Endüstriyel tip kurutucuda kurutma karakteristiğinin belirlenmesi ve modellenmesi
Determination and modelling of drying characteristic in industrial type dryer
Yazar: AHMET ERHAN AKAN
Danışman: PROF. DR. DERYA BURCU ÖZKAN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Isı Proses Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2018
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Tekstil endüstrisinde, sıcak hava püskürterek kurutma, oldukça sık kullanılan ve çok fazla enerji tüketen yöntemlerden biridir. Günümüzde giderek artan enerji ihtiyacı nedeniyle, mevcut enerji sistemlerinin optimizasyonu ve yeni tasarımların da daha verimli imal edilmesi, bir zorunluluk haline gelmiştir. Enerji sistemlerinin performansını belirleyen matematiksel modeller yardımı ile enerji tüketimi büyük oranda azaltılabilir.
Tekstil ürünleri kurutulurken yapısına zarar verilmemesi ayrıca istenilen en/boy ayarının yapılabilmesi açısından tekstil endüstrisinde en yaygın kullanılan konveksiyonel kurutma makineleri Ramöz de denilen Ram makineleridir. Ram makineleri, kumaşların makine içerisinde yatay bir şekilde hareket ettirildiği ve bu esnada kumaşa sıcak havanın gönderildiği, kumaş kurutma makineleridir. Ram makinelerinde kuruma karakteristiği incelendiğinde, kurutma şartlarının optimize edilmesine olanak sağlayan modeller vasıtası ile kurutma verimi büyük oranda arttırılabilir.
Bu çalışmada, 10 kabinli bir ram makinesinin kurutma karakteristiği deneysel olarak araştırılmış ve kurutma davranışı iki farklı teorik model aracılığı ile modellenmiştir. Deneyler üç farklı kurutma havası sıcaklığında (110-130-150 oC ) ve üç farklı kumaş ilerleme hızında (0,167-0,333-0,500 m/s), %95 pamuk +%5 likra içerikli kumaş kullanılarak gerçek üretim şartları altında gerçekleştirilmiştir. Deneylerden elde edilen verilerden yararlanılarak, kurutucunun herbir kabininde gerçekleşen ısı-kütle transfer katsayısı, buharlaşma miktarı, nem oranı, kurutma hızı değerleri hesaplanmıştır. 
Kuruma karakteristiğinin modellenmesinde ise, Fick'in ikinci yasasından türetilen I. Dereceden Kinetik model ve Difüzyon modeli olmak üzere iki farklı teorik modelden yararlanılmış ve bu modeller arasında karşılaştırılma yapılmıştır. Kullanılan modeller yardımı ile her bir kurutma şartı için I. dereceden kinetik katsayıları ile efektif difüzyon katsayıları ve aktivasyon enerjisi değerleri hesaplanmıştır. 
Sonuç olarak, gerçek üretim şartları altında 10 kabinli bir Ram makinasının kurutma karakteristiği iki farklı teorik model ile araştırılmıştır. Modeller ve deneysel veriler arasındaki uyum regresyon analizleri yardımı ile karşılaştırılarak, I. Dereceden kinetik model için, R2, 0,9945 ile 0,9992 arasında, χ2, 0,00005 ile 0,00122 arasında, RMSE, 0,0045 ile 0,0129 arasında ve r değerlerinin ise 0,9973 ile 0,9998 arasında değiştiği görülmüştür. 
Difüzyon modeli için,  R2, 0,9812 ile 0,9961 arasında, χ2, 0,00109 ile 0,00646 arasında RMSE, 0,0109 ile 0,0289 arasında ve r değerleri ise 0,9905 ile 0,9980 arasında değişmektedir. Bu değerlere göre ram makinesinde kurutma modelleme aracı olarak I. Dereceden kinetik modelinin kullanımının difüzyon modeline göre daha uygun olduğu sonucuna varılmıştır.

Abstract:
In the textile industry, hot air spray drying is one of the quite often used and too much energy consuming methods. Because of today's increasing energy demand, it has become a necessity to optimize existing energy systems and to manufacture new designs more efficiently. With the help of mathematical models that determine the performance of energy systems, energy consumption can be greatly reduced.
The most widely used convection drying machines in the textile industry are Ram machines, which are called Ramos, in order not to damage the structure while the textile products are dried and to adjust the desired width / length. Ram machines are cloth-drying machines in which fabrics are moved horizontally in the machine and in the meantime hot air spraying to the fabric. When the drying characteristic is examined in the Ram machines, the drying efficiency can be increased in large scale by means of the models, which allow optimization of drying conditions. 
In this study, the drying characteristic of a 10-cabinet ram machine was experimentally investigated and the drying behavior was modeled through two different theoretical models. The experiments were carried out under real production conditions using three different drying air temperatures (110-130-150 oC) and three different fabric feed speed (0.167-0.333-0.500 m/s) and 95% cotton + 5% lycra content fabric. Using the data obtained from the experiments, the heat-mass transfer coefficient, evaporation rate, humidity ratio, drying speed values were calculated for each cabinet of the dryer. 
In the modeling of the drying characteristic, first order kinetic model and diffusion model, which two different theoretical models derived from Fick's second law, were used and comparison was made between these models. First order kinetic coefficients, effective diffusion coefficients and activation energy values were calculated for each drying condition with the help of the used models.
As a result, the drying characteristic of a 10 cabinet Ram machine was investigated with two different theoretical models under actual production conditions. The conformity of between the models and the experimental data were compared using regression analysis. For the first order kinetic model, it was observed that the R2 value varied between 0.9945 and 0.9992, χ2 value varied between 0.00005 and 0.00122, RMSE value varied between 0.0045 and 0.0129, and r-value varied between 0.9973 and 0.9998. For the diffusion model, it was observed that the R2 value varied between 0.9812 and 0.9961, χ2 value varied between 0.00109 and 0.00646, RMSE value varied between 0.0109 and 0.0289, and r-value varied between 0.9905 and 0.9980. According to these values, it was concluded that the use of first order kinetic model is more appropriate than the diffusion model as a drying modeling tool in the ram machine.