Önden yüklemeli çamaşır makinası için farklı leke gruplarının temizlenmesini sağlayacak bir yıkama algoritmasının oluşturulması
Development of a washing algorithm that provide removal of different group stains for front loading washing machine
Yazar: BETÜL ÖZYAY
Danışman: PROF. DR. HASAN CAN OKUTAN
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2016
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Tez çalışması kapsamında, belirlenen yıkama parametrelerinin farklı özelliklerdeki lekelerin temizlenmesi üzerindeki etkisi bir deney tasarımı gerçekleştirilerek incelenmiştir. Bu kapsamda yapılan çalışmada ana yıkama süresinin ve ana yıkama su miktarının değişimi ile suda bastırma adımında ısıtma işleminin olması ya da olmaması durumunun, lekelerin temizlenme oranlarına etkileri analiz edilmiştir. Elde edilen analiz sonuçlarına göre, lekelerin genelini kapsayan optimum bir yıkama performansı sağlayacak leke programı algoritması geliştirilmiştir. Bu programın geliştirilmesi esnasında piyasada kısa süreli leke programına sahip bir çamaşır makinası referans alınarak, bu referans üründen daha kısa sürede aynı veya daha iyi seviyede temizleme performansına sahip bir leke programı geliştirilmiştir.
Tarih boyunca insanlar kişisel temizliklerinin yanı sıra kullandıkları giysi ve eşyaların temizliğine de önem vermiştir. Sağlıklı bir yaşamın en önemli gereksinimlerinden biri olan çamaşır temizliği için eski çağlardan günümüze kadar farklı yöntemler geliştirilmiş ve kullanılmıştır. Eski çağlarda insan gücü ve doğada hazır bulunan soda, üre gibi yardımcı maddeler kullanılarak gerçekleştirilen yıkama işlemi, gelişen teknoloji ile birlikte günümüzde büyük bir çoğunlukla otomatik olarak ve modern deterjanlar ile yapılmaktadır.
Çamaşır makinası temel olarak içerisinde yıkama işleminin gerçekleştiği tambur ve kazan, tambur dönüşünü sağlayan motor, su alma işlemini sağlayan vana ve hortum bağlantıları ile diğer birçok komponenti kapsayan elektrikli bir cihazdır. Çamaşır makinasının asıl görevi, su ve deterjan yardımı ile yıkama işlemini gerçekleştirmektir.
Yıkama işlemi, tekstil yüzeyi üzerinde bulunan kir ve leke gibi yabancı maddelerin su, deterjan ve mekanik etki yardımı ile tekstil yüzeyinden uzaklaştırılması olarak ifade edilebilir. Yıkama işlemi temel olarak su alma, ana yıkama, durulama ve sıkma adımlarını içermektedir. Yıkama işlemi Dr. Sinner'ın oluşturduğu Sinner modeline göre dört ana parametreden etkilenmektedir (Stamminger, 2014). Bu parametreler kimyasal etki, sıcaklık, süre ve mekanik etkidir. Daha sonra Prof. Dr. Rainer
Stamminger tarafından bu modele beşinci parametre olarak su eklenmiştir (Stamminger, 2014).
Kimyasal etki, deterjan miktarı ve bileşenleri tarafından sağlanmaktadır. Özellikle deterjan bileşiminde yer alan yüzey aktif madde, ağartıcı ve enzimler leke uzaklaştırma mekanizmasında etkin rol oynamaktadır.
Sıcaklık etkisi, çamaşır makinasında bulunan ısıtıcı sayesinde, tambur içerisindeki suyun istenilen sıcaklık değerine ulaşıncaya kadar ısıtılması ile sağlanmaktadır. Sıcaklık yardımı ile tekstil yüzeyindeki bazı lekeler yumuşatılmakta ve bazı deterjan bileşenleri aktif hale getirilmektedir.
Yıkama süresi, çamaşırın maruz kaldığı yıkama işleminin uzunluğunu temsil etmektedir. Bu nedenle yıkama süresinin arttırılması, genel olarak yıkama performansını arttırmaktadır.
Mekanik etki, motor tarafından döndürülen tamburun hareketi ile sağlanmaktadır. Tamburun içerisindeki kanatlar yardımı ile tambur dönüşü sırasında çamaşır yukarı kaldırılıp serbest şekilde düşürülerek, çamaşıra çitileme etkisi uygulanmaktadır.
Su, yıkama işleminde deterjanın çözünmesi, çözünen deterjanın çamaşıra ve kire taşınması, tekstil yüzeyinden sökülen kirin askıda tutulması ve uzaklaştırılmasında etkili olan parametredir. Su miktarının yanı sıra, suyun fizikokimyasal özellikleri de yıkama performansını etkilemektedir.
Yıkama işlemini gerektiren en önemli etken, çamaşır üzerinde oluşan kir ve lekelerdir. Bu iki etken birbirine benzemesine rağmen, farklı tanımlar ile ifade edilmektedir. Kir, genel çamaşır yüzeyinde oluşan istenmeyen maddelerdir. Leke ise, çamaşırın belirli bir bölgesinde yoğunlaşmış halde bulunan nokta, benek, toz veya kirdir.
Tekstil yüzeyinden leke uzaklaştırma mekanizması temel olarak üç aşamada gerçekleşmektedir. İlk aşamada, deterjan çözeltisi tekstil yüzeyine difüze olmaktadır. İkinci aşamada, tekstil yüzeyine difüze olan sulu deterjan çözeltisi, yüzey aktif maddeler yardımı ile tekstil üzerindeki lekeyi misel oluşum mekanizması ile uzaklaştırmaktadır. Son aşamada ise, yüzeyden uzaklaştırılan lekeler, deterjan çözeltisi içerisinde askıda tutulmakta ve lekelerin tekrar tekstil yüzeyine yapışması
önlenmektedir.
Lekeler oluşum kaynaklarına, bileşimlerine veya duyarlı oldukları parametrelere bağlı olarak birçok şekilde sınıflandırılmaktadır. Bu çalışma kapsamında, lekeler deterjan içeriğine, mekanik etkiye ve sıcaklığa duyarlılıklarına göre sınıflandırılmıştır.
Daha önce yapılan literatür çalışmaları incelendiğinde, yıkama parametrelerinin lekelerin temizlenme performansı üzerindeki etkilerinin araştırıldığı görülmüştür.
Tez çalışması kapsamında ise, referans alınan ürünün leke programından daha kısa sürede, belirlenen yıkama parametrelerinin tüketicinin günlük hayatta sıklıkla karşılaştığı farklı özellikteki lekelerin temizlenme oranlarına olan etkisi araştırılarak her bir leke için bir yıkama modeli oluşturulmuştur. Oluşturulan modeller göz önünde bulundurularak lekelerin genelini kapsayacak şekilde ortak bir yıkama profili geliştirilmiş ve çamaşır makinası leke programı algoritması oluşturulmuştur. Tez çalışması kapsamında, ana yıkama süre değişimi için iki seviye ve bir orta nokta; ana yıkama su miktarı için de iki seviye ve bir nokta; suda bastırma adımında ısıtma
işleminin olması ve olmaması koşulları göz önünde bulundurularak toplam 30 adet test içeren bir deney tasarımı oluşturulmuştur. Gerçekleştirilen deney tasarımı testleri sonucunda farklı temizlenme mekanizmalarına sahip lekeli kumaşların temizlenme oranları belirlenmiştir.
Test verileri Minitab programında DOE modülü ile analiz edilmiş, her bir leke için yıkama modeli oluşturularak yorumlanmıştır. Bu doğrultuda, çay, kahve, meyve suyu, kırmızı şarap ve reçel lekeleri için ana yıkama süresi değişimi 15,0, ana yıkama su miktarı 14,0 ve suda bastırma adımında ısıtma işleminin olduğu durumun en iyi temizlenme oranı değerini verdiği gözlenmiştir. Çikolata, puding, kömür ve köri lekeleri için en iyi temizlenme oranları ana yıkama süresi değişimi 15,0, ana yıkama
su miktarı 20,0 ve suda bastırma adımında ısıtma işleminin olduğu durumda  sağlanmıştır. Kan, yumurta ve ketçap lekeleri için ana yıkama süre değişiminin 15 olduğu durum, bu lekeler için ortak şekilde pozitif etki göstermiştir. Yumurta ve ketçap lekelerinin analizi sonucu elde edilen modelde suda bastırma adımında ısıtma işlemi etkisiz bulunmuşken; kan lekesi için suda bastırma adımında ısıtma işleminin yapılması olumsuz etki yaratmıştır. Lekeler için oluşturulan ortak profil için, ana
yıkama süre değişimi 15,0, ana yıkama su miktarı 20,0 ve suda bastırma adımında ısıtma işleminin yapıldığı durum olarak belirlenmiştir.

Abstract:
In this thesis, the effects of determined washing parameters on removal rate of different stain types were investigated by doing design of experiment. Within this scope, the effects of change in main wash time, main wash water amount and heating condition during steeping step on stain removal efficiency were analyzed. According to the results obtained, a stain program algorithm, which would supply an optimum washing performance for the selected stains generally, was developed. During the
studies of this thesis, a washing machine from the market that includes a short stain program was selected as a reference machine in order to develop a program that has the same or better level of washing performance in a shorter time.
Throughout history, it was very important to supply cleanliness for both body and environment including clothes and things. There are many methods developed and used since old ages to nowadays for cleaning clothes, which is one of the most significant necessities for a healthy human life. Although washing process was realized by using human power and naturally occurring substances as baking soda and urea in old ages, nowadays are being done mostly with automatic washing machines and modern detergents by the help of developed technology.
Washing machine is an electrical device which comprises a drum and tub in which washing process is realized, a motor that drives the rotation of drum, the valves and hoses which supply water intake and transfer through the tub and other auxillary components. The main function of the washing machine is cleaning by the help of water and detergent.
Washing process can be defined as removal of soil and stains from textile surfaces by the help of water, detergent and mechanical effects. Washing process is comprised of mainly four steps such as water intake, main wash, rinsing and spinning steps. This process can be affected by four main parameters that were described in circle of Dr.Sinner (Stamminger, 2014). These parameters are chemical action, temperature, time and mechanical action. Water was added to the Sinner circle as a fifth parameter by Prof. Dr. Rainer Stamminger (Stamminger, 2014).
Chemical action is provided by amount and components of detergent. Especially surfactants, bleachers and enzymes in the detergent play an effective role in the soil removal mechanism.
Temperature effect is provided by heating the water in the drum up to the desired temperature level. Temperature makes some components of detergent more active and softens the dirt material in the textile surfaces.
Washing time represents the length of washing process. Therefore, longer washing time increases washing performance.
Mechanical action is obtained by motion of drum that is rotated by motor. The textile is raised by the help of paddles placed in the drum and dropped as free fall during the motion of the drum. This movement supplies rubbing effect to the textile.
Water is washing parameter that provides dissolving of detergent, diffusion of dissolved detergent solution through laundry surface and dirt material, keeping removed dirt materials suspended in the detergent solution to prevent redeposition on laundry. Besides water amount, physiochemical properties of water also affect washing performance.
The main reason that requires washing process is the formation of soil and stains on textiles. Although dirt and stain sounds familiar, technically they have different definitions. Soil is defined as unwanted materials accumulated on all over the surface of laundry, whereas stain is defined as spot, dust and dirt concentrated on certain area of textile surfaces.
The removal mechanism of stain from textiles is occured in three steps. In the first step, detergent solution diffuses to the surface of textile. In the second step, the stain is removed by micelle formation mechanism provided by surfactant of detergents. In the last step, stain and dirt materials removed from surface of textiles are kept suspended in the detergent solution and prevented to be accumulated again.
The stains are classified in a couple of groups according to their origin of formation, composition and sensitivity to parameters. In this thesis, stains are grouped according to their sensitivity to detergent composition, mechanical action and temperature.
As the previous studies in literature were investigated, it was realized that studies were mainly focused on effect of washing parameters on stain removal performance. In this scope of this thesis, a washing model is proposed for each type of stain by investigating the effects of washing machine parameters on stain removal performance in a shorter time than a washing machine selected as a reference from the market. These stains were chosen in regards to the fact that customers face
usually in daily life. Regarding resultant washing models for each stain, an optimum washing profile that would cover stains generally was developed and as a final, a stain washing program algorithm for a washing machine was finalized.
In the scope of this thesis, main wash time change, main wash water amount and heating operation in steeping step were chosen as test parameters. Two different levels and one center point were determined for both main wash time change and main wash water amount. Taking into consideration all of these parameters, a design of experiment which including totally 30 tests was created. In consequence of the performed tests, stain removal rates were determined of stains that have different stain removal mechanisms.
The data obtained as a result of the test were analyzed by DOE modul of Minitab statistics program. By the help of this program, the washing model was developed and discussed for each stain.
According to Minitab analysis of test results;
 For tea, coffee, fruit juice, red wine and jam stains, the best score of stain
removal rate was obtained under these parameters:
 Main wash time change is 15,0, 
 Main wash water amount is 14,0,
 Heating operation exists in the steeping step.
 For chocolate, pudding, coal and curry stains, the best score of stain removal rate was obtained under these parameters:
 Main wash time change is 15,0,
 Main wash water amount is 20,0,
 Heating operation exists in the steeping step.
 When the main wash time change is 15,0, the best score of stain removal rate
is obtained for blood, egg and ketchup stains.
 The heating operation in steeping step was as an ineffective parameter in the
washing model of egg and ketchup stains; whereas it is an effective parameter
in the washing model of bloodstain.
 The parameters of developed optimum algorithm that covers for stains
generally were determined as below:
 Main wash time change is 15,0,
 Main wash water amount is 20,0,
 Heating operation exists in the steeping step.
 Main wash time change is an effective parameter for all types stains.