Tamburlu kurutma makinelerinde proses çalışma koşullarının farklı tekstil tipleri için nem alma hızına etkisinin incelenmesi
Investigation of the effect of process working conditions on drying rate for different textile types in drum dryers
Yazar: MUHAMMED ERGÜN
Danışman: PROF. DR. SEYHAN ONBAŞIOĞLU
İstanbul Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Isı-Akışkan Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Günümüz dünyasında küresel ısınmanın etkilerinin daha belirgin bir şekilde 
görülmesiyle ısı pompalı tamburlu kurutucuların kullanımı yaygınlaşmıştır. Isı 
pompalı kurutucuların kullanımının yaygınlaşmasıyla birlikte enerji tüketiminde 
iyileşmeler görülmesine rağmen, kurutma sürelerinde yüksek oranda artış 
görülmüştür. Bu konuda tamburlu kurutma makinelerinde hibrit çözümlere gidilmiştir. 
Bu sebeple optimum kurutma parametreleri oluşturulması, etkin kurutma 
parametrelerinin belirlenmesi ve sonucunda optimum nem alma değerlerinin elde 
edilmesi üzerine çalışma yapılması zorunlu hale gelmiştir. 
Ayrıca mevcut tanımlanan kurutma standardının tam ve yarım yüklere yönelik olması 
kullanıcıların evlerinde uyguladıkları yük miktarını yansıtmamaktadır. Bu sebeple 
çeyrek yük olarak tanımlanan 2 kg yük üzerine çalışma yapılması ve çeyrek yük için 
optimum kurutma algoritmaları geliştirilmesi önem arz etmektedir. Bununla birlikte 
tekstil sektörünün gelişmesi sonucu standart hesaplamalarda kullanılan pamuk 
tekstiline ek olarak sentetik tekstillerinin kurutma karakteristiğinin araştırılması ve 
optimum kurutma değerlerinin araştırılması zorunlu olmuştur.
Bu yüksek lisans tezi kapsamında hibrit yapıda olan ısı pompalı ve ısıtıcılı tamburlu 
kurutma makinelerinde çeyrek yük pamuk ve sentetik tekstilin nem alma hızı ve 
kurutma karakteristikleri incelenmiştir.
Gerçekleştirilen tez çalışması 6 ana bölümden oluşmaktadır. Birinci bölümde teze 
başlama sebepleri, tez kapsamında gerçekleştirilen çalışmalar ve elde edilen sonuçlar 
özet olarak sunulmuştur.
İkinci bölümde, tamburlu kurutma makinelerinde kurutma performansına etki eden 
parametrelerin belirlenmesi üzerine gerçekleştirilen literatür çalışmaları paylaşılmıştır. 
Kurutmaya etki eden parametreler ayrı ayrı açıklanmıştır. Çoğunlukla bacalı tip 
kurutucularda ve daha az miktarda ısı pompalı kurutucularda yapılan çalışmalar yer 
almaktadır.
Üçüncü bölümde, tambur içerisinde tekstil üzerinden nem alma işlemi teorik olarak 
açıklanmıştır. Isı ve kütle geçişinin birlikte gerçekleştiği tambur içerisindeki taşınımla 
kütle geçiş katsayısının ve pamuk tekstiline yönelik elde edilen katsayılar ile bu 
katsayılara etki eden parametreler paylaşılmıştır.
Dördüncü bölümde, tez kapsamında kurutma performansına etki eden parametrelerin 
belirlenmesi için oluşturulan deney planı ve deney düzeneği tasarımı açıklanmıştır. 
Gerçekleştirilen deneylerin sonuçları ve deney sonuçlarının açıklamaları yapılmıştır.
Beşinci bölümde, elde edilen deney sonuçları ile gerçekleştirilen analitik çalışmalar ve 
oluşturulan nem alma modeli paylaşılmıştır. Oluşturulan model ile kurutma sonunda 
toplam buharlaşan su miktarı %4.6 hata ile tahmin edilmiştir.
Altıncı ve son bölümde ise gerçekleştirilen tez çalışmasında elde edilen sonuçlar 
değerlendirilmiştir ve daha sonraki çalışmalar için öneriler paylaşılmıştır.
Sonuç olarak, bu yüksek lisans tezinde elde edilen sonuçlar şu şekildedir:
Tambur devrinin hava debisine etkisi çok düşüktür, ihmal edilebilir.
42 ve 52 rpm'de ezme hareketi, 62 rpm'de santrifüj hareketi 
gerçekleşmektedir.
Ezme hareketi yapılan 42 ve 52 rpm'de en iyi sonuç 52 rpm'de elde edilmiştir. 
Froude sayısı ile açıklandığı şekilde, 52 rpm'de, 42 rpm'e göre tekstiller daha 
yüksek noktadan düşmekteler ve bu sayede tambur hacmi içerisinde daha iyi 
açılarak kurutma havası ile temas eden yüzey alanı daha fazla olmaktadır.
Aynı fan motor devirlerinde, pamuk tekstilinin üzerinden geçen hava debisi 
sentetiğe göre daha yüksektir. Standart 2 kg pamuk ve sentetik yükte, sentetiğin 
toplam yüzey alanı pamuğa göre %30 daha fazladır.
Pamuğun higroskopik yapıda olması ve su emiliminin yüksek olmasından 
dolayı, sentetiğin de higroskopik yapıda olmaması ve su emilim değerinin 
düşük olması dolayısıyla suyun yüzeyinde bulunması sebebiyle sentetik 
tekstiller pamuğa göre daha hızlı bir şekilde kurutulmaktadır.
Aktivite katsayısı 1 değerine yakınken su tekstil yüzeyinde bulunmaktadır ve 
buharlaşma hızı yüzeydeki su bitene kadar artmaktadır ve maksimum 
noktasına ulaşmaktadır. Tekstil yüzeyindeki suyun bitmesiyle birlikte tekstil 
yapısında bulunan suyun kurutulması zorlaşmaktadır. Bu durum aktivite 
katsayısının düşmesi ile açıklanmaktadır ve bu durumda buharlaşma hızıda 
yavaşlamaktadır.

Abstract:
In today's world, the use of heat pump drum dryers has become widespread as the 
effects of global warming are seen more clearly. Despite the improvement in energy 
consumption, there was a high rate of increase in drying times. In this regard, hybrid 
solutions have been made in drum dryers. For this reason, it has become necessary to 
work on establishing optimum drying parameters, determining effective drying 
parameters and obtaining optimum dehumidification values as a result.
In addition, the fact that the current drying standard is for full and half loads does not 
reflect the amount of load applied by users in their homes. For this reason, it is 
important to work on 2 kg load, which is defined as a quarter load, and to develop 
optimum drying algorithms for a quarter load. However, as a result of the development 
of the textile industry, it has been necessary to investigate the drying characteristics of 
synthetic textiles in addition to cotton textiles used in standard calculations and to 
investigate their optimum drying values.
Within the scope of this master's thesis, the dehumidification rate and drying 
characteristics of quarter-load cotton and synthetic textile in the hybrid drum dryer 
with heat pump and heater have been investigated.
The thesis study consists of 6 main parts. In the first chapter, the reasons for starting 
the thesis, the studies carried out within the scope of the thesis and the results obtained 
are presented in summary.
In the second chapter, literature studies on determination of parameters affecting the 
drying performance of drum dryers are shared. Mostly, there are studies performed on 
air-vented dryers and less amount of heat pump dryers.
In the third chapter, the dehumidification process on textile in the drum is explained 
theoretically. The mass transfer coefficient and the coefficients obtained for cotton 
textile and the parameters affecting these coefficients are shared in the drum where 
heat and mass transfer occur together.
In the fourth chapter, the experimental plan and the design of the experimental setup 
created within the scope of the thesis are explained. The results of the experiments and 
the explanations of the experimental results were shared.
In the fifth chapter, the analytical studies and the dehumidification model created are 
shared.
In the sixth and last part, the results obtained in the thesis study were evaluated and 
suggestions for further studies were shared.
As a concluding remark; all experimental results showed in this thesis were obtained. 
As a result,
At constant cotton, synthetic load and fan engine speed, when the drum speed 
is increased from 42 rpm to 62 rpm, the air flow rate increases by about 1 
liter/second. Since this corresponds to 0.001 m^3/s, the effect of the drum 
rotation on the air flow is neglected.
Cotton and synthetic textile movements were investigated at 42, 52 and 62 
rpm by calculating the Froude number values. It has been determined that 
sticking to the wall - centrifugal movement at 62 rpm, falling - crushing 
movement at 42 and 52 rpm.
The 62 rpm centrifugal movement provided the lowest evaporation rate. The 
textiles adhering to the wall act as a whole and mass transfer takes place from 
a single surface. Therefore, more time and energy is needed for the water 
molecules in the interior of the textiles to reach the textile surface by 
diffusion.
At 42 and 52 rpm, where the crushing motion was made the best results were 
obtained at 52 rpm. At 52 rpm the textiles fall from a higher point than at 42 
rpm, and thus, the surface area in contact with the drying air is greater by 
opening better within the drum volume.
In order to see the singular effect of the air flow rate, 62 rpm with centrifugal 
movement was examined. In this condition, the singular effect was observed 
by increasing the air flow rate over the textile acting as a single solid load. In 
this condition, as the fan motor speed increases, the air flow increases and 
thus the water evaporation flow over the textile increases.
At the same fan motor speeds, the air flow over the cotton textile is higher 
than the synthetic. At standard 2 kg cotton and synthetic load, the total 
surface area of synthetic is 30% more than cotton.
Although the air flow rate is lower in synthetic load, the evaporation rate is 
higher than cotton. Since cotton has a hygroscopic structure and has high 
water absorption, synthetic textiles are dried faster than cotton because it is 
not in a hygroscopic structure and its water absorption value is low, so it is on 
the surface of water.
The state of the water on the cotton textile depending on the textile moisture 
content is defined by the activity coefficient. When the activity coefficient is 
close to 1, the water is on the textile surface and the evaporation rate 
increases until the water on the surface is exhausted and reaches its maximum 
point. As the water on the textile surface runs out, it becomes difficult to dry 
the water in the textile structure. This is explained by the decrease in the 
activity coefficient, and in this case, the evaporation rate slows down.