Dinamik Terleyen Levha Sistemi Ölçümleri

Mevcut dinamik terleyen levha sisteminde kumaşlar üzerinde standart termal ve su buharı direnç değerleri ile bu çalışma kapsamında ortaya konan ve dinamik transfer şartlarında materyalden geçen su buharı miktarının belirlenmesine yönelik sıcaklık ve bağıl nem ölçümleri yapılmıştır. Şekil 2.9’da dinamik terleyen levha sistemi görülmektedir.

Şekil 2.9 Dinamik terleyen levha sistemi

Literatürdeki bir sistemden yola çıkılarak tasarlanan dinamik terleyen levha sisteminin tasarım ve üretim süreçlerinden sonra incelenmesi düşünülen parametrelerle ilgili ölçümler sırasında ortaya çıkan problemler doğrultusunda sistemde bazı değişiklikler yapılmıştır. Belirlenen her parametre (termal ve su buharı direnç değerleri ile dinamik şartlarda belirlenen su buharı geçirme performansı) için farklı özelliklerdeki kumaşlar için tekrarlı ölçümler ile sistemle elde edilen verilerin doğruluk ve tekrarlanabilirlik özellikleri kontrol edilmiştir. Sistemin standartlarda belirtilen ortam şartlarını belirleme ve kararlı halde kalabilme konusundaki problemlerinin çözümü için Şekil 2.9’da da görülen soğutma ve nem alma ünitesi sonradan eklenmiştir. Şekil 2.10’da sistemin iç kısmı daha ayrıntılı bir şekilde gösterilmiştir.

Şekil 2.10 Dinamik terleyen levha sisteminin ölçüm kısmının ayrıntılı görüntüsü

Dinamik terleyen levha sistemindeki birinci grup ölçümler deri-giysi arasındaki ‘mikroklima’ adı verilen hava tabakasında meydana gelen dinamik ısı ve kütle transferi mekanizmalarına dayanmaktadır. Ağzı kapalı bir difüzyon hücresinde oluşturulan anlık buhar basınç farkı, vücutta meydana gelen terleme olayını simüle etmektedir. Bahsedilen difüzyon hücresi; bir sıvı haznesi, hazne üzerinde bir gözenekli levha ve onu kaplayan üç katlı su buharı geçirgenliğine sahip nefes alabilir kumaş, terlemeyi başlatmak üzere açılıp kapanabilen bir kapak, test kumaşının yerleştirildiği bir ızgara ve ölçüm sensörlerinden oluşmaktadır. Sistemde bulunan sürgülü kapak, sıcaklık ve bağıl nem farklarının oluşturulabilmesi ve belirlenen şartlarda belirli süre ölçüme devam edilebilmesi için gereklidir. Bu ölçümler, terlemenin başlamasını simüle etmek üzere kapağın açılıp sıcak levha-kumaş arasındaki hava tabakasının (mikroklima) bağıl nem değerinin maksimuma ulaşmasından itibaren ortamdaki nemin hangi oranda kumaştan geçerek dış ortama aktarıldığıyla ilgili birimlere dayanan sayısal bir hesaplamanın yapılabilmesini sağlamaktadır. Bu hesaplama yöntemi ilk kez bu çalışma ile ortaya konmuştur. Daha önceki bir çalışmada (Barker, 2002) mikroklima bağıl nem değerleri ve süreye dayalı oransal bir parametre hesabı yapılmıştır fakat birim zamanda birim kumaş alanından mikroklima ve ortam arasında oluşturulan su buhar basınç farkına bağlı olarak

transfer olan su buhar miktarının g olarak hesaplandığı bir hesaplama yöntemine daha önceki çalışmalarda rastlanmamıştır. Sistemde deriyi temsil eden nefes alabilir kumaşla kaplı yüzey sıcaklığı 35 ºC’ye, ortam şartları da 21 ºC sıcaklık ve % 60 bağıl neme ulaştığında kapak açılarak ölçümlere başlanmaktadır. 15 dakika boyunca sıcak levha-kumaş arasındaki hava tabakasının bağıl neminin maksimuma ulaşması beklenmekte ve daha sonra kapak kapatılmaktadır. Terlemenin bitişini simüle eden bu işlemden sonra belirli sürede mikroklimadan kumaşın diğer tarafına geçen su buharı miktarı (22) numaralı eşitlikte görüldüğü şekilde hesaplanmaktadır:

v w P m B Δ Δ = . kg nem/m2 s Pa (22)

Burada; Δm_w mikroklimadan birim zamanda birim alandan transfer olan nem miktarıdır ve (23) numaralı denklemle hesaplanmaktadır.

Yapılan deneme ölçümlerinde bu transferin en fazla ilk birkaç dakikada gerçekleştiği gözlenmiş ve bağıl nemin maksimum değerine ulaşmasından ve kapağın kapatılmasından sonraki bir dakikalık veriler hesaplamalarda kullanılmıştır. Transfer olan nem miktarı, (1) indisiyle gösterilen durumdaki yani mikroklimadaki bağıl nemin maksimum olduğu durumdaki nem kütlesi ile belirlenen süre sonundaki (2 indisiyle gösterilmiştir) mikroklima nem kütlesi arasındaki farkın alınmasıyla tespit edilmektedir. Denklemdeki t, transfer hesabında dikkate alınan birim süre (s), A ise test kumaşının ölçüm bölgesindeki alanını (m2) ifade etmektedir.

A t m m m w w w * 2 1 . − = Δ kg nem/m2 s (23)

İncelenen mikroklima hacmindeki nem miktarı ise (24) numaralı denklemle hesaplanmaktadır:

hava w w m

m = * (24)

Burada; w, psikrometrik diyagram yardımıyla tespit edilen belirli sıcaklık ve bağıl nemde birim ağırlıktaki kuru havada bulunan nem miktarıdır (g nem/ g kuru hava).

hava

m ise incelenen hacimdeki (_{m ) toplam kuru hava kütlesidir.} 3

hava

atmosfer basıncına (100 kPa) eşit kabul edilmesi durumunda ideal gaz denklemine göre (25) numaralı eşitlikte gösterildiği şekilde hesaplanmaktadır.

T R V P m atm hava hava * * = (25)

Burada; R gaz sabiti (0,287 kJ/kgK), T Kelvin olarak ortam sıcaklığıdır.

v

P

Δ , her iki durum için mikroklima ve çevre havasının ortalama buhar basınçları arasındaki farktır ve (26) numaralı denklemle ifade edilmektedir. Buradaki (1) ve (2) indisleri sırasıyla transfer hesabında dikkate alınan sürenin başlangıcı ve sonundaki durumları ifade etmektedir. Ayrıca A indisi mikroklimayı, B indisi ise çevre havasını temsil etmektedir. 2 2 2 1 2 1 A B B A v P P P P P = + − + Δ (26)

35 ºC ve denge sıcaklığındaki kısmi buhar basınçları (P_A ve P_B değerleri) ise; RHortamın bağıl nem yüzdesi, P_g de suyun doymuş haldeki buhar basıncı olmak üzere RH *P_g formülüne göre psikrometrik diyagram yardımıyla bulunmaktadır.

Bu sistemde, daha önceki çalışmalarda tasarlanan dinamik ölçüm sistemlerinden farklı olarak kumaşın direkt olarak nefes alabilir kumaşla kaplı sıcak levha üzerine yerleştirilmesiyle (portatif kumaş tutucu ızgara çıkartılır) ve ortamın sıcaklık ve bağıl nem değerlerinin standartlarda belirtilen değerlerde sabit tutulmasıyla ısıl ve su buharı direnç değerleri de belirlenebilmektedir. Sistemde gerçekleştirilen direnç ölçümleri TS EN 31092 standardına göre aşağıda açıklandığı şekilde gerçekleştirilmektedir.

Su Buharı Direnci (Ret): Bir malzemenin iki yüzeyi arasındaki su buharı basınç farkının, basınç değişimi yönünde birim alandaki buharlaşma ısı akışına oranıdır. Birimi m2Pa/W’tır. Buharlaşma ısı akışı difüzyon ve taşınım bileşenlerinin birinin veya her ikisinin birlikte etkisiyle meydana gelebilir.

Sıcak levhanın yüzeyi sabit nemde iken levha (Tm) ve hava (Ta) sıcaklık değerleri eşit ve sabit, ortam havasının hız (m/s) ve bağıl nem (%) değerleri de ayarlanan

değerlerde sabit durumda iken sisteme test kumaşı yerleştirilmeden alınan yarım saatlik ölçüm sonuçlarının ortalaması alınarak çıplak levhanın su buharı direnç değeri (27) numaralı denklemde gösterildiği şekilde hesaplanır.

H A p p R m a et ) ( 0 − = (27)

Burada, pm ve pa sıcak levhanın yüzeyinin ve ortam havasının kısmi su buharı basınç değerleri (Pa), A ölçme ünitesinin alanı (m2), H ölçme ünitesinin ısıtma gücüdür (W). Kısmi buhar basınç değerleri sıcaklığa bağlı olarak verilen doymuş buhar basınç tablolarından yararlanılarak hesaplanmıştır.

Sıcak levha ve ortam havası değerlerinin sabit ve 35 °C’ye ayarlanmasıyla ortamda ısı transferinin iletimle gerçekleşmesi önlenmiş olmaktadır. Kontrol edilebilen parametreler tekstil materyali içerisinde yoğuşma oluşturmayacak değerlere (Tm = Ta = 35 °C,hava hızı [va] = 0.5 m/s, bağıl nem = % 40) ayarlandıktan ve bu değerler sabitlendikten sonra yapılan ölçümlerle test edilen kumaşın su buharı direnci aşağıdaki şekilde hesaplanmaktadır. Sadece kumaşa ait su buharı direnç değerinin elde edilebilmesi için toplam direnç değerinden çıplak levhanın su buharı direncinin çıkarılması gerekmektedir (Denklem 28).

0 ) ( et a m et R H A p p R = − − (28)

Bu çalışmada su buharı direnç değerinin belirlenmesi için yapılan ölçümlerde nefes alabilir kumaşla kaplı sıcak levha ile kumaş arasındaki hava tabakasının bağıl nemi ekstra bir sıcaklık ve bağıl nem sensörü ile ölçülerek kumaşın iki tarafında oluşturulan su buharı basınç farkına dayalı olarak hesaplar yapılmıştır. TS EN 31092 Standardında belirlenen şartlarda ölçümler yapılmakta fakat bu yöntemde çıplak levhanın su buharı direncinin belirlenmesine gerek kalmamaktadır. Bu çalışma kapsamında önerilen bu yöntemle elde edilen sonuçların çalışmanın sonraki aşamalarında yaygın olarak kullanılan standarda (ISO 11092) göre elde edilen sonuçlarla karşılaştırılması planlanmaktadır. Bu sayede ölçüm sonuçları arasındaki ilişkiler ve farklı yöntemlerin kumaşların su buharı geçirme performanslarını ayırma konusundaki performanslarının da belirlenebileceği düşünülmektedir.

Isıl Direnç (Rct): Bir malzemenin iki yüzeyi arasındaki sıcaklık farkının, ısı aktarım yönünde birim alandaki ısı akışına oranıdır. Birimi m2K/W’tır. Isıl direncin ölçümü için öncelikle ölçme ünitesinin kendi iç direncini ve deney parçasının yüzeyine bitişik sınır hava tabakasının direncini içeren sabitler belirlenmelidir. Bu sabitler, test kumaşı sisteme yerleştirilmeden çıplak levha ölçümleri ile hesaplanır.

Levha (Tm) ve hava (Ta) sıcaklık değerleri, ortamın bağıl nemi (%) ve hava hızı (m/s) parametrelerinin standartta belirtilen değerlerde kararlı hale geldiği durumda yarım saatlik ölçümler sonucu elde edilen verilerin ortalamaları kullanılarak çıplak levhanın ısıl direnç değeri (29) numaralı denklemde gösterildiği şekilde hesaplanır:

H A T T R m a ct ) ( 0 − = (29)

Burada, A ölçme ünitesinin alanı (m2), H ölçme ünitesinin ısıtma gücüdür (W). Kontrol edilebilen parametreler belirlenen değerlerde (Tm = 35 °C,Ta = 27 °C, hava hızı [va] = 0.5 m/s, bağıl nem = % 50) kararlı hale geldikten sonra test kumaşının yerleştirilmesiyle yapılan ölçümlerle kumaşın ısıl direnci aşağıda gösterildiği gibi hesaplanır. Sadece kumaşa ait ısıl direncin belirlenebilmesi için toplam direnç değerinden çıplak levhanın ısıl direncinin çıkarılması gerekir (Denklem 30). 0 ) ( ct a m ct _H R A T T R = − − (30)