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