Yoğuşturuculu kurutucularda kurutma performansının deneysel olarak incelenmesi
An experimental investigation of drying performance of condenser type tumble dryers
Yazar: ULAŞ AYTAÇ KILIÇARPA
Danışman: PROF. DR. SEYHAN UYGUR ONBAŞIOĞLU
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Isı-Akışkan Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2016
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Hava ısıtma = Air heating ; Test performansı = Test performance ; Çamaşır = Laundry

Özet:
Dünya' nın artan nüfusuna bağlı olarak sürekli artan enerji ihtiyacı, her alanda enerji verimliliğini önemli hale getirmiştir. Kurutma işlemi de, gıda, ilaç, kağıt, kereste, seramik, polimer ve tekstil sektörlerinde yaygın olarak kullanılmakta olup, tüketilen toplam enerji bakımından ciddi bir paya sahiptir. Bu açıdan bakıldığında kurutucularda sağlanacak enerji tasarrufları, gelecek için önem arz etmektedir. 
Günümüzde, gerek düzenlemelerle (yasalar, yönetmelikler, anlaşmalar) gerekse de bilgilendirmelerle (enerji sınıfı etiketlendirmesi) üreticileri enerji tasarruflu kurutucu ürünler yapmaya yönlendirerek, tüketicilerin de bu ürünleri tercih etmesini teşvik edecek çalışmalar yapılmaktadır. Ayrıca, kurutucu alanında yapılan akademik çalışmalar ile araştırma- geliştirme çalışmalarıyla hem mevcut uygulamalar ve sistemlerde iyileştirmeler sağlanması hem de yenilikçi fikirlerin ortaya konulması hedeflenmektedir.  
Kurutucularda, enerji tasarrufunun yanında, kurutma süresi de incelenmesi ve iyileştirilmesi gereken, kurutma performansı göstergelerinden biridir. Gelişen dünyada, hız ve zaman önemi giderek artan kavramlardır. Yoğuşma verimi de kurutma performansını belirleyen etmenlerden biri olarak değerlendirilmektedir. Özellikle, kurutucuların kullanılacağı iklim şartları bakımından, yoğuşma verimi, tüketicilerin dikkat etmesi gereken özelliklerden biridir. 
Bu yüksek lisans tez çalışmasında, tekstil (çamaşır) kurutmada kullanılan yoğuşturuculu kurutucularda enerji tüketimi, kurutma süresi ve yoğuşma verimi deneysel olarak incelenmiştir.
Çalışmanın ilk bölümünde; kurutma işleminden, çamaşır kurutucularının kullanılma sebeplerinden, çamaşır kurutma makinesi tiplerinden, kurutmanın aşamalarından ve tezin amacından bahsedilmiştir. 
İkinci bölümde, konu ile ilgili yapılan literatür ve patent taramasında karşılaşılan bilgilere yer verilmiştir. Ardından tez konusu olan yoğuşturuculu kurutucularda kurutma performansını etkileyen parametrelere karar verilmesi aşaması anlatılmıştır.
Sonraki bölümde, psikrometrik diyagram ve kavramlar, termodinamik bağıntılar, yoğuşturuculu kurutucularda enerji dengesi, etiketlendirme sistemi ile diğer bazı önemli terimler açıklanmıştır.
Dördüncü bölümde, deney sisteminin kurulumu anlatılmış, komponentlerin tanıtımı yapılmış, sistemin çalışma prensibi ile sistem üzerinde gerekli ölçümlerin yapılarak, verilerin toplanması, depolanması ve görüntülenmesini sağlayan cihazlardan bahsedilmiştir.   
Bir sonraki bölümde, belirlenen parametreler olan ısıtıcı gücü, proses havası debisi, soğutma havası debisi, çamaşır nem içeriği ve soğutma havası sıcaklığı değişiminin,  
enerji tüketimi, kurutma süresi ve yoğuşma verimi üzerindeki etkisinin araştırılması için yapılan deneysel çalışmalarda elde edilen veriler paylaşılmıştır. Bunların haricinde kurutma işlemi boyunca sistem sıcaklıkları ve nem alma hızı hakkında çıkarımlar yapılmıştır.
Son bölümde ise, sonuç, değerlendirme ve önerilere yer verilmiştir. En düşük enerji tüketimine minimum ısıtıcı gücü, proses hava debisi, soğutma hava debisi, çamaşır nem içeriği ile maksimum soğutma havası sıcaklığında ulaşılmıştır. En kısa kurutma süresi, maksimum ısıtıcı gücü, proses hava debisi, soğutma hava debisi ve minimum çamaşır nem içeriği, soğutma havası sıcaklığı parametrelerinde gerçekleşmiştir. En yüksek yoğuşma verimi ise, minimum ısıtıcı gücü, proses hava debisi, soğutma havası sıcaklığı ile maksimum soğutma hava debisi, çamaşır nem içeriği parametrelerinde elde edilmiştir.
Bu tez çalışmasının devamında; farklı yoğuşturucu tiplerinin kurutmaya, ısıtıcı güçlerinin çamaşırlara ve makine bileşenlerine, sıkma devirlerinin çamaşırlara, düşük soğutma havası sıcaklığının düşük enerjiyle veya atık ısıyla elde edilebilmesine yönelik bir tasarımın oluşturularak kurutmaya ve tambur dönüş hızı ile algoritmalarının da kurutmaya etkisinin araştırılmasının faydalı olabileceği öngörülmektedir.

Abstract:
Energy demand increases consistently due to growing world population. Energy resources such as oil, natural gases, coal, uranium have a limited supply. Furthermore, emission of gases associated with global warming and acid rain must be reduced. Depending on all of these reasons, energy efficiency becomes an important research topic. 
Drying process is widely used in several sectors for instance; food, pharmaceuticals, paper, ceramics, polymers, and textile and it has a significant share of total energy consumption. From this perspective, energy savings that will be achieved in dryers are substantial for the future.
Both regulations (laws, directives, protocols) and informative labels, guide the manufacturers to produce dryers that use less energy and encourage the consumers to prefer these energy efficient dryers. Additionally, academic researches and R&D activities in dryer sector aim to achieve both improvements in current technics and systems and formation of innovative ideas. 
Another term that indicates drying performance of tumble dryer is drying time. Time and speed are important factors in daily life. There are many investigations that analyse the process time and find a way for increasing the drying rate in tumble dryers. Condensation efficiency is also defined as a factor of drying performance. Especially, consumers should pay attention to choose appropriate dryers according to condensation efficiency in different climatic conditions.
Household tumble dryers can be classified into three main groups; air vented, condenser type and heat pump tumble dryers. Air vented dryers consist of a fan, an electrical heater (to heat the drying air), a drum (where clothes are tumbled), a lint screen, a motor (to drive the fan and rotate the drum) and air exit duct. Atmospheric air enters the dryer through the fan and is directed to the heater. Air enthalpy rises at the heater and moisture absorption capacity of air is increased also. The air meets with wet clothes in drum and temperature of air decreases but specific humidity of air increases. After the drying air exits from drum, lint in air is trapped at filter and air is exhausted to environment. Condensing (condenser type) tumble dryer is different from air vented dryer; condenser type dryer has a heat exchanger (condenser) and drying air is circulated in a closed loop. Moisture of drying air is condensed in condenser and collected in a tank. Condenser type tumble dryer does not have air exit duct because of closed loop. Another type of tumble dryer is heat pump tumble dryer. This system has a closed drying air loop like that condenser type tumble dryers; however, heat pump tumble dryers do not have a heater differently from air vented and condenser type tumble dryers. Moisture of drying air is condensed in evaporator after leaving the drum and drying air is heated in condenser before entering the drum. 
In this thesis; energy consumption, drying time and condensation efficiency of condenser type tumble dryer is investigated experimentally. Thesis consists of six sections.
In first section, drying process, sectors that apply drying process, purposes of usage of tumble dryers, types of tumble dryers and textile drying stages are described. Aim of thesis is also explained.
In the second section, literature and patent about drying performance at condenser type tumble dryer were searched and presented. At the end of these literature and patent search, parameters that effect the energy consumption, drying time and condensation efficiency were determined. Furthermore, in order to test these parameters; assembling an experimental setup which is different from existing at literature and patent was decided.
In the following section, information about psychrometric chart, relative and specific moisture, thermodynamics equations of condenser tumble dryer, mass and energy balance at components, labelling system and some key terms were pointed out. 
In the next section, experimental studies are explained comprehensively. System components are defined. In addition, operating principle of system is described. Some instruments and devices that used to take measurement, scan, collect, store and monitorize the experimental data are presented.
In the fifth section, energy consumption, drying time and condensation efficiency are analyzed as a function of heater power, process air flow rate, cooling air flow rate, the moisture content in the laundry and temperature of cooling air by comparing the experimental data. Similarly, system temperatures and dehumidification (drying) rate were examined.
In the last section, results are shown in detail. The following conclusions that are reached at the end of the studies;
The larger heater power, process air flow rate, cooling air flow rate and lower laundry moisture content, low cooling air temperature results in shortest drying time. In contrast, longest drying time is realized with lower heater power, process air flow rate and cooling air flow rate, higher laundry moisture content and higher laundry moisture content. Most effective parameters on drying time are found as heater power and laundry moisture content.
Among the other parameters, the laundry moisture content has the greatest effect on total energy consumption: as the moisture content increases, total energy consumption increases.
Condensation efficiency is strongly related to the cooling air temperature. Condensation efficiency is higher at low cooling air temperature. This efficiency can be defined as amount of collecting water in the tank to the amount of extracted water from wet clothes. High condensation efficiency means less moisture leaks to the room. Furthermore, low condensation efficiency is not desired at humid climate zones, particularly. 
Average drying rate increases directly, as the heater power and laundry moisture content increases. Process air flow rate is also effective on drying rate, slightly. As the process air flow rate rises, drying rate increases. Furthermore, drying rate is not constant during process. The drying process consists of three periods: heating, constant drying rate and falling drying rate. At constant drying rate period, the drying rate is always maximum.
At the higher heater power, system temperatures are always high. System air temperatures can be reduced with apllying lower cooling temperatures. Higher cooling air flow rate is also effective on reducing system temperatures. In addition, at the excessive laundry moisture contents, system temperatures rise slowly according to lower laundry moisture contents.      
For the future studies;
The larger heater power causes higher operating temperature especially at the end of the process. If the operating temperature exceeds a limit level that is expressed by various industry standards, laundry may be damaged or components of dryer may be burned. In a future study, the effect of the higher operating temperatures on the laundry and equipments of the dryer can be investigated.
Condenser is one of the most important component of the condensing tumble dryer. Usage of different type condensers can be effective on dryer performance. A research about this topic will be beneficial.
Low cooling air temperature has a positive effect on drying performance; however, the additional energy (compressor work) that used to accomplish this effect increases the total energy consumption. An alternative system, to cool the cooling air with low energy consumption or use waste energy from another system to cool the cooling air, can be designed and investigated.
Laundry moisture content is obvious factors for total drying time and energy consumption. Lower laundry moisture content reduces drying time and energy consumption during drying process. As the spin speed of the washing machine increases, the laundry moisture content decreases at the beginning of the drying process. The effect of the spin speed on the quality and lifetime of the fabric may be researched.