Kapalı sistem yıkama işleminde mekanik etkinin teorik ve deneysel olarak incelenmesi

Abstract

Ev tipi ve endüstriyel tip yıkama cihazlarında, yıkama işlemi, prosesin kalitesi ve müşteri memnuniyeti açısından büyük önem taşımaktadır. Bunun yanı sıra, yıkama performansı, enerji tüketimi, su tüketimi ve ses gücü düzeyi değeri gibi proses kalitesini belirleyen diğer parametrelerle de doğrudan ilişkilidir. Bu doktora tez çalışmasında, ev tipi bir yıkayıcıda, yıkama performansına etki eden parametreler deneysel olarak; bu parametrelerden mekanik etkiyi oluşturanlar deneysel, teorik ve nümerik olarak incelenmiştir. Tez çalışması yedi ana bölümden oluşmaktadır. Birinci bölümde çalışmaya başlama nedenleri ve ulaşılmak istenen sonuçlar genel olarak açıklanarak giriş yapılmıştır. İkinci bölümde yıkama işleminde etkili olan parametreler, bu proseste yer alan faktörler ve kir çıkarma mekanizması paylaşılmıştır. Ardından, çalışmada referans alınan şartların daha iyi anlaşılabilmesi için ev tipi bir yıkayıcı tanıtılmıştır. Bu bölümde son olarak, deney tasarımı mekanizması ve deneysel çalışmalarda kullanılan araçların çalışma mekanizmaları anlatılmıştır. Üçüncü bölümde, konu ile ilgili önceki araştırmacıların yayınları verilmiştir. Bu yayınların tez konusu ile ilgili kısımları vurgulanmış, tez çalışmasının bu yayınlardan farkı belirtilmiştir. Literatür çalışması temel olarak, kirli bir yüzeyin temizlenmesini içeren kir yüzey etkileşimi ve jetleme ile kir çıkarma işlemini içeren su jeti ile kir çıkarma konu başlıklarından oluşmaktadır. Literatür araştırmasının ardından konu ile ilgili ticari patentlere ve patent başvurularına da yer verilmiştir. Dördüncü bölümde Arçelik AŞ laboratuvar altyapısı kullanılarak gerçekleştirilen deneysel çalışmalar anlatılmıştır. Su jetinin oluşturduğu kuvvetin ve su jetinin yıkama performansının incelendiği test düzeneğinin kurulum aşamaları verilmiştir. Test düzeneğinde kullanılan komponentlerin özellikler verilmiş ve seçim amaçları anlatılmıştır. Ardından, ilk kez kurulan bir test düzeneği olması sebebiyle gerçekleştirilen ölçüm belirsizliği analizi çalışmaları anlatılmıştır. Ölçüm belirsizliği analizleri sonrası, yıkama işleminde mekanik etkiyi oluşturan su debisi, nozül kesit alanı, çarpma açısı ve jetleme mesafesi gibi parametrelerin, kuvvet üzerindeki etkileri deneysel olarak incelenmiş ve ortaya konulmuştur. Bu çalışmada kuvvet üzerinde baskın parametreler su debisi ve nozül kesit alanı olarak belirlenmiştir. Kuvvet üzerine etki eden parametrelerin belirlenmesinin ardından, kir çıkarma işlemine etki eden parametreler için yeni bir deney tasarımı yapılmıştır. Su debisi, nozül kesit alanı, çarpma açısı gibi mekanik parametrelere ek olarak, deterjan konsantrasyonu, su sıcaklığı ve süre gibi parametreler de deney grubuna eklenmiştir. Kir çıkarma testleri standart bir kir plakası üzerinde yapılmıştır. Kir çıkarma oranının belirlenmesi için imaj görselleme çalışması yapılmıştır. Böylece, değişen her bir deney şartı için imaj görselleme yapılarak, kirin ne kadarının çıktığı belirlenmiş, kir çıkarma işlemine etki eden parametrelerin etki oranları ortaya konmuştur. Kir çıkarma üzerinde etkin parametreler sırasıyla su sıcaklığı, deterjan konsantrasyonu ve su debisi olarak belirlenmiştir. Kir çıkarma işleminin modellenmesinin ardından Matlab tabanlı bir program yazılmıştır. Deneysel çalışmaların ardından, kir çıkarma ve kuvvet etkinliğinin titreşim ve Reynolds ifadesi ile ilişkisi incelenmiştir. Son olarak da, yüzey inceleme çalışmaları yapılarak, adezif kuvvetlerin yanı sıra, kohezif kuvvetlerin varlığı da gösterilmiştir. Beşinci bölümde, su jetinin oluşturduğu yüzeye etkiyen kuvvet hesaplanmıştır. Yüzeye etkiyen kuvvetin açı ile değişimi gösterilmiş ve açısal bağımlılık faktörü tanımlanmıştır. Altıncı bölümde hesaplamalı akışkanlar dinamiği paket programı (Fluent 16) kullanılarak deneysel çalışmalarda incelenen bazı şartlar için kuvvet hesaplamaları yapılmış ve deneysel sonuçlarla kıyaslanmıştır. Yedinci bölümde sonuçlar değerlendirilerek öneriler sunulmuştur.