3. MATERYAL ve YÖNTEM
4.1. Otomatik Dondan Koruma Sisteminin GeliĢtirilmes
Mini yağmurlama baĢlıkları, her ağaç için yaklaĢık ağaç tacının ortasına gelecek biçimde yaklaĢık 5x5x300 cm ebatlarında alt ucu toprağa gömülü ve muhtelif yerlerinden de ağaca teller ile bağlı ahĢap kazıklar üzerine monte edilmiĢtir (ġekil 3). Kontrol dolabındaki su saatlerinden çıkıp baĢlıklara iletilecek su, ağaç sıralarına paralel yaklaĢık 30 cm geniĢlik 40 cm derinlikte açılan hendeklerde toprağa gömülü yarım parmak (1/2 inç = 1,27 cm) sert polietilenden (PE) yapılmıĢ siyah kangal borularla ağaç tabanlarına kadar taĢınmıĢtır. Ağaç tabanlarına paralel hatlardan ahĢap kazıklar üzerindeki baĢlıklara su iletimi, 7 mm çaplı polietilen malzemeden imal edilmiĢ spagetti borularla sağlanmıĢtır. Bu spagetti borular, ahĢap kazıklar boyunca uzanan ve bunlara tutturulan bir ucu toprağa gömülü diğer ucu köpük ile kapalı yarım parmak (1/2 inç = 1,27 cm) TERM borular içerisinden geçirilerek mini yağmurlama baĢlıklarına
ġekil 3. Sistemde yükseltici olarak kullanılan ahĢap kazıklar (yükselticiler) ile spagetti borularının TERM boruları içinden mini yağmurlama baĢlıklarına su iletilmesi
19
iletilmiĢtir. Bu boruların boyları yaklaĢık ağaç boyları kadardır (3 m). TERM borularının özellikleri, -20 oC’ye kadar yalıtım sağlamalarıdır. Sistem hattının toprak
altından ve ısı yalıtımlı TERM boru içerisinden geçirilmesi hattın muhtemel donmasını önlemiĢtir. Ağaç sıralarına paralel hatlarda kalan suyun kıĢın donarak iletim hattına zarar vermemesi için, hatların (0,5 inç’lik sert PE siyah kangal boru) en düĢük kotlu uçları açılıp kapatılarak içlerindeki sular boĢaltılabilmektedir.
Yağmurlama baĢlıklarına, don sırasında sulama bittikten sonra baĢlıktaki memelerin donmasını önlemek için su sızmasını önleyen (Drainage Preventor) bir parça eklenmiĢtir. Sistem sabit 2.5 atmosfer iĢletme basıncında çalıĢmaktadır. Deneme alanındaki ağaçların aksam çapı 3 metre civarında olduğu için, seçilen yağmurlama baĢlıkları uygulanan iĢletme basıncında, 3 metre çapında bir alanı ıslatabilmektedir (Çizelge 3). Sistemde konulara ait baĢlıkların çalıĢma süreleri, FROSTPRO programı ile hesaplanan su uygulama oranına (rate) göre belirlenmektedir. Programdaki su uygulama oranının hesaplanabilmesi için program deneme konuları olan yağmurlama baĢlıklarına ait yağmurlama hızlarına (srate) ihtiyaç duymaktadır. Deneme konusu olan yağmurlama baĢlıklarının yağmurlama hızları, Tarımsal Yapılar ve Sulama Bölümünde tertip edilen bir yağmurlama baĢlık test sahasında (bir doğru boyunca 30 cm ara ile 3 m çapında yerleĢtirilen su toplama kaplarının ortasına, kap üst seviyesinden 30 cm yukarıda yerleĢtirilen yağmurlama baĢlıklarından 1 saat çalıĢma sonunda toplanan su miktarları ölçülerek) yağmurlama baĢlıkları çalıĢtırılarak ortalama yağmurlama hızları sırasıyla 3,05 mm/sa (K1-Grey), 3,35 mm/sa (K2-Purple) ve 3,70 mm/sa (K3-Red) olarak belirlenmiĢtir.
Sistem, tomurcuk sıcaklığını ölçen iğne algılayıcılarla (sensörler-PT 100 Thermokupl, - 200 - +800 oC) (ġekil 4) destekli olup, yağmurlama sistemini bir bilgisayara monte edilen kontrol board (daq kart-PCI 1711, 16 analog giriĢli, 8 dijital ve 2 analog çıkıĢlı) (ġekil 5) vasıtasıyla otomatik olarak açıp kapatabilen bir yapıya sahiptir (ġekil 6). Bu çalıĢmada kullanılacak otomatik yağmurlama sulama sistemi, Koc ve ark. (2000)’de kullanılan sistemin tüm bahçeyi ıslatan normal yağmurlama baĢlıklarının yerine sadece her bir ağacın aksamını bir mini yağmurlama baĢlığının ıslattığı Ģeklidir. Sistem, tomurcuklara Lanolinli el kremiyle yerleĢtirilen iğne sıcaklık algılayıcılarıyla ölçülen
ġekil 4. Ġğne sensörler vasıtasıyla tomurcuk sıcaklıklarının ölçülüp bir kablo vasıtasıyla ölçülen sıcaklıkların bilgisayara taĢınması
ġekil 5. Bilgisayar kasası içine yerleĢtirilen DAQ karı ve bu karta verileri ileten çok bağlantılı kablo
DAQ Kart Çoklu Bağlantı Kablosu
21 Su Sayac ı Konu 3 -Sulama Anaborusu Ölçümler Hava Sıcaklığı Rüzgar Hızı Nisbi Nem Veri Toplama
& Kontrol Kartı
Bilgisayar Kontr ol Siny ali Tom urcuk Sıcaklık ları Kontrol Konu 1 Konu 2 Konu 3 Selenoid Vana Konu 2-Sulama Anaborusu Konu 1 -Sulama Anaborusu MP Motopomp Ana Şe bek ed en Su Tankı Kontr ol Siny ali Hidr of or Şama nd ra
ġekil 6. Mini yağmurlama sulama baĢlıklı otomatik dondan koruma sistem unsurları
tomurcuk sıcaklığını 0 oC civarında tutmaya çalıĢır. Ölçülen tomurcuk sıcaklıkları,
sistemin çalıĢmaya baĢlaması veya çalıĢan sistemin durdurulmasında kullanılmıĢtır. Önceden de ifade edildiği gibi ağaçların üstünden yağmurlama sulama yöntemiyle dondan koruma, çiçek ve tomurcukların sıcaklıklarını, dıĢlarında bir su-buz karıĢımı film oluĢturarak, sıcaklığı bitki tür ve geliĢme aĢamasına göre değiĢen kritik donma sıcaklığı (Çizelge 2) üzerinde (yaklaĢık olarak 0 oC) tutma prensibine dayanmaktadır.
Ortamdan kaybolan ısı, çoğunlukla yağmurlama yöntemiyle verilen suyun, su halinden buz hale dönüĢürken ortama verdiği hissedilir ve gizli (latent) ısılar ile karĢılanmaktadır. Bu ısı 1 gram su için 80 kaloridir. 1 gram suyun mevcut sıcaklığı 1 oC düĢtüğü zaman
ise ortama sadece 1 kalorilik ısı vermektedir. Dolayısıyla suyun soğumasının hal değiĢtirmesine göre ortam sıcaklığını arttırma rolü azdır. Algılayıcısız sistemler genellikle yağmurlamaya, hava sıcaklığının -1.1 oC gibi kritik bir sıcaklığa ve altına
düĢtüğü zaman baĢlarlar. Bu tip sistemler hava sıcaklığının tekrar -1.1 oC ve üstüne
çıktığı veya güneĢ doğuncaya kadar çalıĢırlar. Bu sistemlerle fazla miktarda suya ihtiyaç duyulduğu gibi, iĢletme masrafları da yüksektir. Ayrıca genç ağaçlarda fazla
buzlanmadan dolayı dal kırılmaları, arazide fazla sudan dolayı drenaj, besin maddelerinin yıkanması, ve yabancı ot problemleri ortaya çıkabilir. Mini yağmurlama ve geleneksel yağmurlama aynı prensiple dondan koruma sağlamasına rağmen, birim bahçe alanı için gerekli tesis ve yıllık maliyet masrafları, mini yağmurlamada daha düĢüktür (Rieger ve Myers, 1990).
Öte yandan özellikle radyasyon donunun hakim olduğu bir ortamda, hava sıcaklığı belirli bir dereceye düĢtüğünde, tomurcuk veya yaprak sıcaklığı daha düĢük bir sıcaklık değerine inmektedir. Örneğin Heinemann ve ark. (1990) hava sıcaklığının -2 oC’ye
düĢtüğü bir zamanda tomurcuk sıcaklığının -4 oC’ye düĢtüğünü ifade etmiĢtir.
Dolayısıyla, tomurcuk sıcaklığına göre çalıĢan sistemler ürünümüzü dona karĢı daha güvende tutabilirler. Yetersiz su uygulaması ise rüzgarlı koĢullarda daha fazla buharlaĢmadan dolayı, tomurcukları ısıtmadan çok daha da soğutucu bir etki yaratabilir. ġekil 6’da verilen sistem, 1.5 metre yükseklikteki hava sıcaklığını, rüzgar hızını, ve bağıl nemi ölçen algılayıcılarla donatılmıĢtır. Her 20 saniyede havanın bu özellikleri ölçülüp bilgisayara monte edilen veri toplama kartına (daq kart) iĢlenip depolanabilmektedir. Ayrıca dondan korunan her konudaki dokuz ağaçtan kontrol dolabına en yakın bir tanesinde, birde korunmayan Ģeftali ağaçlarında olmak üzere dört adet (genellikle ağaç tacının alt kısımlarına yakın bir yerinde) (ġekil 2) iğne uçlu sıcaklık algılayıcıları ile tomurcuk sıcaklıkları da ölçülüp kaydedilebilmektedir. Ölçülen hava sıcaklık, nisbi nem, ve rüzgar hızı değerleri, sistemdeki enerji dengesini hesaplayarak ortama verilmesi gereken suyun miktarını belirlemede ve sistemin otomatik olarak açılıp kapanmasında kullanılmaktadır.
Sisteme verilecek su miktarı, sistemin çalıĢma ve durma süreleri, C bilgisayar dilinde yazılmıĢ FROSTPRO modelini (Perry, 1986) içerir, tecrübeye dayalı uzman bir kodun kullanılmasıyla belirlenmektedir. ġekil 6’dan da görülebileceği gibi her bir konuda kullanılan su miktarları su saatleriyle ölçülecektir. Sistemin iĢletme basıncı 24 litrelik bir hidrofor tüpü ile sağlanmaktadır. Kontrol kartı hangi konuya ne süre ile su uygulayacağını ve sistemin açılıp kapanmasını her konunun iletim hattındaki selenoid vanalara sinyal göndererek sağlamaktadır. Sistemde konulara ait baĢlıkların çalıĢma süreleri, FROSTPRO programı ile hesaplanan su uygulama oranına (rate) göre
23
belirlenmektedir. FROSTPRO ve diğer tüm program kodları ve gerekli literatürler, Pensilvanya Eyalet Üniversitesinden Profösör Dr. Heinemann, Kuzey Karolina Eyalet Üniversitesinden Profösör Dr. Perry ve Ankara Üniversitesi Ziraat Fakültesi Tarımsal Mekanizasyon Bölümündeki Yrd. Doç. Dr. Ali Bülent Koç tarafından sağlanmıĢtır. C bilgisayar dilinde yazılmıĢ bilgisayar kodu, metrik birim sistemine çevrildikten sonra Fortran bilgisayar diline çevrilerek test edilmiĢtir. Bu kod, kontrol kartın (daq kart) iletiĢim kurabileceği LABVĠEW dilinde yazılarak da hazır hale getirilmiĢtir. Programın bilgisayardan çalıĢır ve kontrol edilebilir duruma getirilmesi için LABVĠEW programı ile geliĢtirilen ekran ara yüzü ġekil 7’de verilmiĢtir. ġekil 7’den de görülebileceği gibi sistemin çalıĢtırılmaya baĢlaması için SĠSTEM AYARI kısmındaki tomurcuk geliĢme durumunun (Tomurcuk Durumu) (Çizelge 2); test edilen yağmurlama baĢlıklarının (deneme konuları) yağmurlama hızlarının (srate) (mm/sa birimi cinsinden); tomurcuk çapının (kritik boyut) (mm birimi cinsinden) ve çalıĢma sırasında ölçülen sonuç veya kayıtların saklanacağı dosya isminin (file name) programa girilmesi gerekmektedir. Program çalıĢtırılmaya baĢlandıktan sonra ise ÖLÇÜM VERĠLERĠ kısmındaki sistem tarafından o anda ölçülen dondan korunan konulara ait tomurcuk sıcaklıkları (T1, T2, T3) (oC birimi cinsinden); dondan korunmayan kontrol konusuna ait tomurcuk sıcaklığı (T0) (oC birimi cinsinden); ortam rüzgar hızı (U) (m/sn birimi cinsinden); ortam bağıl nemi (Rh) (% cinsinden) ve ortam sıcaklığı (Ta) (o
C birimi cinsinden) gözlemlenebilir. Programın çalıĢması sırasında FROSTPRO programı tarafından hesaplanan bazı sistem parametreleri ise HESAPLAMALAR kısmından görülebilir. Bunlar o anın tarihi (Date); zamanı (Time); sistem tarafından ortam koĢullarına göre ağaçlara uygulanması gereken yağmurlama hızı (rate) (mm/sa birimi cinsinden); ıslak termometre sıcaklığı (twb) (o
C birimi cinsinden); tomurcuk geliĢme durumu ve ortam bağıl nemine göre ayarlanmıĢ ortam sıcaklığı (tadc) (o C birimi cinsinden); deneme konularının çalıĢma ve durma sürelerini (OnTimes ve OffTimes); bu durumlarda bir değiĢme olursa değiĢme zamanlarını (Time to Chance) ve sistemin çalıĢma süresince en fazla durma ve en az çalıĢma sürelerini (Maxoff ve MinOn) göstermektedir. Ekranın sağ tarafındaki YAĞMURLAMA DURUMU kısmında ise, sistemin otomatikten çıkartılarak el ile istenilen deneme konusunun açılıp kapatılmasını (Manuel Yağmurlama Kontrol) ve deneme konularından hangisinin çalıĢmakta veya durmakta olduğunu gösterir
24
25
Sistemde, bir don anında aynı anda 27 adet baĢlığın çalıĢması söz konusu olabilir. ġebeke basıncı ve suyu, aynı anda bu 27 baĢlığı, ağaçların aksamını yeteri derecede örtecek Ģekilde çalıĢtırmaya yetmediği için, toprağa gömülü 500 litre kapasiteli fiberglas malzemeden yapılmıĢ bir su deposu kullanılmıĢtır (ġekil 6). Su deposunun yalıtımı 2 cm kalınlığında izocam ile sağlanmıĢ olup, içine su eksildikçe Ģebekeden otomatik olarak su alarak dolmasını sağlayacak bir Ģamandıra mekanizması yerleĢtirilmiĢtir. Hidrofordaki su basıncı azaldığında hidrofora bu su deposundaki suyu otomatik olarak basması için bir elektrikli motopomp (0.5 HP = 0.35 KW, 220 Volt) kullanılmıĢtır. Sistemde herhangi bir konulu hattın çalıĢtırılması durumunda, bilgisayardan alınan sinyal ile motopomp çalıĢmaya baĢlamakta ve selenoid vanalara (1 inç’lik 24 Volt’luk AC Hunter marka elektro vana) kadarki ana hatta devamlı bir 2.5 atmosferlik basınç sağlanmaya çalıĢılmaktadır. Konulara ait hatların çalıĢtırılıp, kapatılması bilgisayardan bu vanalara gönderilen sinyallerle sağlanmaktadır.
Daha önceden de ifade edildiği gibi bu basıncın sağlanması motordan hemen sonraya yerleĢtirilen 24 litrelik bir hidrofor tüpü ile sağlanmaktadır (ġekil 6). Su deposuna su, depodan yaklaĢık 35 m mesafede bahçenin kenarından geçen bir içme suyu hattından yaklaĢık 30 cm geniĢlik 40 cm derinlikte kazılan bir hendeğe döĢenen 1,5 inç’lik plastik PE boru ile sağlanmıĢtır. Alınan suyun hatta kıĢın donma riskine karĢı kesilmesi için, toprak altında olacak Ģekilde yerleĢtirilen ve toprak üzerinden elle müdahale edilebilen bir vana kullanılmıĢtır. Bu hat üzerinden, gerekli olduğu zaman temizlik ve ihtiyaç içinde kullanılması için arazi yüzeyine bir musluklu çeĢme çıkartılmıĢtır. Kazılan bu hat, aynı zamanda komĢu bahçenin bağ evinden Kontrol dolabına kadar (yaklaĢık 55 m) korumalı boru içinde elektrik hattının toprak altından taĢınması için de kullanılmıĢtır. 500 litrelik fiberglas su deposu için de Kontrol dolabının hemen yanına yaklaĢık 1 m geniĢlik 1,5 m uzunluk ve 1 m derinlikte bir hendek kazılmıĢ su deposu bu hendeğin içine yerleĢtirilmiĢtir. Su deposunun üzeri izocam ve izocamın üzeri de çift kat kalın naylon ile kaplandıktan sonra toprağa gömülmüĢtür. AraĢtırma mevkiindeki elektriğin voltaj değiĢimleri ölçülüp çok fazla yükselip, düĢtüğü gözlenmiĢtir. Bunun sisteme zarar vermesinin önüne geçilmesi için sisteme elektriğin sağlandığı bağ evinde topraklama hattının olmadığı tespit edilmiĢ ve Kontrol dolabının bitiĢiğine bir topraklama hattı döĢenmiĢtir.
GeliĢtirilen sistemin devamlı olarak arazide güvenli bir biçimde kalabilmesi için ġekil 8’de verilen asma kilitli bir sac dolap (Kontrol Dolabı-ġekil 2) içinde muhafaza edilmiĢtir. Dolabın ayakları toprağa gömülü olup ayakları beton ile desteklidir. Bu dolap içinde, bilgisayar, motopomp, hidrofor tüpü, su saatleri, selenoid vanalar, 220 voltu 24 volta dönüĢtürücü, güç kaynaklarını, sistemin el ile de açılıp kapanmasını sağlayan anahtarlar, sıcaklıkları voltaja dönüĢtüren dönüĢtürücüler (transformatörler, -10/+50
oC’yi 0-10 V’a dönüĢtürebilir), bağlantı kabloları, ve anahtarların, dönüĢtürücülerin
üzerine monte edildiği demir sehpa yer alır. Motopomp, dolabın taban sacına monte edilerek sabitlenmiĢtir. Sistemde kullanılan bilgisayar Tokat Meslek Yüksek Okulundan, ekran ve bilgisayarın diğer unsurları ise proje yürütücüsü tarafından temin edilmiĢtir. Sistemde kullanılan bu kontrol dolabı, kemiricilerin dahi içine giremeyeceği biçimde, gerekli malzemeler piyasadan satın alınarak Ziraat Fakültesinde tesis edilmiĢtir. Havaya ait rüzgar hızı, kontrol dolabına bitiĢik ve yerden yaklaĢık olarak 1,5 m mesafede rüzgar güllü bir algılayıcı (0-30 m/sn, 0-10 V analog çıkıĢlı) ile devamlı olarak ölçülüp bilgisayara kaydedilebilmektedir (ġekil 9). Hemen hemen de aynı yükseklikte hava bağıl nemi (%0-100, 0-10 V çıkıĢlı) ve sıcaklığı da ölçülmektedir (ġekil 9). Hava sıcaklığının hassas bir biçimde ölçülebilmesi için ortam havası bir vantilatör vasıtasıyla emilerek sensörün (PT 100 Termokupl) yerleĢtirildiği bir boru içerisinden geçirilerek ölçülmüĢtür. Ölçülen bu değerler de aynen rüzgar hızında olduğu gibi bilgisayara kaydedilebilmektedir.
27
ġekil 8. Kontrol dolabı içinde, sistemin otomatik olarak çalıĢmasını sağlayan bilgisayar sistemi, su saatleri, selenoid vanalar ve sisteme yeterli basıncı sağlayan hidrofor tüpü ve motopomp yer almaktadır.
ġekil 9. Kontrol dolabına monte edilmiĢ bir yükseltici boru üzerine (yerden yaklaĢık 1,5 m mesafede) monte edilmiĢ rüzgar hız, bağıl nem ve sıcaklık algılayıcılarıyla ortam rüzgar hızının, bağıl neminin ve sıcaklığının ölçülmesi