Çamaşır makinelerinde durulama performansı ölçüm metodu oluşturma yöntemleri
Study on investigation of advanced measurement methods for rinsing performance of domestic washing machines
Yazar: MERVE GÜRSES
Danışman: PROF. DR. MELEK TÜTER
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2014
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Günümüzde gelişen teknoloji ve artan dünya nüfusuna bağlı alarak enerji ve su gibi doğal kaynakların tüketimi hızla artmaktadır. Bu hızlı tüketime karşılık doğal kaynakların korunması, tüketimin azaltılması ve/veya kontrollü şekilde sağlanması, geri dönüştürülebilir sistemlerin oluşturulması ve sürdürülebilirliğin sağlanmasına yönelik çalışmalar önem kazanmaktadır. Bahsi geçen doğal kaynakların müşteri tarafından doğrudan tüketildiği beyaz eşya ürünü çamaşır makineleri için enerji, ses ve su tüketim seviyelerinin azaltılmasına yönelik Ar-Ge çalışmaları son günlerde sıklıkla gündeme gelmektedir. Beyaz eşya üreticileri, sürdürülebilirlik yaklaşımını koruyarak müşteri memnuniyetinin sağlanabilmesi amacıyla yüksek yıkama ve durulama performansı gösteren ancak düşük enerji ve su tüketimine sahip çamaşır makineleri geliştirmeyi hedeflemektedir. Ev tipi çamaşır makinelerinde yıllık su tüketiminin yaklaşık %60'lık kısmını yıkama çevriminin durulama adımı oluşturmaktadır. Ana yıkama ve durulama adımlarını da kapsayan yıkama çevrimi sonunda yıkama işlemi gerçekleştirilen tekstil üzerinde kalan deterjan miktarının belirlenmesine yönelik farklı kıtalar tarafından kullanılan farklı standart metotlar bulunmaktadır. Bu metotlar; Avrupa için alkalinite ölçümüne dayalı EN 60456 "Clothes washing machines for householde use-Methods for measuring the performance",  Amerika için LAS madde miktarı tayinine dayalı ANSI/AHAM-HLW-1 "Performance Evaluation Procedures For  Household Clothes Washers" ve Avustralya için PBIS madde miktarı tayinine dayalı AS/NZS 2040.1 Performance of household electrical appliances –Clothes washing machines" standartlarında tarifli olan durulama performansı ölçüm metotlarıdır. Bu metotlara göre gerçekleştirilen durulama performansı ölçüm analizlerinin ise ölçüm yeterliliği açısından yetersiz kaldığı bilinmektedir. Bu tez çalışmasında, gerek düşük su tüketimi sağlayan çevre dostu ürünler ile doğaya katkıda bulunan gerekse yüksek yıkama ve durulama performansı sağlayarak müşteri memnuniyetini artıran yıkayıcı ürünlerin geliştirilmesinin sağlanması amacıyla tekrar edilebilirliği ve yeniden üretilebilirliği mevcut ölçüm metotlarına göre daha yüksek bir durulama performansı ölçüm metodu oluşturma yöntemleri ve alternatif ölçüm parametreleri incelenmiştir.   
İncelenen ölçüm parametrelerinden biri olan alkalinite ölçümünde deterjan bileşenlerinden biri olan alkali maddelerin yıkama sonrası durulama suyu çözeltisi içerisindeki miktarının tayini esas alınmaktadır. Farklı durulama sayısına sahip programlarda; farklı deterjan tipleri ile gerçekleştirilen yıkama programları sonunda; tüm yükten ekstrakte edilen su, standarttan şeritten ekstrakte edilen sular ve tahliye sularında alkalinite ölçümleri gerçekleştirilmiştir.
İncelenen bir diğer ölçüm parametresi olan iletkenlik ölçümünde ise deterjan yapısında bulunan bileşenlerin suda çözünürken açığa çıkardıkları iyonların sulu çözeltiler üzerinden alınan iletkenlik ölçüm değeri ile belirlenmesi temel alınmaktadır. Gerçekleştirilen bu tez çalışmasında, farklı sayıdaki durulama sayısında sahip algoritmalar ile standart toz ve ticari toz deterjanlar için yıkama çevriminde kullanılan standart tekstil yükü  ve standart leke şeritlerinden ekstrakte edilen durulama suyu çözeltileri üzerinden iletkenlik ölçümleri yapılmıştır. 
Son zamanlarda ilaç ve gıda alanında madde tayinlerinde sıkılıkla kullanılan UV-Absorbans ölçümü ise deterjan yapısını oluşturan temel ham maddelerden yüzey aktif bileşen tayini amacıyla incelenen bir diğer ölçüm parametresi olarak esas alınmıştır. Bu çalışmada farklı durulama sayısına sahip programlarda; farklı deterjan tipleri ile gerçekleştirilen yıkama programları sonunda; tüm yükten ekstrakte edilen su, standarttan şeritten ekstrakte edilen sular ve tahliye sularında UV-Absorbans ölçümleri gerçekleştirilmiştir.
Durulama performansı ölçüm parametrelerinden alkalinite metoduna yönelik gerçekleştirilen deneysel çalışmalarda, farklı durulama sayılarına sahip programları ayırt etmede; yükten ve standart boş şeritlerinden ekstrakte edilen suların yetersiz kaldığı görülmüştür. Tahliye sularında yapılan ölçümlerde; ana yıkama, 1. ve 2. durulama sonunda alkali madde miktarındaki azalmayı gösterebildiği ancak saçınık sonuçlar elde edildiği gözlenmiştir. Alkalinite ölçüm yönteminin sıvı deterjanlar için tamamen uygulanamaz olduğu belirlenmiştir. Ayrıca alkalinite ölçümünün sadece deterjan kaynaklı karbonat bileşiklerinin seviyesi hakkında bilgi verdiği ancak direkt olarak deterjan miktarı ile ilgili bilgi vermediği sonucuna ulaşılmıştır.
 İletkenlik ölçümünün durulama performansı ölçümünde kullanılmasına yönelik gerçekleştirilen deneysel çalışmalarda, oluşturulan kalibrasyon eğrisinin kullanımı ile direkt olarak ölçülen örnekte bulunan deterjan miktarının hesaplanabildiği belirlenmiştir. Yıkama programı sonunda tüm yük üzerinden ekstrakte edilen sularda iletkenlik ölçümü ile; farklı durulama sayısına sahip programlar arasında farkın ölçülebildiği görülmüştür. Ancak; sıvı deterjanların yapısında bulunan bileşenlerin iletkenlik üzerinde etkisi olmaması nedeniyle bu ölçüm yöntemin sadece toz deterjanlar ile sınırlı olduğu belirlenmiştir.
UV-Absorbans ölçüm parametresinin durulama performansı ölçümünde kullanımının belirlenmesine yönelik gerçekleştirilen deneysel çalışmalarda; yük, leke şeridi ve tahliye sularında yapılan ölçümlerde; durulama sayılarına bağlı olarak deterjan miktarındaki azalmanın incelenebildiği görülmüştür. Testten önce farklı deterjan konsantrasyonlarında hazırlanan çözeltiler ile hazırlanan kalibrasyon eğrisinin kullanımı ile; örnekte bulunan deterjan miktarının direkt olarak hesaplanabildiği belirlenmiştir.
Yıkama sonunda tüm yük üzerinden ekstrakte edilen sular, leke şeritleri ve tahliye suları üzerinde gerçekleştirilen yüzey aktif madde, alkalinite ve iletkenlik ölçümleri sonucunda; bütün deterjan formlarının ortak bileşeni olan yüzey aktif madde analizinin en uygun ölçüm metodu olduğu sonucuna ulaşılmıştır.
Elde edilen sonuçlara göre, yüzey aktif madde kaynaklı UV-absorbans değişimi ölçümüne dayanan metodun; toz ve sıvı deterjanlar için ölçüm yeterliliği incelenmiş ve toplam Gage R&R değerinin % 5'in altında olduğu belirlenmiştir. Diğer taraftan, makineden bağımsız olarak gerçekleştirilen bu testlerde bile tekstil üzerinde bulunan deterjanın tamamının ekstraksiyonunun mümkün olmadığı ve buna bağlı olarak gerçek değerden sapmalar meydana geldiği belirlenmiştir.

Abstract:
Nowadays, natural sources of world like energy and water are getting decreased fast day by day according to increase of global population and usage of developing technology. Against to decreasing of natural sources, governments and global firms act carefully for controlling consumption of energy and water. These acts could be defined as decreasing and / or controlling of consumption, creating recoverable systems and set-ups for obtaining sustainability. According to these acts, studies on research and development are getting importance. On the side of household producers, development of washing machines which have specifications as more silent, less energy and water consumption, more effective washing and rinsing performance is the most important case to provide sustainability concept and customer satisfaction.
In addition, water consumption of domestic washing machines have ratio of 60 % that comes from rinsing step of total washing cycle. Generally, determination of amount of detergent in total washing cycle which include main wash cycle and rinsing cycles is based on some methods that are included by standards. These standards are; measurement of alkalinity based Europen Standard is named as EN 60456 "Clothes washing machines for householde use-Methods for measuring the performance",  measurement of LAS based American Standard is named ANSI/AHAM-HLW-1 "Performance Evaluation Procedures For  Household Clothes Washers" and measurement of PBIS material based Australian  Standard is named as AS/NZS 2040.1 Performance of household electrical appliances –Clothes washing machines". Analyses of rinsing performance tests are known incapable for ratio of capability for measuremet systems. In this study,  it is aimed to obtain new method for repeatable and reproducable measuremet of rinsing performances. 
According to study, one of the measuremet parameter is alkalinity measurement that is based on defining alkalinity of washing solutions which are obtained from standard textile load weight of 8 kg in washing cycle, standard soiled swatches in washing cycles and drained water at the 1-5. rinsing steps. All these test steps applied for different types of detergents at three times. Then, the mean of these measurements used for obtaining graph analyses.
The other measurement parameter is conductivity measurement of solutions that is based on defining conductive ions in washing solutions which are obtained from standard textile load weight of 8 kg in washing cycle, standard soiled swatches in washing cycles and drained water at the 1-5. rinsing steps as same as alkalinity measurements. All these steps applied for standard and commercial powder detergents at three times. After these steps, the means of measurement datas are used to get analysis in graph format.
One other measuremet parameter is measurement of UV-Absorbance which is recently used in food and drug industry to define materials in solutions. This measurement parameter is based on measure the amount of surfactant in detergent. Surfactant is the common component of all different kind of detergent types such as powder, compact powder, liquid, tablet etc. In this study, washing solutions which are obtained from standard textile load weight of 8 kg in washing cycle, extracted standard soiled swatches in washing cycles and drained water at the 1-5. rinsing steps are used to measure UV-Absorbance to determine the amount of LAS. All these test steps applied for different types of detergents at three times. Then, the mean of these measurements used for obtaining graph analyses.
The experiments which were investigated to measure alkalinity of washing solutions and drained waters of rinsing steps showed that the measurements of washing solutions which are obtained from standard textile load weight of 8 kg in washing cycle, extracted standard soiled swatches in washing cycles are not efficient to show the difference between different rinsing steps. The results of alkalinity measurement of drained water could show the difference between first and second rinsing steps. However, this alkalinity measurement could provide still variable results. On the other hand, alkalinity measurement is not suitable to define liquid detergents in the washing cycle. According to this study, alkalinity measurement is just usable for kind of detergents which are included carbonate components and this method could not define the amount of detergent in the washing solution.
Conductivity measurements are used to define rinsing performance in washing cycle. According to conductiviy measurement studies, amount of the detergent could be defined by using the conductivity calibration curve which is formed before. Besides, conductivity measurement could show the direct relation with amount of detergent. The experiments which were investigated to measure conductiviy of washing solutions and drained waters of rinsing steps showed that the measurements of washing solutions which are obtained from standard textile load weight of 8 kg in washing cycle, extracted standard soiled swatches in washing cycles are efficient to show the difference between different rinsing steps. However, it is determined this measurement parameter could not be effective for liquid detergents because of there would be any conductive components in liquid detergents.
The measurement parameter of UV-Absorbance value is used to determined the amount of LAS component in detergents. According to experimental studies, washing solutions and drained waters of rinsing steps showed that the measurements of washing solutions which are obtained from standard textile load weight of 8 kg in washing cycle, extracted standard soiled swatches in washing cycles are efficient to show the difference between different rinsing steps. This measurement datas could be analysed on the UV-Absorbance  / detergent concentration based calibration curve. Then, the amount of detergent for all kind of detergent types could be define by using this calibration curve directly.
In summary,  in the thesis which is interested in the ability of measurement of rinsing performance, three measurement parameters are investigated based on standards and literature. The main aim of this study to compare the present measurement methods and define a new method which has higher ratio of 30% for repeatibility and reproducibility for measurement system. UV-Absorbance measurements are showed that it is possible to obtain repeatable, reproducable and common method for all kind of detergent types. At the end of the study, Gage R&R analysis which is related with 6 Sigma approach is applied for UV-Absorbance measurement for powder and liquid detergents by two different operators. Hence, UV-Absorbance measurement method is the most effective method to determine the rinsing performance in domestic washing machines.