Şartlandırmanın Pelet Kalitesine Etkisi

Pelet yemin yapısal kalitesini etkileyen faktörlerden biri de şartlandırma işlemidir. Şartlandırma sırasında yem karışımı yumuşatılır ve peletlemeye hazırlanırken ısıtılır. Şartlandırma sırasında, buhar kalitesi, sıcaklık, kalma süresi ve şartlandırıcı türü, pelet kalitesi üzerinde en fazla etkiye sahiptir.

Buhar Kalitesi

Pelet kalitesini etkileyen ilk ve en önemli faktör buhar kalitesidir. Buhar kalitesini etkileyen birçok faktör nedeniyle buhar kalitesini kontrol altında tutmak zordur. Bu yazı, şartlandırma sırasında buharın rolü, kaliteli buharın nasıl tanınacağı ve buhar kalitesini artırmak için hangi önlemlerin alınabileceği hakkında genel bir bakış sağlayacaktır.

Şartlandırma sırasında karma yemin sıcaklığını ve nem içeriğini artırmak için buhar kullanılır. Gaz halinden dolayı buhar, şartlandırıcıdaki yem karışımının üzerine eşit şekilde yayılabilir. Yüksek kaliteli buharın duyulur ve gizli ısısı vardır. Buharda bulunan duyulur ısı, yem tanelerini ilk ısıtan ısıdır, bundan sonra buharın yoğuşması sırasında yem parçacıkları gizli ısı ile daha da ısıtılır.

Buharda bulunan nemin iki ana rolü vardır:

• Yem taneleri arasındaki bağların oluşması için taneciklerin dış katmanlarını nemlendirme
• Isı ile birlikte nişasta granüllerinin jelatinleşmesi  (Thomas ve arkadaşları, 1997)

Islak buhar olarak da adlandırılan kalitesiz buhar kullanımı pelet kalitesini olumsuz etkiler. Islak buhar (kalitesiz buhar), basınç ve sıcaklığın, su yoğuşmasının oluşmasına ve buharla karışmasına izin veren bir aralıkta olduğu zaman meydana gelir. (bkz. şekil 1). Yem karışımını ısıtmada ıslak buhar daha az verimli olduğundan, daha fazla buhar gerekir ve yem karışımına fazla su eklenir. Bu fazla su, yem karışımını aşırı ıslatma eğilimi göstererek pelet presinin tıkanmasına neden olur.


 

Yüksek kalitede buhar elde etmek, genellikle şartlandırıcının yakınına bir basınç düşürücü yerleştirilmesi, basınç düşürücünün de olduğu şartlandırıcıya giden buhar hattına aynı zamanda uygun su tutucuların yerleştirilmesi ve tüm buhar hattı borularının uygun bir şekilde yalıtılmasıyla mümkün olur. (Campabadal ve Maier) Su tutucular, buhar kaynağındaki fazla suyu uzaklaştırır ve buhar basıncını düşürerek, buharda halen mevcut olan az miktardaki sıvı haldeki suyu buharlaştırarak iyi kalitede/biraz aşırı ısıtılmış buhar oluşturulabilir. Örneğin: 8 bar basınçta yüksek kaliteli buhar yaklaşık 170°C sıcaklığa sahip olacak ve 2768 kJ/kg enerji içerecektir. Basıncı 2 bar'a düşürdükten sonra sıcaklık yaklaşık 120°C'ye düşecek ve buhar 2706 kJ/kg enerji içerecektir (Şekil 1). Yüksek ve düşük basınçlı buhar arasındaki enerji farkı 62 kJ/kg'dır, bu enerji basınç düşürüldükten hemen sonra buharda bulunan herhangi bir suyu buharlaştırmak için veya su yoksa buhar sıcaklığını artırmak ve "kızgın buhar" üretmek için kullanılabilir. Kaliteli buhar, tüm su buharlaştığı için buhar hatlarından çıktığında görünmez olduğu için ayırt edilebilir. Kaliteli buharı tanımanın bir başka yöntemi de, şartlandırmadan önce ve sonra yem karışımının sıcaklığını ve su içeriğini ölçmektir. Su içeriğindeki artış ile sıcaklık arasındaki ilişki, buharın kalitesi hakkında fikir verir. Genel bir kural olarak, kaliteli buharın, eklenen her yüzde nem için yem karışımının sıcaklığını 16°C artıracağını söyleyebiliriz. İyi kalitede buhar elde edildiğinde, şartlandırıcıya eklenmesi gereken optimum buhar basıncı ve sıcaklığı üretilen yeme bağlıdır.

Aşağıdaki tablo, farklı formülasyon türleri için buhar değerlerine genel bir bakış sağlar.

Tablo 1'in pratik çıkarımları şunlardır: Düşük basınçlı buhar kullanıldığında, aynı miktarda eklenen ısı için, yüksek basınçlı buhar kullanıldığı duruma kıyasla, yem karışımına daha fazla su eklenir.

Sıcaklık

İyi kalitede buhar elde edildikten sonra, pelet kalitesini artırabilecek bir sonraki faktör, şartlandırma sıcaklığıdır. Bu sıcaklık, şartlandırıcıya daha fazla buhar eklenerek yükseltilir, bu da bir yan etki olarak yem karışımının su içeriğini artıracaktır.

Artan sıcaklık ve nem içeriğinin kombinasyonu, nişasta gibi polimer yem bileşenlerinin plastisitesini etkiler. Bu bileşenler farklı fiziksel hallerde bulunabilir (Keetels, 1995).

• Katı bir kırılgan faz (cam + kristal)
• Katı bir plastik faz (Amorf + kristal)
• Sıvı veya "eriyik" bir hal.

Yem karışımında bulunan doğal nişasta, büyük oranda kristal parçacıklardan ve az miktarda amorf parçacıklardan oluşur. Amorf parçacıklarda yüksek ve kristal parçacıklarda düşük nişasta, önceden jelâtinleştirilmiş nişasta olarak bilinir. Üç faz ile sıcaklık ve nem içeriği arasındaki ilişki, Şekil 2 gibi bir durum faz diyagramında görülebilir. Bu şekilde iki eğri görünür: Alttaki eğri camsı geçiş eğrisidir (Tg), ikinci eğri eriyik geçiş eğrisidir. (Tm).




Şekil 2. Nişasta ve su karışımının durum faz diyagramı (Keetels, 1995)
 

Literatür kaynakları, sıcaklığın pelet kalitesi üzerindeki etkisi konusunda net değildir. Loar, 2014, Teixeira Netto ve diğerleri, 2019 ve Cutlip., 2008, şartlandırma sıcaklığının arttırılmasının pelet kalitesini artırdığını bulmuşken, Rigby ve diğerleri, şartlandırma sıcaklığının pelet kalitesi üzerinde bir etkisi bulmamıştır.

Bu çelişkili sonuçlar, şartlandırma sıcaklığını değiştirirken nem ilavesindeki farklılıklardan kaynaklanıyor olabilir.

Pelet kalitesi üzerindeki etkisinin yanı sıra, sıcaklığın arttırılması üretilen yemin besin değeri üzerinde büyük bir etkiye sahiptir. Daha yüksek sıcaklıklarda, ısıya duyarlı bileşenlerin bozunması nedeniyle besin değerinin bir kısmı kaybolabilir. (örneğin:  Vitaminler ve maillard reaksiyonları.) Düşük kaliteli buharın eklenmesinin, yem karışımına fazla su eklenmesine yol açabileceğini ve bunun da pelet presinde tıkanmalara yol açabileceğini ve dolayısıyla istenen sıcaklığa ulaşılamamasıyla sonuçlanabileceği unutulmamalıdır.

Kalma Süresi ( Residence / Retention Time)

Pelet kalitesini etkileyen diğer bir faktör, yem karışımının şartlandırıcıda kalma süresidir. Bir şartlandırıcı içinde, kalma süresi normalde doluluk oranı farklılaştırılarak değiştirilir. Normalde bu, karıştırıcı mili üzerindeki padılların açısı değiştirilerek yapılır. Kondisyonerde uzun süre tutulan yem karışımı, normalde pelet dayanıklılığında bir artışa sahiptir (Huang, 2014).

Yem partiküllerine nem difüzyonu, ısı difüzyonuna kıyasla nispeten yavaş bir süreçtir (Guerin, 2019). Bu nedenle, daha uzun şartlandırılmış taneler, tanelerin içinin hala kuru ve kırılgan olduğu daha kısa şartlanma süresine sahip tanelere kıyasla daha az kırılgan ve daha plastiktir. Daha fazla plastik parçacık, pelet disk deliklerinde daha iyi sıkıştırılmasına neden olur. Peletleme sırasında yem partiküllerinin yüzeylerinde hala yeterli nem varsa, bağlanma iyileştirilir.

Aşırı şartlandırma, yumuşak, esnek tanelere yol açar, ancak sıvı köprülerin olmaması nedeniyle parçacıklar arasında bağ oluşumundan yoksundur.

(Sıvı köprüsü, iki parçacık arasındaki yüzey gerilimi kuvvetinin etkisiyle tutulan bir sıvı kütlesidir)

(Thomas ve diğerleri, 1996).

Parçacıklar arasındaki zayıf bağlardan ötürü, sıvı köprülerin biçimlendirilmesi kolaydır. Peletlerin soğuması sırasında, bu sıvı köprüler, peletlerden nemin uzaklaştırılması nedeniyle güçlü katı köprülere dönüşür; bu sırada temas noktalarında katı malzeme birikir ve yem parçacıkları arasında güçlü bir bağ oluştur. Bu, daha güçlü peletlere yol açar.

Yüksek Basınçlı Şartlandırıcılar

Modern yem makinelerinde normal şartlandırmanın yanı sıra yüksek basınçlı şartlandırma da yapılmaktadır. Bu süreçte en yaygın olarak bir Ekspander, çift peletleme veya bir BOA kompaktör kullanılır. Yüksek basınçlı şartlandırma, yem tanelerine bir kesme gerilmesi (shear) uygulamak ve yem karışımının yoğunluğunu arttırmak için mekanik enerji kullanır, böylece tane yapısı (structure) değiştirilmiş olur. Yapıdaki bu değişiklikler parçacık bağlanmasını arttırır ve peletlemeden sonra pelet gözenekliliğini azaltır, bu da daha yüksek kalitede peletlerle sonuçlanır. (Thomas ve ark. 1996). Yüksek basınçlı şartlandırmanın diğer etkileri, yem tanelerinin boyutunun daha da küçülmesi ve pelet presinin tükettiği enerjinin azalmasıdır. Bununla birlikte, Ekspander, boa kompaktör veya çift peletleme dahil olmak üzere yem üretimi için toplam enerji tüketimi, genellikle yaklaşık %15 oranında artacaktır.

ÖZET

Şartlandırma, kaliteli peletler oluşturmada önemli bir faktördür. Şartlandırma parametrelerini değiştirerek pelet kalitesini optimize etmek şu şekilde yapılabilir: Buharın yüksek kalitede olmasını sağlamak, yem karışımının sıcaklığını artırmak, şartlandırıcıda kalma süresini uzatmak ve/veya peletleme hattına yüksek basınçlı şartlandırma eklemek. Kondisyonere eklenen buharın kalitesinin sık sık kontrol edilmesi önemlidir. Bu kontroller tüm buhar dağıtım sistemini, kazanın işleyişini, buhar kapanlarının etkinliğini, buhar kontrol sistemi üzerindeki basınç düşüşünü ve son olarak şartlandırıcıya eklenen buharın görsel kontrolünü kapsar. Şartlandırma sıcaklığının arttırılmasının faydalı olduğu birkaç durum vardır: Mevcut şartlandırma sıcaklığı düşüktür, buhar iyi kalitededir ve yem karışımındaki besinler, daha yüksek sıcaklık nedeniyle bozulmadan etkilenmez. Artan sıcaklık, nişasta ve protein gibi polimer yapıdaki yem bileşenlerinin plastikleşmesiyle, pelet kalitesinin iyileşmesi, kapasitenin artması ve spesifik enerji tüketiminin azalması gibi etkilere eden olur. Karma yemin şartlandırıcıda kalma süresinin arttırılması, yem tanecikleri içindeki suyun durumunu etkiler. Bu da pelet kalitesini artırabilen daha iyi plastikleşmeye yol açabilir. Kalma süresinin çok kısa olması tanenin dış yüzeyinde aşırı neme yol açacaktır; bu, pelet presinin tıkanmasına yol açacaktır. Bu nedenle, kalma süresinin optimize edilmesi, mümkün olan en iyi pelet kalitesini elde etmek için önemlidir. Yüksek basınçlı şartlandırma, üretim sürecinde kullanılan mekanik enerjiyi artırma pahasına pelet kalitesini artıracaktır.