Kapalı sistem yıkama işleminde mekanik etkinin teorik ve deneysel olarak incelenmesi
Experimental and theoretical study of mechanical effect on 
closed loop cleaning cycle
Yazar: YUSUF KOÇ
Danışman: PROF. DR. HASAN ALPAY HEPERKAN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Isı Proses Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2016
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
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.

Abstract:
Cleaning process has great importance in terms of quality of process and customer satisfaction at home appliances and industrial appliances. Besides, cleaning performance is connected with energy consumption, water consumption and noise level. 
In this Ph.D. study, parameters that are effect to cleaning performance, investigated experimentally and mechanical parameters that are effect to cleaning performance, investigated experimentally and theoretically.
The thesis is composed of seven major parts. In the introduction section, the reasons for initiating this study, as well as the goal of the work are presented. In the second part, parameters and factors that are affected at cleaning process are shared. Then, a dishwasher is explained for understanding of reference conditions at this study. Also, design of experiment mechanism and some tools for evaluating experiment results are explained. The third part is literature survey on topic. Related subjects of these studies are highlighted and difference between these studies and this Ph.D. study is indicated. This literature survey has two subheads: soil removing thanks to water jet and soil and surface interaction. Also patents and patent applications are given at the end of third part of this study.
In fourth part of this study, experimental studies that are performed at Arçelik AŞ R&D Laboratories are given. Installation stages of experimental setup are explained. Components specifications of experimental setup are mentioned with selection reason of this component. Uncertanity analysis has been realized before experimental study. At first experimental study, some mechanical parameters (water flow rate, cross section of nozzle, angle of jetting and distance from nozzle to plate) that are affected to cleaning performance are investigated. Cross sections of nozzle and water flow rate are highly important parameters on mechanical force of cleaning process. At second experimental study, all parameters includes chemical and thermal parameters are investigated with a new design of experiment. Water flow rate, cross section of nozzle, angle of jetting, water temperature, detergent concentration of water and time was our parameters to test. Soil removing test was performed by using standard soil plate. Image processing study is realized for determination of soil removing rate. Thus, how much soil was removed from surface of soil plate was calculated with respect to tested parameters. The most important parameters on soil removing were water temperature, detergent concentration of water and water flow rate. Soil removing process was modeled and a software program was written on MATLAB. Then, some interation between soil removing, force, vibration and Reynolds were investigated. Finally adhesive and cohesive forces were indicated by investigation of soil plate surface.
In fifth part of this study, water jet force was calculated theoretically. Water jet force changes according to water jet angle were showed and angular dependency factor is identified. In sixth part of this study, for the computational analysis, commercial FLUENT® software which solves basic momentum equations was used and results are compared with experimental results.
In the seventh chapter, conclusions and advices have been presented.