Ev tipi kurutma makinelerinde tambur içi hava akışının optimizasyonu
Optimization of in-tumble air flow in domestic tumble dryers
Yazar: VEYSEL AHMET ÖZDEMİR
Danışman: PROF. DR. ŞEVKET ÖZGÜR ATAYILMAZ
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Isı Proses Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Son dönemlerde şehirleşmenin artması, yaşam alanlarının daralması ve insanların çamaşırlarını kurutma sürelerinin azalmasının istemesi gibi faktörler nedeniyle evlerde çamaşır kurutma makinelerinin kullanımı hızla artmaktadır. Ancak, bu makinelerin yüksek enerji tüketimi, özellikle kalabalık aileler gibi büyük miktarda çamaşırı kısa sürede kurutmak isteyenler için önemli bir sorun olmaktadır. Bu nedenle, düşük maliyetli ve enerji tüketimi düşük olan ısı pompalı kurutma makineleri geliştirmek amacıyla beyaz eşya üreticileri ve araştırmacılar çalışmalar yürütmektedir. Bu çalışmada, çamaşır kurutma makinelerinin performansını etkileyen bir faktör olan tambur içindeki hava akışı ayrıntılı bir şekilde incelenmiştir. Farklı kapasitelerde çamaşır, farklı hava akış debileri ve yeni bir tambur kanadı tasarımı ile farklı sayılarda kullanılarak deneysel çalışmalar gerçekleştirilmiştir. Kurutma süresi, enerji tüketimi, kondenzasyon verimi, tekstil hasarlanması ve nem alma verimi gibi performans ölçütleri açısından bu parametreler değerlendirilmiştir. Elde edilen sonuçlar, hava akış debisinin artışının çamaşırdan çıkan hav miktarını artırdığını göstermiştir. Aksi şekilde, kanat sayısının artırılmasının çamaşırdan çıkan hav miktarını azalttığı belirlenmiştir. Bunun yanı sıra, hava akış debisinin kurutma süresini azalttığı, kanat sayısının artırılmasının ise kurutma süresini uzattığı görülmüştür. En iyi enerji tüketimi için tüm parametrelerin göz önüne alınması gerektiği ve bu şekilde optimum noktanın belirlenmesinin önemli olduğu ortaya çıkmıştır. Yapılan deneysel çalışmalarda, en az enerji tüketimi bir adet kanat ve 3100 d/dk fan devrinde olduğu görüldü. Ek olarak nem alma verimini incelemek amacıyla detaylı olarak nem alma oranı (MER) ve özgül nem alma oranı (SMER) açısından değerlendirilmiştir. Fan devri gibi etkinin düşük olduğu bazı parametrelerde, kanat eklendiği durumlarda homojen kurutma ile birlikte parametrelerin etkisinin arttığı görülmüştür. Tüm parametreler belirsizlik analizi ile birlikte incelenerek değerlendirilmiştir. Ayrıca, istatistiksel analiz yöntemleri kullanılarak parametrelere bağlı olarak MER ve SMER için bağıntılar oluşturulmuş olup, güvenilirliği değerlendirilmiştir.
Bu çalışmanın sonuçları, tambur içindeki hava akışının performans üzerindeki etkilerini anlamak açısından önemlidir. Ayrıca, daha yüksek performans ve daha az enerji tüketimi elde etmek için tambur kanatları ve hava akış debisi gibi parametrelerin dikkatli bir şekilde tasarlanması gerektiğini göstermektedir.

Abstract:
In recent years, the use of laundry drying machines in households has been rapidly increasing due to factors such as urbanization, limited living spaces, and the desire of individuals to reduce laundry drying times. However, the high energy consumption of these machines poses a significant challenge, especially for large families who need to dry large quantities of laundry quickly. As a result, manufacturers and researchers are conducting studies to develop low-cost and energy-efficient heat pump drying machines. This study focuses on the detailed investigation of the airflow within the drum, which is a crucial factor affecting the performance of laundry drying machines. Experimental studies were conducted using different laundry capacities, airflow rates, and a new drum lifter design with varying numbers of lifters. Performance criteria such as drying time, energy consumption, condensation efficiency, textile damage, and moisture removal efficiency were evaluated based on these parameters. The results indicate that increasing the airflow rate enhances the amount of lint extracted from the laundry. Conversely, increasing the number of lifters reduces the amount of lint extracted. Furthermore, it was observed that increasing the airflow rate reduces the drying time, while increasing the number of lifters prolongs the drying process. It is important to consider all parameters to achieve optimal energy consumption, and thus determining the optimum point is crucial. The experimental studies revealed that the minimum energy consumption was achieved with one fin at a fan speed of 3100 rpm. Additionally, moisture extraction rate (MER) and specific moisture extraction rate (SMER) were extensively evaluated to examine the moisture removal capability. In certain parameters where the fan speed had a minimal effect, the addition of lifters demonstrated an increased impact on achieving homogeneous drying. Furthermore, a comprehensive analysis of the parameters was conducted using uncertainty analysis. Statistical analysis methods were utilized to establish relationships between the parameters and MER/SMER, and their reliability was assessed.
The findings of this study are important for understanding the effects of airflow within the drum on the performance of laundry drying machines. It also emphasizes the need for careful design of drum lifters and airflow rates to achieve higher performance and lower energy consumption.