Kurutma İşleminin Teorik Olarak İncelenmesi

Şekil 3.2’ de tek bir ürün için kuruma hızı, nem içeriği eğrisi görülmektedir. Kurumanın başlangıç noktası A noktası olarak tanımlanabilir. A noktası kurutulacak ürünün kurutucuya girdiği nokta olarak da belirtilebilir. A noktasında kurutma havası sıcaklığı ile ısı transferini hızla gerçekleştiren ürün, belirli bir süre sonra B noktasında dengeye ulaşır. Bu dönem oldukça kısa bir süre içerisinde gerçekleşmektedir. BC eğrisi bu durumun devamını temsil etmektedir. Bu eğri nem giderme işleminin sabit bir oranda ilerlediğini gösteren ve ilk kuruma periyodunu oluşturan evre olup, sabit hız kuruma evresi adı verilmektedir. Bu evre boyunca ürün yüzeyindeki suyun buharlaştırılması sağlanmaktadır.

26

Şekil 3.2. Kuruma hızı eğrisi

Bu evrenin devam edebilmesi için denge koşullarına ulaşıncaya kadar yüzeyde nem içeriğinin bulunması gerekmektedir. Yüzeydeki nem taşıma işlemi yavaşladığında ortaya CDE eğrisi ile gösterilen azalan hız kuruma evresi çıkmaktadır. Sabit hız kuruma evresinin bitip, yerini azalan hız kuruma evresine bıraktığını gösteren nokta C olarak gösterilmiş ve bu noktaya kritik nem içeriği adı verilmektedir. Azalan hız kuruma evresinde doğrusal bir durum eğrisi oluşturulmuş fakat bu eğri doğrusal değildir. Azalan hız kuruma evresi eğrisinin oluşmasında nem içeriği ve kritik nem içeriğinin büyük bir etkisi vardır. Kuruma işleminin gerçekleştirildiği üründe herhangi bir ıslaklığın kalmadığı ve kuruma işleminin tamamen katı katmanda gerçekleştiği nokta D noktası olarak belirtilmektedir. Denge nemi içeriğine ulaşıldığında ise kuruma hızının sıfıra düştüğü nokta E olarak görülmektedir (Handscomb vd., 2005).

3.2.1. Kuruma Evrelerinin incelenmesi

3.2.1.1. Ayarlanma Süreci

27

Belirli bir sıcaklık ve nem içeriğine sahip kurutma havasının, kurutulacak olan ürün üzerinden geçirilerek ürün yüzey sıcaklığını yükseltirken, aynı anda ürün içerisindeki bir miktar nemi buharlaştırmaya başlar. Şekil 3.3’de gösterilen AB evresi bu süreci tanımlamaktadır ve kuruma hızı oldukça düşüktür (Doğanay, 2009).

3.2.1.2. Sabit Hız Kuruma Evresi

Şekil 3.3’ de B noktasından başlayıp C noktasında biten evreye sabit hız kuruma evresi adı verilmektedir. Bu süreçte kurutma havasından kurutulacak ürüne ısı aktarım hızı, meydana gelen buharlaşma hızı kadar olmaktadır. Bu evrede kuruma hızını kurutulacak ürünün yüzeyindeki su içeriği ve kurutma havasının yapısındaki su içeriği belirlemektedir.

= = ( − ) (3.6)

Yukarıdaki formül ürünün yüzeyindeki su içeriği ve kurutma havasının su içeriği farkının doğrudan bağlantısı olan, ürünün yüzeyindeki buhar basıncı ile kurutma havasının buhar basıcının farkı şeklinde de ifade edilebilir.

= = ( − ) (3.7)

Kurutma havasının sıcaklığı, kurutulacak ürünün yüzeyinden sıcaktır. Bu sıcaklık farkının sebebi kurutma havasından aktarılan ısının yüzeydeki suyun buharlaşmasını sağlamak için kullanılmasıdır. Her iki yüzey arasında sıcaklık farkı olduğundan sürekli bir enerji aktarımı meydana gelmektedir. Belirli bir süre sonra yüzeydeki suyu buharlaştırmak için kullanılan enerji, yüzey üzerindeki buhar basıncını ve yüzey sıcaklığını sabitleştirir. Bu andaki buharlaşma için gereken enerjinin aktarım hızı ile ürün yüzeyindeki buharlaşma hızları eşittir. Ürünün bu andaki yüzey sıcaklığına yaş hazne sıcaklığı adı verilmektedir. Kısaca ürünün bu andaki yüzey sıcaklığı, kurutma havasının yaş termometre sıcaklığına eşittir.

Kuruma işlemi, yaş hazne sıcaklığında ihtiva eden nem içeriği ile kurutma havasının nem içeriğinin farkının belirleyeceği sabit bir kuruma hızında devam etmektedir. Bu süreç kuruma hızının en yüksek değerler elde ettiği süreç olarak tanımlanabilir. Kuruma hızı bağıntısı aşağıda verilmiştir.

28

= ( ş) (3.8)

Bu evre, kurutma havasının sıcaklığı ile kurutulacak ürünün yüzey sıcaklığı olan yaş hazne sıcaklığının arasındaki farkın belirleyeceği, C noktasına yani kritik nem içeriğine ulaşana kadar sabit hızla devam etmektedir (Doğanay, 2009).

3.2.1.3. Azalan Hızda Kuruma Evresi

Azalan hızda kuruma evresi iki kısımda incelenmektedir. Bu evrelerden ilki kuruma hızının ilk düşüş süreci olarak tanımlanır ve Şekil 3.3’ de CD arası mesafeyi temsil eder. Bu evrede sabit hızda kuruma işlemine devam ederken kurutulacak ürünün nem içeriği azalır ve ürünün iç kısmından yüzeyine nem aktarımı işlemi gerçekleşir. Bu nem aktarım işlemi sürekli olmadığından ürünün dış yüzey sıcaklığı C noktasından itibaren artmakta ve artan sıcaklığa bağlı olarak ürün yüzeyinde kuru noktalar oluşmaktadır. CD eğrisi boyunca kuruma hızı sürekli olarak düşmeye devam etmektedir.

Kuruma hızının ilk düşüş süreci tanımlandıktan sonra devamında gelen sürece ise kuruma hızının ikinci düşüş süreci adı verilmiş ve Şekil 3.3’ de DE arası eğri ile gösterilmiştir. Devam eden kurutma işleminde D noktasına ulaşıldığında kuru noktaların genişliği artmış ve ürünün dış yüzeyini kuru bir tabaka kaplamıştır. Bu kuru tabakanın ısı geçirgenliğinin düşük olması ve iç ortamdan yüzeye taşınan sıvının difüzyonunun yavaşlamasından kuruma hızı D noktasına kadar hızlı bir düşüş sergilemektedir. Bu nokta ikinci kritik nem içeriği noktası olarak adlandırılmaktadır. DE eğrisi boyunca buharlaşma hızı, ürünün iç ortamda hapsettiği suyun yüzeye aktarım hızına bağlıdır. Buharlaşma hızı düştüğünde, kurutma havasından alınan ısı düştüğünden ürünün yüzey sıcaklığı artmaktadır. Belirli bir süre sonunda ürünün içerdiği nemin buhar basıncı ile kurutma havasının neminin buhar basıncı birbirine eşit olur ve kurutma durur. Kurutmanın durmasının sebebi ise ürün içerisindeki nemin uzaklaştırma işlemi gerçekleşmediğinden, nemin buharlaşması için verilen ısı ürünün sıcaklığını arttıracak ve ürünün sıcaklığı kurutma havasının kuru termometre sıcaklığına yaklaşacaktır. Şekil 3.3’ de kurutmanın durduğu nokta E noktası olarak gösterilmektedir. Kurutmanın devam edebilmesi için kurutma havasının sıcaklığının arttırılması gerekmektedir (Doğanay, 2009).

29