Bulaşık makinesinde inovatif hızlı kurutma yöntemi tasarımı ve yöntem parametrelerinin deneysel olarak incelenmesi

Abstract

Hemen hemen tüm evlerde bulunan ev aletlerinden birisi, bulaşıkları daha hijyenik ve daha verimli şekilde temizleyen bulaşık makineleridir. Bulaşık makinelerinde temizlik çevrimi genel olarak sırasıyla ön veya soğuk yıkama, ana yıkama, soğuk durulama, sıcak durulama (SCD) ve kurutma (KRT) adımlarından oluşmaktadır. Kullanıcının bulaşık makinesinden beklentisi ise olabildiğince kısa sürede, kirden tamamen arındırılmış ve üzerinde su kalıntısı bulunmayan yükler elde etmektir. Daha verimli ve performansı yüksek bulaşık makinelerine ilginin artması nedeniyle bulaşık makinesi sistemlerini geliştirmek maksadıyla birçok çalışma yürütülmektedir. Bu çalışmalardan bir bölümünün odak noktası ise kurutma sistemlerinin geliştirilerek kurutma performansının iyileştirilmesidir. Günümüz teknolojisinde bulaşık makineleri özelinde tasarlanmış birçok kurutma sistemi mevcuttur. Bu sistemler açık veya kapalı, dinamik (fanlı) veya statik (fansız) olabilmektedir ve özelleşmiş teknolojiler içerebilmektedir. Bulaşık makinesi KRT adımında temelde buharlaşma ve yoğuşma fiziksel olayları gerçekleşmektedir. Bu olaylar kütle, ısı ve momentum aktarımının karmaşık bir fonksiyonu olduğu için bu aktarımların farklı kombinasyonları da farklı kurutma performansı sağlamaktadır. Islak yüzeyler üzerindeki su kalıntılarının buharlaşma hızını etkileyen birçok faktör vardır. Bunlar arasında suyun sıcaklığı, hava basıncı, hava nem oranı, su-hava temas yüzeyi alanı ve havanın hareketi bulunur. Kütle geçişi hızının arttırılması için en temelde derişim farkının arttırılması gereklidir. Bunun için yüzeyler etrafındaki doymuş nem oranına sahip hava hacmiyle, nem oranı daha düşük hava hacminin devamlı olarak yer değiştirmesi gerekmektedir. Ayrıca, kinetik enerjisi artan hava hacminin nem taşıma kapasitesi ve buna bağlı olarak arayüzeyde derişim farkı arttığı için yüksek sıcaklıklarda buharlaşma hızının arttığı bilinmektedir. KRT adımında bulaşık makinesi içerisindeki hava hacminin nem oranının düşük tutulması için kapalı veya açık sistem uygulamaları bulunmaktadır. Açık sistem uygulamaları, derişimin farkının daha basit ve etkili şekilde sağlanmasına izin verse de bulaşık makinesi içerisindeki sıcak ve nemli havanın direkt olarak dış ortama tahliye edilmesi insan ve mobilya sağlığı açısından tehlike doğurabilmektedir. Kapalı sistem uygulamalarında ise, kurutmada verimlilik ancak daha kompleks ve maliyeti yüksek tasarımların oluşturulmasıyla sağlanmaktadır. Bu bağlamda, ev tipi bulaşık makinelerinin kurutma sistemlerine odaklanan bir tez çalışması gerçekleştirilmiştir. Tez çalışması, ev tipi bulaşık makinelerinde kurutma hızını arttırarak kısa zaman zarfında yüksek kurutma performansı sağlayacak yenilikçi bir kurutma yöntemi tasarlamak amacıyla ele alınmıştır. Deneysel çalışmalar, tasarlanan kurutma yöntemin faydasının sınandığı ve yönteme ait girdi parametrelerin etkisinin incelendiği iki farklı deney seti altında kapsamlı ve standartlara uygun olarak yürütülmüştür. Çalışmalar sonucunda, yeni kurutma sistemi özelinde oluşturulmuş, referans koşula görece olarak daha iyi bir genel performans sunan koşul önermesi yapılmıştır. Bulaşık makinelerinde yüksek yıkama ve kurutma performansına, görece olarak yüksek enerji tüketimiyle daha kısa süre zarfında ulaşan hızlı program bulunmaktadır. Hızlı kurutmanın mercek altına alındığı bu çalışmadaki aksiyonlar hızlı program üzerine kurgulanmıştır. Çalışma süresince literatürde var olan bulaşık makinesi kurutma sistemleri özelindeki çalışmalar araştırılmıştır. Ayrıca, pazar ve patent araştırması yürütülerek tasarlanan kurutma sistemleri detaylıca incelenmiştir. Geniş kapsamda gerçekleştirilen araştırma süreci sonucunda, yenilikçi özellik taşıyan ve kurutma prosesinde gerçekleşen fiziksel olaylara ait teorik yaklaşımlara dayanan bir kurutma yöntemi önerilmiş ve tasarımı gerçekleştirilmiştir. Bu çalışma kapsamında önerilen kurutma yöntemi, yüksek kapasiteye sahip fanlı kapalı çevrim hava sirkülasyonuna, bulaşık makinesi kabini içerisindeki sepet üzerine entegre edilen bir hava yönlendirme aparatına ve otomatik kapı açma fonksiyonuna sahiptir. Ayrıca, bu yöntem özelinde kurutma prosesi, soğuk yüzey oluşturmak amacıyla kabin içerisine şebeke suyunun alındığı bir su alma adımı da içermektedir. Tasarlanan yöntemin yenilikçi bir özellik taşıması sebebiyle haklarını korumak amacıyla 2023/005137 TR numaralı patent başvurusu gerçekleştirilmiştir. Bulaşık makinesi KRT adımında buharlaşma hızına etki eden en baskın parametrelerden birisi sıcaklıktır. KRT adımında kabin içerisindeki nemli ve sıcak havanın yüzeyler etrafından uzaklaştırılarak yerine taze havanın beslendiği en etkili ve pratik uygulama ise otomatik kapı açma özelliğidir. Bu nedenlere bağlı olarak, KRT adımı öncesi SCD adımında yüzeylerin sıcaklıklarını olabildiğince arttırmak ve KRT adımında derişim farkını sağlamak için otomatik kapı açma uygulaması gerçekleştirmek, bulaşık makinesinde buharlaşma hızını üst seviyelere taşımak için yeterli olacaktır. Fakat yüksek sıcaklığa ve nem oranına sahip iç havanın direkt olarak dış ortama tahliye edilmesi kullanıcı sağlığı ve mobilya ömrü açısından olumsuz sonuçlara yol açabildiği için otomatik kapı açma uygulaması bazı kurallarla sınırlandırılmaktadır. Bu çalışma kapsamında tasarlanan yöntemde, yüksek sıcaklıklara sahip KRT adımı başında otomatik kapı açma uygulamasının gerçekleştirilebilmesi için kısa sürede kabin iç havasının uygun şartlara getirileceği bir sistem önerilmektedir. Yönteme göre, KRT adımı başladığında hazneye yeteri miktarda musluk suyu (15°C) alınarak kabin zemininde bir soğuk yüzey oluşturulmaktadır. Ardından, yüksek kapasiteli fan ve hava kanallarından oluşan kapalı çevrim hava sirkülasyonu sistemi çalıştırılmaktadır. Sıcak ve nemli havadan soğuk yüzeye doğru olan ısı ve kütle geçişi miktarının arttırılması için bir hava yönlendirme aparatı kullanılarak sirkülasyon hattındaki hava direkt olarak soğuk su yüzeyine çarptırılmaktadır. Kapalı çevrimde havanın tariflenen yöntemle sirkülasyonu sonucunda kısa sürede kabin iç havası uygun kabin iç havası sıcaklık ve nem miktarı değerlerine erişmektedir. Kabin iç havasının şartlandırılması sonucu otomatik kapı açma fonksiyonu devreye girerek kapalı çevrim sirkülasyonu durmakta, haznedeki su tahliye edilmekte ve böylece açık sistem koşulları oluşmaktadır. Yöntemin gerçekleşmesiyle, yüksek yük sıcaklıklarında bulaşık makinesi kapısı açılarak yüksek debide açık çevrim hava sirkülasyonu gerçekleştirilmekte ve kurutma hızının önemli miktarda artması sağlanmaktadır. Yönteme özgü hava sirkülasyonu sisteminin üretilmesi sonrası deneysel çalışmalarda kullanılmak üzere bulaşık makinesi prototipi oluşturulmuştur. Ek olarak, bulaşık makinesi çevresindeki mobilya yüzeylerini temsil edecek ve dış yüzeyler üzerinde olası yoğuşmaların gözlemlenmesine olanak sağlayacak bir saydam pleksi mobilya tasarımı yapılmıştır. Standartlara uygun testler ve ölçümler gerçekleştirilmesi kaygısıyla tasarlanan deney düzeneği Arçelik A.Ş. Merkez Arge Performans Laboratuvarı'nda kurulmuştur. Test edilen her bir koşul için tam çevrim temizleme programı çalıştırılmış ve çevrim boyunca 8 farklı bölgeye yerleştirilmiş termokupllardan alınan sıcaklık değerleri ölçülmüştür. Sıcaklık ölçümlerine ek olarak güç, enerji ve su tüketim değerleri VTS (Veri Toplama Sistemi) tarafından toplanmıştır. Her bir test sonrasında kurutma performansının değerlendirmesi, EN50242 standartına uygun ölçüm yöntemiyle gerçekleştirilmiştir. Kurutma performansına ek olarak, pleksi mobilya yüzeyleri kontrol edilerek varsa yoğuşan su miktarı ölçümü yapılmıştır. Referans koşul olarak, kullanılan bulaşık makinesinin orijinal hızlı programı test edilmiştir. Birinci deney seti altında bu çalışmada önerilen hızlı kurutma yönteminin faydasını kanıtlamak için tasarlanan 6 koşul test edilmiştir. İkinci deney seti altında ise toplam 19 koşulda, kurutma sistemi performansına etkiyecek girdi parametrelerinin etkisini incelemek için testler yapılmıştır. İkinci deney seti altında 70, 65, 60 ve 55 °C olmak üzere farklı SCD sıcaklıklarının, 4, 3,5 ve 3 l olmak üzere farklı 'kurutmada hazneye alınan su' miktarının ve 6, 7, 8, 10, 15 olmak üzere beş farklı hava sirkülasyonu debisi miktarının etkisi test edilmiştir. Ayrıca, yukarıdaki koşullarda kapı açma sıcaklığı kuralı olarak, kabin iç havasının 42°C sıcaklığa düşmesi gerektiği kuralına uyulsa da deney setinin devamındaki koşullarda farklı kapı açma kurallarının etkisi de test edilmiştir. Her koşulda en az 3 tekrarlı olacak şekilde testler yürütülmüştür. Referans program sıcaklıklarında, referans program toplam enerji tüketimini ve toplam süresini koruyacak şekilde yeni kurutma yönteminin uygulanmasıyla gerçekleştirilen birinci deney setinin son koşulunda yapılan testlere göre, referans programa görece olarak kurutma performansında %20 oranında bir artış sağlanarak kurutma performansı 92 puan seviyelerine yükseltilmiştir. Yönteme etkiyen parametreleri incelemek amacıyla, tasarlanan KRT adımı koşullarında, deneyler gerçekleştirilerek toplamda 64 kadar test sonucu detaylı incelenerek değerlendirilmiştir. Ayrıca bu veri seti ANOVA ve Regresyon istatiksel analizlerine tabi tutulmuştur. Kurutma süresini kayda değer miktarda kısaltırken, enerji tüketiminin olabildiğince düşük ve kurutma performansının olabildiğince yüksek olmasını sağlayacak bir koşul önerilmiştir. Önerilen koşul ile referans koşula görece olarak su tüketiminde 4 litrelik bir artışa karşın toplam enerji tüketiminden %23 ve toplam süreden %30 oranında kazanç sağlanırken kurutma performansında %9 oranında bir yükselme elde edilmiştir. Toplam program süresi 67 dk'dan 47 dk seviyesine indirilmiştir. Ek olarak, çalışma kapsamında önerilen kurutma yöntemi hızlı program özelinde toplam su tüketimini arttırsa da KRT adımında sisteme alınan bu suyun tahliye edilmeyip, bir sonraki temizleme çevriminde kullanılmak üzere depolanabilmesi değerlendirilmektedir.