Askı Tipi Çamaşır Kurutma Makinesi Tasarımı, Prototipi ve Test Edilmesi

Transkript

1 Makine Teknolojileri Elektronik Dergisi Cilt: 10, No: 3, 2013 (7-13) Electronic Journal of Machine Technologies Vol: 10, No: 3, 2013 (7-13) TEKNOLOJİK ARAŞTIRMALAR e-issn: Makale (Article) Askı Tipi Çamaşır Kurutma Makinesi Tasarımı, Prototipi ve Test Edilmesi Ali İbrahim TOKAT 1, Muhammet KAYFECİ 2,*, Kerim ÇETİNKAYA 3 1 Karabük Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Enerji Sistemleri Mühendisliği ABD, Karabük/Türkiye 2* Karabük Üniversitesi, Teknoloji Fakültesi, Enerji Sistemleri Mühendisliği, Karabük/Türkiye 3 Karabük Üniversitesi, Teknoloji Fakültesi, Endüstriyel Tasarım Mühendisliği, Karabük/Türkiye *mkayfeci@karabuk.edu.tr Geliş Tarihi: Kabul Tarihi: Özet Yapılan bu çalışmada, hızlı ve verimli kurutma yapabilmek amacıyla kullanılan kurutuculara alternatif olarak bacasız kabin tipi çamaşır kurutma makinesi tasarımı, prototipi ve testleri yapılmıştır. Çalışmada 1, 2, 3, 4, 5 ve 6 kg gibi farklı çamaşır kütlelerinde yüklenen kabin içerisindeki sıcaklık ve nem miktarının zamana bağlı değişimi ölçülerek, çamaşır kütlesinin kuruma süresine etkisi ve harcanan enerji miktarı belirlenmiştir. Deneysel sonuçlara göre 1, 2, 3, 4, 5 ve 6 kg çamaşır yüklendiğinde kurutma süresi sırasıyla 30, 40, 45, 50, 60 ve 75 dakika olarak ölçülmüştür. Kurutma işlemi esnasında enerji tüketimi 1400 d/d makinede yıkanmış ve sıkılmış 1 kg çamaşır kütlesi için yaklaşık 0,52 kwh olurken, bu değer 6 kg çamaşır için yaklaşık 1,3 kwh olmuştur. Kurutma verimi çamaşır kütlesi arttıkça azalmaktadır ve çamaşır kütlesine bağlı olarak %50 ile 60 arasında bulunmuştur. Kabin tipi çamaşır kurutma makinesinin daha az enerji tüketimi, kurutma süresi ve daha az ütü gerektirmesi gibi avantajlarıyla var olan sistemlere göre üstünlük gösterdiği belirlenmiştir. Anahtar kelimeler: Kabin tipi kurutucu, enerji tasarrufu, kurutma süresi, verim. Cabinet Type Laundry Dryer Design, Prototype and Testing Abstract In the present work, cabinet type washings drying machine without chimney was designed, tested and studied experimentally in order to enable quick and efficient drying as an alternative dryer to the available dryer. Here, the effect of washings mass to the drying time and the amount of consumed energy was determined by measuring time dependent moisture rate and temperature inside the cabin that loaded different washings mass as 1, 2, 3, 4, 5 and 6 kg. According to the experimental results when washings loaded as 1, 2, 3, 4, 5 and 6 kg, the drying time was measured as 30, 40, 45, 50, 60 and 75 minute respectively. During the drying process, energy consumption was 0.52 kwh for the 1 kg washings that washed and squeezed 1400 rpm machine while it was 1.3 kwh for the 6 kg washings. Drying efficiency decreases with increasing washings mass and it was found between 50% and 60% depending on washings mass. It is determined that the cabin type washings drying machine has more advantages than other available conventional dryers due to less energy consumption and drying time and need the less iron. Keywords: Cabinet type drier, energy saving, drying time, performance. 1. GİRİŞ Kurutma işlemi, bir maddenin nemini almak için yaygın olarak kullanılan işlemlerden biridir. Günlük yaşam sürecinde yoğun miktarda enerji gerektiren bir işlemdir. Gelişmiş ülkelerde toplam sanayide tüketilen enerjinin % 12 ye kadar olan kısmı kurutma işlemi için kullanılmaktadır[1]. Enerji kullanımının yanında, açık havada kurutmanın kış şartlarının ve hava kirliliğinin yoğun olduğu bölgelerde olumsuzlukları nedeniyle kurutma makinelerinin kullanımını ön plana çıkarmaktadır. Kurutma makineleri Bu makaleye atıf yapmak için Tokat A.İ., Kayfeci M., Çetinkaya K., Askı Tipi Çamaşır Kurutma Makinesi Tasarımı, Prototipi ve Test Edilmesi Makine Teknolojileri Elektronik Dergisi 2013 (10) 7-13 How to cite this article Tokat A.İ., Kayfeci M., Çetinkaya K., Askı Tipi Çamaşır Kurutma Makinesi Tasarımı, Prototipi ve Test Edilmesi 2013 (10) 7-13 Electronic Journal of Machine Technologies,

2 Teknolojik Araştırmalar: MTED 2013 (10) 7-13 Askı Tipi Çamaşır Kurutma Makinesi Tasarımı, Prototipi ve Test çamaşırları döndürerek kurutma işini yaptığı için çamaşırlar gereğinden fazla kırışma ve yıpranma gibi olumsuz etkilerle karşılaşır. Ayrıca kurutma makinelerinin fazla yer işgal etme ve fiyatlarının yüksek olmasından dolayı tercih edilememektedir. Asarak güneşte kurutma yöntemi ile görüntü kirliliği olduğundan ve her mahalin dış cepheye asma imkanı olmadığından, mekanın iç imkanlarıyla kurutulmaktadır. Bu yöntem ise her zaman elverişli olmamakla birlikte yıkanmış çamaşırların iç mahalin düzensiz görünmesine sebep olmaktadır. Ayrıca güneş görmeyen mekanlarda hijyen kuralları da ihlal edilebilmektedir. Diğer yandan kurutma makinelerinin enerji kullanımı da oldukça yüksektir[2]. Bansal vd. yapmış oldukları çalışmada açık ve kapalı çevrim ile çalışan çamaşır kurutma makinelerinin enerji verimliliğini araştırmışlardır. Burada geleneksel hava bacalı çamaşır kurutma makinesi performansı açık çevrim yoğunlaştırmalı kurutma makinesi ve ısı geri kazanımı ile kapalı-çevrim yoğunlaştırmalı kurutucu arasında önemli ölçüde verimlilik farkının olduğunu ve hava bacalı kurutma makinesi verimi % 7 kapalı-çevrim kurutma makinesi verimi % 14 olduğu bulunmuştur[3]. Braun vd. hava çevrimi ve ısı enerjisi verimliliği analizi konusunda yapmış oldukları çalışmada, ısı pompalı ev tipi çamaşır kurutma makinesinin performansının ısının geri kazanımı sayesinde açık çevrim sistemlere göre % 40 daha fazla enerji verimliliği sağladığı belirlenmiştir[4]. Bassily ve Colver farklı çalışma parametrelerinin kurutma süresi ve enerji tüketimine etkisi deneysel olarak incelemiştir. Çamaşır kütlesinin artmasıyla hava akışının düşmesinde bağlı olarak su kütle transferinin düştüğünü bulmuşlardır. Bu değişimler yoğuşturma miktarını arttırmıştır. Böylelikle kg çamaşır başına enerji tüketimi ağırlık arttıkça azalmıştır. Fan hızının yoğuşma miktarına etkisi çok az olurken, ısıtıcı gücü arttırıldığında yoğuşma miktarını arttırırken kurutma süresini de düşürdüğü belirlemişlerdir[5]. Bansal vd. evsel tamburlu kurutucu için yeni bir tasarım yapmışlardır. Çalışmada standart tamburlu kurutucu ısı değiştiricisi sudan havaya yeni bir ısı değiştiricisi ile değiştirilmiştir. Yeni ısı değiştiricisi yerleştirilmiş kurutucu tasarımıyla klasik kurutuculara göre aynı güç girişlerinde kurutma süresi dakika düşürülmüştü[6]. Cooper vd yılında ev tipi çamaşır kurutma makinesi enerji verimliliği konusunda yaptıkları çalışmada, çamaşır kurutma performansının analiz ve kurutma çevriminde artan enerji miktarı tüketiminin fazla olduğu sistemlere göre kurutma gücünü % 75 azaltmayı planlamıştır, ancak güç girişini % 50 kadar azaltarak önemli derecede iyileşme göstermiştirler. Bu azalan güç girişi kuruma süresini artmıştır olması nem emme oranı üzerinde çok az bir etki yapmıştır. Hava kütle akımının artması enerji verimliliğine katkı sağlamamıştır[7]. Yapılan bu çalışmada elektrikli ısıtıcı ile kabin içinin çamaşır özelliğine göre belirli bir sıcaklığa kadar ısıtılan hava, fan yardımıyla kabinin içine dağıtılan ve giysilerin nemini alarak nem yüklü şekilde yoğuşturma kondenserinden geçirilerek nemini bırakması sağlanan havanın tekrar kabin içine gönderilmesiyle çamaşır kurutma yapan, bacasız kabin tipi çamaşır kurutma makinesi tasarımı, prototipi ve testleri gerçekleştirilmiştir. 2. MATERYAL ve METOD 2.1. Deney Düzeneği Kabin tipi kurutucu rezistans, fan, kondenser, kondens tankı, kontrol ünitesi bulunan asılarak elbise kurutma yapabilen bir cihaz tasarımı, prototipi ve testleri yapılmıştır. Kurutucu 150 cm yüksekliğinde, 90 cm genişliğinde, 36 cm derinliğinde yaklaşık 0,5 m 3 iç hacme sahiptir. Kabin içerisinde nem bulunduğundan dolayı iç yüzeylerde alüminyum sac kullanılmıştır. Kurutucu yüzeyleri ve kapaklar 2 cm kalınlığında kauçuk yalıtım malzemesiyle yalıtılmıştır[8]. Kurutma kabininin ısıtılması için 1000 W lık elektrik rezistanslı ısıtıcı kullanılmıştır. Kurutucu içerisinde hava sirkülasyonun sağlamak amacıyla 2 adet fan, nemli hava üzerindeki nemin yoğuşturulmasını sağlamak için hava soğutmalı kondenser ve yoğuşan kondensin toplanması için kondens tankı kullanılmıştır. Kurutucu içerisinde sıcaklık ve nemin ideal şartlarda olması için 1 adet sıcaklık ve 1 adet nem sensörlerinin bağlı olduğu PIC mikro denetleyici kontrol ünitesi kullanılmıştır. 8

3 Tokat A.İ., Kayfeci M., Çetinkaya K. Teknolojik Araştırmalar: MTED 2013 (10) Fan 4.Isıtıcı 7. Filtre 2.Kondenser 5. Isıtıcı fanı 8.Kontrol 3.Kondens hattı 6.Kondens tankı 9.Hava kanalı Şekil 1. Kabin tipi çamaşır kurutucusu Kabin tabanında bulunan rezistans ile ısıtılan hava kütlesi ısıtma fanı yardımıyla kabinin içine üflenir. Isınan hava nemli çamaşırın nem yükünü alarak yoğuşturma kabinine geçer yoğuşturma kabininde ortamdan alınan hava ile kondenser yüzeyinden geçirilen nemli hava bir miktar nemini bırakarak tekrar kabin içerisine üflenir. Kabin içerisinde 2 adet fan, ısıtıcı kontrol devresi tarafından kontrol edilmektedir. Nem ve sıcaklık sensörü tarafından ölçülen veriler 5 er dakika arayla kaydedilmiştir. Isıtıcı içerisinde maksimum sıcaklık çamaşırların zarar görmemesi için 60 C ile sınırlandırılmıştır. Kurutma işlemlerinde kabin içi nem miktarı %20 seviyesine düşürüldüğünde nem sensörü kontrol ünitesine sinyal göndererek kurutma işlemi tamamlanmaktadır Belirsizlik Analizi Belirsizlik analizi verilen bilgilerin doğruluk sınırlarını belirler. Kurutucuda kullanılan 2 ölçüm cihazının standart sapmaları göz önünde bulundurularak belirsizlikler eşitlik 1-3 ten hesaplanmış ve sonuçlar Tablo 1 de verilmiştir. = ( ) / (1) =. (2) = (3) Burada N deneysel çalışmada ölçüm sayısı, xi yapılan ölçümler, xm ölçümlerin aritmetik ortalaması, a hassasiyet, S standart sapma, V varyans ve U belirsizliktir[9]. 9

4 Teknolojik Araştırmalar: MTED 2013 (10) 7-13 Askı Tipi Çamaşır Kurutma Makinesi Tasarımı, Prototipi ve Test Tablo 1. Deneysel sonuçlarda belirsizlik analizi (%) Kütle (kg) Sıcaklık Nem 1 ±3,76 ±2,77 2 ±3,09 ±2,68 3 ±2,83 ±2,30 4 ±2,90 ±4,32 5 ±2,57 ±4,21 6 ±2,23 ±3,60 3. BULGULAR ve TARTIŞMA Çamaşırların kuru olarak ifade edilebilmesi için üzerinde bulunan nemin transfer edilmesi gerekmektedir. Bu nedenle kurutma işlemlerinde nem değerinin sabit kaldığı minimum seviye olan %20 seviyesinde deneyler sonlandırılmıştır. Daha fazla kurutma ütüleme, çamaşır yapısının bozulması ve kırışıklıkların artması gibi problemlere neden olacaktır. Nem miktarı %20 seviyesine düştüğünde kontrol kartı otomatik olarak sitemi durdurmaktadır. Ayrıca çamaşırların zarar görmemesi için sıcaklık değeri 60 C değerinin üzerine çıkarılmamıştır. Yaş ağırlığı tartılarak farklı kütlelerde hazırlanan çamaşırlara ait, zamana bağlı kabin içi sıcaklık ve nem değerlerinin değişimi Şekil 2a,b,c,d,e,f de gösterilmiştir. Sırasıyla 1, 2, 3, 4, 5 ve 6 kg kütlelerde yapılan deneylerde çamaşırların nem içeriğine ve kütlesine bağlı olarak 30 ile 75 dakika arasında kurutma işlemi tamamlanmıştır. Kuruma işlemi öncesi her bir kütlede kabin içi nem miktarları sırasıyla %44,5, 44,4, 53,2, 71,1, 76 ve 77, deneylere başlama sıcaklığı ise 30 C dir. Çamaşır kütlesine, sıcaklığa, bağıl nem miktarına ve kabin içerisindeki hava sirkülasyonuna bağlı olarak 1, 2, 3, 4, 5 ve 6 kg kütleleri için sırasıyla 30, 40, 45, 50, 60 ve 75 dakika sürede kurutma işlemi tamamlanmıştır. Kurutma işleminde bütün çamaşır kütlerleri için sıcaklık ilk 25 dakika hızlı şekilde artarken 60 C seviyesine ulaştığında stabil duruma gelmekte, ısıtıcı rezistans kontrolü ile bu seviyede tutulmaktadır. Kabin içi bağıl nem değerleri ise sıcaklığa bağlı olarak azalmakta ve kuruma sonunda ortam nem seviyesine düşmektedir. Kurutma işlemine başlamadan önce 1, 2, 3, 4, 5 ve 6 kg kütlesindeki çamaşırların kütlesi, kurutma sonunda sırasıyla 0,875, 1,850, 2,845, 3,775, 4,780 ve 5,870 kg a düşmüştür. (a) (b) 10

5 Tokat A.İ., Kayfeci M., Çetinkaya K. Teknolojik Araştırmalar: MTED 2013 (10) 7-13 (c) (d) (e) (f) Şekil 2. Farklı çamaşır kütleleri için sıcaklık ve nemin zamana bağlı değişimi, a)1 kg, b)2 kg, c)3 kg, d)4 kg, e)5 kg ve f)6 kg Kurutma süresi çamaşır üzerindeki nem miktarı ve çamaşır kütlesine bağlı olarak artmaktadır. Özellikle çamaşır kütlesinin 6 kg olduğu durumda, kurutma makinesi içerisinde hava sirkülasyonunun azalması neticesinde bu süre 75 dakikaya kadar çıkmaktadır. Diğer yandan kurutma sürelerinde harcanan enerji miktarları ise kurutulacak çamaşır kütlesine bağlı olmakla birlikte 1 kg çamaşır için yaklaşık 0,52 kwh olurken bu değer kabin tam yükle çalıştırıldığında, kurutma süresinin de artmasına bağlı olarak yaklaşık 1,3 kwh olarak bulunmuştur. Kabin tipi kurutucuda, enerji tüketimi ve kurutucu veriminin çamaşır kütlesine bağlı olarak değişimi şekil 3 te gösterilmiştir. Kurutucu enerji tüketimi çamaşır kütlesinin artmasına bağlı olarak artmaktadır. 1 kg çamaşır için yaklaşık 0,52 kwh enerji harcanırken bu değer 6 kg çamaşır için yaklaşık 1,3 kwh değerine ulaşmaktadır. Diğer yandan çamaşırlardan buharlaştırılan su miktarı ve kurutucuda harcanan güce bağlı olarak kurutucu verimi hesaplanmıştır. Verim değeri harcanan enerji miktarı arttıkça azalan yönde bir değişim göstermiştir. 1 kg çamaşır için kurutma verimi yaklaşık %60 bulunurken, bu değer 6 kg çamaşır için yaklaşık %50 olarak hesaplanmıştır. Kurutma sisteminde çamaşır kütlesinin artmasıyla nem miktarı artmış, buna bağlı olarak ta kuruma süresi artmaktadır. Enerji tüketiminin artmasıyla kurutma verimi düşmektedir. 11

6 Teknolojik Araştırmalar: MTED 2013 (10) 7-13 Askı Tipi Çamaşır Kurutma Makinesi Tasarımı, Prototipi ve Test Şekil 3. Kurutucuda çamaşır kütlesine bağlı enerji tüketimi ve veriminin değişimi 4. SONUÇ ve ÖNERİLER Bu çalışmada çamaşır kurutma işlemi için pratik ve maliyeti en düşük tasarım ön planda tutularak, prototipi yapılan kabin tipi çamaşır kurutma makinesinin kg başına çamaşır kurutma parametreleri deneysel olarak incelenmiştir. Yapılan deneylerde çamaşırlar yıkama işleminden sonra 1, 2, 3, 4, 5 ve 6 kg paketler halinde tartılarak kurutulmak üzere kabin tipi çamaşır kurutma makinesinin içine asılarak zamana bağlı sıcaklı, nem ve kuruma süreleri ölçülmüştür. Kurutulacak çamaşır kütlesi arttıkça kurutma süresinin arttığı belirlenirken, en hızlı kurutma süresi, en az çamaşır kütlesi olan 1 kg için 30 dakika olarak ölçülürken, en uzun süre ise 6 kg çamaşır kütlesi için 75 dakika olarak ölçülmüştür. Kurutma makinesinin enerji tüketimi ise; 1, 2, 3, 4, 5 ve 6 kg lık nemli çamaşır kütlelerini kurutabilmek için çamaşır kütlesine bağlı olarak, minimum 0,52 kwh ile maksimum 1,3 kwh değerleri arasında hesaplanmıştır. Mevcut makinelerle karşılaştırıldığında ısı pompalı kurutma makineleri 1400 dev/dak da sıkılmış 6 kg çamaşırı 1,62 kwh enerji tüketerek kuruturken, baca tipi ve kondenser tipi çamaşır kurutma makineleri ise 1400 devir/dak da sıkılmış 6 kg çamaşırı yaklaşık 3,36 kwh enerji tüketerek kurutabilmektedir. Diğer kurutma makineleri ile karşılaştırıldığında, enerji verimliliği açısından daha az enerji ile aynı sürelerde kurutma işlemi yapabilmektedir. 6. KAYNAKLAR 1. Mujumdar A.S., 1998, Preface. In: Modern drying technology, Beijing: Chemical Industry Press. 2. Keçebaş, A., 2013, Variation of insulation thickness and exergetic cost saving with outdoor temperature in pipe insulation, Environmental Progress & Sustainable Energy, 32 (3), Bansal, P.K., Braun, J., Groll, E., 2001, Improving the energy efficiency of conventional tumbler clothes drying systems, International Journal of Energy Research, 25 (15), J. Braun, P.K. Bansal, E. Groll, 2002, Energy efficiency analysis of air cycle heat pump dryers, International Journal of Refrigeration, 25(7), Bassily, A.M., Colver, G.M., 2003, Performance analysis of an electric clothes dryer, Drying Technology, 21 (3),

7 Tokat A.İ., Kayfeci M., Çetinkaya K. Teknolojik Araştırmalar: MTED 2013 (10) Bansal, P., Islam, S. and Sharma, K., 2010, A novel design of a household clothes tumbler dryer, Applied Thermal Engineering, 30, Cooper, M.J., 2006, Energy efficiency of a Fisher and Paykel household tumbler dryer Project in Mechanical Engineering, The University of Auckland. 8. Tokat, A.I., 2012, Askı tipi çamaşır kurutma makinesi tasarımı, protatipi ve test edilmesi, Yüksek Lisans Tezi, Karabük Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Karabük. 9. Ceylan, İ., Aktaş, M., ve Doğan, H., 2007, Isı pompalı bir kurutucuda kerestelerin kurutma süresinin belirlenmesi, Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Der., 22(4),