Pelet Makinasının Özellikleri Nelerdir?

Peletleme makinesinde, istenilen kalitede sıkıştırılmış biyokütle elde edilmesi, peletleme işlemi yapan sistemin çalışmasında etkili olan değişkenlerin kontrol edilmesi ile sağlanabilir. Özellikle; sıkıştırılmış ürünün kalitesi, üretim süreci, karışım formülü ve bağlayıcı kullanımı gibi koşulların kontrolü ile sağlanabilmektedir. Ayrıca, pelet diski kalınlığı, pelet diski ile rulo arasındaki mesafe, besleme miktarı, şartlandırıcı kullanımı gibi proses değişkenleri, pelet yoğunluğu ve pelet mekanik dayanıklılığı gibi sıkıştırılmış biyokütlenin kalitesini belirleyen parametreler üzerinde etkilidir.

Biyokütlenin sıkıştırılması üzerinde yapılan çalışmalarda, proses değişkenleri (disk sıcaklığı, uygulanan basınç, disk ve rulo geometrik özellikleri), malzeme özellikleri (biyokütle çeşidi, nem içeriği, parçacık büyüklüğü ve parçacık biçimi) ve materyalin bileşimi (protein, yağ, glukoz, hemiseleloz ve lignin içeriği) sıkıştırılmış biyokütlenin kalitesi üzerinde etkilidir.

Son yıllarda, artık ve atıkların önem kazanması, katma değer yaratan yeni yaklaşımların artması peletleme konusunun gündemde yer almasını sağlamıştır. Dünya ve Türkiye’de, çok yüksek bir seviyede biyokütle enerji potansiyeli bulunmakta ve biyokütlenin pelet şeklinde kullanımı giderek yaygınlaşmaktadır. Ancak, peletleme makinasının ürettiği peletlerin bilinen uluslararası standartlara uygun olması gereklidir. Aynı zamanda piyasa isteklerinin karşılanması ve kalitenin sağlanması anlamına da gelen standartlara uygunluk konularına gereken önem verilmelidir.

Materyale uygun olmayan peletleme makinaları ve teknik değerleri (peletleme kuvveti, pelet diski deliği L/D oranı, vb.) ile çalışılması durumunda, pelet kalitesinde önemli düzeyde bozulmalar, iş kapasitesinde azalma ve enerji tüketiminde yükselme şeklinde birçok olumsuzluklar ortaya çıkmakta, işletme maliyetleri önemli düzeyde artmaktadır. Günümüzde, biyokütle peletlemesinde karma yem sanayisinde yer alan peletleme makinaları kullanılmaktadır.

Karma yem ile diğer artık ve atıkların fiziksel ve kimyasal özellikleri arasındaki önemli düzeydeki farklılıklar, peletleme prosesini etkilediğinden dikkate alınması gereklidir. Tarımsal üretimden kaynaklanan artıklar ve tarımsal sanayiden gelen atıkların peletlenmesi konusunun incelenerek her bir materyal için en uygun peletleme makinası parametrelerinin ortaya koyulması ve materyalin özelliklerine uygun makine tasarımının yapılması kaçınılmazdır. Dolayısıyla, pazarda talep edilen uluslararası standartlara uygun, kaliteli pelet imalatını sağlayan, yüksek iş kapasitesi ve düşük enerji tüketiminde çalışan peletleme makinalarının geliştirilmesi için peletleme makinasının yapısal özellikleri üzerinde Ar-Ge faaliyetlerine önem verilmesi gereklidir.

Etkin bir peletleme makinesinin tasarımı için biyokütlenin peletleme sürecinin temel mekanizmasının bilinmesi büyük bir önem taşımaktadır. Dolayısıyla, peletleme makinesinde iyi kalitede, az enerji tüketimi ve yüksek kapasitede sıkıştırılmış biyokütle elde etmek için, peletleme makinesinin performans ölçütleri üzerinde etkili olan bütün parametrelerin incelenmesi, prosesin modellenmesi ve optimize edilmesi gerekmektedir. Ayrıca, peletleme sürecinin temel mekanizmasının anlaşılması, etkin bir sıkıştırma düzeninin tasarımı ve üretim maliyetinin azaltılması için, büyük önem taşımaktadır. Ancak, etkin bir peletleme makinasının tasarımında gerekli verileri elde etmek için mantıksal olarak ilk olarak, peletleme sürecinin anlaşılması ve modellenmesi gerekmektedir.

Sıkıştrma işleminin farklı aşamalar şeklinde sınıflandırılması ve tek değişkenli bir denklemle açıklanamayacağı genel olarak kabul edilmiştir. Parçalanmış materyalin sıkıştırılması, genelde üç farklı aşamada gerçekleşmektedir. İlk aşamada, düşük basınç altında biyokütle parçacıklarının yerleşim yerleri yeniden düzenlenmekte ve birbirine daha yakın mesafede yerleşmektedirler. Bu sırada, parçacıklar kendi orijinal özelliklerini muhafaza etmektedirler.

Bu aşamada enerji, parçacık-parçacık ve parçacık-duvar sürtünme kuvvetlerini yenmek için kullanılmaktadır. İkinci aşamada, parçacıklarda elastik ve plastik deformasyonlar oluşmakta, parçacıklar daha küçük boşlukların içine girebilmektedirler. Böylece, parçacık-parçacık arasında var olan yüzey temas alanı artmakta, böylece, Van der Waals gibi yapıştırma kuvvetleri etkin hale gelmektedir. Kırılgan parçacıklar, gerilme kuvvetleri altında kırılabilmekte ve böylece parçacıklar arasında mekanik kilitlemeye yol açabilmektedirler. Üçüncü ve son aşamada, sıkıştırma işlemi yüksek basınçlar altında, sıkıştırılmış ürünün yoğunluğu, parçacıkların özkütlesine eşit olana kadar devam etmektedir. Bu sırada materyal kendi erime noktasına ulaşabilmekte ve soğuduktan sonra parçacıklar arasında çok güçlü ve sağlam köprüler oluşabilmektedir. Üçüncü aşamanın sonunda, deforme olmuş ve kırık parçacıklar artık kendi konumlarını parçacıkparçacık arasında bulunan boşlukların %70 miktarında azalması nedeniyle değiştirememektedirler.

Basitleştirilmiş peletleme cihazları genelde modifiye edilmiş bir hidrolik press, itici mil ve bir pelet diski aparatından oluşmaktadır. Bu düzeneklerin kullanmasındaki amaç, pelet formunun daha kolay elde edilmesi, ayrıca zaman ve masraflar açısından sağlanan tasarruftur. Bu test yönteminde, deneme süresince belli miktarda ürün, tek pelet yapma kapasitesindeki bir silindir şeklindeki kanal içine konulmakta, pelet silindiri etrafında peletleme sırasında ortaya çıkan sıcaklığı simüle etmek için bir ısıtıcı sistem yerleştirilmekte ve sıcaklık ayarı yapılmakta, daha sonra simülasyon süreci başlatılmakta, ve ürün üzerine bir itici mil vasıtasıyla kuvvet uygulanmaktadır.

Kuvvetin uygulanması sırasnda itici milin hareket hızı yaklaşık 30 ile 50 mm/min arasında değişiklik göstermektedir. Daha sonra ürün üzerinde uygulanan basınç miktarı istenilen değere ulaştığında, kuvvet arttırılmamakta ve itici milin konumu 30 s süresince sabitlenmektedir. Daha sonra ürün üzerinden itici mil çekilerek kuvvet kaldırılmaktadırr.

Basitleştirlmiş Peletleme Test Cihazı’nın içinden sıkıştırılmış ürünü çıkarmak için bir aparat yardımıyla ürün pelet diskten dışarı itilmektedir. Bu yöntem sonucunda, denenen biyokütlenin “Kuvvet-Yol”, KuvvetZaman” ve “Gerilim-Uzama” gibi reolojik özellikleri ve üretilen peletin hacim ağırlığındaki artış oranı ve mekanik dayanıklılık gibi peletin kalitesini belirleyen parametreler elde edilmektedir. Söz Konusu bu düzeneklerden elde edilen veriler yardımıyla ticari pelet makinalarının tasarım kriterleri belirlenmiştir.

Ancak, sözü edilen düzenekler ile yapılan peletleme denemeleri, statik ortamda gerçekleştiğinden ve peletleme süreci gibi dinamik bir ortamı simule etmediğinden, bu cihazlardan elde edilen veriler peletleme olayını tam olarak açıklayamadıkları gibi, peletleme makinası tarafından ürün üzerine uygulanan kuvvetleri de ortaya koyamazlar. Zira, bu düzeneklerde materyal, bir aparat üzerinde bulunan silindir şeklindeki bir kanal içine yerleştirilmekte ve bir itici mil vasıtasıyla sıkıştırılmaktadır. Oysa peletleme makinesinde peletleme işleminin gerçekleşmesi sırasında materyal, kademeli olarak rulolar vasıtasıyla katmanlar halinde pelet diski üzerinde bulunan kanallara beslenmekte kanal içerisine itilmekte ve böylece pelet formu elde edilmektedir.

Basitleştirlmiş Peletleme Test Cihazı ile elde edilen peletler gerçek peletleme sürecinden geçmediğinden, peletler üzerinde mekanik dayanıklık, pelet yoğunluğu gibi özelliklerin belirlenmesinde kullanılan testler uygulandığında gerçekçi sonuçlar elde edilememektedir. Ayrıca, Basitleştirlmiş Peletleme Test Cihazları’nın çalışma mantığı nedeniyle gerçek peletleme işlemi sırasında rulolar ve disk arasında var olan kuvvetlerin büyüklüğü açıklanamamaktadır. Dolayısıyla karmaşık ve çok değişkenli yapıya sahip olan pelet prosesinin açıklanmasında, halihazırda kullanılmakta olan simülasyon sisteminin yeterli olmadığı görülmektedir.

Bu yüzden, biyokütle peletleme makinelerinin tasarım ölçütlerini daha sağlıklı ve düzgün bir şekilde ortaya koyulabilmesi peletleme süreci incelemelerinde kullanmak üzere yeni bir peletleme test cihazına gerek duyulmaktadır . Bu çalışmada, peletleme olayının modellenmesi ve optimizasyonunun daha gerçekçi bir şekilde yapılabilmesi amacıyla yeni bir peletleme test düzeneğinin geliştirilmesi, Basitleştirilmiş Peletleme Test Cihazı ve geliştirilen “Yeni Tip Peletleme Test Cihazı”nda iki farklı biyokütle ile çalışılarak iki sistemin karşılaştırılması ve her materyal için pelet makinasının tasarımına yönelik verilerin ortaya konulması amaçlanmaktadır.