Tarımsal Mekanizasyon 18. Ulusal Kongresi Tekirdağ 785

Tarımsal Mekanizasyon 18. Ulusal Kongresi
Tekirdağ
785
GRANÜLE GÜBRELERDE DANE DAYANIMININ BELİRLENMESİ
Determination of Static Particle Strength of Granular Fertilizers
N. TURGUT1
M. KARA2
Y. ERKMEN2
İ.E. GÜLER3
ÖZET
Ülkemizde üretilen granüle gübrelerin statik dane dayanımını belirlemek
amacıyla kuvvet sensörü ve veri toplama ünitesiyle donatılmış bir ölçme düzeneği
geliştirilmiş, dane boyutunun dane kırılma ve dane dayanımına olan etkisi ile
küreselliğin dane kırılma kuvvetine olan etkisi bu düzenek yardımıyla belirlenmiştir.
Gübrelerin dane kırılma kuvveti 23-92 N arasında gerçekleşmiş, dane
boyutunun artmasıyla dane kırılma kuvveti artarken, dane dayanımı kimi gübrelerde
artmış, bir kısmında azalmış, bazı gübrelerde de aynı düzeyde kalmıştır. Küreselliğin
azalmasıyla sadece bir gübrede kırılma kuvveti azalmış, diğer gübrelerde kırılma
kuvveti değerleri hemen hemen sabit kalmıştır.
ABSTRACT
In order to determine the static particle strength of fertilizers manufactured in
Turkey, a device equipped with a load cell and data acquisition system was
developed, and the effect of the particle size on the particle breaking force and static
particle strength, and the effect of spherity on the breaking force were determined by
this device.
The breaking forces of several fertilizer varied between 23-92 N. The breaking
force of all fertilizer increased when the particle diameter increases. With an increase
the particle size, the particle strength decreases for ammonium nitrate and
diammonium phosphate, increases for triple superphosphate, and remains at the same
level for the other fertilizers.
1
Prof. Dr., Atatürk Üniversitesi Ziraat Fakültesi Tarım Makinaları Bölümü-ERZURUM.
Doç. Dr., Atatürk Üniversitesi Ziraat Fakültesi Tarım Makinaları Bölümü-ERZURUM.
3
Yrd. Doç. Dr., Atatürk Üniversitesi Ziraat Fakültesi Tarım Makinaları Bölümü-ERZURUM.
2
Tarımsal Mekanizasyon 18. Ulusal Kongresi
Tekirdağ
786
GİRİŞ
Gübrelerin fiziksel özellikleri üretim, taşıma, depolama ve tarlaya uygulama
açısından önemlidir. Hem gübre üreticileri hem de gübre dağıtma makinası imalatçıları
bu özellikleri gözönüne alma durumundadırlar.
Gübrelerin dane dayanımı önemli fiziksel özelliklerden biridir. Gübreler,
üretimden tüketime kadar bir çok aşamada, değişik biçimlerde etkileyebilen birçok
mekanik yüke maruz kalırlar. Gübre daneleri kolay dağılabilir bir yapıdaysa, özellikle
taşıma ve tarlaya uygulama esnasında kolayca parçalanabilirler. Bu da danenin boyut
dağılımına ve makinanın serpme genişliğine etki eder. Ayrıca, yumuşak gübre daneleri
sert olanlara nazaran daha fazla topaklanma eğilimi gösterirler (1,2).
Gübre danesinin kırılma kuvveti doğrudan ölçülebilmektedir. Dane dayanımı
(p) ise kırılma kuvvetinin (F) ve kırılmanın gerçekleştiği dane yüzeyinin kesit alanına
(A) bölünmesiyle elde edilir (3):
p 
F
A
N/mm2
(1)
Gübre danelerinin dayanımını ölçmek için geliştirilen yöntemler Hoffmeister
(4) tarafından özetlenmiştir. Kullanılan düzenekler küçük elektronik terazilerden elle
veya motorla çalıştırılan sıkıştırma test düzeneğine kadar değişiklik göstermektedir.
Hardesty ve Ross (5) bir kremayer dişli mekanizmasıyla, Fruhstorfer (6) hidrolik
kumandalı bir pistonla, Brübach (7) kuvvet ve uzunluk sensörleriyle donatılmış
elektrik motoruyla tahrik edilen bir sıkıştırma test düzeneğiyle danenin kırılma
kuvvetini ölçmüşlerdir. Brübach (7) 3 mm/min’lik sabit bir hızda daneye 200 N’a
kadar yük uygulanmış, sıkıştırma dane kırılıncaya kadar sürdürülmüş ve sıkıştırma
esnasındaki kuvvet ölçülmüştür.
Hofstee (3) danenin statik dayanımını ölçmek için, kuvvet ve uzunluk
sensörleriyle donanmış biri sabit diğeri hareketli iki çenesi olan bir ölçme düzeneği
geliştirmiş, çeneler arasına yerleştirilen daneye hareketli çene tarafından yük
uygulayarak kuvvet ve deformasyonu, sensörler yardımıyla veri toplama ünitesiyle
donatılmış bilgisayara aktarmıştır.
Gübre danesinin statik dayanımıyla ilgili yapılan araştırmalar, dane çapının
artmasıyla kırılma kuvvetinin arttığını(3,7,8), dane dayanımının ise tam tersine dane
çapının artmasıyla azaldığını(7) göstermektedir. Ancak Hofstee(9), kompoze
gübrelerde dane çapının artmasıyla dane dayanımının azaldığını, CAN gübresinde ise
tersine çapın artmasıyla dayanımın da arttığını, granüle üre dayanımında hafif bir
düşüşün gözlendiğini, pril ürede ise dayanımın sabit kaldığını bildirmiştir.
Hofstee ve Huisman(10) yaptıkları bir literatür çalışmasında, değişik
araştırmacıların elde ettikleri sonuçları değerlendirerek, farklı gübreler için kırılma
kuvveti değerlerinin 5-140 N arasında olduğunu belirtmişlerdir. Ayrıca, taşıma
esnasında gübre danesinin hasara uğramaması için minimum kırılma kuvvetinin 15 N
olması gerektiği bir çok araştırmacı tarafından önerilmiştir (2,10).
Atatürk Üniversitesi Araştırma Fonu’nca desteklenen bu çalışmada, ülkemizde
üretilen bazı gübrelerin statik dane dayanımları belirlenmiştir.
Tarımsal Mekanizasyon 18. Ulusal Kongresi
Tekirdağ
787
MATERYAL VE YÖNTEM
Gübrenin statik dane dayanımını belirlemek için geliştirilen ölçme düzeneği üç
ana üniteden oluşmaktadır: Hız varyatörü ve elektrik motorundan oluşan tahrik
ünitesi, gübre danesine yükün uygulandığı biri hareketli iki çeneden oluşan sıkıştırma
ünitesi, kırılma kuvvetini ölçüp bilgisayara aktaran sensör ve veri toplama ünitesi
(Şekil 1). Alt çene 25 m/s’lik sabit bir hızla hareket ederek hemen üzerinde bulunan
daneye kırılıncaya kadar yük uygular, üst çeneye bağlı olan yük sensörü, sıfırdan
maksimum kırılma kuvvetine kadar uygulanan yükü zamana bağlı olarak ölçüp
bilgisayarın veri toplama ünitesine aktarır.
Denemelerde saniyede 25 rakam okunmuş, böylece 1 m’lik deformasyon
için bir kuvvet değeri elde edilecek şekilde dane kırılıncaya kadar ölçme işlemi
sürdürülmüştür.Dane dayanımının elde edilmesinde, kırılma anındaki kuvvetle, danenin
düşey yüzey kesit alanı gözönüne alınmıştır. Danenin düşey yüzey kesit alanının
küresel olduğu varsayılmış, bunun için dane yüksekliği ölçülerek çap olarak kabul
edilmiştir (3).
Şekil 1. Dane dayanımını ölçme düzeneği.
Tarımsal Mekanizasyon 18. Ulusal Kongresi
Tekirdağ
788
Küreselliğin belirlenmesinde şu eşitlikten yararlanılmıştır (11):
K
(a.b.c) 1 / 3
a
(2)
Burada,
a: Uzun boyut,
b: Orta boyut,
c: Kısa boyutu göstermektedir.
Küreselliğin dane kırılma kuvvetine olan etkisini belirlemek için elek boyutu
2.80 mm ve daha yukarı olan daneler kullanılmış, yükleme büyük eksene yapılmış,
özellikle düşük küresellik değerlerinde danenin düşey yüzey kesit alanını yuvarlak
varsayamayacağımızdan sadece kırılma kuvveti değerleri elde edilmiş, dane dayanımı
hesaplanmamıştır.
Denemelerde amonyum nitrat (AN), kalsiyum amonyum nitrat (CAN), üre
(ÜRE), diamonyum fosfat (DAP), triple süperfosfat (TSP) ve kompoze (NPK) gübre
kullanılmıştır. Denemeler 20 tekerrürlü yürütülmüştür. Gübrelere ilişkin bazı fiziksel
özellikler Tablo 1’de sunulmuştur.
Tablo 1. Denemelerdeki gübrelerin bazı fiziksel özellikleri
Gübreler
Bileşimi
(%)
AN
33 N
CAN
26 N
ÜRE
46 N
DAP
18 N - 46 P2O5 - O
TSP
42 - 44 P2O5
NPK
8 N - 24 - P2O5 - 8 K
*
Ağırlıklı ortalama çap
AOÇ*
(mm)
2.33
2.48
2.37
2.61
2.65
2.94
Hacim
ağırlığı
(g/L)
896.42
888.70
723.94
809.26
836.22
838.46
Yığılma
açısı
(°)
29
30
29
36
37
36
Nem (k.a.)
(%)
0.12
1.50
0.80
4.60
4.65
2.94
Dane boyut analizi için 1.18, 2.36, 2.80, 4.00 ve 4.75 mm'lik elekler
kullanılmış, ayrıca denenecek her gübre danesinin yüksekliği ölçülmüş, dane
dayanımının hesaplanmasında bu yükseklik değeri kullanılmıştır. Ancak AN, CAN ve
TSP için 4.00 ve 4.75 mm, DAP için 4.75 mm'lik elek boyutunda dane
bulunamamıştır.
Tarımsal Mekanizasyon 18. Ulusal Kongresi
Tekirdağ
789
ARAŞTIRMA SONUÇLARI VE TARTIŞMA
Dane boyutunun dane kırılma kuvveti ve dayanımına etkisi
Dane boyutuyla dane kırılma kuvveti ve dane dayanımı arasındaki ilişkileri
belirlemek amacıyla yapılan GLM analizi değerleri Tablo 2'de Duncan Çoklu
Karşılaştırma testi sonuçları ise Tablo 3'de sunulmuştur.
Tablo 2. Değişik gübrelerde dane boyutunun dane kırılma kuvveti ve dayanımına
etkisini belirlemek için yapılan GLM test sonuçları
Varyasyon
Kaynakları
Gübre
Boyut
Hata
Serbestlik
Derecesi
5
4
415
Kırılma Kuvveti
Kareler
F
P
Ortalaması
1 508.88 381.64 0.000
27.54
6.96
0.000
3.95
Kareler
Ortalaması
52 017
31 600
251
Dayanım
F
207.41
126.00
P
0.000
0.000
Tablo 3. Gübre çeşidi ve dane boyutunun dane kırılma kuvveti ve
dayanımına ilişkin Duncan Çoklu Karşılaştırma test sonuçları
Gübreler
AN
CAN
ÜRE
DAP
TSP
NPK
Elek boyutları
(mm)
1.18
2.36
2.80
4.00
4.75
Kırılma kuvveti (N)
23.06 d
22.89 d
26.72 d
91.60 a
38.90 c
60.47 b
Dayanım (N/mm2)
0.6041 d
0.3967 d
3.2851 c
12.7773 a
3.9447 c
8.2707 b
14.89 e
23.85 d
37.47 c
63.00 b
80.49 a
5.3469 a
5.2558 a
5.0742 a
3.6954 b
5.0266 a
Tablo 2'ye göre gübre çeşidi ve gübre boyutu dane kırılma kuvveti ve
dayanımına istatistiksel olarak çok önemli (P<0.01) düzeyde etki etmiştir. Ancak
Tablo 3 incelendiğinde, kırılma kuvveti açısından AN, CAN ve ÜRE'nin birbirlerine
yakın değerler verdiği ve aralarındaki farkın önemsiz olduğu görülür. Bu durumda en
yüksek kırılma kuvveti 91.60 N'la DAP'da ortaya çıkmış bunu sırayla NPK, TSP,
ÜRE, AN ve 23.06 N'la CAN izlemiştir. Böylece iki değişik gübrenin kırılma kuvveti
arasındaki fark en çok 3.97 olmuştur.
Öte yandan, dane dayanımı açısından AN ile CAN, ÜRE ile TSP arasındaki
fark önemsiz, bunlarla diğer gübreler arasındaki fark önemli çıkmıştır. En yüksek
dayanım 12.78 N/mm2 ile DAP'ta görülmüş, bunu sırayla NPK, TSP, ÜRE, AN ve
Tarımsal Mekanizasyon 18. Ulusal Kongresi
Tekirdağ
790
0.40 N/mm2 ile CAN izlemiştir. Dane boyutuyla kırılma kuvveti arasındaki ilişki Şekil
2'de sunulmuştur. Dane boyutunun artmasıyla tüm gübrelerde kırılma kuvveti
artmıştır.
Dane boyutuyla dane dayanımı arasındaki ilişki (Şekil 3) incelendiğinde, dane
boyutunun artmasıyla AN ve DAP'ın dane dayanımında azalma, TSP'de artma,
diğerlerinde ise artış ve azalışlar meydana gelmiştir. Bu tür çelişkili sonuçlar
Hofstee(3) tarafından da elde edilmiştir. Dane dayanımı ve kırılma kuvveti elek boyutu
esas alınarak Şekil 4'de topluca sunulmuştur.
Şekil 2. Dane boyutuyla kırılma kuvveti arasındaki ilişki
Küresellikle dane kırılma kuvveti arasındaki ilişki
Küresellik değerleri olarak %95, %85, %75 ve %65 alınmış, buna göre yapılan
analizler, dane küreselliğinin kırılma kuvvetine etkisinin çok önemli (P<0.01) düzeyde
olduğunu göstermiştir (Tablo 4). Duncan Çoklu Karşılaştırma test sonuçları ise (Tablo
5) gübreler arasındaki farkın önemli olduğunu ancak, biri hariç (%95)
Tarımsal Mekanizasyon 18. Ulusal Kongresi
Tekirdağ
791
Şekil 3. Dane boyutuyla dayanım arasındaki ilişki
1.18
Elek boyutu (mm)
2.80
2.36
0.0
CAN
4.75
Dane dayanımı(N/mm2)
Gübre
AN
4.00
20.0
0.0
20.0
0.0
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
20.0
0.0
20.0
0.0
20.0
ÜRE
+
+
DAP
+
+
+
+
+
TSP
+
+
+
+
+
+
+
+
+
NPK
+
+
+
0.0
200.0 0.0
+
+
+
200.0 0.0
200.0
+
+
200.0 0.0
+
+
200.0 0.0
Tarımsal Mekanizasyon 18. Ulusal Kongresi
Tekirdağ
K ı r ı l m a
i (N)
792
k u v v e t
Şekil 4. Gübrelerin kırılma kuvvetleri ve dayanımları.
diğer küresellik değerlerinin kırılma kuvvetine olan etkileri arasında önemli bir farkın
bulunmadığını ortaya koymuştur. Şekil 5'ten de görüleceği gibi DAP gübresinde
küresellik %95'ten %75'e düşünceye kadar kırılma kuvveti değerleri azalmış, diğer
gübrelerde ise kırılma kuvveti değerleri hemen hemen aynı düzeyde kalmıştır.
Tablo 4. Değişik gübrelerde küreselliğin kırılma kuvvetine etkisine
ilişkin GLM test sonuçları
Varyasyon
Kaynakları
Gübre
Küresellik
Hata
Serbestlik
Derecesi
5
3
421
Kareler
Ortalaması
108 559
7 172
275
F
P
394.10
26.04
0.000
0.000
Tablo 5. Değişik gübrelerde küreselliğin kırılma kuvvetine
etkisine ilişkin Duncan Çoklu Karşılaştırma test
sonuçları
Gübreler
AN
CAN
ÜRE
DAP
TSP
NPK
Küresellik (%)
95
85
75
65
Kırılma Kuvveti (N)
4.372 e
27.546 c
20.796 d
112.612 a
31.852 c
59.188 b
54.389 a
41.808 b
38.269 b
36.445 b
SONUÇ
a. Gübrelerin dane kırılma kuvveti 23-92 N arasında gerçekleşmiştir. Böylece en
küçük kırılma kuvveti değeri gübreler için minimum kritik değer olan 15 N'un
üzerinde bulunmuştur.
b. Dane kırılma kuvveti ve dayanımı dane boyutundan çok önemli düzeyde
etkilenmiştir.
c. Dane boyutunun artmasıyla dane kırılma kuvveti artmıştır.
d. Dane boyutunun artmasıyla, dane dayanımı amonyum nitrat ve diamonyum fosfatta
azalış, triple süperfosfatta artış, diğer gübrelerde ise hem artış hem de azalış
göstermiştir.
Tarımsal Mekanizasyon 18. Ulusal Kongresi
Tekirdağ
793
e. Dane kırılma kuvveti küresellikten çok önemli düzeyde etkilenmiştir. Küreselliğin
azalmasıyla diamonyum fosfat gübresinde kırılma kuvveti azalmış, diğer
gübrelerde bu değerler hemen hemen sabit kalmıştır.
Şekil 5. Değişik gübrelerde küresellikle kırılma kuvveti arasındaki ilişki
KAYNAKLAR
1. Speelman, L., Features of a reciprocating spout broadcaster in the process of
granular fertilizer application. Mededelingen Landbouwhogeschool,
Wageningen, 1979.
2. Hignett, T.P., Physical and chemical properties of fertilizers and methods for their
determination. Developments in Plant and Soil Sciences, volume 15, Fertilizer
Manuel. Dordrecht:M. Nijhoff/dr W.Junk publishers for the International
Fertilizer Development Center, pp. 284-316, 1985.
3. Hofstee, J.W., Physical properties of fertilizer in relation to handling and spreading.
Wageningen Agricultural University, Department of Agricultural Engineering
(Ph. D. thesis), Wageningen, 1993.
4. Hoffmeister, G., Physical properties of fertilizers and methods for measuring them.
Bulletin Y-147, Muscle Sholas, AL: Tennessee Valley Authority, 31pp, 1979.
Tarımsal Mekanizasyon 18. Ulusal Kongresi
Tekirdağ
794
5. Hardesty, J.O., W.H. Ross, Factors affecting granulation of fertilizer mixture.
Industrial and Engineering Chemistry, 30 (6): 668-672, 1938.
6. Fruhstorfer, A., Testing granular fertilizers for hardness. The International Superphosphate Manufacturer's Association, Wiesbaden, Germany, 1961.
7.Brübach, M., Der Einfluss der Korngrösse, Granulat - festigkeit und der Reinbung
auf die Verteilung von Dünge und Pflanzenschutz Granulaten (Effect of
particle size, particle strenght and friction on the distribution of fertilizer and
plant protection granules). Dissertation TU-Berlin, 120 pp, 1973.
8. Williams, M.H., L.B. Boss, Physical properties of granular fertilizers in relation to
transport, handling and climatic conditions. Paper presented at ANDA/ISMA
Technical Seminar held at the Paule, Brazil, 1975.
9. Hofstee, J.W. Handling and spreading of fertilizers: art 2, physical properties of
fertilizer, measuring methods and data. J. agric. Engng Res. 53, 141-162,
1992.
10. Hofstee, J.W., W. Huisman, Handling and spreading of fertilizers part 1: Physical
properties of fertilizer in relation to particle motion. J. agric. Engng Res.
47:213-234, 1990.
11. Gorial, B.V., J.R. O' Callaghan, Aerodynamic properties of grain / straw
materials. J. agric. Engng Res. 46:275-290, 1990.