ULTRASONİK TEMİZLEYİCİ

Transkript

1 T.C. KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ Mühendislik Fakültesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü ULTRASONİK TEMİZLEYİCİ BİTİRME PROJESİ Buğrahan KAYA Caner KALENDER Çağlar REİSOĞLU Danışman Doç. Dr. İsmail KAYA Mayıs, 2014 TRABZON

2 T.C. KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ Mühendislik Fakültesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü ULTRASONİK TEMİZLEYİCİ BİTİRME PROJESİ Buğrahan KAYA Caner KALENDER Çağlar REİSOĞLU Danışman Doç. Dr. İsmail KAYA Mayıs, 2014 TRABZON

3 LİSANS BİTİRME PROJESİ ONAY FORMU Buğrahan KAYA, Caner KALENDER ve Çağlar REİSOĞLU tarafından Doç. Dr. İsmail KAYA yönetiminde hazırlanan Ultrasonik Temizleyici başlıklı lisans bitirme projesi tarafımızdan incelenmiş, kapsamı ve niteliği açısından bir Lisans Bitirme Projesi olarak kabul edilmiştir. Danışman : Doç. Dr. İsmail KAYA Jüri Üyesi 1 : Doç. Dr. Salim KAHVECİ Jüri Üyesi 2 : Yrd. Doç. Dr. Kadir TÜRK Bölüm Başkanı : Prof. Dr. İ. Hakkı ALTAŞ

4 ÖNSÖZ Bu bitirme projesi çalışması Karadeniz Teknik Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Elektrik-Elektronik Mühendisliği Lisans Programı nda yapılmıştır. Bu çalışma mikroişlemci kontrollü ultrasonik temizleyiciyi hedef almaktadır. Projede çeşitli maddelerde ultrasonik düzeyde temizleme gerçekleştirilecektir. Bitirme projesi çalışmaları sırasında desteğini gördüğümüz Doç. Dr. İsmail KAYA ve Arş. Gör. Oğuzhan ÇAKIR a teşekkür ederiz. Ayrıca bu çalışmayı destekleyen Karadeniz Teknik Üniversitesi Rektörlüğüne, Mühendislik Fakültesi Dekanlığına ve Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölüm Başkanlığına içten teşekkürlerimizi sunarız. Ayrıca eğitim hayatımız boyunca desteklerini üzerimizden esirgemeyen ailelerimize de teşekkürlerimizi sunmayı bir borç biliriz. Buğrahan KAYA Caner KALENDER Çağlar REİSOĞLU Trabzon 2014 III

5 İÇİNDEKİLER Sayfa No LİSANS BİTİRME PROJESİ ONAY FORMU... II ÖNSÖZ... III İÇİNDEKİLER... IV ÖZET... VI ŞEKİLLER DİZİNİ... VII TABLOLAR DİZİNİ... VIII SEMBOLLER VE KISALTMALAR... IX 1. GİRİŞ Ultrasonik Temizleyicinin Avantajları ve Dezavantajları Ultrasonik Temizleyicinin Kısımları Ultrasonik Jeneratör Transdüser Elektrik Esaslı (Piezoelektrik) Transdüserler Manyetik Esaslı Transdüserler Sıvı (Temizleme) Tankı Ultrasonik Temizlemede Kavitasyon Yöntemi Kavitasyon Nedir? Kavitasyonun Avantajları ve Dezavantajları TEORİK ALTYAPI Sistemin Genel Yapısı TASARIM Tasarım Devreleri Tam Köprü ile DA-AA Dönüştürücü Devresi İnvertör Faz Kontrolör Devresi Sistemin Çalışma Akış Diyagramı Ultrasonik Temizleyicinin Kullanım Alanları Endüstride Tekstil Sanayisinde Elektronik Sanayisinde Gözlük ve Saatçilikte Kuyumculuk Sektöründe Hastane ve Ameliyathanelerde Otomotiv Sanayisinde Yüzey Kaplama ve Boyama Sanayisinde SONUÇLAR YORUMLAR VE DEĞERLENDİRME KAYNAKLAR EKLER EK-1 IEEE Etik Kuralları EK-2 Disiplinler Arası Çalışma EK-3 Standartlar ve Kısıtlar Formu IV

6 EK-4 Kontrol Devreleri İçin MSP430 Kaynak Kodları EK-5 Ultrasonik Temizleyici Projesi için Maliyet Analizi EK-6 Çalışma Takvimi ÖZGEÇMİŞLER V

7 ÖZET Teknolojideki gelişmelere bağlı olarak temizlik sistemlerindeki çeşitlilik ve kullanım konusundaki alternatifler giderek artmaktadır. Ultrasonik temizleyiciler sadece insanların eşya ve aksesuarlarını temizleme gereksinimini karşılamakla kalmayıp zaman tasarrufu da sağlayarak vakit kazanmak yönünden de bir gereklilik olduğunu kanıtlamaktadır. Bu proje; gündelik hayatta temizlenen birçok eşyanın ve aksesuarların, harmonikli ve verimsiz güç kaynağı yerine oluşturulan ultrasonik temizleme tankı, mikroişlemci, invertör devreleri ile transdüserler ve yüksek frekans trafoları yardımıyla kavitasyon yöntemiyle derinlemesine, hassas ve kısa süreli temizliğin gerçekleştirilmesi amacıyla yaşamımızdaki temizlik unsurunu kolaylaştırmaya yönelik bir çalışmadır. Kullanıcı bu sistemle mikroişlemci ve transdüserler ile dizayn ettiğimiz sıvı tankıyla farklı türde aksesuarları temizleyebilme şansına sahip olmuştur. Bu projede bu temizleme tekniği ve bunun altındaki konu başlıkları incelenmiştir. VI

8 ŞEKİLLER DİZİNİ Sayfa No Şekil 1 : Piezoelektrik dönüştürücü... 5 Şekil 2 : Baloncukların hacimce genişlemesi... 8 Şekil 3 : Baloncukların maksimum büyüklüğe ulaşması... 8 Şekil 4 : Baloncukların büzülmesi... 9 Şekil 5 : Baloncukların patlaması... 9 Şekil 6 : Kavitasyonun tekrarlanması Şekil 7 : Sistemin genel tasarımı Şekil 8 : Tam köprü ile DA-AA dönüştürücü devresi Şekil 9 : Ölü zaman gecikmesi Şekil 10 : İnvertör faz kontrolör devresi Şekil 11 : Sistemde kullanılan trafo, doğrultucu ve akım örnekleyici devreler Şekil 12 : Alt rezonans anında akım görüntüsü Şekil 13 : Rezonans frekansında akımın maksimumdaki görüntüsü Şekil 14 : Sistemin akış diyagramı VII

9 ÇİZELGELER DİZİNİ Sayfa No Çizelge 1: Anahtarlama durumlarına göre giriş gerilimleri VIII

10 SEMBOLLER VE KISALTMALAR A AC ⁰C DC Hz I/O kw khz km/sa MHz MSP mv PWM V Amper Alternating Current (Alternatif Akım) Celsius Direct Current (Doğru Akım) Hertz Input/Output (Giriş/Çıkış) kilowatt kilohertz kilometre/saat MegaHertz Micro Processor (Mikro İşlemci) milivolt Pulse Width Modulation (Darbe Genişlik Modülasyonu) Volt IX

11 1. GİRİŞ İnsanoğlunun temizliğe olan ihtiyacı vazgeçilemez bir unsurdur. Bu ihtiyacını karşılamak için kullandığı yöntemler ise sürekli farklılaşmaktadır. Teknolojik gelişmeler hayatın her alanına yenilikler ve kolaylıklar getirmiştir. Bu yeniliklere bağlı olarak günümüzde çok çeşitli temizleme yöntemleri kullanılmaktadır. Bu yöntemlerin çoğu ya çok pahalı ya da çok zahmetli olabilmektedir. Ekonomik ve kolaylık açısından uygun olan temizleme yöntemleri ise detaylı bir şekilde temizlenecek olan cisme nüfuz edemez ve etkili bir temizlik gerçekleştiremez. Öte yandan kullanılan temizleme yöntemi içerisindeki kimyasal olaylar sonucu oluşan çevre kirliliği de oldukça kötü sonuçlara neden olmaktadır. Bütün bu kriterler göz önüne alındığında ultrasonik enerji yaygın olarak kritik temizleme uygulamalarında hız artışı ve alternatif kimyasalların temizlik etkinliği geliştirmek amacıyla kullanılmaktadır. Ultrasonik temizleme RCA (Radio Corporation Of America) adlı firmanın araştırma laboratuarında bulunmuştur. Freon gazı kullanarak soğutma işlemi yaparken 300 khz de çalışan bir kristalin etrafında dalga hareketinin ortaya çıktığı fark edildi. Tesadüfen fark edilen bu ilginç dalga hareketinin bir temizleme metodu olduğu uzun süre anlaşılamadı. Ultrasoniğin temizlik amacıyla kullanımında seçilen frekans khz arasındadır. Bugün hala endüstride 18 khz rutin olarak kullanılmaktadır [1]. Ultrasoniğin temizlemede kullanılmasının amaçlarının başında daha hassas ve daha kısa süreli bir temizleme, kullanım kolaylığı ve enerji tasarrufu sağlaması gelmektedir. Ultrasonik temizlemelerde çeşitli uygulamalar gerçekleştirilebilir, bunlardan bazıları temizlik ihtiyacına göre sayısı belirlenen (iki ya da daha fazla) transdüser ile temizlik, uzaktan kontrol, sıcaklık kontrolü ile hassas maddeleri belirli bir sıcaklıkta temizleme sistemi, sıvı (temizleme) tankı boyutuna göre çoklu temizleme sistemleri ve benzerleridir. Bu çalışmada MSP430 launch pad mikroişlemci kullanılarak daha etkin bir temizleme ile ilgili gözlem ve kontrol yapılmaktadır.

12 1.1. Ultrasonik Temizleyicinin Avantajları ve Dezavantajları Her sistemin avantaj ve dezavantajı olduğu gibi ultrasonik temizleme sisteminin de avantaj ve dezavantajları vardır. Bunlar aşağıda sıralanmıştır. Ultrasonik temizlemenin avantajları: Ucuz ve az zahmetli bir temizlik sağlar. Temizleme yöntemine bağlı olarak çevre kirliliğine neden olmaz. Kör delikleri, yarıkları, çatlakları ve küçük menfezleri temizleyebilir Temizleme süreçlerinin hissedilir derecede kısa olması. Temizlenecek olan malzemeye kimyasal ve fiziksel olarak zarar vermez. Birçok sektörde çok geniş kullanım alanına sahiptir. Ultrasonik temizlemenin dezavantajları: Çalışma şartları uygun olmadığında temizlenecek olan parça ile tankın yüzeyi pütürlü bir hal alabilir. Belirlenen frekans aralığından daha düşük frekanslar kavitasyon oluşumu açısından daha etkilidir fakat gürültü üretir. Frekans arttıkça daha fazla enerjiye gereksinim duyulur Ultrasonik Temizleyicinin Kısımları Bir ultrasonik temizleyici temel olarak jeneratör, transdüser ve temizleme (sıvı) tankından oluşur. Ultrasonik temizleme de optimum düzeyde verim alabilmek için bu parçaların uygun parametrelere ayarlanması ve uygun şekilde monte edilmesi gerekir Ultrasonik Jeneratör Ultrasonik sinyal jeneratörleri düşük frekansta bulunan şebeke akımını, yüksek frekanstaki elektrik enerjisine dönüştürmek için kullanılan bir elemandır. Uygulamada 18 khz ile 120 khz arasında kullanılmakla birlikte, 30W lık başlangıç 2

13 gücüne sahiptir. Bu güç kw lara kadar çıkabilir. Jeneratörleri kullanma sebebimiz teknolojik olarak ilerlemiş olmasıdır. Merkez frekansını koruyan otomatik bir izleme devrelerine sahiptir. Merkezdeki frekans dışarıdan gelen farklı yüklerin baskısına maruz kaldığında otomatik olarak koruma altına alınır. Teknolojik olarak ileri derece sensörleri kullanarak eski tip jeneratörlerin kullanımı sonucu yıkama tankı içerisinde oluşan sabit dalgaları ortadan kaldırır Transdüser Transdüserler ölçtükleri elektriksel sinyali ölçüm ciharlarında algılayacakları bir biçime sokup düşük elektriksel sinyal olarak çeviren ekipmanlardır. Ultrasonik temizlemede temelimizi oluşturan transdüserlerdir. Başka bir değişle titreşim elemanıdır. Sinyal jeneratöründen gelen sinyalleri, yıkama tankı içerisinde ultrasonik dalgalara dönüştürüp temizleme olayının gerçekleşmesini sağlar. Piezoelektrik dönüştürücü ve elektromanyetik dönüştürücü olmak üzere iki tür ultrasonik dönüştürücü kullanılmaktadır. Bu dönüştürücüler alternatif elektrik enerjisini manyetik enerjiye ya da tam tersi işlevi yaparlar. Ultrasonik dönüştürücü için dönüştürücünün üreteceği kavitasyon ön plandadır [2]. Ayrıca ultrasonik dönüştürücüler için dönüştürücünün tipi değil üreteceği kavitasyon en önemli faktördür [3] Elektrik Esaslı (Piezoelektrik) Transdüserler Elektrik enerjisini, ses enerjisine dönüştürmek için kullanılırlar. Yapısında kurşun zirkanyum titanat veya seramiklerden üretilirler. Verimleri %70 ile %90 arasında değişim gösterir. Bu malzemeler değişen voltajlı elektrik ortamlarında bulundukları zaman, kristalde yer değişmeler meydana gelir. Bu etki de piezoelektrik etki olarak adlandırılır. 3

14 Piezoelektrikler, komplementer iki özelliğe sahiptir; Direkt etki: Bir kesitin yüzeyine basınç uyguladığımızda, yüzeylerde eşit fakat ters işaretlerde yükler oluşturulur. Yüzeyler boyunca gerilim uygulanırsa bu polarite ters çevrilir. Ters etki: Bir yükü kesitin bir yüzeyine eşik uyguladığımız zaman, diğer yüzeyine de karşı yükte ve eşit uyguladığımızda kristal kesit, yükün polarite cinsine bağlı olarak daralıp genişleyecektir. Bir piezoelektriğe zıt yükleri hızlı uyguladığımızda boyutunda değişmelere sebep olacaktır. Bu etki sonucu kristal kesitinin temas ettiği ortamda içerisinde ultrasonik titreşimleri iletmesini sağlayacaktır. Bu etki de piezoelektrik etki olarak adlandırılır. Piezoelektrik özelliği bazı malzemelere uygulanan mekanik basınç sonucunda, malzemenin elektrik ya da elektrik alan oluşturmasıdır [4]. Transdüserler yıkama tankının alt ya da yan tarafına monte edilir. Kristallerdeki yer değiştirme tankın hareket etmesini sağlar. Burada basınç dalgaları oluşur. Transdüserlerin kütlesi, tankın kütlesi ile aynı değildir. Tanka, titreştiriciyi verimli bir şekilde taşımak için orta seviyede alüminyum bloklar kullanılır. Piezoelektrik transdüserlerin montajlarının, işçiliğinin, malzemesinin ucuz olması nedeniyle ultrasonik temizleme cihazları için tercih edilebilirler. Tabi bu özelliklerin yanında çeşitli kusurları da vardır. En önemlisi aşırı çalıştıkları zaman performanslarının bozulmasıdır. Bunun nedeni olarak da kristal fazla çalıştığı zaman kendi kendini depolarize etmeyi sağlar. Bu da kristalin yer değiştirmesinde oldukça azalmalara neden olur. Kristal ve tank arasında genişlemeden dolayı yer değiştirme farkı oluşur. Kristal daha az titreştirici enerji üretir ve kavitasyonda azalma meydana gelir. Bu da tankta düşüşe neden olur. Bir başka kusur piezoelektrik kristaller, epoksi adlı bir yapıştırıcı ile tanka monte edildiğinde, yüksek ısı ve frekans sonucu epoksi bant gevşer. Transdüseri kullanılmaz hale getirir. 4

15 Ayrıca kristali kapasitansı fazla çalışma sonucu olumsuz etkilenir rezonans frekansı değişmesine neden olur ve jeneratörde düzensiz çalışma meydana getirir. Bizim tasarımımızda kullanacağımız transdüser Şekil 1 de de görülen piezoelektrik transdüserdir. Şekil 1. Piezoelektrik dönüştürücü Manyetik Esaslı Transdüser Dayanıklı ve karışık bir yapıya sahiptirler. Manyetik alandaki uygulama ile uygun nikel ve nikel alaşımları boyutundaki değişime aittir. 180 C ye kadar işlem yapabilirler. Bu transdüserlerin kötü yanı 100 khz in üzerindeki frekanslarda çalışmamasıdır. %20 ile %50 arası verimleri vardır. Manyetik transdüserlerin kütlesi daha ağırdır. Bu durumda ultrasonik tank içerisinde enerjinin taşınması olayında önemli rol oynar. Kütlelerinin ağır olması sebebiyle tanka 5

16 daha fazla güç iletilmiş olur. Bu da piezoelektrik sistemden daha az hassas olmalarını sağlar. Manyetik transdüserler, piezoelektrik transdüserler kadar verimli değildir. Verilen akım veya voltaj sonucu piezoelektrik transdüserler daha fazla sapma gösterirler Sıvı (Temizleme) Tankı Ultrasonik temizleme cihazı transdüser ile jeneratörün bağlı olduğu tanktan oluşur. Tanklar optimum temizleme ve 50 C ile 70 C arasında sıcaklığa sahip termostat kontrollü ısıtıcılara sahip olması gerekir. Isıtma işleminde tankın içindeki sıvının, zehirli gazlardan arıtılmasın da önemli rol oynar. Tank içerisinde gaz ve buhar seviyesi yüksek olursa, bunları içeri doğru çökmeden azaltacaktır. Şekil olarak dikdörtgen şekle benzerler ve paslanmaz çelikten imal edilirler. Paslanmaz çelik ince ve dayanıklı malzemelerden oluşmaktadır. Transdüserler tankın yanına veya altına yerleştirilebilir..3. Ultrasonik Temizlemede Kavitasyon Yöntemi Kavitasyon Nedir? Ultrasonik temizleme işleminde temizlenmek istenen madde sıvı tankının içerisine konulur. Daha sonra ultrasonik transdüsere enerji verildiğinde transdüser 40 khz frekansta ultrasonik ses dalgası üretmeye başlar. 40 khz frekansın altında kavitasyon oluşumu açısından daha etkilidir ancak bu frekanslarda gürültü ortaya çıkar. Hem gürültünün çıkmadığı hem de kavitasyonun en iyi şekilde oluştuğu frekans 40 khz dir. Transdüserler elektrik enerjisini ses enerjisine çeviren ve kulağın duyma sınırının çok üstünde ses dalgaları üreten cihazdır. 6

17 Bu transdüser eğer bir sıvıyla temas halinde olursa o sıvıda aynı frekansta titreşmeye başlar. Ultrasonik temizleyicide su tankına bağlı olduğu için suda aynı frekansta titreşmeye başlar. Bu titreşim ise sıvıda milyonlarca mikroskobik hava kabarcıklarının oluşmasına sebep olur. Bu kabarcıklara vakum kabarcığı da adı verilir. Bu kabarcıklar yüksek enerjilidir ve hızları 500 km/saat i bulabilir. Aslında bu mikron boyutunda kabarcık oluşma işlemini suyun içerisinde bir levhayı hareket ettirdiğimizde oluşan kabarcıklara benzetebiliriz. Burada tek fark levhanın 1 saniyede defa hareket ettiriliyor olmasıdır. Bu ultrasonik yöntemle oluşturulan kabarcıklara ultrasonik kavitasyon denilir. Yüksek frekanslı ultrasonik ses dalgaları saniyede yaklaşık olarak defa yüksek ve alçak basınç değişimlerine neden olur. Yüksek frekansın oluşturduğu bu mikron boyutundaki kabarcıklar ise bu basınç değişimlerinde farklı hareket ederler. Hava kabarcıkları önce ultrasonik ses dalgaları ile hacimleri artmaya başlar ve çok kısa süre içerisinde maksimum hacimlerine ulaşırlar. Bu hava kabarcıkları sıvı içerisinde çok hızlı hareket ederler bu yüzden ani basınç değişimleri olur. Mikron boyutundaki kabarcıklar yüksek basınç altına girdiklerinde zamanla içeriye doğru büzülmeye başlarlar yani hacimleri azalır ve en son içeriye doğru patlarlar. Baloncukların patlamasıyla yok olması sırasında boşalan hacme temizleme sıvısının molekülleri hızla hareket eder [5], [6], [7]. Bu süreç defalarca tekrarlanır ve temizlik böyle sağlanır. 7

18 1. Aşama Baloncuklar şekil 2 de görüldüğü üzere ultrasonik ses dalgaları ile hacim kazanır. Şekil 2. Baloncukların hacimce genişlemesi 2. Aşama Şekil 3 de gösterildiği gibi baloncuklar kısa sürede maksimum büyüklüğüne ulaşır. Şekil 3. Baloncukların maksimum büyüklüğe ulaşması 8

19 3. Aşama Daha sonra baloncuklar şekil 4 deki gibi yüksek basınç altında büzülmeye başlar. Şekil 4. Baloncukların büzülmesi 4. Aşama Hacimleri azalan baloncuklar şekil 5 de gözüktüğü gibi içeriye doğru patlarlar. Şekil 5. Baloncukların patlaması 9

20 5. Aşama Baloncuklar maksimum boyuta ulaşır Yüksek basınç altında hacimleri azalmaya başlar Şekil 6 da gösterildiği üzere bu olay aynı şekilde defalarca tekrarlanır. Baloncuklar ultrasonik ses dalgalarıyla hacim kazanır Hacimleri azalan baloncuklar içe doğru patlarlar Şekil 6. Kavitasyonun tekrarlanması Kabarcıkların patlaması esnasında çok büyük enerji açığa çıkar ve ciddi ölçüde sıcaklık ile basınç değişimleri ortaya çıkar. Patlamanın olduğu yerde sıcaklık 4000 derece civarına basınç ise onlarca atmosfer basıncına kadar çıkar. Bu ani değişimlerin olması sebebiyle sıvıda şok dalgaları oluşur. Bu şok dalgaları sıvı içerisindeki materyale büyük hızla çarpmaya başlar ve cisme fırçalama etkisi yapar, cisimler bu şekilde temizlenir. Bu yöntemde sonuçta bu ani sıcaklık değişimleri ve kabarcıkların 10

21 patlaması cismin yüzeyinde aşınmaya sebep olmaz mı? sorusu akla gelebilir. Kesinlikle böyle bir şey söz konusu değildir. Temizleme kabarcıkların patlaması ile olduğundan ve bu kabarcıklarda mikron boyutunda olduğundan en küçük yerlere normal elle yıkamalara göre ulaşılamayacak yerlere ulaşılır. Ultrasonik temizlemede temizlenmek istenen materyalin geometrisi ve karışıklığı ne olursa olsun yüzeyindeki kir tabakası tamamen ortadan kalkar. Diğer temizleme yöntemleri ile temizlenmesi mümkün olmayan çatlak diplerine, çukurlara ve ulaşılamayan bölgelere ulaşarak, kısa sürede ve derinlemesine, hassas bir temizlik sağlar. Ultrasonik temizlemede kavitasyona etki eden faktörleri şöyle sıralayabiliriz; Sıvı tankının malzemesi ve kalınlığı Transdüserin çalışma frekansı Suyun fiziki özellikleri [8] Bu maddeleri kısaca açıklayacak olursak sıvı tankının malzemesi önemlidir çünkü sonuçta temizleme titreşimle oluşan baloncuklarla sağlandığı içim sıvı tankı titreşimi mümkün olduğu kadar iyi bir şekilde sıvıya aktarması gerekir. Kalınlıkta titreşimi etkileyebilecek faktörlerden biridir. Transdüserin çalışma frekansı arttıkça hem suda oluşan baloncuk sayısı artar hem de boyutları biraz daha küçülür. Baloncuk sayısının artması ile daha hızlı temizlik, boyutlarının küçülmesiyle de daha ayrıntılı bir temizlik sağlayabiliriz. Çünkü sonuçta daha küçük baloncuk temizlenecek olan materyalin üzerinde daha küçük yerlere ulaşabilir. Suyun fiziki özellikleri ise içerisinde erimiş halde bulunan hava ve gaz karışımlarına bağlıdır [9] Kavitasyonun Avantajları ve Dezavantajları Ultrasonik temizlemede kavitasyonun her sistemde olduğu gibi avantajları ve dezavantajları vardır. Kavitasyon yönteminde akla gelecek ilk soru Bu baloncuklar temizleyici içine konulan maddelere zarar verir mi? olacaktır. Baloncuklar mikron boyutunda olduğundan temizleyicinin kendi yüzeyine bile zarar veremeyecek kadar 11

22 etkisizlerdir ancak bunlar optimum şartlar için geçerlidir. Daha farklı şartlar altında istenmeyecek sonuçlar elde edilebilir bunları aşağıda daha ayrıntılı inceleyeceğiz. Ultrasonik temizlemede kavitasyon sıvı içerisinde bir karıştırma etkisi yapar çünkü yukarıda da anlattığımız gibi kabarcıkların patladığı yerlere sıvı molekülleri hızlıca hareket eder bu da sıvıda tesirli bir karıştırma etkisi yapar. Katı parçalardan oluşan kirlerin sökülmesinde mükemmeldir. Kavitasyon olayı mikron boyutunda baloncuklarla olduğundan normal temizlikle (fırça veya sünger) ulaşılamayacak yerlerin temizlenmesinde çok iyi bir yöntemdir. Normal yöntemlerle yıkanamayacak narin parçaların yıkanmasında çok iyidir. Yumuşak fırçayla veya bezle parlatılmış yüzeylerin temizlenmesinde ve mükemmele yakın temizlik gerektiren elektronik uygulamalarında çok iyi yöntemdir. Ayrıca kuyumculukta ve sanayide fiziki karmaşıklıkları yüksek parçaların temizlenmesinde de çok etkilidir. Birçok durumda temizleme işlemini son derece hızlandırır. Kavitasyon yöntemi temizleme işleminde diğer normal yıkamalara göre avantajları çok fazla olan yöntemdir ancak bu yönteminde dezavantajları vardır. Örneğin yukarıda bahsettiğimiz kavitasyon baloncuklarının temizlenecek maddelerin yüzeyine zarar verip vermeyeceği. Eğer çalışma şartları uygun değilse tankın iç yüzeyinde ve temizlenecek parçanın yüzeyinde aşınmalar olabilir. Kauçuk, plastik, cam ve diğer ametal katılar kavitasyon zararlarına karşı dayanıklı parçalardır. Şimdiye kadar temizleme işlemleri için küçük parçalardan bahsettik, büyük parçalar büyük tanklarda temizlenmelidir. Bu durumda kullanılacak elektrik gücü aşırı miktarda artar. Parçalar hem büyük hem de eğri hatlara sahipse yüksek frekanslı ses dalgalarıyla iyi şekilde temizlenemezler çünkü diğer bütün kısa dalgalarda olduğu gibi düz bir hat şeklinde ilerler ve köşelerin etrafından dönemezler. Eğer büyük parçalar bu iş için özel olarak tasarlanmış bir tankta ve özel bir transdüser düzeneği ile temizlenmezse lekeli ve benekli temizleme elde ederiz. 12

23 2. TEORİK ALTYAPI 2.1. Sistemin Genel Yapısı Oluşturduğumuz ultrasonik temizleme sisteminde 4 adet invertör faz kontrolör devresi, mikroişlemci, 4 adet transdüser ve temizleme (sıvı) tankı kullanılmıştır. Şehir şebekesinden alacağımız 220 V 50Hz lik alternatif gerilimler invertör faz kontrolör devresine ve her bir invertör faz kontrolör devresi de mikroişlemciye bağlanmıştır. İnvertör faz kontrolörlerin her birisinin çıkışları transdüserlere (piezo aktuatör) bağlanarak ve transdüserler sıvı tankına temas ettirilmiştir. İnvertör faz kontrolör devreleri 50 Hz i 40,5 khz çalışma rezonans frekansına dönüştürerek bunu transdüserlere o şekilde aktaracaktır. Transdüserlere gelen sinyaller ultrasonik dalgalar ile suda titreşimi sağlayacaktır. Öte yandan mikroişlemci ile oluşturulacak olan yazılım ile her bir invertör faz kontrolör devresine farklı zamanlarda tetikleme verilmektedir. Şekil 7. Sistem genel tasarımı 13

24 Sistemin genel kurulum devresi Şekil 7 den de görülebileceği üzere her bir invertör faz kontrolör devresinin iki giriş ve bir çıkışı olmak üzere girişlerden bir tanesi şehir şebekesinden alınan gerilim ve frekans için diğeri ise mikroişlemciden gelecek olan tetikleme için kullanılmaktadır. Çıkışlar ise doğrudan transdüserlere bağlanmaktadır. 14

25 3. TASARIM 3.1. Tasarım Devreleri Ultrasonik temizleyicinin tasarlandığı şekilde pizeoların titreştirilmeleri için tam köprü ile DA-AA dönüştürücü devresi, invertör faz kontrolör devresi ve sistemin akış diyagramı yapılmıştır Tam Köprü ile DA-AA Dönüştürücü Devresi Ultrasonik dönüştürücünün çalışma frekansını ve genliğini oluşturmak amacıyla invertör devreleri kullanılmıştır. Bu devreleri kullanarak istediğimiz anahtarlama frekansına da ulaştık. Çalışmamızda tam köprü dönüştürücüler kullanılmıştır ve anahtarlama frekansı olarak da 40,5 Khz seçerek çalışmalarımızı bu frekansta gerçekleştirilmiştir. Anahtarlama frekansında mosfetleri sürerek transformatör sayesinde şebekeden gelen DC gerilimi anahtarlayarak AC gerilim elde edilmiştir. Devremizde Şekil-8 den de görüleceği üzere tam köprü kullanmaktadır. Tam köprü devresi iki tane yarım köprü devresinin birleşmesinden meydana gelmektedir. Tam köprü devresinin yarım köprü devresine göre bir avantajı sıfır gerilim, pozitif gerilim ve negatif gerilim elde edilebilmesidir, bu da kullandığımız anahtarların açma kapama sürelerindeki değişimlerle mümkün olmaktadır. Çünkü rezonans anında çekilen yüksek akımla anahtarlama elemanları veya devre elemanları bozulabilmektedir. Bu nedenle çalışmamızda tam köprü invertör devresi kullanılmaktadır. 15

26 Şekil 8. Tam köprü ile DA-AA dönüştürücü devresi İnvertör devresindeki FET leri kontrol edecek olan sistem IR2112 işlemcileridir. Devrede kullandığımız ana işlemci FET leri direk kontrol edemediği için ayrıca tam köprü devresiyle ana işlemci arasına IR2112 işlemcileri yerleştirildi. Çıkış gerilimini oluşturmak için dört ayrı anahtarlama ve bir de belirsiz anahtarlama olmak üzere beş farklı durum üzerinde çalışmalarımızı gerçekleştirdik. Her bir anahtarlama durumlarına göre giriş gerilimleri tablo 1 de gösterilmiştir. Çizelge 1. Anahtarlama durumlarına göre giriş gerilimleri Durum Anahtarlama durumu Va Vb V 1 F 1 ve F 4 iletimde V/2 -V/2 V 2 F 3 ve F 2 iletimde -V/2 V/2 -V 3 F 1 ve F 3 iletimde V/2 V/2 0 4 F 4 ve F 2 iletimde -V/2 -V/2 0 5 Bütün anahtarlar kesimde -V/2 V/2 V/2 -V/2 -V V 16

27 Belirsiz durumun gerçekleşmesi için bütün anahtarların kesimde olması gerekir. Birinci ve ikinci durumlar sistemde AA çıkış gerilimini elde etmek için kullanılır. Kurduğumuz bu sistemi kullanarak bize gerekli olan gerilimi elde etmiş olduk. Kurduğumuz köprü devresinin anahtarlama frekansını IR2112 ile kontrol ederiz. IR2112 leri ise tek bir ana işlemci ile kontrolünü sağlarız. Transformatörler sayesinde DA gerilimi anahtarlayarak AA V arasında yüksek genlikli bir sinyal ile FET ler sürülmektedir. Şekil 9. Ölü zaman gecikmesi İnvertörün çalışması ve anahtarların doğru sırayla açılmasını mikroişlemci sağlamaktadır. Mikroişlemcinin PWM çıkışları senkronize olmuş bir şekilde invertöre ulaşmalı ve eşleniğiyle beraber doğru sırayla invertördeki FET leri anahtarlamalıdır. Şekil 9 da da görülen ölü zaman gecikmesi olmadığında FET ler aynı anda iletime geçerek kısa olmaları sonucu yanarlar. Kullandığımız MSP430 mikroişlemcinin ve PWM çıkışlarının terslenmiş halinin (komplementinin) bulunması invertör devresini sürme işlemini kolaylaştırmaktadır. 17

28 İnvertör Faz Kontrolör Devresi Şekil 10. İnvertör faz kontrolör devresi Şekil 10 bu projenin gerçekleştirilmesi için oluşturulan invertör faz kontrolör devresini göstermektedir. Şekil 10 da 1 no lu kutuyla gösterilen kısım IR2112 entegrelerinin tetikleme girişleridir, 2 no lu kutuyla gösterilen kısım devrenin 12V besleme girişleridir. Şekil 10 da 3 no lu kutuyla gösterilen kısım FET lerin tetikleme girişleridir, 4 no lu kutuyla gösterilen kısım invertör devresin çıkışı ve transdüser girişidir. 5 no lu kutuyla gösterilen kısım ise FET lerin ve soğutucuların bağlı bulunduğu kısımdır. 18

29 Şekil 11. Sistemde kullanılan trafo, doğrultucu ve akım örnekleyici devreler Şekil 11 de görüldüğü gibi sistemi beslemek için kullandığımız trafonun yüksek sargı tarafı düşük gerilimi yüksek gerilime çevirmektedir. Çevrilen yüksek gerilim doğrultucu yardımı ile Dc gerilimden Ac gerilime dönüştürülerek akım örnekleyiciye iletilmektedir. Akım örnekleyici üzerindeki trafonun ilk kısmında yüksek gerilim, ikinci kısmında ise düşük gerilim vardır. Akım örnekleyicinin çıkışı invertör devresinin besleme girişine bağlıdır. 19

30 Şekil 12. Alt rezonans anında akım görüntüsü Rezonansa gelmeden önce 38 khz deki alt rezonans durumda akımın maksimum değere gelmeden önceki osiloskoptaki çıkış görüntüsü şekil 12 de görüldüğü gibidir. 20

31 Şekil 13. Rezonans frekansında akımın maksimumdaki görüntüsü FET leri sürdükten sonra sistemimizde rezonans frekansı olan 40.5 Khz i yakalayıp, akımın maksimum değerde olduğu noktada elde edilmiş olur. Bu noktada şekil 13 de görüldüğü gibi bir grafik elde edilir. Dönüştürücü rezonans frekansında en yüksek akımı çekerken piezolar sayesinde kazana yaydığı titreşimde bu noktada maksimum oldu. Bu çalışma noktasında maksimum değerde verim elde ettik. 21

32 Sistemin Çalışma Akış Diyagramı Şekil 14. Akış Diyagramı Şekil 14 deki akış diyagramından da anlaşılacağı üzere kullandığımız 4 temel öğe ile devreler arası uyum ile maksimum verim ve minimum hata ile çalışmasını hedeflemekteyiz. Mikroişlemciden invertöre gönderilecek olan tetikleme ile invertörlerden transdüserlere gönderilecek olan sinyaller ile sıvı tankındaki sıvı titreştirilecektir. 22

33 3.2. Ultrasonik Temizleyicinin Kullanım Alanları Endüstride Kaynak ısıl işlem sonrası oksit tufal gibi atıkların temizlenmesinde kullanılmaktadır Tekstil Sanayide İplik çekme ve taşıma makaralarının yataklarının temizliğinde, mekik ve iğnelerin temizliğinde kullanılabilmektedir Elektronik Sanayisinde Dvd sürücüsü, çipler, bilgisayar kartları, yazıcı kartuşlarının dolmadan önce temizliğinde kullanılmaktadır Gözlük ve Saatçilikte Optik merceklerin, organik ve mineral camların, saat parçalarındaki yağ ve tozların temizliğinde, lenslerin temizliğinde kullanılmaktadır Kuyumculuk Sektöründe Değerli mücevheratların cila sonrası kalıntılarının temizliğinde, mağazalarda bulunan yüzük, kolye, bilezik gibi ürünlerin temizliğinde, saat parçaları gibi mekanik ufak parçaların temizliğinde kullanılmaktadır Hastane ve Ameliyathanelerde Cerrahi aletlerin ve protezlerin temizlenmesinde, endoskopik cihazların yıkanma işlemlerinde, laboratuar aletlerinin temizlenmesinde, fırçalar ve filtrelerinin temizlenmesinde kullanılmaktadır. 23

34 Otomotiv Sanayisinde Kaplama işlemi öncesi yüzeylerin hassas bir şekilde temizlenmesinde, derinlemesine temizlik gerektiren yaylar, dişliler, filtreler, borular, menteşeler ve fırça temizliğinde kullanılabilmektedir. Taşıtların teknik servislerinde motor ve motor parçalarının yenilenmesinde ve yıkanmasında, araç bakımında, yağ, toz, pas gibi kir istenmeyen parçaların ve kullanılan aletlerinin temizlenmesinde faydalanılmaktadır Yüzey Kaplama ve Boyama Sanayisinde Yüzey kaplama ve boyama yapılacak olan malzemelerin işlem öncesi yüzey temizliğinde kullanılmaktadır. 24

35 4. SONUÇLAR Ultrasonik temizleyici ile ilgili gerçekleştirilen bazı çalışmalar vardır. Bu yöntemlerden farklı bir yöntem kullanılarak mikroişlemci ile ultrasonik düzeyde kavitasyon gerçekleştirilerek ultrasonik temizleme sistemlerine farklı bir bakış açısı getirilmiştir. Projemizde sıvı tankı, transdüserler ve invertör faz kontrolör devreleriyle birlikte kablolu kapalı bir sistem üzerinden kavitasyon ve gözlem yapılmıştır. Bu çalışma kapsamında kontrolör olarak MSP430 mikroişlemcisi kullanılıp sistem bu denetleyici aracılığıyla kontrol edilmiştir. Bu sistemi gerçekleştirirken MSP430 mikroişlemci seçmemizdeki asıl sebep tek bir mikroişlemci kodu ile 4 adet invertör faz kontrolör devresinin tetiklenebilmesini, sisteme ek bir donanım gerektirmeden bir ana ünite üzerinden çalıştırılabilmesi ve programlamasında kullanılabilmesidir. Bu sistemin tercih edilmesindeki diğer bir sebep ise alışılagelmiş sistemlere nazaran harmoniklerden daha az etkilenmesi ve yüksek frekanslarda çalışabilmesidir. Başka işlemci ile kontrolü yapılan ultrasonik sistemlerde gerek kavitasyon sırasında gerekse tetikleme sırasında oluşan harmonikler buna örnektir. Ayrıca ultrasonik temizleme sistemlerinde eklenen her bir eleman sistemin kontrolünü zorlaştırır ve daha karmaşık hale getirir. Bu proje kapsamında yapılan tasarım, elektriksel ve elektroniksel devre çalışmaları ve deneysel çalışmalar anlatılmıştır. Bu çalışmada ultrasonik düzeyde temizleme yapılan sistemin mikroişlemci yardımıyla nasıl kontrol edilebileceği, sistemde kullanılan devre elemanlarının seçiminin nasıl yapılabileceği öğrenilmiştir. Projenin çalışma takvimi EK-6 da verilmiştir. 25

36 5. YORUMLAR VE DEĞERLENDİRME Tasarlanan sistemin çalışmasını test etmek amacıyla, ilk olarak sistemin genel çizimi autocad programında gerçekleştirilmiş, transdüserler invertör devreleriyle denenmiştir, daha verimli invertör devreleri tasarlanmış ve daha sonra devre elemanları kullanılarak laboratuvar ortamında devreler gerçekleştirilmiştir. Sistemin yazılımsal kısmı için microişlemci kullanılarak assembly dilinde programlaması yapılmıştır. Tasarlanan sistem üzerinde yapılan çalışmalar sonucunda sistemin yazılımsal ve donanımsal açıdan uyumlu bir şekilde çalıştığı görüldükten sonra sistem gerçekleştirilmiştir. Oluşturulan bu çalışmanın konuyla alakalı pek çok projeden farklı noktası gereği ultrasonik temizleme sistemlerine yeni bir bakış açısı ve yeni bir uygulama alanı getirmiştir, var olan uygulamalara da çeşitlilik katmıştır. 26

37 KAYNAKLAR [1]. C. Tangel Mikrodenetleyici Kontrollü Ultrasonik Temizleme Makinesi Tasarımı Yüksek Lisans Tezii, Kocaeli,2009. [2]. D. Ensminger, Ultrasonics: Fundamentals, Technology, Applications, Marcel Dekker(1998) [3]. U.güvenç, FGPA tabanlı çok fonksiyonlu ultrasonik temizleme makinesi ve prototip üretimi, yüksek lisans tezi Kocaeli,2011 [4]. F. J. Holler: Skoog, Douglas A; Crouch, Stanley R(2007). Chapter1, principles of Instrumental Analysis [5]. M.Yakut, A. Tangel, C. Tangel A microcontroller-based generator design for ultrasonic cleaning machines Istanbul University-Journal of electrical and electronics engineers, Vol 9(1), pp [6]. U. Güvenç, M. Yakut, A. Tangel Ultrasonik temizlik sistemlerinde rezonans frekansı tespiti için yinelemeli frekans bandı tarama tekniği, Gömülü Sistemler ve uygulamaları Sempozyumu GOMSIS 2010, İstanbul Teknik Üniversitesi, 2010 İstanbul, sayfa 21. [7]. A. Tangel, M. Yakut, A. Tangel, E Afacan, U. Güvenç, H. Şengül, An FPGAbased multiple-output PWM pulse generator for ultrasonic cleaning machines, İnternational Conference on Applied Electronics, 2010, pg.1-4 [8]. Ç. Aktaş, Elektrik ve Elektronik Ölçmelerinde Uyarlık Elemanları ve Dönüştürücüler, sicil no: 37584, [9]. B. K. Baysal, Kavitasyon Olayı İçin Mevcut Pfleiderer Metodunun Genişletilmesi ve Kaplan Türbinlerinde Boğaz Kavitasyonunun Etüdü. Doktora Tezi,

38 EKLER EK-1 IEEE Etik Kuralları IEEE Etik Kuralları IEEE Code of Ethics IEEE üyeleri olarak bizler bütün dünya üzerinde teknolojilerimizin hayat standartlarını etkilemesindeki önemin farkındayız. Mesleğimize karşı şahsi sorumluluğumuzu kabul ederek, hizmet ettiğimiz toplumlara ve üyelerine en yüksek etik ve mesleki davranışta bulunmayı söz verdiğimizi ve aşağıdaki etik kuralları kabul ettiğimizi ifade ederiz. 1. Kamu güvenliği, sağlığı ve refahı ile uyumlu kararlar vermenin sorumluluğunu kabul etmek ve kamu veya çevreyi tehdit edebilecek faktörleri derhal açıklamak; 2. Mümkün olabilecek çıkar çatışması, ister gerçekten var olması isterse sadece algı olması, durumlarından kaçınmak. Çıkar çatışması olması durumunda, etkilenen taraflara durumu bildirmek; 3. Mevcut verilere dayalı tahminlerde ve fikir beyan etmelerde gerçekçi ve dürüst olmak; 4. Her türlü rüşveti reddetmek; 5. Mütenasip uygulamalarını ve muhtemel sonuçlarını gözeterek teknoloji anlayışını geliştirmek; 6. Teknik yeterliliklerimizi sürdürmek ve geliştirmek, yeterli eğitim veya tecrübe olması veya işin zorluk sınırları ifade edilmesi durumunda ancak başkaları için teknolojik sorumlulukları üstlenmek; 7. Teknik bir çalışma hakkında yansız bir eleştiri için uğraşmak, eleştiriyi kabul etmek ve eleştiriyi yapmak; hatları kabul etmek ve düzeltmek; diğer katkı sunanların emeklerini ifade etmek; 8. Bütün kişilere adilane davranmak; ırk, din, cinsiyet, yaş, milliyet, cinsi tercih, cinsiyet kimliği, veya cinsiyet ifadesi üzerinden ayırımcılık yapma durumuna girişmemek; 9. Yanlış veya kötü amaçlı eylemler sonucu kimsenin yaralanması, mülklerinin zarar görmesi, itibarlarının veya istihdamlarının zedelenmesi durumlarının oluşmasından kaçınmak; 10. Meslektaşlara ve yardımcı personele mesleki gelişimlerinde yardımcı olmak ve onları desteklemek. 28

39 IEEE Code of Ethics We, the members of the IEEE, in recognition of the importance of our technologies in affecting the quality of life throughout the world, and in accepting a personal obligation to our profession, its members and the communities we serve, do hereby commit ourselves to the highest ethical and professional conduct and agree: 1. to accept responsibility in making engineering decisions consistent with the safety, health and welfare of the public, and to disclose promptly factors that might endanger the public or the environment; 2. to avoid real or perceived conflicts of interest whenever possible, and to disclose them to affected parties when they do exist; 3. to be honest and realistic in stating claims or estimates based on available data; 4. to reject bribery in all its forms; 5. to improve the understanding of technology, its appropriate application, and potential consequences; 6. to maintain and improve our technical competence and to undertake technological tasks for others only if qualified by training or experience, or after full disclosure of pertinent limitations; 7. to seek, accept, and offer honest criticism of technical work, to acknowledge and correct errors, and to credit properly the contributions of others; 8. to treat fairly all persons regardless of such factors as race, religion, gender, disability, age, or national origin; 9. to avoid injuring others, their property, reputation, or employment by false or mlicious action; 10. to assist colleagues and co-workers in their professional development and to support them in following this code of ethics. Approved by the IEEE Board of Directors August

40 Mühendisler İçin Etik Kuralları Code of Ethics for Engineers Etik kuralları ile ilgili faydalı web adresleri IEEE Code of Ethics 8.html NSPE Code of Ethics for Engineers p: ww.nspe.org resources e cs co e e cs American Society of Civil Engineers, UC Berkeley Chapter Engineering Ethics BY DENISE NGUYEN ethics 2/ Code of Ethics of Professional Engineers Ontario Bir kitap: What Every Engineer Should Know about Ethics Yazar: Kenneth K. Humphreys CRC Press EMO Elektrik Mühendisleri Odası Etik Kütüphanesi 30

41 EK-2 Disiplinler Arası Çalışma Gerçekleştirilen sistemde sıvı tankının istenilen ebatlarda olması, içerisine yerleştirilecek olan piezoların yüksekliğinin ayarlanması ve montajı için firmalarla görüşmeler yapılmıştır. Firmaların önerileri doğrultusunda montaj işlemi gerçekleştirilmiştir. Autocad çizimlerinde Karadeniz Teknik Üniversitesi Makine Mühendisliği Bölümü nden Celal Özgül ün deneyimlerinden yararlanılmıştır. Projemizde kullandığımız malzemeler ve adreslerinden temin edilmiş ve bunun dışında bazı Uzakdoğu firmaları ile irtibata geçilmiştir. 31

42 EK-3 Standartlar ve Kısıtlar Formu Bitirme Projesinin hazırlanmasında Standart ve Kısıtlarla ilgili olarak, aşağıdaki soruları cevaplayınız. 1. Projenizin tasarım boyutu nedir? Açıklayınız. Bu çalışmada MSP430 G2211 mikroişlemci kullanılarak anahtarlama frekansını kontrol ederek piezo dönüştürücüler ile mekanik titreşim verilmesi gerçekleştirilmiştir. 2. Projenizde bir mühendislik problemini kendiniz formüle edip, çözdünüz mü? Evet. Bu sistemde programlama alt yapısı sayesinde daha da geliştirilebilmeye açık bir yapı tasarlanmış ve gerçekleştirilmiştir. Birden fazla sistemin tek bir ana ünite üzerinden gözlem ve kontrolü yapılarak kullanıcının zaman ve ekonomik yönden de tasarruf etmesi sağlanmıştır. 3. Önceki derslerde edindiğiniz hangi bilgi ve becerileri kullandınız? Bilgisayar Programlama, Devreler, Mikroişlemciler, Analog ve Sayısal Elektronik, Otomatik Kontrol Sistemleri derslerinde görülen konulardan faydalanılmıştır. 4. Kullandığınız veya dikkate aldığınız mühendislik standartları nelerdir? Projemizde; IEC 60559, IEC 60191, ISO 639, ISO/IEC TR 14543, VDI(3814), ve ANSI C standartları dikkate alınmıştır. 5. Kullandığınız veya dikkate aldığınız gerçekçi kısıtlar nelerdir? a) Ekonomi: Diğer uygulamalara karşın bu projede kullandığımız yazılım programı sayesinde daha az ekipman kullanılmakta ve bu da maliyeti azaltmaktadır. b) Çevre sorunları: Projemizin çevreyi olumsuz etkileyecek herhangi bir etkisi yoktur. c) Sürdürülebilirlik: Teknolojideki gelişmelere bağlı olarak temizlik sistemlerindeki çeşitlilik ve kullanım konusundaki alternatifler giderek artmaktadır. Bu durum daha yüksek temizlik seviyelerine olan ihtiyacı da beraberinde getirmiştir. Ultrasonik temizleyiciler sadece 32

43 insanların eşya ve aksesuarlarını temizleme gereksinimi karşılamakla kalmayıp zaman tasarrufu da sağlayarak vakit kazanmak yönünden bir gereklilik olduğunu kanıtlamaktadır. Ayrıca özellikle hassas ve küçük objelerin temizliğinde ulaşılması zor olan yerlere ulaştığından mükemmel bir temizlik sağlar. Ultrasonik temizleyici de bu sebeplerden dolayı gelişmektedir ve bu konuyla alakalı birkaç proje yapıldığı gibi bundan sonra bu projelerde teknolojiyle beraber daha da gelişecek ve yaygınlaşacaktır. d) Üretilebilirlik: Ülkemiz piyasasında var olan malzemeler ve yurt dışından verdiğimiz siparişler ile projemiz gerçekleştirilmiştir. e) Etik: Etik kurallar göz önünde tutularak proje gerçekleştirilmiştir. f) Sağlık: Proje tasarlanırken temel alınan standartlara uyulduğunda sağlık sorunu oluşturacak bir durum içermemektedir. Sistem düşük gerilimlerde çalıştığı için herhangi bir can güvenlik tehdidi yoktur. g) Güvenlik: Projemizde sıvı tankıyla birlikte kablolu kapalı bir sistem üzerinden gözlem ve kontrol hedeflenmektedir. Aynı zamanda sistem daha önceden yazılımda belirlenen kodlarla çalışacaktır. Sistemde oluşacak herhangi bir arıza durumunda daha önceden kullanmış olduğumuz elektriksel yalıtımlı malzemeler sayesinde sistemin ve kullanıcının herhangi bir zarar görmesi engellenmiştir. h) Sosyal ve politik sorunlar: Projemizin sosyal ve politik sorunlara yol açmayacağı görülmüştür. 33

44 EK-4 Kontrol Devreleri İçin MSP430 mikroişlemci Kaynak Kodları Strt mov #0280h,SP Stp mov #WDTPW+WDTHOLD,&WDTCTL bis.b #08h,&P1IE bis.b #08h,&P1RES bis.b #08h,&P1OUT bis.b #08h,&P1IES bic.b #08h,&P1IFG eint bis.b #03h,&P1DIR clr &P1OUT mov #020h,R5 tekrar mov.b #01h,&P1OUT call wait_ton bic.b #01h,&P1OUT nop nop mov.b #02h,&P1OUT call wait_ton bic.b #02h,&P1OUT nop jump tekrar ; ölü zaman için ; ölü zaman için ORG DW ORG DW END P1_portu_interrupt_vektörü P1SIR RESET_interrupt_vektörü strt 34

45 EK-5 Ultrasonik Temizleyici Projesi için Maliyet Analizi Çizelge E5.1. Oluşturulan sistemin birim maliyet analizi Parça Tipi Tür Değer Firma Adet Birim Fiyat (TL) MSP430 Mikroişlemci - Texas 1 30 G2211 Instrument IR2112 Fet sürücü 25V- International 8 6,45 250mA Elektronik IRFPC50 FET 600V-11A International 16 4,59 Elektronik Trafo Kademeli 120W-48V International 1 47,20 transformatör Elektronik Transdüser Piezo 50W- Ebay 4 44 aktivatör 110V(AC) 2 li Klemens Yaylı - International 16 0,35 Elektronik 45AS Soğutucu 3cm(boy) International 16 1,19 1cm(en) Elektronik 2 li Klemens 0 numara - International 20 0,15 Elektronik Soket 14 lü entegre - International 8 0,09 Elektronik Plaka Board 13x13 cm International 4 5 Elektronik Kondansatör Seramik 100nF- International 10 0,05 63V Elektronik Diyot Schottky 1.2A International 10 1 (hızlı) Elektronik Direnç 33ohm- International 16 0,02 0,5W Elektronik Kondansatör Polyester 22 µf-50v International 10 0,05 Elektronik Kondansatör Elektrolitik 330µF- International 4 4,34 400V Elektronik Kondansatör Yüksek 330nF- International 4 0,55 voltajlı 630V Elektronik Sıvı Tankı Alüminyum 40-35cm Toplam Fiyat 245,03 Msp430 seçmemizin sebebi assembly dilinin kolay kullanılmasıdır. G2211 serisi seçmemizin sebebi ise ultrasonik temizleme için vereceğimiz ölü zamanın bu seri ile daha kolay olmasıdır. Alüminyum sıvı tankı seçmemizin sebebi ise sıvıya verilecek olan titreşimin daha etkili bir şekilde gerçekleşmesidir. Kademeli transformatörü şehir şebekesinden aldığımız 220V gerilimi 48W a dönüştürmekte kullandığımız için bu nominal değerlerde bulunan kademeli 35

46 transformatörü seçildi. 2 li klemensler normal klemenslere göre board üzerinde kullanım açısından daha kolay olduğu için tercih edildi. Çizelge E5.2. Oluşturulan sistemin 100 adet için maliyet analizi Parça Tipi Tür Değer Firma Adet Birim Fiyat (TL) MSP430 Mikroişlemci - Texas F5XX Instrument IR2112 Fet sürücü 25V- International mA Elektronik IRFPC50 FET 600V-11A International Elektronik Trafo Kademeli 120W-48V International transformatör Elektronik Transdüser Piezo 50W- Ebay aktivatör 110V(AC) 2 li Klemens Yaylı - International Elektronik 45AS Soğutucu 3cm(boy) International cm(en) Elektronik 2 li Klemens 0 numara - International Elektronik Soket 14 lü entegre - International 8 8 Elektronik Plaka Board 13x13 cm International Elektronik Kondansatör Seramik 100nF- International 10 4,5 63V Elektronik Diyot Schottky 1.2A International (hızlı) Elektronik Direnç 33ohm- International 16 2,53 0,5W Elektronik Kondansatör Polyester 22 µf-50v International 10 3,15 Elektronik Kondansatör Elektrolitik 330µF- International V Elektronik Kondansatör Yüksek 330nF- International 4 51 voltajlı 630V Elektronik Sıvı Tankı Alüminyum 40-35cm Toplam Fiyat

47 EK-6 Çalışma Takvimi Çizelge E6.1. Ultrasonik Temizleyici projesinin çalışma takvimi İlk dönem yapılan tasarım projesi hakkında genel değerlendirmenin yapılması Malzemelerin belirlenmesi ve tedarik için başvurunun yapılması Sistemin yazılımı için mikroişlemci hakkında bilgi edinilmesi Mikroişlemcide kullanılan kodların araştırılması Sistemi kontrol etmek için kullanılacak devrelerin belirlenmesi İnvertör kontrol devreleri hakkında araştırma yapılması Mikroişlemci ile sistemin yazılımının yapılması Sistemde kullanılacak devrelerin breadboard üzerinde gerçekleştirilmesi Sistemde kullanılacak devrelerin çıkış frekansının osiloskopta incelenmesi İnvertör devrelerinin transdüserler ile denenmesi Yapılan devrelerin test edilmesi Sistemin dış izolasyonunun oluşturulması Bitirme tezinin yazılması ŞUBAT MART NİSAN MAYIS X X X X X X X X X X X X X 37

48 ÖZGEÇMİŞLER Buğrahan KAYA Buğrahan KAYA tarihinde Ankara'da doğdu. İlk, ortaokul ve lise öğrenimini Ankara'da tamamladı yılında Karadeniz Teknik Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü'nde Lisans Programı'na başladı. Yabancı dil olarak, İngilizce bilmektedir. Caner KALENDER Caner KALENDER tarihinde İskenderun'da doğdu. İlk, ortaokul ve lise öğrenimini İskenderun da tamamladı yılında Karadeniz Teknik Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Elektrik- Elektronik Mühendisliği Bölümü'nde Lisans Programı'na başladı. Yabancı dil olarak, İngilizce bilmektedir. Çağlar REİSOĞLU Çağlar REİSOĞLU tarihinde Trabzon'da doğdu. İlk ve ortaokul ve lise öğrenimini İstanbul'da tamamladı yılında Karadeniz Teknik Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü'nde Lisans Programı na başladı. Yabancı dil olarak, İngilizce bilmektedir. 38