alaşeh r yöres nde bağ şletmeler nn yapısal özell kler ve bazı

Transkript

C B Ü Soma Meslek Yüksekokulu Teknik Bilimler Dergisi Yıl:2008 Cilt:2 Sayı: 10
ALAŞEHİR YÖRESİNDE BAĞ İŞLETMELERİNİN YAPISAL
ÖZELLİKLERİ VE BAZI KÜLTÜREL İŞLEMLERİN UYGULAMA
DURUMLARI ÜZERİNE BİR ARAŞTIRMA
Hüseyin YENER ¹, Şenay AYDIN ², Nuray CEBECİ¹
ÖZET
Manisa ili ve çevresi özellikle Alaşehir ilçesinde çok geniş bağ alanlarında yuvarlak
çekirdeksiz üzüm(Vitis vinifera L.)çeşidi yetiştirilmektedir. Bu nedenle bu çalışma, Alaşehir
yöresini temsil eden 65 adet bağ işletmelerinde yürütülmüştür. Çalışmada, elde edilen
verilerin ışığında; bağ işletmelerinin genel yapısal özellikleri(büyüklüğü, bağ tesisi) ile
budama, hastalık ve Zararlılarla mücadele, sulama, gübreleme, hasat ve ürünlerin
değerlendirme şekli gibi kültürel işlemlerin ne ölçüde uygulandığının belirlenmesi
amaçlanmıştır.
Veriler, bağ işletmelerinden anketleme yöntemi ile ve yöreyi temsil eden 7
mevkiden(Alaşehir merkez, Şahyar, Yeşilyurt, Piyadeler, Tepeköy, Killik ve
Delemenler)toplanmıştır.
Anket çalışmasının sonuçlarına göre; yörede bağcılıkla uğraşan üreticilerin eğitim
düzeyinin düşük olduğu (%4.60 eğitimsiz, %70.77 ilkokul, %10.78 ortaokul, %13.85 lise
mezunu), bağ alanlarının %52.31’nin 20 da’ın altında olduğu ve bağların %100’ünün
yüksek sistem bağ olarak tesis edildiği saptanmıştır.
Üreticinin gübrelemede toprak analizine gereken önemi vermediği ve tamamının her yıl
mutlaka kimyasal gübre kullandığı belirlenmiştir. Organik gübre kullanım oranının (%33.85)
düşük olmasına karşın yaprak gübresi kullanım oranı (%84.62) yüksektir. %55’i kompoze
gübreleri, %45’i ise tek besin içeren kimyasal gübreleri kullanmayı tercih etmişlerdir. Yöre
üreticilerinin %15.40’ı bir vejetasyon döneminde 0-5 kez, %75.40’ı 6-10 kez,%9.20’si 11
kez ve üzeri ilaçlama yaptıkları ve %95.39’nun da hormon kullandığı belirlenmiştir.
Anahtar sözcükler: Alaşehir, bağcılık, kültürel uygulamalar, üzüm üreticisi
________________________
¹Yrd. Doç. Dr. Celal Bayar Üniversitesi Alaşehir M.Y.O Alaşehir- MANİSA [email protected]
²Prof. Dr. Celal Bayar Üniversitesi Alaşehir M.Y.O Alaşehir- MANİSA
A Research on the Structural Characteristics of Vineyard Enterprises and the Status of
Application of Some Cultural Processes in Alaşehir District
ABSTRACT
Round seedless grapes (Vitis vinifera L.) are grown in large vineyard areas in the
province of Manisa and its surroundings, most specifically in Alaşehir district. Thus, this
study was conducted in 65 vineyard enterprises representing Alaşehir district. In the light of
the data gathered in the study, it was aimed to determine the general structural characteristics
(size, vineyard works) of vineyard enterprises and to what extent cultural processes such as
pruning, struggle with disease and pests, irrigation, fertilization, harvest and the way of
evaluating the products were applied.
The data were collected from vineyard enterprises in 7 regions (the center of Alaşehir,
Şahyar, Yeşilyurt, Piyadeler, Tepeköy, Killik and Delemenler) by using the questionnaire
method.
According to the results of the questionnaire, it has been found that the education level
of the producers dealing with viniculture in the regions is low ((%4.60 uneducated, %70.77
primary school graduate, %10.78 secondary school graduate, %13.85 high school graduate),
and that 52.31% of the vineyard areas are below the 20 da and 100% of the vineyards have
been established as high system vineyards.
It has also been determined that the producers didn’t give the required importance to soil
analysis and that they surely used chemical fertilizers every year. Whereas the proportion of
organic fertilizer use is low (%33.85), that of leaf fertilizer use is high (%84.62). %55 of the
producers have preferred to use compound fertilizers and %45 of them chemical fertilizers
containing single nutrients. %15.40 of the producers have been found to apply pesticides 0 to
5 times, %75.40 of them 6 to 10 times, and ,%9.20 of them 11 times and more in a
vegetation period; and %95.39 of the producers have been found to use hormones.
Keywords: Alaşehir, viniculture, cultural processes, grape producer.
1.
GİRİŞ
Dünyanın bağcılık için en elverişli kuşağı üzerinde yer alan ülkemiz, asmanın gen
merkezlerinin kesiştiği ve ilk kez kültüre alındığı coğrafyanın merkezindeki konumundan
dolayı, çok eski ve köklü bir bağcılık kültürü ile zengin bir asma gen potansiyeline
sahiptir(Çelik, 1998). Ülkemiz, 3.500.000 ton civarında gerçekleşen yaş üzüm üretimi ile
dünya üretiminin %6.2’sini oluşturmaktadır. Üretimimizin %40’ı kurutmalık, %35 sofralık
%23’ü pekmez, sucuk, pestil gibi diğer ürünlerin üretiminde ve %2’lik kısmı da şarap ve şıra
sanayinde kullanılmaktadır (Çoban ve ark. , 2001). Çekirdeksiz kuru üzüm üretiminin büyük
bir kısmı Ege bölgesinden karşılanmakta olup, yıllık 250 bin ton üretim ile ihracatın büyük
bir bölümünü(%80) oluşturmaktadır.Ege bölgesinde Manisa iline bağlı önemli bir bağcılık
merkezi olan Alaşehir ilçesi çekirdeksiz kuru üzüm üretiminin %25’ini karşılamaktadır
(Anonim 2004). Ege Bölgesi(özellikle Manisa ve çevresi) diğer bölgelerle
karşılaştırıldığında, toplam alanın %27.99’nu, üretimin %45.35’ini oluşturarak birinci sırada
yer almaktadır. Ayrıca bölgede mevcut bağların %90’nını Yuvarlak Çekirdeksiz üzüm
çeşidine(Vitis Vinifera L. ) ait bağlar oluşturmaktadır (Yağmur ve ark, 2005). Elde edilen
istatiksel verilere göre; Alaşehir’de 20.900 hektarlık alanda bağcılık yapılmakta olup, buna
karşılık 283.000 ton yaş üzüm üretilmektedir (Anonim, 2007).
Bağcılık, yoğun işgücü girdisi ve tüm üretim mevsimi boyunca uğraş gerektiren bir
üretim şeklidir. Bunun başlıca nedeni bağların tek yıllık tarımsal ürün olmayıp uzun yıllar
üretim yapılabilmesidir. Günümüzde bağcılık yapılan birçok ülkelerde geliştirilen
mekanizasyon teknikleri(tarım alet, makineleri ve traktörlerin optimum kullanılması gibi) ve
birçok kültürel işlemler hemen uygulamaya sokulmaktadır.
Ancak ülkemizde kullanılan tekniklerden yeteri kadar yararlanılamamaktadır. Genellikle
bağcılık eskiye dayalı olup mevcut bağların önemli bir kısmında geleneksel yetiştiricilik
yöntemleri uygulanmaktadır. Birçok üretici halen insan gücünü kullanmaktadır. Sonuçta, bu
da bağ alanlarında verim azalmasına neden olmaktadır. Bağda üretimin ve kalitenin
artırılması ise; yüksek verimli çubuk çeşidinin bulunması, bağ tesis şekli, toprak işleme,
budama, gübreleme, sulama, hastalıklarla, zararlılarla mücadele ve hasat gibi kültürel
işlemlerin optimum bir şekilde yapılmasına bağlıdır. Bütün bunlar bağcılıkta kaliteli bir
üretimde artış sağlayacak ve bağcılığın gelişmesine katkıda bulunacaktır. Oysa ki Alaşehir
yöresi bağlarında üreticilerin bazı kültürel işlemleri ne kadar sıklıkla ve nasıl uyguladıkları
hususunda bugüne kadar yapılmış pek fazla çalışmaya rastlanılmamıştır.
Bu nedenle, gerek bağ alanlarının genişliği gerekse özellikle kuru üzüm üretimi göz
önüne alındığında, sunulan çalışmada; Alaşehir yöresindeki bağ işletmelerinin genel yapısal
özellikleri(büyüklükleri, bağ tesisi) budama, hastalık ve zararlılarla mücadele, sulama,
gübreleme(kimyasal ve ahır gübr.), hasat ve ürünün değerlendirme şekli gibi kültürel
uygulamaların ne ölçüde uygulandığının belirlenmesi amaçlanmıştır.
2.
MATERYAL VE YÖNTEM
Araştırma, Ege bölgesinde bağcılığın yoğun olarak gerçekleştirildiği Manisa’nın Alaşehir
ilçesinde, diğer üzüm çeşitlerinin daha az Yuvarlak çekirdeksiz(Vitis Vinifera L.)üzüm
çeşidinin üretiminin daha fazla yapıldığı bağlarda yürütülmüştür. Çalışmada, kullanılan
verilerin önemli bir kısmı; yöreyi temsil eden Alaşehir Yöresinde bağ işletmelerinden anket
yöntemi ile toplanmıştır. Araştırmalar; Alaşehir Merkez, Şahyar, Yeşilyurt, Piyadeler,
Tepeköy, Killik ve Delemenler mevkilerinde yapılmıştır. Anket verileri 2006-2007 üretim
dönemini kapsamaktadır. 65 adet anketin uygulandığı bağ işletmeleri tesadüfi örnekleme
yöntemine göre seçilmiştir(Esin,1975).
Anket verileri, bağ sahipleri ile yüz yüze görüşme yapılarak oluşturulmuştur.
Anketlerden toplanan orijinal nitelikli verilerin değerlendirilmesinde aritmetik ortalamalar ve
yüzde hesaplara yer verilmiştir(Çoban ve ark.2001;Durgut ve Arın;2005). Yapılan anket
çalışması sonucunda elde edilen bilgiler ADA anket değerlendirme analiz programı ile analiz
edilmiştir( Gül, 1993 ).
3.
BULGULAR VE TARTIŞMA
Tüm yöreyi temsil edecek şekilde yapılan anket çalışmasının sonuçlarına göre; yörede
bağcılıkla uğraşan üreticilerin %4.60’ı eğitimsiz, %70.77’nin ilkokul, %10.78’nin ortaokul
ve %13.85’nin de lise mezunu olduğu tespit edilmiştir. Bu sonuçlar, bölge üreticisinin büyük
bir kısmının eğitim düzeyinin düşük olduğunu göstermektedir. Bu koşulda, yenilikler ve
gelişen tarım teknolojilerinin bölgeye adaptasyonunda güçlükler yaşanacağı ve uzun zaman
alacağı söylenebilir.
Bağ işletmelerinin büyüklükleri incelendiğinde, bağ işletmelerinin %26.16’nin 0-10 da,
%26.15’nin 10-20 da ve %47.69’ununda 20 da.’ın üzerinde büyüklüğe sahip olduğu
saptanmıştır. Alaşehir bölgesinde yapılan bir çalışmada işletme başına bağ alanının 21.40 da
olduğu belirtilmiştir(Çoban ve ark., 2001). Bu sonuç elde edilen bulgularla uyum
göstermektedir. Yörede çok büyük bağ işletmelerine rastlanmaması miras yoluyla bağ
alanlarının her geçen gün parçalandığını göstermektedir. Bölgede bağcılık genellikle küçük
aile işletmeciliği şeklinde yapılmaktadır.
Trakya bölgesi bağ alanlarında yapılan benzer bir çalışmada bağ işletmelerinin
%93’ünün 20 da ve altında bağ alanına sahip olduğu saptanmıştır(Durgut ve Arın, 2005). Bu
sonuç ülkenin her bölgesinde aynı sorunun olduğunu göstermektedir.
Alaşehir bölgesi bağlarının %100’ünün yüksek sistem bağ olarak tesis edildiği
saptanmıştır.
1986 yılında yapılan çalışmada bu rakam %90’ın üzerinde tespit
edilmiştir(Özerin, 1986).
Aynı bölgede yapılan diğer bir çalışmada da benzer sonuç elde edilmiştir (Çoban ve ark.
2001). Yüksek sistem bağ tesisinden daha fazla ürün elde edilmesi ve bu sistemin tarımsal
mekanizasyona daha elverişli olması bu gelişmede en büyük paya sahip olduğunu
düşündürmektedir.
Bağcılıkta budama; yüksek ve kaliteli ürün elde etmede en önemli kültürel işlemlerden
birisidir. Budamada bir asmada bırakılacak bayrak ve göz sayısı önemlidir. Araştırma
yöresinde, bu konudaki üretici uygulamaları şu şekilde saptanmıştır. Budamada 4-8 bayrak
bırakanların oranı %76.92 , 8’ in üzerinde bayrak bırakanların oranı ise %23.08 dir.
Budamada bayrak üzerinde bırakılan göz sayısı incelendiğinde, üreticilerin %4.62’si 4-8
göz, %95.38’i ise 8’in üzerinde göz bıraktıkları görülmüştür. Aynı yörede yapılan diğer bir
çalışmada, 4-6 bayrak bırakanların çoğunlukta olduğu ve bayrak üzerinde bırakılan göz
sayısının genelde 9-11 arasında olduğu saptanmıştır(Çoban ve ark.,2001). Budama zamanı
incelendiğinde, üreticilerin %18.46’sının kasım–aralık, %35.39’u aralık-ocak, %41.54’ünün
ocak- şubat ve %4.61’inde mart aylarında budama yaptığı saptanmıştır. Başka bir çalışmada
da üreticilerin %43.30’unun aralık-ocak ayında budama yaptığı belirtilmektedir(Çoban ve
ark.,2001). Budama zamanı konusunda bu iki çalışma paralellik göstermektedir.
Tarımsal üretimde en önemli kültürel işlemlerden birisi de gübrelemedir. Gübrelemenin
yetersiz yapılması verimi ve kaliteyi olumsuz etkilemektedir. Gereğinden fazla ve dengesiz
uygulama ise, verimi ve kaliteyi olumsuz etkilemekle birlikte ekonomik zarara neden
olmakta ve çevre kirlenmesine de yol açmaktadır. Dengeli gübreleme yapılmasının birinci
şartı gübrelemenin toprakta bulunan alınabilir bitki besin maddesi miktarına göre
yapılmasıdır. Çalışmada bölge bağcısının %80’nin toprak analizi yaptırmadan, %20’sinin de
toprak analizi sonuçlarına göre gübreleme yaptığı tespit edilmiştir. Toprak analizi
yaptıranların %54’ü her yıl, %46’sı ise 3 yılda analiz yaptırmaktadır. Çoban ve ark., (2001 )
aynı yörede toprak analizi yaptırma oranını %60.4 olarak saptamışlardır. Ege bölgesinde bu
oran %25 civarında belirlenmiştir(Işın ve Özerin, 1997). Sonuçlardaki farklılıklar ele alınan
yöre farklılığından kaynaklanıyor olabilir ancak, yöre üreticisinin toprak analizine gereken
önemi vermediği yadsınamaz bir gerçektir.
Çalışmada yörede uygulanan gübrelerin çeşitleri, miktarları ve uygulama zamanları
konusunda da inceleme yapılmıştır. Üreticilerin tamamı her yıl kimyasal gübre mutlaka
kullanmaktadır. %33.85’i aynı zamanda ahır gübresi de kullanmaktadır. Yeşil gübreleme
oranı ise %29.23 tür. Yaprak gübresi kullanımı oranı %84.62’dir.
Kimyasal gübrelerin üreticilerce kullanım oranları ve ortalama kullanım miktarları
Çizelge-1’de verilmiştir. Çizelgeden de görüldüğü gibi, amonyum sülfat en fazla oranda
tercih edilip kullanılan gübredir. Amonyum sülfatı amonyum nitrat gübresi izlemektedir. Üre
uygulama oranı da %29 olup, TSP(triple süper fosfat) kullanım oranına yakındır. Uygulama
miktarları incelendiğinde ise, TSP’ nin, üre ve amonyum nitratın toprak analizine göre
istenilen miktarlardan daha fazla olduğu söylenebilir.
Çizelge 1. Alaşehir Yöresinde Farklı Kimyasal Gübrelerin Üreticiler Tarafından Kullanılma
Oranları ve Kullanma Miktarları .
GÜBRE ÇEŞİDİ
KULLANIM ORANI
KULLANILAN
%
MİKTAR (kg/da)
15:15:15
45
50
20:20:0
10
40
Amonyum sülfat
52
35
TSP(triple süper fosfat)
31
44
DAP(diamonyum fosfat)
6
34
Potasyum sülfat
28
30
Üre
29
25
Amonyum nitrat
39
28
Kavaklıdere bağ alanlarında yapılan çalışmada yöredeki bağ alanlarının %48’inde azot,
%24’ünde fosfor ve %52 potasyum yetersizliği olduğu belirtilmektedir(Yener ve ark., 2002).
Alaşehir bölgesindeki bağların beslenme durumunun yaprak analizleriyle incelendiği diğer
bir çalışmada ise, bağ alanlarının %24’ünde hafif azot ve fosfor, %71’inde ise potasyum
eksikliği olduğu belirlenmiştir.(Kovancı ve Atalay, 1977). Başka bir çalışmada, Ege bölgesi
bağlarının beslenme durumu toprak ve bitki analizleriyle incelenmiş ve bağların %57’nin
azot, %73’nün fosfor ve %55’inin potasyuma ihtiyaç gösterdiği saptanmıştır(Kovancı ve
ark., 1984).
Çalışmada yörede kullanılan gübreler ve miktarları değerlendirildiğinde, dengeli
gübreleme yapmak için mutlaka toprak analizi yaptırılması gerektiği ve gübrelemenin buna
göre gerçekleştirilmesinin daha yararlı sonuçlar ortaya çıkarabileceği söylenebilir.
Gübrelerin uygulama zamanı ise, üreticilerin %9.27’si şubat, %41.58’i mart, %6.15’i
nisan ayında azotlu gübreleri serpme olarak uygulamaktadırlar. %43.0’ü de ocak şubat
aylarında kompoze gübrelerle birlikte banda uygulama yapmaktadırlar. Azotlu gübre
vejetasyon periyodu boyunca genelde iki seferde uygulanmaktadır. İkinci uygulama
amonyum nitrat formunda ve haziran temmuz aylarında serpme olarak
gerçekleştirilmektedir.
Fosforlu gübrelerin uygulama zamanı ve şekli konusunda elde edilen verilere göre;
üreticilerin %15,38’i ocak ayında, %37,93’ü şubat ayında ve %46,69’u da kompoze
gübrelerle ocak şubat aylarında 25-35 cm toprak derinliğine banda uygulama yaptığı
belirlenmiştir.
Potasyumlu gübrelemede ise üreticilerin %15,38’i ocak ayında, %40’ı şubatta ve
%44,62’side kompoze gübreleme ile birlikte ocak şubat aylarında yine 25-35 cm banda
uygulama yaptıkları görülmüştür.
Bağlarda azotlu gübrelerin erken ilkbaharda serpme, fosforlu ve potasyumlu gübrelerin
geç sonbaharda omcaların 50 cm uzağında ve 20-40 cm derinlikte açılan çiziğe uygulanması
önerilmektedir(Kacar ve Katkat, 2007). Çalışma sonuçlarına göre bölge üreticilerinin büyük
bir kısmının gübreleri uygun zaman ve şekilde kullandıkları söylenebilir. Yalnız kompoze,
fosforlu ve potasyumlu gübrelerin kullanımında biraz geç kaldıkları düşünülmektedir.
Ahır gübresi kullanan üreticilerin; %50’si bağla uyanmadan önce ilkbaharda ve %50’si
de hasattan sonra sonbaharda uygulama yapmaktadırlar. Uygulama şekli ise tüm toprak
yüzeyine homojen olarak dağıtmak ve pullukla toprak altına getirmek şeklindedir. Uygulama
miktarı ise genelde dekara bir traktör römorku hesabı şeklindedir. Bağlarda toprağın organik
madde durumuna göre 2-3 yılda bir kez, 10-20 ton/ha ahır gübresinin serilerek uygulanması
ve zaman geçirilmeden toprakla karıştırılması önerilmektedir(Kacar ve Katkat, 2007).
Sonuçta, Alaşehir yöresinde üreticilerin organik madde uygulamalarını tekniğe uygun olarak
yaptığı görülmektedir.
Bağcılıkta sulama yağışın meydana gelmediği aylarda mutlaka yapılması gereken önemli
bir kültürel uygulamadır. Bölge üreticisinin tamamı sulama yapmaktadır. Üreticilerin
%74.0’ü yılda 0-3 kez ve %36’sı ise 4-6 kez sulama yaptıklarını belirtmişlerdir. Üreticilerin
%31’i baraj suyundan, %40’ı yeraltı suyundan, %29’u ise dere ve yeraltı suyundan
yararlanılarak sulama yaptıklarını ifade etmişlerdir. Başka bir çalışmada, Alaşehir’de 3-5
kez sulama yapanların oranı %71.3 olarak bildirilmiştir(Çoban ve ark., 2001). Görüldüğü
gibi iki çalışma sonuçları paralellik göstermektedir.
Alaşehir bölgesindeki bağlarda hastalık ve zararlılarla mücadele, üreticilerin en fazla
üzerinde durduğu kültürel uygulamalardan birisidir. Bu konuda kimyasal mücadele en fazla
uygulanan yöntemdir. Hastalık ve zararlılarla kimyasal mücadelenin uygun zaman ve dozda
yapılmaması, hastalık ve zararlıların önlenememesi sonucunu yarattığı gibi, aynı zamanda
üzümün pestisitlerle kirlenmesi sorununu da yaratmaktadır. Yöre üreticilerinin zirai ilaçlama
sayıları bu konuda yol gösterici olabilir. Yöre üreticilerinin %15.40’ı bir vejetasyon
döneminde 0-5 kez , % 75.40’ı 6-10 kez, %9.20’si ise 11 ve üzeri ilaçlama yaptıklarını
belirtmişlerdir. Hormon kullanım oranı ise %95.39’dur. Yöredeki diğer
çalışmada da
üreticilerin yarısının yılda 8-10 kez ilaçlama yaptığı tespit edilmiştir(Çoban ve ark., 2001).
Her iki çalışma sonuçlarına göre yörede fazla ilaçlama yapıldığı ve fazla hormon kullanıldığı
söylenebilir.
Çalışmada hasat işlemi ile ilgili uygulamalar da incelenmiştir. Hasat zamanının
belirlenmesinde üreticilerin %7.62’i renk, %18.49’u tad, %69.26’ı renk+tad ve %4.63’de
ölçme yöntemi kullandıklarını bildirmişlerdir. Üreticilerin %12.80’i 15 ağustostan önce,
%45.40’ı 15-30 ağustos arası, %40.00’ı 1-15 eylül arası ve %1.80’i 15 eylülden sonra hasat
işlemini gerçekleştirdiklerini belirtmişlerdir. Üreticilerin %48.33’ü kurutmada beton sergi,
%38.34’ü kanaviçe, %10.00’u beton sergi ve kanaviçe, %3.33’ü ise tel sergiyi
kullanmaktadır. Bu sonuçlara göre; üreticilerin genelde hasat zamanı belirlemede üzümün
renk ve tadına baktıkları, hasat işlemini 15 eylüle kadar bitirdikleri kurutma işlemini beton
sergi ve kanaviçede gerçekleştirdikleri söylenebilir.
Ürününün değerlendirme şekline gelince, üreticilerin %51.56’sı kurutmalık, %35.94’ü
kurutmalık+sofralık ve %12.50’i ise sofralık olarak yetiştiricilik yapmaktadır. Aynı yöredeki
başka bir çalışmada ise üreticilerin %51.50’sinin ürününü kurutmalık olarak
değerlendirdiğini saptamışlardır (Çoban ve ark., 2001). Verim miktarları ise; 0-500 kg/da
kuru üzüm elde edenlerin oranı %63.93, 500-750 kg/da ürün elde edilme oranı %29.51 ve
750 kg/da dan fazla ürün elde edenlerin oranı ise %6.56’dır. Bu oranlara göre yörede elde
edilen ürün miktarların orta seviyede olduğu ve yükseltilmesi gerektiği düşünülmektedir.
4.
SONUÇ VE ÖNERİLER
Yörede bağcılıkla uğraşan üreticilerin eğitim düzeyi düşüktür. Bağcılık genellikle küçük
aile işletmeciği şeklinde yapılmaktadır. Budama işlemi genellikle, alışkanlıklar ve çevreden
etkilenme ile şekillenmektedir. Oysa her üreticinin kendi bağının gücü, yaşı ve toprak yapına
göre budama yapması tekniğe en uygun yöntemdir. Bu konuda üreticilere yönelik
bilgilendirme çalışmalarının yapılması faydalı olacaktır. Bu çalışmalarda, budama zamanı ile
don olaylarından zarar görme eğilimi arasındaki ilişki üzerinde durulmalıdır.
Gübrelemede; toprak analizine gereken önem verilmemektedir. Toprak analizinin önemi
ve gerekliliği konusunda yayım çalışması yapılarak analiz yaptırma oranı mutlaka
arttırılmalıdır. Organik gübrelerin kullanılma oranı düşüktür. Buna karşılık yaprak gübre
kullanım oranı yüksektir. Organik gübreler asmanın besin ihtiyacının karşılanması yanında,
toprağın fiziksel ve kimyasal özelliklerini bağcılık için daha uygun hale getirmektedirler.
Yapraktan gübreleme gereksinim duyulduğunda, besin eksikliğinin topraktan yapılacak olan
gübreleme ile giderilmesinin zor olduğu koşulda yararlı olmaktadır. Yörede bilinçsiz bir
yaprak gübrelemesi yapılmaktadır. Bu nedenlerden dolayı organik gübre kullanımının
arttırılması yaprak gübresinin kullanımından daha bilinçli hale getirilmesi gerektiği
düşünülmektedir.
Azotlu gübreler en fazla oranda kullanılan gübrelerdir. Potasyumlu gübrelerin gübreleme
programlarında yer almaya başlaması sevindirici bir gelişmedir. Gübrelerin kullanım
zamanlarında da dengesizlikler söz konusudur. Gübrelemenin toprak analizlerine göre
yapılması bu sorunun ortadan kalkmasına yardımcı olacaktır.
Sulama, su kaynaklarının durumuna göre gerçekleştirilmektedir. Fazla su ve eksik su ile
asmada meydana gelen stres, verim ve kaliteyi olumsuz etkilemektedir. Bu nedenle yörede
sulamanın tekniğine uygun olarak yapılması için damla sulama sisteminin yörede
yaygınlaştırılması gerekli görülmektedir. Zirai ilaç ve hormon kullanımı üründe kalıntı
sorunu yaratması nedeniyle büyük önem taşımaktadır. Bu konuda üretici mutlaka
bilgilendirilmelidir.
Hasat işlemi genelde üzümün renk ve tat durumuna göre yapılmaktadır ve 15 Eylüle
kadar hasat tamamlanmaktadır. Kurutmada beton sergi+kanaviçe ve tel sergi kullanım
oranları düşüktür. Bunun artırılması kuru üzüm kalitesi açısından faydalı olacaktır. Ayrıca
hasat zamanını tespitinde ürünün şeker miktarını ölçerek hasat zamanının tespit edilmesi
yönteminin daha yararlı olacağı üreticilere benimsetilmelidir.
Üreticilerin %35.94’ü üzümü kurutmalık+sofralık yetiştirdiğini belirtmişlerdir. Oysa her
iki amaçla üzüm yetiştirme teknikleri birbirinden farklıdır. Bu nedenle üreticinin başlangıçta
amacını iyi belirleyip ona göre yetiştirme yapması hem kuru üzüm hem de sofralık üzümün
kalitesini arttıracaktır. Bu konuda yayım çalışması yapılması gerekli görülmektedir.
Bu çalışmada, dekardan elde edilen kuru üzüm veriminin orta düzeyde olduğu
belirlenmiştir. Yukarıda belirlenen hatalı uygulamalar konusunda yapılacak çalışmalarla
verim miktarının artırılması mümkün olabilecektir.
5.
KAYNAKLAR
1.
Anonim,2004. Ege İhracatçı Birlikleri Kayıtları, İzmir, Türkiye.
2.
Anonim, 2007. Alaşehir İlçesi Tarım İstatistik Verileri, Alaşehir-Manisa.
3.
Çelik,S.1998. Bağcılık (Ampeloji), Cilt:1, Anadolu Matbaa, 425, Tekirdağ.
4.
Çoban., H., Kara, S. ve Kısmalı,İ., 2001. Alaşehir ve Buldan İlçelerinde Mevcut Bağ
İşletmelerinin Yapısının Belirlenmesi Üzerinde Bir Araştırma E.Ü.Z.F dergi 38(1):1724- İzmir.
5.
Durgut, M.R. ve Arın , S., 2005. Trakya Yöresi Bağcılığın Mekanizasyon Düzeyi ve
Sorunları, Tekirdağ Ziraat Fak. Dergi 2 (3) – Tekirdağ.
6.
Esin, A., 1975. Örnekleme Metotları ve Bin Uygulama A.Ü.I.T.I.A S.170.
7.
Gül, A.1993. Anket Değerlendirme ve Analiz Programı (ADA). Ç.Ü.Z.F. Tarım
Ekonomisi Bölümü Version 2-21. Adana.
8.
Işın, F. ve Özerin, G., 1997. Ege Bölgesi Bağcılığın Sosyo - Ekonomik Yapısı, Pazara
Arz ve Yayım, Ege Bölgesinde Çekirdeksiz Kuru Üzümün Geleceği Sorunları ve
Çözüm Önerileri Paneli, Ege Tarımsal Arş. Ens. S 10 -13, Menemen.
9.
Özerin, G.,1986. Çekirdeksiz Kuru üzümde Uygulanması Politikalarının Ege
Bölgesinde Üretim ve Üretici Açısından Sonuçlarının Değerlendirilmesi, E.Ü
Fak.(Basılmamış doktora tezi), - İzmir.
Ziraat
10. Kaçar B. Ve Katkat A , 2007. Gübreler ve Gübreleme tekniği Nobel Yayın
No:1129-Ankara.
11.
Kovancı, İ. , Atalay, İ.Z. ve Anaç , D., 1984. Ege Bölgesi Bağlarının Beslenme
Durumunun Toprak ve Bitki Analizleri ile İncelenmesi. Bilgehan Basımevi – İzmir
12. Kovancı,İ. Ve Atalay İ.Z., 1977. Alaşehir Bağlarının Beslenme Durumunun Yaprak
Analizleri Yöntemiyle İncelenmesi. E.Ü. Z.F dergi Cilt :14 sayı : 1 – İzmir.
13. Yağmur, B., Aydın, Ş.ve Çoban, H. 2005. Yapraktan Potasyum Nitrat(KNO3)
Uygulamalarının
Yuvarlak
Çekirdeksiz
(Vitis
Vinifera
L.)
Üzüm
Çeşidinde
Verim ve Bazı kalite Özelliklerine Etkisi. Selçuk Üniversitesi, Ziraat
Fakültesi Dergisi 19(36):106-109.
14. Yener, H., Aydın , Ş. ve Güleç, I., 2002. Alaşehir Yöresi Kavaklıdere Bağlarının
Beslenme Durumu Anadolu 12(2) , 110-138 – İzmir.
HİDROLİK TAHRİKLİ SAYISAL DENETİMLİ CİHAZ
BÖLÜM 1: SİSTEMİN YAPILANDIRILMASI
Ahmet Murat PİNAR1, Abdulkadir GÜLLÜ2, A. Faruk PİNAR3
ÖZET
Otomasyon ve tezgah tasarımı alanlarına ışık tutacağı düşünülen çalışmada, CNC
(Computer Numerical Control) ile denetlenen hidrolik tahrikli bir prototip tanıtılmıştır. İlk
olarak cihazın mekanik yapısı sonrasında hidrolik ve CNC sistemi ayrıntılı olarak
sunulmuştur. Son kısımda cihaza ait kalibrasyon deneyleri gerçekleştirilerek yorumlanmıştır.
Anahtar sözcükler: CNC, Sayısal denetim, Oransal valf, Hidrolik pozisyonlama
HYDRAULIC DRIVEN NUMERICAL CONTROLLED DEVICE PART 1:
CONSTRUCTION OF THE SYSTEM
ABSTRACT
In this study, a hydraulic driven prototype controlled by the CNC (Computer Numerical
Control)which is considered to enlighten the areas of automation and machine tool design is
introduced. The mechanic structure of the device is first presented followed by a detailed
examination of the hydraulic and CNC system. In the last section, the calibration
experiments of the devise are realised and evaluated.
Keywords: CNC, Numerical Control, Proportional valve, Hydraulic positioning
1.
GİRİŞ
Küçük hacimde büyük kuvvetlerin elde edilmesi, kademesiz hız/kuvvet geçişleri ve
hassas konum kontrolü gibi birçok avantajı bünyesinde barındıran hidrolik sistemler
endüstrinin birçok alanında geniş kullanıma sahiptirler. Buna karşın hidrolik sistemlerin en
belirgin dezavantajı; modellenmesi zor olan sıcaklık, sıkıştırılabilirlik, sızıntılar, ağırlık,
sürtünme vb. lineer olmayan parametrelerin, sistemin konum ve hız kontrolünü olumsuz
etkilemesidir. Bu sebeple hala birçok kontrol stratejisi bu sistemler üzerinde denenmektedir.
Hidrolik sistemlerin en çok kullanıldığı, yüksek güce ihtiyaç duyulan alanlardan biri de
madenciliktir. Rath ve arkadaşları, Alp madeni için kullanılacak olan servo hidrolik
pozisyonlama sistemi üzerine çalışmışlardır. Yapılan deneyler sonucunda ivme geri besleme
çevrimi kullanarak sistemin veriminin arttığı görülmüştür [1]. Bonchis aynı sektöre yönelik
yapmış olduğu çalışmada, hidrolik sistemlerin genelinde görülen önemli sürtünme
lineersizliği halinde, pozisyon problemlerini incelemiştir. Değişken yapılı yaklaşım içeren
birçok sürtünme araştırması, ivme geri beslemeli denetimle gerçekleştirilmiştir. Yapılan
deney sonuçlarına göre, değişken yapılı kontrolün, modellenmeyen sürtünmeye rağmen en
iyi sonuçları verdiği tespit edilmiştir [2].
Cho ve Lee, tarımda kullanılan püskürtücünün otomatik operasyonuna yönelik bulanık
1
Yrd. Doç. Dr., Celal Bayar Üniversitesi Turgutlu MYO, Turgutlu-MANİSA, [email protected]
Yrd. Doç. Dr., Gazi Üniversitesi Teknik Eğitim Fakültesi, Beşevler-ANKARA, [email protected]
3
Öğr. Gör., Celal Bayar Üniversitesi Turgutlu MYO, Turgutlı-MANİSA, [email protected]
2
denetleyici geliştirmişlerdir. Bulanık denetimli otomatik operasyonun gerçek bahçe
şartlarında grafiksel olarak simülasyonu yapılmıştır. Simülasyon sonuçları, geliştirilen
“Diferansiyel Global Konumlama Sistemi” alıcısı ve ultrasonik sensörlerin
kombinasyonundan oluşan bulanık denetimli püskürtücünün, otomatik olarak
kullanılabileceğini göstermiştir. Alan testi sonuçlarına göre, püskürtücü 50 cm’lik sapma ile
otomatik operasyonu gerçekleştirebilmiştir. Ultrasonik sensörler pozisyon sapmalarını çok
fazla telafi edememişlerdir. Fakat bilgisayar simülasyonlarına göre, denetleyicinin
performansı %68 oranında iyileştirilmiştir. Hidrolik tertibatın bu sisteme cevap hızı uygun
olmadığından performans da çok etkili olmamıştır [3].
Kugi ve arkadaşları, modern lineer olmayan denetim tekniklerinin hadde tezgâhındaki
kalınlık denetimine uygulanmasını incelemişlerdir. Kapalı çevrimlerin performanslarının,
sistemin lineer olmayan özellikleri göz önüne alınarak büyük ölçüde geliştirilebileceği ortaya
çıkmıştır. Uygulamada, bu lineer olmayan denetim kavramları, daha hızlı üretim oranlarına,
daha ince final çubuk kalınlıklarına imkan vermektedir. Fakat iyi oluşturulmuş, lineer
olmayan denetim teorilerinin direkt uygulanması pratikte her zaman aynı sonucu vermez.
Parçanın tüm özelliklerinin gözden geçirilmesi gerekmektedir. Bu çalışmada, bir haddenin
pozisyonlama sistemi kullanılarak, aralık denetimi yapılmasıyla lineer olmayan denetim
yaklaşımının avantajları görülmektedir [4].
Becker vd. hidrolik tahrikli robot mekanizmalar için, model tabanlı pozisyon denetim
sistemini sunmuşlardır. Anahtarlama denetim kuralının global asimptotik kararlılığını
manipülatör ve hareketlendiricideki belirsizliklere rağmen kanıtlamışlardır. Önerilen
sistemin diğer bir avantajıda denetleyici parametrelerinin ayarını önemli ölçüde basitleştiren
modüler yapısıdır [5].
Günümüzün önemli rekabet stratejilerinden bir tanesi de imalatta adaptif bilgisayar
denetimli hassas kalıplama teknikleridir. Karl ve arkadaşları, gerçek bir uygulamaya
dayanarak bilgisayar kontrollü bir pozisyonlama mekanizması geliştirmişlerdir. Sistemde,
pahalı bir servo valf kullanmadan 0,001 inch’lik hassasiyetler elde edilmiştir [6,7].
Asansör sanayide yüksek rijitliğinden dolayı hidrolik sistemleri sıklıkla kullanmaktadır.
Guojin vd., hız geri beslemesinin kullanıldığı hidrolik asansörü tanıtarak, sistem için akış
geri besleme denetiminin problemlerini analiz etmişlerdir. Li ve arkadaşları, bir asansör
kabinine ait hız ve konum analizinin iyileştirilmesini incelemişlerdir. Bu işlem, asansör
kabininin iki yanına yerleştirilmiş iki simetrik silindirin denetimi ile gerçekleştirilmiştir.
Çalışma, 3 adet oransal valf içeren basit bir hidrolik sistemin tasarımını içermektedir. Amaç,
kabinin iki tarafında yer alan silindirlerin senkronize olmamasından doğan konum hatalarının
düzeltilmesi ve hızın istenilen sınırlarda tutulmasıdır. Deney sonuçları, konum kontrolünün
± 2 mm’lik tolerans sınırlarında tutulduğunu, istenilen hız ile gerçekleştirilen hız arasındaki
farkın valflerin histerisiz özelliğinden kaynaklandığını belirtmektedir [8].
Talaşlı imalata yönelik bir konum denetimi uygulamasında, Park ve Eman, tahmini telafi
denetimini (TTD), parmak frezelemede 3 boyutlu prizmatik iş parçalarının düzlüğünün
doğruluğunu arttırmak için kullanmışlardır. Bu stratejinin temel mantığı, işlem esnasında
hata ölçümü, ihtimale dayalı modelleme ve kesme hatalarının telafisine dayanmaktadır.
Önerilen TTD sistemi, lazer temelli işlem sırasındaki düzlük hata ölçümü sistemi, hidrolik
pozisyonlama servo düzeneği ve bilgisayardan oluşmuştur. Talaş kaldırma esnasında TTD
sisteminin uygulanmasıyla, iş parçası düzlük hatası % 80 azaltılmıştır [9].
İlgili literatür incelendiğinde, CNC’lerin Hidrolik sistemlerin denetiminde çok fazla
kullanılmadığı görülmektedir. Hidrolik sistemler daha çok CNC takım tezgahlarının gezer
punta, taret ve ayna mekanizmaları gibi yan operasyonlarında kullanılmaktadır. Buna karşın,
Metal bükme presleri metallerin plastik deformasyonu esnasında yüksek tonaj
ihtiyaçlarından dolayı hidrolik silindirlerle tahriklenmektedir. CNC teknolojisinin bu
tezgâhlara adaptasyonu ile daha esnek ve firesiz üretim mümkün hale gelmiştir. Altıntaş ve
Lane Apkan presin denetimini açık mimarili CNC ile gerçekleştirmişlerdir [10]. Bu
çalışmada ise, CNC işleme merkezi temel hareketleri olan doğrusal interpolasyonların ve
daha önce hidrolik tahrikle denenmemiş dairesel interpolasyon hareketlerinin
incelenebileceği bir sistem yapılandırılmıştır.
2.
CNC HİDROLİK SİSTEM
Bu çalışmada 4 eksen kontrolü yapabilen bir CNC kontrolü hidrolik sistem
geliştirilmiştir. Geliştirilen sistem, Siemens S7-300 PLC seti bünyesindeki 4 eksen CNC
denetleyici ile (FM-357) kapalı çevrim olarak kontrol edilmektedir. Geri besleme elemanı
olarak 5µm’lik doğrusal pozisyon kodlayıcı (lineer enkoder) kullanılmıştır. Şekil 1’de
görüldüğü gibi, denetleyiciye ait yazılımla gerçekleştirilecek harekete göre ilgili komut MDI
(Manuel Data Input) modunda kullanıcı tarafından girilmektedir. CNC komuta ait veriler
USB/MPI arabirim kartı vasıtası ile PLC (Programable Logic Controller) setin işlemcisine
(CPU-314) gönderilir. CNC denetleyici (FM 357-2) ±10 Volt’luk çalışma gerilimi aralığında
uygun elektrik sinyalini oransal valfe uygular. Valfin yönlendirdiği silindirler, ekseni uygun
hızda hareket ettirerek istenilen hareketin gerçekleştirilmesini sağlar.
Şekil 1. Sistemin çalışma prensibi [11]
Mekanik Aksam
Düzenek CNC dik işleme merkezine benzer konfigürasyonda 90º konumlandırılmış X ve
Y ekseninden oluşmaktadır. Mekanik yapı, CNC temel hareketleri olan doğrusal
interpolasyon (G01), dairesel interpolasyon (G02, G03) ve hızlı hareketleri (G00)
yapabilecek yetenekte tasarlanmıştır (Şekil 2).
Şekil 2. Mekanik aksam 1. Y ekseni silindiri 2. X ekseni silindiri 3. Y ekseni doğrusal pozisyon
kodlayıcısı 4. X ekseni doğrusal pozisyon kodlayıcısı 5. Y ekseni oransal valfi 6. X ekseni oransal
valfi 7. Y ekseni tablası 8. X ekseni tablası 9. Ağırlıklar
Her iki eksende de hareket iletimleri bilyeli araba ve ray-kızak sistemi ile sağlanmıştır (
Şekil 2). Sistemde, Star firmasına ait, 1605-804-31/600 sipariş kodlu 4 adet 20’lik ray-kızak
ve 1622-894-10 sipariş kodlu 8 adet bilyalı araba kullanılmıştır. Bu hareket iletim sistemi,
maksimum 100 ºC sıcaklık, 3 m/s’lik hız, ve 250 m/s2’lik ivme değerlerinde
kullanılabilmektedir.
Sistemin montajındaki doğruluk gerçekleşen hareketin doğruluğunu doğrudan
etkilemektedir. Bu nedenle sistemin montajı yapılırken 0,01 mm ve 0,001 mm’lik
komparatörler kullanılmıştır. İlk olarak X ve Y eksenlerine ait rayların montajı iki aşamada
gerçekleştirilmiştir. Birinci aşamada 0,01mm’lik komparatörle kaba, ikinci aşamada da 0,001
mm’lik komparatörle hassas paralellik ayarı yapılmıştır. Şekil 3’de X-eksenine ait rayın
hassas paralellik ayarı görülmektedir. Silindirlere ait paralellik ayarı üç aşamada
gerçekleştirilmiştir. Birinci aşamada silindir maksimum strokta açılarak, iki uçtan 0,01
mm’lik komparatörle yükseklik ayarı yapılmıştır (Şekil 4).
Şekil 3. Ray-kızağa ait paralellik ayarı [11]
Şekil 4. Silindirlere ait yükseklik ayarı [11]
İkinci aşamada yatay delik tezgâhının fener miline bağlanan 0,01 mm’lik komparatörle
silindirlerin kaba, üçüncü aşamada da 0,001 mm’lik komparatörle hassas paralellik ayarı
yapılmıştır (Şekil 5).
Şekil 5. Silindirlerin paralellik ayarı [11]
2.2. Hidrolik Sistem
Şekil 6’da Sistemin hidrolik devresi görülmektedir. Oransal valflerin montajı
yapılmadan önce depo ve hortumlardaki kirliliğin, hava ve gaz kabarcıklarının alınması için
sistem yaklaşık olarak 8 saat boşta çalıştırılmıştır (flashing işlemi). Ardından her bir eksene
ait silindire aç/kapa valfi kullanılarak 300 defa maksimum strokta ileri geri hareket
yaptırılmış ve silindirlerin içinde kalan hava boşaltılmıştır. Özellikle yüksek basınçlarda
hidrolik sistemdeki sızıntıların artması ve denetleyicideki pozisyon denetim kazancının (Kv)
düşmesi sebebiyle, deneyler 10 bar basınçta gerçekleştirilmiştir.
Şekil 6. Geliştirilen sistemin hidrolik devresi [11]
Çizelge 1’de hidrolik sistemde kullanılan elemanlara ait malzeme kodları ve özellikler
verilmiştir.
Çizelge 1. Hidrolik malzemelere ait sipariş kodları ve özellikleri
No
1
2
3
Malzemenin adı
Depo
Sıcaklı seviye göstergesi
Kapak
4
Dıştan dişli pompa
5
6
Akuplaj
Elektrik motoru
7
Basma hattı filtresi
8
Küresel vana
9
Hidrolik akü
10 Gliserinli manometre
11 Kontrol bloğu
11.1 Blok gövdesi
Malzeme kodu ve özelliği
Rexroth-120lt
Rexroth-0510725031
22,5 cm3/devir
Gamak, 8Kw 1450dev/dk 3Faz Asenkron elektrik motoru
Hayboc-DFBN/HC110G10A1.1
110lt/dk geçirgenlik, 10µm elek boyutu
Flutec KHB-G1/4-1212-03X
Hayboc SB330-4A1/112U-330A
330 bar maksimum çalışma basıncı, 4Lt balonlu akümülatör
Pakkens, pano tip Ø63x160
-
Adet
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
11.2 Basınç emniyet valfi
11.3 Çek valf
11.4 Basınç düşürme valfi
12
Havalı soğutucu
13
Oransal yön denetim valfi
14
Hidrolik silindir
Rexroth DBDH 10 K1X/100
Boyut 10, 100 bara kadar basınç ayarı
Flutec CP100-1-B-0-005
207 Bar çalışma basıncı
Rexroth DR 10 K4-3X/100YM
Boyut 10, 100 bara kadar basıç ayarı
Emmegi 2020
24V DC, 3000dev/dk, 0,1KW
Rexroth WREE6E322X/G24K31/A1V
Rexroth
CDH1MS2 40/28/300B1X/B1CGUTWW+GAS25
Rexroth
Rexroth
1
1
1
1
2
2
2
2
2.3. CNC Denetleyici
FM 357-2 analog fonksiyon modülüne ait kontrol şeması Şekil 7’de görülmektedir. FM
357-2 maksimum 4 eksenin pozisyon fonksiyonu olarak kontrol edilmesini sağlamaktadır.
FM 357-2, bunu ayarlanmış hız için her bir eksene analog çıkış atayarak ve gerçek
pozisyonun periyodik olarak okunması için her bir eksene pozisyon kodlayıcı giriş atayarak
gerçekleştirir. Bizim sistemimizde Şekil 7’den farklı olarak servo motor yerine oransal yön
denetim valfi kullanılmıştır.
Şekil 7. CNC denetleyiciye (FM 357-2) ait kontrol şeması
CNC denetleyici parametrelerinin ayarı
Denetleyiciye ait ölçü birimi, eksen konfigürasyonları ve kanal konfigürasyonları gibi
parametreler denetleyiciye ait yazılımın “Configuration” (Konfigürasyon) sekmesi
kullanılarak ayarlanmaktadır. Bu formda “Axis Configuration” (Eksen konfigürasyonu)
düğmesine basılarak eksen konfigürasyon ayarları yapılmaktadır. Sistemimizde X ve Y
olmak üzere 2 adet eksen bulunduğu için bunlara ait ayarlamalar yapılmıştır. Burada
eksenlerin isimlendirilmesi, lineer mi döner tabla şeklinde mi olduğu ve nasıl tahrik edileceği
(Servo, Step ya da Profibus tahrikle) belirlenmektedir. Düzenekteki eksenler lineer tip olup,
Servo olarak tahrik edilecektir (Şekil 8).
Şekil 8. Eksen konfigürasyon formu
CNC denetleyicide her bir eksen için kullanılacak konum geri besleme elemanına ait
özellikler “Encoder Adaptation” yani pozisyon kodlayıcı adaptasyonu sekmesi seçilerek
ayarlanmaktadır. Burada “Encoder design” (pozisyon kodlayıcı tasarımı) parametresi ile
pozisyon kodlayıcının lineer mi yoksa dönel mi olacağı, “Encoder type” (pozisyon kodlayıcı
tipi) parametresi ile artışlı mı yoksa mutlak mı olacağı ve “Scale division” (Ölçek bölüntüsü)
parametresi ile de pozisyon kodlayıcıya ait 1 palsın mm olarak değeri belirlenmektedir. Şekil
9’da gerçekleştirilen sistem için yapılan ayarlamalar görülmektedir.
Şekil 9. Denetleyici yazılımındaki pozisyon kodlayıcı ayarlarının yapıldığı form
Konum hassasiyetini etkileyen en önemli parametre Kv Controller Data (Denetleyici
verileri) formundan ayarlanmaktadır (Şekil 10).
Şekil 10. Denetleyici parametrelerinin ayarlandığı Controller Data formu
Pozisyon Denetim kazancı (Kv)
Pozisyon doğruluğunu ve sistemin kararlılığını etkileyen en önemli denetleyici
parametrelerinden biridir. Kv faktörünün miktarı eksenlerin aşağıdaki önemli referans
değişkenlerini etkilemektedir:
• Pozisyonlama doğruluğu
• Hareketin bütünlüğü
• Pozisyonlama zamanı
Kv aşağıdaki gibi formülüze edilebilir.
Kv=V/∆s
(1)
Burada V, hızı (m/dk), ∆s de takip hatasını (mm) ifade etmektedir. Aşırı büyük Kv
faktörü sistemde titreşim, kararsızlık ve istenmeyen gerilimlere sebep olmaktadır. İzin
verilen en büyük Kv faktörü tahriğin tasarımına, dinamik cevabına, ve sistemin mekanik
kalitesine bağlıdır.
Sistemde Kv fakörü deneysel olarak belirlenmiş olup basınçla ters orantılı olarak
değişmektedir. Yapılan pilot çalışmalarda düşük Kv değerinde pozisyon hassasiyetinin
düştüğü, yüksek değerlerde ise silindirlerde titreşim meydana geldiği görülmüştür.
Kullanılacak her bir silindir için farklı Kv ayarı yapılmıştır. Bu doğrultuda silindirlere ait
63mm, 50mm ve 40mm piston çapları için sırasıyla 4, 0,7 ve 0,2 Kv değerleri deneysel olarak
belirlenmiştir.
3.
KALİBRASYON DENEYLERİ
Kullanılan ölçüm sisteminin doğruluğunu kontrol etmek amacıyla kalibrasyon deneyleri
gerçekleştirilmiştir. Bu amaçla, 1 µm’lik komparatör ve Johnson mastarları kullanılarak her
iki eksende, 2 farklı hareket mesafesinde ve 2 farklı ilerleme oranında deneyler yapılmıştır.
Hareket süreler kronometre ile ölçülmüş olup, gerçekleşen ilerleme oranı değeri pozisyon
kodlayıcı ölçümünün süreye bölünmesi ile belirlenmiştir. Her bir deney 8 kez tekrar
edilmiştir.
Y Ekseni Kalibrasyon Deneyleri
Yapılan deneyler neticesinde tüm durumlarda ölçü farkı 0 ila 0,004 arasında değişmekte
olup, pozisyon kodlayıcı sinyallerinde herhangi bir pals (darbe) kaybı olmadığı görülmüştür.
Buna göre pozisyonlama ölçüm sisteminin istenen sınırlar içerisinde ölçme yaptığı açıkça
görülmektedir.
40 mm’lik hareket mesafesinde 100mm/min ve 50 mm/min’lık ilerleme oranı test
edilmiş, sırasıyla ortalama 98,367mm/min ve 49,394mm/min ilerleme değerleri ölçülmüştür.
Buna göre 100 ve 50 mm/min’lık deneylerde sırasıyla ortalama 1,633 ve 0,606 mm/min’lik
hatalar tespit edilmiştir.
20 mm’lik hareket mesafesi deneylerinde 100’lük ilerlemede ortalama 94,620, 50’lik
ilerlemede ise, ortalama 48,960 mm/min’lık ilerleme oranı değerleri ölçülmüştür. Bu
ölçmeler ışığında 100 ve 50’likte nominale göre sırasıyla 5,38mm/min ve 1,04mm/min’lik
hata oluşmuştur.
X Ekseni Kalibrasyon Deneyleri
Y ekseninde olduğu gibi ölçü farkı 0 ila 0,004 arasında değişmekte olup, Buna göre
pozisyonlama ölçüm sisteminin istenen sınırlar içerisinde ölçüm yaptığı açıkça
görülmektedir.
40 mm’lik hareket mesafesinde 100 ve 50 mm/min’lik ilerleme oranlarında sırasıyla
ortalama 98,110 ve 49,164’lık ilerleme değerleri ölçülmüştür. Buna göre 100 ve 50
mm/min’lık deneylerde sırasıyla 1,89 ve 0,836’lık hatalar meydana gelmiştir.
20 mm’lik hareket mesafesinde ise 100’lük ilerlemede ortalama 94,297, 50’likte ise
ortalama 48,636 mm/min’lık değerler ölçülmüştür. Bu sonuca göre; 100 ve 50’lik nominal
ilerleme oranlarındaki ölçmelerde sırasıyla 5,703 ve 1,364mm/min’lik hatalar tespit
edilmiştir.
Tüm deneyler dikkate alındığında, düşük ilerleme oranında ve artan hareket
mesafesinde, ilerleme oranındaki hatanın azaldığı açıkça görülmektedir. Tespit edilen
hataların deneysel çalışmaları aksatacak veya engelleyecek nitelikte olmadığı
görüldüğünden, belirlenen ilerleme değerleri yerine nominal ilerleme değerleri esas
alınmıştır.
4.
CNC denetleyicilerin hidrolikle tahriklenen sistemler üzerindeki pozisyonlama
yeteneğinin incelenmesi için, CNC dik işleme merkezine benzer konfigürasyonda birbiri ile
90° konumlandırılmış iki eksenden oluşan prototip imal edilmiştir. Sistem 4 eksenli CNC
takım tezgahların kontrolünde kullanılan Siemens S7-300 PLC set bünyesindeki FM-357
analog modülle denetlenmiştir. Yapılan çalışmayla aşağıdaki sonuçlar elde edilmiştir:
• Hidrolik tahrikli doğrusal ve dairesel interpolasyon hareketlerine ait pozisyonlama
hassasiyetleri belirlenebilecek ve bunları etkileyen modellenmesi zor parametrelerin
etkileri belirlenebilecektir.
• Tezgah tasarımı ve otomasyon alanlarında çalışan kişilere özellikle CNC denetleyicinin
parametre ayarları hakkında önemli bilgiler aktarılabilecektir.
• Çalışmanın endüstriye adaptasyonu oldukça kolaydır. Diğer kontrol algoritmaları
karmaşık ve piyasaya adaptasyonu oldukça zordur. Buna karşın, Siemens S7-300 PLC seti
bünyesindeki FM 357-2 denetleyici piyasada yaygın olarak kullanılan bir CNC ürünü
olduğundan ulaşılması oldukça kolaydır. İstenilen hareketlerin yapılması için karmaşık
yazılımlara gerek yoktur. Denetleyiciye ait yazılımın MDI ve otomatik modlarında
istenilen harekete ait kod kolayca girilebilir. Sistem prototip olarak geliştirilmesine karşın,
firmaya ait operatör paneli vb. ekipmanlar ilave edilerek, basit endüstriyel bir tezgaha
dönüştürülebilir.
• Sisteme ait kalibrasyon deneyleri sonuçları incelendiğinde ölçüm sisteminin yeterli
doğrulukta olduğu görülmektedir
Teşekkür
Bu çalışmanın gerçekleştirilmesinde, 07/2003-20 no’lu projedeki katkılarından dolayı
Gazi Üniversitesi Rektörlüğü Bilimsel Araştırma Projeleri Birimi’ne teşekkür ederiz.
5.
KAYNAKLAR
1.
Rath, G., Leary, O., Marek, P., Sieben, A. and Scfferliger, G., “Servo-hydraulic
positioning system for the Alpine miner”, IEEE Conference on Control Applications
Proceedings, 1: 594-597 (2000).
2.
Bonchis, A., Corke, P. I., Rye, D. C. and Ha, O. P., “Variable structure methods in
hydraulic servo system control”, Automatica, 37: 589- 595 (2001).
3.
Cho, S. I., Lee, J. H., “Autonomous speedsprayer using differential global positioning
system”, Genetic Algorithm and Fuzzy Control, 76: 111-119 (2000).
4.
Kugi, A., Schacher, K. and Novak, R., “ Non-linear control in rolling mills: A new
perspective”, IEEE Transactions on Industry Applications, 37 (5): 1394-1402 (2001).
5.
Becker, O., Pietsch, I. and Hesselbach, J., “Robust task-space control of hydraulic
robots”, Proceedings of the 2003 lEEE Inlernatiaoal Conference on Robotics
&Automation, Taipei Taiwan, 4360-4365 (2003).
6.
Kurz, K., Craig, K. and Barrystolfi, F., “Design and development of a flexible,
automated, fixturing device for manufacturing”, A.S.M.E. Dynamic Systems and
Control Division, 50: 99-104 (1993).
7.
Kruz, K., Craig, K. and Barrystolfi, F., “Developing a flexible automated fixturing
device “, Mechanical Engineering, 166 (7): 59-63 (1994).
8.
Li, K., Mannan, M. A., Minggian, X. and Xiao, Z., “Electrohydraulic proportional
control of twin cylinder hydraulic elevators”, Control Engineering Practice, 9: 367-373
(2001).
9.
Park, C. W., Eman, K. F. and Wu, S., “Forecasting compensatory control (FCC) of
machining flatness”, International Journal of Machine Tools and Manufacture, 28
(1): 59-67 (1988).
10. Altıntaş, Y., Lane, A. J., “Design of an electrohydraulic CNC press brake”, Int. J.
Mach. Tools Manufact., 37 (1): 45-59 (1997).
11. Pinar, A. M., “Hidrolik Tahrikli Sayısal Denetimli Bir Sistemde Dairesel İnterpolasyon
Hareketlerinin Analizi”, Doktora Tezi, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü,
Ankara, (2006).
MANİSA BÖLGESİNDEKİ BAZI İÇME SULARININ
KİMYASAL ANALİZİ
Yüksel ABALI1, Şerif TARGAN1, Ümmühan SÜNER1, Cengiz SÜNER1
ÖZET
Yapılan bu çalışmada; Kula ve Gökçeören çevresindeki 16 ayrı noktadan alınan içme ve
kaynak sularında pH, İletkenlik, Bulanıklık, Toplam Sertlik, Alkalite, Organik Madde,
Klorür, Nitrit, Nitrat, SiO2, Sülfat ve Demir tayinleri yapılmıştır. Genel olarak sonuçlar TSE
266’ya uygun bulunmakla beraber bazı noktalardaki suların standartlara uymadığı tespit
edilmiştir.
Anahtar sözcükler: İçme suları, Kimyasal analiz.
ABSTRACT
In this study, several potable water quality parameters of waters samples taken from 16
different points in Kula and Gökçeören areas analyzed. The quality parameters considered
include pH, Conductivity, Turbidity, Total Hardness, Alcality, Organic Material, Clorur,
Nitrit, Nitrat, SiO2, Sulphate and Ferrum contents. The results obtained are generally found
to be within the limits of Turkish standards (TS 226). However, there are a few locations
where the results fall out of the limits of the standards.
Keys words: Potable waters,Chemical analysis.
1.GİRİŞ
İçme suyu; herhangi bir kurum ya da kişi tarafından insan tüketimi, yiyecek veya içecek
hazırlanması, bu hazırlık ve tüketim aşamasında kullanılan her tür malzemenin temizliğinde
kullanılması amacıyla tedarik edilen su olarak tanımlanabilir. İçme suları, genel olarak içme,
yemek yapma, temizlik vb. amaçlar için kullanılan sulardır. Kaynak (memba) suları ise;
jeolojik şartları uygun toprak derinliklerinde toplanan, bir çıkış noktasından sürekli olarak
kendiliğinden akan sulardır (1).
İçme suları berrak, tortusuz, renksiz olmalı, çürük yosun, küf, hidrojen sülfür, amonyak,
bataklık vb. kokular bulunmamalıdır. İyi sular duru, renksiz, değişik koku ve tat veren
maddelerden arıtılmış olmalıdır. Suyun içme sıcaklığı 8°-12°C arasında olmalı ve belli
miktarda serinlik veren CO2 içermelidir. Toplam sertliği mümkün olduğu kadar 3-4 FSo
sertliğini geçmemelidir. Çok yumuşak suların tadının olmamasına karşın, çok sert sular (2833 FSo sertliğinde) bağırsakların çalışma düzeninin bozulmasına neden olur (2).
Genel olarak suda insanlara zarar vermeyen toprak ve su bakterilerinin yaşamasına
karşın, bazen mikroorganizmalar da bulunmaktadır. Böyle durumlarda içme ve kullanma
suları ile tifüs, kolera gibi tehlikeli hastalıkların bulaşması ve yayılması mümkündür..Suyu
1
Celal Bayar Üniversitesi Fen Edebiyat Fakültesi Kimya Bölümü 45040 MANİSA
filtre eden birkaç metre derinlikteki toprak tabakaları çok sayıda olmalı veya bakteri
içermemeleri su hijyeni yönünden özellikle önemlidir (3).
Sert sulardan kaynatma ve ısıtma sırasında Ca+2, Mg+2, Fe+2, Fe+3 ve Mn+2 tuzları kazan
çamuru halinde ayrılır ki bu, önemli ısı kaybı ve sıcak su borularının tıkanmasına neden olur.
Bu ve başka birçok nedenden dolayı endüstride sular yumuşatılır (4).
Sulara organik maddeler insanlar, hayvanlar ve bitkilere ait olmak üzere çeşitli
kaynaklardan gelebilirler ki bunların miktarı, bu maddeleri yükseltgemek için asitli ortamda
harcanan potasyum permanganat miktarı veya bu potasyum permanganatın verdiği oksijen
miktarı ile hesap edilir (5).
Sularda bu organik maddelerin varlığının sağlık üzerine doğrudan doğruya bir zararı
olmasa da özellikle kaynağı hayvansal olanlarının geldikleri yoldan mikropların da gelebilme
olabilirliği ve mikropların organik maddeleri ortamda daha çabuk çoğalmaları endişesi
bunların miktarlarına önem verdirmektedir. Az miktarda olmak üzere her suda organik
madde bulunur. Yalnız bunun miktarının, permanganattan aldıkları oksijen hesabı ile kaynak
sularında litrede 2mg dan içilebilen sularda 3,5 mg, şüpheli sularda 3-5mg dan fazla
olmaması gerekir (6).
İçme ve kullanma sularının analizi ile ilgili birçok çalışma yapılmıştır: Kumluca
yöresindeki kuyu sularının nitrat içeriklerinin araştırılması amacıyla yapılan bir çalışmada,
Kumluca yöresinden 20 kuyudan su örneği alınmıştır. Bu su örneklerinde EC, NO3- ve NH4+
analizi yapılmıs; [NO3–N] + [NH4–N] ile % NO3–N hesaplanmıştır (7). Karadeniz’e Samsun
ilinden önemli miktarda deşarjı olan Mert Irmağı’ndan, deşarj ağzına yakın noktalarda,
sediman ve su kalitesinin belirlenmesi amacıyla yapılan çalışmada, su örneklerinde BOİ5,
KOİ, TAM, TÇM, T (°C), pH, toplam fosfor TKN, NH3-N, NO2-N, NO3-N ve Organik-N
analizleri yapılmış ve suyun kirli olduğu saptanmıştır (8). Susurluk Havzası nehirlerinin
yüzey suyu kalitesi verilerinde lineer trend tespit etmek için Rho, T, Mann-Kendall ve
Mevsimsel Kendall testleri sonucunda, debi ve sediment konsantrasyonunda azalan; su
sıcaklığı, elektriksel iletkenlik, sodyum, potasyum, kalsiyum+magnezyum, bikarbonat ve
klorid konsantrasyonlarında ise artan bir eğilim bulunmuştur. Karbonat, pH, sülfat, organik
madde ve bor konsantrasyonlarında herhangi bir değişiklik tespit edilememiştir (9). Sulama
sularında bor tayini ile ilgili yapılan bir çalışmada (10), Salihli yöresinin 4 ayrı noktasından
alınan numunelerde bağ bitkisi için üst sınır olan 0,3 mg./L. değerinin oldukça üzerinde (0,63,8) bor içeriğine rastlandığı görülmüştür. Manisa ili içme suyu kaynaklarının kimyasal
analizinde sonuçların normal olduğu (11), ve gene Manisa ili içme sularında yapılan fluor
analizi sonuçlarının standartlardan düşük olduğu tespit edilmiştir (12).
Yapılan bu çalışmada Manisa ili Kula ilçesi, Kula – Gökçeören Beldesi, Celal Bayar
Üniversitesi Muradiye kampüsündan alınan su numunelerinde pH, İletkenlik Bulanıklık,
Toplam Sertlik, Alkalite, Organik Madde, Klor, Nitrit, Nitrat, SiO2, Sülfat ve Demir tayinleri
yapılmıştır.
1.
MATERYAL VE METOT
Çalışmada kullanılan su numuneleri Kula, Gökçeören, ve Celal Bayar Üniversitesi
Muradiye Kampüsü’nden temin edilmiştir. Bu su numunelerinin TS 266’ya göre (2) fiziksel
ve kimyasal analizleri yapılmıştır.
2.1. Fiziksel ve Kimyasal Analizler İçin Numune Alma
Fiziksel ve kimyasal deneyler için numuneler polietilenden yapılmış kaplara kondu ve
aynı cins kapakla hava ile teması kesilecek şekilde kapatıldı. Numune kapları ve kapakları
çok iyi temizlendi, numune suyuyla en az üç kez çalkalandı ve hava boşluğu kalmayacak
şekilde dolduruldu.
2.2. Numune Alma ve Analiz Sıklığı
Normal şartlarda bulanıklık, renk, tat ve koku tayinleri haftada en az bir, kimyasal
madde tayinleri ise altı ayda bir defa yapılmalıdır. Numunelerde müsaade edilmeyen
miktarlarda fiziksel özellik, kimyasal madde ve özellikle zehirli maddelerin tespiti halinde
daha sık numune alınmalı ve analizler tekrarlanmalıdır.
2.
SONUÇLAR VE TARTIŞMA
Elde edilen analiz sonuçları Gökçeören Beldesi için Tablo 1 ve 2’de, Kula İlçesi için
Tablo 3’de ve C.B.Ü. Kampüsü için Tablo 4’de verilmiştir.
Tablo 1. Gökçeören İçme Suyu Kaynaklarının Analiz Sonuçları-1
ÖRNEKLERİN ALINDIĞI NOKTALAR
DENEY
ADI
Pınar
Çeşmesi
Hatulc
u
Şehir
Cami
İçme
önü
HEDEF
DEĞERLER
İkioluklu
Tavsiye
ed. mik.
(mg/L)
Max.
Değer
(mg/L)
Çeşmesi
pH (25°°C)
7,36
7,5
7,7
7,4
7,3
7,0-8,5
6,5-5, 0
İletkenlik
(µ-S)
566
396
630
539
699
-
350
Bulanıklık
(NTU)
0,3
0,27
0,37
0,12
0,20
5
birim
25
Toplam
Sertlik(mg/L
273
)
172
263
263
212,58
-
birim
500
Ca Sertliği
242,9
161,9
194,3
170,06
283,4
-
-
Mg Sertliği
(mg/L)
30,1
10,1
68,7
92,94
-
-
-
Org. Madde
(mg/L)
3,09
0,92
0,92
0,618
1,0815
-
8
P Alkalite
(mg/L)
0
0
0
0
0
0
0
M Alkalite
(mg/L)
227,8
171,3
271
252
233,8
40
90
Klor (Mohr
Yönt.)
(mg/L)
33,4
23,8
38,2
21,5
47,7
200
600
0
0
0
0
0
0
0
2
3
10
3
3
-
-
0
0,01
0,01
0,01
0
0,1
0,5
Nitrit
(mg/L)
0
0
0,003
0
0
-
-
Nitrat
(mg/L)
8,21
3,05
3,24
4,04
9,32
45
SiO2
16,82
19,334
20,95
15,83
15,83
45
14,7
17,84
39
9,41
25,48
200
400
Toplam
Demir(mg/l
)
0,0224
0,194
0,0436
0
0,019
0,3
1,0
Çözünmüş
Fe (mg/L)
0
0,001
0,0122 0,0062
(mg/L)
FMA
(ppm)
NH3
(Lovibond)
(mg/L)
Serb.Klor
(Lov.) (mg/L)
(mg/L)
Sülfat
(mg/L)
0
0,1
Tablo 2. Gökçeören İçme Suyu Kaynaklarının Analiz Sonuçları-2
DENEY
ADI
ÖRNEKLERİN ALINDIĞI
NOKTALAR
1.
2.
Yeni
Kuyu
Kuyu
Çeşme
HEDEF DEĞERLER
Tavsiye
edilen
miktar
(mg/L)
Max.
Değer
(mg/L)
pH (25°°C)
7,65
7,70
7,2
7,0-8,5
6,5-5,0
İletkenlik (µ-S)
807
654
640
-
350
Bulanıklık (NTU)
2,45
0,568
0,25
5 birim
25 birim
14
11,4
234,85
-
500
Kalsiyum Sertliği
(mg/L)
18,6
9,3
293,5
-
-
Mg Sertliği (mg/L)
-
2,1
-
-
-
3,09
2,78
0,62
-
8
P Alkalite (mg/L)
0
0
0
0
0
M Alkalite (mg/L)
338,72
282,27
233,8
40
90
Klorür (Mohr Yönt.)
(mg/L)
100,32
45,38
47,7
200
600
FMA (mg/L)
0
0
0
0
0
NH3(Lovibond) (mg/L)
4
4
3
-
-
Serbest Klor(Lo.)
(mg/L)
0
0
0
0,1
0,5
Nitrit (mg/L)
0,011
0,015
0,0006
-
-
Nitrat (mg/L)
3,73
6,738
9,79
45
SiO2 (mg/L)
19,88
22,333
15,342
45
Sülfat (mg/L)
38,54
19,45
26,838
200
400
Toplam Demir (mg/L)
0,077
0,041
0,019
0,3
1,0
Çözünmüş Demir
(mg/L)
0,08
0,0034
0
Toplam Sertlik (mg/L)
Organik Madde (mg/L)
0,1
Tablo 3. Kula Çevresi İçme Suyu Kaynaklarının Analiz Sonuçları
ÖRNEKLERİN ALINDIĞI NOKTALAR
HEDEF
DEĞERL
ER
Max.
Değer
(mg/L)
İç.Ş.K.S.
Tavsiye
edilen
miktar
(mg/L)
7,47
7,26
7,0-8,5
6,5-5,0
731
646
1179
-
350
0,16
0,20
0,10
2,80
5 birim
25 birim
101,23
489,9
364,4
283,4
566,8
-
500
Ca Sertliği
(mg/L)
44,5
340
255
239
457,5
-
-
Mg Sertliği
(mg/L)
56,69
149,8
2
109,32
181,77
109,32
-
-
Organik
Madde
(mg/L)
14,5
5,56
3,7
3,7
2,47
-
8
P Alkalite
(mg/L)
0
0
0
0
0
0
0
M Alkalite
(mg/L)
92,7
356,8
254
276
401,2
40
90
Klorür
(Mohr)
(mg/L)
16,7
28,6
52,5
26,27
124
200
600
FMA (mg/L)
0
0
0
0
0
0
0
NH3(Lovibon
d) (mg/L)
0,02
0,2
0,04
0,02
Çok
Fazla
-
-
Serbest Klor
(Lov.) (mg/L)
0
0
0
0
0,01
0,1
0,5
Nitrit (mg/L)
0,001
0,002
0
0,012
0,061
-
-
Nitrat
(mg/L)
6,19
7,27
6,96
9,95
7,68
45
SiO2 (mg/L)
14,33
17,39
17,46
16,95
17,38
45
Sülfat (mg/L)
13,35
33,67
58,01
16,57
122,98
200
400
Toplam
Demir
(mg/L)
0,418
0,438
0,213
0,442
0,109
0,3
1,0
Narınc
a Kuyu
Akpın
ar
Suyu
Kuyu
Suyu
pH (25°°C)
7,46
6,6
7,36
İletkenlik
(µ-S)
261
1350
Bulanıklık
(NTU)
1,21
DENEY
ADI
Toplam
Sertlik
(mg/L)
Kula İçme H.Mahm
Şeb.suyu ut Sondaj
Kuyu S.
Kula
Havzası
Çözünmüş
Demir
(mg/L)
0
0
0
0
0,0007
0,1
Tablo 4. Celal Bayar Üniversitesi Kampüs Alanı Sularının Analiz Sonuçları
Suyu
Tavsiye Max. Değer
edilen
(mg/L)
miktar
(mg/L)
pH (25°°C)
7,38
7,0-8,5
6,5-5,0
İletkenlik (µ-S)
993
-
350
Bulanıklık (NTU)
0,11
5 birim
25 birim
Toplam Sertlik (mg/L)
429,2
-
500
Kalsiyum Sertliği
(mg/L)
283,4
-
-
Mg Sertliği (mg/L)
145,8
-
-
Organik Madde (mg/L)
3,09
-
8
P Alkalite (mg/L)
0
0
0
M Alkalite (mg/L)
254
40
90
Klor (Mohr Yönt.)
(mg/L)
107
200
600
0
0
0
0,06
-
-
Serbest Klor (Lo.)(
mg/L)
0
0,1
0,5
Nitrit (mg/L)
0
-
-
Deney Adı
C.B.Ü.
Kampüs
FMA(mg/L)
NH3 (Lovibond) (mg/L)
Nitrat (mg/L)
26,50
45
SiO2 (mg/L)
18,27
45
Sülfat(mg/L)
52,26
200
400
Toplam Demir (mg/L)
0
0,3
1,0
Çözünmüş Demir
(mg/L)
0
0,1
Türkiye İçme Suyu Standartlarına TS.266 göre içme suyunda tavsiye edilen ve müsaade
edilebilecek max. değerler Tablo-1, Tablo-2, Tablo-3 ‘de belirtilmiştir. Kula ve Gökçeören
çevresindeki 16 ayrı noktadan alınan içme suları analizi yapılıp, sonuçları genel olarak TSE
‘ye uygun bulunmuştur.
Yalnızca suda kirlilik olarak kabul edilen Nitrit (NO2−); Şehir İçme, Yeni Çeşme,
Narınca, Akpınar, H.Mahmut ve Kula Havzası numunelerinde, Amonyak (NH3) ise bütün
numunelerde müsaade edilen değerlerden yüksek çıkmıştır. Bu organik maddelerin TSE
standartlarına içilebilecek sularda hiç bulunmaması gerekir. Bu su örnekleri Şubat ayı
içerisinde yağışlı bir havada alındığından, bir miktar kirli yağmur sularından karışma olması
muhtemeldir.
Sudaki Amonyak (NH3) ve Nitrit (NO2−) organik maddelerin minerilizasyon olayının
tam olmadığına işaret ettiğinden sağlık açısından sakıncalıdır, çoğu hallerde dışkı ile
kirlenmeye işarettir. Bunların az miktardaki varlığı bile suyun şüpheli olduğuna işaret
olabilir. Bu bölgedeki suların bölge halkı tarafından tüketilmemesi gerekmektedir.
İletkenlik, bütün numunelerde max değerden yüksek çıkmıştır. Sudaki iletkenlik su
numunelerinde bulunan iyonların (anyon ve katyonların) elektrik akımını taşıma kabiliyetini
gösterdiğinden bu suların fazla iletken olduğu tespit edilmiştir.
Su sertliği, bütün numunelerde max. değerin altında bulunmuştur. Ancak sadece Kula
Havzası numunesine yapılan analiz sonucunda suyun sertliği 566,7 ppm CaCO3 (56,67 FSo)
olarak bulunmuştur. TSE ‘ye göre bu değerin max. 500 ppm olması istenir. Sert suların vücut
yapısına zarar veren bir hususiyeti yoktur. Ancak hazmı biraz güç ve içim tadı hoş
olmadığından tercih edilmez. Ayrıca sert suların boru cidarlarında ve buhar kazanlarında
taşlaşma meydana getirdiği bilinir. Bunun yanında çok yumuşak sular da istenmez.
Bunlarında bilhassa kalp hastalarına uygun olmadığı kabul edilir.
Alkalinite, su numunelerinde istenilen max. değerlerin üstünde bulunmuştur. Su içinde
alkaliliği HCO3-, CO3= ve OH- anyonları meydana getirirler. Bunlar da kalsiyum ve
magnezyumla birleşerek Ca sertliğini meydana getirdiklerinden dolayı bunların yüksek
olması istenmez.
İçme sularında bulunan katyon ve anyonların zaman içerisinde değişebileceği dikkate
alınarak, su numunelerindeki kimyasal analizlerin mevsimlere göre yapılmasında fayda
vardır.
1.
KAYNAKLAR
1. Süphandağ Ş, Uyguner C, Bekbölet M, İstanbul’da tüketilen ticari ve şebeke
bazlı içme sularının kimyasal ve spektroskopik profilleri, itüdergisi, Cilt:17,
Sayı:2, 23-35Temmuz 2007.
2. Türk Standartları Enstitüsü, İçme Suları, 1. Baskı, TS.266/Haziran 1984, UDK
:543, ANKARA ; Nisan 1986.
663.6
3. Altıniğne N., Besin Analizi, E. Ü. Eczacılık Fakültesi Teorik Ders Notları, 1. Baskı,
Bornova –İzmir, 1992.
4.
Keskin H., Besin Kimyası, 4.Baskı Cilt-1, İ.Ü.Kimya Fakültesi yayınları, İstanbul –
1981.
5.
Petkim A.Ş., Genel Kimya –1, Deney İş Talimatları, Kalite Kontrol ve Teknik Servis,
Aliağa – İzmir, 1996.
6. Gölhan M., Aksoğan S., Suların Arıtılması, Cilt –1, Pimaş Plastik İnşaat Malzemeleri A.
Ş. Yayınları, 1993.
7. Telefoncu A., Besin Kimyası, E.Ü. Fen Fakültesi Yayınları, No;149, İzmir 1993
8. Kaplan M., Sönmez S., Tokmak S., Antalya–Kumluca Yöresi Kuyu Sularının Nitrat
Içerikleri, Tr. J. of Agriculture and Forestry, 23, 309–313, 1999.
9. Bakan G., Şenel B., Samsun Mert Irmağı-Karadeniz Deşarjında Yüzey Sediman (Dip
Çamur) ve Su Kalitesi Araştırması, Turk J Engin Environ Sci 24,, 135-141, 2000.
10. Kalaycı S., Kahya E., Susurluk Havzası Nehirlerinde Su Kalitesi Trendlerinin
Belirlenmesi, Tr. J. of Engineering and Environmental Science, 22, 503-514, 1998.
11. Sezer, H., Çelik, A., Abalı, Y. ve Kayar, N., Salihli Yöresi Sulama Sularında Bor Tayini,
15. Ulusal Kimya Kongresi, Boğaziçi Ün., Fen Edebiyat Fak, 4-7 Eylül 2001, Aks40,
İstanbul.
12. Abalı, Y. ve Süner Ü., Manisa İli İçme Suyu Kaynaklarının Kimyasal Analizi, 1. Spil
Fen Bilimleri Kongresi, Bildiri Kitapçığı, s. 135-140, CBÜ Fen Edebiyat Fakültesi, 0405 Eylül 1994, Manisa.
13. Kayar, N. ve Çelik, A. Manisa ili İçme Sularında Fluorür Düzeylerinin İyon
Elektrot ile Saptanması, Ekoloji Çevre Dergisi, Cilt 10, Sayı 40, 2001.
Seçici
YARI-SAYDAM GÜNEŞ PİLİ/TERMAL TOPLAYICI (PV/T) HİBRİD
SİSTEMİN İZMİR KOŞULLARINDA ANALİZİ
Dilşad Engin1, Metin Çolak2
ÖZET
Bu çalışmada, güneş modülü ve termal toplayıcının bir arada kullanıldığı hibrid PV/T
sistemin elektriksel ve ısıl verimi incelenmiştir. Bu amaçla düzlemsel toplayıcıya ulaşan
güneş ışınımını artırmak için yarı saydam PV modül ve ısıl çıkışı artırmak için titanium
dioksit kaplamalı düzlemsel toplayıcı beraber kullanılarak bir prototip kurulmuştur. Doğal
dolaşımlı olarak çalıştırılan termal toplayıcının çıkış suyu sıcaklığındaki değişim
incelenmiştir. Bu iyileştirmeler yapılarak sistemin toplam verimi artırılmıştır.
Anahtar sözcükler: Güneş pili, termal toplayıcı, hibrid sistem
ABSTRACT
In this study, the hybrid PV/T system’s electrical and thermal efficiencies are examined.
A prototype is constructed using a thermal collector placed beneath the photovoltaic panel.
As the aim of this study is to increase the total efficiency of the hybrid PV/T system, a
transparent solar cell is used in order to increase the radiant solar energy reaching the
absorber plate of the collector. The absorber plate is coated with titanium dioxide in order to
increase the thermal yield. The change in the output water temperature of the thermal
collector is observed under natural circulation conditions. With these improvements, the
efficiency of the overall system is increased.
Keywords: Solar cell, solar collector, hybrid system
1.
GİRİŞ
Günümüzde güneş enerjisinden ısı enerjisi elde eden sistemler yaygın olarak
kullanılmaktadır. Bu sistemler sıcak su ihtiyacını karşılamak kadar iç mekân ısıtmasında da
kullanılmaktadır. Güneş enerjisinden fotovoltaik dönüşüm ilkesinden yararlanılarak güneş
pilleri aracılığıyla elektrik enerjisi de elde edilmektedir. Her iki enerji dönüşümü ile fosil
yakıtların kullanımı, dolayısıyla bunların yakılmasından kaynaklanan CO2 emisyonu
azalacaktır. Doğal gaz veya fuel oil kullanarak su ısıtmanın verimi %60, elektrik enerjisi ile
%90 civarındadır, ancak fosil yakıtlardan elektrik enerjisi üretimi ise %30 - %40 verimlidir
(NREL3 – EL Mayıs 1996). Bu nedenle su ısıtma ve elektrik enerjisi üretiminde fosil
yakıtların kullanımının azaltılmasının gerek hava kirliliğini, gerekse iklim değişikliklerine
yol açan özellikle CO2 emisyonunu azaltacağı açıktır.
Isı ve elektrik enerjisine dönüştürülen her birim güneş enerjisi fosil yakıtların
kullanımını azaltacaktır. Bu nedenle elektrik enerjisi üretiminde kullanılan güneş pilleri ve
ısı enerjisi üretiminde kullanılan güneş kolektörlerinden en fazla faydanın elde edilmesi
gerekmektedir.
1
[email protected], Öğr.Gör.Dr., Ege Üniversitesi, Ege Meslek Yüksekokulu, Endüstriyel Otomasyon
Programı 35100 Bornova, İZMİR
2
[email protected], Prof.Dr., Ege Üniversitesi, Mühendislik Fak. Elektrik-Elektronik Müh., 35100 Bornova,
İZMİR
3
National Renewable Energy Laboratory
Güneş pilleri tarafından soğurulan güneş ışınımının çoğu elektrik enerjisine
dönüştürülmez ve hücre sıcaklığını artırarak elektriksel verimi düşürür. Dolayısıyla, PV
sıcaklığı doğal ya da zorlanmış akışkan dolaşımı ile soğutma yapılarak düşürülebilir. Bu
amaçla son yıllarda PV modüllerin tek başına kullanılmasına bir seçenek olarak aynı anda
elektrik ve ısı enerjisi üretebilen, bir PV modülün soğutma donanımı ile birlikte kullanıldığı
hibrid güneş pili/termal toplayıcı (PV/T) sistemleri üzerinde çalışmalar yoğunlaşmıştır
((Bergene ve Lovvik, 1995, Huang ve arkadaşları, 2001, Sandnes ve Rekstad, 2002,
Triapanognostopoulos ve arkadaşları, 2002, Zondag ve arkadaşları, 2002, Engin,D., 2006)
Günümüzde üretilen ticari güneş pilleri güneş enerjisini %20’den daha düşük bir verimle
elektrik enerjisine dönüştürmektedir. Elektrik enerjisine dönüştükten sonra gelen güneş
enerjisinin %80’inden fazlası çevreye atılır (Huang ve arkadaşları, 2001). Enerji verimini
artırmak için termal toplayıcılar fotovoltaik hücrelerle birleştirilerek düşük sıcaklıkta ısı ve
elektrik enerjisi elde etmek üzere hibrid enerji üreteçleri olarak kullanılmaktadır. Güneş
ışınımı, toplayıcı yutucu yüzeyi ile ısıl temasta bulunan fotovoltaik hücreler ile kısmen
elektrik enerjisine dönüştürülür ve fotovoltaik hücrelerde oluşan fazla ısı termal sistemin
girişi olarak görev yapar. Çalışma sırasında bir ısı taşıyıcı akışkan bu ısıyı yutucu yüzey ve
hücrelerden uzaklaştırır. Fotovoltaik dönüşüm verimi sıcaklığın doğrusal olarak azalan bir
fonksiyonu olduğundan, ısı taşıyıcı akışkan tarafından soğutulan güneş pillerinin güç çıkışı
artar. Dolayısıyla, güneş enerjisi gibi yenilenebilir bir “temiz enerji” kaynağından elektrik
enerjisi elde edilirken aynı zamanda ısı enerjisi eldesi de sağlanmış olur.
Hibrid PV/T sistemlerinin toplam enerji çıkışı (elektriksel artı ısıl), güneş enerjisi girişi,
ortam sıcaklığı, rüzgâr hızı, sistem bileşenlerinin çalışma sıcaklığı ve soğutma moduna
bağlıdır. Elektriksel verimin artırılması öncelikli hedef olsa da hibrid sistemden alınacak
verimin artırılması için termal birimin de verimliliğinin yüksek olması sağlanmalıdır.
2.
PV/T HIBRİD SİSTEM
Bu deneysel çalışmada yarı-saydam a-Si güneş pilinin TiO2 kaplamalı yutucu yüzey ile
birlikte kullanılmasıyla %10 oranında yutucu yüzeye güneş ışınımını geçirmesi sağlanmış ve
diğer çalışmalardan farklı olarak PV/T sistemin ısıl kısmının enerji girişi artırılmıştır.
Soğurma düzeyi %95’ten yüksek ve yayma düzeyi %5’ten düşük olan selektif TiNOX®
titanium yutucu yüzey ile daha yüksek ısıl verim sağlanmıştır.
Özel sistem tasarımları yerine ticari olarak kullanılan PV modül ve termal toplayıcının
kullanılması da PV/T sistemlerin yaygınlaşması çalışmasında öncülük eden araştırmacılara
destek olacak ve maliyetin özel tasarımlara oranla daha düşük olmasından dolayı da bu
sistemlerin fabrika üretimlerini cazip hale getirecektir.
Birleşik güneş pili ve termal toplayıcı kullanımı binaların çatısında daha az yer
kaplayarak hem alan tasarrufu sağlayacak, hem de elektik enerjisinin yanı sıra sıcak su
ihtiyacını da karşılayacaktır.
PV/T hibrid sistemi oluşturan ana bileşenler güneş pili, termal toplayıcı, zorlanmış
dolaşımı sağlamak için pompa, sıcaklık ve elektriksel parametreleri ölçmek için sensörler ve
sistemin performansının belirlenmesinde kullanılan deneysel verileri saklamak için bir veri
toplama birimidir (datalogger).
2.1. Güneş Modülleri
Güneş pilleri gelen güneş ışınımını doğru akım elektrik enerjisine dönüştüren yarıiletken
aygıtlardır. Güneş hücreleri olarak adlandırılan bu en küçük birimler gerilim, akım veya hem
gerilim hem de akımı artırmak için seri, paralel veya seri/paralel bağlanarak güneş modülleri
adını alırlar. Güneş pilleri çeşitli teknolojiler ve malzemelerle üretilmektedirler. Silisyum en
çok kullanılan yarıiletkendir. Monokristal, polikristal ve amorf-Si şeklinde üretilmektedirler.
Bunların dışında ince film teknolojisiyle yapılan üretimlerde en çok a-Si kullanılmakta iken
iki yarıiletken elementin bir birleşimi olan galyum arsenid (GaAs) yüksek performanslı
güneş pillerinin üretiminde kullanılmaktadır.
Güneş pilleri tek jonksiyonlu üretildiklerinde yutucu malzemenin enerji bandından daha
düşük enerji fotonları kullanılmamaktadır. Güneş pili yutucu yüzeyine gelen güneş
ışınımının daha fazlasının yararlı enerjiye dönüştürülebilmesi için iki veya daha fazla farklı
enerji bandına sahip hücreler üst üste katmanlardan oluşacak şekilde üretilmektedirler.
Bunlara çok jonksiyonlu tandem hücreler denmektedir.
Tek kristal çok jonksiyonlu hücrelerin verimi %30’ları aşmakta iken ince-film çok
jonksiyonlu hücreler %15 civarında bir verime sahiptirler (Lodhi, 1995). Yüksek veriminden
dolayı GaAs tercih edilen bir hücre bileşenidir. Tipik bir üçlü jonksiyonda farklı enerji
bantlarına sahip üç adet a-Si katman bulunmaktadır. Bu katmanların hepsi hidrojenle
katkılandırılmış a-Si (a-Si:H) olabileceği gibi amorf silisyum ile germanyum (a-SiGe:H)
bileşiminden de oluşmaktadır. Amorf silisyumda eğilim tek jonksiyon yerine çok
jonksiyonlu üretime doğru kaymıştır.
Günümüzde temiz enerji üretimine verilen önem kadar bina estetiğine de önem
verilmektedir. Güneş modüllerinin bina çatılarında elektrik enerjisi üretiminin yanı sıra hem
estetik görünmesi hem de işlevsel olması için yarı saydam güneş pilleri üretilmektedir. Bu
modüller çatı malzemesi olarak kullanılabildiği gibi güneş ışınımını %10 ile %30 arasında
geçirme özelliğinden dolayı bina duvarlarında da kullanılmaktadır.
PV/T sistemlerde güneş pili bir düzlemsel toplayıcının üstüne yapıştırılarak birleşik
güneş pili/termal toplayıcı (PV/T) hibrid sistemler oluşturulmaktadır. Bu sistemlerde termal
toplayıcı güneş pilinin ısısını taşıyıcı akışkana aktarabilmekte ve güneş ışınımı üzerine
düşmemektedir. Güneş ışınımının bir kısmının termal toplayıcı üzerine düşmesi amacıyla
yarı saydam güneş pillerinin kullanılması önerilmektedir. RWE Schott Solar firmasının
ürettiği yarı saydam ince-film amorf silisyum tandem hücrelerden oluşan güneş modülü Şekil
2-1’de görülmektedir. %10 geçirgenliğe sahip bu yarı saydam güneş modülünün elektriksel
verisi Tablo 2-1’de verilmiştir.
Şekil 2-1. RWE Schott Solar firmasının yarı saydam ince-film a-Si tandem güneş
modülünün görünüşü.
Tablo 2-1. Modülün Elektriksel Verisi
Nominal Güç
Maksimum güç noktasındaki gerilim
Maksimum güç noktasındaki akım
Kısa devre akımı
Açık devre gerilimi
PMPP
UMPP
IMPP
Isc
Uoc
27Wp
36V
0.75A
1.02A
49V
Üretici firma tarafından sağlanan yukarıdaki elektriksel veri, modülün birkaç ay güneş
ışığına maruz kaldıktan sonraki kararlı durumu için standart test koşullarında (STC 1000W/m2, AM 1.5, hücre sıcaklığı 25°C) elde edilmiştir. Modül 30 adet seri bağlı hücreden
oluşmaktadır. Nominal çalışma sıcaklığı NOCT = 49°C’tır.
2.2. Termal Kollektörler
Yenilenebilir enerji teknolojisiyle üretilen güneş enerjili ısıtma sistemleri evlerin olduğu
kadar okullar, işyerleri, kamu binaları ve havuzların da sıcak su ve mekân ısıtma
gereksinimini karşılamaktadır. Termal kollektörler güneye bakan çatılara veya gölge
almayan yerlere yerleştirilerek birçok binanın ucuz ve temiz sıcak su ihtiyacını karşılayabilir.
Pek çok uygulama için değişik sistemler bulunmaktadır. Düşük sıcaklık uygulamaları için
örtüsüz kollektörler kullanıldığı gibi, çok miktarda yüksek sıcaklıktaki suya gereksinim
duyulan hastaneler, büyük siteler gibi yerlerde de parabolik toplayıcılı termal kollektörler
kullanılabilir. Türkiye gibi sıcak iklimli bölgelerde doğal dolaşımlı, pasif sistemler ucuz bir
çözümdür. Bu sistemlerde maliyeti artıran pompa ve elektronik kontrol aygıtı gibi pahalı ek
donanıma gereksinim duyulmamaktadır.
Güneşli su ısıtma sistemlerinde gelen güneş ışınımı termal kollektördeki bir yutucu
yüzeyi ısıtmaktadır. Yutucu yüzeyle ısıl temastaki borular içinden geçen ve ısı iletimi için
kullanılan bir akışkan ya da şebeke suyu da bu ısıyı absorbe eder. Ek sıcaklığa gereksinim
duyulursa, elektrikli veya fosil yakıtlarla çalışan konvansiyonel su ısıtıcılarla ısıtma yapılır.
Bu şekilde yenilenebilir enerji kaynağı olan güneş ile ısıtma yapılarak yaklaşık %80 oranında
elektrik ve fosil yakıt kullanımı azaltılmaktadır (NREL, 1996). Dolayısıyla, su ısıtmada fosil
yakıt kullanımının azaltılması yalnızca fosil yakıt rezervlerinin azalmasını engellemeyecek
aynı zamanda da bu yakıtların kullanımından doğan hava kirliliği ve gaz emisyonundan
kaynaklanan iklim değişimlerinin önüne geçilmesini de sağlayacaktır.
2.3. PV/T Hibrid Sistem
Bu çalışmada, birçok PV/T hibrid sistemin aksine, güneş pilinin verimini azaltmasından
ve “cam örtüdeki ek yansımalardan dolayı güneş modülünün elektriksel çıkışını
etkilemesinden” (Zondag ve arkadaşları, 2002) dolayı kurulan sistemin termal kollektör
kısmında cam örtü kullanılmamıştır. İnce-film a-Si PV modül iki cam arasında
bulunduğundan dolayı düzlemsel plakalı kollektörün cam örtüsü yerine kullanılmıştır.
Düzlemsel kollektör yutucu yüzeyi düz ve plaka ile iyi ısıl temas halinde silindirik
borulardan oluşacak şekilde tasarlanmıştır. Özellikle kış aylarında ısıl verimi %16 ve yıllık
ortalama enerji çıkışını %10 oranında artırdığı için yutucu yüzeye titanium dioksit (TiNOX®)
kaplama yaptırılmıştır. Yeni yüzyılda üretilen güneş kollektörleri seçici yüzey kaplamalı
yutucu yüzeyleri kullanmaktadır. Bunlar, güneş ışığını, siyah boyalı olanlardan daha iyi ısıya
dönüştürürler. TiNOX® selektif kaplama infrared spektrumdaki infrared ışınımı
azaltmasından ve yutucu yüzeyin güneş ışığından daha fazla ısı almasından dolayı yüksek
verimlidir (TiNOX® veri yaprağı ve www.tinox.com).
Güneş modülü yüzey alanı ile aynı olacak şekilde TiO2 kaplamalı 60×100 cm2
boyutlarında, 0.20mm et kalınlığında özel olarak imal edilen bu yutucu yüzey kullanılarak
kollektör üretimi yapılmış ve Ege Üniversitesi Güneş Enerjisi Enstitüsü binasının çatısına
monte edilmiştir. 12mm iç çapına sahip 6 adet boru 10’ar santimetre aralıklarla özel dikiş
olarak adlandırılan ultrasonik titreşim yöntemiyle yutucu yüzeye birleştirilmiştir. Bu
kollektörün yutucu yüzeyinin yapım ayrıntıları Şekil 2-2’de, PV/T hibrid sistemin şematik
çizimi Şekil 2-3’te görülmektedir.
Şekil 2-2. Titanium dioksit kaplamalı yutucu yüzey yapım ayrıntıları.
Şekil 2-3. PV/T hibrid sistemin şematik çizimi
2.4. Elektriksel Ölçümler
Kollektör veriminin belirlenmesi için kollektör giriş ve çıkış suyu ile depo suyu
sıcaklığının ölçümünde Pt-100 sıcaklık sensörü seçilmiştir. Kullanılan sıcaklık sensörleri
Omega HH-21A dijital termometresi ile kalibre edilmiştir. -260 ile +650°C sıcaklık
aralığında çalışan Pt-100 sıcaklık sensörünün sıcaklıkla direnç değişimi Wheatstone köprüsü
ile ölçülmüştür. Köprünün d.c. çıkış gerilimi datalogger girişi için yeteri kadar yüksek
olmadığından kazancı ayarlanabilen bir enstrümantasyon yükselteci olan MAX 4194 ile 0100°C sıcaklık aralığı için 0-5V değerine yükseltilmiş ve veri toplama ünitesine aktarılmıştır
(Engin, 2006, s.77-89). Şekil 2-4’te bu sinyal uygunlaştırma devresi gösterilmektedir.
P2
1k
+5
VCCC1
R2
100
100
1
100nF
7
R1
8
VCC
2
6
P1
RT
R4
R5
500
PT100
10k
10k
U1
4
3
5
MAX4194
Vout
JP1
1
2
3
ÇIKIŞ
Şekil 2-4. Pt-100 ile sıcaklık ölçümünde kullanılan Wheatstone köprüsü ve enstrümantasyon
yükselteci devre şeması
Hibrid sistemdeki güneş pili veriminde bir artış olup olmadığının belirlenebilmesi için
hücre sıcaklığı National Semiconductor firmasının ürettiği bir sıcaklık sensörü olan LM35 ile
ölçülmüştür (LM35 veri yaprağı, www.national.com). 10mV/°C duyarlığına sahip bu
yarıiletken sıcaklık sensörünün çıkışı da veri toplama ünitesine bağlanarak kaydedilmiştir.
Akım sensörü (CSA-1V) ile güneş modülünün akımı ve gerilimi Şekil 2-5’teki devre
aracılığıyla ölçülerek veri toplama ünitesine aktarılmıştır (Engin, 2006, s.89-90).
(a)
(b)
Şekil 2-5. (a) Akım ve gerilim ölçümünde kullanılan devre ve yük dirençleri, (b) devre
şeması.
3.
DENEYSEL YÖNTEM
Yapılan çalışmada, PV modül ile yutucu yüzey arasında 2 cm’lik hava boşluğu
bırakılarak sistem verimi incelenmiş, elektriksel verim hesabı alınan ölçümler için Eş.(3-1)
kullanılarak yapılmıştır.
η0 =
VMPP ⋅ I MPP
G ⋅ APV
(3-1)
Sıcaklığın bir işlevi olarak Eş.(3-2)’deki gibi tanımlanan (Duffie ve Beckman, 1991,
s.779) elektriksel verim eşitliğinde verilen güç sıcaklık katsayısı yerine amorf silisyum için
üretici firma tarafından verilen -%0.2°C-1 değeri kullanılmıştır. Bu eşitlik ve ölçülen yüzey
sıcaklıkları kullanılarak elektriksel verimin sıcaklıkla değişimi incelenmiştir. Burada η0
Eş.(3-1)’den elde edilen standart test koşullarındaki verimdir.
η e =η 0 (1 − 0.002 [Thücre − 25°C ])
(3-2)
PV/T sistemlerle ilgili yapılan diğer çalışmaların aksine, kullanılan güneş modülünün
güç çıkışının sıcaklığa bağımlılığının düşük olmasından dolayı termal kollektör yutucu
yüzeyine temas ettirilerek hücre sıcaklığının düşürülmesinin sistem verimine önemli bir katkı
sağlamayacağı göz önünde bulundurularak PV modül ile yutucu yüzey yapıştırılmamıştır.
Ayrıca, güneş modülünün yutucu yüzeyle temasında zorlanmış taşınımın etkisiyle toplayıcı
yüzeyinin sıcaklığı ve dolayısıyla sistem verimi düşecektir. Bu yapıda cam örtü kullanılması
zorlanmış taşınımın etkisini yutucu yüzeyden uzaklaştıracak, ancak ek yansımalardan dolayı
toplayıcı yüzeyine gelen güneş ışınımı miktarını, dolayısıyla verimi azaltacaktır.
Ölçülen değerlerin değerlendirilebilmesi için Güneş Enerjisi Enstitüsü Binasında
ölçülmekte olan güneş ışınımı ve rüzgâr hızı değerleri alınmıştır. Yatay düzleme gelen bu
güneş ışınımı verilerinin eğimi İzmir’in enlemine (β =Φ =38.46º) eşit güneye bakan PV/T
sisteme uyarlanabilmesi için gerekli olan hesaplamalar saat açıları (ω) ve deklinasyon açıları
(δ) belirli bir gün için
cos θ = cos δ ⋅ cos ω
(3-3)
ve
I β* = I s* cos θ
(3-4)
eşitlikleri kullanılarak hesaplanmıştır (Atagündüz, G., 1989, s.7-50).
Termal sistemin veriminin hesaplanmasında kullanılan
•
η =
m C (T − T )
p
out
in
(3-5)
G⋅ A
eşitliğinde kollektör giriş ve çıkış suyu sıcaklığı ölçülmekte olup eğik düzleme gelen
güneş ışınımı da hesaplanmıştır. Hesaplamalarda suyun değişik sıcaklıklardaki özgül ısısı
kullanılmıştır. Kollektör alanı güneş modülü alanına eşit ve 0.6m2’dir. Burada bilinmeyen
•
m , kollektör borularından geçen suyun debisidir. Sistem doğal dolaşımlıdır ve düşük
değerdeki bu debi sıcaklık farkına bağlı olarak değişmektedir. Debinin sıcaklık farklarından
yararlanılarak hesaplanması amacıyla Eş.(3-6)’daki ortalama akış hızı eşitliği kullanılmıştır
(Başaran, 2002,s.50).
Vm = (gβQH/8µLπCp )1/2
(3-6)
Burada
Vm : kapalı döngüdeki ortalama akış hızı (m/s)
β : ısıl genleşme katsayısı (/K)
g : standart yerçekimi ivmesi (m/s2)
Q : akışkana aktarılan ısı (W)
H : akış yüksekliği (m)
µ : dinamik viskozite (kg/ms)
th
PV
L : akış yolu uzunluğu (m)
Cp : özgül ısı (kJ/kgK)
Kollektör borularındaki suya aktarılan yararlı ısı
•
Qu = m C p (Tç − T g )
(3-7)
eşitliğinden elde edilerek hız eşitliğinde yerine konulur. Ancak yararlı ısı eşitliğindeki
kütlesel debi terimi
•
m = ρ ⋅ Vm ⋅ Aboru
(3-8)
bilinmeyen hız terimini içermektedir. Eşitliğin her iki tarafında bilinmeyen akış hızı
değerini çözebilmek amacıyla ortalama akış hızı için bir değer tahminlenir. Bu değer eşitlikte
yerine konularak bir sonraki değer hesaplanır. Ortalama akış hızı bir değere yakınsayana
kadar iterasyon devam ettirilir.
4.
BULGULAR
PV/T hibrid sistemin ölçümlerinin alındığı 19.08.2005 – 23.08.2005 tarihleri arasındaki
veriler ve parametrelerin zamana göre değişimleri incelenmiştir. Akım, maksimum güç
noktası için hesaplanan 48Ω’a en yakın değerdeki taş dirençler üzerinden akmaktadır. Güneş
modülünde elektrik üretimi vardır ve modülden güç çekilmektedir. Modülden güç
çekilmediği durum için inceleme yapmak üzere 19.08.2005 günü yük çıkarılmış ve güneş pili
modülü gerilimi açık devre gerilim değerine yükselmiş (Voc=49V@STC), akım
sıfırlanmıştır. Şekil 4-1’deki grafikte güneş modülü akım ve geriliminin zamana karşı
değişimi görülmektedir. 23.08.2005 günü yük takılmış ve gerilim gün içinde güneş
ışınımının artmasıyla 36-37V’a kadar yükselmiştir. Yükün çıkarıldığı zaman diliminde açık
devre gerilimindeki düşüş modülün hücre sıcaklığındaki artıştan kaynaklanmaktadır.
Şekil 4-1. PV/T sistemde güneş modülünün yüklü ve yüksüz durumlarda akım ve geriliminin
50
750
Gerilim
45
700
Akım
650
40
600
550
450
400
25
350
20
300
250
15
200
10
Yük çıkarıldı
150
Yük takıldı
100
5
50
23.8.05 20:45
23.8.05 15:45
23.8.05 10:45
23.8.05 5:45
23.8.05 0:45
22.8.05 19:45
22.8.05 9:15
22.8.05 14:45
22.8.05 4:15
21.8.05 23:15
21.8.05 18:15
21.8.05 8:15
21.8.05 13:15
21.8.05 3:15
20.8.05 22:15
20.8.05 17:15
20.8.05 7:15
20.8.05 12:15
20.8.05 2:15
19.8.05 21:15
19.8.05 15:05
19.8.05 5:05
0
19.8.05 10:05
0
Akım (mA)
500
30
19.8.05 0:05
Gerilim (V)
35
değişimi.
Şekil 4-2’de kollektör giriş ve çıkış suyu ile depo suyu sıcaklıklarının zamana göre
değişimleri, Şekil 4-3’te yatay düzleme gelen güneş ışınımı değerleri çizdirilmiştir.
60
Kollektör sıcaklıkları
50
40
30
20
10
Tdepo(°C)
Tçıkış (°C)
Tgiriş(°C)
24.8.05 0:00
23.8.05 12:00
23.8.05 0:00
22.8.05 12:00
22.8.05 0:00
21.8.05 12:00
21.8.05 0:00
20.8.05 12:00
20.8.05 0:00
0
Şekil 4-2. PV/T sistemde güneş modülünün yüklü ve yüksüz durumlarında kollektör
sıcaklıkları değişimi
1000
900
Güneş Işınımı (W/m^2)
800
700
600
500
400
300
200
100
0
19.8.05
0:00
19.8.05
12:00
20.8.05
0:00
20.8.05
12:00
21.8.05
0:00
21.8.05
12:00
22.8.05
0:00
22.8.05
12:00
23.8.05
0:00
zaman
Şekil 4-3. Yatay düzleme gelen güneş ışınımının zamana göre değişimi
Saf termal sistemin çıkış suyu sıcaklığı değişimlerinin incelenmesi amacıyla güneş
modülü kalınlığında (10mm) takılan kollektör cam örtüsü yerine, %10 geçirgenliği olan
güneş modülünün 23.12.2005 saat 12:00’de takılmasıyla kollektör çıkış suyu sıcaklığında
belirgin bir düşme gözlenmiştir. 23.12.2005’ten itibaren doğal dolaşımlı olarak çalıştırılan
PV/T sisteme ait ölçülen kollektör suyu sıcaklıkları Şekil 4-4’te görülmektedir. (Şekil 4-4).
Tgiriş(°C)
Tçıkış(°C)
Tdepo(°C)
65
60
55
50
45
Sıcaklık
40
23.12.05'te cam örtü
yerine güneş modülü
takıldı.
35
30
25
20
15
10
5
0
31.12.05 0:00
30.12.05 12:00
30.12.05 0:00
29.12.05 12:00
29.12.05 0:00
28.12.05 12:00
28.12.05 0:00
27.12.05 12:00
27.12.05 0:00
26.12.05 12:00
26.12.05 0:00
25.12.05 12:00
25.12.05 0:00
24.12.05 12:00
24.12.05 0:00
23.12.05 12:00
23.12.05 0:00
-5
Şekil 4-4. Doğal dolaşımlı PV/T sisteme ait kolektör suyu sıcaklıkları
Verimin Hesaplanması
26.08.2005 günü güneş modülü çıkarılarak 10mm’lik bir cam takılmış ve termal sistem
ve güneş modülü ayrı çalıştırılarak incelenmiştir. 29.08.2005 gününde saat 14:00-15:00 arası
yalnızca termal sistem için ölçülen değerler için akış hızı hesaplanmıştır. 16 iterasyon sonucu
hızın değeri 0.0896 m/s’ye yakınsamıştır. Bu hız terimi Eş. 3-8’de yerine konulduğunda
•
kütlesel debi m 0.01 kg/s olur. Alınan sıcaklık ölçümleri değerlendirildiğinde doğal
dolaşımlı olarak çalışan termal sistemin anlık verimi %41 olarak bulunmuştur.
İncelenen örnek günde tek başına çalışan güneş modülünün ölçülen gerilim, akım ve
yüzey sıcaklıkları kullanılarak anlık verimi Eş.(3-1) ve (3-2)’den hesaplanır.
Tarih
29.8.05 14:00
Gerilim (V)
35.68
Akım (mA)
519.71
Ty1(°C)
41.57
Ty2(°C)
42.19
Ta(°C)
33.29
G(β)
711.37
VMPP ⋅ I MPP
35.68V × 519.71mA
=
= 0.0435
G ⋅ APV
711.37W / m 2 × 0.6m 2
η e =η 0 (1 − 0.002 [Thücre − 25°C ])
η0 =
= 0.0435(1 − 0.002 [41.88 − 25] = 0.042
Güneş modülünün termal sistemle yeniden birleştirilerek doğal dolaşımlı olarak
çalıştırıldığı 25.12.2005 tarihinde sistemden alınan veriler ile meteorolojik veriler
kullanılarak kütlesel debi yeniden hesaplanmış ve debi 0.000122kg/s’ye yakınsamıştır.
Hesaplanan debi değeri ve sıcaklık farkları da kullanılarak PV/T hibrid sistemin anlık verimi
%1.1 olarak hesaplanmıştır. 30.12.2005 saat 12:00-13:00 arası ölçülen değerler kullanılarak
hesaplanan verim %9 olmuştur.
Bu saatte alınan güneş modülü elektriksel verileri kullanılarak modül verimi %3.46
olarak hesaplanmıştır.
PV/T sistem ısıl veriminin kış aylarında alınan ölçümler sonucu elde edilen verim
değeriyle karşılaştırılabilmesi için 24.07.2004 günü incelenmiştir. Doğal dolaşımlı olarak
çalışan sistemden alınan veriler ile meteorolojik veriler kullanılarak kütlesel debi yeniden
hesaplanmıştır. Hesaplanan debi değeri ve sıcaklık farkları kullanılarak PV/T hibrid sistemin
anlık verimi %71, günlük verimi %85.7 olarak hesaplanmıştır. Hesaplanan verim değerleri
(Tg-Ta)/G ‘ye karşı çizdirilmiştir (Şekil 4-5).
Isıl verim
0.8
0.7
eta_ısıl
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
0.011
0.0115
0.012
0.0125
0.013
0.0135
0.014
0.0145
(Tg-Ta)/G
Şekil 4-5. Azaltılmış sıcaklığın işlevi olarak PV/T sistemin ısıl verim eğrisi
5. SONUÇ
Bu çalışmada amorf silisyum güneş pilinin %10 oranındaki geçirgenliğinden termal
toplayıcıya güneş ışınımının belirli bir yüzdesinin aktarması amacıyla yararlanılmıştır.
Sistem doğal dolaşımlı olarak çalıştırılarak verim incelenmiştir. PV/T panelin verimi termal
toplayıcı ve güneş modülü verimleriyle karşılaştırılmıştır.
Sıcaklık sensörleri ile ölçülen kollektör giriş, çıkış ve depo suyu sıcaklıkları ile Güneş
Enerjisi Enstitüsü’nde ölçülmekte olan güneş ışınımı, rüzgâr hızı ve ortam sıcaklığı değerleri
kullanılarak PV/T sistemin anlık ısıl verimi %71, günlük verimi %85.7 olarak belirlenmiştir.
Hesaplanan verim değerleri (Tg-Ta)/G’ye karşı çizdirilmiştir. Doğal dolaşımlı olarak
çalıştırılan termal sistemin verimi %41 olarak ölçülmüştür.
Güneş modülü hücre sıcaklıkları sıcaklık sensörleri, akım ve gerilimi akım sensörü ve
gerilim algılayıcı devre ile ölçülerek güneş modülünün verimi belirlenmiştir. Deneysel olarak
elde edilen verim %4.35’tir. Tablo 2-1’deki standart test koşullarında verilen ve toleransı
±%10 olan maksimum güç noktası değerleri kullanıldığında 1000W/m2’deki verim %4.5’tur.
Dolayısıyla, ölçülen verim bu toleranslar dahilinde üretici firmanın değerleri ile
örtüşmektedir.
Kullanılan yarı saydam a-Si güneş modülünün ölçülen hücre sıcaklıkları için sıcaklığın
elektriksel verim üzerine etkileri incelenmiş ve verimde önemli bir düşüş
gözlemlenmemiştir. Bunun nedeni kullanılan güneş modülünün güç sıcaklık katsayısının tek
kristal güneş pilleri güç sıcaklık katsayısının yarısından da düşük olmasıdır.
PV/T hibrid sistemi verimi ile güneş modülü ve termal sistemin verimleri
karşılaştırılmıştır. Termal toplayıcının tek başına çalışması sonucu daha önce incelenen
günlere göre çıkış suyu sıcaklığında 30ºC kadar artış olmuş, bu da daha önce güneş
modülünün toplayıcı yutucu yüzeyini %90 oranında gölgelemesinden kaynaklanmıştır.
6.
KAYNAKLAR
1. Atagündüz, G., 1989, Güneş Enerjisi Temelleri ve Uygulamaları, Ege Üniversitesi,
İzmir, 372 s.
2. Başaran, T., 2002. Kapalı Termosifon Döngüsünde Akış ve Isı Transferinin Teorik ve
Deneysel İncelenmesi, Doktora Tezi, D.E.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü, Makina
Mühendisliği Bölümü, Enerji A.B.D., İzmir.
3. Bergene, T. and Lovvik, O.M., 1995. Model calculations on a flat plate solar heat
collector with integrated solar cells, Solar Energy, Vol.55, No. 6, pp. 453-462.
4. Duffie, J.A. and Beckman, W.A., 1991. Solar Engineering of Thermal Processes, ISBN
0471510564.
5. Engin, Dilşad, 2006. Yapı ile Bütünleştirilebilir Güneş Pili/Termal Toplayıcı (PV/T)
Hibrid Sistemin Performans Analizi ve Optimizasyonu, Doktora tezi, İzmir.
6. Huang, B.J.; Lin, T.H.; Hung, W.C.; Sun, F.S., 2001. Performance evaluation of solar
photovoltaic/thermal systems, Solar Energy, Vol.70, No. 5, pp. 443-448.
7. Lodhi, M.A.K., 1995. A hybrid system of solar photovoltaic, thermal and hydrogen: a
future trend, Int. J. Hydrogen Energy, Vol. 20, No. 6, pp. 471-484.
8. Sandnes, B. and Rekstad, J., 2002. A photovoltaic /thermal (PV/T) collector with a
polymer absorber plate, experimental study and analytical model, Solar Energy, Vol.72,
No. 1, pp. 63-73.
9. *Stutenbaeumer, U. and Mesfin, B., 1999. Equivalent model of monocrystalline,
polycrystalline and amorphous silicon solar cells, Renewable Energy, Vol.18, pp. 501512.
10. Triapanognostopoulos, Y., Nousia, Th., Souliotis, M., Yianoulis, P., 2002, Hybrid
photovoltaic/ thermal solar systems, Solar Energy, Vol.72, No. 3, pp. 217-234.
11. Zondag, H.A., de Vries, D.W., van Helden, W.G.J., van Zolingen, R.J.C., van
Steenhowen, A.A., 2002. The thermal and electrical yield of a PV-thermal collector,
Solar Energy, Vol.72, No. 2, pp.113-128.
12. http://www.nrel.gov/FEMP - Solar Water Heating.htm, U.S. Department of Energy by
the National Renewable Energy Laboratory, NREL EL-May 1996.
13. LM35 veri yaprağı, http://www.national.com/ds/LM/LM35.pdf
14. RWE
Schott
Solar
http://www.rwesolar.com
web
sayfası,
15. Tinox web sayfası, 2004. http://www.tinox.com
2004.
http://www.rweschott.de,
1030 ÇELİĞİNDEN ÜRETİLEN YUVARLAK ÇUBUKLARDA
OPTİMUM DEFORMASYON SICAKLIĞININ VE DEFORMASYON
HIZININ SAPTANMASI
Şevki Yılmaz GÜVEN1
ÖZET
Metalik malzemelere, küçük taneli bir iç yapıya sahip olduklarında, uygun deformasyon
sıcaklığında ve uygun deformasyon hızında, maksimum plastik şekil verilebildiği
gözlenmektedir. Deneysel çalışmalar sonucunda saptanan uygun deformasyon şartlarında
deforme edilirlerse; yırtılmaların, çatlamaların meydana gelmediği ve şekillenebilirliğin
arttığı görülmektedir.
Bu çalışmada, 1030 çeliğinde optimum deformasyon sıcaklığının ve deformasyon
hızının saptanması amacı ile 700oC, 730oC ve 980oC deformasyon sıcaklıklarında ve 0.1 ile
2.0 cm/dak çekme hızı aralığında Instron çekme cihazında çekme deneyleri yapılmıştır.
Deney sonuçlarının değerlendirilmesi ile, 1030 Çeliği için en uygun deformasyon şartları
saptanmış ve 1030 çeliğinden üretilen yuvarlak çubuklarda küçük taneli bir iç yapı
oluşturulduğu takdirde, bu çeliklerde de Süperplastik özelliğin elde edilebileceği sonucuna
varılmıştır.
Anahtar sözcükler: Süperplastiklik, 1030 Çeliği, Deformasyon Hızı, Deformasyon
Sıcaklığı.
ABSTRACT
Metallic materials, when they have a small grained internal structure at the proper
deformation temperature and shaping at the proper strain rate, show the characteristic of
having maximum deformation. When they are deformed at the proper deformation
conditions which determined as the result of experimental studies, tearings and cracks have
not occured and the increase of formability has been observed.
In this study by determining the strain rate and optimum deformation temperature in
1030 steel at 700 0C, 730 0C and 980 0C deformation temperatures and 0,1 – 2,0 cm/min
tensile speed intervals tensile tests have been done in Instron tensile instrument.
By appreciating the test result for 1030 steel the most proper deformation conditions
have been determined and in the round bars produced of 1030 steel in which they have a
small grained internal structure , the superplastic characteristic could be obtained in these
steels , too .
Keywords: Superplasticity, 1030 Steel, Strain Rate, Deformation Temperature
1.
1
GİRİŞ
Yrd.Doç.Dr., Süleyman Demirel Üniversitesi, Müh.-Mim.F., Makine Müh. B., Isparta, [email protected]
Metalik malzemelere, küçük taneli bir iç yapıya sahip olduklarında uygun deformasyon
sıcaklığı ve uygun deformasyon hızı kullanıldığı zaman maksimum plastik şekil verilebildiği
gözlenmektedir. Bu olay “süperplastik özellik” olarak tanımlanmaktadır. Süperplastikliği,
deformasyon hızı hassasiyeti üssü (m) karakterize etmekte ve en yüksek değeri 1
olabilmektedir. m değeri 0,3 ten yüksek olan malzemelerde süperplastik özellik
görülmektedir (Naib, 1970, 463-477, Dieter, 1976, 348-353). Çeliklerde en iyi süperplastik
özellik ferrit-ostenit (α-γ) bölgesinde görülmektedir (Yoder, 1972, 675-681). İnce taneli (tane
boyutu 3 - 5 µm) ultra yüksek karbonlu çelik (UHC steel), % 1.35 karbon, % 5.5
Alüminyum, %1 kalay ve % 1 krom içermekte ve 775 oC - 900 oC sıcaklıkları arasında, 10-2
s-1 deformasyon hızında, 0.5-0.6 arasında (m) değeri vermekte ve %900 den daha çok
uzama göstermiştir (Frommeyer, 2005, 295). Çeliğin iç yapısının, deformasyona olan
direncinin ve tane boyutunun deformasyon hızı hassasiyeti üzerine büyük etkisi vardır (Ivo,
2003, 25-32). Yapılan literatür araştırmalarında, bazı alaşımlarda yüksek kopma uzamaları
elde edildiği görülmüştür. Süperplastik malzeme olarak tanımlanan bu alaşımlarda, belli bir
sıcaklıkta ve deformasyon hızında yüksek süneklik gözlendiği ve %200, çoğunlukla da
%400 ile %2000 aralığında kopma uzamalarının elde edildiği, ifade edilmektedir (Çayköylü,
2006, 289).
Metalik malzemeler maksimum deformasyon alabilme özelliği gösterdikleri
deformasyon şartlarında deforme edilirlerse yırtılmaların, çatlamaların meydana gelmediği
ve şekillenebilirliğin arttığı görülmektedir. Böyle bir deformasyon şeklinin imalat açısından
önemi büyüktür. Bugün için birçok süperplastik malzemede saptanacak en uygun
deformasyon sıcaklığında ve deformasyon hızında özellikle karışık şekilli parçaların tek bir
operasyon ile imal edilmeleri mümkün olmuştur. Süperplastik şekillendirmede, büyük
oranlardaki deformasyonlar daha düşük gerilmeler ile sağlanabilmektedir.
Metalik malzemelerin plastik deformasyon ile şekillendirilmelerinde malzeme
özelliklerine ve imalat yöntemlerinin zor veya hiç uygulanamamasına bağlı olarak birçok
problem ortaya çıkmaktadır. Bu problemlerin başlıcaları şöyledir. Malzemenin plastik
deformasyonu için iç yapısının uygun olmayışı az veya büyük oranlarda plastik şekil
verilememesi, deformasyon için yüksek sıcaklıklara ihtiyaç olması ve şekillendirilmesinde
kullanılacak takım ve kalıpların özel çeliklerden imal edilme zorunluluğu, büyük
şekillendirme kuvvetlerinden dolayı büyük iş kapasiteli tezgah ve makinelere ihtiyaç olması,
şekillendirilmelerin daha fazla operasyonlar ile gerçekleştirilebilmesi veya birkaç imalat
yöntemi kullanılarak son şeklinin verilebilmesi gibi. Saptanacak olan uygun sıcaklık ve
deformasyon hızında metalik malzemeler daha düşük gerilmeler altında ve daha az enerji
kullanılarak büyük oranlarda, hasarsız bir şekilde deforme edilebilmektedirler. Bu sayede
daha yüksek deformasyon sıcaklıkları yerine daha düşük deformasyon sıcaklılarını
kullanmak mümkün olmuştur. Tavlama için kullanılan enerjiden büyük oranlarda tasarruf
sağlanmaktadır. Düşük gerilmelere ihtiyaç bulunmasından dolayı da
şekillendirme
takımlarında ve kalıplarda kullanım ömrü artmaktadır. Dolayısı ile de imalat maliyetleri
azalmaktadır.
2.
MATERYAL VE YÖNTEM
Bu tür deneysel çalışmalarda; iki farklı yönteme dayanılarak çekme deneyleri
gerçekleştirilmektedir. Birincisi, sabit çekme hızı deneyi, diğeri ise deformasyon esnasında
çekme hızını değiştirme deneyidir. Deney numunesi malzemesi 1030 çeliğidir (%0.30 C,
%0.82 Mn, %0.19 Si, %0.033 P, %0.005 S, diğerleri eser miktarda). Deney numunesi
ölçüleri, instron çekme cihazına ait tav fırınının içerisine yerleştirilen çekme çenelerine
uygun olarak ve cihazın kullanım kılavuzunda belirtilen ölçülere uygun olarak talaşlı şekil
verme ile şekillendirilmiştir. Çekme çubuğunun toplam uzunluğu (L) 49.19 mm, ölçü
uzunluğu (lo) 23 mm, çapı (do) 3.8 mm dir. Bu çalışmada; her bir çekme deneyinde, sabit
çekme hızı yöntemi uygulanmıştır.
1030 çeliğinden makina imalat sanayisi için yarı mamul çelikler üretilmektedir. 1030
çeliğinden üretilen yuvarlak çubuklar 850 0C ile 1100 0C sıcaklıkları arasında haddelenmek
sureti ile üretilmektedir. Bu çeliklerin, yüksek sıcaklıklara tavlanması için büyük oranda
elektrik enerjisi kullanılmaktadır.
Bu çalışmadaki amaç, 1030 çeliğinde hasarsız bir şekilde maksimum deformasyon
oranlarının uygulanabileceği deformasyon
sıcaklığının ve deformasyon hızının
saptanmasıdır. Metalurjik açıdan küçük taneli bir iç yapı elde edildiği zaman, yüksek
sıcaklıklara tavlamaya gerek kalmayacak ve enerji tasarrufu sağlanacaktır. Böylece enerji
tasarrufu sağlanmasının yanında 1030 çeliğinin makina imalat sanayinde kullanılabilirlik
sahası genişlemiş olacaktır.
Deneysel çalışmalarda, 1030 çeliğinde maksimum deformasyon elde etmek için çok
küçük tane boyutlu bir mikroyapı oluşturulması amacıyla iki yöntem uygulanmıştır. Birinci
yöntem olarak normalize tavı, ikinci yöntem olarak ısıl işlem çevrimi uygulanmıştır.
Marder (1969) adlı araştırmacı, ötektoid sıcaklığın altında karbonlu çeliklerin
süperplastik özelliği üzerine yaptığı çalışmalarda yeterince bu özelliği gözleyemediğini
açıklamaktadır (Marder, 1969, 1337-1345). Ostenit bölgesinde (γ) ise, yüksek sıcaklıktan
dolayı tane büyümesi meydana gelebileceği ve süperplastik özelliği olumsuz yönde
etkileyeceği düşünülmektedir. O halde α+γ bölgesinde az karbonlu çeliklerin süperplastik
özellik gösterebilecekleri görüşü ağırlık kazanmaktadır.
Normalize tav sıcaklığı Fe-C denge diyagramından α-γ faz dönüşümü olacak şekilde
850 0C olarak saptanmıştır. Deney numunelerinin hazırlanacağı 50 mm çapındaki çubuklar,
25 dakika süre ile tav sıcaklığında tavlanmış sonra havada soğutulmuştur. Böylece, ısıtma ve
soğutma ile iki defa α-γ dönüşümü yapılmak sureti ile küçük taneli bir iç yapı hedeflenmiştir.
Elde edilen deney sonuçları, küçük taneli bir iç yapının oluştuğunu teyit etmektedir.
İkinci yöntem olarak ısıl işlem çevrimi şu şekilde uygulanmıştır. Çubuklara, önce 850 0C
sıcaklıkta 25 dakika tav uygulanmış, tav süresinden sonra yağın içinde su verme, daha sonra
630 0C sıcaklıkta 30 dakika süre ile temperleme tavı uygulanmıştır. Su verme ve
temperlemeden sonra deney malzemesi 750 0C sıcaklıkta 25 dakika süre ile tavlanmış ve
yağda soğutulmuştur. Bu ısıtma ve soğutma işlemi 4, 8 ve 14 defa tekrarlanmak sureti ile ısıl
işlem çevrimi şeklinde uygulanmıştır. Bu ısıl işlemin amacı, faz değişiminden faydalanılarak
ferrit yapılı ana faz içinde sementitleri inceleştirmek ve küreselleştirmek sureti ile sünek bir
iç yapı elde edilmesini sağlamaktır.
Çekme deneyleri Instron 1114 cihazında gerçekleştirilmiştir. Deneyler 0,1-0,2-0,3-0,51,0-2,0-5,0 (cm/dk) çekme hızlarında (V) yapılmıştır. Deformasyon sıcaklıkları olarak
ötektoid sıcaklığın altında 700 0C, ferrit-ostenit bölgesinde 730 0C ve ostenit bölgesinde 980
0
C seçilmiştir. Bu sıcaklıkların hangisinin aranan sıcaklık olduğunu saptamak için, çekme
deneyleri önce en küçük çekme hızında (0,1 cm/dk) sonra da en büyük çekme hızında (5,0
cm/dk), yapılmış ve logRg-logέ diyagramları çizilmiştir. Çizilen diyagramlardan, eğimi en
fazla olan doğrunun 730 0C deformasyon sıcaklığında elde edildiği, dolayısı ile en uygun
plastik şekil verme sıcaklığın, 730 0C olduğu saptanmıştır (Güven, 1993, 28-41). Daha sonra
730 0C deformasyon sıcaklığında, daha önce saptanan ara değerlerdeki çekme hızlarında,
normalize tavlı ve ısıl işlem çevrimi yapılmış deney numunelerinde çekme deneyleri
gerçekleştirilmiştir. Deneylerden elde edilen verilere göre, gerçek deformasyon hızı (έ = v/l,
v= çene hızı, l= çubuktaki plastik uzama ), gerçek gerilme değeri (Rg), kopma uzaması (A)
ve kesit büzülmesi (Z) hesaplanmıştır.
3.
BULGULAR
Tablo 1’ de normalize tavlaması yapılan deney malzemesinin sabit çekme hızındaki
deney sonuçları, Tablo 2’ de ise ısıl işlem çevrimi yapılan deney malzemesinin sabit çekme
hızındaki deney sonuçları verilmiştir. Şekil 1’de normalize tavlaması yapılan deney
malzemesinin logRg – log
malzemesinin logR g -log
έ
eğrisi, Şekil 2’de ise ısıl işlem çevrimi yapılan deney
έ eğrisi verilmiştir.
Tablo 1. Normalize tavlaması yapılan deney malzemesinin sabit çekme hızındaki deney
sonuçları.
Logaritmik Gerçek Gerilme
(N/mm 2)
220
200
180
160
140
120
100
0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025 0,030 0,035 0,040
Logaritm ik Gerçek Deform asyon Hızı (s -1)
Şekil 1. Normalize tavlaması yapılan deney malzemesinin logR g- log
έ
eğrisi.
Tablo 2. Isıl işlem çevrimi yapılan deney malzemesinin sabit çekme hızındaki deney
sonuçları.
Rg
Fmax
Fkopma
A
Z
V
έ
cm/dk
s-1
N
N
N/mm2
%
%
0,1
6,6·10-4
1216,4
156,9
111,6
59
82
0,2
1,37·10-3
1079
58,8
99
66,9
87
0,3
2·10-3
1520,5
206
139,5
50
87
0,5
3,4·10-3
1594
294,3
146,3
55
90
1
6,9·10-3
1520,5
147
139,5
49
90
2
1,37·10-2
1814,8
245,2
166,5
50
89
Logaritmik Gerçek Gerilme
(N/mm 2)
180
160
140
120
100
80
0,000 0,002
0,004 0,006
0,008 0,010 0,012
0,014 0,016
Logaritm ik Gerçek Deform asyon Hızı (s -1)
Şekil 2.
Isıl işlem çevrimi yapılan deney malzemesinin logR g - log έ eğrisi.
4.
TARTIŞMA
Metalografik incelemelerden ve elde edilen sonuçlardan, normalize tavlaması ile fazla
bir tane küçülmesi elde edilemediği görülmüştür. Normalize tavlamasının defalarca
tekrarlanması halinde tane boyutlarının daha da küçüleceği söylenebilir. Şurası da bir
gerçektir ki, perlitin içindeki sementitin lameller şeklinde olması, plastik deformasyonu
olumsuz yönde etkilemektedir.
Normalize tavlaması yapılan deney malzemesinin sabit çekme hızındaki deney
sonuçlarından anlaşılabileceği üzere ( Tablo 1 ve Şekil 1) ve Isıl işlem çevrimi yapılan deney
malzemesinin sabit çekme hızındaki deney sonuçlarından da (Tablo 2 ve Şekil 2) sıcak
deformasyonda çekme hızı yükseldikçe, çekme hızının mukavemet üzerine etkisi artmakta,
kesit büzülmesi azalmakta ve kopma uzamasında
fazla bir değişiklik olmadığı
görülmektedir.
Esas olarak, çeliklere süperplastik özelliğin kazandırılması amacıyla su verme +
temperleme işlemlerinden sonra bir ısıl işlem çevrim yöntemi uygulanmaktadır. Birçok
araştırmacı bu yöntem ile çeliklerde sementitlerin küreselleştirilmesi ve inceltilmesi ile
süperplastik özelliğin elde edilebileceğini açıklamaktadır. Bu çalışmada ayrıca bu yöntem de
kullanılmıştır. Yapılan metalografik incelemeler sonucunda, 8 defa ısıl işlem çevrim
sayısında, ideal yapının elde edildiği görülmüştür. Zaten deney sonuçları da, bunu teyit
etmektedir.
Normalize tavlaması yapılan deney malzemesinde 730 0C deformasyon sıcaklığında,
6,6·10-4 (s-1) gerçek deformasyon hızında, m’nin maksimum değeri 0,36 ve kopma uzaması
da %61 olarak ve ısıl işlem çevrimi yapılan deney malzemesinde aynı sıcaklıkta ve 1,37·10-3
(s-1) gerçek deformasyon hızında da m’nin maksimum değeri 0,4 ve kopma uzaması da %
66,9 olarak saptanmıştır. Bu sonuçlar da, 8 defa ısıl işlem çevrimi yapılan deney
malzemesinin tane boyutlarının daha küçük olduğunu teyit etmektedir (Güven, 1993, 28-41).
Çünkü tane boyutu küçüldükçe süperplastik özelliğin görüldüğü deformasyon hızı, daha
büyük hızlara doğru kayma göstermektedir (Scheloskl, 1975, 545-547).
Deneysel çalışmaların sonucunda, ısıl işlem çevrimi yapılan deney malzemesinin; 730
C optimum deformasyon sıcaklığında, 0.2 cm/dk çekme hızında ve 1,37·10-3 (s-1) optimum
gerçek deformasyon hızında süperplastik özelliğinden faydalanılarak herhangi bir hasar
meydana gelmeksizin maksimum deformasyon oranı uygulanabileceği görülmüştür.
Metalurjik açıdan 1030 çeliğinde küçük taneli bir iç yapı elde edildiği takdirde süperplastik
özelliğin artacağı sonucuna varılmıştır. Dolayısı ile, 1030 çeliğine büyük deformasyon
oranları için sıcak olarak plastik şekil vermede daha yüksek sıcaklıklara tavlamaya gerek
kalmadan aynı deformasyon oranını, daha düşük sıcaklıklarda gerçekleştirme mümkün
olmaktadır. Elde edilen bu sonuç ile de, elektrik enerjisinden büyük oranda tasarruf edileceği
görülmektedir.
0
5.
KAYNAKLAR
1. AL-NAİB, T.Y.M. and Duncan, J.L., Superplastic metal forming, Int.J.Mec. Sci., Vol. 12,
1970,463-477
2. DIETER, G.E., 1976., Mechanical Metallurgy, 2nd Ed., Mc Graw Hill B.
Tokyo, 348-353
Comp.,
3. YODER, G.R., Weiss ,V., Superplasticity in eutectoid stell, Metallurgical Transactions,
Vol. 3, March, 1972, 675-681
4. FROMMEYER, G.and. Jıménez, J.A., Structural Superplasticity at Higher
Strain Rates of Hypereutectoid Fe-5.5Al-1Sn-1Cr-1.3C Steel,
Metallurgıcal And Materıals Transactıons A Volume February 2005, 36a—295
5. IVO, S., Eugenıusz, H., Influence of structure on strain-rate sensitivity index at hot
forming of steel, Archıves of cıvıl and mechanical engıneering, Vol:III, No:1, 2003, 25-32
6. ÇAYKÖYLÜ,M., Superplastic Forming, Engineering Materials, October, 2006
7. MARDER, A.R., The effect of carbon content , test temperature and starin rate on the
strain-rate sensitivity of Fe-C alloy , Trans . of the Metal . Soch. of AIME , Vol., 245,
1969,1337-1345
8. GÜVEN,Ş.Y., Otmanbölük, A.N., Süperplastik özellik gösteren çelikler ve bir uygulama,
A.Ü., Isparta Müh. Fakültesi, VII. Mühendislik Haftası Dergisi, 1993, 28-41, Isparta.
9. SCHELOSKL,H., Werkstoffluβ beim flieβpressen superplastischer werkstoffe, WtZ.ind.Fertig , 65, Nr.9, Springer-Verlag, 1975, 545-547
BAZI İLAÇLARIN ETKEN MADDELERİNDEKİ YAPISAL
DEĞİŞİKLİKLERİN KULLANIM SÜRESİNE BAĞLI OLARAK
İNCELENMESİ
Nagihan ÖZER1, Ümmühani Süner2, Seda Kaşlı3, Sinem Yavaş3, Sabih ÖZER4
ÖZET
İlaçlar, bileşiminde genel olarak bir kimyasal yapıya sahip etken madde içermektedir.
İlaçların etken maddelerinin fiziksel, kimyasal ve biyolojik özelliklerinin bilinmesi ve
araştırılmasıyla elde edilecek sonuçların değerlendirilmesi, kaliteli ilaç üretimi ve ilaçların
kullanım süreleri için son derece önemlidir. Yapılan bu çalışmada eczanelerde kullanım
tarihi geçmiş bazı ilaçların etken maddelerinin normal kullanımdaki ilaçların etken maddeleri
ile karşılaştırılarak bir sonuca ulaşmayı amaçlanmıştı. Konu ile ilgili literatür çalışmalarının
sınırlı olmasından dolayı bu araştırma bir ön çalışma niteliğindedir. Buna göre ilaçların
bileşiminde bulunan etken maddenin genellikle yapısında dikkate değer bir değişmenin
olmadığı ancak yardımcı maddelerde zamanla yapının değişime uğradığı gözlenmiştir.
Kullanım süresi dolmuş ilaçlardaki etken maddenin geri kazanım çalışmaları ekonomik
sebeplerden dolayı çok önemli bir konudur. Tam bir değerlendirme yapmak için gelecekte
konuyla ilgili daha detaylı çalışmalara ihtiyaç vardır.
Anahtar sözcükler: ilaçların moleküler yapıları, kimyasal yapı, kimyasal kararlılık, etken
madde.
STUDY OF THE CHANGES OF ACTİVE SUBSTANCES OF THE DRUGS
DURİNG THE USAGE TİME
ASTRACT
Drugs generally contain have an active substance having chemical structure in its
composition..Evaluation of the results obtained from the determination and investigation of
physical, chemical and biological properties of the chemical structure of the active
substances is of great importance for the quality drug production and the usage time of the
drugs. This study aims to reach a result an by comparing the active substance of some drugs
obtained from the pharmacies, of which usage time has expired, to that of the same drug in
use. As there are not sufficient studies conducted on this subject in the literature, the results
obtained from this investigation are of preliminary nature. While no distinctive structural
changes of the active substances of the drugs studied in time were observed, the structure of
the auxililariy substances in the drug composition occured in time. Recovery studies of the
active subtances of the drugs, of which usage time expired, are an important aspect for
ecomonical reasons, therefore, more studies in the future are needed to reach a complete
evalution associated with this matter.
Key Words: Molecular Structure of Drugs, Chemical Structure, Chemical Stability, Active
Substance,
1
Öğretim Görevlisi, CBÜ- Eğitim Fakültesi, Demirci-MANİSA.
Öğretim Görevlisi, CBÜ-Fen-Edebiyat Fakültesi, Muradiye-MANİSA.
Kimyager, CBÜ-Fen-Edebiyat Fakültesi, Muradiye-MANİSA.
4
Yrd. Doç. Dr., CBÜ-Fen-Edebiyat Fakültesi, Muradiye-MANİSA.
2
3
1.
GİRİŞ
İlaç; fizyolojik sistemleri veya patolojik durumları, alanın yararına değiştirmek veya
incelemek amacıyla kullanılan veya kullanılması öngörülen bir madde veya üründür
[Güven,1987]. Yapılar; sentetik, yarı sentetik veya biyolojik kökenli ilaç hammaddelerinin
elde edilmesiyle oluşmaktadırlar. Hastalığın iyileştirilmesinde ya da önlenmesinde verilen
kimyasal bileşimdir [Bedri, 1993] .
İlaç hazırlanan preparatın içinde değişmeden kalmalıdır. Bu durum ilaca Stabil özellik
kazandırır. Ancak ilaç zamanla bir değişime uğrar. Buna dış ve iç etkenler sebep olur. Dış
etkenler; ışık, ısı ve havadır. İç etkenler ise maddenin bizzat reaksiyon kabiliyeti veya
ortamda bulunan yardımcı maddelerle (çözücü, tatlandırıcı, ek madde ) tepkime durumudur
[Ceyhan, 1991].
İlacın stabilitesine ait bilgiler yalnız sanayide ilacı hazırlayan için değil, eczane veya
depoda ilacı bekletirken gerekli koruma şartlarını sağlamak içinde gereklidir.
2.
STABİLİTE ÇALIŞMALARININ AMACI
Stabilite, ilaç geliştirilmesinde anahtar faktör olarak tanınmıştır ve farmasötik ürünlerin
geliştirilmesinde ve üretiminde en önemli unsurlardan biridir. Uygun dayanıklılıkta ürün
hazırlayabilmek için oluşturulacak etkin ve modern bir stabilite programı, ilacın bozulması
üzerindeki temel farmasötik teknolojik çalışmaları, uygun önformülasyon ve formülasyan
değerlendirilmelerini ve ürün-kap etkileşmesinin değerlendirilmesini içermelidir. Stabilite
çalışmalarının amacı; ilacın farmasötik ve teknolojik gelişmesi sırasında en uygun
formülasyonu bulmak ve ürünün raf ömrünün sonuna kadar tam olarak aktivitesini sağlamak
üzere son kullanım tarihini doğru olarak tespit etmektir [İzgü, 1984].
3.
İLAÇLARIN STABİLİTESİNİ ETKİLEYEN FAKTÖRLER
İlaçların stabilitesinde; fiziksel, kimyasal ve mikrobiyolojik etkenler rol oynar. Stabilite
basit bir nedene bağlı olmayıp bir çok etkenlerin sonucudur. Bunlar arasında maddenin
saflığı, fiziksel ve kimyasal dayanıklılığı ve sterilitesi rol oynar. Bu sebepten tedaviye
sunulacak ilacın önceden değişik sıcaklığa, nem şartlarına, ışık ve pH’a karşı durumunu tayin
etmek gerekir ve bunlar stabilite deneylerinin temelini oluşturur. Böylece ilaçların stabilitesi
üç yönde incelenir [Lachman,1986-Aulton,1990].
Kimyasal Stabilite
Kimyasal olarak stabil bir ilaç, hasta tarafından kullanıldığı süreye kadar etken
maddesinin aktivitesini öngörülen süre içinde kaybetmemesi ile anlaşılır. İlaçların kimyasal
stabilitesini etkileyen çeşitli faktörlerin arasında; diğer etken maddeler veya yardımcı
maddeler arasındaki reaksiyonlar, pH, oksidasyon, iyonların etkisi, kaplarla olan
etkileşmeler, solvoliz, fotoliz, polimerizasyon ve optik izomerizasyon sayılabilir.
Solvoliz
Solvoliz; çözelti içinde etken ya da yardımcı maddelerin çözücü veya aralarında
reaksiyona girerek degredasyona uğramasıdır. Farmasötik preparatların çoğunda çözücü
olarak su kullanılır. O zaman degredasyon hidroliz şeklinde ortaya çıkar.
Oksidasyon
Etken ve yardımcı maddelerin degredasyonuna en çok oksidasyon olayları yol
açmaktadır. Bu degredasyon türü suda ve yağda çözünen ilaçlarda meydana gelmektedir.
Oksidasyon olayı, genelde oksijenin eklenmesi veya hidrojenin kaybetmesi şeklinde
açıklanabilir. Burada oksidasyon kendini genelde renk değişimi şeklinde göstermektedir.
Örneğin; adrenalin çözeltilerinin renksiz ve şeffaf çözeltileri kırmızı renkte çözeltilere
dönüşebilmektedir.
Fotoliz
İlaç veya yardımcı maddelerin degredasyonuna ışık (güneş ışığı, oda ışığı ) da neden
olabilir. Bu reaksiyonlar fotoliz olarak bilinir ve ışığa hassas olan ilaçlar ise fotolabil olarak
tanımlanır.
Fotolitik reaksiyonlar için ışık enerjisinin moleküller tarafından absorplanması gerekir.
Eğer absorplanan enerji aktivasyon enerjisi için yeterli ise degredasyon olayı meydana
gelebilir.
Polimerizasyon
Polimerizasyon olayı, iki veya daha fazla molekülün birleşmesi ve daha kompleks
moleküllerin meydana gelmesi olayıdır. Bu olay ilaç bozulmasında pek yaygın değildir ve
ilacın ilk degredasyonundan sonra meydana gelebilir.
Optik İzomerizasyon
İlacın optik aktivitesinde oluşan her değişiklik o ilacın biyolojik aktivitesini
değiştirebilir. Optik izomerizasyonun başta gelen tipi, rasemizasyondur. Rasemizasyon ilaç
moleküllerini etkiler ve bu, ilacın optik formu enantiyomerine dönüşene kadar devam eder.
Çoğu durumlarda ilacın enantiyomer şekli daha az etki göstermektedir. Buna örnek olarak; () hiyosiyaminin, (-) ve (+) hiyosiyamin karışımından oluşan rasemik karışımıdır.
pH Etkisi
Her maddenin stabil olduğu bir optimum pH’ı vardır. Bu pH dışında ilaç değişme uğrar.
Değişim molekülün bozunmaya uğraması ve hidroliz şeklinde olabilir. Bu ester ve amid
grubu taşıyan maddelerde görülür. İlaçtaki hidroliz aktivitesinin kaybolmasına neden olur.
Buna örnek; aspirin, penisilin, poli-peptid yapısına sahip maddeler (enzimler) gösterilebilir.
Koruyucu Kaplarının Etkisi
İlaçların korunmasında kullanılan kaplar değişik reaksiyonlara sebep olurlar. Muhafaza
kabının rutubet ve hava geçirmesi, kabın pH’ı, kabın içine konan madde ile reaksiyona
girmesi değişime etki eden maddeler arasında gösterilir. Neticede kaba konan maddede
oksidasyon veya hidroliz olayı görülür.
Fiziksel Stabilite
Son zamanlara kadar ilaç araştırmacıların, dozajların fiziksel stabilitesinden çok
kimyasal stabilite konusuna önem vermişlerdir. Ancak pek çok örneklerde ilacın fiziksel
şeklindeki değişmelerin ; ürünün kalitesi üzerinde, teknolojik ve biyofarmasötik
özelliklerinin devamında ve formülasyon sürecinin tasarım ve gerçekleştirilmesinde bu
konuların dikkatle ele alınmasının ne denli gerektiğini kanıtlamıştır ve bütün farmasötik
ürünler için fiziksel stabilitenin, kimyasal stabilite kadar ve bazen daha fazla önem taşıdığını
göstermiştir. Örneğin; steroidlerin süspansiyonlarında kristal değişikliklerinin aktif maddenin
inaktivasyonuna yol açabilmesidir.
İlaçların fiziksel stabilitesini ortaya koyan bazı hususlar olarak; polimorfizm, faz
ayrışmaları, viskozite değişiklikleri, buharlaşma ile kayıp, nem oranı değişimi ve
partiküllerin sedimentasyonu sayılabilir. Bu faktörleri yönlendiren başlıca etmenler ise
sıcaklık, ışık ve nemdir.
Işık
İlaçların stabilitesini fiziksel olarak etkileyen en önemli etmenlerden birisi ışıktır. Işık
etkisi ile meydana gelen bozunma olaylarında ışık, katalizör olarak değil, reaksiyonu
sağlayan enerji olarak görev alır.
Işık spektrumundaki UV ışınlar, radyasyon ve diğer ışınlardan daha fazla oranlarda
kimyasal reaksiyonları başlatmaktadırlar. Bu preparatların imalatları sırasında ışığı önleyici
olarak alınan özel önlemlerin yanı sıra imalattan sonrada mukavva kutular, etiketli şişeler,
UV ışınlarını absorplayıcı maddeler ve ışığa dirençli kaplar kullanılmalıdır.
Sıcaklık
Soğuk ortam yağlarda, esanslarda ve bazı doymuş çözeltilerde çöktürme veya
kristalizasyon yapılabilir. Genelde soğuk iyi bir saklama ortamı olarak da kabul edilebilir.
Fakat kolloidal çözeltiler, aşı, serum ve insülin gibi protein yapısındaki preparatlarda çökme
dolayısıyla yapı değişikliği görülebilir. Bir kayıt olmayan hallerde en uygun sıcaklık oda
sıcaklığıdır.
Nem
Özellikle katı ilaç şekillerinde preparatın fiziksel stabilitesinde nem çok önemli rol
oynar. Nemin etkisiyle tablet ve drajeler sertleşir veya yumuşar, kapsüllerin içeriği taşlaşır,
böylece preparatların dağılması ve etken maddenin serbest hale geçişi gecikir. Nem;
izomerizasyon, rasemizasyon ve mutarotasyona da neden olur.
İlaçlar havanın nemine göre rutubet çeker veya içerdiği suyu (billur suyunu) verir ve
buna çiçekleme denmektedir. Nem çekme, sonucu madde yumuşayabilir. Çiçeklenmede ise
maddenin kristal şekli bozulur ve tozlaşır.
Mikrobiyolojik Stabilite
Burada başlıca etken ve yardımcı maddelerin işlenmeden önceki mikrobiyolojik
saflıkları, imalat tekniklerinin kontaminasyon etkisi, imalat hijyeni, ilaç şekillerinde
mikrobiyolojik saflığın sağlanması ile koruyucu maddeler ve etkileri önemli rol oynar.
İlaç üzerinde mikroorganizma üremesi, katı şekilde iken rutubet, çözelti halde iken şeker
mevcudiyeti ile olur. Mikroorganizmalar ve mantarlar kimyasal maddeleri parçalayabilirler.
Ayrıca ortam pH’ını değiştirerek renk değişimi meydana getirirler.
2.
İLAÇLARDAKİ ETKEN MADDELERİN YAPISAL SINIFLANDIRILMASI
İlaçlara tedavi özelliğini veren etken maddeler kimyasal yapılarına göre aşağıda verilen
şekilde gruplandırılmaktadır [ Bleyer,1997- Sirota, 1999- Bostrom , 2007].
Glikozidler:
Enzim ve seyreltik asitler etkisiyle şeker olmayan bir kısım ile bir veya daha fazla şeker
molekülüne ayrılan bileşiklerdir.
Organik asitler:
Bitkilerde karbonhidratların oksidasyonu ile meydana gelen asit karakterli organik
bileşiklerdir. Bitkilerde serbest yada tuz halinde bulunurlar. Ekşi tadında sıvı veya katı
maddelerdir. Önemli tedavi edici etkileri bulunmaktadır.
Tanenler:
Fenol yapısında katı bileşiklerdir. Suda çözünürler. Bilhassa kabuk aksamında
bulunurlar. Meşe mazısı ve meşe palamudu tanence çok zengindirler. Tedavi ve deri
sanayisinde kullanılan tanen bu droglardan elde edilir. Tanenler antiseptik ve kabız etkilere
sahiptir.
Alkaloidler:
Yapılarında azot bulunan bazik karakterli bileşiklerdir. Katı ve genelde renksiz
maddelerdir.Asitler ile tuz meydana getirirler. Baz halde suda çözülmedikleri halde tuzları
suda çözülür. Alkaloitler küçük dozlarda kuvvetli etki gösteren morfin, kodein, kafein,
atropin, kokain gibi bileşiklerdir.
Sabit yağlar:
Gliserin ile yağ asitlerinin esterleşmesi sonucu meydana gelmiş bileşiklerdir. Sıvı veya
katı halde olup suda çözünmezler. Organik çözücülerle kolaylıkla çözünürler.Bilhassa meyve
ve tohumlarda bulunurlar. Sıkma veya organik çözücülerle elde edilirler.
Uçucu yağlar:
Esas olarak terpenlerden yapılmış karışımlardır. Genelde sıvı olup, kuvvetli kokulu ve
uçucu maddelerdir. Su buharı ile sürüklenir. Suda çözünmezler organik çözücülerde
kolaylıkla çözünürler. Bilhassa çiçek ve meyvelerde daha çoktur. Su buharı destilasyonu ile
elde edilirler. Ülkemizde halen defne, acıelma, gül, kekik, lavanta, limon, mersin, nane ve
portakal dan uçucu yağ elde edilip piyasada satılmaktadır.
Reçineli bileşikler:
Karmaşık kimyasal yapılı katı veya sıvı maddelerdir. Suda çözünmezler, fakat organik
çözücülerde kolaylıkla çözünürler.
Vitaminler:
Genellikle insan vücudunda yapılmayan fakat insanın sağlıklı yaşaması için gerekli olan
bileşiklerdir. Bitkisel veya hayvansal kaynaklardan temin edilir. Suda çözünenler (B
grubu,C,P vitaminleri) ve yağda eriyenler (A grubu,D grubu,E,F,K vitaminleri)olmak üzere
iki gruba ayrılırlar.
Antibiyotikler:
Canlılar tarafından oluşturulan ve çok seyreltik çözeltilerde
mikroorganizmaların üremelerini durduran veya onları öldüren bileşiklerdir.
3.
bile
bazı
MATERYAL VE YÖNTEM
Çalışmada incelenen ticari ilaç isimleri ve etken maddeleri aşağıdaki tabloda verilmiştir.
Bu kullanım süresi geçmiş ilaçlar eczanelerden temin edilmiştir. İlaçlar uygun çözücülerde
çözüldükten ve gerekli ön saflaştırma işlemi yapılarak, ince tabaka kromatografisi yardımı
ile ayırma yapılmıştır. Elde edilen etken maddelerin FT-IR spektrumları alınarak gerçek
yapılar ile karşılaştırma yapılmıştır.
Yaklaşık 2-6 yıl süre aralığında tarihleri geçmiş olan Supradyn Pronatal, Marincap,
Ketum, İbuprofen ve Tamol örneklerinden ilaçlarının etken maddelerinin ayrılarak incelendi.
Bu deneysel çalışmada, ilaçlar kendilerine özgü çözgenler ile muamele edilerek etken
maddeleri ayrılmaya çalışıldı. Çözücü seçimi; deneme-yanılma yöntemiyle yapılarak ilaca en
uygunu yani ilacın en fazla çözündüğü çözücü bulunarak yapıldı.
İlaç etken maddelerinin yapısında bir değişiklik olup olmadığını doğru görebilmek için
saf olarak elde edilmesi gerekmektedir. Bunun kontrolü için de erime noktası tayini ve ince
tabaka kromotografisi yöntemleri uygulandı. Daha sonra IR de elde edilen sonuçlar
incelendi. Bu çalışmalardan sadece iki deneysel çalışmayı veriyoruz. Diğer sonuçlarda
tekrarlanabilir değerlerinde görülen farklılık dolayı yeniden araştırma çalışması yapılacaktır.
Tablo-5-I. Üzerinde Çalışılan İlaçlar Ve Etken Maddeleri
Kullanılan Malzemeler
İlaç Örnekleri :
Supradyn Pronatal ( Ür.T.- 09/2004, S.K.T.- 09/2006)
Marincap (Ür.T.- 09/2004, S.K.T.- 03/2006)
Ketum (Ür.T.- 09/1999, S.K.T.- 09/2004)
Tamol (Ür.T.-09/2002, S.K.T.- 09/2005)
Suprofen (Ür.T.- 08/2001, S.K.T.- 08/2006)
Kısaltmalar; Ür.T.: ilacın üretim Tarihi, S.K.T. ilacın son kullanım tarihi
Kimyasallar :
Diklorometan (%98.8), Etil asetat (%99.76), Hekzan (%95), Hidroklorik asit
(%37), Kloroform (%99)
Cihazlar :
2.
Perkin Elmer Spectrum BX FT-IR Spektrometresi
UV Lamba (TLC incelemerinde)
İŞLEM BASAMAKLARI
Supradyn Pronatal
Gebelik öncesi, sonrası, ve gebelikte Supradyn Pronatal anne ve bebeğin vitamin ve
mineral gereksinimini karşılar ve doğumsal anomalilerin oluşma riskini azaltır; gebelik
anemisine karşı artan demir ve folik asit ihtiyacını karşılamak. C vitamini, askorbik asit
olarak da bilinir, su da eritilebilen ve birçok görevi olan vitamindir.
Tablo-6-I. Supradyn Pronatal detaylı içeriği
İLAÇ ADI
ETKEN MADDESİ
SUPRADYN PRONATAL( genel
Askorbik asit ( C vit. ), : C6H8O6
MA: 176,13 g/mol
içeriği)
Bir lak table A vit. 4000 I.U., B1
1.6 mg, B2 1.8mg, B6 2.6 mg, B12 4
mcg, C 100 mg, D2 500 I.U., E 15 I.U.,
D-biotin 0.2 mg, Ca-pantotenat 10 mg,
Folik asit 0.8 mg, Nikotinamid 19 mg ,
Nikotinamid, Vitamin B3 C6H5NO2,
Kalsiyum 125 mg, Demir 60 mg, MA: 123,11 g/mol
Magnezyum 100 mg, Fosfor 125 mg,
Bakır 1 mg, Mangan 1 mg, Çinko 7.5
mg
Omega-3 Yağ Asitleri
Doymamış yağ asitlerinden olan omega-3 yağ asitleri, vücut için gerekli olup gıdalardan
elde edilmek zorundadır. İnsan beslenmesinde yer alan önemli sayılabilir. Vücudun omega-3
yağ asidine ihtiyacı daha anne karnında başlar, çocukluk, ergenlik, yetişkinlik ve yaşlılık
boyunca bu ihtiyaç devam eder. Ketoprofen, analjezik ve antipiretik özelliklere de sahip olan
bir non-steroid anti-enflamatuvar ilaçtır . Ketoprofen, propiyonik asit türevi rasemik bir
bileşiktir.
Tablo-6-II. Omega yağ asitlerinin ve Ketoprofen bileşiklerinin detaylı içeriği.
İLAÇ ADI
ETKEN MADDESİ
OMEGA-3 YAĞ ASİTLERİ,
omega-3 yağ asitleri olarak αlinolenik asit, eikosapentaenoik
asit (EPA), ve dokosaheksaenoik
asit (DHA)
KETOPROFEN
(KETUM)
yarılma süresi 2-2.5 saattir. EN:
94-97 o
Omega-3 Yağ Asiti, C18H30O
MA: 262,44 g/mol
[2-(3-benzoilfenil)propanoikasit
MA: 254,81 g/mol
C6H14O3 ,
6.3. Tamol
Parasetamol, analjezik ve antipiretik etkili bir ilaçtır. Tamol tabletleri hafif ve orta
şiddetli ağrılar ile ağrının ateşe eşlik ettiği durumlarda kullanılır.
Tablo-6-III. Parasetamol ilacın detaylı içeriği
İLAÇ ADI
PARASETAMOL, Her tablette;
Parasetamol DC, 555.5 mg (500 mg
Parasetamole eşdeğer) yarılma süresi :
1-4 saat
EN: 169 oC
3.
ETKEN MADDESİ
N-(4hidroksifenil)etanamid,C8H9NO2
MA: 151,17 g/mol
DENEYSEL SONUÇLAR
Supradyn Pronatal' ın İncelenmesi
Supradyn Pronatal ilacından 5 tablet alınarak toz haline getirildi. Bir cam balona alındı
ve içine 50 mL saf su eklendi. 500C' ye ayarlanmış su banyosunda ısıtılarak katı maddenin
çözünmesi sağlandı. Cam balon su banyosundan alındı ve çözeltiye 2 N HCl' den 10 mL
eklendi. Tekrar 500C ' lik su banyosuna konuldu ve bir süre ısıtıldı. Isıtma işlemi sona
erdikten sonra çözeltiye yine 2 N' lik HCl' den 10 mL eklendi. Çözelti iki ayrı cam balona
eşit şekilde ayrıldı. Bunun sebebi; ilacın içeriğinde bulunan vitamin ve mineraller arasında en
fazla miktarda olan Askorbik asit ( C vitamini ) ile Nikotinamid' i çözeltiden ayırmaktır.
İkiye ayrılan çözeltiden biri asitlendirilip Askorbik asit, diğeri bazik yapılarak
Nikotinamid'in ayrılabilmesi için ortam sağlandı. Bazik yapılacak olan 1. balondaki çözelti
30 mL ölçüldü. İçine 40 mL doymuş NaHCO3 ve 100 mL CH2Cl2 eklendi.
Asidik yapılacak olan 2. balondaki çözelti ise 40 mL olarak ölçüldü. Bu çözeltiye ise 100
mL CH2Cl2 eklendi. Bazik yapılan çözelti ayırma hunisine alındı ve iki faz oluşumu
gözlendi. Alt kısımda yer alan organik faz bir cam balona alındı kurutmak amacıyla susuz
Na2SO4 eklendi.
Süzülerek döner buharlaştırıcı ile (rotari evaporatör) çözücü uçuruldu. Aynı uygulamalar
asidik yapılmış olan çözeltiye de uygulandı. Sonrasında asidik ve bazik olarak elde edilen
organik kısımlara bir miktar CH2Cl2 eklenerek seyreltildi ve ince tabaka kromatografisi
uygulandı.
* Asidik faz için ince tabaka kromatografisi : Asidik olan faz, silika jel ile kaplı olan
tabakaya damlatıldı. CH2Cl2 - hekzan ( 9:1 ) bulunan çözücü tankı içine konuldu ve
bekletildi. Tabaka çözücü tankından alındı ve UV ışık altında incelendi.
* Bazik faz için ince tabaka kromatografisi : Bazik olan faz, silika jel ile kaplı olan
tabakaya damlatıldı ve hekzan - etilasetat ( 1:1 ) bulunan çözücü tankına konulup bekletildi.
Sonra tabaka UV ışık altında incelendi ve permanganata boyanarak tekrar incelendi.
İnce tabaka kromotografisi incelenmesi
( a ) Supradyn Pronatal’ ın asidik fazına ait TLC sonucudur. CH2Cl2 - hekzan ( 9:1 )
çözücü sistemi kullanıldı.
( b ) : Supradyn Pronatal’ ın bazik fazına ait TLC sonucudur.hekzan - etilasetat ( 1:1 )
çözgen sistemi kullanıldı.
( c ) : Supradyn Pronatal’ ın bazik fazının TLC sonucunun permanganatla
boyanmasından elde edilen sonuçtur.
(a)
(b)
(c)
Tamol' un İncelenmesi
Tarihi geçmiş ilaçtan 10 adet tablet alınarak toz hale getirildi. Bir cam balona alındı ve
üzerine 50 ml. etil asetat eklendi. Balon içine baromagnet atıldı ve 1 saat kadar karıştırıldı.
Katı madde çözgen içerisinde çözündü ve 1 saat sonunda süzgeç kağından süzüldü. Süzüntü
kısmında varolan çözgen operatörde uçurularak geriye kalan sıvı organik faz katılaşmaya
bırakıldı. Kristallendirme yapabilmek için katılaşan madde bir miktar etil asetatta çözüldü ve
aynı miktarda hekzan ilavesi yapılarak beklendi. Kristal oluşumları gözlendi ve bu
kristallerden ince tabaka kromatografisi uygulandı.
Tamol için ince tabaka kromatografisi : Maddeden az miktar damlalıkla alınarak silika
jel kaplı tabakaya damlatıldı. Tabaka, hekzan - etil asetat ( 1:3 ) bulunan çözücü tankına
konuldu ve beklendi. Tabaka çözücü tankından alınarak UV ışık altında incelendi ( a ) ve
permanganat ile boyanarak tekrar inceleme yapıldı (b ). IR spektroskopisi ile yapısı
incelendikten sonra erime noktası tayini yapıldı.
( a ) : Tamol’ un ekstraksiyon ve kristallendirme işlemleri sonucunda elde edilen
kristallerin etilasetat ile çözüldükten sonraki TLC sonucudur.
( b ) : Tamol’ un TLC sonucunun permanganatla boyanmasından elde edilen sonuçtur.
Hekzan - Etil asetat ( 1:3 ) çözücü sistemi kullanılmıştır.
(a)
4.
(b)
Parasetamol E.N. : 161-165 0C ( literatür E.N.: 169-172 0C )
Etken Madde örneklerinden elde edilen bileşiklerin İnfrared spektroskopisi
spektrum örnekleri
5.
DEĞERLENDİRME VE TARTIŞMA
Yapılan çalışmalarda elde edilen sonuçlar incelenen her bir ilaç örneği için aşağıdaki
gibi verilebilir:
Supradyn Pronotal : Asidik ve bazik fazlara ait TLC sonuçları incelendiğinde;
asidik fazda üç farklı maddenin bulunduğu tespit edilmiştir ve bunlardan birinin ilaç
bileşiminde asidik bileşenler içinde diğerlerine göre daha yüksek oranda bulunan askorbik
asit ( vit.C ) olacağı söylenebilir. Bazik fazda ise iki farklı madde bulunduğu ve bunlardan
birinin permanganat aktif olduğu görülmüştür. Bu maddelerden birinde ilaç bileşiminde
bulunan nikotinamid olabileceği düşünülmüştür. Ancak asidik ve bazik fazda bulunan bu
maddeleri birbirinden tam olarak ayırmak mümkün olmamıştır. Vitaminlerin incelenmesi
diğer ilaç etken maddelerine göre çok daha karışıktır.
Marincap : Kapsül içindeki bileşimin incelenmesi üzerine çalışmalar yapılmıştır.
Bileşimde bulunan omega-3 yağ asidinin açık havaya maruz kaldığında yapısının tamamen
bozulduğu anlaşılmıştır. Çok sayıda yeni madde görüldü, ayrılması çok zor olduğundan bu
aşamada yapılmadı.
Ketum : TLC sonuçlarına bakıldığında daha fazla sürüklenen ve daha geniş alanda
gözlenen izin ketoprofene ait olduğu, diğer izlerin ise ilaç bileşiminde bulunan yardımcı
maddelere ait olabileceği düşünülmüştür. IR spektrumu incelendiğinde ise ketoprofen
yapısında bulunan bağlara ait piklerin gözlenmesi ketoprofen yapısında herhangi bir
değişikliğin söz konusu olmadığını düşünmemize neden olmuştur. Ayrıca ayrılıp saflaştırılan
etken maddenin erime noktası da literatüre uygun aralıkta bulunmuştur. Sonuç olarak son
kullanma tarihi geçen bu ilaçta etken madde ketoprofenin stabilliğini koruduğu
düşünülmüştür.
Tamol : TLC sonuçları incelendiğinde bir tek iz gözlenmiştir ve bunun etken
madde paracetamole ait olduğu sonucuna varılmıştır. IR spektrumuna bakıldığında ise
paracetamol yapısındaki bağlara ait piklerin gözlenmesi bu etken maddenin yapısında
herhangi bir değişikliğin söz konusu olmadığı görüşünü desteklemiştir. Paracetamolün erime
noktası tayininde ise sonucun literatürdekinden düşük çıkmasına ortamda bulunan
safsızlıkların neden olduğu düşünülmüştür.
Yapılan bu incelemeler ve elde edilen sonuçlardan mümkün olabilecek bir genellemeye
göre son kullanma tarihi geçen ilaçların etken maddelerinin yapılarında IR ve ince tabaka
kromatografisi sonuçlarına göre kayda değer bir değişikliğin olmadığı ancak yardımcı
maddelerin stabil olmadığı gözlenmiştir. Dolayısıyla son kullanım tarihlerine kesinlikle
uyulması gerekmektedir. Tarihi geçmiş ilaçlar çöpe veya başka bir ortama atılmamalı, yakın
bir sağlık kuruluşuna uzman kişilere teslim edilmelidir. Büyük bir ekonomik değere sahip
olan bu ilaçlarda ki etken maddelerin geri kazanım çalışmalarına iyi ekipmana sahip
laboratuarlarda hız verilmelidir.
Teşekkür: Deneysel çalışmalarda yardımlarını ve bilgisini esirgemeyen Dr. Mustafa
Eskici’ye şükranlarımızı sunuyoruz. Örneklerin teminini sağlayan Yavuz Genit’e (Yavuz
Eczanesi) teşekkür ederiz.
6.
KAYNAKLAR
1. Güven, K:C:, Eczacılık Teknolojisi-II, Fatih Yayınevi Matbaası, İstanbul, , s. 5131987.
552,
2. Bedri, S., Kapsül Formundaki İlaçların Fiziko-Farmasötik Stabiliteleri Üzerinde
Araştırmalar, Yüksek Lisans, Ankara Üniversitesi, Ankara, Türkiye, 1993.
3. Ceyhan, T., Katı İlaç Formülasyonlarının Stabilite Yönünden İncelenmesi, Yüksek Lisans,
GATA, Ankara, Türkiye, 1991.
4. İzgü, E., Genel Endüstriyel Farmasötik Teknoloji-I, Ankara Üniversitesi Basımevi,
Ankara, 1984.
5. Lachman, L., Lieberman, H. A., Kanig, J. L., The Theory And Practise Of Industrial
Pharnacy, 3rd Ed., Lea And Febiger, Philadelphia, s.761-803, 1986.
6. Aulton, E., Collet, D. M., Pharmaceutial Practise, Churchill Living-Stone, Inc., Newyork,
p. 30, 1990.
7. Monkhouse, D. C., Stability Aspects Of Preformulation And Freezing Of Solid
Pharmaceuticals, Drug Dev. And Ind. Pharm., p. 1373-1413, 1984.
8. Cutie, M. R., Effects Of Cold And Freezing Tempratures, Drug And Cosm. Chem., p. 4043, 1980.
9. Bleyer W.A., Nelson J.A., Kamen B., J Pediatr Hematol Oncol, p. 19, 1997.
10. Bostrom B.C., Erdmann G.R., J Pediatr Hematol Oncol, p. 25, 2007
11. Loo M, Beguin Y., Blood, p. 93, 1999.
12. Sirota L., Strauussberg R., Gurary N., Alonl D., Besler H., Eur J Pediatr, p. 158, 1999.
13. www.sadillikoyu.com/Tibbi_bitkiler.htm-2006
14. www.ilacbak.com.tr/wikipedia.org/wiki/Omega-3-2007
15. www.ilacbak.com tr/wikipedia.org/wiki/paracetamol-2007
16. www.atabay.com/subrafen_400_mg_100_draje.html-2007
HİDROLİK TAHRİKLİ SAYISAL DENETİMLİ CİHAZ BÖLÜM
2: DOĞRUSAL İNTERPOLASYON HAREKETLERİNİN
İNCELENMESİ
Ahmet Murat PİNAR1, Abdulkadir GÜLLÜ2
ÖZET
Birinci bölümde tanıtılan sayısal denetimli hidrolik cihaz kullanılarak, doğrusal
interpolasyon hareketlerine ait konum doğrulukları, üç farklı piston çapı, üç farklı ilerleme
oranı, iki eksen ve iki ilerleme yönü için incelenmiştir. Yapılan istatistiki analizler
sonucunda, faktör ve etkileşimlerinin hata üzerindeki etkisi, %93.6 korelasyon katsayısında
tahminsel olarak modellenmiştir. Varyans analizi sonucuna göre, ilerleme oranı, piston çapı,
ilerleme oranı-eksen ve piston çapı-eksen faktör ve etkileşimlerinin pozisyonlama hatası
üzerinde anlamlı oldukları tespit edilmiştir.
Anahtar sözcükler: Lineer interpolasyon, CNC, NC, Hidrolik pozisyonlama
HYDRAULIC DRIVEN NUMERICAL CONTROLLED DEVICE PART 1:
EXAMINATION OF THE LINEAR INTERPOLATION MOTIONS
ABSTRACT
By using the numerical controlled hydraulic device presented in the first section, the
positioning accuracy of the linear interpolation motions are examined for three different
piston diameters and feed rates, two axes and two feed directions. As the result of the
statistical analysis, effect of the factors and their interactions on the error were modelled at
the 93.6% correlation coefficient predictively. The result of the variance analysis shows that
feed rate, piston diameter, feed rate-axis and piston diameter-axis factors and interactions are
significant on the positioning error.
Keywords: Linear interpolation, CNC, NC, Hydraulic positioning
1.
GİRİŞ
Hidrolik sistemlerin denetimi basit PID den karmaşık adaptif tekrarlı kontrol
uygulamalarına geniş bir alanda yer almaktadır [1]. Hidrolik servo sistemlerin lineer
olmayan davranışlarının telafisi için 2 en genel yaklaşım, adaptif kontrol ve değişken yapı
denetimidir (DYD). Adaptif denetleyicilerin bir çoğu [2-6] sistem için lineerleştirilmiş
modeli kullanmışlar ve bu nedenle lokal kararlılık sağlamışlardır. Bu sistemler akış sabitleri,
sıvı bulk modülleri, değişen yük ve değişen sistem parametreleri ile başarılı olabilmektedir.
Buna karşın, global kararlılık dayanıklılığının eksikliği sıklıkla bu lineerleştirilmiş
denetleyicilerin dezavantajıdır [7 ].
Değişken yapı denetimi [8-11] ise parametre değişimlerine ve dış distürbanslara karşı
sağlam olmasına karşın, bünyesinde hareketlendiricilerin tahribatı ve yüksek kontrol
aktivitesine sebep olan kontrol titreşimini barındırmaktadır. Genel olarak DYD’deki kontrol
titreşimleri, Kontrol girişi yani DYD çıkışında ve durum aralığındaki durum değişkenlerinde
1
2
Yrd. Doç. Dr., Celal Bayar Üniversitesi Turgutlu MYO, Turgutlu-MANİSA, [email protected]
Yrd. Doç. Dr., Gazi Üniversitesi Teknik Eğitim Fakültesi, Beşevler-ANKARA, [email protected]
olmak üzere ikiye ayrılmakta olup, farklı özellikli ve kaynaklıdırlar. Sınır katmanı ve Erişim
kuralı yaklaşımları dediğimiz sürekli metot, VSC çıkışındaki titreşim üzerinde, siviçleme
kazancı metodu da durum değişkenleri titreşimi üzerinde başarılı olmaktadır.
Sınır katmanı metodu [12-20] yüksek frekanslı kontrol girişinin (DYD) çıkışının
derecesini azaltmasına rağmen, buna ait kararlılık sadece sınır katmanının dışında garanti
edilmektedir ve eğer sınır katmanı yeterli küçüklükte seçilmezse buna ait asimptotik
pozisyonlama sıklıkla gerçekleştirilememektedir [21]. Buna ek olarak ince sınır katmanı
kullanımı da yüksek frekanslı kontrol girişi riskini doğurmaktadır [22]. Bu probleme çözüm
olarak zamanla değişen sınır katmanı [21-23] metodu önerilmiştir.
Erişim kuralı yaklaşımında [24,25] amaç, dinamikleri, σ´ asimtotik durumda kararlı hale
getiren kontrolü tasarlamaktır. Böylelikle durum yörüngeleri yüzeye asimptotik olarak
sürülür [26]. Metot çok esnektir ve gerçekte özel bir durum olarak σ(x)=0 alışılmış, olağan
erişim şartını içerir. Hem sürekli hem de süreksiz kontrol kanunları erişim dinamiklerini
kararlı hale getirmek için kullanılabilir. Fakat titreşimsiz sonuçlar sadece sürekli kontrolle
mümkündür [26].
Durum değişkenlerinin kontrol titreşimi, elektriksel zaman sabiti ve/veya
hareketlendiricinin mekanik ataletinden, sinyal iletim gecikmesi, veri azaltılması ve veri
hesaplama gecikmesi vb. gibi birkaç kaynak tarafından meydana gelebilmektedir [27]. Bu tip
kontrol titreşimi, DYD sisteminin özellikle adaptif, bulanık mantık ve yapay sinir ağları
yaklaşımları ile desteklenmesiyle, signum teriminin büyüklüğünün yani anahtarlama
kazancının ayarlanması ile azaltılabilmektedir [21, 23, 27-34].
Önerilen prototip, hidrolik sistemlerde çok fazla kullanılmayan sayısal denetimle kontrol
edilmiştir. Bu sistem kullanılarak, CNC takım tezgâhlarının temel hareketlerinden olan
doğrusal interpolasyon hareketleri pozisyonlama doğruluğu piston çapı, ilerleme oranı eksen
ve yön faktörleri dikkate alınarak incelenmiştir.
2.
DENEYLERİN YAPILIŞI
Deneylerdeki hareketler, denetleyiciye ait yazılımın MDI (Manuel Data Input) modunda
kullanıcı tarafından G01, G00 ve G02/03 komutlarının verilmesi ile gerçekleştirilmiştir
(Şekil 1). Programa ait formda görüldüğü gibi ilk olarak TEST düğmesinin aktif hale
getirilmesi gerekmektedir. Operation Mode (Operasyon modu) başlığı altındaki açılır
kutudan MDI modu seçilir. Kullanıcı istediği harekete ait komutu New MDI Block (yeni
MDI satırı) başlığı altındaki metin kutusuna girmektedir. Bu komutun geçerli olması için
Activate (Etkili hale getir) isimli düğmeye basmak gerekmektedir. Şayet komutta herhangi
bir format hatası yoksa Active MDI Block (Aktif MDI satırı) başlığı altında program
tarafından yazılacaktır. Movement (Hareket) başlığı altında 2 adet düğme bulunmaktadır.
(Çevrim başlat) düğmesine basılarak ilgili hareket başlatılır. Eğer komuta
Bunlardan
ait hareket durdurulmak isteniyorsa
çevrim durdur düğmesine basılır. Axis (Eksen)
ana başlığı altında bulunan Actual position (Gerçekleşen harekete ait pozisyon) altındaki iki
satırda X ve Y eksenlerine ait anlık koordinat değerleri görülmektedir. Distance-to-go başlığı
altındaki satırlarda da her bir eksen hareketinin tamamlanması için kalan mesafeler anlık
olarak görülmektedir.
3.
DENEYSEL SONUÇLAR VE İSTATİSTİKSEL ANALİZ
Kontrol faktörleri ve onlara ait seviyeler Çizelge 1’de verilmektedir. Yön faktöründeki
"+", silindirin rotsuz kısmından öne doğru olan hareket yönünü, "-" ise, rotlu kısımdan
arkaya doğru olan hareket yönünü ifade etmektedir. Eksen faktöründeki Y, alttaki ekseni, X
ise Y ekseninin taşıdığı ekseni ifade etmektedir. Pozisyonlama hatası, H (mm), nominal
mesafeden gerçekleşen mesafenin çıkarılması ile hesaplanmıştır. Bu kısımdaki deneylerde
nominal hareket mesafesi 10 mm alınmıştır.
Şekil 1. Denetleyici yazılımındaki hareket komutu giriş formu.
Çizelge 1. Kullanılan kontrol faktörleri ve onlara ait seviyeler.
Kontrol Faktörleri
Piston çapı, Dp
İlerleme oranı, F
Yön, D
Eksen, A
Seviyeler
Birimler
(mm)
(mm/min)
-
-1
40
10
(+)
X
0
50
100
-
+1
63
1000
(-)
Y
Full faktöriyel tasarımdaki deney sayısı, her bir kontrol faktörüne ait seviyelerin çarpımı
ile hesaplanmakta olup, 36 olarak bulunmuştur (3x3x2x2=36). Her bir deney üçer kez
yapılmış olup toplam 108 adet deney gerçekleştirilmiştir. İstatistiksel analizlerde bu üç
değere ait ortalamalar kullanılmıştır.
İstatistiksel Analiz
Deneylere ait tüm istatistiksel analiz işlemleri %95’lik güven aralığında yapılmıştır. Bu
sebeple, regresyon eşitliğine ve varyans analizine ait tablolardaki P (anlamlılık) değerleri
0,05’e göre karşılaştırılmaktadır. 0,05’den küçük P değerine sahip kontrol faktörlerinin ve
etkileşimlerinin anlamlı bir etkiye sahip olduğu kabul edilmiştir. Buna ek olarak, varyans
analizi tablosundaki F değerinden faydalanılarak faktörlerin cevap (bağımlı değişken)
üzerindeki etkinlik derecesi belirlenmektedir.
Regresyon Analizi
H = 0,208 - 0,0308 DP + 0,154 F - 0,00556 D - 0,0122 A
+ 0,0786 Dp x Dp+ 0,0136 F x F - 0,0008 Dp x F – 0,0142 Dp x D
+ 0,00750 Dp x A + 0,00194 F x D + 0,0292 F x A - 0,0133 D x A
(1)
Eş 1’deki regresyon modeline ait katsayı ve anlamlılık değerleri Çizelge 2’de
verilmektedir.
Çizelge 2 incelendiğinde, regresyon denkleminde en etkili parametrelerin anlamlılık
sırasına göre, ilerleme oranı (PF=0,000<0,05), piston çapının karelerinin etkisi
(PDpxDp=0,000<0,05), piston çapı (PDP=0,003<0,05) ve ilerleme hızı-yön etkileşimidir
(PFxA=0,004<0,05). İkinci dereceden eşitliğin korelasyon katsayısı (R2) 0,936 ve standart
sapması (S) 0,04499 olarak bulunmuştur. Buradan, ikinci dereceden eşitliği oluşturan kontrol
faktörleri ana etkilerinin, kontrol faktörlerinin kareleri ve birbirileriyle olan etkileşimlerinin
pozisyon hatasını % 93,6 oranında açıkladığı söylenebilir.
Çizelge 2. İkinci derece regresyon eşitliğine ait katsayı ve anlamlılık değerleri.
Tahminci
(Faktör)
Sabit
Dp
F
D
A
DpxDp
FxF
DpxF
DpxD
DpxA
FxD
FxA
DxA
S = 0,04499
Katsayı
0,20815
-0,030833
0,153611
-0,005556
-0,012222
0,07861
0,01361
-0,00083
-0,014167
0,007500
0,001944
0,029167
-0,013333
R2 = 0,936
Katsayı
Standart hatası
0,01677
0,009183
0,009183
0,007498
0,007498
0,01591
0,01591
0,01125
0,009183
0,009183
0,009183
0,009183
0,007498
T
P
12,41
-3,36
16,73
-0,74
-1,63
4,94
0,86
-0,07
-1,54
0,82
0,21
3,18
-1,78
0,000
0,003
0,000
0,466
0,117
0,000
0,401
0,942
0,137
0,422
0,834
0,004
0,089
Varyans analizi
Faktörlerin ve birbirleriyle olan etkileşimlerinin yanıt üzerindeki etkileri Anova olarak
adlandırılan varyans analizi ile elde edilebilmektedir. Çizelge 3’de bu analize ait sonuçlar
verilmiştir.
Çizelge 3. Kontrol faktörleri ve etkileşimlerine ait varyans analizi değerleri
Faktörler
Dp
Serbestlik
derecesi
2
Kareler ortalaması
0,036127
F
P
23,46
0,000
F
D
A
Dp x F
Dp x D
Dp x A
FxD
FxA
DxA
Hata
Toplam
2
1
1
4
2
2
2
2
1
16
35
0,283898
0,001111
0,005378
0,000242
0,002411
0,009700
0,000270
0,011433
0,006400
0,001540
-
184,37
0,72
3,49
0,16
1,57
6,30
0,18
7,43
4,16
-
0,000
0,408
0,080
0,957
0,239
0,010
0,841
0,005
0,058
-
Çizelge 3’deki kontrol faktörlerine ve birbirleriyle olan etkileşimlerine ait P değerleri
incelendiğinde, piston çapı (PDp=0,000<0,05), ilerleme oranı (PF=0,000<0,05), piston çapı ile
eksen (PDpxA=0,01<0,05) ve ilerleme ile eksen faktörleri etkileşimlerinin (PFxA=0,005<0,05)
pozisyonlama hatası üzerinde anlamlı oldukları görülmektedir. Anlamlılık değerine karşılık
gelen F değerleri dikkate alındığında ilerleme oranının (FF=184,37) pozisyon hatası
üzerindeki en önemli etkiye sahip olduğu açıkça görülmektedir. Bu parametreyi etkinlik
sırasına göre, piston çapı (FDp=23,46), ilerleme-eksen (FFxA=7,43) ve piston çapı-eksen
(FDpxA=6,30) faktör ve etkileşimleri izlemektedir.
Kontrol faktörlerinin ana etkileri
Şekil 2’de kontrol faktörlerinin hata üzerindeki ana etkileri görülmektedir. Yapılan
deneyler sonucunda aşağıdaki sonuçlar elde edilmiştir:
• 40 mm’lik piston çapındaki silindirde yapılan deneylerde en yüksek hata (ortalama
0.327 mm) elde edilmiştir. Buna karşın, 63’lük (ortalama 0,265 mm) ve 50’lik silindirde
(ortalama 0,217 mm) sırasıyla % 18,96 ve % 33,64’lük hata azalması görülmüştür.
• İlerleme oranı meydana gelen hatada en anlamlı etkiye sahiptir. 1000 mm/min’lık
ilerleme oranında yapılan deneylerde en yüksek pozisyonlama hata değerleri belirlenmiştir
(ortalama 0,428 mm). Buna karşın 100 (ortalama 0,261 mm)ve 10 mm/min’lık ilerleme
oranlarında (ortalama 0,121) sırasıyla % 39,02 ve %71,73’ lük hata azalışı görülmüştür.
• X ekseni, Y eksenine göre az da olsa hata oluşumunda daha etkilidir. X ve Yeksenlerinde sırasıyla ortalama 0,282 ve 0,257 mm’lik pozisyonlama hatası oluşmuştur.
Buna göre Y ekseninde hatanın % 8,87 azaldığı gözlemlenmiştir.
• Yön parametresinin ise oluşan hatada çok önemli bir etkiye sahip olmadığı görülmüştür.
"+" yönde ortalama 0,275 mm’lik hata elde edilirken, "-" yönde ortalama 0,264 mm’lik hata
elde edilmiştir. Buna göre "-" yönde hatanın % 4 azaldığı belirlenmiştir.
0,44
F (mm/min)
Dp (mm)
D
A
H (mm)
0,36
0,28
0,20
0,12
40
50
63
10
0
10
00 +
10
-
X
Y
Şekil 2. Kontrol faktörlerinin pozisyonlama hatası (H) üzerindeki ana etkileri.
Kontrol Faktörleri etkileşimlerinin pozisyon hatası üzerindeki etkileri
Şekil 3’de ikili kontrol faktörlerinin pozisyon hatası üzerindeki etkileri görülmektedir.
Buna göre:
• Piston çapının tüm seviyelerinde ilerleme oranı hata ile doğru orantılı olarak oldukça
keskin bir atış göstermektedir (Şekil 3a).
• 63’lük piston çapında "-" yönde hatanın az da olsa azaldığı, 50’likte çok fazla
değişmediği ve 40’lıkta ise arttığı görülmektedir (Şekil 3b)
• Şekil 3c’de görüldüğü gibi X eksenindeki piston çapı-hata ilişkisi dalgalanması Y
eksenine göre daha fazladır. Özellikle Y ekseni ile karşılaştırıldığında, X ekseninde 50
mm’lik piston çapında, hatada ani bir düşüş görülmektedir. Ayrıca Y ekseninde, 40 mm’lik
piston çapında, hatada artma olurken, 50 ve 63’lüklerde fazla bir değişim görülmemektedir.
• İlerleme oranı-yön etkileşimi grafiği oldukça doğrusal bir özellik göstermektedir (Şekil
3d). Yönün tüm seviyelerinde ilerleme oranı ile hata arasında doğru orantılı keskin bir artış
görülmektedir.
• Şekil 3e’de İlerleme oranı-eksen etkileşim grafiğine göre, 10 mm/min’lık ilerleme
oranında Y ekseninde, X’e göre hatada önemli bir azalma meydana gelmektedir. Buna
karşın, 100’de çok fazla bir değişim görülmezken, 1000mm/min’lık ilerleme oranlarında Y
ekseninde hata artışı görülmektedir.
• Şekil 3f’de görüldüğü gibi yön-eksen etkileşim grafiği eğimi çok düşük bir düzlem
formundadır. Özellikle hem X hem de Y ekseninde, "+" yönde hatada hemen hemen hiçbir
değişim görülmemektedir. Buna karşın, Y ekseninde "-" yönde hatada az bir düşüş
görülmektedir.
0,5
0,4
0,3
H (mm) 0,2
0,1
1000
0,0
100
40
Dp (mm)
50
63
10
F (mm/min)
a)
0,5
0,4
0,3
H (mm) 0,2
0,1
-
0,0
40
Dp (mm)
D
50
63
+
b)
0,5
0,4
0,3
H (mm) 0,2
0,1
Y
0,0
40
Dp (mm)
A
50
63
X
c)
Şekil 3. İkili kontrol faktörleri etkileşimlerinin pozisyonlama hatası (H) üzerindeki etkileri a)Piston
çapı-ilerleme oranı etkileşimi grafiği b) Piston çapı-yön etkileşimi grafiği c) Piston çapıeksen etkileşimi grafiği.
0,5
0,4
0,3
H (mm) 0,2
0,1
1000
0,0
100
+
D
10
-
F (mm/min)
d)
0,5
0,4
0,3
H (mm) 0,2
0,1
1000
0,0
100
X
A
F (mm/min)
10
Y
e)
0,5
0,4
0,3
H (mm) 0,2
0,1
Y
0,0
A
+
D
-
X
f)
Şekil 3. (Devam) İkili kontrol faktörleri etkileşimlerinin pozisyonlama hatası (H) üzerindeki
etkileri d)İlerleme oranı-yön etkileşimi grafiği e) İlerleme oranı-eksen etkileşimi grafiği f)
Yön-eksen etkileşimi grafiği.
4.
Bu çalışmada daha önce CNC takım tezgahlarının kontrolünü gerçekleştiren Siemens
S7-300 PLC seti bünyesindeki FM-357 denetleyici hidrolik sistem için kullanılmıştır.
Yapılan deneyler ve istatistikî analizler neticesinde aşağıdaki sonuçlar elde edilmiştir:
• Piston çapı, ilerleme, eksen ve yön parametrelerinin tek eksendeki doğrusal interpolasyon
hareketi konum hatası üzerindeki etkileri incelenmiş ve ortalama 0.267mm konum hatası
elde edilmiştir.
• Faktörlerin, karelerinin ve birbirleri ile etkileşimlerinin response (bağımlı değişken)
üzerindeki etkileri tahminsel olarak %.93.6 korelasyon katsayısında modellenmiştir.
• Varyans analizi sonuçlarına göre faktörlerin ve etkileşimlerinin etkileri incelendiğinde,
ilerleme oranının pozisyon hatası üzerindeki en önemli etkiye sahip olduğu açıkça
görülmektedir. Bu parametreyi etkinlik sırasına göre, piston çapı, ilerleme-eksen ve piston
çapı-eksen faktör ve etkileşimleri izlemektedir.
• Piston çapı parametresi incelendiğinde, hata farklarının en önemli sebebi olarak, her piston
çapı için farklı Kv değerinin kullanılmış olması düşünülmektedir. Tek rodlu silindirlerin
kullanılmış olmasının da “+” ve “-“ yöndeki hata farklarına sebep olduğu düşünülmektedir.
Sistemin tasarımı gereği, “Y” ekseni “X” eksenini taşıdığından, eksenler arası ağırlık
farkından dolayı Y ekseninde daha fazla hata beklenmekteydi, Buna karşın “Y” ekseninde az
da olsa daha küçük hatalar elde edilmesi dikkat çekicidir.
Sistemde 5µm’lik enkoder yerine 1 µm’lik kullanılması, oransal valf yerine servo valf
kullanılması ve tek rodlu yerine çift rodlu silindirlerin kullanılması sistemi daha hassas ve
karalı hale getireceği düşünülmektedir.
Teşekkür
Bu çalışmanın gerçekleştirilmesinde, 07/2003-20 no’lu projedeki katkılarından dolayı
Gazi Üniversitesi Rektörlüğü Bilimsel Araştırma Projeleri Birimi’ne teşekkür ederiz.
5.
KAYNAKLAR
1.
Huang, C. H. and Wang, Y. T., “Self-optimization adaptive velocity control of
asymmetric hydraulic actuator”, Int. J. Adaptive Contr. Signal Processing, 9 (3): 271–
283, May–June (1995).
Shih, M. C. and Sheu, Y. R., “The adaptive position control of an electrohydraulic servo
cylinder”, JSME Int. J., 34 (3): 370–376 (1991).
2.
3.
Bobrow, J. E. and Lum, K., “Adaptive, high bandwidth control of a hydraulic actuator”,
Proc. 1995 Amer. Contr. Conf. Evanston, IL: Amer. Automat. Contr. Council, 71–
75, June (1995).
4.
Hori N, Pannala A. S., Ukrainetz P. R., Nikiforuk P. N., “Design of an electrohydraulic
positioning system using a novel model reference control scheme”, ASME Journal of
Dynamic Systems, Measurement, and Control, 111: 292-298 (1989).
5.
Plummer A. R., Vaughan, N. D., “Robust adaptive control for hydraulic servosystems”,
ASME Journal of Dynamic Systems, Measurement, and Control, 118:237-244
(1996).
6.
Lee S. R., Srinivasan K., “Self-tuning control application to closed-loop servohydraulic
material testing”, ASME Journal of Dynamic Systems, Measurement, and Control,
112: 681-689 (1990).
7.
Garett, A. Sohl and James, E. Bobrow, “Experiments and Simulations on the Nonlinear
Control of a Hydraulic Servosystem”, IEEE Transactions on Control Systems
Technology, 7 (2): 238-247, MARCH (1999)
8.
Emelyanov, S. V., “Variable Structure Control Systems”, (in Russian), Moscow,
U.S.S.R.: Nauka, (1967).
9.
Chern, T. L. and Wu, Y. C., “Design of integral variable structure controller and
application to electrohydraulic velocity servosystems”, Proc. Inst. Electr. Eng., pt. D
(Control Theory and Applications), 138 (5) :439–444, Sept. (1991).
10. Lee, K. I. and Lee, D. K., “Tracking control of a single-rod hydraulic cylinder using
sliding mode,” Proc. 29th SICE Annu. Conf., Tokyo,Japan, 865–868, July (1990)
11. Hwang, C. L. and Lan, C. H., “The position control of electrohydraulic servomechanism
via a novel variable structure control”, Mechatronics, 4 (4): 369–391, June (1994).
12. Slotine, J. J. E., “Sliding controller design for non-linear systems”, Int J Control,
40:421–434 (1984).
13. Su, J.P., “Robust control of a class of nonlinear cascade systems:a novel sliding mode
approach”, Proc IEE Control Theory Appl 149 (2):131–136 (2001)
14. Utkin, V.J., “Variable structure systems: a survey”, IEEE Trans Automat Contr 22:
212–222 (1997)
15. Chang, F. J., Twu, S. H., and Chang, S.,: “Adaptive chattering alleviation of variable
structure systems control”; IEE Proc. D,. 137. (1): pp. 31-39 (1990)
16. Lee, J. H., Ko, J. S., Chang, S. K., Lee, D. S., Lee, J. J., and Young, M. J., “Continuous variable
structure controller for BLDDSM position control with prescribed tracking performance”, IEEE
Trans., 1994, IE-41, 5: 483-491 (1994)
17. Harashima, F. Hashimoto, H. and Kondo, S., “MOSFET converter-fed position servo
system with sliding mode control”, IEEE Trans. Ind. Electron., 32 (3): 238–244
(1985).
18. Slotine, J. J. E. and Coetsee, J. A., “Adaptive sliding controller synthesis for nonlinear
systems”, Int. J. Contr., 43 (6):1631–1651 (1986).
19. Kachroo, P. and Tomizuka, M., “Chattering reduction and error convergence in the
sliding-mode control of a class of nonlinear systems”, IEEE Trans. Automat. Contr.,
32 (7): 1063–1068 (1996).
20. Oucheriah, S., “Robust sliding mode control of uncertain dynamic delay systems in the
presence of matched and unmatched uncertainties”, ASME J. Dynam. Syst., Measur.,
Contr., 119: 69–72, (1997).
21. Hwang C. L., (1996) “Sliding mode control using time-varying switching gain and
boundary layer for electrohydraulic position and differential pressure control”, IEE
Proc. Control Theory Appl., 143 (4): 325-332, July (1996).
22. Chen, H. M., Renn, J. C., Su, J. P., “Sliding mode control with varying boundary layers
for an electro-hydraulic position servo system”, Int J Adv Manuf Technol 26: 117–
123, (2005)
23. Hwang C.L., “Neural-Network-Based Variable Structure Control of Electrohydraulic
Servosystems Subject to Huge Uncertainties Without Persistent Excitation”,
IEEE/ASME Transactions on Mechatronics, 4 (1), MARCH (1999)
24. Jerouane, M., Sepehri, N. and Lagarrigue, F. L., “Dynamic analysis of variable structure
force control of hydraulic actuators via the reaching law approach”, INT. J.
CONTROL, 77 (14): 1260–1268 (2004)
25. Gao, W. B. and Hung, J. C., “Variuable stricture control of nonlinear systems: A new
approach“, IEEE Trans. Industrial Electronics.. 40 (1): 45-55. (1993).
26. Hung, J. Y., Hung, J. C., “Chatter Reduction in Variable Structure Control”, Industrial
Electronics, Control and Instrumentation, 1994. IECON '9., 20th International
Conference on, 3: 1914-1918, 5-9 Sep (1994).
27. Hung, J. C. “Chattering Handling for Variable Structure Control Systems”, Industrial
Electronics, Control, and Instrumentation, 1993. Proceedings of the IECON '93.,
International Conference on, 3: 1968-1972, 15-19 Nov (1993)
28. Lu, Y. S. and Chen, J. S., “A self-organizing fuzzy sliding-mode controller design for a
class of nonlinear servo systems”, IEEE Trans. Ind. Electron., 41: 492–502, Oct.
(1994).
29. Wang, S. Y., Hong, C. M., Liu, C. C. and Yang, W. T., “Design of a static reactive
power compensator using fuzzy sliding mode control”, Int. J. Control, 63 (2): 393–412,
(1996).
30. Ha, Q. P., Rye, D. C. and Durrant-Whyte, H. F., “Fuzzy moving sliding mode control
with application to robotic manipulators”, Automatica, 35 (4): 607–616, (1999).
31. Ha, Q. P., “Robust sliding mode controller with fuzzy tuning”, Electron. Lett., 32 (17):
1626–1628, (1996).
32. Hwan, G. C. and Lin, S. C., “A stability approach to fuzzy control design for nonlinear
systems”, Fuzzy Sets Syst., 48: 279–287, (1992).
33. Ha, Q. P., Nguyen, Q. H., Rye, D. C., and Durrant-Whyte, H. F., “Fuzzy Sliding-Mode
Controllers with Applications” IEEE Transactions on Industrial Electronics, 48 (1),
February (2001)
34. Sadegh, N., “A perceptron network for functional identification and control of nonlinear
systems”, IEEE Trans. Neural Networks, 12: 837–863, Sept. (1992).
SÜRTÜNME KAYNAĞI İLE BİRLEŞTİRİLMİŞ FARKLI
ÇELİKLERDE KAYNAK BÖLGESİNİN İNCELENMESİ
Cevdet MERİÇ1, N. Sinan KÖKSAL2, M Tunca ERDOĞAN3
ÖZET
Sürtünme kaynağı silindirik parçaların ve boruların kaynağında başarılı bir şekilde
uygulanmaktadır. Bu parçalar özellikle otomotiv, makine, havacılık ve uzay endüstrilerinde
kullanılmaktadır. Sürtünme kaynağı bir katı hal kaynak yöntemi olup, farklı malzemelerin
kaynağı bu yöntemle mümkündür.
Bu çalışmada SAE 1025, SAE 1035, SAE 1043, 25CrMo4, S460N malzemelerinin
sürtünme kaynağı ile birleştirilebilirliği araştırılmıştır. Bu malzemelerin kaynak bölgesinin
metalürjik yapısı ve mekanik özellikleri ele alınmıştır. Kaynak bölgesinin mikrosertlik
dağılımı ve içyapıları incelenmiştir.
Anahtar Kelimeler: Sürtünme kaynağı, çelik malzemeler, mikroyapı.
THE INVESTIGATION OF WELDING ZONE IN DIFFERENT STEELS
CONDUCTED BY FRICTION WELDING
ABSTRACT
Friction welding has been successfully applied in welding of cylindrical and tubular
parts. These parts are used in automotive, machine, aviation and space industries. The
friction welding method, one of the solid state bonding methods, can successfully be used to
weld different materials.
In this study, the weldability of SAE 1025, SAE 1035, SAE 1043, 25CrMo4 or S460N
by friction welding was researched. The metallurgical and mechanical properties of friction
welded materials were investigated. The changes in micro hardness values and
microstructure were determined in welding zones.
Key Words: Friction welding, steel materials, microstructure.
1
Prof. Dr. Celal Bayar Ü. Müh. Fak. Makine Böl. 45140 - MANİSA
Öğr. Gör. Dr. Celal Bayar Ü. Müh. Fak. Makine Böl. 45140 – MANİSA
3
Celal Bayar Ü. Fen Bilimleri Ens. 45140 - MANİSA
2
1.
GİRİŞ
Günümüzde endüstriyel uygulamalar için yapılan tasarımlarda kullanılan malzemelerin
özellikle homojen, dayanıklı, uzun ömürlü ve ekonomik olması istenmektedir. Çalışma
ortamına uygun parça, tek parça veya birkaç malzemenin birleşimi şeklinde üretilmektedir.
Bu sırada aynı veya farklı malzemeleri bir araya getirerek yapılan birleştirmelerin mekanik
ve metalürjik yönden yeterli düzeyde olması gerekmektedir. Kaynakla birleştirilerek üretilen
bu malzemelerin kaynak bölgesi özellikleri yönünden en kritik bölge olmaktadır. Bu nedenle
kaynak parametrelerinin çok hassas ve uygun seçilmesi gerekmektedir. Kaynak
teknolojilerindeki ve yöntemlerindeki gelişmelere bağlı olarak yakın zamana kadar
birleştirilmesi zor olan malzemelerin kaynakla birleştirilmesi mümkün olmuştur. Bu
geliştirilen yöntemlerden biri de sürtünme kaynağıdır. Sürtünme kaynağı, parçaların ara
yüzeylerinde mekanik olarak üretilen mekanik enerjinin termal enerjiye dönüştürülmesiyle
oluşan ısıdan yararlanılarak yapılan bir katı hal kaynak tekniğidir. Kaynak süresi boyunca
sürtünen yüzeyler basınç altındadır ve ısıtma fazı ya da sürtünme fazı olarak adlandırılan bu
süreç yüzeylerde plastik şekil verme sıcaklığı oluşana kadar sürer. Çelikler için bağlantı
bölgesinde oluşan sıcaklık 900–1300 °C arasındadır. Çoğu durumda ısıtma fazı sonrasında
basınç arttırılarak ara yüzeydeki ısıtılmış metal yığılır.
Endüstride piston kollarından motor supaplarına, türbinlerden araç aks köprülerine kadar
uzanan otomotiv, makine, havacılık ve uzay endüstrileri gibi geniş bir kullanım alanı bulan
sürtünme kaynağı vazgeçilmez bir üretim tekniği olmuştur. Diğer kaynak tekniklerinin
yetersiz kaldığı özellikle silindirik parçaların alın kaynaklarında sürtünme kaynağının
üstünlüğü hemen dikkat çekmektedir. Standart kaynak teknikleri ile birleştirilmesi mümkün
olmayan alüminyum–çelik, alüminyum–bakır, çelik–seramik, alüminyum–seramik gibi farklı
malzemelerin kaynağı, sürtünme kaynağı tekniği ile mümkün hale gelmiş ve farklı mekanik
özelliklere sahip malzemelerin bir araya getirilebilmiştir [1–5].
Böylelikle kaynak bölgesi bir tür termomekanik işleme tabii tutulmuş olur ve dolayısı ile
bu bölge iyi bir tane yapısı gösterir. Bu nedenle diğer yöntemlerle kaynaklanamayan metaller
ve metal alaşımları bu yöntemle rahatlıkla kaynatılabilir. Bilindiği gibi parçalar arasında
kaynak bağı oluşabilmesi için çıplak yüzeylerin temas haline gelmesi gerekir sürtünme
kaynağında bütün temassızlıklar sürtünme yolu ile giderildiği için bu temas çok iyi
gerçekleşir. Normal şartlar altında sürtünen yüzeylerde bir erime olayı oluşmaz, şayet çok
küçük miktarlarda bir erime olmuşsa da kaynak sonu uygulanan yığma işleminden dolayı
erimiş metale ait bir delil bulunmaz.
Sürtünme kaynağı uygulamalarının büyük çoğunluğunu dairesel kesitli çubukların ya da
boruların kaynağı oluşturmaktadır. Bu tür uygulamalarda sürtünmeyi oluşturan temel hareket
dönme hareketidir ve prosese konvansiyonel sürtünme kaynağı olarak da adlandırılır.
Sürtünme kaynağında, sürtünme için kullanılan dönme hareketi yanında, yörüngesel
hareket, lineer titreşim hareketi ve açısal titreşim hareketi de uygulanabilir. Yörüngesel
hareket silindirik olmayan parçaların kaynağı içindir. Günümüzde bu iki yöntemin bileşimi
olan kombine kaynak yöntemleri de geliştirilmiştir. Dizayn olarak sürtünme kaynağı
makineleri torna, matkap gibi metal işleme makinelerini andırmaktadır ve ilk sürtünme
kaynağı makineleri bu tezgâhların modifiye edilmiş şekilleridir.
Bilindiği gibi sürtünme kaynağının ana fonksiyonları parçaların bağlanması ve
sıkıştırılması, basınç altında dönme ve sürtünme, frenleme, yığma ve gerekli sürelerin hassas
olarak ayarlanmasıdır. Numune bağlama aparatları gerekli rijitliğe sahip olmalı, üzerine
gelebilecek momentleri karşılamalı, radyal kaçıklıklar ve titreşimler elimine edilebilmelidir.
Özellikle kaynak süreci boyunca oluşacak titreşimler, gerekli incelemeler ve araştırmalar
yapılarak sönümlenebilecek şekilde makina dizaynı yapılmalıdır. Titreşimler yanında
oluşacak radyal ve eksenel kuvvetlerden dolayı parçaların sabitlemesi ve eksenel
kaçıklıkların önlenmesi zordur. Bu nedenle bağlama tertibatı parçaları gereken miktarda
sıkıştıracak dizayna sahip olmalıdır. Bu işlem için genellikle “V” şekilli iki çene veya özel
çeneler kullanılır. Kaynak ekipmanlarını tutmak için kullanılan bütün durdurma tertibatları
güvenilir olmalıdır. Bağlantısı yapılacak parçalarda oluşabilecek küçük bir kayma, hem kötü
bir kaynak bağlantısına hem de frenleme sisteminin zarar görmesine neden olur.
Uygulamaların çoğunda otomatik olarak merkezleyen frenleme tertibatları kullanılır [7].
Şekil 1. Tipik bir sürtünme kaynağı makinesi [7].
Sürtünme kaynağı kontrolü gereken oldukça fazla sayıda parametre içermektedir. Bu
yöntemle ilgili değişkenler dönme hızı, sürtünme basıncı, yığma basıncı, sürtünme süresi,
frenleme süresi, yığma geciktirmesi süresi ve yığma süresidir.
Kaynak yapılacak malzeme ve geometrisi de önemlidir. Burada optimizasyon gereken
değişkenler dönme hızı, sürtünme basıncı, sürtünme süresi, yığma basıncı ve yığma süresidir.
Bu konuda daha çok malzemeye bağlı olarak çalışmalar yapılmaktadır [8, 9].
Sürtünme kaynağında dövülebilen iyi kuru sürtünme özellikleri olmayan bütün
malzemeler kolaylıkla kaynak edilebilir. Kuru yağlama sağlayan alaşım elementleri bağlantı
bölgesinin kaynak sıcaklığına erişmesini engeller.
Demir esaslı malzemeler, yumuşak çelikten, yüksek alaşımlı çeliklere kadar
kaynaklanabilmektedir. Yumuşak çelikler bağıl olarak daha kolay kaynaklanmakta ve geniş
bir parametre aralığına sahiptirler. Yüksek hız çelikleri türü yüksek alaşımlı çelikler ise daha
dar bir parametre aralığında ve daha yüksek eksenel kuvvetlerde kaynaklanabilir. Bunların
tokluğu ve çatlak hassasiyeti önemlidir. Parçalarda oluşan çapaklar çatlak oluşumuna yer
hazırladığı için alınmalıdır.
Paslanmaz çelikler, sinterlenmiş çelikler ve maraging çelikleri verilen kaynak
parametrelerinde kolaylıkla kaynaklanabilirler. Isıl işlemli paslanmaz çelikler diğer yüksek
karbonlu çelikler gibi kaynak değişkenlerine çok hassastır ve ITAB arzu edilen özellikler
için kaynak sonu prosesler gerektirir. Bunların dışında sinterlenmiş malzemeler, Al ve
alaşımları, Cu ve alaşımları, Ti alaşımları, Zr alaşımları, Mg alaşımları, ısıl dirençli alaşımlar
olan Ni ve Co alaşımları, refrakter metaller olan T, Mo, Ni ve Ta alaşımları da sürtünme
kaynağı ile kaynaklanabilir. Bazı metal ve alaşımlarında; dökme demirlerde serbest grafitin,
% 0,3’ün üzerinde, kurşun içeren bronz ve pirinçlerde ve % 0,13 ün üzerinde S, Bp içeren
otomat çelikleri sürtünme sıcaklığının sınırlanmasından dolayı, yüksek derecede anizotropik
malzemeler (Be gibi), geçiş bölgesi kırılganlığından dolayı, yapısında hazır olan grafit, MnS,
serbest Pb gibi zayıflatıcı faz içeren malzemeler metalürjik içeriklerinden dolayı başarılı bir
kaynak yapılamaz [10].
Bu değişkenlerden özellikle kaynak bölgesinin genişliğini belirleyen dönme hızı
etkilidir. Düşük hızlarda çok yüksek momentler oluşur, tek eksenli olmayan bir yığma
üretilir. Yüksek hızlarda ise kaynak bölgesindeki aşırı ısınmayı önlemek için sürtünme
basıncı ve sürtünme süresi dikkatli kontrol edilmelidir.
Sürtünme basıncı ve yığma basıncı da malzemeye ve numune geometrisine bağlıdır.
Geniş bir aralıkta değişir. Basınç değişkeni, kaynak bölgesindeki sıcaklık derecesi ve eksenel
kısalma miktarı ile kontrol edilebilir. Sürtünme basıncı, temas eden yüzeylerden oksitleri
uzaklaştırabilecek, yüzeylerin atmosfer ile ilişkisini kesebilecek ve ara yüzeylerde uniform
bir ısıtma sağlayabilecek düzeyde olmalıdır. Sürtünme periyodu sonrasında, özellikle çelikler
için bir yığma basıncının uygulanması bağlantı kalitesini arttırır. Yığma basıncı malzemenin
sıcak akma sınırına bağlıdır. Farklı malzemelerin kaynağında daha düşük mukavemetli
malzeme esas alınarak yığma basıncı tespit edilir. Genel anlamda az karbonlu çelikler için
sürtünme basıncı 30–65 MPa, yığma basıncı 75–140 MPa iken orta karbonlu ve yüksek
karbonlu çelikler için bu değerler 70–210 ve 100-420 MPa değerindedir [5, 12].
Sürtünme ve yığma süreleri malzemeye bağlı olarak değişmektedir. Yüzeylerin temizliği
ve uygun bir kaynak sıcaklığına ulaşabilmesi açısından bu değişkenlerin ayarı önemlidir.
Isıtma süresinin az olması yetersiz kaynaklanmaya veya çok olması ise aşırı malzeme
kaybına neden olmaktadır. Parçalar en az eksen kaçıklığı verecek şekilde tasarlanmalıdır.
Kaynak toleransları çalışma parçalarındaki kusurlar kadar kaynak makinesine da bağlıdır.
0,203 mm’lik uzunluk toleransı ve 0,203 mm’lik eksen kaçıklığı kabul edilebilir değerler
olarak Ganovski tarafından önerilmiştir.
Şekil 2. Sürtünme kaynağının supap üretiminde uygulanması [11]
Sürtünme kaynağı yapılan kaynak bölgesinde ergitme ve difüzyon kaynakları
yöntemlerinde olduğu gibi, parçaların malzemelerinin birbirine karıştığı bir bölge ile bunun
etrafında her iki ana malzemenin ısıdan etkilenen bölgeleri bulunmaktadır. Malzemelerin
birbirine karıştığı bölgede, her iki malzeme atomlarının karşılıklı olarak birbiri içine
difüzyona uğradıkları görülmektedir [5, 13, 14]. Özellikle sürtünme kaynağı yapılırken bu
bölgede aşırı derecede mekanik bir karışma ve girdap olayı olduğundan, difüzyon olayı daha
zorunlu olarak meydana gelmektedir. Isıdan etkilenen bölgeler, genellikle kaynak yapma
sıcaklığının, yaklaşık olarak malzemelerin ergime sıcaklığının yarısına kadar yükseldiği ve
bu sıcaklığın üzerine çıktığı yerlerdir [5–8].
Şekil 3. Sürtünme kaynağı prensipleri [7].
Birbirinden farklı cinsten malzemeler, sürtünme kaynağı ile birleştirilirken, intermetalik
faz oluşumu, ergime sıcaklığı malzemelerin kendilerinden daha az olan ötektik alaşımların
oluşumu, çeliklerin martenzitik içyapı dönüşümü, yüksek karbonlu alaşımsız çeliklerde
karbon azalması, içyapıda rekristalizasyon ve tane irileşmesi olayları meydana gelebilir. Bu
malzeme dönüşümlerinin hepsi de kaynak bağlantılarının mekanik özelliklerini olumsuz
yönde etkilerler. Örneğin; intermetalik fazlar sert ve gevrek olduklarından, kalınlıkları belirli
genişliği aşınca, bulundukları tabaka boyunca, aşırı bir gevrekleşme gösterirler. Ergime
sıcaklığı düşük olan ötektikumlar ise, bazı hallerde kaynak yapma sırasında bile çatlamaların
meydana gelmesine neden olurlar. martenzitik dönüşüm yapan bölgelerde ise, taneler belirli
bir büyüklük ve sertliği aşınca, intermetalik fazlarda görüldüğü gibi gevrekleşme meydana
gelir. Alaşımsız çeliklerde karbon azalması, lokal olarak mukavemet değerlerinin azalması
demektir. Yumuşak bölgelerin oluşumu ise, kaynak bağlantılarının mukavemet değerlerini
azaltmaktadır. İçyapıda rekristalizasyon veya tanelerin irileşmesi de yerel olarak yumuşak
bölgelerin oluşumuna neden olur.
Sürtünme kaynağının oldukça kısa bir süre içinde yapılması ve bu hem sıcaklık
yükselirken ve hem de daha sonraki şişirme olayı sırasında, aşırı derecede plastik
deformasyonların meydana gelmesi, diğer kaynak yöntemlerine göre malzeme içyapısı
dönüşümünü azaltıcı yönde etkileyerek üstünlük sağlar [7, 8].
Farklı cinsten metalik malzemelerin kaynak yapılamamasına neden, birçok malzeme
çiftinden gevrek intermetalik fazın oluşumudur. Bu bağlantıların dayanım ve deformasyonu,
oluşan intermetalik faz tabakasının kalınlığına ve bunun ince taneli oluşumuna bağlıdır.
Bunun tipik bir örneği alüminyum ile bakırın kaynak bağlantılarıdır. Çeşitli malzeme
kombinasyonları ile yapılan araştırmalarda bu tabaka kalınlığının 3–5 µm’nu aşması halinde,
bağlantının gevrekleştiği görülmüştür [1, 5, 8].
Bu çalışmada, farklı bileşimdeki çeliklerin sürtünme kaynak yöntemi ile birleştirilmesi
gerçekleştirilmiştir. Sürtünme kaynağı ile birleştirilen örneklerin kaynak bölgeleri ve
içyapıları incelenmiş ayrıca kaynak bölgesinin mikrosertlik değişimi incelenmiştir.
2.
DENEYSEL ÇALIŞMA
Çalışmada Çizelge 1’de kimyasal bileşimi verilen malzemeler kullanılmıştır. Bu
malzemelerden (25CrMo4 – S460N), (SAE 1025 – S460N), (SAE 1043 – SAE 1035) ve
(SAE 1035 – SAE 1043) çiftleri sürtünme kaynağı ile birleştirilmiştir. Deneysel çalışmada
kullanılan örneklerin sürtünme kaynağı yapıldıktan sonraki fotoğrafları Şekil 4’de
verilmiştir.
Çizelge 1. Deneylerde kullanılan malzemelerin kimyasal içerikleri (% ağırlık).
Şekil 4. Deneylerde kullanılan örneklerin kaynak sonrası görüntüsü [5].
Sürtünme kaynağında, sürtünme basıncı, yığma basıncı, sürtünme süresi, yığma süresi
ve yüzey alanı değerleri literatüre uygun denemelerle Çizelge 2’deki gibi alınmıştır.
Çizelge 2. Deneylerde kullanılan kaynak parametreleri.
Yapılan deneylerde kaynak parametrelerinden motor devri sabit tutulduğunda sürtünme
süresinin ve sürtünme basıncının; sürtünen yüzeyin alanı ile doğru orantılı olarak değişim
gösterdiği tespit edilmiştir. Sürtünme kaynağı ile birleştirilen tüm örnekler kaynak
bölgesinden boyuna kesilerek plastiğe alınmış ve SiC esaslı su zımparaları ile
zımparalandıktan sonra alümina tozu ile parlatılmıştır ve daha sonra metal cinsine göre
belirlenen %95 H2O +%5 HNO3 bileşime sahip dağlama sıvısı ile dağlanmıştır. Dağlama
sonucu açığa çıkan tane sınırları metal mikroskobunun altında incelenmiştir ve mikroskoba
bağlı kamera ile içyapı fotoğrafları çekilmiştir. Daha sonra örnekler tekrar parlatılarak
aşağıdaki şekilde görüldüğü gibi kaynak bölgesi ve çevresinde 50 ila 60 noktadan
mikrosertlik (HV) değerleri ölçülerek sertlik dağılımı belirlenmiştir.
25CrMo4 – S460N Malzeme Çifti: Şekil 5’de 25CrMo4 – S460N Malzeme çiftine ait
tane sınırlarının da görülebildiği kaynak bölgesi görüntüleri verilmiştir. Yapılan mikrosertlik
ölçümlerinde 25CrMo4 malzemede kaynak bölgesine doğru sertlik artarken maksimum 270
HV’ye çıkmış; S460N malzemede ise sertlik kaynak bölgesine doğru yine az miktarda artış
göstermiş ve maksimum 278 HV olmuştur. Örneğe ait kaynak bölgesinin mikrosertlik
dağılımı Şekil 6’da verilmiştir. Isı etkisi altında kalan bölgede sertleşme meydana gelirken
her iki malzemede de birbirine yakın oranda plastik deformasyon gözlenmiştir.
Şekil 5. 25CrMo4–S460N kaynak bölgesinin içyapısı (x100).
25CrMo4 - S460N
Mikrosertlik (HV)
300
250
200
150
100
50
0
5
Uzaklık (mm)
10
Şekil 6. 25CrMo4 – S460N kaynak bölgesinin mikrosertlik dağılımı.
SAE 1025 – S460N Malzeme Çifti: Şekil 7’de SAE 1025 – S460N Malzeme Çiftine ait
kaynak bölgesinin içyapı görüntüsü mikrosertlik ölçümü sırasında batan ucun görüntüsü ile
beraber verilmiştir. Örneğin mikrosertlik dağılımı Şekil 8’de görülmektedir. Örneğin SAE
1025 tarafında kaynak bölgesine gelindiğinde mikrosertlikte artış meydana gelmiş ve
maksimum 277 HV’ye çıkmıştır. Örneğin S460N tarafında ise mikrosertlik pek değişiklik
göstermemiş ve ortalama 275 HV olmuştur. Örneğin S460N tarafı ısıdan fazla etkilenmezken
plastik deformasyon oranlarının birbirine yakın olduğu gözlenmiştir.
Şekil 7. SAE 1025-S460N malzeme çiftine ait kaynak bölgesinin içyapı görüntüsü (x100).
SAE 1025 - S460N
Mikrosertlik (mm)
350
300
250
200
150
100
50
0
5
Uzaklık (mm)
10
Şekil 8. SAE 1025-S460N malzeme çiftine ait kaynak bölgesinin mikrosertlik dağılımı.
SAE 1043 – SAE 1035 Malzeme Çifti: Şekil 9’da kaynak bölgesinin ve küçük resimde
de görüldüğü gibi kaynak bölgesinin başlangıcının içyapısı görülmektedir. Ölçülen
mikrosertlik değerleri Şekil 10’da grafik olarak verilmiştir. Örneğin SAE 1043 tarafında
mikrosertlik değeri artarak 230 HV’den kaynak bölgesinde 300 HV’ye kadar çıkmıştır;
örneğin SAE 1035 tarafında ise mikrosertlik değeri 190 HV’den, 317 HV’ye kadar çıkmıştır.
Isı etkisi altında kalan bölgede sertleşme meydana gelirken, SAE 1035 ısıdan daha fazla
etkilenen taraf olmuştur. Her iki malzemede de plastik deformasyonun birbirine yakın
oranlarda oluştuğu gözlenmiştir.
Şekil 9. SAE 1043-SAE 1035 kaynak bölgesi (x100).
SAE 1043 - SAE 1035
Mikrosertlik (HV)
350
300
250
200
150
100
50
0
5
Uzaklık (mm)
10
Şekil 10. SAE 1043 – SAE 1035 kaynak bölgesinin mikrosertlik dağılımı.
SAE 1035 – SAE 1043 malzeme çifti: Bu örnekte kullanılan malzemeler ile bir önceki
aynıdır. Sadece kaynak parametreleri farklıdır. Şekil 11’de örneğin mikrosertlik dağılımı
gösterilmiştir. Örneğin SAE 1035 tarafında mikrosertlik değeri 190 HV’den 300 HV’ye
kadar çıkmış; SAE 1043 tarafında ise 235 HV’den 290 HV’ye kadar çıkmıştır. Isı etkisi
altında kalan bölgede sertlik artışı meydana gelirken, SAE 1035 ısıdan daha fazla
etkilenmiştir.
SAE 1035 - SAE 1043
Mikrosertlik (HV)
350
300
250
200
150
100
50
0
5
10
Uzaklık (mm)
Şekil 11. SAE 1035 – SAE 1043 kaynak bölgesinin mikrosertlik dağılımı.
3.
SONUÇ
Kimyasal bileşimleri farklı malzemeler (25CrMo4–S460N; SAE 1025–S460N; SAE
1043–SAE 1035) şeklinde sürtünme kaynağı ile birleştirilmiştir. Bu başarılı birleştirme
sonucu oluşan kaynak bölgesinin metalografik incelemesi yapılmış ve mikrosertlik dağılımı
incelenmiştir.
Kaynak işlemi devir sayısı sabit, sürtünme süresi ve sürtünme basıncı değiştirilerek
uygulanmış ve oluşan kaynak bölgesinin sürtünen yüzeyin alanı ile doğru orantılı olarak
değişim gösterdiği tespit edilmiştir.
Ana malzeme ve kaynak bölgesinin mikrosertlik ölçümleri sonucunda, bütün örnekler
için kaynak bölgesindeki mikrosertlik değerlerinin ana malzemeye oranla değişim gösterdiği
gözlenmiştir. Bu bölgede sertlik değişimi oluşturan mekanizma, element geçişleri ve karbür
oluşumu görülmesidir.
Birbirine oranla biri diğerinden daha sert yapıya sahip malzeme çiftlerinin sürtünme
kaynağında sert malzemede plastik deformasyonun daha az olduğu, yumuşak malzemede ise
daha fazla olduğu gözlenmiştir. Bu ise malzeme kaybının hangi malzemede oluşacağını
önceden belirlemek ve ona göre kaynaktaki malzemelerin durumunu ve yerini belirlemek
açısından önemlidir.
4.
KAYNAKLAR
1.
M. Yılmaz, M. Çöl, M. Acet; “Interface Properties of aluminium/steel Friction-Welded
Components”; Kocaeli Üniversitesi Türkiye; Gerhard-Mercator Uni, Germany; 2003.
2.
Donohue J.J., “The Friction Welding Advantage”, Welding Journal, Vol.80, No:5, pp.
30–34, 2001.
3.
http://www.key-to-metals.com/Article51.htm
4.
Kaluç E., Mert Ş.; Sürtünme Karıştırma Kaynak Yöntemindeki Gelişmeler;
2003.
5.
Erdoğan M.T. “Sürtünme Kaynağı ile Farklı Metallerin Birleştirilmesi” Y. Lisans tezi,
C.B.Ü. Fen Bilimleri Ens. 2004.
6.
Sathiya P., Aravindan S., Noorul Haq A., “Mechanical and metallurgical properties of
friction welded AISI 304 austenitic stainless steel”, Int J. Adv. Manuf. Technol, 26: pp.
505–511, 2005.
7.
Yılmaz M., Çöl M.; Sürtünme Kaynaklı alüminyum Çelik Bağlantıları; Mühendis ve
Makine; Eylül 2000.
8.
Şahin M., “Joining with Friction Welding of High-Speed Steel and Medium-Carbon
Steel”, Journal of Materials Processing Technology, Volume 168, Issue 2, pp: 202-210,
2005.
9.
Taşkın, M., Çay, V., Özdemir, N., "Sürtünme Kaynağı ile Birleştirilmiş AISI430/Ç1010
Çelik Çiftinin Ara Yüzey Mikro Yapı Değerlendirmesi", Teknoloji, Cilt:8, S. 65, 2005.
MBÜY
10. Won-Bae Lee, Kuek-Saeng Bang, Seung-Boo Jung; “Effects of Intermetallic Compound
on The Electrical and Mechanical Properties of Friction Welded Cu/Al Bimetallic Joints
During Annealing”; 2004.
11. http://www.supsan.com.tr
12. Uzkut, M., Ünlü, B. S., Akdağ, M., “Sürtünme Kaynağı İle Birleştirilmiş Yüksek
Alaşımlı İki Farklı Çeliğin Mikroyapı ve Mekanik Özellikleri”, Makine Teknolojileri
Elektronik Dergisi, Sayı: 1, s:11-17, 2006.
13. Song Y., Liu Y., Zhu X., Yu S., Zhang Y. “Strength distribution at interface of rotaryfriction-welded aluminum to nodular cast iron”, Transactions of Nonferrous Metals
Society of China, Volume 18, Issue 1, Pages 14-1, 2008.
14. Dabak, S., “Sürtünme Kaynak Makinesi İmali SAE 8620-1040 Malzemelerin Kaynağı
ile Mekanik ve Metalografik İncelenmesi”, Yüksek Lisans Tezi, Balıkesir Ü., 1995.

alaşeh r yöres nde bağ şletmeler nn yapısal özell kler ve bazı

Transkript

Benzer belgeler

Makaleyi Yazdır - Selçuk Teknik Online Dergi

RonaCare® Ectoin: Cildinizi koruyan, devrimsel cilt bakım bileşeni

Kişisel Bilgiler Eğitim

cinsiyet ayrımcılığı olarak üstün erillik

Animal Planet - Doğan Egmont

geleneksel ve hızlı sinterleme yöntemleri

bir asenkron motor arıza tespiti öğretim aracı an ınductıon motor fault

Güvenlik Bilgi Formu

Prof. Dr. Sibel BOZBEYOĞLU - Hacettepe Üniversitesi Fransız Dili