Çamaşır kurutma makinelerinde kurutma performansının iyileştirilmesi
Improving drying performance of tumble dryer
Yazar: SİNAN KAYA
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ MEHMET SELÇUK ARSLAN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Mekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Mekatronik Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Mekatronik Mühendisliği = Mechatronics Engineering
Dizin: Kurutucular = Dryers ; Mekatronik = Mechatronics ; Nem sensörleri = Humidity sensors

Özet:
Tekstil ürünlerinin nem seviyelerini belirleme işlemi, tekstil üretimi, tekstil boyama ve tekstil kurutma gibi bazı süreçlerde büyük bir öneme sahiptir. Özellikle çamaşır kurutma makinaları için tekstil nem seviyesinin ölçülmesi kritik bir parametredir.
Çamaşır kurutma makinası 1840 yılında üretilmeye başlanmış ve 2000'li yılların başından itibaren Türkiye pazarına girmiş olan bir beyaz eşyadır. Özellikle kış mevsiminde çamaşırların dışarıya asılamamasından ve yeni binalarda balkonlara yer verilmemesi nedeniyle artık her evin ihtiyacı olmaya başlamıştır. Kurutma makinaları, çamaşır makinasında yıkanmış ve nemli olarak çıkan çamaşırların kurutma işlemini gerçekleştiren bir üründür. 
Kurutma makinalarındaki kritik konulardan biri çamaşır kuruluğunun algılanmasıdır. Kurutma makinaları çamaşır kuruluğunu algılayabildiğinde, homojen kurutma sağlar ve kurutma süresini de makina optimize ederek enerji tasarrufu sağlayabilir. Piyasadaki kurutma makinaları, rezistanslı ve ısı pompalı makinalar olmak üzere ikiye ayrılır. Rezistanslı makinalarda hava sıcaklığı 90°C'ye kadar yükseltilerek tambur içerisine gönderilir ve çamaşır bu sıcak hava ile kurutulur. Bu makinalar zaman ayarlı olarak çalışmaktadır. Çamaşırın kuruluğunu algılayacak bir sensör sistemi bulunmamaktadır. Sıcaklık sensörü kullanılarak sadece tambur içerisinin sıcaklığı kontrol edilmektedir. Çamaşır nem seviyesi ölçümü olmadan zaman ayarlamalı olarak yapılan kurutma çevriminde, zamanlayıcıyı kullanıcı ayarlamaktadır. Kullanıcı tarafından sürenin az girilmesi çamaşırların homojen olarak kurumamasına neden olmaktadır. Sürenin gereğinden fazla ayarlanması ise çamaşırların kuruduktan sonra fazla ısınmasına sebep olmaktadır ve bu durum çamaşırlara zarar vermektedir. Isı pompalı makinalarda ise hava 55 °C'ye kadar ısıtılarak tambur içerisine gönderilmektedir. Isı pompalı makinalarda iletkenlik plakaları ile çamaşır iletkenliği ölçülerek çamaşır kuruluğuna karar verilmektedir. İletkenlik plakaları makina içerisinde tamburun ön kısmındaki hareketsiz bölgede sabit olarak bulunmaktadır. Bu yöntem rezistanslı makinalara göre daha iyi çalışsa da sabit bir noktadan ölçüm yapıldığı için tüm çamaşırların kuruluğu algılanamamaktadır. Ayrıca kurutma makinasındaki iletkenlik plakaları ile kurutma çevriminin sonlarında çamaşır iletkenliğinin düşük olduğu noktalarda ölçüm yapılamamaktadır. İletkenliğin düşmesi, çamaşır direncini iletkenlik plakalarının ölçebileceği seviyenin üstüne çıkarmaktadır. Bu seviyenin üzerine çıktığında kurutma makinası seçilen kurutma programına göre zamanlayıcı kullanmakta ve kurutma çevrimini sonlandırmaktadır. Kurutma çevriminin sonunda, rezistanslı makinalarda olduğu gibi yine zamanlayıcı ile kurutma çevrimini sonlandırması homojen kurutma problemlerine neden olmaktadır.
Bu çalışmada,  tekstil ürünlerinde hassas nem seviyesi algılama problemine çözüm olacak bir ölçüm sistemi geliştirilmiştir. Geliştirilen ölçüm sistemi ile düşük DC gerilim seviyelerinde yüksek direnç ölçümleri hassas bir şekilde yapılmıştır. Aynı sensör tasarımı ile düşük direnç değerleri ve yüksek direnç değerleri doğru ve hassas bir şekilde ölçülebilmiştir.
Geliştirilen ölçüm sisteminde düşük ve yüksek direnç seviyelerini hassas bir şekilde ölçebilmek için ayrı kalibrasyon devreleri kullanılmıştır. Kurutma çevrimi başladığında nemli çamaşırlar yaklaşık 70 kΩ-150 kΩ arasında direnç değerlerine sahip olmaktadırlar. Çevrim başlangıcında düşük direnç seviyelerinde ölçüm yapılmaktadır. Kalibrasyon devresi düşük dirençler için yazılımsal olarak anahtarlanıp hassas bir ölçüm yapılabilir hale getirilmiştir. Çamaşır üzerinden ölçülen direnç değeri 7 MΩ seviyelerine ulaştığında ölçüm sisteminin hassasiyeti azalmaya başlamakta ve direnç değerleri doğru bir şekilde ölçülememektedir. 7 MΩ seviyelerine geldiğinde ölçüm devresi yazılımsal olarak anahtarlanmakta ve yüksek direnç ölçümü yapabilen kalibrasyon devresine geçiş yapılmaktadır. Yüksek direnç seviyelerinde ölçüm devresi üzerinden geçen akım seviyesi çok düşük değerlere ulaştığı için devre gürültüden etkilenir hale gelmektedir. Bu gürültüyü engellemek için donanımsal filtre devreleri kalibrasyon devresinde kullanılmıştır. Ayrıca çamaşır nem seviyesi kurutma çevrimi sonlarında çok düşük seviyelere ulaştığı için çok yüksek direnç değerleri oluşmaktadır. Bu direnç değerlerinin bir ADC portu ile okunması sıkıntılara yol açmaktadır. Mikroişlemcilerin ADC portlarındaki giriş empedansları teoride sonsuz olarak kabul edilmektedir. Ancak uygulamada ise kullanılan işlemcilerin ADC girişleri 100 MΩ'luk bir giriş empedansına sahiptir. Çamaşır üzerinde oluşan direnç seviyesi de yüksek değerlere ulaştığında ADC portu ile beraber gerilim bölücü devre gibi davranmaktadır. Bu yüzden yüksek direnç ölçümü yapılan kalirasyon devresi ile ADC portu bir opamplı izolasyon amplifikatör devresi ile birbirinden ayrılmıştır. Böylelikle hem düşük hem de yüksek direnç seviyeleri hassas ve doğru bir şekilde ölçülebilmiştir.
Geliştirilen ölçüm sistemini, kurutma makinasında kullanmak için kurutma makinasına özel mobil bir sensör cihazı tasarımı yapılmıştır. Mobil sensör cihazı makina içerisine çamaşırlar ile beraber atılarak çamaşırların nem seviyesini algılamak için kullanılmıştır. Yüksek direnç ölçümleri yapabilmesi ve çamaşırlar ile beraber tambur içerisinde hareket edebilmesi sayesinde tüm çamaşırların nem seviyesi ölçülebilir hale getirilmiştir.
Geliştirilen sensör sistemi ile kurutma deneyleri yapılmıştır.  Kurutma çevrimi süresince çamaşır nem seviyeleri ölçülmüş ve kuruluk algılanması sensör sistemi ile gerçekleştirilmiştir. Bu şekilde çamaşır kurutma makinalarındaki kuruluk algılama problemine çözüm olarak sunulmuştur. 
Kurutma makinası mevcut sensör yapısı ile %10 ve altı kuruluk seviyesi hassas olarak ölçülemezken, tasarlanan yeni sensör sistemi ve algoritmalarla hassas ölçümler yapılabilir hale gelinmiştir.

Abstract:
Determination of moisture level of textile products has a great importance in processes such as textile production, textile dyeing and textile drying. Measuring the textile moisture level is a critical parameter for tumble dryers.
The tumble dryer was started to produce in 1840. Since the early 2000s, it has entered a white-goods market in Turkey. In the winter season, laundry is not hung out. Also new buildings do not have balconies, so the drying machine is necessary for house. Tumble dryers perform the drying process of laundry that washed in the washing machine.
One of the critical issues in tumble dryer is the detection of laundry moisture level. Dryers provide homogeneous drying when they can detect the moisture level. It can also improve energy efficiency by optimizing the drying time of tumble dryer. There are two types tumble dryer in white-goods market. One is a heat pump tumble dryer and the other is a resistance heater tumble dryer. In resistance heater, the air temperature is raised to 90 ° C and sent into the drum. The laundry is dried with the hot air. Tumble dryers with resistance heater work with timers. There is no sensor system to detect the moisture level of the laundry. Only the temperature inside the drum is controlled using the temperature sensor. The user adjusts the timer before the drying cycle, which is done with time adjustment without measuring moisture level of laundry. The low time input by the user causes the laundry to not be homogeneously dried. Over-setting of timers causes the clothes to overheat after drying. It damages the laundry. In tumble dryers with heat pump, air is heated to 55 ° C and sent into the drum. In the heat pump tumble dryers, conductivity is measured by the conductivity plates and the laundry moisture level is calculated by the measured conductivity value. The conductivity plates are fixed in the machine in the stationary area at the front of the drum. Although this method works better than the resistance heater dryer, the humidity level of all the laundry cannot be detected because the measurement is made from a fixed point. In addition, conductivity plates cannot be measured at points where the laundry conductivity is low at the end of the drying cycle. Low conductivity raises the laundry resistance above the level that the conductivity plates can measure. When the resistance value exceeds the level that the conductivity plates can measure, the dryer uses a timer according to the selected drying program and finishes the drying cycle with timer. At the end of the drying cycle, the completion of the drying cycle with the timer, as resistance heater dryers, causes homogeneous drying problems. 
In this study, a measurement system was developed to solve the problem of sensitive moisture level detection in textile products. With the developed measuring system, high resistance measurements at low voltage levels are made precisely. With the same sensor design, low resistance values and high resistance values can be measured accurately and precisely.
Two calibration circuits are used to accurately measure low and high resistance levels in the developed measurement system. When the drying cycle starts, humid cloths have resistance values of about 70kΩ-150kΩ. At the beginning of the cycle low resistance levels are measured. The calibration circuit is software-switched for low resistances. so that a precise measurement can be made. When the resistance value measured on the laundry reaches 7MΩ, the accuracy of the measuring system decreases and the resistance values can not be accurately measured. When the resistance value reaches 7MΩ, the measurement circuit is switched by software. The calibration circuit is switched to high resistance measurement. At high resistance levels, the current level through the measurement circuit reaches very low values, so the circuit is affected by noise. Filter circuits were used in the calibration circuit to prevent this noise. In addition, high resistance values occur at the end of the drying cycle because the moisture level of laundry reaches very low levels. Reading the resistance values with an ADC port is causing trouble. The input impedances of the ADC ports in microprocessors are considered to be infinite in theory. In practice, the ADC inputs of the processors have 100 MΩ input impedances. When the resistance level on the laundry reaches high values, it acts as a voltage divider circuit together with the ADC port. The calibration circuit and the ADC ports are isolated by an opamp buffer circuit. Thus, both low and high resistance levels can be accurately measured.
In order to use the developed measuring system in the dryer, a special mobile sensor device has been designed. The mobile sensor device was used to detect the moisture level of the laundry by being thrown into the drum together with the laundry. The moisture level of all fabrics has been made measurable by the ability to make high resistance measurements and to move within the drum with the laundry. 
Drying experiments were carried out with the developed sensor system. The moisture level of the laundry was measured until drying cycle ended and dryness detection was performed with the sensor system. Thus, it is presented as a solution to the problem of measuring the moisture level in dryers.
 Although the dryer cannot accurately measure 10% or less dryness level with the existing sensor structure, it is possible to make precise measurements with the new designed sensor system and algorithms.