Geri Dön

Kurutmada konik yoğunlaştırıcılı bir güneş enerjisi sisteminin kullanılması

The Use of a solar energy system with conical concentrator in drying

  1. Tez No: 114392
  2. Yazar: İNCİ TOĞRUL
  3. Danışmanlar: PROF. DR. DURSUN PEHLİVAN, YRD. DOÇ. DR. CEVDET AKOSMAN
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Güneş enerjisi, konik yoğunlaştırıcı, hava ısıtma, kurutma, kayısı kurutma, Solar energy, conical concentrator, air heating, drying, apricot drying
  7. Yıl: 2001
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: Fırat Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 297

Özet

Ill ÖZET Doktora Tezi KURUTMADA KONİK YOGUNLAŞTIRICILI BİR GÜNEŞ ENERJİSİ SİSTEMİNİN KULLANILMASI inci TURK TOĞRUL Fırat Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Kimya Mühendisliği Anabilim Dalı 2001, Sayfa:264 Güneş enerjisi, yeni ve yenilenebilir bir enerji kaynağı oluşu yanında bir sorun olan çevreyi kirletici atıklarının bulunmayışı, yerel olarak uzun ve karmaşık bir teknoloji gerektirmemesi gibi üstünlükleri sebebiyle son yıllarda yoğun çalışmaların yapıldığı bir konu olmuştur. Binaların ısıtılması, endüstriyel ürünlerin kurutulması ve elektrik üretimi güneş enerjisinin kullanıldığı alanlardır. Yüksek sıcaklık uygulamalarında güneş yoğunlaştırıcılarının kullanılması gerekir. Düz toplayıcılarla aynı açıklık alanına düşen güneş ışınımından, yoğunlaştırıcılı toplayıcılardan daha fazla miktarda faydalanabilir, fakat yoğunlaştırıcılı toplayıcılarla daha yüksek sıcaklıklara ulaşılabilir. Türkiye güneş enerjisi açısından zengin bir ülkedir ve bugün 90°C nin altındaki sıcaklık uygulamalarında düzlem yüzeyli güneş toplayıcıları yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. Güneş enerjisi uygulama teknolojilerinin geliştirilmesi konusunda bugün çok sayıda araştırma yapılmaktadır. Ancak hava ısıtma söz konusu olduğunda yüksek sıcaklıklara çıkabilen sistemlerin olmaması eksiklik olarak görülmektedir.IV Bu çalışmada yüksek sıcaklıklara çıkabilmek amacıyla konik yoğunlaştırıcılı bir hava ısıtıcının tasannu yapıldı, kuruldu ve temel sistem parametreleri yönünden performansı incelendi. Şimdiye kadar kullanılan sistemlerden farklı olarak dizayn edilen ve yoğunlaştırıcı kısmı konik şekilli olan yansıtıcının odak noktasına silindirik bir absorber yerleştirildi. Koninin güneşi doğuşundan batışına sürekli izlemesi sağlanarak güneş ışınlarının günün her saatinde absorbere dik olarak yansıtılması sağlandı. Yeni tasarlanan bu konik yoğunlaştırıcılı hava ısıtma sisteminin doğal ve zorlanmış akış şartlarında performansı incelendi. Bu sırada üç ayrı eğim açısında yerleştirilen toplayıcının optimum eğimi belirlendi. 28.4°, 33.4° ve 38.4° açılarında yerleştirilen toplayıcıdan en yüksek sıcaklık ve verim değerleri 28.4° eğim açısında elde edildi. Sistem doğal akış şartlarında çalıştırıldığında çok yüksek sıcaklıklara (155°C) çıkabilmesine rağmen hava akış debisinin düşük olması nedeniyle verim %11 seviyesinde kalmıştır. 30 kg/saat-70 kg/saat aralığında 5 ayrı hava debisinde yürütülen zorlanmış akış deneylerinde ise en yüksek sıcaklıklar 30 kg/saat' te en yüksek verim (%50) değerleri ise 70 kg/saat hava debisinde elde edildi. Konik yoğunlaştırıcılı hava ısıtma sisteminin verimini artırmak için seçici yüzeyli absorber denendi. Bakır üzerine nikel kaplanmış yüzeye siyah krom ile renklendirme yapılarak elde edilen seçici yüzeyli absorber kullanımı ile sistemin doğal konveksiyon verimi %3.6, zorlanmış konveksiyon verimi %6 oranında artırıldı. Hava ısıtıcıların verimini artırmak için yaygın olarak kullanılan bir diğer yöntem de hava akış kanalına dolgu malzemesi yerleştirerek ısı transfer alanını artırmaktır. Bu amaçla absorber altındaki hava akış kanalına değişik sargı sayılarında katlanmış alüminyum sinek teli absorberle temas edecek şekilde yerleştirildi. 6,10 ve 14 kat sayılarında dolgu kullanılması ile genel olarak sistemin doğal konveksiyon veriminde düşüş, zorlanmış konveksiyon veriminde ise artış görüldü. Havanın doğal konveksiyonla sistemden geçtiği durumda akış kanalına yerleştirilen dolgu malzemesi havanın hareketine ilave bir direnç oluşturduğu için sargı sayısına bağlı olarak sistem verimi %31.5-%36.2 oranında düşmektedir. Zorlanmış akış şartlarında ise dolgu malzemesi kullanımıyla absorber altından akan havaya ısının aktarıldığı yüzey alanıarttığından sargı sayısına bağlı olarak verim %60-%80 değerlerine çıkmaktadır. Dolgulu ve dolgusuz durumda ısı transfer katsayıları hesaplandığında ise yaklaşık 10 kat artış olduğu görüldü. Hava akış kanalına dolgu malzemesi yerleştirildiği durumda seçici yüzeyli absorber kullanımında ise sistem verimi %85' e çıkarak, %68' e varan iyileşme elde edildi. Konik yoğunlaştırıcılı hava ısıtma sistemini verimini artırmak için ayrıca siyah boyalı absorber üzerine siyah boyalı alüminyum sinek teli sarılarak elde edilen absorber yüzey kullanıldı. Yapay olarak pürüzlendirilen absorber yüzeyinin doğal ve zorlanmış akış şartlarında sistemin verimini düşürdüğü görüldü. Pürüzlerden dolayı güneş ışımasını daha fazla absorblayarak verimi artırması beklenen yüzeyin absorbladığı ısıyı, absorber altından geçen havaya etkili bir şekilde iletemediği gibi konveksiyon ve radyasyonla çevreye olan ısı kaybım da artırdığı görüldü. Konik yoğunlaştırmalı hava ısıtma sistemine ait karakteristik özellikler olan Fr ve Ul değerleri incelendiğinde ise doğal akış şartlarında Fr' nin 0.2, zorlanmış akış şartlarında 0.9 mertebesinde olduğu görüldü. Isı kayıp katsayısı Ul ise absorber boru ile cam arasındaki yüzeyin vakumlanmamış olması nedeniyle, genel olarak, özellikle zorlanmış akış şartlarında yüksek değerlerdedir, ancak dolgu malzemesi ve seçici yüzey kullanımlarıyla bu değer düşürülebilmiştir. Konik yoğunlaştırıcılı sistemden havanın dolaştırılması için, dolgusuz durumda 0.7 W, dolgulu durumda ise 1.5 W pompalama gücüne ihtiyaç duyulmaktadır. Konik yoğunlaştırıcılı güneş enerjili sistemden elde edilen hava kayısı kurutmada kullanıldı. Farklı hava debilerinde yürütülen kurutma işlemi ile kurutma süresi güneşte kurutmaya kıyasla iki gün kısaltılarak Türkiye ve bölge ekonomisinde önemli yere sahip olan kayısının kurutulmasında etkili ve verimli bir şekilde kullanılabileceği görüldü. Güneş enerjili sistemde kurutulan önceden kükürt dioksit ile işleme sokulmuş kayısının yatışkın ve sürekli şartlarda kuruma kinetiğini araştırmak amacıyla laboratuarV] ortamında tek tane deneyleri yapıldı. Tek tane kayısı kurumasında hava sıcaklığından çok hava hızının önemli olduğu, kurumanın azalan kuruma hızı periyodunda gerçekleştiği, zamanla nem oranındaki değişimin en iyi MR = a.exp(-kt ) şeklinde üstel bir fonksiyonla ifâde edilebildiği ve difüzyon katsayısının sıcaklık ve hava hızı ile artarak 2.86xl0“7-4.99xl0”7 m2/saat arasında değişen değerler aldığı görüldü.

Özet (Çeviri)

VII ABSTRACT PhD. Thesis THE USE OF A SOLAR ENERGY SYSTEM WITH CONICAL CONCENTRATOR IN DRYING Inci TURK TO?RUL Fırat University Graduate School of Natural and Applied Sciences Department of Chemical Engineering 2001, Sayfa: 264 Recently solar energy has become a research field on which intensive studies has been undertaken, since its superiority of not only a new and renewable energy source but also presenting none of environmentally polluting wastes and not requiring complicated technology. The heating of buildings, drying of industrial products and production of electrical energy are examples of solar energy applications. Solar concentrators should be used in the high temperature applications. Although flat-plate collectors use much more solar radiation per collector aperture than concentrating collectors do, higher temperatures may result in concentrating collectors. Turkey has a great solar energy potential and presently, fiat-plate collectors have been widely used in applications under 90°C temperatures. Today, many studies are being carried on developing solar energy application technologies. But, in the case of air heating, absent of systems which are capable of reaching high temperatures have been seen a lacking potential research area.VIII In order to attain high temperatures, in this work, an air heater with a conical concentrator has been designed, constructed and its performance has been tested with respect to main system parameters. A cylindrical absorber was mounted in the centre of reflector which is designed differently from the systems being used up to now and lias a conical shape. By acquiring the conical reflector to track the sun from sunrise to sunset, the solar radiation has been supplied to be reflected vertically on the absorber in all the day times. The performance of this newly designed air heater with conical concentrator has been examined at natural and forced flow conditions. The best inclination angle for the collector placed at three different angles have been determined. Among the settings of 28.4°, 33.4°and 38.4° angles, the highest temperature and efficiency values were obtained at 28.4° inclination angle. Although the system reached very high temperatures (~155°C) when it was run at natural convection conditions, its efficiency was limited about 11% due to lower air flow rates. In the forced-flow tests carried at five different air flow rates between 30- 70 kg/hr, however, the highest temperatures were obtained at 30 kg/hr, the lowest flow rate applied, whereas the highest efficiencies (i.e. 50 %) were obtained at 70 kg/ hr, the highest flow rate. Selective absorber was used to increase the efficiency of the air heater with conical concentrator. With the use of selective-surface absorber which was obtained by colouring nickel-plated copper surface with black chromium paint, the natural and forced convection efficiencies of the system were increased by 3.6 % and 6%, respectively. Another method used widely to enhance the efficiency of air heaters is to increase heat transfer area by placing packing materials into the air flow channel. For this purpose, aluminium wire mesh folded in various numbers were placed in the air channel under the absorber so as to contact with its inner surface. It was seen that natural convection efficiency decreased, but forced convection efficiency of the system increased usually when wire mesh packing of 6, 10 and 14 folding numbers were used. In the case of air passing through the system by natural convection the efficiencies ofIX the system decreased by 31.5-36.2 % depending on the folding numbers because, packing placed into the flow channel has presented additional resistance to the motion of air through the channel. The efficiency in forced connection, however, increased to 60-80 % depending on folding numbers, as the heat transfer surface to the air flowing inside the absorber increased by use of packing. The heat transfer coefficient increased up to 10 times by using folded packing. The efficiency of system increased up to 85%, which represented improvement by 68%, when selective absorber and packing material were used together. Absorber surface obtained by covering the black-painted absorber with an aluminium wire mesh coated with black paint was also used to increase the efficiency of air heater with conical concentrator. It was observed that absorber surface so roughened artificially, caused the efficiency of the system to decrease in both natural and forced convection flow conditions. Contrary to the expectations that the roughened surface would absorb much more solar energy and increased the efficiency, it was seen that the heat absorbed by this surface could not effectively transferred to the air passing under and resulted more heat loss by convection and radiation. When Fr and Ul values which were characteristics of solar air heating system with conical concentrator were examined, Fr was found to be 0.2 and 0.9 in natural and forced convection flow conditions respectively. Since the space between absorber pipe and glass was not under vacuum, the values of Ul were usually very high especially at forced convection conditions. These values, however, could be decreased by using packing material and selective surface. Pumping powers of 0.7 W with packing and 1.5 W without packing for air circulation in the system with conical concentrator were required. The air heated by conical concentrator was used in apricot drying. With the drying operation conducted at a variety of air flow rates, it is seen that the system could be used effectively and efficiently in drying of apricots which play an important role inX the economy of Turkey and the region, by shortening 2 days the drying time of apricots compared with open drying under the sun. Single particle experiments in the laboratory conditions were also undertaken to search steady and continuous drying kinetics of apricot samples being dried in solar energy system and treated previously with SO2. It was observed that air flow rate was much more important than air temperature, drying occurred in decreasing drying rates period, the change in moisture content could be expressed by an exponential relation in the form of Mr = a.exp“kt and increasing with temperature and air flow rate, diffusion coefficients have taken values varied between 2.86xl0”7 - 4.99 xlO"7 m2/hr.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    288762

    Plantago psyllium L. üzerinde fitoterapötik araştırmalar

    Phytotherapeutic studies on Plantago psyllium L.

    GÖKŞEN ÖZKAN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2011

    Eczacılık ve FarmakolojiGazi Üniversitesi

    Farmakognozi Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. BİLGE ŞENER

  2. Tez No

    579050

    Piyasada 'pelinotu' (Absinthii herba) olarak satılan bazı bitki materyalleri üzerinde farmakope analizi çalışması

    Pharmacopoeia analysis of some 'wormwood' (Absinthii herba) plant materials those are sold in the market

    CENNET ÖZYÖRÜK

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2019

    Eczacılık ve FarmakolojiYeditepe Üniversitesi

    Fitoterapi Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. HASAN KIRMIZIBEKMEZ

    DR. ÖĞR. ÜYESİ HİLAL BARDAKCI ALTAN

  3. Tez No

    374383

    Artificial olfaction with hollow core bragg fiber arrays

    İçi boş bragg fiber dizileri ile yapay koklama

    FAHRİ EMRE ÖZTÜRK

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2014

    Fizik ve Fizik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi

    Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. MEHMET BAYINDIR

  4. Tez No

    580161

    Characterization of local flow behaviour in conical spouted beds

    Konik taşkın yataklarda yerel akış davranışının karakterizasyonu

    ALİ YENİÇERİ

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2019

    Kimya MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. GÖRKEM KÜLAH

  5. Tez No

    539018

    Ultrases destekli düşük sıcaklıklı konveksiyonel bir kurutucuda ham yünün kuruma davranışının deneysel olarak incelenmesi

    Experimental investigation of drying behaviour of raw wool in an ultrasound assisted low temperature convection dryer

    GÖKTUĞ KAYIŞ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2018

    Makine MühendisliğiFırat Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Teknolojileri Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. FİLİZ ÖZGEN

Geri Dön