T.C.
FIRAT ÜNĐVERSĐTESĐ FEN BĐLĐMLERĐ ENSTĐTÜSÜ
BALIĞIN TEPSĐLĐ KURUTUCUDA KURUTMA DAVRANIŞININ DENEYSEL OLARAK ĐNCELENMESĐ
Murat ERDEM
Yüksek Lisans Tezi Makine Eğitimi Anabilim Dalı Danışman: Prof. Dr. Yasin VAROL
T.C.
FIRAT ÜNĐVERSĐTESĐ FEN BĐLĐMLERĐ ENSTĐTÜSÜ
BALIĞIN TEPSĐLĐ KURUTUCUDA KURUTMA DAVRANIŞININ DENEYSEL OLARAK ĐNCELENMESĐ
YÜKSEK LĐSANS TEZĐ Murat ERDEM Enstitü No: 091119102
Tezin Enstitüye Verildiği Tarih: 23.08.2011 Tezin Savunulduğu Tarih: 12.09.2011
Tez Danışmanı: Prof. Dr. Yasin VAROL Diğer Jüri Üyeleri: Prof. Dr. Fethi KAMIŞLI
Doç. Dr. Hakan F. ÖZTOP
II
ÖNSÖZ
Bu çalışmanın hazırlanmasında beni her konuda yönlendiren değerli hocam ve tez danışmanım Prof. Dr. Yasin VAROL’a, birçok konuda yardımlarını esirgemeyen değerli hocam Doç. Dr. Hakan Fehmi ÖZTOP’a ve Kimya Mühendisliği Bölümü hocalarından Prof. Dr. Fethi KAMIŞLI’ya, deney setinin tasarımı ve imalatı başta olmak üzere bütün çalışmalarımda bana yardımcı olan değerli arkadaşlarım Öğr. Gör. Beşir KOK ve Arş. Gör. Müjdat FIRAT’a sonsuz teşekkürlerimi sunarım.
Murat ERDEM ELAZIĞ - 2011
III ĐÇĐNDEKĐLER Sayfa No ÖNSÖZ... II ĐÇĐNDEKĐLER... III ÖZET... VI SUMMARY...VII ŞEKĐLLER LĐSTESĐ... VIII TABLOLAR LĐSTESĐ...X SEMBOLLER LĐSTESĐ ... XI
1. GĐRĐŞ ... 1
2. MATERYAL VE METOT ... 6
2.1. Kurutma Teorisi... 6
2.1.1. Sabit Oranda Kuruma Periyodu ... 6
2.1.1.1. Hava Hızı ... 6
2.1.1.2. Kurutulan Ürünün Yüzey Alanı ... 7
2.1.1.3. Hava Nemi ... 8
2.1.1.4. Sıcaklık ... 8
2.1.1.5. Ürünün Yüzey Kalınlığı ... 8
2.1.2. Kuruma Oranında Düşme Periyodu ... 9
2.1.2.1. Ürünün Şekli... 9
2.1.2.2. Hava Hızı ... 9
2.1.2.3. Sıcaklık ... 10
2.2. Kurutma Yöntemleri... 10
2.2.1. Doğal Kurutma (Açık Havada Kurutma) ... 10
IV
2.2.3. Tuzlandıktan Sonra Kurutma ... 11
2.2.4. Özel Tasarlanmış Makinelerde Kurutma ... 11
2.3. Kurutmada Temel Prensipler... 12
2.3.1. Sıcaklık ve Kütle Değişimleri... 12
2.3.2. Su Aktivitesi (aw) ... 13
2.3.3. Suyun Buhar Basıncı... 14
2.3.4. Ürünün Su Đçeriği... 15
2.3.5. Kuruma Mekanizmaları ... 16
2.3.5.1. Difüzyon Teorisi ... 16
2.3.5.2. Kapiler Teorisi... 18
2.4. Kurutma Sırasında Meydana Gelen Değişimler... 18
2.4.1. Fiziksel Değişmeler... 18
2.4.1.1. Kabuk Bağlama ... 18
2.4.1.2. Kitle Yoğunluğunda Değişmeler ... 19
2.4.1.3. Kurutulmuş Ürünün Rehidrasyon Yeteneği ... 19
2.4.2. Kimyasal ve Diğer Değişmeler... 20
2.5. Bazı Balık Çeşitleri ve Alabalığın Tanıtılması ... 21
2.5.1. Deniz Balıkları... 21
2.5.2. Tatlı Su Balıkları ... 22
2.5.3. Alabalığın Tanıtılması... 22
2.6. Kurutucu Havanın Şartlandırılması ... 23
2.6.1. Kuru Hava ve Atmosferik Hava ... 23
2.6.2. Havanın Özgül ve Bağıl Nemi... 26
2.6.3. Çiy Noktası Sıcaklığı ... 28
V
2.6.5. Psikrometrik Diyagram ... 30
2.6.6. Đklimlendirme Đşlemleri ... 32
2.7. Deney Setinin Tanıtılması ... 33
2.8. Deney Setinin Çalışma Prensibi... 35
2.9. Deney Numunelerinin Analize Hazırlanması... 36
2.10. Deneylerin Yapılışı ... 39
2.11. Belirsizlik Analizi ... 41
3. BULGULAR ... 42
3.1. Sabit Hızda Sıcaklık Analizinin Yapılması ... 42
3.2. Sabit Sıcaklıkta Hız Analizinin Yapılması ... 50
3.3. Sabit Hızda ve Sıcaklıkta Balığın Kurutma Alanının Etkisi ... 54
3.4. Tuzlandıktan Sonra Balıkların Kurutulması ... 58
4. SONUÇLAR VE TARTIŞMA... 63
5. ÖNERĐLER... 64
KAYNAKLAR ... 65
VI
ÖZET
Bu çalışmada, balıkların kurutma davranışı farklı hava hızları, farklı sıcaklık ve farklı kurutma alanları için, yeni geliştirilmiş dikdörtgen kesitli bir kurutucuda deneysel olarak incelenmiştir. Deneylerde balıkların iç sıcaklık değerleri, nem kaybı ve kuruma hızlarının zamana göre değişimi incelenmiştir. Deneylerde kullanılan hava giriş sıcakları 38, 46 ve 53 °C ve hava hızları, 0.5, 1.5 ve 2.5 m/s olarak seçilmiştir. Sıcaklığın kurutma üzerindeki etkisi incelenirken hava giriş hızı sabit olarak belirlendi. Hava hızının kurutma üzerindeki etkisi incelenirken hava giriş sıcaklığı sabit tutulmuştur. Daha sonra, hem sıcaklık hem de hız sabit tutularak farklı kurutma yüzey alanlarında deneyler gerçekleştirildi. Nem içeriği başlangıçta %75 olarak belirlendi ve yaş temele göre hesaplanan nem içeriğinin %20’ye kadar indirilmesi hedeflendi. Deneylerde ortalama 200 gram ağırlığında balıklar seçildi.
Sonuç olarak, balıkların nem içeriklerinin zamanla azaldığı tespit edilmiştir. Çalışılan parametrelerde hava hızının kurutma üzerindeki etkisinin hava sıcaklığına nazaran daha yüksek olduğu tespit edilmiştir. Kurutma yüzey alanı arttıkça kuruma hızının da arttığı gözlemlenmiştir.
VII
SUMMARY
In this study, the behavior of drying of fish were experimentally investigated in a new developed rectangle sectioned type dryer, for different air velocities, different air temperatures and different drying areas. In the experiments interior temperature values, moisture lose and time depended on drying velocity of fishes were investigated. In the experiments inlet temperature values and air velocities were selected 38, 46, 53 °C and 0.5, 1.5, 2.5 m/s, respectively. Air inlet velocity was kept constant during investigation of affect of temperature on drying. Air inlet temperature was kept constant during investigation of affect of air velocity on drying. Then, both temperature and velocity were kept constant and experiments were carried out on different surface areas. Initially moisture content (wet basic) is determined as 75% and aimed to decrease to 20%. In the experiments, approximately 200 gram fishes were chosen.
As a result, it is concluded that moisture content of fish has decreased with time. In working parameters, it is seen that air velocity is more effective than air temperature in drying process. Drying time decreases with surface area increase.
VIII
ŞEKĐLLER LĐSTESĐ
Sayfa No
Şekil 2.1. Deney numunesi bir alabalık ...23
Şekil 2.2. 50 °C’nin altındaki sıcaklıklarda suyun kızgın buhar bölgesinde, h = sabit ve T = sabit eğrileri ...25
Şekil 2.3. Adyabatik doyma işlemi...29
Şekil 2.4. Yaş termometre sıcaklığını ölçmek için basit bir düzenek ...30
Şekil 2.5. Psikrometrik diyagramın genel çizimi ...31
Şekil 2.6. Deney setinin tanıtılması ...33
Şekil 2.7. Deney setinin boyutlandırılması ...34
Şekil 2.8 a) Deney setinin komple resmi, b) Kurutma odasının büyütülmüş haldeki resmi35 Şekil 2.9. Deney numunelerinin analize hazırlanması...38
Şekil 2.10. Deney sonrasında kurutulmuş balığın resmi ...39
Şekil 2.11. Tuzlandıktan sonra kurutulmuş balık resmi ...40
Şekil 3.1. Sabit hızda farklı sıcaklıklarda balığın iç sıcaklığının zamana göre değişimi (V = 1.5 m/s)...43
Şekil 3.2. Sabit hızda farklı sıcaklıklarda balığın nem içeriğinin zamana göre değişimi (V = 1.5 m/s)...44
Şekil 3.3. Sabit hızda farklı sıcaklıklarda boyutsuz nem oranının zamana göre değişimi (V = 1.5 m/s)...45
Şekil 3.5. Farklı hızda sabit sıcaklıkta balığın iç sıcaklığının zamana göre değişimi (V = 0.5 m/s)...47
Şekil 3.6. Sabit hızda farklı sıcaklıklarda balığın nem içeriğinin zamana göre değişimi (V = 0.5 m/s)...48
Şekil 3.7. Sabit hızda farklı sıcaklıklarda balığın boyutsuz nem oranının zamana göre değişimi (V = 0.5 m/s) ...49
Şekil 3.8. Sabit hızda farklı sıcaklıklarda balığın kuruma hızının zamana göre değişimi (V = 0.5 m/s)...50
IX
Şekil 3.9. Sabit sıcaklıkta farklı hızlarda balığın iç sıcaklığının zamana göre değişimi (T = 46 °C) ...51 Şekil 3.10. Sabit sıcaklıkta farklı hızlarda nem içeriğinin zamana göre değişimi
(T = 46 °C) ...52 Şekil 3.11. Sabit sıcaklıkta farklı hızlarda boyutsuz nem oranının zamana göre değişimi
(T = 46 °C) ...53 Şekil 3.12. Sabit sıcaklıkta farklı hızlarda kuruma hızının zamana göre değişimi
(T = 46 °C) ...54 Şekil 3.13. Sabit hızda ve sıcaklıkta parçalara bölünmüş balığın iç sıcaklığının zamana
göre değişimi(V = 1.5 m/s, T = 53 °C) ...55 Şekil 3.14. Sabit hızda ve sıcaklıkta parçalara bölünmüş balığın nem içeriğinin zamana
göre değişimi (V = 1.5 m/s, T = 53 °C) ...56 Şekil 3.15. Sabit hızda ve sıcaklıkta parçalara bölünmüş balığın boyutsuz nem oranının
zamana göre değişimi(V = 1.5 m/s, T = 53 °C )...57 Şekil 3.16. Sabit hızda ve sıcaklıkta parçalara bölünmüş balığın kuruma hızının zamana
göre değişimi(V = 1.5 m/s, T = 53 °C) ...58 Şekil 3.17. Sabit hızda farklı sıcaklıklarda tuzlandıktan sonra kurutulan balığın iç
sıcaklığının zamana göre değişimi (V = 1.5 m/s )...59 Şekil 3.18. Sabit hızda farklı sıcaklıklarda tuzlandıktan sonra kurutulan balığın nem
içeriğinin zamana göre değişimi (V = 1.5 m/s) ...60 Şekil 3.19. Sabit sıcaklıkta farklı hızlarda tuzlandıktan sonra kurutulan balığın iç
sıcaklığının zamana göre değişimi (T = 46 °C)...61 Şekil 3.20. Sabit sıcaklıkta farklı hızlarda tuzlandıktan sonra kurutulan balığın nem
X
TABLOLAR LĐSTESĐ
Sayfa No
Tablo 2.1. Bazı mikroorganizmaların çalışabildikleri su aktivitesi değerleri...14 Tablo 2.2. Havanın -10 ile 50 °C arasındaki, cp’nin 1.005 kJ/kg.°C kabulüyle % 0.2’den
az hatayla değer tablosu ...24 Tablo 2.3. Doymuş havada su buharı basıncının 25 °C ve 100 kPa’daki değerleri...27
XI
SEMBOLLER LĐSTESĐ
A : Isı ve kütle transferi için ara yüzey alanı
cp : Özgül ısı (kJ/kg °C)
dW/dt : Suyun buharlaşma hızı (g/s)
DE : Eşdeğer çap
G : Kütlesel akı
h : Isı transferi katsayısı (W/m2 K)
H : Entalpi toplamı
K : Kütle transfer katsayısı (kg/s cm2 atm)
L: : Buharlaşma gizli ısısı
ma : Kuru hava kütlesi
mv : Havanın içerdiği su buharı miktarı
mg : Havada bulunabilecek en fazla su buharı miktarı M0 : Ürünün başlangıç ağırlığı (gr)
Md : Ürünün kuru ağırlığı (gr) Me : Denge nemi ağırlığı
Mdb : Ürünün kuru ağırlığa göre yüzde su miktarı Mwb : Ürünün yaş ağırlığa göre yüzde su miktarı Mk : Ürünün kuru ağırlığı
Mt : Ürünün t anındaki ağırlığı MT : Ürünün toplam ağırlığı Mw : Ürünün su ağırlığı
P : Toplam basınç
Pa : Kuru hava basıncı
Pv : Su buharı kısmi basıncı
XII
φ : Havanın bağıl nemi
V : Hava giriş hızı (m/s)
ω : Havanın özgül nemi
n : Kuruma hız eğrisi
W : Toplam nem miktarı
Wc : Kritik nem miktarı
We : Denge nemi ağırlığı
Ws : Boyutsuz nem oranı
KISALTMALAR
PWL : Kurutulduktan sonraki su kaybı
Msfdb : Tuzlanmış balıklarda tuzsuz kuru ağırlık Msfwb : Tuzlanmış balıklarda tuzsuz yaş ağırlık
aw : Su aktivitesi
1. GĐRĐŞ
Tarım ve hayvancılıkta besin maddelerinin kurutularak saklanması ve depolanması çok uzun yıllardan bu yana bilinen ve her tür besin maddesine uygulanabilen bir yöntemdir. Tahıllar, baklagiller, meyve, sebze, et ve su ürünleri gibi her türlü besin maddesi kurutularak muhafaza edilebilir. Kurutma, besinleri uzun süre saklamak adına kullanılan en sağlıklı yöntemlerden biridir. Kurutma işlemi yenilenebilir enerji kaynakları ile desteklenebilen, ucuz ve az miktarda enerjiye ihtiyaç duyan bir işlemdir. Dünyada kurutma işleminde en çok uygulanan tekniklerden birisi açık havada güneş altında kurutma tekniğidir. Ancak, güneşte kurutma tekniği, kurutma parametrelerinin kontrol edilmesindeki güçlük, hava şartlarındaki belirsizlik, çok fazla işçilik gerektirme, geniş kurutma alanı gereksinimi, böcekler, tozlar ve diğer yabancı maddelerin ürüne karışması gibi nedenlerden dolayı kontrolü oldukça zor bir işlemdir. Kurutma sistemlerinde, hem enerji tasarrufu sağlamak hem de kurutmayı kontrollü bir şekilde gerçekleştirebilmek için, farklı tasarımlar kullanılarak taşınabilir ve sabit kurutma sistemleri yapılmaktadır.
Literatürde bitkisel ürünlerin kurutma tekniği ile saklanması hayvansal ürünlere nazaran daha fazladır ve bu daha çok ürün çeşitliliğinden kaynaklanmaktadır. Hayvansal ürünlerinde çoğu kurutma tekniği ile muhafaza edilebilir. Bunlardan biri de balıktır. Balık eti, bozulmaya karşı son derece hassas bir besin maddesidir. Bu hassasiyeti nedeniyle, avlandığı andan itibaren fiziksel ve çevresel faktörlerden hızlı bir şekilde etkilenir. Balık daha çok soğutularak, soğuk hava depolarında muhafaza edilir ya da donduruculu (frigofirik) taşıtlarla nakil edilebilir. Soğutma, enerji maliyeti yönünden oldukça yüksek maliyetli bir işlemdir. Bu maliyette, doğrudan ürüne yansır. Bu amaçla geliştirilmiş işleme teknolojileri çok çeşitlilik göstermekle beraber hepsinde amaç; mevcut kaliteyi ve balığın yenilebilir durumunu uzun süre korumaktır.
Balık muhafaza edilmez ise hızlı bir şekilde tüketilmesi gereklidir. Kurutma teknolojisinde de ürünün dayanıklı hale getirilmesi amaçlanırken, diğer taraftan da damak zevkine hitap eden farklı lezzetlerde ürünler elde edilir. Soğutma işlemi de balığın taze olarak muhafazası için en yaygın kullanılan metotlardan biridir.
2
Ancak, soğutma işlemi elektrik kesilmesinden etkilenme, mekanik arızaların meydana gelmesi gibi bazı riskler taşımakta ve ayrıca enerji maliyetlerinden dolayı yüksek maliyetli bir işlemdir. Taze balığın tüketim noktalarına ulaştırılması da, ancak soğutuculu araçlar yardımıyla olur ve bu araçların yakıt tüketimleri de diğer araçlara göre fazladır. Bu da doğrudan ürün maliyetine yansır.
Kurutma, balığın su miktarının düşürülüp, bakteri üreme ve gelişmesine uygun olmayan seviyeye getirilmesi prensibine dayanan en eski balık işleme metodudur. Özellikle balık avcılığının çok gerçekleştiği dönemlerde, taze olarak tüketilemeyen balıkların, daha az avcılığın gerçekleştiği dönemlere saklanması için uygulanan bir teknoloji olarak ortaya çıkmıştır. Bir başka deyişle, kurutma; gıda maddesinin içerdiği suyun kontrollü koşullarda buharlaştırılması işlemidir. Bu işlemin en önemli amacı, dayanma süreleri kısa olan ürünlerin dayanma sürelerini artırmaktır. Birçok gıda muhafaza yöntemi arasında kurutmanın yeri ve ayrıcalıkları değişik açılardan karşılaştırılabilir. Her şeyden önce, gıdadaki mevcut su, onun bozulmasına olanak vermeyecek bir düzeye kadar azaltıldığı için kesin bir muhafaza olanağı doğmaktadır. Besin maddelerinin uzun süre korunması ihtiyacını gerçekleştirmek için araştırmacılar farklı yöntemler kullanarak farklı gıda maddelerinin kuruma davranışını incelemişlerdir. Elde edilen bulgular neticesinde gıda maddelerinin optimum kuruma hızları ve sıcaklıkları belirlenmiştir. Bu çalışmalarda ikincil bir amaç olarak da en uygun kurutucu sistem tasarımı yapılmaya çalışılmıştır. Bu konuda çalışan araştırmacılardan, Varlık vd. [1], su oranı belirli bir oranın altına düşürülmüş olan gıda maddeleri, normal atmosfer koşullarında kimyasal, enzimatik ve mikrobiyolojik bozulmalara karşı daha dayanıklı olduğunu ileri sürmüşlerdir.
Gewali vd. [2] tarafından, biokütle ve güneş enerjisinden bir arada yararlanan bir sistem geliştirmiş ve Nepal bölgesinde bir tür çiçeğin kurutulmasında test edilmiş, kurutucu veriminin %16.32 olduğu tespit edilmiştir.
Sarsavadia [3] tarafından soğan kurutma amacıyla, güneş enerjisi destekli bir kurutma sistemi geliştirilmiş, kolektör içerisine kanatlı saptırıcılar yerleştirilerek kolektör verimliliği artırılmaya çalışılmıştır. Literatür analizi göstermiştir ki, havalı güneş kolektörü ile desteklenen güneş enerjili kurutma sistemleri ile ilgili çalışmaların birçoğunun teknolojisi birbirine benzemekte sadece kurutulan ürün farklılık göstermektedir.
3
Jain ve Pathare [4] tarafından yapılan çalışmada, balıkların açık güneşin altında kurutma kinetiklerini incelenmişlerdir. Çalışmada Karides balığı ile Hindistan sazan balığının kurutma davranışını incelemişlerdir. Kuruma oranı eğrilerinin kuruma süresince Lineer olarak düştüğü hiç sabit olmadığını gözlemlemişlerdir.
Kamışlı [5], sert buğdaydan yapılmış bulguru tepsili bir kurutucuda farklı hızlarda ve sıcaklıklarda kurutarak bulgurun kuruma dinamiğini incelemiştir. Kuruma hızının (çalışılan aralıkta) hissedilmeyecek kadar artarken, sıcaklığa ise büyük oranda bağlı olduğunu gözlemlemiştir.
Balık kurutma metotları ile ilgili olarak bazı detaylar ve farklı teknikler Barat vd. [6], Bellagha vd. [7] ve Barquez vd. [8] tarafından verilmişse de bu yöntemlerde jetle kurutma, güneş altında doğrudan tuzlayarak kurutma tekniklerini içermektedir.
Güneş enerjisi destekli kurutma sistemlerinde, bu sistemlerin simülasyonlarını yapan TRNSYS yazılımı kullanılarak sayısal çalışmalarda yapılmıştır. Konu ile ilgili olarak, Kalogirou [9], Andres ve Lopez [10] ve Jordan ve Vajen [11] tarafından çeşitli uygulamalar yapılmıştır fakat TRNSYS bilgisayar programının kurutma sistemlerine uygulaması çok az sayıdadır.
Bakır [12] çalışmasında, bazı ağaç türlerinin numunelerini tepsili bir kurutucuda, sabit hava hızı ve sıcaklığında kurutmayı ve numuneler için nem kaybının, kuruma hızının, ısı ve kütle aktarım katsayılarının zamanla değişimini incelemiştir. Bu numunelerin değerlerinin zamanla azaldığını tespit etmiştir.
Di Blasi [13] çalışmasında, yüksek sıcaklıkta biçilmiş ağaç kurutulmasını çok fazlı nem transferi kabullüyle modellemiştir. Bu çalışmada entalpi, kütle ve momentum için matematiksel eşitlikler katı, sıvı gaz fazlarda bir boyutlu kararsız durum için yazmıştır.
Nispeten yüksek geçirgenliğe sahip yumuşak ağaç tipleri yüksek sıcaklıkta kurutulmasını Nijdam vd. [14] tarafından incelenmiş olup, bir boyutlu temel üzerinden modelleme yapılmıştır. Zamana göre modelden tahmin edilen sıcaklık ve ortalama nem içeriği profilleri literatürde mevcut deneysel verilerle uyum içinde olduğu iddia edilmektedir.
4
Bala ve Mondol [15], güneş enerjisi destekli tünel kurutucu kullanarak, balığın kurutulmasını incelemişlerdir. Ancak, tünel kurutucuların en önemli dezavantajı, çok büyük alan gerektirmesi, kurutucunun elektrik şebekesine yakın bir yere kurulum zorunluluğu ve balığın kurutucuya taşınırken, uzak mesafede olması durumundaki şoklama gereksinimidir.
Mastekbayeva vd. [16], Fanların güneş pilleri ile çalışan bir kurutma sistemi geliştirmişlerdir. Bu sistemin en büyük dezavantajı, kurutucunun bir yere sabit olarak yerleştirilmesidir.
Simal vd. [17], aynı kurutma modeli farklı besin ya da kurutma şartlarına aynı hassasiyetle uygulanamayacağını savunmaktadırlar.
Lempelius [18] çalışmasında, zamanla ihtiyaçlara göre kurutma ocaklarının ısıtma sistemleri değiştirilerek, kurutma ocaklarının tabanına ısıtma tertibatı yerleştirilirken, vantilatörle sağlanan hava akımının ve sıcaklığın kurutmayı hızlandırdığını tespit etmiştir.
Akpınar ve Biçer [19], siklon tipi bir kurutucuda dönel bir akış ortamı oluşturarak farklı sıcaklık ve hızlarda kabağın kuruma dinamiklerini deneysel olarak incelemişlerdir. Dönel akış ortamında kurutulan ürünlerde kuruma hızının daha yüksek olduğunu tespit etmişlerdir. Aynı zamanda kuruma hızında, hava hızından ziyade hava sıcaklığının daha etkili olduğunu tespit etmişlerdir.
Karataş ve Kamışlı [20], mikrodalga ve infrared (IR) bir kurutucuda olgun ve yarı-olgun kayısı örneklerindeki bazı vitaminlerin (A, C ve E) (MDA)’larından nem kaldırarak kayısıların renk korunumunu ve kuruma oranlarını, nem kaybı açısından incelemişlerdir. Sonuç olarak mikrodalga kurutucuların IR kurutucularından kuruma oranı ve başlangıç nemini korumasının vitamin kaybı açısından daha etkili olduğunu tespit etmişlerdir. Ayrıca olgun kayısıların yarı-olgun kayısılara göre daha yüksek nem kaybettiğini tespit etmişlerdir.
Akpınar ve Dinçer [21], siklon tipi bir kurutucuda patlıcan numunelerinin kurutma davranışını deneysel olarak incelemişlerdir, daha sonra bunları matematiksel değerlerle karşılaştırmışlardır. Deneysel ve Matematiksel verilerin birbirleriyle uyumlu olduğunu görmüşlerdir.
5
Rathore ve Panwar [22], yarı silindirik bir güneş tünelinde üzümü kurutmak için geliştirilmiş kurutucunun performansını değerlendirmeyi amaçlamışlardır. Sistemin, zirai ürünleri kurutmak için oldukça verimli olduğunu tespit etmişlerdir.
Koyuncu [23], sera tipi zirai kurutucuların performansını geliştirmek amacıyla iki farklı tipte kurutucu tasarlamıştır. Sonuçta zirai ürünleri kurutmak için tasarlanan sirkülasyonlu sera kurutucuların kullanımının açık havada yapılan kurutuculardan 3-5 kat daha verimli olduğunu tespit etmiştir.
Kamışlı [24], tepsili bir kurutucuda ceviz, çam, kayın ve kavak ağaçlarını sabit sıcaklıktaki farklı hızlarda kurutmuştur. Her bir kereste için nem kayıpları, kuruma hızları ve ısı taşınım katsayılarını incelemiştir. Kavak numunelerinin diğer numunelerden daha hızlı kuruduğunu ve dolayısı ile bu numune için ısı taşınım katsayısının diğer numunelerin ısı taşınım katsayılarından daha büyük olduğunu tespit etmiştir.
Öztop ve Akpınar [25], bazı ürünleri taşınımla kurutmak için nem transferi analizini deneysel ve nümerik olarak incelemişlerdir. Ürünlerin kuruma esnasında nem transferi ve ısı transferinin iki boyutlu analizini sonlu farklar metodunu kullanarak ısı ve kütle transferi çözümünü gerçekleştirmişlerdir. Deneysel ve nümerik verilerin birbiriyle dikkate değer bir şekilde uyumlu olduğunu tespit etmişlerdir.
Çakmak ve Yıldız [26], yeni geliştirdikleri bir güneş kolektörüyle çekirdekli üzümün kuruma davranışını üç farklı hava hızı için incelemişlerdir. Elde ettikleri nem oranı eğrilerini literatürdeki altı tane eğri ile kıyaslamışlardır. Sistemin hızlı kurutması bakımından en uygun model olduğunu tespit etmişlerdir.
2. MATERYAL VE METOT
2.1. Kurutma Teorisi
Kurutmanın başlangıcında kurutulan ürünün önce dış tarafındaki yani yüzey veya yüzeye yakın bölgelerdeki su uzaklaştırılır. Bu periyot “sabit oranda kuruma periyodu” olarak tanımlanır. Çünkü bu periyot da kuruma sabit bir oranda devam eder. Kuruma oranı, havanın hızına, sıcaklığına, nemine, ürünün yüzey alanına, birim zamanda havadan ürüne transfer edilen ısı miktarına, kurutucunun cinsine, ürünün kimyasal yapısına ve diğer şartlara bağlıdır. Suyun buharlaşması için atmosferik basınçta 2.258 kj/kg ısıya ihtiyaç vardır. Buharlaşma yüzeyde gerçekleştiğinden balık kasındaki suyun önce yüzeye transfer olması gerekir. Bu transfer büyük oranda difüzyonla gerçekleşir. Bu periyot kuruma oranının yavaş bir şekilde azalmasıyla karakterize edilir ve bu periyoda “kuruma oranında düşme periyodu” denir [27].
2.1.1. Sabit Oranda Kuruma Periyodu
2.1.1.1. Hava Hızı
Literatürde de belirtildiği gibi, hava hızı arttıkça kuruma hızı da artmaktadır. Burada hava hızı ile kuruma hızı arasında doğrudan bir ilişki olduğu görülmektedir. Ancak kuruma hızının çok yüksek olması kurutulan ürünün yüzey kısmını çabuk kurutur bu da içerisindeki sıvının dışarıya transfer edilmesini zorlaştırır. Bu sebeple kuruma hızı ürünün fiziksel büyüklüğüne de bağlı olarak en uygun şekilde seçilmelidir. Literatürde gıda maddeleri için genellikle kuruma hızının 0.5 - 2 m/s arasında olduğu görülmektedir. Bu periyotta katı maddenin nem içeriği sabit bir hızda değişir. Katının iç kısımlarındaki suyun hareketi, yüzeyi su buharı ile doygun hale getirmek için yeterli derecede hızlıdır. Bu durumda, kuruma hızı ısı transferi ile kontrol edilmiş olur. Böylece kuruma işlemi, katı maddenin yüzeyindeki buharlaşan su buharının sabit bir hava filmi içersinden geçerek difüzyonla transferi gerçekleşir.
7
Sabit hız periyodunda nemin uzaklaştırılması katının tabiatından bağımsızdır. Katı yüzeyine yapılan ısı transferi sadece konveksiyonla olur ve diğer ısı etkileri ihmal edilirse yüzey sıcaklığı yaş hazne sıcaklığına yaklaşır. Yüzey sıcaklığı sıcak havanın yaş hazne sıcaklığına ulaştıktan sonra kararlı durum oluşur ve kuruma hızı sabit kalır. Sabit hız periyodunda buharlaşma ısısının sıcak bir gazdan sağlanması halinde katı maddeye ısı transferi hızı ile yüzeyden kütle transfer hızı arasındaki dinamik bir denge gerçekleşir ve aşağıdaki eşitlik ile ifade edilir.
dt dW = L hA∆T = KA(Pv - Pv0) (2.1)
Sabit hız periyodunda kuruma hızı genellikle sıcaklık, havanın nemliliği ve havanın akış hızı gibi dış faktörlerden etkilenir. Bu periyotta katı içerisindeki sıvının hareket mekanizması kuruma hızını etkilemez. Hava hızının sabit olması halinde ısı transfer katsayısı ve kütle aktarım katsayısı bundan etkilenmez. Isı transfer katsayısının hesaplanmasında aşağıdaki eşitlik kullanılabilir.
h = 8.8. G0.8 / DE0.2 (2.2)
Burada; h ısı transfer katsayısı (W/m2 °C), G Kütlesel akı (kg/m2.s) ve DE eşdeğer çap (m) tır [12].
2.1.1.2. Kurutulan Ürünün Yüzey Alanı
Havadan ürüne olan ısı transferi miktarı yüzey alanı ile doğrudan ilişkilidir. Literatürde de belirtildiği gibi büyük parça şeklindeki ürünlerin küçük parça şeklindeki ürünlere göre daha geç kuruduğu görülmektedir.
8
2.1.1.3. Hava Nemi
Hava nemi kurutma üzerinde önemli bir etkiye sahiptir, yukarıda da belirtildiği gibi ürün yüzeyinin çok hızlı kuruması ürünün içerisindeki suyun dışarıya transfer edilmesini zorlaştırır. Bu nedenle ürün yüzeyinin çok hızlı kuruması kurutulan ürünün kalitesini düşürür, hava neminin çok düşük olması ürünün yüzeyinin sertleşmesine sebep olacağından kurutma esnasında havadaki nemin belirli bir seviyenin üzerinde olması gerekmektedir.
2.1.1.4. Sıcaklık
Üründeki suyun buharlaşması için havadan ürüne ısı transferinin gerçekleşmesi gerekir. Buda ancak hava sıcaklığının üründeki suyun sıcaklığından büyük olması ile mümkün olur. Bu fark büyüdükçe ürüne olan ısı transferi miktarı da büyük olur, dolayısıyla kuruma zamanı kısalır, ancak bu sıcaklık farkının çok büyük olması üründeki suyun tamamını buharlaştırıp ürünün pişmesine neden olabilir. Bu nedenle çalışılan kuruma sıcaklığına dikkat edilmelidir.
2.1.1.5. Ürünün Yüzey Kalınlığı
Ürünün yüzey kalınlığı ürünün içerisindeki suyun dışarıya transfer edilmesini zorlaştıracağından kuruma oranı düşer. Ürünün kalınlığının az olması da ürünün kuruma oranını arttırır, dolayısıyla ürün daha hızlı kurur.
9
2.1.2. Kuruma Oranında Düşme Periyodu
2.1.2.1. Ürünün Şekli
Ürünün fiziksel özellikleri kuruma oranı üzerinde önemli bir etkiye sahiptir. Literatürde de belirtildiği gibi fiziksel boyutları büyük olan ürünlerin kuruma oranı düşüktür.
2.1.2.2. Hava Hızı
Azalan hız periyodu kritik nem noktasından başlar. Bu noktadan itibaren kuruma olayı azalan kuruma hızı ile devam eder. Başlangıç nemi kritik nemin altında ise bu durumda kuruma işlemi azalan hız periyodu içinde tamamlanır. Azalan hız periyodunda katının iç kısımlarındaki suyun yüzeye hareketi yüzeyden buharlaşan suyun yerini doldurmak için yeterli değildir ve bundan dolayı katı - sıvı ara yüzeyi yüzeyden katı içine doğru oluşmaya başlar. Isı ve kütle transferinin meydana geldiği toplam alanın azalmasından dolayı kuruma hızında azalma gözlenir. Daha iyi kurutma, katı parçacıklarının içerisindeki nemin hareketine bağlı olarak değişir. Azalan hız periyodunun sonunda kuruma hızı denge nemi noktalarında sıfıra yaklaşır. Bu periyot sabit hız periyoduna göre daha fazla zaman alır. Fakat bu periyot sonunda katının nem içeriği en düşük seviyeye düşmüş olur. Azalan hız periyodunda katı içi değişkenler kuruma hızını etkileyen faktörlerdir. Bu durumda kuruma hızının matematiksel ifadesi aşağıdaki denklemde verilmiştir. ) ( 1 We W n dt dW A =− − (2.3)
Azalan hız periyodunun sona ermesiyle katı yüzeyinin tamamen kurumuş olduğu kabul edilir [12].
10
2.1.2.3. Sıcaklık
Sıcaklığın arttırılması kuruma hızını arttırmaktadır. Ancak çok yüksek sıcaklıklar ürünün pişmesine sebep olabileceğinden sıcaklık, ürünün sıcaklığa karşı olan hassasiyetine göre ayarlanmalıdır.
2.2. Kurutma Yöntemleri
2.2.1. Doğal Kurutma (Açık Havada Kurutma)
Herhangi bir mekanik kurutucu kullanılmadan açık havada güneş altında yapılan bir kurutma şeklidir. Dünyada, açık havada güneş altında kurutma tekniği çok eski yıllardan beri bilinen, tarımsal ve hayvansal birçok gıda maddesi için uygulanan bir tekniktir. Ancak, güneşte kurutma, kurutma parametrelerinin kontrol edilmesindeki güçlük, hava şartlarındaki belirsizlik, çok fazla işçilik gerektirme, geniş bir kurutma alanı gereksinimi, böcekler, tozlar ve diğer yabancı maddelerin ürüne karışması gibi nedenlerden dolayı kontrolü oldukça zor bir yöntemdir. Bu nedenle daha kontrollü ve çevrenin olumsuz etkilerinden zarar görmemek için farklı tasarımlarda taşınabilir ve sabit kurutma sistemleri yapılmaktadır.
2.2.2. Haşlandıktan Sonra Kurutma
Bu metotta gıda maddesi kaynatıldıktan sonra kurutulur. Haşlama sıcaklığı ürünün türüne ve durumuna göre ayarlanmalıdır. Hammadde taze ise 80 °C de, tazeliğini yitirmiş olanlar ise 100 °C de haşlanmalıdır. Genellikle taze olan hammaddeler aniden yüksek sıcaklıktaki suya atılırsa yüzeyi sertleşir. Genellikle taze hammaddeler 80 °C deki suya atılır. 12 dakika sonra su sıcaklığı 95 °C olacak şekilde yavaş yükseltilir. Bu yöntem balıklar için uygulanırken; ürün bayat ise, sıcaklık yükselişi hızlı olmalıdır. Haşlama süresi küçük balıklarda 20-30 dakika, orta boy balıklarda 40-50 dakika, büyük balıklarda ise, 60 dakikadır. Haşlama sırasında balık etinde bulunan enzimler etkinliklerini kaybeder ve kurutulmuş olan ürün uzun süre saklanabilir [28].
11
2.2.3. Tuzlandıktan Sonra Kurutma
Bu yöntemde gıda maddelerinin bozulmasına sebep olan bakterilerin çoğalmasını engellemek için tuzlama yapılır. Tuzlanmış üründe belirli miktarda su kaybı olduğu için kurutulan ürünün kuruma zamanı azalır. Bu yöntem ülkemizin Doğu ve Güneydoğu Anadolu bölgelerinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu bölgelerde genellikle kışın yenilmek üzere kırmızı et kullanılmaktadır. Üründe, ürünün kendi ağırlığının yarısından fazla tuz kullanılmaktadır. Ürünün tüketim ömrünü arttırdığı gibi daha lezzetli olmasını da sağlamaktadır. Ancak insanlar kullanılan tuzun miktarını kendi sağlık durumuna, mevsimine ve seveceği tuz oranına göre ayarlamalıdırlar.
2.2.4. Özel Tasarlanmış Makinelerde Kurutma
Bu tip makinelerde (tepsili kurutucular vs.) kurutma, diğer yöntemlere göre daha kontrollü şartlar altında yapılmaktadır. Hava hızı ve hava sıcaklığı istenilen değerlerde ayarlanabilir. Dolayısıyla daha hızlı bir kuruma gerçekleştirilebilir.
Hava genellikle dışarıdan bir fan yardımıyla emilerek kurutma odasına gönderilir. Havanın kurutma odasına homojen olarak dağılması için kurutma tünellerinin ebatlarının iyi ayarlanması gerekir. Literatürde genellikle bu tür sistemlerde, hava hızının 1-3 m/s, hava sıcaklığının ise, 35-70 °C olması önerilmektedir. Ancak bu sıcaklık ve hız balığın cinsine ve fiziksel büyüklüğüne bağlı olarak değişmektedir. Kurutmanın kapalı ortamlarda gerçekleşmesi ürünün dış ortamın olumsuz etkilerinden uzak kalması, mevsim şartlarına bağlı kalınmaması bu tip sistemlerin ayrı bir avantajıdır.
Literatürde de özetlendiği gibi, makinelerin enerji kaynaklarına yakın yerlerde kurulma zorunluluğu ve makinelerin maliyetinin yüksek olması ise, bu tip sistemlerin dezavantajı olarak görülmektedir. Bunların dışında ızgara üzerine konularak veya şişlere geçirilerek ürünün kurutmasını sağlayan “ızgara tipi kurutma” denilen yöntemde mevcuttur.
12
2.3. Kurutmada Temel Prensipler
Kurutma üründen suyu uzaklaştıran bir işlemdir ve bu işlem iki şekilde ifade edilir; a) Suyun fiziksel olarak uzaklaştırılması,
b) Tuz, şeker gibi nem tutucu maddeler ile emilerek uzaklaştırılması.
Bu iki etki, eş sıcaklık emiliminin sigmoidal bir şeklidir. Kurutma işlemi; sıcaklığı, suyun uzaklaşmasını, soğuk ve sıcak tütsülemede oluşan bakteriostatik bileşimin katkısını, nem tutucu maddelerin katkısını ve pH değişimlerini içerebilir.
Presleme, sıcak havada kurutma, santrifüj yapma, çözücü kullanma, mikrodalga ile kurutma, dondurarak kurutma, nem tutucu maddeler ve kurutucuların katkısı ile kurutma, kızartma, varilde kurutma, pişirme; besin kurutma işlemlerinden birkaç tanesidir. Bütün işlemlerde fiziksel benzerlik görülür; su bir şekilde materyalin yüzeyine taşınmalı ya sıvı, ya su buharı ya da buz olarak uzaklaştırılmalıdır. Đlk başta balık yüzeyinde bulunan serbest su yayılarak hava ve güneş etkisiyle emilmesi sağlanır; bu kurutmanın temelini oluşturur. Kurutma oranı hava sıcaklığı, hava hızı gibi dış etkilere bağlıdır. Kurutmanın bu fazı balığın cinsine (yağlı, yağsız), hazırlanma şekline (tuzlanmış, tuzlanmamış), dış kurutucu etkenlerin şiddetine bağlı olarak saatler ya da dakikalar sürebilir. Buharlaşma değeri balığın içsel difüzyon sınırına gelmeye başladığında yüzey kurumaya başlar ve dış koşulların etkisi olmaksızın kurutma oranı düşer.
Hızlı kurutmaya çalışmak istenilmeyen durumlara yol açabilir. Yüzeyde sert, yarı geçirgen bir deri ya da ince bir zar oluşu, kurutmanın ilerlemesini engelleyici bir bariyer gibidir. Ayrıca balığın sıcaklığı 35 °C’yi aşarsa kas kalojenlerinin değişimi sonucu balık pişmeye başlayacaktır. Kurutulacak balıktaki değerler uygulanan fiziksel, kimyasal, biyolojik işlemler sayesinde bilinebilir [29].
2.3.1. Sıcaklık ve Kütle Değişimleri
Bütün kurutma işlemlerinde suyun uzaklaştırılması, yüzeyden buharlaşma ve su hareketinin kombinasyonunu içerir. Suyun balıktan yüzeye taşınması moleküler, buharlaşarak ve akışkan difüzyonunun birlikteliği ile olur.
13
Bazen de balığın dışından içine doğru ters yönde tuz ve duman gibi bileşenlerin taşınımı gerçekleşebilir. Bu ters difüzyon süreci kalamar ve sübye gibi ürünlerin yüzeyinde tuz ve şeker tortusu kalmasıyla sonuçlanabilir. Bu sonuç, bu ürünler için arzu edilen ve gerekli bir özelliktir. Đşletmeciler fırında kurutma gibi modern tekniklerde bu özelliği, kurutulmuş ürün üzerine pirinç unu gibi maddelerin serpilmesiyle elde ederler.
Suyun çıkmasının ve çözünenlerin balığa nüfuzunun yanında, ısının da balığa nüfuzu söz konusudur. Suyun çıkması ve ısı transferi işlemleri birbiri ile ilişkili işlemlerdir. Suyu, kurutma işlemi sırasında ürünün yüzeyinden buharlaştırmak için ısıya ihtiyaç vardır. Buharlaşma değerinin yüksekliği, yüzeye ısı taşınımın oranı ve balığın yüzeyindeki sıcaklığın düşmesi; ortamdaki havanın özelliklerine bağlıdır. Bu işlemler ısı ve kütle değişiminin ortaklığı olarak bilinir. Balığın kurutulması süresince yer alan ısı ve kütle transferinin fizik ve matematiğine dayanan matematiksel modeller, bilinen mikrobiyal gelişim davranışları, kurutma donanımlarındaki tasarımındaki kimyasal reaksiyon değerleri, kalite tahmini ve kurutulmuş balığın raf ömrü birlikte kullanılabilir [29].
2.3.2. Su Aktivitesi (aw)
Gıdalardaki suyun mikrobiyal ve enzimatik faaliyet için yarayışlılığının ölçüsü olarak ifade edilmektedir. Gıdaların kurutulması su aktivitesinin mikroorganizmaların çalışamayacağı sınıra indirilmesi demektir. Su aktivitesi, gıdadaki suyun buhar basıncının aynı sıcaklıktaki saf suyun buhar basıncına oranıdır.
Su aktivitesi gıdalardaki kimyasal, biyokimyasal ve mikrobiyolojik değişimleri sınırlayan en önemli etkendir. Su aktivitesi düştükçe gıdanın dayanıklılığı artmaktadır. Su aktivitesi gıdadaki suyun buharlaştırılıp uzaklaştırılmasıyla yani kurutmayla azaltılabildiği gibi, gıdaya şeker veya tuz ilavesi ile de azaltılabilmektedir.
Gıdalarda bozulmalara neden olan bakteriler, su aktivitesi 0.90’ın altında bulunan gıdalarda çoğalmazlar. Bazı halofilik bakteriler ise 0.75’e kadar faaliyet gösterebilmektedir. Küfler su aktivitesi 0.80’e düşünceye kadar kolaylıkla çoğalırlar. Ayrıca su aktivitesinin düşmesi enzimatik değişimleri de sınırlamakta veya önlemektedir. Peroksidazlar ve feneloksidazlar gibi enzimler su aktivitesi 0.85’den aşağı değerlerde pasif hale gelmektedir. Buna karşın lipaz enzimleri 0.25-0.30’a kadar aktif kalmaktadırlar. Tablo 2.1’de bazı mikroorganizmaların çalışabildikleri su aktivitesi değerleri verilmiştir [27].
14
Tablo 2.1. Bazı mikroorganizmaların çalışabildikleri su aktivitesi değerleri [27].
Su Aktivitesi Mikroorganizmalar
1.0 Hiçbiri
0.95 E. coli gibi gram negatif çubuklar ve Bacillaceae sporları
0.91 Çoğu cocci ve Lactobacilli, Bacillaceae’nin vejetatif hücreleri
0.88 Çoğu mayalar
0.80 Çoğu küfler, Staphylococcus aereus
0.75 Çoğu halofilik bakteriler
0.65 Kserofilik küfler
0.60 Osmofilik mayalar
2.3.3. Suyun Buhar Basıncı
Herhangi bir kapta bulunan su, bulunduğu koşullara bağlı olarak az veya çok fakat daima sıvı fazdan buhar fazına geçme eğilimi taşır. Bu, bazı su moleküllerinin sıvı fazı terk ederek kendini çevreleyen havaya gaz halinde yani su buharı halinde karışması demektir. Ancak bu, tek yönlü bir olgu değildir. Nitekim havada buhar halinde bulunan su molekülleri de sıvı faza geri dönerler. Sıvı fazdan buhar fazına geçen moleküllerin hızı ve enerjileri geri dönenlerinkinden daha yüksektir. Şu halde su ister katı, ister sıvı isterse de buhar fazında bulunsun, özellikle başta sıcaklık derecesi olmak üzere, bulunduğu koşullara bağlı olarak, belli bir buhar basıncı gösterir.
15
Serbest suyun havaya su buharı molekülleri olarak karışması suyun buharlaşması olarak tanımlanır. Suyun buharlaşması sonucu da kuruma olayı gerçekleşir. Suyun bu anlamda buharlaşmasının itici gücü suyun buhar basıncıyla kendisini çevreleyen havanın su buharı kısmi basıncı arasındaki farkıdır. Bu fark ne kadar büyükse suyun buharlaşması o kadar hızlı ve fazla olur. Suyun buhar basıncı çeşitli yöntemlerle ölçülebilir ve mm Hg veya atmosfer veya pascal biriminden verilebilir.
2.3.4. Ürünün Su Đçeriği
Üründeki su miktarı birkaç şekilde ifade edilebilir. Yaş ağırlığa göre hesaplanmış yüzde su miktarı (wb), üründeki su miktarının ürünün toplam ağırlığına bölünmesiyle elde edilen değerin 100 ile çarpılmasıyla hesaplanır. Kuru ağırlığa dayalı su miktarı (db) ise, üründeki su miktarının üründeki kuru madde ağırlığına bölünmesi ile elde edilen değerin 100 ile çarpılması ile hesaplanmaktadır. Önemli oranda su içeren ürünlerde kuru ağırlığa dayalı su oranı % 100’ü aşabilmektedir. Örneğin 800g su ve 200g kuru madde içeren 1000 g ağırlığındaki bir balığın su içeriği (M) şöyle hesaplanır:
Mwb = (Mw/MT ) x 100 = (800/1000) x 100 = % 80 (2.4)
Mdb = (Mw/Mk) x 100 = (800/200) x 100 = % 400 (2.5)
Burada; Mw; ürünün su ağırlığı, MT; ürünün toplam ağırlığı, Mk ise,ürünün kuru ağırlığıdır.
Tuzlanmış balıklarda su içeriği ise, tuzsuz yaş ağırlık (Msfwb) ve tuzsuz kuru ağırlık (Msfdb) şeklinde hesaplanmaktadır. Örneğin 700 g su, 50g tuz ve 250g kuru madde içeren 1000g ağırlığındaki bir balığın su içeriği şöyle hesaplanır:
Msfwb = [700/(1000-50)] x 100 = %73.6 (2.6)
16
Eğer tuz ağırlığı göz önüne alınmazsa aynı balığın su içeriği şöyle olur:
Mwb = (700/1000) x 100 = % 70 (2.8)
Mbd = [700/(1000-700)] x 100 = % 233 (2.9)
Bazen de yağlı ve yağsız balıklar karşılaştırılırken su içeriği yağsız temele dayandırılarak hesaplanmaktadır. Taze yağsız bir balık genel olarak % 80 civarında su içermektedir. Taze yağlı balıkta ise su ve yağ içeriğinin toplamı % 80’lik alan içerisindedir.
Herhangi bir ürünün su miktarındaki değişim kurutma sırasında kaybolan suyun yüzdesi olarak ifade edilmektedir. Yüzde su kaybı ürünün başlangıçtaki su miktarından son üründeki su miktarının çıkarılıp başlangıç su miktarına bölünmesi ve elde edilen değerin 100 ile çarpılmasıyla elde edilir. Örneğin başlangıçta 800g su 200g kuru madde içeren 1000g ağırlığındaki bir balığın kurutulduktan sonra 100g su ve 200g kuru madde ve toplam 300g ağırlıkta olması durumunda su kaybı (PWL) aşağıdaki gibi hesaplanır [27].
PWL = [(800-100)/800] x 100 = % 87.5 (2.10)
Boyutsuz nem oranı formülü de aşağıda verilmiştir:
W s= (Mt - Me) / (M0 - Me) (2.11)
2.3.5. Kuruma Mekanizmaları
2.3.5.1. Difüzyon Teorisi
Bu teoriye göre katının iç kısmındaki suyun yüzeye hareketi katı içi difüzyonla gerçekleşir. Fick’in 2. Kanununa uyan buhar veya sıvıların transferinde bu tip difüzyon için matematiksel ifadeleri aşağıdaki gibidir.
17 ) ( 2 2 L c D T c ∂ ∂ = ∂ ∂ (2.12)
Çok uzun kuruma zamanları için eşitlik aşağıdaki şekle indirgenebilir.
αβ π − > − − e We Wc We W 2 8 (2.13)
Denklem diferansiyelinin alınmasıyla aşağıdaki denklem elde edilir.
) ( 4 2 2 We W L D dt dW − =π (2.14)
Denklem integralinin alınmasıyla katı içi difüzyon kontrolü altında kuruma için gerekli zaman bulunabilir: ) ( ) ( ln 4 2 2 We W We Wc D L t − − = π (2.15)
18
2.3.5.2. Kapiler Teorisi
Gözenekli katıların bünyesindeki sıvının hareket mekanizması eşitliği ile açıklanamaz. Bunun sebebi gözenekli katılarda sıvının katı bünyesindeki homojen bir konsantrasyon gradyentine sahip olmasıdır. Gözenekli katılarda sıvının katı bünyesindeki sıvı önce kapiler hareketle yüzeye ve buradan da gaz fazına transfer olur. Gözenekli katılarda katı içerisindeki sıvının yüzey hareketi, difüzyonla kütle transferinden ziyade kapiler hareketle meydana gelir. Kapiler teoriye göre katı madde değişik büyüklük ve şekillerde gözenek ve kanallara sahiptir. Bu durumda katı gözeneklerinde sıvı kanallarından hareket ederek yüzeye ulaşır [12].
2.4. Kurutma Sırasında Meydana Gelen Değişimler
2.4.1. Fiziksel Değişmeler
2.4.1.1. Kabuk Bağlama
Kurutma koşullarının hatalı seçilmesi sonucu oluşan bir olaydır. Kabuk bağlama; kurutmanın ilk aşamasında yüksek sıcaklık uygulamasından kaynaklanır. Böylece yüzeyde hızla oluşan kuru tabaka büzüşme sonucu alt tabakalara baskı yapar. Ancak alt tabakalar henüz o kadar ıslaktır ki, üstten yapılan basınca direnç gösterir. Bu durumda kuruma sonucu büzüşme olanağı bulamayan üst tabaka gerilip sert bir tabaka haline dönüşür. Böylece oluşan sert kabuk, kurumanın ileri aşamalarında, alt tabakalar kuruyup buruşsa dahi bir daha göçmez fakat alt tabakalardan ayrılarak sert bir tabaka yapısını korur. Kabuk bağlama ile birlikte kuruma hızı birden bire düşer. Kurutma sırasında bu olumsuzluklardan kurtulmak için kurutma koşullarının iyi ayarlanması gerekmektedir [1].
19
2.4.1.2. Kitle Yoğunluğunda Değişmeler
Birim hacmindeki ağırlıktır, birimi kg/m3’tür. Aynı zamanda kitle yoğunluğu kurutulmuş ürünün bir kalite ölçüsüdür.
Gıda maddeleri genelde elastik özellik gösteren materyallerdir. Kusursuz elastik bir maddeden su uzaklaşınca büzüşme miktarı ile kaybedilen su arasında doğrusal bir ilişki vardır. Ancak gıdalar her ne kadar elastik özelikteyse de kusursuz bir elastikiyet taşımadıklarından kurutulan gıdalarda büzüşme ile su kaybı arasında lineer bir ilişki görülmez. Her ürün, kurutmada uygulana koşullara bağlı olarak kendine özgü bir buruşma niteliği gösterir.
Kurutma koşulları eğer; iç kısımlarına göre materyal yüzeyinin daha fazla ve hızlı kurumasına neden olmayacak kadar ılımlıysa, tüm kitle beraberce kurur ve muntazam bir buruşma belirerek materyal şeklinin kaybederek son derece küçülür. Böyle bir ürünün kitle yoğunluğu çok yüksektir. Buna karşın önce yüzeyde aşırı bir kuruma oluşacak şekilde hızlı bir kurutma uygulanırsa, dış tabakalar sertleşir ve ürünün içi henüz ıslak kalır. Daha sonraki kurutma aşamalarında nihayet alt tabakalarda kurur. Ancak sertleşmiş dış tabaka, daha sonra kuruyan alt tabak üzerine çökemediğinden kurumuş ürünün içinde kat kat boşluk ve çatlaklar oluşur. Böyle kurumuş bir ürün dış görünüşüyle, orijinaline benzer ve sanki hiç buruşma olmamış veya çok az olmuş izlenimi verir. Bu tür ürünlerde kitle yoğunluğu çok düşüktür [1].
2.4.1.3. Kurutulmuş Ürünün Rehidrasyon Yeteneği
Kurutulmuş bir üründe aranan en önemli nitelik bunun kullanılması sırasında verilen su ile eski haline dönüşebilme düzeyidir. Yani kurutulmuş bir ürün suda tutulunca, taze halinde içerdiği kadar su alarak eski haline ve şekline dönüşürse mükemmel niteliklerde olduğu kabul edilir. Kurutulmuş ürünlerin rehidrasyon yeteneği bizzat fiziksel bir olaysa da, bunun kurutma sırasında değişmesi materyaldeki kimyasal, fizikokimyasal ve fiziksel değişmelerle ilgilidir. Nitekim kurutma koşullarına bağlı olarak buruşma ve parçalanma sonucu hücreler ve dokunun kapillar yapısının bozulması, rehidrasyonu olumsuz yönde etkileyen fiziksel faktörlerdir. Buna karşın rehidrasyon yeteneği daha çok kimyasal ve fizikokimyasal nedenlerle etkilenmektedir.
20
Kurutmada uygulanan ısının etkisiyle ve kuruma sonucu hücredeki tuzların konsantre olmasına bağlı olarak proteinler denatüre olmaktadır. Denatüre olan proteinler artık suyu tekrar absorbe etme ve bağlama yeteneğini büyük ölçüde kaybeder.
2.4.2. Kimyasal ve Diğer Değişmeler
Kurutma sırasında meydana gelen fiziksel değişmelere paralel olarak çeşitli kimyasal değişmeler de belirir. Bu değişiklikler kendisini, kurutulmuş ürünün veya rehidre edilmiş ürünün, renginde, lezzetinde, tekstüründe, viskozitesinde besleme değeri ve depolama stabilitesinde gösterir. Bu değişmelerin oluşumu veya düzeyi her üründe kendine özgü bir şekilde gelişir. Ayrıca, kurutma işleminde uygulanan ısının şiddeti, bu değişimlerin düzeyini etkileyen en önemli faktördür. Ancak kurutulan her üründe meydana gelen en önemli olumsuzluk renginin de esmerleşmesidir. Renk esmerleşmesi kurutmadan önce, kurutma sırasında veya depolama süresinde oluşur. Renk esmerleşmesi enzimatik veya enzimatik olmayan reaksiyonlar sonucu olabilir. Kurutmada uygulanan havanın sıcaklık derecesi, materyaldeki enzimleri pasif hale getirmeye çoğu kez yeterli gelmez çünkü, materyal kurutma sırasında uygulanan yüksek sıcaklığa rağmen suyun buharlaşması sonucu daima soğuk kalır. Enzimatik olmayan esmerleşme reaksiyonları ise kurutma sırasında ve depolama sırasında koşullara göre belli bir hızla devam eden sürekli olaylardır. Diğer kimyasal reaksiyonlarda olduğu gibi, enzimatik olmayan esmerleşme reaksiyonları da sıcaklık derecesi arttıkça ve reaksiyona giren maddelerin ortamdaki konsantrasyonu yükseldikçe hızlanmaktadır [1]. Esmerleşme reaksiyonlarının sonucu, kendini sadece renkte göstermez. Ürünün lezzet ve beslenme değerinde de değişmeler belirir.
Balıkların kurutulmasında kullanılan kontrollü mekanik kurutucularda 35 – 70 °C arasındaki sıcaklıkların uygun olduğu, 70 °C üzerindeki sıcaklıklarda protein denatürasyonları sebebiyle protein kalitesinde düşüşler söz konusu olmaktadır. Kurutulan ürünlerde, gerek kurutma işlemlerinde gerekse de depolamada besleme değerinde bazı kayıplar kendini göstermektedir. Örneğin kurutmadan önce uygulanan haşlama veya tuzlama işlemi sırasında suda eriyen birçok madde ve vitaminlerde azalmalar görülür.
21
Gerek kurutma ve gerekse depolamada, vitaminler oksidasyonla önemli düzeyde kaybolmaktadır. Özellikle B1 vitamini ısıya duyarlı olduğundan kurutmayla önemli düzeyde azalmaktadır.
Kurutma işlemi sırasında meydana gelen değişimler kurutulacak olan hammaddenin nem miktarına, sıcaklığa ve hangi nem seviyesinde, hangi sıcaklıkta ve ne kadar süre kaldığına bağlıdır. Bu nedenle ürünün nem miktarı sıcaklık süre ilişkisi, kullanılan kurutucu tipine göre de değiştiğinden, proses kinetiğini kontrol eden faktörlerin etki derecelerinin ölçülmesi, en uygun kurutucu tipinin seçimine de yardımcı olur. Ancak kurutulmuş ürünlerde bol miktarda besin maddesi de mevcuttur çünkü üründen su uzaklaşmış ve geride yoğun bir madde kalmıştır [1].
2.5. Bazı Balık Çeşitleri ve Alabalığın Tanıtılması
2.5.1. Deniz Balıkları
Deniz balıklarının isimleri aşağıda maddeler halinde sıralanmıştır:
• Hamsi (Engraulis encrasicolus) • Đstavrit
• Sardalya
• Barbunya balıkları • Kefal balıkları
• Lüfer balıkları (Pomatomus saltator) • Kolyoz (Scomber japonicus)
• Uskumru (Scomber scombrus) • Palamut (Sarda sarda)
• Ton balıkları • Mercan balıkları
• Mezgit (Micromesistius poutassou) • Çipura (Sparus aurata)
22 • Kılıç balığı (Xiphias gladius)
• Mersin balığı • Kalkan balığı • Salmon balıkları
2.5.2. Tatlı Su Balıkları
Tatlı su balıklarının isimleri aşağıda maddeler halinde sıralanmıştır:
• Alabalık
• Sazan (Cyprinus carpio)
• Sudak (Stizostedion lucioperca) • Turna balığı (Esox lucius)
• Yılan balığı (Anguilla anguilla) [28].
2.5.3. Alabalığın Tanıtılması
Ülkemizin nehir ve göllerinde alabalığın dört türü bulunur. Bunlar Salmo trutta magrostigma, Salmo trutta caspius, Salmo trutta abanticus ve Salmo trutta labrax’tır. Soğuk, temiz ve oksijeni bol sularda yaşayan alabalıklar kırmızı etli yağ oranı % 5–15 arasında değişen lezzetli balıklardır. Gökkuşağı alabalığı (Oncorhynchus mykiss) olarak adlandırılan türün kültürü ülkemizde yaygın olarak yapılmaktadır. Kültürü yapılan bu balık 200 – 250g büyüklüğüne geldiğinde hasat yapılmakta, taze ve dumanlanmış olarak tüketilmektedir.
Alabalıklar genelde kırmızı etli olmasına karşın kültür alabalığı yem rasyonuna bağlı olarak daha beyaz etli, yağ oranı değişken, protein oranı % 15–18 olan bir balıktır [28]. Deney için de kullanılacak bir alabalık resmi aşağıda Şekil 2.1.’de verilmiştir.
23
Şekil 2.1. Deney numunesi bir alabalık
2.6. Kurutucu Havanın Şartlandırılması
2.6.1. Kuru Hava ve Atmosferik Hava
Hava, azot, oksijen ve küçük miktarlardaki başka gazlardan oluşan bir karışımdır. Atmosfer içindeki hava bir miktar su buharı (veya nem) içerir ve bu nedenle atmosferik hava diye tanımlanır. Diğer taraftan içinde su buharı bulunmayan hava ise kuru hava olarak tanımlanır. Tanımlardan da anlaşıldığı gibi hava; su buharı ile kuru havanın karışımından oluşmaktadır. Havanın kuru bileşeni sabit kalırken, su buharının miktarı denizlerden, göllerden, duşlardan ve hatta insan vücudundan olan buharlaşma yoğuşma sonucu değişmektedir
Đklimlendirme uygulamalarındaki hava sıcaklığı aralığı yaklaşık – 10 °C ile 50 °C arasında yer alır. Bu aralıkta kuru hava ideal bir gaz olarak ele alınabilir ve cp değeri %0.2’den daha küçük ihmal edilebilir bir hatayla sabit bir ortalama değer olarak 1.005 kJ/(kg K) kabul edilebilir (Tablo 2.2).
24
Tablo 2.2. Havanın -10 ile 50 °C arasındaki, cp’nin 1.005 kJ/kg.°C kabulüyle % 0.2’den az hatayla
değer tablosu [30]. KURU HAVA T( °C) cp( kJ/kg °C) -10 1.0038 0 1.0041 10 1.0045 20 1.0049 30 1.0054 40 1.0059 50 1.0065
Referans sıcaklığı 0 °C alınırsa, kuru havanın entalpisi ve entalpi değişimi aşağıda verilen bağıntılardan bulunabilir:
hkuru hava = cpT = (1.005 kJ/kg . °C) T (kJ/kg) (2.16)
∆hkuru hava = cp ∆T = (1.005 kJ/kg . °C) ∆T (kJ/kg) (2.17)
Burada T, °C olarak havanın sıcaklığını ve T sıcaklık değişimini göstermektedir. Đklimlendirme uygulamalarında entalpi değişimleri (h) üzerinde durulur ve söz konusu değişim seçilen referans sıcaklığından bağımsızdır.
Havadaki su buharının da kuru hava gibi ideal bir gaz olarak kabul edilmesi büyük kolaylık sağlar. Hatta bunun için hassaslıktan bir miktar ödün verilmesi bile göze alınabilir. 50 °C sıcaklıkta, suyun doyma basıncı 12.3 kPa’dır. Bu değerden daha düşük basınçlarda, doymuş buhar halinde olsa bile su buharı çok az bir hatayla (%0.2’nin altında) ideal gaz olarak ele alınabilir. Bu nedenle havadaki su buharı, tek başına bulunması durumunda nasıl davranıyorsa öyle davranır. PV = RT ideal gaz hal denklemini sağlar. Böylelikle atmosferik hava, basıncı kuru havanın (Pa) ve su buharının (Pv) kısmi basınçlarının toplamı olan, ideal bir gaz karışımı olarak ele alınabilir.
25
Su buharını kısmi basıncı genellikle ‘’buhar basıncı ’’ diye nitelenir. Bu basınç, su buharının atmosferik hava sıcaklığı ve hacminde tek başına olması durumunda sahip olacağı basıncı göstermektedir.
Su buharı bu koşullarda ideal bir gaz olarak kabul edildiği için, entalpisi yalnızca sıcaklığın fonksiyonu olup, h = h(T) şeklinde ifade edilebilir.
Şekil 2.2. 50 °C’nin altındaki sıcaklıklarda suyun kızgın buhar bölgesinde, h = sabit ve T = sabit eğrileri [30].
Bu durum Şekil 2.2’den görülüyor. Sıcaklığın 50 °C’nin altında olması durumunda sabit entalpi eğrileri sabit sıcaklık eğrileri ile çakışmaktadır. Bu nedenle havadaki su buharının entalpisi aynı sıcaklıktaki doymuş su buharının entalpisine eşit alınabilir. Başka bir değişle,
hv(T, düşük P)≅ hg (T) (2.19)
şeklinde ifade edilebilir. Su buharının entalpisi 0 °C’de 2500.9 kJ/kg’dır. - 10 °C ile 50 °C sıcaklıkları arasında su buharının ortalama cp değeri 1.82 kJ/kg °C alınırsa, entalpisi yaklaşık olarak, T (°C) olmak üzere aşağıdaki bağıntıdan hesaplanabilir:
26
hg (T)≅ 2500.9 + 1.82T (kJ/kg) T’nin °C veya, (2.20)
hg (T) ≅ 1060.9 + 0.435T (Btu/Ibm) T’nin °F olması durumunda (2.21)
Yukarıdaki bağıntı – 10 °C ile 50 °C arasında su buharının entalpisini ihmal edilebilecek bir hatayla vermektedir [30].
2.6.2. Havanın Özgül ve Bağıl Nemi
Özgül veya mutlak nem, birim kuru hava kütlesinde bulunan su buharı miktarıdır. Birimi (kg su buharı / kg kuru hava) dır, aynı zamanda ‘’nem oranı’’ diye adlandırılır ve ωile gösterilir. ω = a v m m
(kg su buharı / kg kuru hava) (2.22)
Özgül nem aşağıdaki bağıntıyla da ifade edilebilir:
ω = a v m m = a v a a v v a a v v P P R P R P T R V P T R V P 622 . 0 / / / / = = (2.23)
veya P toplam basınç olmak üzere
ω = v v P P P − 622 . 0
(kg su buharı / kg kuru hava) (2.24)
şeklinde tanımlanır.
1 kg kuru havaya su buharı eklendiğinde havanın özgül nemi artacaktır. Daha fazla nem veya su buharı eklendikçe özgül nem de artmaya devam edecektir. Ancak bir noktada hava verilen nemi artık daha fazla üzerine alamayacaktır. Bu durum doymuş hava olarak tanımlanır. Bundan sonra eklenmeye çalışılan her bir buhar molekülü yoğuşacaktır.
27
Belirli bir sıcaklık ve basınçta bulunan doymuş havadaki su buharı miktarı (2.24) numaralı denklemdeki Pv’nin, aynı sıcaklıktaki suyun doyma basıncı olan Pg ile değiştirilmesi ile hesaplanabilir (Tablo 2.3).
Tablo 2.3. Doymuş havada su buharı basıncının 25 °C ve 100 kPa’daki değerleri [30]. (
O H doy
P , 2 @ 25°C = 3.1698 kPa)
Pv = 0 ise kuru hava
Pv < 3.1698 kPa ise doymamış hava
Pv > 3.1698 kPa ise doymuş hava
Bağıl nem; havanın içerdiği su buharı miktarının (mv), aynı sıcaklıktaki havada bulunabilecek en fazla su buharı miktarına (mg) oranıdır ve φ ile gösterilir.
φ = g v m m = g v v g v v P P T R V P T R V P = / / (2.25) Burada; Pg = Pdoy @ T (2.26)
Yukarıda verilen (2.24) ve (2.25) denklemleri birleştirilse bağıl nem aşağıda gösterildiği gibi ifade edilir.
φ = g g g P P P ve P P φ φ ω ω − + 622 . 0 ) 622 . 0 ( (2.27)
Bağıl nem 0 (tümü kuru hava için) ile 1 (doymuş hava için) değerleri arasında değişir. Havada bulunabilecek su buharı miktarı sıcaklığa bağlı olarak değiştiği için, havanın özgül nemi sabit kalsa bile, bağıl nem sıcaklığa bağlı olarak değişir.
28
Atmosferik hava, kuru hava ve su buharının bir karışımıdır. Bu nedenle havanın entalpisi kuru hava ve su buharının entalpileri yardımıyla ifade edilir. Birçok uygulamada, hava-su buharı karışımındaki kuru hava kütlesi sabit kalırken, su buharı kütlesi değişir. Bundan dolayı atmosferik havanın entalpisi, hava-su karışımının birim kütlesi yerine kuru havanın birim kütlesi için ifade edilir.
Atmosferik havanın toplam entalpisi yaygın bir özellik olduğundan, kuru havanın ve su buharının entalpilerinin toplamıdır:
H = Ha + Hv = maha + mvhv (2.28)
Denklemin her iki tarafı ma ile bölünürse:
h = = a + a h m H v a v a v h h h m m ω + = (2.29) veya h = ha + ωhg (kJ/kg kuru hava) (2.30)
elde edilir, çünkü hv≅ hg’dir. Atmosferik havanın sıcaklığı, kuru termometre sıcaklığı olarak da adlandırılır [30].
2.6.3. Çiy Noktası Sıcaklığı
Çiy noktası sıcaklığı (Tçn), hava sabit basınçta soğutulduğunda, yoğuşmanın başladığı sıcaklık olarak tanımlanır. Başka bir değişle, Tçn suyun söz konusu buhar basıncındaki doyma sıcaklığıdır.
Tçn = Tdoy @ Pv (2.31)
29
2.6.4. Adyabatik Doyma ve Yaş Termometre Sıcaklıkları
Bağıl nemi belirlemenin bir yolu, havanın çiy noktası sıcaklığını bulmaktır. Çiy noktası sıcaklığı bilindiğinde, buhar basıncı Pv ve buna bağlı olarak bağıl nem hesaplanabilir.
Şekil 2.3. Adyabatik doyma işlemi [30].
Mutlak veya bağıl nemi belirlemenin bir başka yöntemi de Şekil 2.3’de şematik olarak gösterilen adyabatik doyma işlemidir. Sistem içinde su bulunan yalıtılmış uzun bir kanaldan oluşmaktadır. Doymamış hava akımı, kanala ω1 özgül nemi ile T1sıcaklığında girer ve kararlı bir akışla suyun üzerinden geçer. Bu akış sırasında bir miktar su buharlaşarak havaya karışır. Bu işlemle havanın nem oranı artar, buharlaşan suyun buharlaşma gizli ısısının bir bölümü havadan sağlandığı için sıcaklığı düşer. Eğer kanal yeterince uzunsa, hava kanaldan doymuş olarak (φ= %100) ve adyabatik doyma sıcaklığı adı verilen T2 sıcaklığında çıkar. Söz konusu sistemin çevreyle ısı alış-verişi yoktur, havanın kinetik ve potansiyel enerji değişimleri de ihmal edilebilir. Uygulama açısından daha elverişli bir yöntem, Şekil 2.4’de gösterildiği gibi ucuna ıslak pamuklu fitil sarılmış bir termometrenin üzerinden hava akışının sağlanması olmaktadır. Bu şekilde ölçülen sıcaklık yaş termometre sıcaklığı Tyt diye bilinir ve iklimlendirme uygulamalarında sıkça kullanılmaktadır.
30
Bu yöntemin dayandığı temel ilke adyabatik doymaya benzerdir. Doymamış hava ıslak fitilin üzerinden geçerken, fitildeki nemin bir miktarı buharlaşır. Bunun sonucu olarak suyun (fitilin) sıcaklığı düşer havadan suya ısı geçişine neden olan bir sıcaklık farkını oluşturur. Bir süre sonra, sudan buharlaşma nedeniyle olan ısı kaybı, sıcaklık farkından dolayı havadan suya olan ısı geçişine eşit olur ve su bir denge sıcaklığında sabitlenir. Bu noktada termometreden okunan değer yaş termometre sıcaklığıdır. Yaş termometre için basit bir düzenek aşağıda Şekil 2.4’de verilmiştir.
Şekil 2.4. Yaş termometre sıcaklığını ölçmek için basit bir düzenek [30].
2.6.5. Psikrometrik Diyagram
Verilen bir basınçtaki havanın hali, iki bağımsız yeğin özellik tarafından kesin olarak belirlenebilir. Geri kalan özellikler yukarıda verilen bağıntılar sayesinde kolaylıkla hesaplanabilir. Bir iklimlendirme sisteminin tasarımı sırasında bu hesaplamalar çok sayıda farklı hal için tekrarlandığından, bunları tek tek hesaplamak oldukça bunaltıcıdır. Bu nedenle bilgisayarda yapılmış hesaplamalar ya da bu hesaplamaları bir kez yapıp sonuçları kolay okunabilecek diyagramlar hazırlanmıştır. Bu diyagramlara psikrometrik diyagramlar adı verilir ve iklimlendirme sistemlerinin tasarımında yaygın olarak kullanılmaktadır.
31
1 atm basınç (101.325 kPa) için SI birimlerinde hazırlanmış bu diyagramların dışında, diğer basınçlar için (deniz yüzeyinden çok yüksek yerlerde kullanılmak üzere) de hazırlanmış psikrometrik diyagramlar vardır.
Şekil 2.5. Psikrometrik diyagramın genel çizimi [30].
Psikrometrik diyagramın temel öğeleri Şekil 2.5’de gösterilmiştir. Kuru termometre sıcaklıkları yatay eksende, özgül nemler ise dikey eksende yer almaktadır. Bazı diyagramlarda dikey eksende buhar basıncıda gösterilir, çünkü sabit bir P toplam basıncında, Pv buhar basıncı ile ω özgül nemi arasında 2.24 numaralı denklemden görüldüğü gibi birebir ilişki vardır. Psikrometrik diyagramın sol bitiminde, bir doğru yerine doyma hattı adı verilen bir eğri vardır. Doymuş havanın (su buharıyla) tüm halleri bu eğri üzerinde yer alır. Bu nedenle söz konusu eğri aynı zamanda %100 bağıl nem eğrisidir. Diğer sabit bağıl nem eğrileri de benzer şekilde diyagramda yer alırlar.
