Türk kahvesi pişirme sürecinde ısı yayılımı modellemesi ve sıcaklık kestirimi
Modeling of heat dissipation and temperature estimation in Turkish coffee cooking process
Yazar: ARDA DÖNERKAYALI
Danışman: DOÇ. DR. TÜRKER TÜRKER
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kontrol ve Otomasyon Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Kontrol ve Otomasyon Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol = Computer Engineering and Computer Science and Control

Özet:
Son yıllarda teknolojideki gelişmelerle heterojen yiyecek karışımlarını otomatik olarak pişirebilen makineler ortaya çıkmıştır. Ülkemizde günlük yaşamın ve kültürün bir parçası haline gelen Türk kahvesini otomatik olarak pişirebilen makineler piyasada önemli bir yer sahibidir. Bu ürünlerin başarılı olabilmesi için en etkili parametre pişirme işleminin doğru bir sıcaklıkta ve doğru bir zamanlama ile sonlandırılması sağlanarak Türk kahvesinin geleneksel yöntemlere uygun kalitede sunulmasıdır. Bundan dolayı ürünlerde kullanılan algılayıcı sistemler kritik bir öneme sahip olmaktadır.
Piyasadaki Türk kahvesi makinelerinde çeşitli algılayıcı sistemler kullanılmakta olup bu sistemler pişirme işlemi sırasında meydana gelen fiziksel etkilere maruz kaldığında hatalı kararlar verebilmektedir. Çeşitli yöntemler arasında en etkilisinin kahve sıcaklığının doğrudan temas ile ölçülmesi ve pişme durumunun kontrol edilmesi gibi görünse de bu yöntem yerine sunduğu kalite, güvenlik ve kolay temizlenebilme gibi avantajlardan dolayı temassız ölçüm yöntemleri tercih edilmektedir.
Bu çalışmada piyasadaki mevcut kahve makinelerinde görülmekte olan problemlere çözüm olması amaçlanan temassız bir sıcaklık kestirimi ve pişirme kontrolü yöntemi sunulmaktadır. Verimli indüksiyon ısıtma teknolojisinin ev tipi ısıtıcı cihazlarda kullanılmaya başlanmasıyla yeni Türk kahvesi makinelerinde de bu teknolojiden faydalanılmaya başlanmıştır. Bu doğrultuda, çalışma kapsamında yapılan deneysel çalışmalar piyasada bulunan bir indüksiyonlu Türk kahvesi makinesi üzerinde gerçekleştirilmiştir. MATLAB Sistem Tanıma Aracı ile indüksiyon bobini akımı, kahve sıcaklığı ve pişirme kabının dış yüzeyi sıcaklığı arasındaki dinamik ilişkiye dayalı model oluşturulmuştur. Oluşturulan model kullanılarak geliştirilen durum gözleyici yapı sayesinde pişirme kabının dışına yerleştirilen bir sıcaklık algılayıcısı yardımıyla kap içindeki Türk kahvesi karışımının sıcaklığı temassız olarak kestirilmiştir. Tasarlanan algılayıcı model ile mevcut Türk kahvesi makinelerinde yaşanan problemlerin önüne geçilmesi amaçlanmış, aynı zamanda benzer heterojen sıvıların ısıtılması işlemini gerçekleştiren ürünlerde de alternatif bir sıcaklık kestirim ve kontrol yöntemi olarak önerilmiştir.

Abstract:
Home appliances that can automatically cook heterogeneous food mixtures have been developed by the technological improvement arising for last few decades. Machines that can automatically cook Turkish coffee which has become a part of daily life and culture in our country, have an important place in the market. In order for these products to be successful, the most effective parameter is to finish the cooking process at the right temperature and with the right timing, and to serve Turkish coffee in a quality suitable to the traditional methods. Therefore, the sensing systems used in the products have a critical role.
Various sensing systems are used in Turkish coffee machines on the market, and these systems can make wrong decisions under the physical effects occurring during the cooking process. Although it seems like the most effective method is to measure the temperature of the coffee by direct contact and check the cooking status, non-contact measurement methods are preferred due to the advantages such as quality, safety and easy cleaning.
A contactless temperature estimation and cooking control method which is intended to be a solution to the problems that are seen in the existing coffee machines on the market is presented in this study. With the introduction of efficient induction heating technology in home appliances, this technology has also begun to be used in new Turkish coffee machines. Accordingly, experimental studies carried out within the scope of the study were carried out on an induction Turkish coffee machine available in the market. With the MATLAB System Identification Tool, a model based on the dynamic relationship between induction coil current, coffee temperature and the outer surface temperature of the cooking chamber is created. With the help of the observer structure developed using this model and a temperature sensor placed outside the cooking chamber, the temperature of the Turkish coffee mixture in the cooking chamber is estimated without contact. With the designed sensing model, it is aimed to prevent the problems experienced in the existing Turkish coffee machines and it is proposed as an alternative temperature prediction and control method in products that perform the heating process of similar heterogeneous liquids.