Kısmi Toroid Konservelere Uygulanacak Sterilizasyon Zamanının

planlanan kısmi revizyon kapsamında konik taban yükseklikleri 160 ve 1705 g’lık konserveler için belirlenmiş ve 1705 g ve 160 g temelli konservelerde iç koni yüksekliğinin toplam konserve yüksekliğinin sırasıyla %75 ve %60’ı olarak planlanması durumunda, tam toroid konservelerde olan ısı transferine eşdeğer bir ısı transferi elde edilebildiği sonucuna varılmıştır. Bu açıdan bakıldığında, proje revizyon önerisinde de belirtildiği gibi, yapılan kısmi revizyonun proses süresini etkilemediği de gösterilmiştir. Böylece endüstriyel üretim açısından, hem kutu üretiminde radikal bir değişiklik yapılmadan (kutu alt kapakları haricinde) hem de proses sırasında kullanılan kutu kapama makinesi değişikliğine gidilmeden, mevcut makine teçhizatla konserve üretimine devam edilebilmesinin sağlanması planlanmıştır. Bu şekilde ton balığı konservesi üreten firmalar, projeden elde edilecek çıktıları herhangi bir ek maliyet gerektirmeden direkt olarak kullanabileceklerdir. Konik tavan yüksekliğinin 1705 g kapasiteli konserve temelinde konserve yüksekliğinin %75’i 160 g kapasiteli konserve temelinde ise konserve yüksekliğinin %60’ının üzerine çıkarılması durumunda konserve içi ısı transfer hızının, tam toroid konservelere göre, daha etkin olduğu da görülmektedir. Ancak, konserve dolumunun rahat yapılabilmesi açısından belli bir boşluğun bırakılmasının uygun olacağı görüşünden hareketle proje başvurusunda önerilen toroid konservelerde beklenen ısı transferine uygun olacak şekilde, yukarıda belirtilen yüksekliklere karar verilmiştir. 1705 g standart konserve kutusu temelinde üretilecek olan kısmi toroid konservelerde iki aşamada elde edilebilen %48 oranındaki yükseklik 160 g temelli TFS konservelerde ise, malzeme özelliklerine bağlı olarak %60 oranına çıkartılabilmiştir. Böylede kalaylı standart kısmi toroid ve TFS kısmi toroid konservelerde aynı konserve geometrisinin kullanılabilmesi sağlanmıştır.

Model doğrulama çalışmaları kapsamında ürün ısıl yayınım katsayısı ölçümleri de, kullanılan ton balığı örneklerinin parçalı olması ve kullanılan su-yağ karışımının sebep olabileceği doğal konveksiyon etkilerine bağlı olarak, ısıl yayınım katsayısı değişimlerinin deney – model karşılaştırılmasında gözlenen sapmalara neden olabileceği kapsamında, yapılmış ve kısmi toroid konserveler için uygulanacak proses zamanları simülasyonlarda belirlenmiştir. Isıl yayınım katsayısının belirlenmesi amacıyla Erdogdu (2005-2008) tarafından önerilen yöntemler kullanılarak endüstriyel üretim de, konserve soğuk noktasında elde edilen sterilizasyon değerini elde edebilmek için gerekli proses süresi hesaplanmıştır.

Isıl yayınım katsayısı belirlemesi çalışmalarında, T-tipi iğne ısıl çift yerleştirilmiş konserve kutuları ısıl çift bağlantı yerlerinden sızdırmazlıkları sağlandıktan sonra SASU firmasında ton balığı eti ile doldurulup firma üretim standardı olarak kullanılan yağ-su karışımı eklendikten sonra yine firmanın kullandığı kutu kapatma makinesi kullanılarak kapatılmışlardır. Konserve kutuların hazırlanmasında hem sadece ton balığı etleri kullanılmış

hem de ton balığı etlerine ek olarak firma üretim standardı olarak kullanılan yağ-su karışımı eklemesi yapılmıştır. Sadece bütün etlerin kullanıldığı konserveler kullanılarak yapılan ısıl yayınım katsayısı ölçme çalışmalarında örnek ısıl yayınım katsayısı değeri 1,6×10-7 m²/s olarak belirlenmiştir. Su yağ karışımı eklenen örneklerle yapılan çalışmalarda ise ürün ısıl yayınım katsayısı değeri 2,6×10-7 m²/s olarak belirlenmiştir. Beklenildiği ve I. Gelişme raporunda da belirtildiği gibi kullanılan su-yağ karışımı (ısıl işlem sırasında meydana gelen doğal konveksiyon sebebiyle) ürün ısıl yayınım katsayısının daha yüksek hesaplanmasına neden olmuştur. Bu nedenle, proses zamanı belirlenmesi çalışmalarında bu değer kullanılmış ve proses süresi F0=2,52 dk sterilizasyon değeri yerine proses edilecek örneklerde endüstriyel üretim koşullarında proses yapılacağı göz önüne alınarak, kısmi toroid konserveler için proses süresi hesaplanırken, endüstriyel proseste standart konservelerde elde edilen sterilizasyon değerlerinin elde edilmesi kapsamında bir çalışma yapılması tercih edilmiştir.

SASU firması tarafından 1705 ve 160 g’lık konservelerin üretiminde uygulanan ısıl işlem sıcaklık profili Şekil 42’de gösterilmektedir. Bu sıcaklık profillerinin uygulanması sonucunda ise konserve merkez sıcaklık değişimlerine bağlı olarak (Şekil 42) elde edilen

sterilizasyon    121.1 10 0 0 0 10 10 c c r T t T t T t t z F dt dt           

 

değerleri 1705 ve 160 g konserveler için 3,29 ve 38,16 dk olarak hesaplanmıştır. Kısmi toroid konservelerde, benzer sterilizasyon değerlerini elde edebilmek için proses süresinde sağlanacak olan kısaltma oranı ise, yukarıda da belirtildiği gibii simülasyon çalışmaları ile belirlenmiştir. Simülasyonlar Ansys V.14.5 (Ansys Inc, Canonsburg, PA) programı kullanılarak yapılmıştır. Simülasyon çalışmalarında ısıl işlem ortamı ısı transfer katsayısı değeri 1000 W/m²-K olarak kullanılarak sabit homojen başlangıç koşulu uygulanarak Eşitlik 1’in çözümü kısmi toroid geometri ve standart konserve geometrisi için elde edilmiştir. Konserve materyalinin de ince ve duvar kalınlığı ve yüksek ısıl iletim katayısı değerine bağlı olarak ısı transferine göstereceği direncin minimal oalcağı varsayımı, Iç gelişme raporunda da belirtildiği şekilde uygulanmıştır. Buharla ısıl işlemin uygulandığı koşullarda, yoğuşmaya bağlı olarak yüksek ısı transfer katsayısı kullanımı simülasyon çalışmalarında tercih edilen bir uygulama olup proses soğutma aşamasında hızlı bir soğutma (ve buna bağlı olarak sıcaklığın hızlı düşmesinin sağlanması kapsamında proses güvenliği açısından) sağlanması amacıyla yüksek ısı transfer katsayısı kullanılması tercih edilmiştir.

Standart konservelerde endüstriyel üretim koşullarında bulunan sterilizasyon değerlerini elde edebilmek için, sterilizasyon aşamasında 1705 ve 160 g konservelere 120 ve 90 dk olarak uygulanan (sterilizasyon sıcaklığı olarak kullanılan 118 °C’de uygulanan süre) starilizasyon sürelerinde %30 (120×0,7=84 dk) ve %15 (90×0,85=76,5 dk) oranında

kısaltmanın yapılabileceği belirlenmiştir. Şekil 43 standart proses (120 – 90 dk) ve kısaltılmış proses (84 – 76,5 dk) uygulaması sonucu elde edilen 1705 ve 160 g konservelerin merkez sıcaklık karşılaştırmasını göstermektedir. Belirtilen sürelerde uygulanan ısıl işlem sonucunda 1705 ve 160 g konservelerde sterilizasyon değerleri 5,03 ve 31,64 dk olarak belirlenmiştir. Bu değerlerden de anlaşılacağı gibi, özellikle 1705 g temelli kısmi toroid konserveler için proses süresinde %30’un üzerinde uygulanacak bir kısaltma ile de gerekli sterilizasyon değerine ulaşılabilecektir. Ancak, endüstriyel üretim koşullarında yakın bir proses uygulaması yaomak amacıyla proses süresinde uygulanacak %30 kısaltma ile çalışmalara devam edilmesi uygun görülmüştür. 160 g’lık konservelerde ise belirtilen sterilizasyon değerlerinden de anlaşıldığı gibi endüstriyel olarak aşırı uygulanan bir sterilizasyon işlemi söz konusudur. Ancak proje amaçları doğrultusunda, endüstriyel işlemle karşılaştırma yapabilmek amacıyla belirtilen proses sürelerinde değişiklik yapılması tercih edilmemiştir. 160 g temelli konserveler de belirtilen sürelerde ürün içi sıcaklığı tamamen proses sıcaklığı ile dengeye gelmiş olduğundan belirtilen sterlizasyon değerleri arasındaki farkın da önemli olmayacağı kabul edilmiştir.

Hem 1705 hem de 160 g konservelerde retort sıcaklığının sterilizasyon sıcaklığı olan 118 °C’ye geliş süresi 15 dakikadır. Prosesin 15. dakikasında konserve dikey kesitinde meydana gelen sıcaklık dağılımı 1705 ve 160 g konserveler için Şekil 44-45’de gösterilmiştir. Bu şekilde her iki konservede de standart duruma göre daha yüksek bir sıcaklık dağılımının oluştuğu ve kısmi toroid konservelerde prosesin henüz başında etkin bir ısı transferinin oluştuğu gözlenmektedir. 1705 g standard konservede soğuk nokta sıcaklığı 20,26 °C ve kısmi toroid konservede 25,31 °C iken (Şekil 44); 160 g konservede bu değerler 51,74 °C ve 74,32 °C olarak (Şekil 45) belirlenmiştir.

Bu sonuçlara göre, deneysel olarak belirlenen ürün ısıl yayınım katsayısı ve halı-hazırda uygulanan endüstriyel ısıl işlem koşulları temelinde kısmi toroid konservelerin kullanılmasıyla proses süresinde 1705 g konservelerde proses süresinde en az %30; 160 g konservelerde ise en az %15 kısaltma yapılabileceği sonucuna varılmıştır. Bu oranlar süreleri proses sıcaklığı sterilizasyon sıcaklığına geldikten sonra uygulanan; 1705 g konserveler için 120 dk – 160 g konserveler için ise 90 dk proses süresi üzerinden hesaplanmıştır. TFS konservelerde ise proseste sağlanacak olan kısaltmalar 1705 g konserveler için %25 (120×0,75=90 dk – F0=3,82 dk) ve 160 g konserveler için (standard

0 20 40 60 80 100 120 140 0 25 50 75 100 125 150 175 Sı ca kl ık (° C ) Proses Süresi (dk) Standart (a) 0 20 40 60 80 100 120 140 0 20 40 60 80 100 120 140 Sı ca kl ık (° C ) Proses Süresi (dk) (b)

Şekil 42. SASU firması tarafından (a) 1705 ve (b) 160 g’lık konservelerin üretiminde uygulanan ısıl işlem sıcaklık profili sonucunda elde edilen konserve merkez sıcaklık değişimleri.

0 20 40 60 80 100 120 140 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 Sı ca kl ık (° C ) Proses süresi (dk) Standart konserve - 120 dk Kısmi toroid konserve - 84 dk

(a) 0 20 40 60 80 100 120 140 0 20 40 60 80 100 120 140 160 Sı ca kl ık (° C ) Proses süresi (dk) Standart konserve - 90 dk Kısmi toroid konserve - 76.5 min

(b)

Şekil 43. Endüstriyel ısıl ilem profili uygulaması sonucunda (a) 1705 ve (b) 160 g’lık standart ve toroid konservelerin konserve merkez sıcaklık değişimleri.

(a)

(b) Şekil 44. Prosesin 15. dakikasında konserve dikey kesitinde meydana gelen sıcaklık dağılımının 1705 g (a) standard ve (b) kısmi toroid konserveler için karşılaştırılması.

(a)

(b) Şekil 45. Prosesin 15. dakikasında konserve dikey kesitinde meydana gelen sıcaklık dağılımının 160 g (a) standard ve (b) kısmi toroid konserveler için karşılaştırılması.

4.5 Belirlenen Sterilizasyon Zamanlarında Endüstriyel Proses Koşullarının