Çamaşır kurutma makinelerinde kurutma performansının iyileştirilmesi

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.