Kavak Kerestelerinin Kurutulması Kavak kerestelerinin kurutulması sırasında da çam kerestelerinin kurutulmasında uygulanan yöntem izlenmiştir. 7.4.1. Tam kuru ağırlığın bulunması Daha önceden 2,5 cm kalınlığında 1 metre uzunluğunda 20 cm genişliğinde kesilerek kurutmaya hazır hale getirilmiş olan kavak kerestelerinin 5 farklı yerinden 2 cm genişliklerinde numuneler alınmıştır. Alınan numuneler 100 ± 3 oC’lik bir fırında 12 saat süre ile kurutulmuştur. Birbirini takip eden iki ölçüm sonunda ağırlık değişiminin % 1’den az olması durumunda numuneler tam kuru kabul edilmiştir. 86 Kavak kerestelerindeki başlangıç nem miktarı tam kuru madde oranına göre Eş. 3.2’den hesaplanmıştır. Alınan numunelerin ortalama başlangıç nem miktarı 1,28 kg su/ kg kuru madde olarak bulunmuştur. Kavak kerestelerinin bu nem miktarındaki ağırlığı, ağırlık ölçerden (Load cell) 26,7 kg olarak ölçülmüştür. Kavak kerestelerinin istiflenmesinde kullanılan kuru istif çitalarının ağırlığı 1,5 kg’dır. 1,28 kg su/ kg kuru maddedeki kavak kerestelerinin ağırlığı; 26.7 − 1.5 = 25,2 kg olarak bulunmuştur. Yaş ağırlığı ve başlangıç nem miktarı bilinen kavak kerestelerinin tam kuru ağırlığı Eş.3.2’den ; 128 = 25.2 − KA ⋅ 100 KA KA = 11,05 kg olarak bulunur. Kavak kerestelerinin kurutma sonrası olması istenen son hal rutubet miktarı % 15 olması istenmektedir. Kavak kerestelerinin 0,15 kg su / kg kuru maddedeki ağırlığı; 15 = YA%15 − 11.05 ⋅ 100 11.05 YA%15 = 12,70 kg olarak bulunur. 25,2 kg kavak kerestesi 1,28 kg su/ kg kuru madde başlangıç nem miktarından 0,15 kg su/ kg kuru madde nem miktarına kadar kurutulduğunda 12,70 kg gelmelidir. Ağırlık ölçer (Load Cell) vasıtası ile bilgisayardan okunacak değer 1,5 kg tam kuru istif çıtaları ile birlikte; 87 12.70 + 1.5 = 14,20 kg olacaktır. Şekil 7.13’deki grafikte kavak kerestelerinin zamana bağlı olarak kütle değişimi grafiği verilmiştir. Ayrıca Şekil 7.14’ de Eş. 3.2 kullanılarak oluşturulmuş kavak kerestelerinin nem miktarının zamana bağlı olarak değişimi verilmiştir. Kavak kerestelerinin kütlesinin, içerisindeki nem miktarına bağlı olarak değişim grafiği ise Şekil 7.15’de verilmiştir. Kurutma süresi (saat) Şekil 7.13. Kavak kerestelerinin zamana bağlı olarak kütle değişimi 88 Kurutma süresi (saat) Şekil 7.14. Kavak kerestelerindeki nem miktarının zamana bağlı olarak değişimi Şekil 7.15. Kavak kerestelerinin kütlesinin içerisindeki nem miktarına bağlı olarak değişimi 89 7.4.2. Kavak kerestelerinin kurutma süresinin bulunması Kavak kerestelerinin kurutma süresinin hesaplanmasında aşağıda belirtilen ağaç türünün özellikleri kullanılmıştır. Bu özellikler: Ağaç türü : Kavak Kereste kalınlığı : 20 mm Özgül ağırlık : 420 kg/m3 Başlangıç nem miktarı : 1,28 kg su/ kg kuru madde Son nem miktarı : 0,15 kg su/ kg kuru madde Kurutma havası sıcaklığı : 42 oC Kereste istifleri üzerindeki ortalama hava hızı: 0,8 m/s Yukarıda verilen özelliklere göre Eş.7.1’den kurutma süresi hesaplanmıştır. Eş. 7.1’de verilen “ S I ” ısıtma süresi olup; S I = d ⋅ f1 Eşitliğinden; S I = 20 ⋅ 0,1 S I = 2 saat olarak hesaplanmıştır. Eş. 6.1’den de kurutma süresi; S k = 63,14 saat olarak bulunur. Toplam kurutma süresi ise Eş.7.1’den; S t = 2 + 63.14 S t = 65,14 saat olarak bulunmuştur. 90 Isı pompalı kurutucu 16.09.2005 tarihinde saat 11:00’ den 19.09.2005 saat 9:00’a kadar çalıştırılmıştır. Toplam kurutma süresi 70 saat olmuştur. Ortalama 1,28 kg su/ kg kuru madde nem miktarından ortalama 0,15 kg su/ kg kuru madde nem miktarına kadar yapılan kurutma işleminde kurutma öncesi (a) ve kurutma sonrası (b) kerestelerdeki nem miktarının ölçümleri Resim 7.2’de gösterilmiştir. (a) (b) Resim 7.2. Kavak kerestelerinin kurutma öncesi (a) ve sonrasındaki (b) nem miktarları Kavak kerestelerinin kurutulması sırasında değişen dış hava iklim şartları Çizelge 7.3.’de verilmiştir. Çizelge 7.3. Kavak kerestelerinin kurutulması sırasında değişen dış hava iklim şartları Tarih Sıcaklık (oC) Bağıl nem (%) 16.09.2005 24.4 36 17.09.2005 24 44 18.09.2005 24.2 42.6 19.09.2005 24.4 54 Kurutucu ısı kaynağı (kondenserinden) olarak ısı pompası sisteminin yoğuşturucusundan faydalanmaktadır. Kurutma havası sıcaklığının zamana bağlı olarak değişimi Şekil 7.16’da verilmiştir. 91 o Kurutma havası sıcaklığı ( C) 50 45 40 35 30 25 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 Kurutma süresi (saat) Şekil 7.16. Kurutma havası sıcaklığının zamana bağlı olarak değişimi Kurutma havası bağıl nemi kerestelerdeki nem miktarına bağlı olarak değişmektedir. Isı pompalı kurutucuda kerestelerdeki nem miktarı azaldıkça kurutma havası bağıl nemi de azalmıştır. Kurutma havası bağıl neminin keresteler içerisindeki neme göre Nem miktarı (kg su/ kg kuru madde) değişim grafiği Şekil 7.17’de verilmiştir. 1,35 1,2 y = 0,0495e0,0678x R2 = 0,9637 1,05 0,9 0,75 0,6 0,45 0,3 0,15 0 10 20 30 40 50 60 Kurutma havası bağıl nemi (%) Şekil 7.17. Kurutma havasının bağıl neminin, keresteler içerisindeki neme göre değişim grafiği (desorpsiyon eğrisi) 92 7.4.3. Kavak kerestelerinin kurutulması deneyinde enerji analizi Isı pompalı kurutucu enerji kaynağı olarak faydalanmaktadır. Yoğuşturucudan kurutma sistemin yoğuşturucusundan havasına verilen enerji kavak kerestelerinin kurutulması sırasında elde edilen deneysel verilere göre Eş.6.7’den hesaplanmıştır. Elde edilen deneysel verilere göre Eş.6.7’den kurutma havasına Kurutma havasına verilen enerji (kJ/s) aktarılan enerji hesaplanarak Şekil 7.18’de verilmiştir. 4.5 4 y = -3E-05x3 + 0.0045x2 - 0.196x + 3.9965 R2 = 0.9635 3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 Kurutma süresi (saat) Şekil 7.18. Kurutma havasına verilen enerjinin zamana bağlı olarak değişimi Eş.6.5’deki enerjinin korunumu eşitliği ısı pompalı kereste kurutma fırını için sadeleştirilerek Eş.7.3’de olduğu gibi yazılmıştır. Eş.7.3’den kurutucuda faydalanılan enerji hesaplanarak Şekil 7.19’da verilmiştir. Faydalanılan enerji (kJ/s) 12 y = -3E-05x3 + 0.0052x2 - 0.3391x + 10.803 10 R2 = 0.9723 8 6 4 2 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 Kurutm a süresi (saat) Şekil 7.19. Kavak kerestelerinin kurutulması sırasında ısı pompalı kurutucuda faydalanılan enerjinin zamana bağlı olarak değişimi 93 Isı pompalı kurutucunun kavak kerestelerinin kurutulması sırasında Eş. 6.19’dan ısıtma tesir katsayısı hesaplanmıştır. Şekil 5.6’daki ısı pompalı kurutucuda bulunan pompa deneyler sırasında çok kısa süre çalıştığından bunun göz ardı edilmesi durumunda ITK Eş.7.5’deki gibi ifade edilebilir. Eş. 7.5’deki kompresörün gücü 1100 Wh’dir. Çam kerestelerinin kurutulması sırasında kompresörün saatte ortalama 10 dakika çalıştığından harcadığı enerji 180 W olmuştur. Eşitlikte fanların harcadığı enerjiler Çizelge 5.1’de verilmiştir. Kavak kerestelerinin kurutulması sırasında ölçülen deney verilerinden faydalanılarak ısı pompalı kurutucunun “ ITK Kurutucu ” hesaplanmış ve zamana göre değişim grafiği Şekil 7.20’de verilmiştir. Isı pompalı kurutucunun ısıtma tesir katsayısı ortalama “1,86” olarak bulunmuş ve ITK Kurutucu Şekil 7.20’de gösterilmiştir (y median). Zaman (saat) Şekil 7.20. Isı pompalı kurutucunun ısıtma tesir katsayısının zamana göre değişim grafiği Kurutma fırınlarının enerji yönünden verim etkinliği 1 kg nem kaldırmak için gerekli olan enerjidir. ÖNAO olarak ifade edilen bu tanım Eş. 6.20’de görülmektedir. Kavak kerestelerinden buharlaştırılan toplam nem 12,5 kg’ dır. Kurutma süresi 70 saat 94 olduğundan, saatte alınan nem ortalama 0,178 kg olarak bulunmuştur. Isı pompalı kurutunun fanlarda ve kompresörde harcadığı enerji 0,73 kJ/s ‘dir. Eş.6.19’dan kavak kerestelerinin kurutulması deneyinde elde edilen ÖNAO değeri; ÖNAO Kurutucu = 0,243 kg / kWh olarak bulunmuştur. 7.4.4. Kavak kerestelerinin kurutulması deneyinde ekserji analizi Termomekaniksel ekserjis “e1” ile tanımlanmıştır. Eş. 6.24’den sistem ekserjisi değişen kurutma havası sıcaklığına bağlı olarak hesaplanmıştır. Eş. 6.24’te “Tg” kurutma havası sıcaklığı ve “To” çevre havası sıcaklığıdır. Deneyler süresince ölçülen çevre hava sıcaklıkları ortalaması 24,2 oC olarak bulunmuştur. “ C p ” havanın ve su buharının özgül ısılarının ortalaması olup, 1.438 kJ/kg K alınmıştır. Kurutucunun ekserji verimi Eş. 6.29’dan hesaplanarak kurutma süresine göre değişimi Şekil 7.21’de verilmiştir. 100 0.2631 y = 28.34x 2 R = 0.9304 Ekserji verimi (%) 90 80 70 60 50 40 30 20 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 Kurutma süresi (saat) Şekil 7.21. Isı pompalı kurutucunun ekserji veriminin kurutma süresine göre değişimi Ekserji kaybı = ekserji girişi - ekserji çıkışı 95 Eş.6.20’de ekserji kaybı yukarıda ifade edildiği gibi açıklanmıştır. Isı pompalı kurutucunun ekserji kaybı bu eşitlikten faydalanılarak hesaplanmış ve Şekil 7.22’de verilmiştir. 4.5 4 y = -2E-05x3 + 0.0022x2 - 0.1216x + 4.0314 R2 = 0.8892 Ekserji kaybı (kJ/kg) 3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 Kurutma süresi (saat) Şekil 7.22. Kurutma süresine bağlı olarak ekserji kaybının değişimi Şekil 7.22’ den de görüleceği üzere kurutma süresi ile ters orantılı olarak ekserji kaybı azalmıştır. Kurutma süresinin artması ile ekserji kaybı azalmıştır. Kurutma süresi ile nem miktarının kendi içerisinde ters orantılı olduğu bilindiğine göre (kurutma süresinin artması ile nem miktarı azalır), o halde ekserji kaybı ile nem miktarı doğru orantılıdır diyebiliriz. Bu teori, ısı pompalı kurutucunun ekserji kaybının bulunarak nem miktarına göre değişimi Şekil 7.23’de gösterilerek ispatlanmıştır. 96 Ekserji kaybı (kJ/kg) 4.5 4 3 2 4 y = -13.612x + 38.584x - 36.483x + 15.546x - 1.1273 R2 = 0.905 3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0 0 0.15 0.3 0.45 0.6 0.75 0.9 1.05 1.2 1.35 Nem miktarı (kg su/kg kuru madde) Şekil 7.23. Ekserji kaybının kavak kerestelerindeki nem miktarına göre değişimi 7.5. Kavak ve Çam Kerestelerinin Kurutulması Verilerinin Karşılaştırılması Kavak ve çam kerestelerinin kurutulması deneylerinde elde edilen sonuçlar tek bir şekil üzerinde grafiksel olarak analiz edilmiştir. Şekil 7.24’de kavak ve çam kerestelerindeki nem miktarının kurutma süresine göre değişimi verilmiştir. Kavak kerestelerindeki başlangıç nem miktarının fazla olmasından dolayı kurutma süresi de uzun olmuştur. Kavak keresteleri içerisindeki serbest halde bulunan nemden dolayı kuruma oranı da çam kerestelerine oranla daha hızlı meydana gelmiştir. 97 Nem miktarı (kg su/kg kuru madde) 1,4 çam Kavak 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 Kurutma süresi süresi(saat) (h) Kurutma Şekil 7.24. Kerestelerdeki nem miktarının kurutma süresine göre değişimi Dışarıdan kurutucu içerisine alınan hava miktarı 8,77 kg/h’dir. Kurutucu içerisindeki toplam hava miktarı ise 9,6 kg’dır (havanın yoğunluğu 1,15 kg m-3). Isı pompalı kurutucuda sistem havasının tekrar kullanılma oranı yaklaşık olarak % 9’dur. Kurutucu içerisinde tekrar kullanılan hava miktarı 0,83 kg h-1’dir (9,6-8,77). Kurutucuda havanın tekrar kullanılma oranı (Recirculation air ratio) bu hava miktarının kurutucu içerisindeki toplam hava miktarına ((0,83/9,6) x100) olarak bulunmuştur. miktarının bölünmesi ile % 9 Dışarıdan kurutucu içerisine giren hava artması ile kurutma havası bağıl nemi ve sıcaklığı azalacaktır. Kerestelerin kurutulması sırasında kurutmanın başlangıcında kerestelerde bulunan serbest haldeki nem alınacağından kurutma havası sıcaklığı ve bağıl nemi yüksek olmalıdır. Bu şartlar göz önüne alındığında bağıl nemin düşük alması kerestelerin başlangıç kurutma havası şartları için uygun olmamaktadır. Kavak kerestelerinin içerisindeki başlangıç nem miktarı 1,28 kg su/ kg kuru maddedir. Çam kerestelerinde ise bu oran 0,60 kg su/ kg kuru madde olarak bulunmuştur. Her iki başlangıç nemindeki keresteler içinde aynı hava oranları kullanılmıştır. Kurutma sırasında iç havanın saatte tekrar kullanılma oranı % 9’dur. Başlangıç nem miktarı daha yüksek olan kavak kerestelerinde başlangıç kurutma havası bağıl nemi % 55 iken bu oran 98 çam kerestelerinde % 40 olmuştur. Kerestelerdeki nem miktarına göre kurutma Nem miktarı (kg su/kg kuru madde) havası bağıl neminin değişimi Şekil 7.25’de gösterilmiştir. 2.5 Çam Kavak Üstel (Kavak) Üstel (Çam) 2 1.5 y Kavak = 0,0495 e 0, 0678 x R 2 Kavak = 0,9637 yÇam = 0,086 e 0 , 0405 x 1 R 2 Çam = 0,9474 0.5 0 0 10 20 30 40 50 60 Kurutma havası bağıl nemi (%) Şekil 7.25. Kurutma havası bağıl neminin kerestelerdeki nem miktarına göre değişimi Kurutma havası bağıl nemi ile kerestelerdeki nem miktarı arasındaki ilişki Eş. 7.6 ve Eş. 7.7 ile açıklanmıştır. y Kavak = 0,0495 e 0, 0678 x (7.6) y Çam = 0,086 e 0, 0405 x (7.7) Kerestelerdeki nem miktarı ile kurutma havası bağıl nemi arasındaki bağıntı üstel fonksiyon olarak excel programı ile belirlenmiştir. Eş.7.6 ve Eş.7.7’deki “x” kurutma havası bağıl nemini, “y” ise kerestelerdeki nem miktarını göstermektedir. Isı pompalı kurutucu faydalanmaktadır. enerji Kurutma kaynağı odasına olarak verilen sistemin enerji yoğuşturucusundan kerestelerdeki nemin buharlaştırılması içindir. Kerestelerdeki nemin buharlaştırılması ile birlikte kurutma havasının enerjisi artmıştır. Bu iç enerji kerestelerden buharlaştırılan nem miktarına göre değişmektedir. Kerestelerdeki nem miktarının zamanla azalması sonucu verilen enerji ile daha az nem buharlaştırılmıştır. Kurutma odasına verilen enerji ile meydana gelen iç enerji değişimi kurutma odasının kayıpları ve kerestelerden buharlaştırılan 99 nemden kaynaklanmaktadır. Kurutma kabininde meydana gelen bu iç enerji değişimi kurutucuda faydalanılan enerji olarak ifade edilmiştir. Kurutucuda faydalanılan bu enerjinin kurutma süresine göre değişimi Şekil 7.26’da verilmiştir. Faydalanılan enerji (kJ/s) 12 Çam Kavak 10 8 6 4 2 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 Kurutma süresi (saat) Şekil 7.26. Kurutucuda faydalanılan enerjinin kurutma süresine göre değişimi Kerestelerdeki nemin azalması ile buharlaştırılan nem miktarı da azalmıştır. Buharlaştırılan nem miktarının azalmasıyla kurutma havasının iç enerji değişimi de azalmış, bunun paralelinde kurutucuda faydalanılan enerjide azalmıştır. Isı pompalı kurutucuda buharlaştırılan nem miktarının azalması ile birlikte ekserji verimi de artmaktadır. Kurutucuya giriş ve çıkış sıcaklık farkının azalması ile kurutucuya giren ve çıkan ekserjide azalır. Isı pompalı kurutucuda kurutma süresine bağlı olarak ekserji veriminin değişimi Şekil 7.27’de verilmiştir. Şekil 7.27’den görüleceği üzere kurutma süresi ile ekserji verimi arasındaki bağıntı Eş. 7.8 ve Eş. 7.9’dan; y Çam = 32 , 332 x 0 , 2487 (7.8) y Kavak = 28 , 34 x 0 , 2631 (7.9) olarak açıklanmıştır. 100 Eşitliklerde “x” ile tanımlanan kurutma süresi, “y” ile tanımlanan ise ekserji verimidir. 100 Çam Kavak Üs (Çam) Üs (Kavak) 90 Ekserji verimi (%) 80 70 y Çam = 32 ,332 x 0 , 2487 60 R 2 Çam = 0 ,9814 50 yKavak = 28,34 x0,2631 R2 Kavak = 0,9304 40 30 0 10 20 30 40 50 60 70 80 Kurutma süresi (saat) Şekil 7.27. Ekserji veriminin kurutma süresine göre değişimi Isı pompalı kurutucunun kurutma kabinine giren ve çıkan havanın sıcaklıklarındaki azalma ekserji kaybının da azalmasıyla sonuçlanır. Bu yüzden kerestelerdeki nemin azalması ile birlikte ekserji kaybı da azalmıştır. Kurutma süresine bağlı olarak ekserji kaybının değişimi Şekil 7.28’de gösterilmiştir. 101 4.5 Çam Ekserji kaybı (kJ/kg) 4 Kavak 3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 Kurutma süresi (saat) Şekil 7.28. Ekserji kaybının kurutma süresine göre değişimi Enerji gibi kurutucuda ekserji değişimleri de (Kaybı, verimi) kerestelerin nem miktarındaki değişimden kaynaklanmaktadır. Kerestelerin nem miktarındaki değişime göre kurutucudaki ekserji kaybı Şekil 7.29’da verilmiştir. Şekil 7.29’dan da görüleceği üzere kerestelerdeki nem miktarının azalması ile ekserji kaybı da azalmıştır. 4,5 Çam Ekserji kaybı (kJ/kg) 4 Kavak 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 0 0,15 0,3 0,45 0,6 0,75 0,9 1,05 1,2 1,35 Nem miktarı (kg su/kg kuru madde) Şekil 7.29. Ekserji kaybının kerestelerdeki nem miktarına göre değişimi 102 7.6. Psikrometrik Analiz Çam kerestelerinin kurutulması deneyinde kurutma odasından çıkan havanın kurutmanın başlangıcındaki hava şartları 41 oC sıcaklık, % 40 bağıl nem ve 19,84 g/kg özgül nemdir. Bu şartlardaki hava çam kerestelerinin kurutulması deneyi sonunda 42 oC sıcaklık, % 15 bağıl nem ve 7,68 g/kg özgül neme gelmiştir. 1 kg havadan alınan nem miktarı; 19,84-7,68 = 12,16 g/kg = 0,0121 kg/kg olarak bulunur. Isı pompalı kurutucu içerisinden damper yardımı ile dışarı atılan hava miktarı 8,77 kg/h’ dir (1.15 kg/m3 yoğunlukta). 8,77 kg/h havadan alınan nem; 0,0121 x 8,77 = 0,106 kg olarak bulunur. Kurutucu çalışma süresi çam keresteleri deneyinde 50 saat olduğundan bu süre sonunda kurutucudan dışarıya atılan toplam nem miktarı; 50 x 0,106 = 5,3 kg olarak bulunur. Isı pompalı kurutma odası içerisine istiflenen 22 kg çam kerestesi 50 saat kurutma süresi sonunda 16,23 kg’ a düşmüştür. Çam kerestelerinden buharlaştırılan toplam nem miktarı 5,77 kg yapmaktadır. Havadan alınan ya da ısı pompalı kurutucudan atılan nem miktarı ile çam kerestelerinden buharlaştırılan nem karşılaştırılmıştır. Karşılaştırılmadan da görüleceği üzere arada oluşan fark, fırındaki hava sızıntılarından kaynaklanmaktadır. Buradan havadan alınan ya da ısı pompalı kurutucudan atılan nem kerestelerden buharlaştırılan nem olarak kabul edilebilir. Bu yolla kerestelerden buharlaştırılan toplam nem miktarı Eş.7.10 ile ifade edilebilir. Aşağıdaki eşitlik soğutma ve nem alma serpantininde nem yoğuşturmasının yapılmadığı durumda geçerlidir. 103 B N = (ω bön − ω sön ) ⋅ m& Th ⋅ S k (7.10) Çam kerestelerinin kurutulması sırasında soğuk yüzeyde nem yoğuşturması yapılmamıştır. Eşitlikte “ ω bön ” kurutma işleminin başlangıcında kurutma kabininden çıkan havanın özgül nemi (kg/kg), “ ω sön ” kurutma işleminin sonunda kurutma kabininden çıkan havanın özgül nemi (kg/kg), “ m& Th ” kurutucu içerisindeki toplam hava miktarı (kg/h) ve “Sk” kurutma süresidir. Kerestelerden buharlaştırılan toplam nem Eş. 7.10’dan B N = (0,01984 − 0,00768) ⋅ 8,77 ⋅ 50 B N = 5,33 kg olarak, daha önce bulunduğu gibi bulunur. Bağıl ve özgül nemi düşük olan dış havadan (dg) belirli bir miktar hava kurutma havası (çhı) ile karıştırılmıştır. Karışım havasının şartları Şekil 7.30’da “Kh” ile gösterilmiştir. Dışarıdan sisteme alınan hava kadarı, yoğuşturucudan önce karışım havasından dışarı atılmıştır. Dışarı atılan hava “da” ile gösterilmiştir. Geri kalan hava ise yoğuşturucuda ısıtılarak kurutma kabinine gönderilmiştir (üh). Kurutma odasında bağıl ve özgül nemi artan havanın ısı kayıplarından ötürü entalpisi azalmıştır. Kavak kerestelerinin kurutulması deneyinde kurutma kabininden çıkan havanın kurutmanın başlangıcındaki hava şartları 40 oC sıcaklık, % 61 bağıl nem ve 29,06 g/ kg özgül nemdir. Bu hava şartlarındaki hava kurutmanın sonunda 42 oC sıcaklık, % 20 bağıl nem ve 10,29 g/kg özgül neme gelmiştir. Isı pompalı kurutucudan atılan ya da kerestelerden buharlaştırılan nem Eş. 7.10’dan B N = (0,0290 − 0,0102) ⋅ 8,77 ⋅ 70 B N = 11,54 kg olarak bulunur. 104 w , g /k g Fı üf le m e rın çh' da + üh Kh K ondenser Özgül nem dg + B a ğ ıl n e m K u ru te rm o m e tre sıc a k lığ ı + T, C Şekil 7.30. Sistemde nem yoğuşturmasının yapılmadığı durumda havanın psikrometrik izahı. Kh: Karışım havası da: Sistemden dışarıya atılan hava dg: Dışarıdan giren hava üh: Üfleme havası çhı : Fırından çıkan sistem havası Kavak kerestelerinin kurutulması sırasında soğuk yüzeyde nem yoğuşturması yapılmıştır. Soğuk yüzeyde nem yoğuşturması ile 0,6 kg su serpantin yüzeyinde yoğuşturulmuştur. Serpantinden alınan su miktarını dışarıya atılan nem miktarına eklediğimizde kerestelerden buharlaştırılan toplam nem hesap yolu ile 12,14 kg olarak bulunur. Kurutma odası içerisindeki ağırlık ölçer üzerine (load cell) istiflenen 26,7 kg kavak kerestesi kurutma sonunda 14,2 kg’a düşmüştür. Kavak kerestelerinin kurutma sonundaki kütle değişimi 12,5 kg (26,7-14,2) olmuştur. Aradaki küçük fark çam kerestelerinin kurutulması deneyinde olduğu gibi hava sızıntılarından kaynaklanmaktadır. Isı pompalı kurutucuda nem yoğuşturmasının yapılmadığı durumda havanın psikrometrik diyagramdaki izahı Şekil 7.30’da, nem yoğuşturmasının yapıldığı durumdaki izahı ise Şekil 7.31’de gösterilmiştir. 105 w, g/kg çh' r ın le m e ey ∆χ üf ç yüz uk soğ Fı Kh üh Sç + Kondenser G dg Özgül Nem + Bağıl nem Kuru Termometre Sıcaklığı + T, C Şekil 7.31. Sistemde nem yoğuşturmasının yapıldığı durumda havanın psikrometrik değişimi. G: Soğutucu bataryaya giren su Ç: Soğutucu bataryadan çıkan su Sç: Soğutucu bataryadan çıkış havası Kh: Karışım havası üh: Üfleme havası çh1: Fırın çıkış havası 106 8. SONUÇ VE ÖNERİLER Isı pompalı endüstriyel tipte bir kurutucu tasarlanarak imal edilmiş, imal edilen bu kurutucu kavak ve çam kerestelerinin kurutulması deneylerinde ayrıntılı olarak analiz edilmiştir. Kurutucu 24 saat çalışma prensibine göre çalıştırıldığından kurutma havası sıcaklığı, nemi ve ürün ağırlığı değerleri bilgisayar yardımı ile ölçülmüştür. Kontrol ve ölçüm sistemi kurutucu ilk yatırım masrafını artırmıştır. Fakat kurutma odasının hacminin genişletilmesi ya da küçültülmesi, bilgisayar ölçüm düzeneğinin maliyetini değiştirmeyeceğinden daha geniş kurutma odası hacimlerinde de aynı ölçüm düzeneği kullanılabilecektir. Türkiye’deki küçük ve orta ölçekli sanayinin kullandığı kurutma fırınları genelde fosil yakıtlıdır. Bunun dışında küçük hacimli fırınlarda da elektrikli ısıtıcılardan faydalanılmaktadır. Düşük kapasiteli elektrikli ısıtıcılı kurutma fırınlarının kullanılması yerine, enerjisini daha verimli kullanması açısından bu çalışmadaki gibi bir ısı pompalı endüstriyel kurutma fırınının kullanılması daha iyi olacaktır. Kavak ve çam kerestelerinin kurutulmasında deneysel olarak analiz edilen kurutucunun, çam kerestelerinin kurutulması sırasında ortalama ısıtma tesir katsayısı tüm sistem için 1,87, kavak kerestelerinin kurutulması sırasında ise 1,86 olarak bulunmuştur. Buradan elektrikli ısıtıcılı bir fırına göre yaklaşık olarak yarı yarıya enerji tasarrufu sağlanabileceği söylenebilir. Kerestelerdeki nem miktarı tam kuru madde oranına göre çam için %60, kavak için ise %128 olarak bulunmuştur. Bu nem miktarlarından %15 nem miktarına kadar çam keresteleri 50 saatte, kavak keresteleri ise 70 saatte indirgenmiştir. Kurutma havası sıcaklığı 40 m 2 oC ve kurutma havası hızı istif üzerinde 0 ila 1,5 m/s arasında değişmiştir. Kurutucuda yapılan küçük miktarlardaki numunelerin deneyleri sırasında aşağıdaki sonuçlar elde edilmiştir. - Dışarıdan sisteme alınan havanın atılması iç havanın sistemde kullanılma oranını düşürmüştür. tekrar 107 - Havanın sistemde tekrar kullanılma oranının azalması kurutma havası bağıl nemini düşürmüştür. Kurutma havası bağıl neminin azalması ile kurutma süresi kısalmıştır. - Çok düşük bağıl nemde kurutma kerestelerde kurutma kusurlarına neden olmuştur. 40 oC’ deki hava hızının 3 m/s’ nin üzerine çıkartılması ile kerestelerde - havanın üflendiği tarafa paralel olarak eğilme meydana gelmiştir. - Sistemde iç havanın tekrar kullanılma oranının kurutulacak kereste miktarına göre belirlenmesi gerekliliği saptanmıştır. Küçük numunelerin kurutulmasında elde edilen tecrübeler doğrultusunda, keresteler ağırlık ölçer üzerine konularak kurutulmuş ve aşağıdaki sonuçlara ulaşılmıştır. - Kurutma havasının bağıl nemi, iç havanın sistemde kullanılma oranının sabit kalması durumunda, dış hava iklim şartlarına göre az da olsa değişmektedir. - Kurutma havası sıcaklığı dijital, ölçüm hassasiyeti iyi olan cihazlar ile kontrol edilmelidir. Çünkü kurutma havası sıcaklığı kurutulan kerestelerdeki nem miktarına göre değişebilmektedir. - Kurutulan kerestelerdeki nem miktarının azalması ile ısı pompası sisteminin çalışma süresi, ve kurutma havası bağıl nemi de azalmıştır. - Çam kerestelerinin kurutulması sırasında dış hava sıcaklığının deneyler sırasında yüksek olmasından dolayı ısı pompası çalışma süresi de kısa olduğundan soğuk yüzeyde nem alma işlemi gerçekleşmemiştir. ile ısı Kavak kerestelerinin kurutulması sırasında ise; dış hava sıcaklığının düşmesi pompası çalışma süresi artmış, kurutma işleminin 2. gününde su sıcaklığı havanın çiy noktası sıcaklığının altına düşmüştür. Böylelikle soğuk yüzeyde nem alma işlemi gerçekleştirilmiştir. - Kereste istifleri üzerinde havanın 2,0 m/s geçtiği noktalarda havanın üflendiği yöne paralel olarak eğilme meydana gelmiştir. Eğilme meydana gelen numuneler toplam istife göre % 10 larda kalmıştır. - Ulaşılmak istenen 0,15 kg su/kg kuru madde son nem miktarı ± 1 hata ile sağlanmıştır. 108 Benzer bir kurutucuda kurutma konusu üzerine çalışmak isteyenlere ; Deneyler sırasında yukarıda elde edilen sonuçlara göre dış hava sıcaklığının düşmesi durumunda iç havanın kullanılma oranının artırılması önerilir. Kurutma işleminin yapılacağı dış hava iklimi şartlarına göre kurutma havası bağıl neminin durumu tespit edilerek dışarıdan sisteme alınan hava miktarı belirlenmelidir. Keresteler üzerindeki hava hızı dağılımı homojen bir kurutma için önemlidir. Bu yüzden istiflenen kerestelerin boyutunda eksenel bir fan kullanılıp, keresteler üzerindeki hava hızı dağılımı tespit edilmelidir. Kurutma odasında istiflenen kerestelerin istif sayısına göre her istife bir ya da daha fazla fan kullanılması homojen bir hava hızı dağılımı için tavsiye edilir. Hangi tür kereste kurutulur ise kurutulsun kerestelerdeki başlangıç nem miktarının belirlenmesinde standartlara uygun hassas cihazlar kullanılmalıdır. Keresteler üzerindeki hava hızı dağılımı başlangıç nem miktarı yüksek olan keresteler için 1 m/s’ yi geçmemelidir. Deneyler sırasında edinilen tecrübe ile bu kurutucuda kurutulacak her türlü kereste için kurutma havası hızının istif üzerindeki değişimi 0,5 m/s ile 1 m/s arasında, maksimum 0,5 m/s’lik farkla değişmesi tavsiye edilir. 109 KAYNAKLAR 1. Brundrettle, G.W., Blundell, C.J., “An advanced dehumidifier for britain”, Htg & Vent Energy, Amsterdam, 6-7 (1980). 2. Karel, M., “Optimizing the heat sensitive materials in concentration and drying”, In preconcentration and drying of food materials, Amsterdam, 217-233 (1988). 3. Zbicinski, I., Vakobsen, A., Driscoll, J.L.,“Aplication of infra-red radiation for drying of particulate material”, In drying, 92, 704-711 (1992). 4. Thomas, W.J., “New systems optimize radio frequency drying for the ceramic and glass fiber industries”, Ceramic industry magazine, 8, 30-34 (1996). 5. Prasertsan. S, Saen-saby.P, “ Heat pump drying of agricultural materials”, Drying technology, 235-250 (1998). 6. Marshall. M. G, Metaxas. A.C, “ Radio frequency assisted heat pump drying of crushed brick”, Applied thermal engineering, 375-388 (1999). 7. Bannister, P., Carrington, G., Chen, G., Sun, Z., “Guidelines for operating dehumidifier timber kilns”, In energy group’s heat pump dehumidifier research programme report, EGL-RR-OZ, 471-480 (1999). 8. Ameen. A., Bari.S., “Investigation into the effectiveness of heat pump assisted clothes dryer for humid tropics”, Energy conversion and management, 45, 1397-1405 (2004). 9. Chua. J.K, Hawlader. A. N. M, Chou. K. S, Ho. C. J, “On the study of timevarying temperature drying-effect on drying kinetics and product quality”, Drying Technology, 20, 1559-1577 (2002). 10. Oktay .Z, Hepbaşlı .A, “Performance evaluation of a heat pump assisted mechanical opener dryer”, Energy conversion and management, 44, 1193-1207 (2003). 11. Hawlader .M .N .A, Perera. C.O, Tian. M, “ Properties of modified atmosphere heat pump dried foods”, Journal of Food Engineering, Article in Press, 1-9 (2005). 12. Öz, E.S, “Güneş enerjili kondenzasyonlu bir kurutma fırınında kereste kurutulması”, Doktora tezi, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara, 2-14 (1988). 110 13. Turner, T .,“Drying methods” , University Of Vermont Extension Manuscript, Review by Tery Turner Lecturer, The United States. 1-5 (2000). 14. Burdurlu, E., “Kereste endüstrisi ve kurutma”, Hacetepe Mesleki Teknoloji Y.O., Ankara, 174-216 (1995). 15. Bozkurt, A.Y., Kantay, R., “Ağaç malzemenin Orman Fakültesi Dergisi, İstanbul, 2, 3-10 (1990). Üniversitesi kurutulması”, İstanbul 16. Kantay, R., “Kereste kurutma ve buharlama” , Ormancılık Kültür Vakfı, yayın no:6, İstanbul, 14-155 (1993). Eğitim ve 17. Şanıvar, N., Zorlu,İ., “Ağaç işleri gereç bilgisi”, Milli Eğitim Basımevi, İstanbul, 184 (1999). buharlama 18. Örs, Y., “Kurutma ve Üniversitesi Basımevi, 126-174 (1986). tekniği” , Karadeniz Teknik tüketiminin azaltılmasına 19. Kantay ,R., “Ağaç kurutma fırınlarında ısı yönelik yeni gelişmeler”, Isı Bilimi ve Tekniği 5. Ulusal kongresi , İstanbul, 8-10 (1985). 20. Ceylan, İ., “Güneş Enerjili Kurutma Fırınında Kurutma Havası Neminin Kontrolü” , Yüksek Lisans Tezi, Zonguldak Karaelmas Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü , Zonguldak, 20-100 (2002). 21. Erden, O “Jeotermal enerji ile kereste kurutma” , Yüksek Lisans Tezi, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara, 15-18 (1997). 22. Nyle Corporation, “Basic facts on drying (1999). lumber”, Note, USA, 1-7 23. Ceylan, İ., Aktaş, M., Doğan, H., “Isı Pompalı Kurutucu İle Kereste Kurutulması” III. Ulusal Ege Enerji Sempozyumu Ve Sergisi, Muğla, 1-7 (2006). 24. Ceylan, İ., Doğan H., “ Güneş Enerjili ve Nem Kontrollü Kondenzasyonlu Bir Kereste Kurutma Fırınının Modellenmesi”, Doğu Anadolu Bölgesi Araştırmaları, 3 (1), 150-158 (2004). 25. Chua .K.J., Chou. S .K, Ho. C, Hawlader. M .N .A., “Heat pump drying”, Recent developments and future trends, Drying technology, 1579-1610 (2002). 26. Midilli, A., Kucuk, H.,“Energy and exergy analyses of solar drying process of pistachio”, Energy, 28, 539–556 (2003). 111 27. Cengel Y.A., Boles, M.A. “Thermodynamics”, An Engineering Approach, third ed., McGraw-Hill, New York, , 1056 (1998). 28. Jia, X., Jolly, P., Clemets, S., “Heat pump assisted continues drying Part. 2: Simulation results”, International Journal of Energy Research, 14, 771–782 (1990). 29. Akpinar.E. K, “Energy and exergy analyses of drying of red pepper slices in a convective type dryer”, International communication heat and mass transfer, 1167, (2004). 30. Schmidt, E.L., Klocker, K., Flacke, N., Steimle, F., “Applying the transcritical CO2 process to a drying heat pump”, International Journal of Refrigeration, 21 (3); 202–211 (1998). 31. Hawlader, M.N.A., Chou, S.K., Ho, J.C., Chua, K.J., “On the development of a heat pump dryer to maximise heat recevery”, in: A.S. Mujumdar (series Ed.), Proceedings of the 11th International Drying Symposium, Halkidiki, Greece, 616–623 (1998). 32. Üçgül, İ., Koyun, T., Akarslan, F., Şenol, R., “Kabin tipi bir konveksiyon kurutucuda kurutma işleminin ekserji analizi”, 14. Ulusal Isı Bilimi ve Tekniği Kongresi, Trabzon, 425-430 (2003). 33. Bejan, A., “Advanced Engineering Thermodynamics”, Wiley, New York,20-60, (1988). 34. Ceylan,I., Aktaş,M., Doğan,H., “Energy and exergy analysis of timber dryer assisted heat pump”, Applied thermal engineering, 27, 216-222 (2007). 35. Dincer.I., Sahin.AZ, “A new model for thermodynamic analysis of a drying process”, International journal of heat and mass transfer, 647-648 (2004). 112 EKLER 113 EK-1 Kurutma kabini ve makine dairesinin imalat resimleri 114 EK-1 (Devam) Kurutma kabini ve makine dairesinin imalat resimleri EK-1 (Devam) Kurutma kabini ve makine dairesinin imalat resimleri 115 116 EK-1 (Devam) Kurutma kabini ve makine dairesinin imalat resimleri 117 EK-1 (Devam) Kurutma kabini ve makine dairesinin imalat resimleri 118 EK-1 (Devam) Kurutma kabini ve makine dairesinin imalat resimleri 119 EK-2 Makine dairesi içerisine yerleştirilmiş olan ısı pompası sisteminin imalat resimleri 120 EK-2 (Devam) Makine dairesi içerisine yerleştirilmiş olan ısı pompası sisteminin imalat resimleri 121 EK-2 (Devam) Makine dairesi içerisine yerleştirilmiş olan ısı pompası sisteminin imalat resimleri 122 EK-3 “GeniDAQ” programı ile oluşturulan yazılım resimleri 123 EK-3 (Devam) “GeniDAQ” programı ile oluşturulan yazılım resimleri 124 EK-3 (Devam) “GeniDAQ” programı ile oluşturulan yazılım resimleri 125 ÖZGEÇMİŞ Kişisel Bilgiler Soyadı, adı : CEYLAN, İlhan Uyruğu : T.C. Doğum tarihi ve yeri : 20.06.1977 Zonguldak Medeni hali : Evli e-mail : ilhancey@gmail.com Eğitim Derece Eğitim Birimi Yüksek lisans Karaelmas Üniversitesi /Makine Eğt. Bölümü 2002 Lisans Gazi Üniversitesi/ Makine Eğt. Bölümü 1999 Lise Zonguldak Endüstri Meslek Lisesi 1994 Mezuniyet tarihi İş Deneyimi Yıl Yer Görev 1992-1994 Zonguldak SSK Hastanesi Stajyer Öğrenci 2000-2002 Karaelmas Üniversitesi Yapı İşleri Teknik Daire Başkanlığı Kontrol Uzmanı 2002-2003 Karaelmas Üniversitesi Araştırma Görevlisi 2003-2007 Gazi Üniversitesi Araştırma Görevlisi Yabancı Dil İngilizce Hobiler Masa tenisi, Origami, Olta balıkçılığı, Doğa yürüyüşü Yayınlanan Uluslar Arası Makaleler 1- Ceylan,I., Aktaş,M., Doğan,H., “Energy And Exergy Analysis Of Timber Dryer Assisted Heat Pump”, Applied Thermal Engineering, Elsevier science publisher, Vol.27, 216-222, (2007). 126 2- Ceylan,I., Aktaş,M., Doğan,H., “Mathematical Modeling Of Drying Characteristics Of Tropical Fruits”, Applied Thermal Engineering, Elsevier science publisher, Vol.27, 1931-1936, (2007). Yayınlanan Ulusal Makaleler 1)- Aktaş, M., Ceylan, İ., Doğan, H., “Güneş Enerjili Kurutma Sistemlerinin Fındık Kurutulmasına Uygulanabilirliği”, Karaelmas Üniversitesi Teknik Eğitim Fakültesi, Teknoloji Dergisi, Cilt:7, Sayı 4, s, 557-564, 2004. 2)- Aktaş, M., Ceylan, İ., Doğan H., “Güneş Enerjili Sıcak Su Hazırlama Sistemlerinin Isıl Analizi”, Gazi Üniversitesi Teknik Eğitim Fakültesi, Politeknik Dergisi, Cilt:8, Sayı 3, s, 263-269, 2005. 3)- Ceylan, İ., Aktaş, M., Doğan, H., “Güneş Enerjisi Sistemlerinde Kullanılan Farklı Isı Değiştiricisi Malzemelerinin Verime Olan Etkisi”, Dumlupınar Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, Sayı 8, s 107-118, Temmuz, 2005. 4)- Ceylan, İ., Aktaş, M., Ceylan, İ., Doğan, H., “Soğutma Sistemlerinde Kullanılan Sıvı Soğutkan Toplanma Deposunun Seçim Kriterleri ”, Gazi Üniversitesi Teknik Eğitim Fakültesi, Politeknik Dergisi, C. 9., Sayı 1, S. 21-25, 2006, Ankara. 5)-Ceylan, İ., Aktaş, M., Doğan, H.,” Doğal Dolaşımlı, Dolaylı ve Farklı Tipteki Güneş Enerjisi Sistemlerinin Deneysel Karşılaştırılması”, BAÜ Fen Bil. Enst. Dergisi Cilt 7. Sayı 1. S. 76-85 , Ocak 2005, Balıkesir. 6)- Ceylan, İ., Aktaş, M., Doğan, H., “Isı Pompalı Kurutma Odasında Elma Kurutulması”, Türk Isı Bilimi ve Tekniği Dergisi, C. 25., Sayı 2, S. 9-14, 2005, Ankara. 7)-Aktaş, M., Ceylan, İ., Doğan, H., “Isı Pompalı Endüstriyel Fındık Kurutma Fırınının Modellenmesi”, Gazi Üniversitesi Teknik Eğitim Fakültesi, Politeknik Dergisi, C. 8., Sayı 4, S. 239-306, 2005, Ankara. 127 8)- Ceylan, İ., Aktaş, M., Doğan, H., “Sıcak Su Hazırlamak İçin Kullanılan Güneş Enerjili Sistemlerde Sıvı ve Hava Akışkanlarının Performans Üzerindeki Etkileri”, Gazi Üniversitesi Teknik Eğitim Fakültesi, Politeknik Dergisi, Temmuz, 2006, Ankara. 9)- Ceylan, İ., Aktaş, M., Doğan, H., “Havalı Güneş Kolektörlü Ön Kurutucuda Kereste Kurutulması”, Gazi Üniversitesi Teknik Eğitim Fakültesi, Politeknik Dergisi, Temmuz, 2006, Ankara. 10)- Ceylan, İ., Aktaş, M., Doğan, H., “Güneş Enerjili Kurutma Fırınında Elma Kurutulması”, Gazi Üniversitesi Teknik Eğitim Fakültesi, Politeknik Dergisi, Temmuz, 2006, Ankara. 11)- Ceylan, İ, Doğan, H., Yalçın, K., “ Tabii Dolaşımlı Endirekt Isıtmalı Prizmatik Tip Kolektörlü Güneş Enerjisi Sistemlerinin Deneysel İncelenmesi” Karaelmas Üniversitesi Teknik Eğitim Fakültesi, Teknoloji Dergisi, Cilt 7, Sayı 3, s, 395-400, 2004. 12)- Kaya, M, Ceylan, İ., “Güneş Radyasyonu Düşük Olan Bölgelerde Isı Pompası Sistemi İle Kullanma Sıcak Suyu Hazırlanması” Karaelmas Üniversitesi Teknik Eğitim Fakültesi, Teknoloji Dergisi, Cilt 7, Sayı 2, s, 251-257, 2004. 13)- Yılmaz, S, Ceylan, İ., “ Çapraz Akışlı Yıkayıcıda Kurutma Havası Neminin Alınması”Karaelmas Üniversitesi Teknik Eğitim Fakültesi, Teknoloji Dergisi, Sayı 1-2, s, 29-33, 2002. 14)- Ceylan, İ., Doğan H., “ Güneş Enerjili ve Nem Kontrollü Kondenzasyonlu Bir Kereste Kurutma Fırınının Modellenmesi” , Doğu Anadolu Bölgesi Araştırmaları, Cilt 3, Sayı 1, s,150-158, 2004. 15)- Aktaş, M., Ceylan, İ., Doğan, H., “The Thermal Effectiveness Comparision of the Classical and Finned System”, Türk Isı Bilimi ve Tekniği Dergisi, C. 26., Sayı 2, S. 29-34, 2006, Ankara. 128 Yayınlanan Bildiriler 1) Aktaş, M., Doğan, H., Ceylan, İ., “Yakıtların Ekonomik Ve Çevre Faktörleri Açısından Karşılaştırılması”, S. Ü. Kadınhanı Mes. Yük. Okulu, 1. Ulusal Konya Doğalgaz Sempozyumu ve Sergisi, S. 58-67, Mayıs 2005, Konya. 2) Ceylan, İ., Aktaş, M., Doğan, H., “Isı Pompalı Kurutma Fırınında Elma Kurutulması”, M.Ü. Tek. Eğt Fak. Uluslar Arası Mesleki Ve Teknik Eğitim Sempozyumu, 2005, İstanbul/Türkiye 3) Aktaş, M., Ceylan, İ., Doğan, H., “Sıcaklık, Nem Ve Ağırlık Kontrollü Kondenzasyonlu Fındık Kurutma Fırınının Modellenmesi”, S. 800, 4th International Advanced Technologies Symposium September 28-30 Konya / Türkiye 4) Ceylan, İ., Aktaş, M., Doğan, H., “Isı Pompalı Kurutucu İle Kereste Kurutulması” , III. Ulusal Ege Enerji Sempozyumu Ve Sergisi, 25 Mayıs 2006, Muğla / Türkiye 5) Aktaş, M., Ceylan, İ., Doğan, H., “Güneş Enerjili Sistemlerde Kanatçıklı Isı Değiştiricili Sistem İle Klasik Sistemin Deneysel Karşılaştırılması” , III. Ulusal Ege Enerji Sempozyumu Ve Sergisi, 26 Mayıs 2006, Muğla / Türkiye 6)- Kaya, M., Ceylan, İ., “ Isı pompası destekli güneş enerjili kullanma sıcak suyunun Karabük ili iklim şartlarında hazırlanması”, II. Ulusal Ege Enerji Sempozyumu ve Sergisi, Dumlupınar üniversitesi, s,180-185, Kütahya, Mayıs 2004. 7)- Ceylan, İ., Doğan, H., “ Nem kontrollü kondenzasyonlu kereste kurutma fırını”, II. Ulusal Ege Enerji Sempozyumu ve Sergisi, Dumlupınar üniversitesi, s.155-164, Kütahya, Mayıs 2004.

dosya ilhan ceylan tez.pdf

Products

Support

dosya ilhan ceylan tez.pdf

Add this document to collection(s)

Add this document to saved

Suggest us how to improve StudyLib