Mustafa Yılmaz
Kurucu Müdür
Pusulay Mühendislik ve Danışmanlık

Yem fabrikalarında enerji verimliliğini ve düşük maliyetli üretimi odağına alan üç makalelik yazı dizimizin bu ikinci bölümünde; toplam enerji tüketiminin en yüksek olduğu peletleme ve şartlandırma (kondisyonlama) proseslerine mercek tutuyoruz. Etkin buhar kullanımından direkt tahrikli preslere, disk-rulo optimizasyonundan rasyon kompozisyonunun peletlenebilirliğe etkisine kadar birçok teknik parametrenin elektrik tüketiminde %10–25, pres kapasitesinde ise %5–25 düzeyinde iyileşme potansiyelini vaka analizleriyle inceliyoruz.

PELETLEME VE ŞARTLANDIRMA (KONDİSYONLAMA)

Peletleme prosesi, yem fabrikalarında toplam enerji tüketiminin en yüksek olduğu üretim aşamasıdır. Bu prosesin enerji performansını belirleyen en önemli faktörlerden biri ise şartlandırma (kondisyonlama) kalitesidir. Şartlandırma aşamasında yeme uygun sıcaklık, nem ve buharın kazandırılması; hem pelet kalitesini hem de pelet presinin enerji tüketimini doğrudan etkilemektedir.

ETKİN BUHAR ŞARTLANDIRMASI

Şartlandırma sırasında yeme uygun basınç ve sıcaklıkta (genellikle 115–130 °C) kaliteli doymuş buhar verilmesi, nişastanın jelatinleşmesini sağlayarak yemin plastikleşmesine katkıda bulunur. Böylece yem, pelet matrisinden (die) daha düşük mekanik dirençle geçer ve pres motorunun maruz kaldığı yük azalır.

Yetersiz buhar uygulaması ise peletleme sırasında sürtünmeyi artırmakta, matris üzerindeki mekanik zorlanmayı yükseltmekte ve buna bağlı olarak elektrik tüketimini artırmaktadır. İyi şartlandırılmış bir ürünle çalışan pelet preslerinde motor akımının %10–20 oranında azalabildiği farklı uygulamalarda rapor edilmektedir.

Bu durum, gerçekleştirilen işletme denemeleriyle de doğrulanmıştır. Bir denemede, oransal buhar vanasının açıklık oranının %43’ten %33’e düşürülmesi sonucunda pelet presinin özgül elektrik tüketimi 2,04 kWh/ton artmış ve bu artışın yaklaşık %8,8 seviyesinde olduğu belirlenmiştir. Sonuçlar, peletleme prosesinde buhar miktarının yalnızca ürün kalitesini değil, aynı zamanda enerji verimliliğini de doğrudan etkilediğini göstermektedir.

Tablo 3: Verilen buhar miktarının elektrik tüketimine etkisi
Not: Denemeler aynı hammadde, aynı pelet presi ve aym işletme koşullarında gerçekleştirilmiştir.
Fark (%): Elektrik tüketimindeki göreli azalma. Hesaplama: (24,98 - 22,93) / 24,98 × 100 = 8,18%

Teknik Değerlendirme: Buhar miktarının gereğinden düşük tutulması, kısa vadede buhar tüketimini azaltıyor gibi görünse de pelet presi üzerindeki mekanik yükü artırarak elektrik tüketiminin yükselmesine neden olabilmektedir. Bu nedenle buhar ve elektrik tüketimi birlikte değerlendirilmeli; proses, toplam enerji tüketimini minimize edecek optimum çalışma noktasında işletilmelidir.

BUHAR MİKTARININ OPTİMİZASYONU

Her yem formülünün su ve buhar tutma kapasitesi farklıdır. Bu nedenle, oransal buhar vanasının açıklık oranı, yeme aktarılan gerçek buhar miktarını doğrudan ifade etmez. Buhar ihtiyacının üzerinde yapılan besleme, kondisyonlayıcı veya pelet presi üzerindeki açıklıklardan buhar kaçaklarına neden olarak termal enerji kayıplarını artırmaktadır. Bunun yanında fazla nem, peletleme stabilitesini olumsuz etkileyebilmekte ve kurutma ihtiyacını artırabilmektedir.

Bu nedenle buhar kontrolü yalnızca vana açıklığına göre değil; ürün sıcaklığı, ürün nemi, pres motor akımı ve pelet kalitesi (PDI) birlikte değerlendirilerek optimize edilmelidir.

DİREKT TAHRİKLİ (DİRECT-DRİVE) PELET PRESLERİ

Pelet preslerinde kullanılan tahrik sistemi, mekanik enerji verimliliğini doğrudan etkilemektedir. Geleneksel kayış-kasnak veya standart redüktörlü sistemlerde oluşan mekanik kayıplar, doğrudan tahrikli (Direct-Drive) veya yüksek verimli tork motorlu sistemlerde önemli ölçüde azaltılmaktadır.

Literatürde ve saha uygulamalarında, bu sistemlerin geleneksel tahrik sistemlerine göre %5–15 arasında elektrik tasarrufu sağlayabildiği bildirilmektedir. Ayrıca bakım ihtiyacının azalması ve daha kararlı tork aktarımı, işletme güvenilirliğini artıran önemli avantajlar arasında yer almaktadır.

DİSK KALINLIĞI VE ETKİN PRESLEME MESAFESİ

Pelet matrisinin (diskin) kalınlığı ve etkin presleme mesafesi, pres motorunun maruz kaldığı mekanik yükü belirleyen temel parametrelerden biridir.

Gereğinden kalın seçilen diskler, yemin matris içerisinde daha uzun mesafe kat etmesine neden olarak pres yükünü artırmakta ve buna bağlı olarak elektrik tüketimini yükseltmektedir.

Bu nedenle disk kalınlığı; yem formülasyonu, pelet çapı, hedef PDI değeri ve üretim kapasitesi dikkate alınarak belirlenmelidir. Uygun disk seçimi yalnızca enerji tüketimini azaltmakla kalmayıp pres kapasitesini ve pelet kalitesini de iyileştirmektedir.

ÖN SIKIŞTIRMA EKİPMANLARININ BYPASS EDİLMESİ

Bazı tesislerde yüksek pelet dayanıklılığı (PDI) elde etmek amacıyla ana pelet presi öncesinde ön peletleme sistemi, Boa kompaktör veya expandır gibi ön sıkıştırma ekipmanları kullanılmaktadır.

Ancak tüm yem reçetelerinde bu ekipmanların sürekli devrede olması gerekli değildir. Özellikle hedef PDI değerinin rahatlıkla sağlandığı ürünlerde ön sıkıştırma ekipmanının bypass edilmesi, ilave elektrik tüketimini ortadan kaldırarak enerji verimliliğine katkı sağlayabilmektedir.

Bu uygulamanın ekonomik olarak değerlendirilebilmesi için her iki çalışma senaryosunda;

• Elektrik tüketimi (kWh/ton)
• Pres kapasitesi (ton/saat)
• Pelet dayanıklılığı (PDI)
• Buhar tüketimi
  birlikte analiz edilmelidir.

DİSK VE RULO AŞINMASININ TAKİBİ

Disk ve ruloların aşınması, delik girişlerindeki havşaların bozulması veya deliklerin tıkanması; pelet presinin kapasitesini düşürmekte ve pres motorunun daha yüksek akım çekmesine neden olmaktadır.

Bu nedenle disk ve ruloların çalışma saatleri veya işlenen tonaj esas alınarak düzenli olarak izlenmesi, aşınma limitine ulaşan parçaların zamanında değiştirilmesi hem enerji tüketimini azaltmakta hem de plansız duruşların önüne geçmektedir.

YEM YÖNLENDİRME BIÇAKLARININ AYARLANMASI

Pelet presi girişinde bulunan yönlendirme bıçakları, yemin disk yüzeyine homojen şekilde dağıtılmasını sağlayan kritik ekipmanlardır.

Bıçak açıları veya konumları uygun şekilde ayarlanmadığında disk yüzeyinin tamamı etkin olarak kullanılamamakta, bu durum kapasite kaybına ve pres motorunun daha yüksek yük altında çalışmasına neden olmaktadır.

Periyodik kontroller sırasında disk yüzeyinin tamamından homojen pelet çıkışı gözlemlenmeli ve gerekli ayarlar yapılmalıdır.

HEDEF PELET DAYANIKLILIĞI (PDI) OPTİMİZASYONU

Pelet dayanıklılığı (Pellet Durability Index - PDI), yem kalitesinin önemli göstergelerinden biridir. Ancak gereksinimin üzerinde belirlenen PDI hedefleri, çoğu zaman ilave enerji tüketimi ve kapasite kaybı ile sonuçlanmaktadır.

Müşteri beklentileri ve ürün kullanım amacı doğrultusunda hedef PDI değerinin optimize edilmesi, önemli enerji tasarrufları sağlayabilmektedir.

Gerçekleştirilen denemelerde, hedef PDI değerinin 97,0’den 96,5’e düşürülmesi sonucunda;

• Pres kapasitesinde %10–20 artış,
  
• Elektrik tüketiminde yaklaşık 2 kWh/ton (%10) azalma

tespit edilmiştir.

Bu sonuçlar, kalite gereksinimlerini karşılayan optimum PDI seviyesinin belirlenmesinin enerji verimliliği açısından önemli olduğunu göstermektedir.

DİSK DELİK SAYISI VE AÇIKLIK ORANININ OPTİMİZASYONU

Pelet matrisinin delik sayısı ve toplam açıklık oranı, pres kapasitesi ile enerji tüketimini doğrudan etkileyen tasarım parametreleridir.

Düşük açıklık oranına sahip disklerde yem geçiş alanı azalmakta, pres üzerindeki mekanik yük artmakta ve buna bağlı olarak elektrik tüketimi yükselmektedir.

Gerçekleştirilen bir denemede, aynı geometriye sahip ancak delik sayısı yaklaşık %10 farklı olan iki disk karşılaştırılmıştır. Delik sayısı daha yüksek olan disk;

• %5,6 daha yüksek üretim kapasitesi
  
• %23 daha düşük elektrik tüketimi

sağlamıştır.

Bu sonuçlar, disk seçiminde yalnızca delik çapının değil, toplam açık alan oranının da enerji verimliliği açısından önemli bir kriter olduğunu ortaya koymaktadır.

Tablo 4. Pres disk delik sayısının peletleme performansı ve enerji tüketimine etkisi.
Not: Denemeler aynı hammadde, aynı pelet presi ve aynı işletme koşullarında gerçekleştirilmiştir.
Hesaplama (Kwh/ton): 15,07 - 12,23 = 2,83 kWh/ton→ (2,83 / 12,23) × 100 = 23,1%
Hesaplama (Kapasite): 16,33 - 17,30 = -0,97 ton/saat→ (-0,97 / 17,30) × 100 = -5,6%

RASYON KOMPOZİSYONUNUN PELETLENEBİLİRLİK VE ENERJİ TÜKETİMİNE ETKİSİ

Yem formülasyonunda kullanılan hammaddelerin fiziksel ve kimyasal özellikleri, peletleme performansını ve enerji tüketimini doğrudan etkilemektedir. Hammaddelerin lif yapısı, nişasta içeriği, yağ oranı ve doğal bağlayıcılık özellikleri; hem pelet dayanıklılığı (Pellet Durability Index-PDI) hem de pelet presinin mekanik yükü üzerinde belirleyici rol oynamaktadır.

Doğal pelet bağlayıcılığı yüksek olan buğday kepeği, bonkalit ve melas gibi hammaddeler, pelet dayanıklılığını artırarak matris içerisindeki sürtünmeyi azaltabilmekte ve presin daha düşük yük altında çalışmasına katkı sağlayabilmektedir.

Benzer şekilde pirinç kepeği ve tam yağlı soya gibi hammaddeler, içeriklerindeki doğal yağ ve fiziksel yapı sayesinde matris içerisindeki akışı kolaylaştırarak pelet presi kapasitesini artırmakta ve özgül elektrik tüketimini azaltabilmektedir.

Buna karşılık DDGS, mısır grizi ve arpa gibi peletlenmesi görece daha zor hammaddeler, pres üzerindeki mekanik yükü artırarak kapasiteyi düşürebilmekte ve enerji tüketiminin yükselmesine neden olabilmektedir. Bu nedenle rasyon hazırlanırken yalnızca besin madde kompozisyonu değil, hammaddelerin işlenebilirlik (processability) özellikleri de dikkate alınmalıdır.

Gerçekleştirilen deneme çalışmalarında, rasyona %3 oranında pirinç kepeği ilave edilmesi sonucunda pelet presi kapasitesinde yaklaşık %25 artış, özgül elektrik tüketiminde ise yaklaşık %14 azalma tespit edilmiştir. Bu bulgular, uygun hammadde seçiminin yalnızca pelet kalitesini değil, üretim kapasitesi ve enerji verimliliğini de önemli ölçüde iyileştirebildiğini göstermektedir.

Tablo 5. Reçeteye %3 pirinç kepeği dahil edilmesinin peletleme performansı ve enerji tüketimine etkisi.
Not: Denemeler aynı hammadde, aynı pelet presi ve aynı işletme koşullarında gerçekleştirilmiştir.
Hesaplama (Pres kapasitesi): 15,63 - 12,55 = 3,08 ton/saat → (3,08 / 12,55) × 100 = 25%
Hesaplama (Enerji tüketimi): 27,48 - 31,8 = -4,32 kw/ton→ (-4,32 / 31,8) × 100 = -14%

Teknik Değerlendirme: Rasyon optimizasyonu yalnızca maliyet ve besin değeri açısından değil, peletlenebilirlik ve enerji verimliliği açısından da değerlendirilmelidir. Bazı durumlarda peletleme performansını artıran hammaddelerin veya doğal bağlayıcıların kullanımı, sağladığı enerji tasarrufu ve kapasite artışı sayesinde ilave hammadde maliyetini karşılayabilmektedir.

ÖZET; PELETLEME PROSESİNDE ENERJİ VERİMLİLİĞİNİ ETKİLEYEN BAŞLICA FAKTÖRLER

Peletleme prosesi, yem fabrikalarında toplam enerji tüketiminin en yüksek olduğu üretim aşamasıdır. Şartlandırma kalitesi, ekipman seçimi, mekanik ayarlar ve rasyon kompozisyonu; pres kapasitesi, pelet kalitesi (PDI) ve özgül elektrik tüketimini doğrudan etkilemektedir. Bu bölümde yer alan uygulama örnekleri ve deneme sonuçları, peletleme prosesinde uygulanabilecek enerji verimliliği stratejilerini ve bu uygulamaların üretim performansı üzerindeki etkilerini özetlemektedir. Uygun proses optimizasyonları ile elektrik tüketiminde %10–25, pres kapasitesinde ise %5–25 düzeyinde iyileşme sağlanabilmektedir.

Bu sonuçlar, enerji verimliliğinin yalnızca ekipman yatırımlarıyla değil; doğru proses yönetimi, uygun işletme parametreleri ve veri temelli kararlarla da önemli ölçüde artırılabileceğini ortaya koymaktadır.

Pusulay Mühendislik ve Danışmanlık olarak; Yem sektörlerinde faaliyet gösteren işletmelere 21 yıllık sektörel bilgi birikimi ve mühendislik yaklaşımı süreçleri analiz ederek, mühendislik, operasyon yönetimi ve verimlilik odaklı danışmanlık hizmetleri sunmaktadır.

Özellikle; fire yönetimi, enerji verimliliği, işletme maliyetleri optimizasyon, kapasite artışları, arıza ve duruş iyileştirmeleri, saha denetimleri, yem fabrikası yatırımları, fizibilite, bölgesel pazar analizleri, işletme SWOT analizleri gibi uygulamalarımız ile yem sektöründeki işletmelere hizmet vermeye ve katkı sağlamaya devam ediyoruz.