Bulaşık Makinası Enerji Tüketimi – Yıkama Performansı İlişkisinin İncelenmesi

Abstract

Günümüzde küresel ısınmanın etkileri ve doğal kaynakların kısıtlı hale gelmesi ile birlikte endüstriyel uygulamalar ve akademik araştırmaların çoğunda olduğu gibi bulaşık makinalarına yönelik yapılan çalışmalar da enerjinin verimli kullanımına yoğunlaşmıştır. Yıkama performansını olumsuz yönde etkilemeden enerji ve su tüketimini azaltmaya odaklanan bu çalışmaların bir sonucu olarak, yıkama ve kurutma performansı ile enerji tüketiminin standart bir yöntem ile değerlendirilmesi gereksinimi oluşmuştur. Bu amaç doğrultusunda geliştirilen EN 50242 “Evsel Kullanım için Elektrikli Bulaşık Makinaları – Performans Ölçüm Metotları” (Electric dishwashers for household use – Methods for measuring the performance) standardı bütün üretici firmalar tarafından kullanılmaktadır. Bulaşık makinalarında enerji tüketimi ve yıkama performansının incelendiği bu tez çalışmasında ise; yıkama adımlarının enerji tüketimi üzerindeki etkisinin belirlenmesi ve temizleme performansı endeksi ile ilişkilendirilmesi amaçlanmıştır. Bulaşık yıkama prosesi, kullanım sonunda mutfak araçları üzerinde kalan kirlerin uzaklaştırılması amacıyla gerçekleştirilmekte olup, sıcaklığın, mekanik hareketin ve sulu deterjan çözeltisinin bir arada kullanımını temel almaktadır. Bu proseste yer alan etki ve mekanizmaların çok çeşitli olması nedeniyle genel bir yıkama modellemesi yapılamamaktadır. Buna rağmen, elde yıkama ve otomatik yıkamanın tüketim değerleri ve yıkama etkenliklerinin karşılaştırılmasına yönelik pek çok çalışma bulunmaktadır. Bu çalışmalar aynı zamanda elde ve makinada yıkamanın çevresel etkilerinin karşılaştırılabilmesi nedeniyle önem taşımaktadır. Ancak bu çalışmalarda elde yıkamanın tüketim değerleri ve yıkama etkinliği arasında doğrudan bir ilişki kurulamamış ve buna bağlı olarak elde yıkamaya ait bir modelleme yapılamamıştır. Bu tez çalışması kapsamında gerçekleştirilen elde yıkama testlerinde de benzer sonuçlar elde edilmiş, enerji – su tüketimi, deterjan kullanımı ve yıkama sürelerinden tamamen bağımsız olarak farklı yıkama performanslarına ulaşılmıştır. Otomatik bulaşık makinalarında ise; kapalı bir sistem içinde yüksek sıcaklık, mekanik etki ve deterjanın bir arada kullanımı ile bulaşık yükü üzerindeki kir, bol su ile uzaklaştırılmakta, durulama ve kurutma ile de kullanıma hazır hale getirilmektedir. Yıkama ile durulama adımlarında şebekeden gelen soğuk su makinaya alınmakta ve yıkama adımına bağlı olarak belli bir sıcaklığa kadar ısıtılmaktadır. Bulaşık makinalarına yönelik yapılan çalışmalar genellikle yıkama sıcaklığı, ısıtma süresi, su tüketimi değerlerinin yıkamayı olumsuz yönde etkilemeyecek şekilde optimize edilmesini konu almaktadır. Tez çalışması kapsamında ise, bulaşık makinasının yıkama adımlarının enerji tüketimi üzerindeki etkisinin belirlenmesi amaçlanmış ve bu amaçla makinanın farklı bölgelerine yerleştirilen 18 adet termoeleman ile sıcaklık ölçümleri yapılmıştır. Soğuk yıkama, ısıtma ve sıcak yıkama adımları için yapılan sıcaklık ölçümleri ve geliştirilen enerji dengesi denklemlerinden faydalanılarak bulaşık üzerindeki kirin uzaklaştırılması için makina tarafından kullanılan net enerji ifadesi geliştirilmiştir. Tez çalışmasının bir diğer aşaması olan yıkama endeksinin modellenmesi çalışmasında ise; ısıl analizleri yapılan yıkama adımlarının süreleri ve yıkama suyunun maksimum sıcaklığı faktör olarak kabul edilmiş ve tam faktöriyel deney tasarımı metotları kullanılarak bir model oluşturulmaya çalışılmıştır. İstatiksel analiz programı Minitab 15’te gerçekleştirilen analiz sonunda, bu faktörlerin ana etkileri ve etkileşimlerini içeren bir model kurulmuştur. Kurulan model, soğuk ve sıcak yıkama süreleri ile maksimum su sıcaklığının yıkama endeksi üzerinde etkisini yaklaşık % 94 oranında açıklamaktadır. Bu modele göre yıkama suyu sıcaklığı ve sıcak yıkama süresinin ana etkileri ile yıkama suyu sıcaklığı - soğuk yıkama süresi etkileşimi ve yıkama suyu sıcaklığı - sıcak yıkama süresi etkileşimleri yıkama endeksi üzerinde etkili olmaktadır. Bulaşık makinalarında enerji tüketimi – yıkama endeksi konularını kapsayan bu tez çalışması, güç değerleri sabit su sirkülasyon pompası ve elektrikli ısıtıcı ile gerçekleştirilmiş olup oluşturulan enerji ifadesi ve yıkama endeksi modelinin geliştirilmesi için pompa ve ısıtıcının farklı güç düzeylerinin incelenmesinin faydalı olacağı düşünülmektedir.

In the last decades, due to the global warming and limited natural resources, researches on the efficient use of energy arised in most of industrial applications and academical studies. Response of wet household appliances to energy topic is to reduce both energy and water consumption, in the meantime to improve cleaning performance. Such studies resulted in need of an evaluating energy consumption and cleaning performance in accordance with a standard test method. For the dishwashers; EN 50242 “Electric dishwashers for household use – Methods for measuring the performance” was developed and now is being used by manufacturers all over the world. Scope of this thesis; focusing on energy consumption and cleaning performance, is to determine the effects of washing cycles on total energy consumption and to develope a correlation between washing cycles and cleaning performance. Dishwashing is defined as removal of remaining soils on kitchen utensils and crockery utilizing effects of temperature, aquatic detergent solution and mechanics. Since lots of mechanismcs and factors take place in washing process, it is not possible to establish a general model for washing. Even then, there are lots of researches on comparison of hand-washing and automatic dishwashers in aspects of consumption proporties, cleaning performances and environmental effects. These studies didn’t succeed in modelling behaviour of hand-washing and developing a correlation between consumption and performance. Hand-washing experiments performed in this thesis also have similar results; where different levels of cleaning performances were obtained independent of water-energy consumption, detergent used or washing period. In automatic dishwashers; high temperature, mechanical effects and detergent are used together in order to remove soil from surfaces of crockery and become ready for use after rinsing and drying cycles. Fresh cold tap water entering washing machine is heated up to a pre-determined temperature in warm washing and drying cycles. Researches on dishwashers’s energy are usually focused on optimization of washing temperature, heating period, water consumption without decreasing the performance. In this thesis, for the determination effects of washing cycles on energy consumption, temperature values were measured by 18 thermocouples placed in different parts of the dishwasher. Temperature distribution over the dishwasher and energy balance equation were utilized and finally an expression for effective energy used by machine in order to remove soil from crockery. Another subject of thesis is to create a model for cleaning index using tools of full factorial experiment design methods in Minitab 15 software. Periods of washing cycles and maximum temperature of washing were selected as factors and in the model it is experiments were performed due to Minitab 15 analyses. Developed model is capable of interpreting % 94 of cleaning performance dependent of washing temperature, warm washing period, temperature-cold washing period interaction and temperature-warm washing period interaction. As a result of this thesis, models for energy consumed during washing and cleaning index were proposed which will enable prediction of energy consumption and cleaning index of any dishwashing program according to washing parameters. For the future studies, it is advised to study energy consumption of washing in conditions of variable power specifications for circulation pump and flow-through heater.