413 Hasat Zamanının Karanfilin Bazı Mekanik Özelliklerine Etkisi

27. Tarımsal Mekanizasyon Ulusal Kongresi, 5-7 Eylül 2012, Samsun
Hasat Zamanının Karanfilin Bazı Mekanik Özelliklerine Etkisi
Önder KABAŞ
Batı Akdeniz Tarımsal Araştırma Enstitüsü, Antalya
[email protected]
Özet: Birim alan için gerekli olan kesme kuvveti ve enerjisi yanı sıra çiçeğin kesilmesi
için gerekli olan kuvvet ve enerji hasat ekipmanlarının tasarımı ve geliştirilmesi için
önemli parametrelerdir. Bu çalışmada Kesme kuvvet karanfil saplarının 3 farklı hasat
zamanında bazı mekanik özellikleri örneğin kuvvet ve deformasyon parametreleri
belirlenmiştir. Denemeler Antalyadaki karanfil seralarında toplanan karanfillerle
yapılmıştır. Kuvvet parametreleri olarak maksimum ve akma kuvveti, kesme ve akma
gerilimi, akma ve kesme noktasındaki enerji değerleri saptanmıştır. Deformasyon
parametreleri olarak akma noktasındaki ve kesme noktalarındaki deformasyon değerleri
belirlenmiştir. En yüksek kesme kuvveti ve enerji üçüncü hasat zamanında ve en düşük
kesme kuvveti ve enerji ilk hasat zamanında saptanmıştır. En yüksek eğilme kuvveti ilk
hasat zamanında en düşük eğilme kuvveti ise üçüncü hasat zamanında saptanmıştır.
Anahtar kelimeler: Karanfil, kesme, eğilme, sap
Effect of Harvest Time On Some Mechanical Properties of
Carnation
Abstract: The shear strength and shear energy per unit area as well as force and
energy for picking of flowers are important parameters to design and develop harvesting
mechanisms. In this study, some mechanical parameters such as strength and
deformation were determined in three harvest period in Carnation stem. The
experiments were conducted on samples selected from carnation greenhouses in
Antalya. Strength parameters consisted of maximum and bio yield force in shearing,
shearing and bio yield stress, maximum energy in maximum force, maximum energy in
bio yield point. Deformation parameters are also maximum bio yield deformation and
maximum breaking dilatation. The highest shearing force and energy was found in third
harvest period and the lowest shearing force and energy was found in first harvest
period. The highest bending force was determined in first harvest period and the lowest
bending force was determined in third harvest period.
Key words: Carnation, strenght, bending, stem
Giriş
Kesme çiçek yetiştiriciliğine 20. Yüzyılın başlarında başlamış ve şimdi gelişmiş ve
gelişmekte olan ülkelerin önemli bir ticari kaynağı olmuştur. Özellikle ikinci dünya savaşından
sonra toplam üretim alanı 610.000 ha çıkmıştır (AIPH, 2007).
Türkiye de karanfil 1945 yılından bu yana karanfil ticari olarak yetiştirilmektedir. Türkiye
de kesme çiçekçiliğin %43’ünü karanfil oluşturmaktadır (AIB, 2010).
Farklı koşullarda materyalin davranışlarının belirlenmesi için bitki saplarının fiziksel
özelliklerininin ve kesme ekipmanlarının dayanımının belirlenmesi gerekmektedir. Hücresel
materyalin kesme işleminde baskı, çekme, eğilme, yoğunluk ve sürtünme bilinmesi gereken
özelliklerdir. Bu özellikler cins, çeşit, sap çapı, olgunluk, nem içeriği ve hücresel yapıya bağlı
olarak değişmektedir.
Kesme, eğilme kuvvetleri gibi fiziko-mekanik özelliklerinin belirlenmesi bıçak dizaynı ve
kesme işlemi için gerekli olan parametrelerin saptanması için önemlidir.
413
27. Tarımsal Mekanizasyon Ulusal Kongresi, 5-7 Eylül 2012, Samsun
Sapın kesilme işlemi, uygulanan basıncın bıçağın materyali kesme özelliği kazanana kadar
materyali sıkıştırması ve kesilmekte olan materyal içerisinde bıçağın hareketi olmak üzere iki
aşamada incelenebilir. Bıçaklarda kesici ucun kalınlığı kesme direncini etkilemektedir. Kesici
kalınlığı 70-80 µm kadar olan bıçaklarda kesme kuvveti sabit kalırken, bunun üstündeki
değerlerde önemli derecede artmaktadır. Sonuç olarak kolayca deforme olması ve hızlı
şekilde yıpranmasına karşın, enerji tüketimi düşük olan çok ince bıçak uçlarının kullanılması
önerilmektedir (Sitkei 1986).
Eğilerek gerilmiş olan bir sapı kesmek için gerekli olan kuvvet ve yapılan işin miktarı,
gerilmeden kesilen bir sap için gerekli kuvvet ve yapılan işle karşılaştırıldığında yaklaşık %50
daha az olmuştur. Kesme işleminin gerilmiş olan sapların yönünde meydana geldiği
gözlenmiştir (Sakharov ve ark. 1984).
Farklı bitkilerin çeşitli mekanik özelliklerinin belirlenmesi ile ilgili birçok çalışma yapılmıştır.
Mohsenin (1980) tarafından yapılan çalışmalarda tarımsal ürünlerin birçok mekanik ve
reolojik özelliklerinin saptanması için gerekli olan yöntem ve işlemler tanımlanmıştır. Yapılan
diğer bir çalışmada 6 farklı buğday çeşidinin sapının kesme kuvveti 5.4-8.5 MPa arasında
değişmektedir (O’Dogherty ve ark., 1995). İnce ve ark. (2005) spesifik kesme enerjisinin nem
miktarının artması ile artarken, eğilme geriliminin ve elastikiyet modülünün nem miktarının
artması ile azaldığını belirtmiştir.
Bu çalışmada farklı hasat zamanlarında karanfil sapının maksimum kesilme kuvveti,
gerilimi, eğilme kuvveti, uzama, akma noktasındaki enerji ve kesme kuvveti gibi bazı mekanik
özellikleri belirlenmiştir.
Materyal ve Yöntem
Denemede kullanılan Karanfiller çiftçi şartlarında plastik seralarda yetiştirilmiş ve sera
içinden rastgele kasım ayının başında 3 farklı hasat periyodundan toplanmıştır.
Tüm denemeler Akdeniz Üniversitesi Ziraat Fakültesi Tarım Makinaları Laboratuvarlarında
yürütülmüştür. Karanfiller %89,9 nem içeriğinde hasat edilmiştir. Bitki sapının kesme ve
eğilme kuvvetlerinin belirlenmesinde Şekil 1a ve b’de gösterilen biyolojik materyal test
düzeneği kullanılmıştır.
Şekil 1 a. Materyal test kesme düzeneği
Şekil 1 b. Materyal test eğme düzeneği
Test düzeneği; 200 kg kapasiteli Esit marka yük hücresi, sonsuz bir vida, elektrik motoru,
ölçme ucu ve bir çatıdan oluşmaktadır.
Ölçme sisteminde eğilme kuvvetinin belirlenmesi için kullanılan uç 5 mm çapında silindirik
bir malzemeden imal edilmiştir. Kesme işlemi için 45˚ uç açısı olan bir bıçak kullanılmıştır.
Ölçme ucunun hızı 5-60 mm min-1 arasında hız ayar ünitesi sayesinde kontrol
edilebilmektedir. Denemelerde kesme kuvveti belirlenirken 30 mm min-1 ve eğilme kuvvetinin
belirlenmesinde ise 10 mm min-1 hızında çalışılmıştır.
414
27. Tarımsal Mekanizasyon Ulusal Kongresi, 5-7 Eylül 2012, Samsun
Yük hücresiyle sistemde yapılan ölçümler veri aktartma düzeneği ile ölçümlerin okunacağı
yazılıma aktarmaktadır (Şekil 2).
Şekil 2. Test düzeneği yük ve aktarım ünitesi
Ölçüm hassasiyeti 0.0015 olup sistem 1 ms-1s aralığında 1-30000 adet sinyal algılama ve
aktarma yapabilmektedir. Veri ve hız kontrol ünitesiyle düzeneğin hız ve yük kontrolü
yapılabilmektedir.
Yazılıma anlık gönderilen veriler kaydedilmekte ve daha sonra okunmak üzere kuvvetdeformasyon grafiğini çevrilmektedir. Ayrıca yazılım sayesinde ölçüm düzeneği bilgisayar
üzerinden kontrol edilebilmektedir.
Kesme gerilimin (τ) N mm-2 belirlenmesinde aşağıdaki eşitlik kullanılmıştır (Mohsenin
1980).
(1)
Burada, F kuvvet-deformasyon eğrisinde belirlenen maksimum kesme kuvveti (N) ve A,
kesilen sapın kesit alanı (mm2)’dir.
Akma noktasındaki kesme kuvveti, gerilimi, maksimum kesme enerjisi ve akma
noktasında maksimum enerji kuvvet-deformasyon eğrisi ile belirlenmiştir (Şekil 3).
Kuvvet (N)
C
Deformasyon (mm)
Kuvvet-deformasyon eğrisi altında kalan alanın hesaplanması ile kesme enerjisi değerleri
saptanmıştır. Akma noktasındaki deformasyon ve maksimum kuvvetin gerçekleştiği noktadaki
415
27. Tarımsal Mekanizasyon Ulusal Kongresi, 5-7 Eylül 2012, Samsun
deformasyon bilgisayar programı yardımı ile belirlenmiştir (Chattopadhyay and Pandey 1999;
Chen et al. 2004; Ince et al. 2005).
Araştırma sonuçları istatistiksel olarak değerlendirilmiş varyans analizleri ve duncan testi
yapılmıştır.
Araştırma Bulguları ve Tartışma
Denemeler sonucunda karanfil sapının hasat zamanına göre değişen
özelliklerinin ortama değerleri ve varyans analiz sonuçları Çizelge 1’de verilmiştir.
Mekanik Özellikler
Kesme Kuvveti (N)
Akma Kuvveti (N)
Eğilme Kuvveti (N)
Kesme dayanımı (MPa)
Akma dayanımı (MPa)
Eğilme dayanımı (MPa)
Akma noktasında enerji (J)
Kesme noktasında enerji (J)
Maksimum deformasyon (mm)
Akma uzaması (mm)
İlk hasat
(1 Kasım)
42.61 c
14.30 b
14.57 a
6.25 b
2.51 b
1.12
20.57 b
123.78 c
11.85
6.99 b
İkinci hasat
(8 Kasım)
48.26 b
17.94 b
9.93 b
8.29 a
2.88 b
1.71
38.62 b
140.36 b
11.41
9.92 a
Üçüncü hasat
(15 Kasım)
56.57 a
39.84 a
7.68 b
7.77 c
5.93 a
1.32
108.34 a
264.14 a
11.06
6.42 b
mekanik
Önem
Seviyesi
**
**
**
*
*
ns
**
**
ns
*
N.S.: Önemsiz * Önemli P<0,05, ** Önemli P<0,01
Çizelge 1’de görüldüğü gibi en yüksek kesme kuvveti 56.57 N ile üçüncü hasat
döneminde, en küçük kesme kuvveti ise 42.61 N ile ilk hasat döneminde saptanmıştır. En
yüksek akma kuvveti 39.84 N ile üçüncü hasat döneminde saptanırken en yüksek eğilme
kuvveti 14.57 N ile ilk hasat döneminden ölçülmüştür. Kesme ve akma dayanımlarına
bakıldığında ise en yüksek kesme dayanımı ikinci hasat döneminde, en yüksek akma
dayanımı ise üçüncü hasat zamanında saptanmıştır. Kesme işleminde gerekli olan enerjilere
bakılacak olursa en yüksek enerji değerleri 108.34 J ve 264.14 J ile üçüncü hasat zamanında
ölçülmüştür. Maksimum deformasyon sırası ile 11.85 mm, 11.41 mm ve 11.06 mm ve akma
noktasında deformasyon ise 6.99 mm, 9.92 mm ve 6.42 mm olarak belirlenmiştir.
Çizelge 1’de görüldüğü gibi yapılan varyans analizi sonucunda karanfil sapının bazı
mekanik özelliklerinin hasat dönemlerine bağlı olarak önemsiz, bazı özelliklerinin ise %5 ve
%1 seviyelerinde önemli olduğu belirlenmiştir. Ürüne ait eğilme dayanımı ve maksimum
deformasyon değerlerinin hasat dönemine göre değişimi yapılan varyans analizi sonucunda
istatistiksel olarak önemsiz bulunmuştur.
Kesme, akma, eğilme kuvveti, akma ve kesme noktasındaki enerji değerleri yapılan
varyans analizi sonucunda hasat zamanlarına bağlı olarak %1 önem düzeyinde istatistiksel
olarak farklılık göstermiştir. Kesme, akma dayanımı ve akma uzaması değerleri %5 önem
düzeyinde hasat zamanlarına göre istatistiksel olarak farklılık göstermiştir.
Duncan testi sonuçlarına göre, ürünün kesme kuvveti, akma kuvveti, akma dayanımı,
akma ve kesme noktasındaki enerji üçüncü hasat döneminde, eğilme kuvveti ilk hasat
döneminde, kesme dayanımı ve akma uzaması ise ikinci hasat döneminde farklılık
göstermiştir. Karanfil saplarının yapılan denemeler sonucunda 3 farklı hasat zamanına göre
bulunan mekanik özelliklerinin istatistiksel olarak farklılık gösterdiği belirlenmiştir.
416
27. Tarımsal Mekanizasyon Ulusal Kongresi, 5-7 Eylül 2012, Samsun
Sonuç
Yapılan denemeler sonucunda en yüksek kesme kuvveti 56.57 N ile üçüncü hasat
döneminde, en küçük kesme kuvveti ise 42.61 N ile ilk hasat döneminde saptanmıştır. En
yüksek akma kuvveti 39.84 N ile üçüncü hasat döneminde saptanırken en yüksek eğilme
kuvveti 14.57 N ile ilk hasat döneminde saptanmıştır.
Varyans analizi sonucunda karanfil sapının bazı mekanik özelliklerinin hasat dönemlerine
bağlı olarak önemsiz, bazı özelliklerinin ise %5 ve %1 seviyelerinde önemli olduğu
belirlenmiştir.
Karanfil saplarının yapılan denemeler sonucunda 3 farklı hasat zamanına göre bulunan
mekanik özelliklerinin istatistiksel olarak farklılık gösterdiği belirlenmiştir.
Literatür Listesi
AIB, 2010. Cut Flower Export Report. Republic of Turkey Prime Ministry, Undersecretariat for Foreign
Trade Antalya Exporter Union. Antalya, Turkey.
AIPH, 2007. International Statistics Flowers and Plants. Volume 55, Ed. by Florian Heinrichs, Belgium,
Ince, A., Uğurluay, S., Güzel, E. and Özcan, M. T. 2005. Bending and shearing characteristic of
sunflower stalk residue. Biosys. Eng. 92(2):175-181.
MOHSENIN, N.N. 1980. Physical Properties of Plant and Animal Materials. Gordon and Breach science
Publisher, NewYork, London, Paris.
O’Dogherty, M. J., Hubert, J. A., Dyson, J. and Marshall, C. J. 1995. A Study of The Physical and
Mechanical Properties Oo Wheat Straw. J. Agric. Eng. Res. 62:133-142.
Sitkei, G. 1986. Mechanic of Agricultural materials. Akademia Kiado, 487 p., Budapest, Hungary.
Sakharov, V.V., Rakmanberdiev, G.G., Guagev G.G. 1984. An Investigation into The Severing of Pretensed Mulberry Stems By A Screw-Type Cutter. Mekhanizatsiyai Elekfikikatsiya Sel’Skaogo
Khozyaistva 3: 61-62.
417