Vakum-soğutma sisteminde işletim ve tasarım parametrelerinin belirlenmesine yönelik model çalışması

Abstract

Türkiye tarımında son yıllardaki en büyük amaç "birim alandan alman ürün miktarım artırmak"’tır. Bu amaca ulaşmak için yapılan agronomik çalışmalar sonucunda tarla ve bahçe ürünlerinin üretim miktarlarının yıldan yıla artırılmasına karşın, beklenilen ekonomik değerler elde edilememiştir. Bunun nedeni de özellikle bahçe ürünlerinin, üretildikleri birimlerden pazara ulaştırılması sırasında fizyolojik ve biyolojik olarak bozulmalarıdır. Taze sebze ve meyvelerin bozulmalarının nedeni, derimden sonra solunumlarıyla fizyolojik ve biyolojik aktivitelerinin devam etmesidir. Bu biyolojik gerileme, ürünlerde ciddi hasarlara yol açar ve bu hasarların boyutu sıcaklık ve zamanla artar. Sebze ve meyvelerin bozulmalarının engellenmesi, derimden hemen sonra soğutulmalarıyla mümkün olmaktadır. Soğutma işlemi ise soğuk hava depolarına veya pazara ulaştırıncaya kadar ön soğutma yöntemleriyle gerçekleştirilir. Ön soğutma yöntemlerinden birisi olan vakumla ön soğutma yöntemi, sebzelerin ve meyvelerin bünyesindeki suyun çok düşük atmosfer basıncı altında hızla buharlaştırılmasıyla gerçekleştirilir. Suyu sıvı halden buhar hale getirmek için ısı formunda eneıji gerekir. Standart atmosfer basmcmda (101 kPa) su 100 ° C ’de kaynamaktadır. Bununla birlikte bir vakum tankındaki düşürülmüş atmosfer basmcı altmda su, çok daha düşük sıcaklıklarda kaynar. Suyu buharlaştırmak için gereken ısı vakumla soğutulan ürünün iç enerjisinden alınır. Vakumla ön soğutmada suyun üründen buharlaştınlması (kaynama) vakum tankı içindeki atmosfer basıncı, soğutulmakta olan ürünün başlangıç sıcaklığına karşılık gelen doygunluk noktasına düşünce başlar. Bu noktaya "flash noktası" denir. Vakum tankındaki atmosfer basıncı daha da azaltılırsa istenilen ürün sıcaklığına ulaşıncaya kadar suyun buharlaşması ve ürünün soğuması devam eder. Normalde bu olay tanktaki 0.6 kPa dolayındaki mutlak basınçta gerçekleşir. 0.6 kPa’dan daha düşük basınçlar ürünün donmasına neden olur. Soğutulacak ürünlerin pazarda taze olarak değerlendirilmesi amaçlanıyorsa bu basınç değerinin altına inmek sakıncalıdır. Bununla birlikte bazı ürünler ve tıbbi malzemeler ticari vakum soğutma yöntemiyle dondurulurlar. Pratikte soğutma ya da ısı uzaklaştırılması işlemi, sıvı suyun doğrudan vakum içine buharlaşabileceği ürün üzerindeki ya da içindeki noktalarda gerçekleşir. Bundan dolayı ürün, her bir noktası vakum pompasının etkisi altında kalacak şekilde geniş bir yüzeye ve boşluklara sahipse soğutma işlemi hızlı olur. Bu çalışmada, ülkemizde kullanım alanı çok sınırlı olan bunun yanısıra gelişmiş ülkelerde özellikle bahçe ürünlerinin bozulmalarını azaltarak iç pazarda tüketilmelerini ve dış ülkelere ihraç edebilme olanaklarım yaratabilmek amacıyla yaygın olarak kullanılan "vakumla ön soğutma yönteminin" işletim ve tasarım parametrelerinin belirlenmesine çalışılmıştır. Bu amaçla termodinamik eşitliklerden yararlanarak sisteme ilişkin matematiksel model oluşturulmuş, subuhan ve freon 12 için hazırlanmış çizelgelerden yararlanarak elle ve bilgisayar programıyla çözümlenmiştir. Elde edilen değerler gerçek modelde (laboratuvar tipi vakumla ön soğutma düzeneği) elde edilen deneme sonuçlarıyla karşılaştırılmış ve sisteme ilişkin matematiksel modelin, gerçek modeli temsil ettiği hata sınırlan belirlenmiştir. Denemeler sonucunda vakumla ön soğutma uygulamalarında bünyesindeki suyu daha rahat vermelerinden dolayı özgül hacim değerleri fazla olan ürünlerin ağırlık kayıp oranlan da fazla bulunmuş, buna karşı diğer ürünlere nazaran vakumla ön soğutmaya daha uygun oldukları belirlenmiştir. Vakumla ön soğutma denemelerinde, ürünlerin üzerine su püskürtüldükten sonra PVC germe filmiyle kaplanarak soğutulmasının ağırlık kaybını azaltıcı ve pazar değerini koruyucu bir faktör olduğu saptanmıştır. Tüketilen enerji ölçümlerinde, eşit sayılabilecek zamanda ve enerji tüketim değerlerinde ürünlerin sıcaklık düşüş miktarlarında farklılıklar görülmüştür. 1 kg’lık ürün sıcaklığının 1°C düşürülmesi için gerekli enerji miktarı en fazla lahanada (0.00333 kWh/kgC), ikinci sırada karnabaharda (0.0025 kWh/kgC) ve daha sonra ıspanakta (0.0021 kWh/kgC) olarak ölçülmüştür. En az enerji gereksinimi miktarı ise baş salatada 0.0018 kWh/kgC değeriyle gerçekleşmiştir. Deneme bulgulan ve matematiksel modelin çözümü sonucunda elde edilen değerler ışında, vakumla ön soğutma sisteminin tasarımında kullanılacak parametrelerin, termodinamik eşitliklerden hazırlanan matematiksel model ile en fazla % 2.12 hata oranıyla belirlenebileceği saptanmıştır. Bunun yanısıra sistemin tasarımında en önemli parametre olan güç ihtiyacının % 0.162 gibi çok küçük bir hata oranıyla belirlenebilmesi, matematiksel modelin vakumla ön soğutma sisteminin tasarlanmasında kullanılabileceğini göstermiştir.

Mit dieser Arbeit wurde versucht die Planuiigs- und Leistungsparameter des Vorkühlungsverfahrens mit Vakuumkaeltetechnik zu bestimmen. So wurde im Hinblick auf das System ein mathematische Modeli entwickelt und das Modeli wurde mit der Ergebnisse der Testarbeiten vergleichen. Gemaess der erhaltenen Versuchsergebnissen wurde festgestellt, dass die Produkte mit hohen Dichtenwerte zu diesem Verfahren besonders geeignet sind. Allerdings verlieren diese Produkte dabei ihr Gewicht sehr schnell. Die Hüllung der nassen Produkte mit der PVC Folien waehrend der Vorkühlung verringert das Wasserverluste. Es wurde festgestellt dass der Wert des Leistungsverbrauch.es als wichtigste parameter mit dem mathematischen Modeli mit den 0.162 % tigen niedriegen Fehlerquote bestimmt werden.