DIPLOMSKO DELO

(1)

U

NIVERZA V

L

JUBLJANI

F

AKULTETA ZA KEMIJO IN KEMIJSKO TEHNOLOGIJO

DIPLOMSKO DELO

Vid Ogrizek

Ljubljana, 2021

(2)

(3)

U

NIVERZA V

L

JUBLJANI

F

AKULTETA ZA KEMIJO IN KEMIJSKO TEHNOLOGIJO

UNIVERZITETNI ŠTUDIJSKI PROGRAM 1. STOPNJE KEMIJSKO INŽENIRSTVO

Vpliv vrtilne frekvence bobna na poškodbe in mečkanje pri strojnem sušenju perila

DIPLOMSKO DELO

Vid Ogrizek

M

ENTOR

: prof. dr. Marko Hočevar

Ljubljana, 2021

(4)

(5)

IZJAVA O AVTORSTVU

diplomskega dela

Spodaj podpisani Vid Ogrizek sem avtor diplomskega dela z naslovom: Vpliv vrtilne frekvence bobna na poškodbe in mečkanje pri strojnem sušenju perila.

S svojim podpisom zagotavljam, da:

• je diplomsko delo rezultat mojega raziskovalnega dela pod mentorstvom prof.

dr. Marka Hočevarja

• sem poskrbel, da so dela in mnenja drugih avtorjev, ki jih uporabljam v

predloženem diplomskem delu, navedena oziroma citirana v skladu z navodili;

• se zavedam, da je plagiatorstvo, v katerem so tuje misli oziroma ideje

predstavljene kot moje lastne, kaznivo po zakonu (Zakon o avtorski in sorodnih pravicah – uradno prečiščeno besedilo (ZASP-UPB3) (Ur. list RS, št. 16/2007);

• sem poskrbel za slovnično in oblikovno korektnost diplomskega dela;

• je elektronska oblika diplomskega dela identična tiskani obliki diplomskega dela.

V Ljubljani, 25.8.2021 Podpis avtorja:

(6)

(7)

(8)

(9)

Zahvala

Glavna zahvala gre strojnikoma Juriju Indiharju in Emirju Mujagiću, ki sta večkrat žrtvovala svoj prosti čas in mi bila v ogromno pomoč pri izvedbi meritev.

Zahvaljujem se tudi mentorju prof. dr. Marku Hočevarju za pomoč, nasvete in podporo pri nastajanju diplomskega dela.

Hvala vsem prijateljem, družini in še posebej Lani, ki mi je stala ob strani in me podpirala v času študija.

(10)

(11)

Vpliv vrtilne frekvence bobna na poškodbe in mečkanje pri strojnem sušenju perila Povzetek: Strojno sušenje perila, ki omogoča hitrejšo ponovno uporabo oblačil, je v modernem svetu vedno bolj razširjeno. Ob ogromnem številu raziskav se je poraba električne energije in s tem povezanih emisij toplogrednih plinov v primerjavi z začetnimi stroji močno znižala. Nadaljnje raziskave bodo v ospredje vedno bolj postavljale kakovost sušenja in stanje perila med in po končanem ciklu sušenja. V sklopu diplomskega dela sem preučeval vpliv vrtilne frekvence bobna na poškodbe in mečkanje pri strojnem sušenju perila. Pri treh različnih vrtilnih frekvencah bobna sem z bombažnim blagom meril maso ujetih vlaken na filtru in razvil ter vrednotil kvantitativno metodo za določanje različnih stopenj zmečkanosti sintetične tkanine. Rezultati so pokazali, da do največjih mehanskih obremenitev pride ravno pri standardni frekvenci bobna.

Ključne besede: mečkanje perila, poškodbe perila, sušilni stroj, vrtilna frekvenca

Effect of rotational frequency of a dryer drum on clothing damage and wrinkling Abstract: Machine drying of laundry, which enables faster reuse of clothes, is becoming more and more widespread in the modern world. With a huge amount of research, electricity consumption and thus greenhouse gas emissions have fallen sharply. Further research will increasingly focus on quality of drying, such as laundry properties during and after the drying cycle. As part of my dissertation, I studied the influence of drum speed on damage and wrinkling during machine drying of laundry. At three different drum speeds, I measured the mass of trapped fibres on the filter with a cotton swab and developed and evaluated a quantitative method to determine different degrees of synthetic fabric wrinkling. The results showed that the maximum damage occurs at standard drum frequencies.

Keywords: Clothes wrinkling, Clothing damage, Clothes dryer, Rotational frequency

(12)

Kazalo

1 Pregled literature ... 1

1.1 Delovanje sušilnega stroja s toplotno črpalko ... 1

1.2 Bombažna vlakna ... 3

1.2.1 Sušenje bombaža ... 3

2 Namen dela in hipoteze ... 5

3 Eksperimentalni del ... 7

3.1 Opis eksperimentalne postaje in uporabljenih pripomočkov ... 7

3.2 Določanje vpliva vrtilne frekvence bobna na poškodbe perila... 9

3.2.1 Opis postopka izvedbe eksperimenta ... 9

3.3 Določanje vpliva vrtilne frekvence bobna na mečkanje perila... 12

3.3.1 Opis postopka izvedbe eksperimenta ... 12

4 Rezultati in razprava ... 17

4.1 Vpliv vrtilne frekvence bobna na čas sušenja in porabo električne energije.. 17

4.2 Rezultati meritev... 18

4.2.1 Vpliv vrtilne frekvence bobna na poškodbe perila ... 18

4.2.2 Vpliv vrtilne frekvence bobna na mečkanje perila ... 19

5 Zaključek ... 21

6 Literatura ... 23

(13)

Kazalo slik

Slika 1: Sestavni deli sušilnega stroja s toplotno črpalko ... 1

Slika 2: Pot procesnega zraka ... 2

Slika 3: Spremembe specifične energije sušilnega zraka v odvisnosti od spremembe vlažnosti ... 2

Slika 4: Struktura bombažnega vlakna ... 3

Slika 5: (a) Sušilni stroj Gorenje WaveActive, (b) BLDC električni motor, (c) Filter za vlakna ... 8

Slika 6: Primer zloženega perila v bobnu sušilnega stroja ... 10

Slika 7: Primer fotografirane podlage perila ... 13

Slika 8: Primer zaznane zmečkane površine s programom ImageJ... 14

Slika 9: Primer obrobljenih zaznanih delov površine, ki so se upoštevali pri meritvi ... 14

Slika 10: Prikaz treh različnih načinov gibanja perila ... 17

Slika 11: Spreminjanje relativne vlažnosti zraka na vstopu in izstopu iz bobna v odvisnosti od časa sušenja ... 18

(14)

Kazalo tabel

Tabela 1: Vrtilna frekvenca bobna pri različnih premerih gredi ... 8

Tabela 2: Število uporabljenih rjuh, prevlek in brisač pri dani masi polnitve ... 9

Tabela 3: Mase perila uporabljenega pri meritvah poškodb bombažnega perila ... 11

Tabela 4: Mase suhih in mokrih srajc ter srajc po sušenju ... 12

Tabela 5: Delež izbranih slikovnih pik nezlikanega perila... 14

Tabela 6: Delež izbranih slikovnih pik zlikanega perila ... 15

Tabela 7: Mase ujetih vlaken ... 18

Tabela 8: Zaznana zmečkana površina nezlikanih srajc ... 19

Tabela 9: Zaznana zmečkana površina zlikanih srajc ... 20

(15)

Seznam uporabljenih kratic in simbolov

BLDC brezkrtačni motor na enosmerni električni tok h specifična entalpija [kJ/kg]

LED svetleča dioda

x vlažnost [/]

(16)

Vid Ogrizek - Vpliv vrtilne frekvence bobna na poškodbe in mečkanje pri strojnem sušenju perila

1

1 Pregled literature

Za boljše razumevanje diplomskega dela bom najprej opisal delovanje sušilnega stroja s toplotno črpalko, ki sem ga uporabljal pri izvedbi meritev. Na rezultate meritev niso vplivale zgolj spremembe na stroju, temveč tudi uporabljeno perilo. V nadaljevanju bom prav tako na kratko opisal glavne lastnosti bombažnih vlaken in obnašanje bombažne tkanine med in po strojnem sušenju.

1.1 Delovanje sušilnega stroja s toplotno črpalko

Centrifugalni ventilator poganja procesni zrak, ki kroži v sušilnem stroju. V boben vstopi suh in vroč zrak, se navlaži z vlago iz perila in potuje skozi filter, ki ujame večino vlaken, ki bi se sicer nabirala v toplotni črpalki. Sledi pot skozi uparjalnik in kondenzator toplotne črpalke, v katerem se vlaga kondenzira, zrak pa nato ponovno segreje in pošlje skozi ventilator nazaj v boben. Slednjega preko jermena poganja električni motor, ki poganja tudi ventilator, pritrjen na gred motorja. [1]

Slika 1 prikazuje sestavne dele sušilnega stroja s toplotno črpalko. Poleg glavnih elementov, ki sodelujejo pri sušenju perila, sta pomembna tudi ohišje in programska oprema.

Slika 1: Sestavni deli sušilnega stroja s toplotno črpalko [1]

Slika 2 prikazuje krožno pot in tri stanja, med katerimi se giblje procesni zrak med sušenjem perila. Da so rezultati meritev čim bližje realnim je potrebna dobra tesnitev med posameznimi gradniki stroja in toplotna izolacija. V nasprotnem primeru lahko pride do nepotrebnih izgub energije in daljših časov sušenja. [1]

(17)

2

Slika 2: Pot procesnega zraka [1]

Med sušenjem na površini perila potekata prenos toplote iz zraka na površino perila zaradi razlike v temperaturi in prenos vlage s površine perila v zrak zaradi razlike v koncentraciji vlage. Na izstopu iz bobna (2) je prisoten nasičen zrak z relativno vlažnostjo približno 100 %, ki pot nadaljuje v uparjalnik, kjer vlaga kondenzira (3). V kondenzatorju se nato pred centrifugalnim ventilatorjem ponovno segreje in vstopi nazaj v boben (1). Slika 3 prikazuje spremembe specifične energije sušilnega zraka v odvisnosti od spremembe vlažnosti. [1]

Slika 3: Spremembe specifične energije sušilnega zraka v odvisnosti od spremembe vlažnosti [2]

(18)

3

1.2 Bombažna vlakna

Stopnje poškodb in mečkanja so odvisne tudi od materiala iz katerega je narejeno perilo.

Bombažna tkanina se tako v primerjavi s sintetiko in drugimi naravnimi materiali na obremenitve odziva drugače.

Bombažna vlakna imajo večplastno strukturo (slika 4), sestavljeno iz zunanje ovojnice, primarne in sekundarne stene ter lumna. Vlakno je v glavnem iz celuloze, necelulozni del, med katerega spadajo razne maščobe, voski, pektini in proteini, pa najdemo v zunanji ovojnici in primarni steni. [3], [4]

Slika 4: Struktura bombažnega vlakna [5]

1.2.1 Sušenje bombaža

Procesiranje surovega bombaža sledi trem korakom: krčenje, čiščenje in beljenje.

Čiščenje tkanine omogoči boljšo absorpcijo vlage in belino, saj odstrani necelulozni del.

Ker bombažna vlakna po odstranitvi ovojnice zelo dobro absorbirajo vlago, je vsebnost te v materialu večja kot pri nekaterih drugih tkaninah – posledično potrebuje za sušenje več časa. Prednost bombaža je zmožnost sušenja pri visokih temperaturah, a se pri tem pojavijo poškodbe, ki se kažejo v spremembi morfologije, zloma vlaken in celo spremembi fizikalnih lastnosti. Čas sušenja se ob nižjih temperaturah podaljša, kar poveča porabo električne energije. Pri vseh temperaturah pa so prisotne poškodbe zaradi abrazije kot posledica trkov perila znotraj bobna. Po sušenju je tkanino pogosto treba likati zaradi nagnjenosti k mečkanju. [4], [6], [7]

(19)

(20)

5

2 Namen dela in hipoteze

Vrtilna frekvenca bobna vpliva na velikost površine perila, ki je v določenem trenutku v stiku s sušilnim zrakom in s tem na učinkovitost procesa strojnega sušenja. Večja površina povzroči hitrejše prehajanje vlage iz perila v procesni zrak, kar se pozna na času sušenja in porabljeni energiji. Vrtenje bobna sproža mehanske obremenitve tkanine in posledično zmanjšuje njeno življenjsko dobo. Ker je poleg funkcionalnosti sušilnega stroja cilj proizvajalcev tudi zagotavljanje čim manjše degradacije perila med sušenjem, je treba ovrednotiti vpliv različnih faktorjev na spremembe kvalitete perila. [2]

V diplomskem delu bom pregledal dostopno literaturo in obravnaval vpliv vrtenja bobna in s tem mehanske obremenitve perila na čas sušenja in porabo električne energije za sušenje. Izvedel bom laboratorijske meritve na prototipnem gospodinjskem kondenzacijskem sušilnem stroju s toplotno črpalko in pri tem meril maso na filtru izločenih letečih vlaken pri sušenju ob različnih vrtilnih frekvencah bobna in pri različnih polnitvah. Z analizo posnetih slik testnih sintetičnih tekstilij po sušenju bom ovrednotil mečkanje perila.

Raziskovalna vprašanja, na katera želim odgovoriti z opravljanjem meritev, so:

• Kakšen vpliv ima vrtilna frekvenca bobna pri strojnem sušenju perila na količino ujetih vlaken?

• Kakšen vpliv ima vrtilna frekvenca bobna pri strojnem sušenju perila na stopnjo mečkanja?

Cilji, ki jih želim doseči v tem diplomskem delu, so:

• Razviti metodo za merjenje mase ujetih vlaken na filtru sušilnega stroja.

• Razviti metodo za kvantitativno vrednotenje stopnje zmečkanosti perila.

• Opisati vpliv vrtilne frekvence bobna pri strojnem sušenju perila na čas sušenja in posledično tudi porabo električne energije.

(21)

(22)

7

3 Eksperimentalni del

3.1 Opis eksperimentalne postaje in uporabljenih pripomočkov

Eksperiment sem izvajal s sušilnim strojem Gorenje WaveActive, z maksimalno polnitvijo 8 kg in BLDC motorjem, ki preko pogonske gredi in jermena hkrati poganja boben in ventilator za pretok zraka. Za spremembo frekvence vrtenja sem zamenjal motor z različnim premerom gredi na strani, ki poganja boben. Meritve sem opravil pri treh različnih frekvencah, premere gredi in vrtilne frekvence bobna opisuje tabela 1.

Sušilec se je uporabljal tudi pri drugih eksperimentih, zato so na sliki vidna različna zaznavala, ki jih pri svojih meritvah nisem potreboval. Odvajanje kondenzata je bilo razdeljeno na že vgrajen iztok in na novo vgrajen iztok, ki so ga prav tako uporabljali pri drugih meritvah. Celoten stroj, vključno s toplotno črpalko, je bil že večkrat razstavljen, zato so bili spoji, skozi katere teče procesni zrak, dodatno zatesnjeni s samolepilnim tesnilom. Menim, da spremembe na stroju niso imele vpliva na rezultate mojih meritev;

zaznavala in dodatni iztok so bili dovolj zatesnjeni in niso spremenili parametrov vhodnega procesnega zraka do te mere, da bi ta povzročil večje oziroma manjše poškodbe in mečkanje perila.

Slika 5 prikazuje stroj, na katerem sem izvajal meritve. Slika 5a prikazuje uporabljen sušilni stroj s toplotno črpalko. Boben poganja BLDC električni motor (slika 5b), ki je nameščen na kovinsko dno in napet z vzmetjo. Ta poskrbi, da je jermen pod nenehno napetostjo in mu onemogoči drsenje med poganjanjem bobna. Vlakna so se med sušenjem ujela na posebej za to namenjen filter (slika 5c), ki se nahaja na spodnjem delu vrat skozenj pa teče ves procesni zrak. Ker zamašen filter lahko zniža učinkovitost sušilnega procesa, je zelo pomembno, da se ga očisti pred vsakim sušenjem.

(23)

8

Slika 5: (a) Sušilni stroj Gorenje WaveActive, (b) BLDC električni motor, (c) Filter za vlakna

Tabela 1: Vrtilna frekvenca bobna pri različnih premerih gredi

Premer gredi [mm] Vrtilna frekvenca [vrtljajev/min]

8,2 45

9,6 52

11,1 60

Perilo sem vlažil s pomočjo pralnega stroja Gorenje WaveActive z maksimalno polnitvijo 6 kg. Njegova uporaba je omogočila enakomerno porazdelitev vlage po perilu, je pa bila tkanina po uporabi močno zmečkana in kot taka vplivala na rezultate merjenja stopnje zmečkanosti.

Za merjenje mase suhega in vlažnega perila, ter mase ujetih vlaken na filtru, sem uporabljal tehtnico KERN FKB 15KO.5A z maksimalno težo obremenitve 15 kg in natančnostjo na 0,1 g in tehtnico KERN PCB z maksimalno težo obremenitve 3500 g in natančnostjo na 0,01 g.

Srajce sem likal z likalno prešo Elnapress 3000 in osvetlil z LED lučmi, ki so bile napajane s pomočjo DC vira električne energije, Tektronix 2231A-30-3.

(24)

9

Fotografiral sem z mobilno napravo Huawei P smart 2019, ki ima kamero s 13 MP in dodatni 2 MP senzor za zaznavo globine. Zaslonka ima f/1,8. Za uporabo telefonske kamere namesto fotoaparata sem se odločil zaradi hitrejšega dela in lažje izostritve na podlago, fotografije pa so imele popolnoma zadovoljivo kakovost.

Fotografije sem kvantitativno analiziral s programom ImageJ, verzija 1.53e. Program mi je omogočil obdelavo slike in nato meritev površine robov.

3.2 Določanje vpliva vrtilne frekvence bobna na poškodbe perila

3.2.1 Opis postopka izvedbe eksperimenta

Za izvedbo eksperimenta sem uporabil bombažno perilo in ga z nekaj spremembami, za katere ugibam, da imajo zanemarljiv vpliv na rezultate meritev, pripravil v skladu s standardom za merjenje učinkovitosti gospodinjskih sušilnih strojev. Spremembe so zajemale predvsem večjo toleranco pri odstopanju mase navlaženega perila; ± 3 % namesto ± 1. [8]

Tabela 2 prikazuje število posameznih tkanin, sestavljeno iz rjuh, prevlek in brisač. V primeru odstopanja od mase sem dodal potrebno število brisač, tako da je suha masa perila odstopala za ± 60 g od določene mase perila. [8]

Tabela 2: Število uporabljenih rjuh, prevlek in brisač pri dani masi polnitve [8]

Masa perila [kg] Število rjuh Število prevlek Število brisač

4 2 4 14

6 2 8 24

8 3 12 27

Perilo sem navlažil v pralnem stroju na programu spiranje za 20 minut in nato še na programu centrifuge toliko časa, da je masa vlažnega perila dosegla 60 % ± 3 % suhe mase. Uporaba pralnega stroja za navlaženje je omogočila enakomerno porazdelitev vlage po tkanini.

Da se je med samim sušenjem perilo čimbolj enakomerno porazdelilo po površini bobna in da je prihajalo do čim manj vozlanja, kar lahko precej podaljša čas sušenja, sem po vsakem tehtanju mokre mase tkanino zložil in vstavil v boben v zaporedju, ki ga narekuje standard. Najprej sem boben poravnal tako, da so bile lopatice v vodoravnem položaju, na dno sem nato vstavil tri brisače, nato sem dodal prevleke in rjuhe, med vsakim slojem

(25)

10

pa sem vstavil dve dodatni brisači. Poleg vrstnega reda je pomembno tudi, da so rjuhe vstavljene izmenično na levo in na desno stran ter da niso povsem na vrhu ali na dnu zloženega perila. [8]

Slika 6 prikazuje primer 4 kg zloženega perila v bobnu sušilnega stroja. Med procesom sušenja se volumen perila poveča in zasede celotno površino bobna. To je najbolj razvidno pri največji polnitvi – 8 kg, saj se proti koncu perilo v bobnu skoraj ne premika.

Slika 6: Primer zloženega perila v bobnu sušilnega stroja

V skladu s standardom sem sušil na standardnem programu za bombaž, ki ima dolžino sušilnega cikla največ 2 uri in 45 minut, se pa prilagaja glede na vlago na izhodu iz bobna in temu primerno skrajša obratovalni čas. Po koncu sušenja sem s filtra postrgal vlakna in jih stehtal na tehtnici z natančnostjo na 0,01 g. Na začetku sem vlakna tudi sušil 10 minut v pečici pri temperaturi 60 ˚C, da bi s tem odstranil vlago, a so se vrednosti mas pred in po sušenju zanemarljivo razlikovale, zato teh nisem upošteval. Sklepam, da je v vseh primerih bil prisoten enak delež vlage v vlaknih. V sušilnem stroju sta prisotna dva filtra, večina vlaken se ujame na prvega, ki se nahaja v vratih in iz katerega sem pobiral vlakna. Drugi filter vzdolž poti procesnega zraka se nahaja za vratci, ki so vidne na Slika 5a, levo spodaj na sušilnem stroju. Poleg mreže ga sestavlja tudi filtrirna pena, je pa masa ujetih vlaken po enem sušenju manjša od 0,01 g in jih zato nisem upošteval. Kljub temu sem po vsakem sušenju oba filtra očistil s pomočjo kompresorja za zrak.

(26)

11

Skupno sem izvedel devet meritev, s tremi različnimi polnitvami in tremi različnimi frekvencami. Tabela 3 vsebuje točne vrednosti mas suhega in mokrega perila ter mase po sušenju. Vrednosti sem zaokrožil na celo število.

Tabela 3: Mase perila uporabljenega pri meritvah poškodb bombažnega perila

Za spremembo frekvence je bila potrebna menjava celotnega motorja, saj je hitrost vrtenja določal premer gredi, ki se od motorja ne more ločiti. Menjava je bila dokaj preprosta, treba je bilo zgolj odstraniti zadnjo stranico sušilnega stroja in ventilator ter nekaj električnih priključkov za elektromotor. Ventilator je nameščen na gredi in se vrti skupaj z motorjem, zato je njegova hitrost ostala enaka pri vseh treh meritvah.

Suha masa [g] Mokra masa [g] Masa po sušenju [g]

4 kg, 46 vrtljajev/min 3980 6273 4094

6 kg, 46 vrtljajev/min 5910 9500 6010

8 kg, 46 vrtljajev/min 7956 12522 8061

4 kg, 52 vrtljajev/min 4002 6412 4127

6 kg, 52 vrtljajev/min 6035 9590 6103

8 kg, 52 vrtljajev/min 7985 12766 8373

4 kg, 60 vrtljajev/min 4030 6345 4154

6 kg, 60 vrtljajev/min 6060 9784 6206

8 kg, 60 vrtljajev/min 8034 13046 8431

(27)

12

3.3 Določanje vpliva vrtilne frekvence bobna na mečkanje perila

3.3.1 Opis postopka izvedbe eksperimenta

Meritve sem opravljal z desetimi sintetičnimi srajcami, ki so bolj primerne za določanje mečkanja. Preden sem srajce navlažil, sem jih zlikal in s tem odpravil sledi mečkanja iz prejšnjih meritev. Masa suhega perila je bila 2 kg, kar je tudi maksimalna količina glede na izbran program. Točne mase srajc tekom meritev vsebuje tabela 4. Vlaženje je potekalo v pralnem stroju 20 minut na programu spiranje, program centrifuge sem izpustil, saj bi se perilo preveč zmečkalo. Tkanina prav tako sprejme manj vlage kot standardno perilo, zato to tudi ni bilo potrebno.

Ker se mečkanje določa samo po internih metodah v podjetjih, ni določenega standardnega postopka po katerem bi se lahko ravnal, zato sem za izbiro sušenja upošteval nasvet raziskovalcev iz Gorenja in perilo sušil na programu za srajce, 3. stopnji izbire Extra dry. Da med procesom sušenja pride do čim manj mečkanja, se boben vmes ustavi, nekajkrat obrne v drugo smer in nato ponovno nadaljuje z vrtenjem z enako hitrostjo v smeri urinega kazalca. V roku ene ure to stroj ponovi desetkrat.

Tabela 4: Mase suhih in mokrih srajc ter srajc po sušenju

Suha masa [g] Mokra masa [g] Masa po sušenju [g]

45 vrtljajev/min 2072 2841 2093

60 vrtljajev/min 2072 2860 2082

52 vrtljajev/min 2072 2843 2078

Izbral sem tri srajce, ki sem jih nato uporabil v vseh treh meritvah pri različnih frekvencah vrtenja bobna. Za določanje mečkanja sem posušeno perilo fotografiral pred in po likanju na beli podlagi in na zunanji hrbtni strani srajce. Da bi bilo mečkanje vidnejše, sem podlago s strani osvetlil z LED lučmi, napajanimi z enosmernim električnim tokom.

Izhodna napetost je bila 20,5 V in tok 2 A. Uporaba enosmernega električnega toka je primernejša od izmeničnega, saj luč med fotografiranjem ne utripa. Stalna osvetlitev mi je omogočila obravnavo nastalih senc še pred fotografiranjem, s čimer sem si skrajšal postopek in se izognil nepotrebnemu testnemu fotografiranju, ki bi sicer nastalo z uporabo bliskavice. LED luči se med uporabo skoraj ne segrevajo, kar mi je omogočilo precej močno osvetlitev, brez da bi se medtem pregrele. Nameščene so bile približno 50 cm vstran in 30 cm nad podlago. Osvetlitev pod kotom in ne neposredno nad podlago je nujna, saj pri tem nastanejo sence vzdolž zmečkanin, ki jih nato program zazna. V nasprotnem primeru dodatna osvetlitev nima učinka in je zaznava zelo slaba. Pomembno

(28)

13

je tudi, da je luč pri vsaki meritvi na isti razdalji in pod istim kotom glede na podlago, na kateri je srajca, le tako so lahko izpolnjeni enaki pogoji za nastanek osenčenih delov. Na vseh fotografijah sem dodal tudi ravnilo, dolgo 24 cm, da sem lahko v program dodal merilo, ki je število slikovnih pik pretvorilo v metrično enoto. Fotoaparata mi tako ni bilo treba pričvrstiti nad podlago srajce in sem lahko slikal na približni višini 30 cm.

Celoten postopek sem razvil z daljšim testiranjem stopnje zaznave mečkanja pri različnih osvetlitvah, različni višini fotografiranja in različnih postopkih analize, ki je podrobneje opisana spodaj.

3.3.1.1 Analiza nezlikanega perila

Za analizo fotografij sem uporabil program ImageJ. Nastalo fotografijo (slika 7) sem naprej pretvoril iz barvnega načina v 8-bitno črno-belo fotografijo in določil merilo s pomočjo ravnila. Sledilo je desetkratno glajenje (ang. smooth), kar je omogočilo boljšo zaznavo robov. Nato sem izrezal pravokotnik velikosti 40 x 30 cm. S funkcijo iskanja robov (ang. find edges) in praga zaznave (ang. threshold) sem nato označil robove (slika 8). Tabela 5 prikazuje delež izbranih slikovnih pik nezlikanega perila. Nastalim delcem sem nato izmeril skupno površino in pri tem izločil delce, manjše od 0,05 cm. Slika 9 prikazuje obrobljene zaznane dele mečkanja, večje od postavljene omejitve. Površino teh sem vrednotil kot končen rezultat.

Slika 7: Primer fotografirane podlage perila

(29)

14

Slika 9: Primer obrobljenih zaznanih delov površine, ki so se upoštevali pri meritvi Tabela 5: Delež izbranih slikovnih pik nezlikanega perila

3.3.1.2 Analiza zlikanega perila

Pri likanju sem uporabil likalno prešo, ki mi je omogočila enakomerno porazdelitev sile po tkanini. Vsako srajco sem pritisnil za tri sekunde na srednji temperaturi za svilo. Višje temperature nisem izbral, saj nisem želel poškodovati tkanine.

Analizo zlikanega perila se naredil podobno kot analizo perila pred likanjem. Da so se robovi še bolj zaznali sem fotografijo zgladil petnajstkrat, velikost izreza je bila 20 x 30 cm in meja zaznave površine delca od 0,02 cm navzgor. Tabela 6 prikazuje delež izbranih

Delež izbranih slikovnih pik [%]

Srajca 45 vrtljajev/min 52 vrtljajev/min 60 vrtljajev/min

1 4,13 4,10 3,91

2 4,96 4,98 4,64

3 2,79 2,99 2,99

Slika 8: Primer zaznane zmečkane površine s programom ImageJ

(30)

15

slikovnih pik zlikanega perila. Zaznava je bila zelo slaba, prav tako se je perilo gubalo, zato sem izrezal manjši del fotografije.

Tabela 6: Delež izbranih slikovnih pik zlikanega perila

Delež izbranih slikovnih pik [%]

Srajca 45 vrtljajev/min 52 vrtljajev/min 60 vrtljajev/min

1 2,66 2,90 2,50

2 2,51 2,21 2,27

3 2,73 2,73 2,45

(31)

(32)

17

4 Rezultati in razprava

4.1 Vpliv vrtilne frekvence bobna na čas sušenja in porabo električne energije

Vrtilna frekvenca bobna vpliva na velikost površine perila, ki je v določenem trenutku v stiku s sušilnim zrakom. Če je frekvenca previsoka, bo na perilo delovala prevelika centrifugalna sila in ga pritiskala ob stene bobna, če je prenizka, pa perilo ne bo doseglo prave višine v bobnu. Potrebna je torej optimalna frekvenca, ki bo imela najkrajši čas sušenja in s tem najnižjo porabo energije. Vloga gibanja perila v bobnu pri porabi energije in času sušenja je še bolj izrazita pri manjših polnitvah, saj te ne zapolnijo celotnega volumna bobna. [9],[10]

Slika 10 prikazuje tri različne načine gibanja perila v bobnu. Ob nižji vrtilni frekvenci bobna se perilo ne dvigne dovolj visoko in zgolj zdrsi nazaj v prvotni položaj. Pri višjih vrtilnih frekvencah se nato pojavi padec perila, ob nadaljnjem višanju frekvence pa se začne perilo centrifugirati, saj je rezultanta sil zaradi vrtenja večja od sile težnosti. [11]

Slika 10: Prikaz treh različnih načinov gibanja perila [11]

Ravno nasprotno sta bila v raziskavi, izvedeni leta 2018, najmanjša izmerjena poraba in čas sušenja prisotna pri največji frekvenci in ne vmesni. Pri tem je seveda treba upoštevati, da na gibanje perila vplivajo tudi dimenzije bobna in število ter oblika lopatic v bobnu. Raziskava je pokazala, da optimalne hitrosti bobna ni mogoče določiti glede na dobljene rezultate, saj sta se ob povečanju mase suhega perila zmanjšala čas sušenja in poraba elekrične energije. [1]

(33)

18

Slika 11: Spreminjanje relativne vlažnosti zraka na vstopu in izstopu iz bobna v odvisnosti od časa sušenja [1]

Slika 11 prikazuje graf odvisnosti relativne vlažnosti na vstopu in izstopu iz bobna od časa sušenja pri treh različnih vrtilnih frekvencah in masi suhega perila 4 kg. Najkrajši čas sušenja in najmanjša poraba energije sta opazni pri frekvenci 58 vrtljajev/min. [1]

4.2 Rezultati meritev

4.2.1 Vpliv vrtilne frekvence bobna na poškodbe perila

Merilna oprema in postopek merjenja mase vlaken sta opisana v podpoglavjih 3.1 in 3.2.

Pri meritvah sem meril maso ujetih vlaken na filtru, ki se nahaja v vratih sušilnega stroja.

Masa se po sušenju v pečici ni bistveno spremenila, zato sem upošteval, da vlaga, ki je prisotna v skupku nabranih vlaken, ne vpliva na končni rezultat. Tabela 7 prikazuje izmerjene mase vlaken pri različnih frekvencah bobna in masah polnitve.

Tabela 7: Mase ujetih vlaken

Masa perila Masa ujetih vlaken [g]

46 vrtljajev/min 52 vrtljajev/min 60 vrtljajev/min

4 kg 0,34 0,38 0,34

6 kg 0,40 0,58 0,29

8 kg 0,40 0,51 0,17

(34)

19

Dobljeni rezultati kažejo na največje poškodbe pri vmesni frekvenci, kar je vidno pri vseh treh masah. Čeprav sem pričakoval, da se bo pri največji masi perila izločilo tudi največ vlaken, to v rezultatih ni opazno. Večja zasedenost prostora pomeni manj prostora za gibanje in s tem manj drgnjenja in trkov perila. Večje mase vlaken se tako pojavijo pri 4 kg in 6 kg, kjer je prostor za gibanje perila večji.

Poleg vrtilne frekvence, ki določi način gibanja v bobnu, je pomembno upoštevati tudi maso perila in s tem povezan prostor, po katerem se perilo lahko giblje. Pri 8 kg tkanina skoraj popolnoma zasede prostor in s tem zmanjša število trkov s steno in drgnjenja med sabo. To potrjuje opazen padec mase vlaken med 6 kg in 8 kg perila.

Meritve sem izvedel samo enkrat za vsak primer, saj se vrednotenje poškodb z merjenjem mase izločenih vlaken še ni izvajalo in sem želel razpoložen čas za meritve izrabiti tudi za razvoj metode merjenja. Med sušilnim ciklom nisem meril porabe energije in časa sušenja, kar je zagotovo priporočljivo ob nadaljnjih meritvah. Ob popolnoma enakih pogojih se tako lahko pridobi podatke o energetski učinkovitosti sušilnega stroja in razliki v kakovosti perila pred in po sušenju.

4.2.2 Vpliv vrtilne frekvence bobna na mečkanje perila

Trem enakim srajcam sem pri treh različnih frekvencah s pomočjo programa ImageJ izmeril površino mest, kjer se pozna mečkanje. Vrednosti dobijo pomen zgolj ob primerjavi druge z drugo, saj same po sebi ne povedo nič o stopnji zmečkanosti tkanine, zato je bilo pomembno navesti tudi nastavitve v programu. Merilna oprema in postopek merjenja mase vlaken sta opisana v podpoglavjih 3.1 in 3.3.

Tabela 8: Zaznana zmečkana površina nezlikanih srajc

Tabela 8 prikazuje vrednosti nezlikanega perila, ki so bile izmerjene na hrbtni strani srajce na območju, velikem 40 x 30 cm². Povprečje vrednosti je največje pri srednji frekvenci, kjer ima perilo največji padec.

Oznaka srajce Zaznana zmečkana površina [cm²]

1 36,27 31,64 35,13

2 45,67 49,66 38,88

3 19,33 27,30 23,60

Povprečje 33,75 ± 10,89 36,20 ± 9,60 32,53 ± 6,49

(35)

20

Tabela 9: Zaznana zmečkana površina zlikanih srajc

Oznaka srajce Zaznana zmečkana površina [cm²]

1 5,64 7,07 5,43

2 7,87 5,24 5,32

3 6,70 7,53 5,65

Povprečje 6,74 ± 0,91 6,61 ± 0,98 5,47 ± 0,13

Tabela 9 prikazuje vrednosti zlikanega perila, ki so bile izmerjene na hrbtni strani srajce na območju, velikem 30 x 20 cm². Tokrat rezultati kažejo na največje mečkanje pri najnižji frekvenci. Ker je bila stopnja zaznave s programom zelo nizka, ugibam, da uporaba metode za določanje mečkanja ni najprimernejša, oziroma bi jo bilo ob nadaljnjih meritvah treba izboljšati.

Stopnja zmečkanosti pri nezlikanem perilu se ujema z rezultati pri merjenju mase ujetih vlaken. Pri obeh se je pojavil vrh ravno pri srednji frekvenci, kjer je perilo izpostavljeno največjim mehaničnim obremenitvam. Seveda je pri tem pomembno omeniti, da je pri merjenju mečkanja bila polnitev le 2 kg. Prostor bobna tako ni bil enako zapolnjen kot pri merjenju poškodb, zato mešanje ni bilo povsem enako.

Glavni problem pri analizi stopnje zmečkanosti je nastopil pri zaznavi robov oziroma nastalih senc. Zlikano perilo je imelo zelo slabo zaznavne dele mečkanja, ki jih s spreminjanjem svetlosti in položaja luči nisem mogel izboljšati. Nekatere spremembe, za katere menim, da bi izboljšale zaznavo, so uporaba črne podlage namesto bele, ki bi morda bolje izrazila mečkanje in analiziranje z različnimi programi, ki so lahko občutljivejši oziroma natančnejši pri zaznavi robov. Meritve sem zvajal samo s srajcami iz sintetičnih vlaken, priporočljivo bi bilo tudi narediti eksperimente s perilom iz drugih sintetičnih in naravnih vlaken, morda tudi pri več različnih debelinah tkanine.

(36)

21

5 Zaključek

V diplomskem delu sem izvedel laboratorijske meritve in z na novo razvitimi metodami ovrednotil poškodbe in mečkanje perila. Poškodb blaga pri eksperimentu nisem določal neposredno. Takšen način bi zahteval uporabo elektronskega mikroskopa, ki v tem primeru dejansko ni potreben. Rezultati so tako samo posredno merilo stopnje poškodb, ki se pojavijo med sušilnim ciklom. Največje izmerjene mase vlaken sem tako dobil pri srednji frekvenci vrtenja bobna 52 vrtljajev/min, kjer je prisotna največja mehanska obremenitev perila.

Za določanje mečkanja načeloma obstajajo zgolj kvalitativne metode, ki ne morejo pridobiti objektivnih rezultatov, saj so ti odvisni od subjektivnih kriterijev ocenjevalcev.

Da bi se v prihodnje lahko razvile numerične metode, ki bi na podlagi procesnih parametrov bile sposobne podati podatke o razliki v kakovosti perila pred in po sušenju, je treba imeti kvantitativno ovrednotene lastnosti. Za določevanje stopnje mečkanja sem tako uporabil program ImageJ in rezultate nato vrednotil. Pri nezlikanem perilu je ob pomoči luči program dobro zaznal mesta mečkanja, rezultati pa kažejo na največje mečkanje ravno pri srednji frekvenci 52 vrtljajev/min. Pri zlikanem perilu je prišlo do odstopanja od pričakovanih vrednosti, največje mečkanje je bilo tako zaznano pri najnižji frekvenci. Menim, da je analiza fotografij s programsko opremo primeren način za vrednotenje mečkanja, a je potrebnih še kar nekaj izboljšav. Ker je velik del tega, kako zmečkano bo perilo, odvisen od procesa pranja in ne sušenja, predlagam, da se za enakomerno vlaženje uporabi druga metoda, ki tkanine ne bi zmečkala. Meritve sem izvajal samo na sintetičnih srajcah, zanimivo bi bilo videti, kako se odziva tudi drug material.

Menim, da so zastavljeni cilji v diplomskem delu doseženi. Poleg vpogleda v literaturo o vplivu vrtilne frekvence bobna na čas sušenja in porabo električne energije bi ob nadaljnjih eksperimentih te podatke zagotovo meril sam.

(37)

(38)

23

6 Literatura

[1] P. Gatarić, B. Širok, M. Hočevar, L. Novak: Modeling of Heat Pump Tumble Dryer Energy Consumption and Drying Time. Dry. Technol. 2019, 37, 1396–1404.

[2] P. Gatarić: Vpliv kinematike perila v bobnu sušilnih strojev na učinkovitost procesa sušenja (Doktorska dizertacija). Univerza v Ljubljani, Fakulteta za strojništvo. 2021, 129.

[3] C. Chung, M. Lee, E. Kyung: Characterization of Cotton Fabric Scouring by FT- IR ATR Spectroscopy. 2004, 58, 417–420.

[4] T. Tzanov, M. Calafell, G. M. Guebitz, A. Cavaco-paulo: Bio-Preparation of Cotton Fabrics. 2001, 29, 357–362.

[5] L. Segal, P. J. Wakelyn: Cotton Fibres. 2012, 11–23.

[6] Y. L. Buisson, K. Rajasekaran, A. D. French, D. C. Conrad, P. S. Roy: Qualitative and Quantitative Evaluation of Cotton Fabric Damage by Tumble Drying. Text.

Res. J. 2000, 70, 739–743.

[7] K. Laitala, I. G. Klepp, B. Henry: Does Use Matter? Comparison of Environmental Impacts of Clothing Based on Fiber Type. Sustain. 2018, 10, 1–25.

[8] IEC 61121:2013. Tumble Dryers for Household Use – Methods for Measuring the Performance.

[9] A. M. Bassily, G. M. Colver: Correlation of the Area-Mass Transfer Coefficient inside the Drum of a Clothes Dryer. Dry. Technol. 2003, 21, 919–944.

[10] L. Stawreberg, F. Wikström: Does the Energy Labelling System for Domestic Tumble Dryers Serve Its Purpose? J. Clean. Prod. 2011, 19, 1300–1305.

[11] X. Yu, W. Cao, X. Ding: The Effects of Fabric’s Mechanical Properties on Its Motion and Drying Performance in a Domestic Tumble Dryer. Dry. Technol. 2021, 39, 528–547.