Bir tarla pülverizatörünün basınç ve debi karakteristiklerinin modellenmesi ve simülasyonu

BĐR TARLA PÜLVERĐZATÖRÜNÜN BASINÇ VE DEBĐ KARAKTERĐSTĐKLERĐNĐN MODELLENMESĐ VE SĐMÜLASYONU

Yunus KÜLTÜREL Y. Lisans Tezi

Tarım Makinaları Anabilim Dalı Yrd. Doç. Dr. Saadettin YILDIRIM

2008 Her hakkı saklıdır

T.C.

GAZĐOSMANPAŞA ÜNĐVERSĐTESĐ FEN BĐLĐMLERĐ ENSTĐTÜSÜ TARIM MAKĐNALARI ANABĐLĐM DALI

Y. LĐSANS TEZĐ

BĐR TARLA PÜLVERĐZATÖRÜNÜN BASINÇ VE DEBĐ KARAKTERĐSTĐKLERĐNĐN MODELLENMESĐ VE SĐMÜLASYONU

Yunus KÜLTÜREL

TOKAT 2008

TEZ BEYANI

Tez yazım kurallarına uygun olarak hazırlanan bu tezin yazılmasında bilimsel ahlak kurallarına uyulduğunu, başkalarının eserlerinden yararlanılması durumunda bilimsel normlara uygun olarak atıfta bulunulduğunu, tezin içerdiği yenilik ve sonuçların başka bir yerden alınmadığını, kullanılan verilerde herhangi bir tahrifat yapılmadığını, tezin herhangi bir kısmının bu üniversite veya başka bir üniversitedeki başka bir tez çalışması olarak sunulmadığını beyan ederim.

i

ÖZET Y. Lisans Tezi

BĐR TARLA PÜLVERĐZATÖRÜNÜN BASINÇ VE DEBĐ

KARAKTERĐSTĐKLERĐNĐN MODELLENMESĐ VE SĐMÜLASYONU Yunus Kültürel

Gaziosmanpaşa Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Tarım Makinaları Anabilim Dalı

Danışman : Yrd. Doç. Dr. Saadettin Yıldırım

Pülverizatörün görevi sıvı ilacı devamlı aynı konsantrasyonda ve sabit basınç altında hedefe ulaştırarak bitki koruma işlemini gerçekleştirmektir. Çalışmada kullanılan tarla pülverizatörünün santrifüj tip pompası bir hidrolik motor ile tahrik edilir. Pompada basınçlandırılan sıvı sistemin iletim hattından geçerek konik hüzmeli memelerden püskürtülür. Basınçlandırılan sıvının akış debisini ölçmek için pompadan sonra bir debimetre mevcuttur. Đstenilen ilaç normunun başarılı bir şekilde uygulanması için debi ve basıncın sabit bir değerde olması gerekmektedir. Bununla birlikte, pülverizatör üreticileri uygulamada pompa çalışma başlangıcında debimetrenin okuduğu debi miktarı ile ölçülen debinin aynı olmadığını bir sorun olarak ortaya koymuşlardır. Bu farklılığın neden kaynaklandığını ortaya koyan hiçbir çalışmaya rastlanmamıştır. Bu çalışmada bir tarla pülverizatöründe sıkışmış havanın basınç ve debi üzerine etkileri araştırılmıştır. Pülverizatör teknik özellikleri kullanılarak seçilen yerli üretim bir tarla pülverizatörünün debi ve basınç karakteristikleri Uyum ve Süreklilik Yasalarından faydalanılarak modellenmiştir. Bu modeller bilgisayar ortamında Matlab Simulink Toolbox kullanarak simule edilmiştir. Sonuçlar sistemde sıkışmış havanın basınç ve debi karakteristiklerine etkili olduğunu ortaya koymuştur. 0, 1 ve 10 % sıkışan hava oranları için sistemin kararlı hale gelme süreleri sırasıyla 1,7 s, 2,6 s ve 21,6 olarak bulunmuştur.

2008, 35 sayfa

ii

ABSTRACT Ms Thesis

MODELLING AND SIMULATION OF PRESSURE AND FLOW CHARACTERISTICS OF AN FIELD SPRAYER

Yunus Kültürel Gaziosmanpaşa University

Graduate School of Natural and Applied Sciences Department of Agricultural Machines Supervisor : Asst. Prof. Dr. Saadettin Yıldırım

The task of agricultural sprayers is to apply the right amount of pesticide in a given area therefore pressure supplied by the pump has to be constant. This study concerns a sprayer system. The system consists of a hydraulic motor, which drives a centrifugal pump. Pressurized fluid is passed to individual nozzles through a spray boom. A flowmeter is placed inside the spray boom to measure the fluid flow rate. The problem in the system is that the flowmeter shows possibly different value than expected for some unknown reason when the pump is started. We need the model a sprayer system, which will explain this unwanted behavior of the system. Therefore, the objective of this study is to derive a mathematical model of the system in order to find theoretical disharge in the spray boom when the pump is started. The effects of trapped air in the system of an agricultural sprayer on fluid flow and pressure were investigated. An agricultural sprayer produced locally was chosen and modeled in terms of fluid flow and pressure using sprayer technical specifications. Compatibility and Continuity laws were used for the model development. After the model development, the system was simulated using Simulink Toolbox of Matlab with 0, 1 and 10 % air presence. The result showed that the system settling time increased to 1,7 sec, 2,6 sec and 21,6 sec for 0, 1 and 10 % air presence, respectively.

2008, 35 pages

iii

ÖNSÖZ

Tarımsal savaş bitkisel ürünü hastalıklar, zararlıların ve yabancı otların olumsuz etkilerinden ekonomik ölçüler içinde korumak, ürün kayıplarını en aza indirmek ve kaliteyi yükseltmeyi amaçlamaktadır.

Tarımsal savaşta pülverizatörle ilaçlama sırasında püskürtülen pestisitin basınç ve debisinin kararlı olması istenmektedir. Ancak uygulamada durumun böyle olmadığı bilinmektedir. Sebep olarak düşünülen, sistemde herhangi bir nedenle sıkışan havanın sistemin basınç ve debi karakterisitiklerine etkisi matematiksel model kurulup simülasyon yapılarak araştırılmıştır. Bir başka çalışma ile sistemin deneysel testi yapılarak sonuçların bu çalışmada kurulan model sonuçlarıyla uyum sağladığının görülmesi pülverizatör üreticilerine yeni yapacakları imalatlar için yol gösterici olacaktır. Aksi durumda ise sistemin yeniden modellenmesi için başka çalışmalar da yapılmalıdır.

Bu çalışmanın yürütülmesinde katkılarından dolayı danışman hocam Yrd. Doç. Dr. Saadettin Yıldırım’a ve değerli arkadaşım Yüksek Tekstil Mühendisi Lütfullah Dağkurs’a ve ayrıca çalışmanın son şeklini almasında katkılarından dolayı jüri üyeleri Doç. Dr. Bilal Cemek ve Yrd. Doç. Dr. Selçuk Arslan’a teşekkür ederim.

Yunus Kültürel Eylül / 2008

iv ĐÇĐNDEKĐLER Sayfa ÖZET………... i ABSTRACT………. ii ÖNSÖZ ………... iii ĐÇĐNDEKĐLER………... iv SĐMGE ve KISALTMALAR DĐZĐNĐ………... v ŞEKĐLLER DĐZĐNĐ………... vi ÇĐZELGELER DĐZĐNĐ……….. vii 1. GĐRĐŞ………... 1 2. KAYNAK ÖZETLERĐ………... 3 3. MATERYAL ve YÖNTEM………... 6 3.1. Materyal………. 6 3.2. Pülverizatörün Bölümleri………... 6 3.2.1. Depo………. 6 3.2.2. Debimetre………. 7 3.2.3. Pompa………... 9 3.2.4. Boru Hattı………. 10

3.2.5. Konik Hüzmeli Meme……….. 13

3.3. Yöntem………... 14

3.3.1. Pülverizatörün Modellenme Teorisi………. 14

3.3.2. Akışkan Kapasitansı………. 15

3.3.3. Akışkan Eylemsizliği(Đnertansı)……….. 15

3.3.4. Akışkan Direnci………... 17

3.3.5. Pülverizatör Boru Hattının Modellenmesi………... 19

3.3.6. Pülverizatör Güç Ünitesinin Modellenmesi………. 3.3.7. Sistemin Modelenmesinde Yapılan Kabuller……….. 24 25 4. BULGULAR………... 26 5. TARTIŞMA ve SONUÇ………. 32 KAYNAKLAR………... 33 EKLER………. 34 EK 1………... 34 ÖZGEÇMĐŞ………... 35

v

SĐMGE ve KISALTMALAR DĐZĐNĐ

Simgeler Açıklama Birim

A Alan m2 a Đvme m/s2 β Hacim modülü N/m2 C Kapasitans sabiti m5/N c C Temas katsayısı D C Boşalma katsayısı v C Hız katsayısı

ε

Boru ve kanal yüzeylerinin pürüzlülük değeri

f Sürtünme faktörü F Kuvvet N g Yerçekim ivmesi m/s2 ρ Yoğunluk kg/m3 I Đnertans sabiti kg/m4 k Direnç sabiti m Kütle kg µ Mutlak vizkozite Ns/m2 P Basınç N/m2 g P Güç Watt E R Reynolds sayısı

R Boru direnç katsayısı

, Q q Debi m3/s V Hacim m3 v Hız m/s t Zaman s Kısaltmalar Açıklama

vi

ŞEKĐLLER DĐZĐNĐ

Şekil Sayfa

Şekil 3.1. Pülverizatörün şematik resmi……….. 6

Şekil 3.2. Pülverizatör deposu………... 7

Şekil 3.3. Debimetre şematik gösterilişi………. 7

Şekil 3.4. Pompa zaman-güç grafiği………... 9

Şekil 3.5. Basınçlı depo………... 10

Şekil 3.6. Basınç etkisi altındaki depo……… 11

Şekil 3.7. TP8001VK Tip konik hüzmeli meme basınç-debi grafiği……….. 13

Şekil 3.8. Uyum yasası………... 14

Şekil 3.9. Süreklilik yasası………. 15

Şekil 3.10. Boru sisteminin kapasitans olarak şematik gösterimi……… 15

Şekil 3.11 Boru içinden akan akışkanın eylemsizliğinin şematik gösterimi…….. 16

Şekil 3.12 Akışa direnç etkisinin şematik gösterimi………... 17

Şekil 3.13. Püskürtme memesi basınç – debi grafiği………... 18

Şekil 3.14. Boru hattının elektrik benzeşimi biçiminde gösterimi………... 19

Şekil 3.15. TP8001VK Tip KHM basınç-debi eğrisine uygun fonksiyon grafiği... 23

Şekil 4.1. Komple sistemin basınç ve debi karakteristiğinin simülasyonu……… 26

Şekil 4.2. KHM borusunda (L1) kapasitans sabitinin (C) simulink modeli……. 27

Şekil 4.3. % 0, 1, 10 hava olması durumunda ana borudaki basınç değişimi…… 27

Şekil 4.4. % 0, 1, 10 hava olması durumunda ana borudaki debi değişimi……... 28

Şekil 4.5. % 0, 1, 10 hava olması durumunda kollektör 2 P1 basıncı değişimi….. 28

Şekil 4.6. % 0, 1, 10 hava olması durumunda kollektör 2 Q2 debisi değişimi…... 29

Şekil 4.7. % 0, 1, 10 hava olması durumunda KHM’de basınç değişimi……….. Şekil 4.8. % 0, 1, 10 hava olması durumunda KHM’de debi değişimi………….. 29 30 Şekil 4.9. % 0, 2, 4, 6 , 8, 10 hava oranlarında KHM’den püsküren sıvı debisinin kararlı hale gelme süreleri……… 30

vii

ÇĐZELGELER DĐZĐNĐ

Çizelge Sayfa

Çizelge 3.1. Reynolds sayılarının hesaplanması……….. 20

Çizelge 3.2. Boru hattında basınç kayıpları ve boru dirençleri……… 21

Çizelge 3.3. Boruların alan, inertans sabiti ve hacim hesabı………... 22

1. GĐRĐŞ

Đnsanlar beslenmek, giyinmek ve barınmak zorunda olduklarından ekosistemin sağlayacağı olanaklardan daha fazla yararlanma yollarını aramaya başlamışlardır. Artan nüfusla birlikte tarımsal çalışmalar da geliştikçe, insanlar ekosisteme müdahale etmeye başlamışlardır. Bozulan doğal denge nedeniyle hızla artış gösteren zararlı böcek, hastalık etmenleri ve yabancı otlarla çeşitli yöntemlerden yararlanılarak mücadele etmek bir zorunluluk haline gelmiştir (Çilingir ve Dursun, 2002).

Tarımsal savaşın amacı bitkisel ürünü hastalıkların, zararlıların ve yabancı otların etkilerinden ekonomik ölçüler içinde korumak, ürün kayıplarını en aza indirmek ve kaliteyi yükseltmektir. Tarımsal savaş yöntemleri içerisinde en fazla kullanılan yöntem kimyasal savaştır. Kimyasal savaşın temelini ise, çoğunlukla sıvı haldeki ilaçlar ve bu ilaçların hedef yüzeylere iletilmesinde kullanılan pülverizatörler oluşturmaktadır. Pülverizatörün görevi sıvı ilacı devamlı aynı konsantrasyonda ve eşit basınç altında hedefe ulaştırarak bitki koruma işlemini gerçekleştirmektir.

Pülverizatör üreticileri uygulamada debimetrenin ölçtüğü debi miktarı ile gerçek debinin aynı olmadığını bir sorun olarak ortaya koydular. Bu farklılığın nedeni ise henüz bilinmemektedir. Bu farklılığın kaynaklanma sebebi, sistem çalıştırıldığı anda pompaya iletilen gücün kararlı hale gelme süresi ve herhangi bir nedenle sistemde sıkışan hava, sistemin basınç ve debi karakteristiklerini etkilemesi olabilir.

Bu çalışmanın amacı, sistem elemanlarının bilinen özelliklerini veri olarak kullanıp tüm sistemin matematiksel modelini oluşturup simülasyonunu yaparak, herhangi bir nedenle sistemde sıkışan havanın, sistemin basınç ve debi karakteristiklerine etkisini araştırmaktır. Sistemdeki sıkışmış havanın basınç ve debi üzerine etkilerini ortaya koyan bir çalışmaya literatürde rastlanmamıştır. Kurulan model bize fiziksel sistemin matematiksel olarak tanımlanmasını ve analizini sağlayacaktır. Sorunun çözümü için elde edilen matematiksel modelin simülasyonu Matlab Simulink Toolbox kullanılarak yapılmıştır. Çalışma ana hatları ile beş bölümden oluşmaktadır. Birinci bölümde çalışmanın amacı, önemi vurgulanmaya çalışılmıştır. Đkinci bölümde pülverizatörlerle ilgili yapılan çalışmalar özetlenmiş, üçüncü

2

bölümde çalışmada kullanılan materyal ve uygulanan yöntem verilmiştir. Dördüncü bölüm bulgular kısmını içermektedir. Bu kısımda sistem modelinin simülasyon sonucu elde edilen debi ve basınç karakteristikleri grafiklerle ifade edilmiştir. Beşinci bölümde ise çalışmadan elde edilen bulguların sonuçları değerlendirilip tartışılmıştır.

2. KAYNAK ÖZETLERĐ

Tarımsal savaşın amacı; bitkisel ürünü hastalıklar, zararlıların ve yabancı otların olumsuz etkilerinden ekonomik ölçüler içinde korumak, ürün kayıplarını en aza indirmek ve kaliteyi yükseltmektir. Bu amaçla ülkemizde ve Dünya’da yapılan bazı çalışmalar aşağıda özetlenmiştir.

Speelman (1971), tarla pülverizatörlerinin sıvı ilaç dağılımının belirlenmesi için fluorışıl iz maddesi tekniğinden faydalanmıştır. Araştırmada Fluorescein LTS., Sel flourescent 3S, Urain A ve Rhodimine F.B. ile karıştırılan Uranin A kullanılmıştır. Araştırma sonunda fluorışıl iz maddesi tekniğinin kantitatif dağılımın tespit edilmesinde uygun olduğu tespit edilmiştir.

Dorries ve Gohlich (1984), yardımcı hava akımlı bahçe pülverizatörünün düşey sıvı dağılımını incelemişlerdir. Pülverizatörün düşey sıvı dağılımını ölçmek için fanın sağladığı hava hızı ile sıvının ayrılmasını sağlayan özel bir set geliştirilmiştir.

Mercan (1988), tarla pülverizatörlerinde hava akımının ilaç dağılımı ve biyolojik etkinlikle ilişkisini araştırmıştır. Araştırmada Đsrail yapımı hava etkili Degania pülverizatörü, püskürtme memesi olarak yapısal özellikleri aynı olan TX3 ve TX5 konik hüzmeli memeler kullanılmıştır. Düşey yöndeki taşıyıcı hava akımının ilaçlamayı olumlu yönde etkilediği belirlenmiştir.

Bayat ve Zeren (1991), hava akımlı bahçe pülverizatörlerinin düşey dağılımının saptanması ve dağılım üzerine etkili faktörleri araştırmışlardır. Araştırmada hacimsel dağılımın saptanması için geliştirilen düşey dağılım ölçme seti 0,33×0,8 m ölçülerinde olup toplam 12 bölmeden ibarettir. Đki fazlı akışın bileşenleri (su ve hava) ayırmak için 30×25 cm ölçülerinde cam elyaflı polyester plakalar düşey olarak 2 cm aralıklarla monte edilmiştir. Plakalar üzerinde toplanan sıvı damlaları, yerçekimi etkisi nedeniyle aşağı doğru hareket ederek işaretlendirilmiş tüplere doldurulmuştur. Düşey dağılım seti hacimsel dağılımın saptanması için önerilmiştir.

Bayat ve Zeren (1994), pamuk ilaçlamasında farklı ilaç uygulama yöntemlerinin ilaç tutunması ve ilaç kayıpları açısından değerlendirilmesi üzerine yaptıkları araştırmada

4

klasik, yaprak altı memeli klasik, mekanik bitki yatırıcı, pnomatik, hava akımlı bitki yatırıcı ve taşıyıcı hava akımlı uygulamaların etkinliğini saptamışlardır. Rüzgarla tarla dışına sürüklenen ve bitkinin diğer kısımları üzerindeki kalıntı miktarı en çok pnomatik uygulamada ortaya çıkmıştır. Bununla birlikte pnomatik uygulamada meydana gelen damla çapı diğer yöntemlere göre daha küçük olması nedeniyle buharlaşmadan dolayı ilaç kayıplarının fazla olduğu tespit edilmiştir.

Akkuş (1994), mikronneks püskürtme başlıklı sırt atamizörünün işletme karakteristikleri ve ilaçlama etkinliğini araştırmıştır. Başlıktan uzaklaştıkça atomizör hava jetindeki hız değerlerinde önemli oranda azalma ve değişik işletme şartlarında yatay düzlemdeki ilaç miktarının merkeze yakın bölgelerde yüksek kenarlara doğru gittikçe azaldığı ortaya konmuştur.

Aksoy (1995), çalışmasında mikromaks üç döner diskli meme ile farlı enjektör ve disk devrelerinde karakteristik damla çapları ve büyüklüğüne bağlı olarak biyolojik etkinlik değerleri saptanmıştır. Çalışma suçlarına göre, disk devir sayısı arttıkça hacimsel orta çap(VMD) kısmen küçülmektedir. Pamuk yaprak kurdu kontrolünde en yüksek biyolojik etkinlik değeri %77 olarak kırmızı enjektörün 4200 d/dak disk devrinde, 242 µm hacimsel orta çap değerinde elde edilmiştir. Döner diskli memenin bu işletilme koşullarındaki damla sıklığı 39 adet/cm2 olmuştur.

Yarpuz (1997), yapmış olduğu çalışmada pnomatik pülverizasyon ile farklı uygulama hacimlerinin, ilaç dağılım düzgünlüğü ve iş genişliği üzerindeki etkilerinin saptanması amaçlanmıştır. Pnomatik pülverizatörün yönlendirme borusu hareketli ve sabit konumlarda çalıştırılarak teorik iş genişliği boyunca yatay ve düşey düzlemlerden örneklemeler alınmıştır. Araştırma sonuçlarına göre, tüm uygulama hacimlerinde en fazla kalıntı miktarı düşey düzlemde, püskürtme memesinin sabit konumunda elde edilmiştir. Ancak uygulamalarda en düşük %CV, memenin hareketli konumunda ve 15 l/da’lık uygulama hacminde, yatay düzlemde elde edilmiştir. Bütün uygulamalarda memenin, hareketli ve sabit konumunda, iş genişliği boyunca kalıntı miktarı değişimi % 13,29 ile %56,38 sınırları arasında olmuştur. Efektif iş genişliği; uygulama hacmi ve memenin işletilme konumuna göre farklılık göstermiştir.

5

Çelen(1998), tarla pülverizatörlerinde kullanılan yelpaze hüzmeli memelerin yeni ve aşınmış durumlarındaki pülverizasyon karakteristiklerini incelemiştir. Ülkemizde kullanılan Teejet, Lurmark 06f110, Lurmark 03f80, Tim 9006, Tim 06f110, Tim 03f80 ve Sesan firmalarının memeleri denenmiştir. Araştırma sonucunda denemeye alınan yelpaze hüzmeli püskürtme memelerin aşınmaya göre dayanıklılık dikkate alındığında en dayanıklı olanları sırasıyla Lurmark 06f110, Lurmark 03f80, Tim 06f110, Tim 9006, Tim 03f80, Teejet ve Sesan firmalarına ait memeler olarak sıralanabilir.

Sağlam (1998), Şanlıurfa’da kullanılan pülverizatörlerin kullanımı sırasında karşılaşılan sorunlar ve çalışma özellikleri, ayar ve kullanım durumları karşılaştırılmıştır. Aşı ve ilaç kullanımının azaltılması amacı ile bölgede ilaçlama yapan seçilmiş çiftçilerin kullandıkları 20 adet pülverizatör üzerinde yapılan ölçümlerle araştırma yapılmıştır. Traktöre üç nokta askı sistemiyle bağlanarak çalıştırılan ortalama 7,5 metre püskürtme çubuğu uzunluğuna sahip 400 lt depo kapasiteli pistonlu veya piston membranlı pompa ile çalışan 20 adet pülverizatör incelenerek test edilmiştir. Aşırı ilaç kullanımına pülverizatör ve memelerindeki aşınma, yıpranma, ayarsız ve bilinçsiz kullanımın neden olduğu saptanmıştır.

Başman (1999), yapmış olduğu çalışmada gelişmiş turunçgil ağaçlarına ilaç uygulamada kullanılabilecek bir yardımcı hava akımlı bahçe pülverizatörünün hava ünitesini geliştirilip bahçede bazı etkinlik testleri yapılmıştır. Dizayn edilen hava ünitesinin 40-50 m/s hava hızı ve debisi 50,000–70,000 m3/h’dir. Hava kapasitesi ve ağaç başına 20-30 lt.’ye kadar uygulama hacmi sağlaması hedeflenmiştir. Ayrıca uygulama hacminin ağaç üzerindeki farklı noktalarda sağlanan kaplama değerleri üzerindeki etkisi araştırılmıştır. En yüksek uygulama hacmi ile yapılan uygulamada, ağaç taç dış kısmında yaprak üst yüzeylerinde %96, yaprak alt yüzeylerinde %86 kaplama oranı sağlanırken bu değerler taç iç kısmında sırasıyla %87 ve %62 olmuştur.

3. MATERYAL

3.1. Materyal

Pülverizatör beş ana parçadan (depo, pompa, debimetre, boru ve KHM) oluşmaktadır. Pülverizatör Şekil 3.1’de gösterilmiştir. Depodan emilen akışkan pompa ile basınçlandırılıp debimetre ile akış debisi ölçülüp D1, D2, D3, D4 çapında ve L1, L2, L3, L4 uzunluğunda olan borulardan Q1, Q2, Q3, Q4 debileriyle akarak 16 adet konik hüzmeli memeden püskürtülür. Pülverizatörün boru sistemi simetrik olup, boru uzunlukları, boru çapları ve debileri tüm kollarda eşittir.

L

1,

Q

1,

D

1

DEBĐMETRE

KHM

POMPA

DEPO

L

2,

Q

2,

D

2

L

3,

Q

3,

D

3

L

4,

Q

4,

D

4

Şekil 3.1. Pülverizatörün şematik resmi 3.2. Pülverizatörün Bölümleri

3.2.1. Depo

Tarımsal savaşta kullanılan sıvı ilacın depolandığı kısımdır. Çalışma sırasında içindeki sıvının yüksekliğinin değişimi küçük olduğundan, sıvı kapasitansı ve eylemsizliğinin ihmali kabul edildi.

Deponun tabanındaki basıncın hesaplanması için 3.1’de verilen eşitlik kullanılır.

1

7

Yukarıdaki eşitlikte;

1

P : Deponun tabanındaki basınç (N/m2)

a P : Atmosfer basıncı (N/m2)

ρ

: Akışkanın yoğunluğu (kg/m3) g : Yerçekimi ivmesi (m/s2) h : Deponun yüksekliği (m)

P

h a

Şekil 3.2. Pülverizatör deposu 3.2.2. Debimetre

Debimetrelerde debi ölçümü basınç farkına göre yapılabildiğinden dolayı, debimetrenin sıvı geçen delikli plakası Şekil 3.3’te görüldüğü gibi orifis etkisi yapmaktadır (Steward, 2000). Aşağıda debimetreden geçen debinin, debimetrede oluşan basınç düşümüyle

bağıntılı eşitliği elde edilir.

Şekil 3.3. Debimetre şematik gösterilişi

2 c o

A =C A (3.2)

8

1 ve 2 noktaları arasında Bernoulli Yasası yazılırsa,

( )

2 1 0 2 P v

ρ

∆ ∆ + = (3.3)

( ) ( )

2 2

(

)

2 1 1 2 2 v v P P

ρ

− = − (3.4) Süreklilik denkleminden, 1 1 2 2 A v = A v (3.5) 2 1 2 1 A v v A = (3.6)

( ) ( )

( )

( )

(

)

2 2 ₂ 2 2 2 2 1 2 1 2 A v v P P A

ρ

− = − (3.7) 1/ 2 2 2 1 2 2 1 2( ) 1 A P P v A

ρ

−  _{ }  ₋   = −         (3.8) 2 1 2 2 2 1 2( ) 1 v C A P P Q A A

ρ

− =   −     (3.9)

(

)

0 1 2 2 D Q C A P P ρ − = (3.10)

( )

2 2 2 1 1 v c D c C C C A C A =   − _{ }   (3.11) 2 2 _{D O} Q p C A

ρ

  ∆ = _{ }   (3.12) 2 2 D A p Q C

ρ

∆ = (3.13) Yukarıdaki eşitliklerde;

Q : Debimetreden geçen debi (m3/s)

1

P : Orifis plakası öncesi basınç (N/m2)

2

P : Orifis plakası çıkışında basınç (N/m2)

0

9

1

A : Orifis plakası öncesi boru alanı (m2)

2

A : Orifis plakası sonrası boru alanı (m2)

1

v : Orifis plakası öncesi akışkan hızı (m2)

2

v : Orifis plakası sonrası akışkan hızı (m2)

ρ

: Akışkanın yoğunluğu (kg/m3) p ∆ : Basınç farkı (N/m2) D C : Boşalma katsayısı v C : Hız Katsayısı c C : Temas Katsayısı 3.2.3. Pompa

Sistemde kullanılan santrifüj pompaya etki eden güç 0,25 kw olup 3.14’te üstel fonksiyon olarak temsil edilmiştir. Bu fonksiyonun zaman – güç eğrisi Şekil 3.4’te gösterilmiştir. (1 ) k at g P =e −e− (3.14) 5 a = 5, 43 k = Pg 250 t(s) 1 2 3 4 5 6 7

Şekil 3.4. Pompa zaman – güç grafiği

10

Pülverizatör boru sistemi esnek plastik borulardan oluşmuştur. Sıkıştırılabilir akışkanlarla çalışan sistemlerde basınçlı bir depo(Şekil 3.5) kapasitans görevi görür (Ercan, 2003).

V=sabit

Q

P

2

Şekil 3.5. Basınçlı depo

Pülverizatör boru sistemi içindeki sıvı pompa tarafından basınçlandırıldığından boru sistemi hidrolik kapasitans olarak kabul edilebilir. Şekil 3.5’te ki gibi sabit hacimli bir depoya Q hacimsel debisi ile sıvı girdiğini düşünelim. Bu durumda süreklilik denkleminden (maddenin korunumu),

( )

d d Q V V dt dt ρ ρ = ρ = bulunur. (3.15)

Sıvılar için Hacim Modülü,

21

dp dρ

β = ρ (3.16)

olarak tanımlandığına göre, bu denklemden dρ alınıp (3.14)’de yerine koyulursa,

21 dp V Q dt β = elde edilir. (3.17) V C β

= eşitliği sıvı akışkanlı tank için kapasitans sabiti olarak bulunur. (3.18)

Yukarıdaki eşitliklerde;

11

V : Depo hacmi (m3)

2

P : Depo içindeki basınç (N/m2)

1

P : Depo dışındaki basınç (N/m2)

ρ : Akışkanın yoğunluğu (kg/m3)

β : Hacim modülü (N/m2)

C : Basınçlı depo için kapasitans sabiti (m5/N)

d dt

ρ

: Akışkan yoğunluğunun zamana göre değişimi

21

dp

dt : Depo iç ve dış basınç farkının zamana göre değişimi

Pülverizatörün iletim sisteminde sıkışan hava (gaz) etkisini borunun genişlemesi ile gösterir. Bu genişleme sisteminde hacim modülü olarak ifade edilebilir. Basınç uygulanması durumunda sıvıyı içinde bulunduran depo Şekil 3.6’da görüldüğü gibi hacimsel değişim gösterir (Steward, 2000).

∆V ∆Vt

g

∆Vc

Şekil 3.6. Basınç etkisi altındaki depo

g l t V V V = + (3.19) c l g t V V V V =−∆ −∆ +∆ ∆ (3.20) t t e V V P / ∆ ∆ = β (3.21) 1 _t e t V PV β ∆ = ∆ (3.22)

12 1 g l c g g l l c e t t g t l t V V V V V V V V PV V V P V V P V P β   −∆ − ∆ + ∆ ∆  ∆   ∆  = = _− _+ _− _{ }+ _ ∆ _ ∆ _{ } ∆ _{ } ∆ _ (3.23) 1 g 1 l 1 1 e t g t l c V V V V β β β β     = _ _+  +     (3.24) g t V x V = (3.25)

(

1

)

1 1 e g l c x x β β β β − = + + (3.26 )

Sıvı içinde sıkışan havanın (gaz) adyabatik olarak sıkıştığı düşünülürse;

n pV =K (3.27) n p=V− K (3.28) ( n ) g dP d V V K V dV dV β _{= − = −} − =−(nV− −n 1K V) =nV−nK (3.29)

Gazın hacim modülü aşağıdaki eşitlikle bulunur.

1, 4

g np P

β = = (3.30)

Esnek hortumlar için hacim modülü katologdan bulunabileceği gibi, yaklaşık olarak 10 000 psi≤β_c ≤ 50 000 psi arasında bir değer olarak ta alınabilir. Bu çalışmada 2,06.108 N/m2 olarak kabul edilmiştir (Steward, 2000). Suyun Hacim Modülü ise β_l=21,995.108 N/m2 olarak alınmıştır.

Yukarıdaki eşitliklerde;

c

V : Deponun hacmi (m3)

l

V : Depo içindeki sıvı hacmi (m3)

g

V : Depo içinde sıkışan gaz (hava) hacmi (m3)

V

∆ : Birim hacim artışı (m3)

2

13

1

P : Depo dışındaki basınç (N/m2)

ρ : Akışkanın yoğunluğu (kg/m3)

e

β : Efektif hacim modülü (N/m2)

l

β : Suyun hacim modülü (N/m2)

g

β : Havanın hacim modülü (N/m2)

c

β : Deponun hacim modülü (N/m2)

P

∆ : Depoda birim basınç artışı (N/m2)

P : Adyabatik sıkışan gazın basıncı (N/m2)

X : Depodaki havanın yüzde oranı

n : Adyabatik sıkışan gazın atom sayısına bağlı sabiti

3.2.5. Konik Hüzmeli Meme

Pülverizatör konik hüzmeli memesi TP 8001 VK tipli olup, memenin Teejet Katolog 50’den alınan verilerle, basınca göre püskürttüğü debi miktarı Excel Grafik Toolbox’ı ile çizilerek Şekil 3.7’de ki grafikte gösterilmiştir.

0 0,000002 0,000004 0,000006 0,000008 0,00001 0,000012 0,000014 0,000016 0,000018 0 500 000 1 000 000 1 500 000 2 000 000 2 500 000 Basınç (N/m²) D eb i (m ³/ s)

14

3.3. Yöntem

3.3.1. Pülverizatörün Modellenme Teorisi

Şekil 3.8’de görülen depo içindeki akışkan basınçlandırılarak boru içinden geçirildiğinde, boru hattındaki her iki nokta arasındaki basınç düşümlerinin toplamı Uyum Yasasına göre sıfıra eşit olur. Bu durum 3.31 eşitliğiyle ifade edilebilir (Anonim, 2008). 1r 12 2r 0 P +P +P = (3.31)

A

B

C

P

r

P

1

P

2

Şekil 3.8. Uyum yasası

Şekil 3.9’da görüldüğü gibi bir boru hattına giren debilerin toplamı, Süreklilik Yasasına göre çıkan debiye eşit olarak yazılabilir. Bu durum 3.32 eşitliğiyle ifade edilebilir (Anonim, 2008).

1 2 ç

15

q

c

q

1

q

₂

Şekil 3.9. Süreklilik yasası 3.3.2. Akışkan Kapasitansı

Şekil 3.10’da bir borudan geçen sıvının giriş ve çıkış debileri farkı , eşitlik 3.33’de gösterildiği gibi iç ve dış basınç farkının zamana göre değişimi ile borunun kapasitans sabitinin çarpımı olarak ifade edilir (Anonim, 2008).

. ( _{c r}) _{cr g ç} d C P P C P q q dt − = = − (3.33)

C

P

c

P

r

q

g

q

_ç

+P

cr

-C

q

g

-q

ç

Şekil 3.10. Boru sisteminin kapasitans olarak şematik gösterimi 3.3.3. Akışkan Eylemsizliği (Đnertansı)

Akışkanlar da kütleye sahip olduklarından mekanik sistemlerdeki kütleler gibi eylemsizlik özelliği ortaya koyarlar. Akışkan kütlesinin ivmelendirilmesi de Newton’ un 2. Yasasına uygun şekilde olur. Özellikle uzun borularda belirgin olarak görülen bu davranışın modellenmesi için saf inertans denilen iki uçlu bir elemandan yararlanılır. Şekil 3.11’de görüldüğü gibi L uzunluğunda sabit bir boru içinden sıkıştırılamayan bir

16

akışkanın aktığı düşünüldüğünde bu akışkanın hızı değişmektedir. Herhangi bir andaki ivmesi ise a’dır. Borunun iç yüzeyi ile akışkan arasında sürtünme olmadığı ve boru tarafından akışkana herhangi bir kuvvet uygulanmadığı varsayılırsa, boru içindeki (m) miktarındaki kütleye bu ivmeyi vermek için gereken kuvvet (F), Newton’un 2. Yasası gereğince aşağıdaki gibi bulunur (Ercan, 2003).

q

P

1

+

-

P

2

p

I

Şekil 3.11. Boru içinde akan akışkanın eylemsizliğinin şematik gösterimi

F =PA (3.34) 1 2 ( 1 2) 12 F =F −F = A P−P = AP

∑

(3.35) m=ρlA (3.36) F =ma (3.37) 12 dv d q AP Al Al dt dt A ρ ρ   = = _{ }   (3.38) 12 l dq P A dt ρ = (3.39) l I A ρ = (3.40) . 12 ( 1 2) d p P P P I q I q dt ∆ = = − = = (3.41) Yukarıdaki eşitliklerde;

q : Borudan akan akışkanın debisi (m3/s)

1

P : Akışkanın boru girişindeki basıncı (N/m2)

2

P : Akışkanın boru çıkışındaki basıncı (N/m2)

1

F : Boru girişinde akışkana etki eden kuvvet (N/m2)

2

F : Boru çıkışında akışkana etki eden kuvvet (N/m2)

p

∆ : Boru giriş ve çıkışı basınç farkı (N/m2)

A : Borunun kesit alanı (m2)

17

l : Borunun uzunluğu (m)

ρ : Akışkanın yoğunluğu (kg/m3)

I : Akışkanın inertans sabiti (kg/m4)

dv a

dt= : Akışkanın hızının zamana göre değişimi (m/s

2 )

.

dq q

dt = : Akışkanın debisinin zamana göre değişimi (m

3 /s)

3.3.4. Akışkan Direnci

Şekil 3.12’de görüldüğü gibi belli ortamlar, borular veya dar geçitler akışkanların akışına karşı koyarlar. Bu davranış akışa karşı koyan eleman üzerinde akışkanın kaybı şeklinde kendisini gösterir. Bu tür elemanların modellenmesinde akışkan direncinden yararlanılır (Anonim, 2008).

q

P

1

+

p

-

P

2

R

Şekil 3.12. Akışa direnç etkisinin şematik gösterimi

Eğer akışkan bir orifis veya valf gibi dar bir elemandan geçiyorsa debi, basınç düşümüne bağlı olarak 3.44 eşitliği ile ifade edilir.

12 ( 1 2) p P P P Rq ∆ = = − = (3.42) 12 1 1 q p P R R = ∆ = (3.43) 12 q=k P (3.44)

Elemanın debi basınç grafiği Şekil 3.13’de olduğu gibi biliniyorsa, herhangi bir çalışma noktasında eğrinin eğimi alınarak R direnç katsayısı bulunabilir.

18

q

P

12

q

P

12

Şekil 3.13. Püskürtme memesi basınç – debi grafiği

12 12 1 2 dq k R dP P − = = (3.45) 12 2 2 P 2q R k k − − = = (3.46) Yukarıdaki eşitliklerde;

q : Borudan akan akışkanın debisi (m3/s)

q

−

: Anlık debi (m3/s)

1

P : Akışkanın boru girişindeki basıncı (N/m2)

2

P : Akışkanın boru çıkışındaki basıncı (N/m2)

12

P : Boru giriş ve çıkışı basınç farkı (N/m2)

12

P

−

: Anlık basınç farkı (N/m2)

p

∆ : Boru giriş ve çıkışı basınç farkı (N/m2)

R : Direnç sabiti (kg/sm4)

19

3.3.5. Pülverizatörün Boru Hattının Modellenmesi

Pülverizatörün boru hattı aşağıdaki Şekil 3.14’te görüldüğü gibi elektik benzeşimi biçiminde gösterildi. Burada; boru kapasitans, akışkanın eylemsizliği indüktans ve konik hüzmeli memedeki veya borulardaki basınç kayıpları da direnç olarak ifade edilmektedir. 12 c dP Q C dt = kapasitans (3.47) . 1L 2 P =I Q indüktans (3.48) 2 2 L b P =Q R direnç (3.49)

P

1

,

Q

1

I

P

L

R

b

Q

c

Q

2

P

2

Şekil 3.14. Boru hattının elektrik benzeşimi biçiminde gösterimi

Uyum Yasasına göre boru hattındaki basınç kayıpları toplamı sıfır olacağından, sistemin basınç kayıpları toplamı aşağıdaki 3.50 eşitliğiyle ifade edilebilir.

1L Lr 12 0

P +P −P = (3.50)

.

1 2 b 2 2

P =P +R Q +I Q (3.51)

Süreklilik yasasına göre ;

1 2 c

20

Konik hüzmeli memeden geçen debi q=k P₁₂ =Q₂ olacağından;

. 1

1 1

Q =C P +k P (3.53)

Yukarıdaki matematiksel ifadelerden yararlanılarak simülasyona konik hüzmeli memeden başlanılıp, simülasyonda 3.53 eşitliğinden bulunan P1 basıncının, 3.51 eşitliğinde P2 basıncına eşit olacağı kabul edilerek Şekil 4.1’de görüldüğü gibi sistemin bütününün debi ve basınç karakteristikleri simüle edilir.

e V C β = (3.54) l I A ρ = (3.40)

Boru sürtünme kayıpları (R_b), borulardaki debiye göre Reynolds sayıları (R_E)

bulunarak borudaki akışın laminar veya türbülanslı oluşuna göre aşağıda belirtilen Hagen-Poseuille Eşitliği ve Darcy Eşitliği kullanılarak hesaplanıp Çizelge 3.1 ve Çizelge 3.2’de gösterilmiştir. Boruların inertans sabitleri Çizelge 3.3’te gösterilmiştir.

Çizelge 3.1. Reynolds sayılarının hesaplanması L (m) Q (m3/s) D (m) V (m/s) ρ (kg/m3) µ (Ns/m2) R_E AÇIKLAMA 0,25 11,36.10-6 0,0125 0,093 998,213 0,001 1 156,14 Laminer akış 0,75 22,73.10-6 0,0125 0,185 998,213 0,001 2 312,29 Kritik akış 3,5 45,46.10-6 0,0191 0,371 998,213 0,001 7 047,87 Türbülanslı akış 1,5 18,18.10-5 0,0254 0,741 998,213 0,001 37 588,6 Türbülanslı akış

21

E

R < 2 000 ise akış laminer, (3.55)

2000 < R_E < 4 000 ise akış geçiş bölgesinde, (3.56)

E

R > 4 000 ise akış türbülanslı, (3.57)

4 E vD Q R D ρ ρ µ πµ = = (3.58) Yukarıdaki eşitliklerde; E R : Reynolds sayısı (m3/s)

Q : Borudan akan akışkanın debisi (m3/s)

µ : Akışkanın dinamik vizkozitesi (Ns/m2)

ρ : Akışkanın yoğunluğu (kg/m3)

D : Boru çapı (N/m2)

Çizelge 3.2. Boru hattında basınç kayıpları ve boru dirençleri L (m) Q (m3_/s) D (m) A B f

ε

_∆p (N/m2₎ p R q ∆ = (Ns/m5₎ 0,25 11,36.10-6 _{0,0125 4,74 4,2.10}5 0,75 22,73.10-6 _{0,0125 5,26.10}17 _3,34.1014 _{0,049 0,015 50,13 2,2.10}6 3,5 45,46.10-6 _{0,0191 8,68.10}18 _5,2.108 _{0,034 0,015 659,15 1,4.10}7 1,5 18,18.10-5 _{0,0254 7,14.10}19 _{4019,96 0,026 0,015 2 946.74 16,28.10}6

22

Çizelge 3.3. Boruların alan, inertans sabiti ve hacim hesabı

Hagen-Poseuille Eşitliği (Laminer akım için)

4 128 LQ p D µ π ∆ = (3.59)

Darcy Eşitliği (Türbülanslı akım için)

2 2 l v p f D ρ ∆ = (3.60) f : Sürtünme Faktörü

(

)

1/12 12 3/ 2 8 1 8 E f R _{A B} _{ }    = _{ } + +      (3.61)

(

)

(

)

16 0.9 1 2, 457 ln 7 / _E 0, 27 / A R

ε

D      = _ _ +  _{ }   (3.62) 12 37530       = E R B (3.63) L (m) Q (m3/s) D (m) Alan (m2) I (kg/m4) V (m3) 0,25 11,36.10-6 0,0125 1,23.10-4 2,04.106 3,06.10-5 0,75 22,73.10-6 0,0125 1,23.10-4 6,13.106 9,2.10-5 3,5 45,46.10-6 0,0191 2,85.10-4 1,2.107 9,9.10-4 1,5 18,18.10-5 0,0254 5,06.10-4 2.96.106 7,6.10-4

23

ε

pürüzlülük değeri Çizelge 3..4’den 0,0015 olarak alınır.

Çizelge 3.4. Bazı boru ve kanal yüzeylerinin pürüzlülük değeri (Genceli ve Parmaksızoğlu, 2004).

Malzeme Cinsi

ε

(mm)

Ticari olarak satılan bronz, kurşun, bakır veya plastik boru

0,0015

Çelik veya dökme demir 0,045

Galvaniz demir veya çelik 0,15

Dökme demir 0,25

Teejet Katolog 50’den TP8001VK Tip konik hüzmeli memenin basınca göre püskürttüğü debiler alınıp Excel Grafik Toolbox kullanılarak Şekil 3.15 grafiği çizildi.

y = 1E-08*P0.4943 R2 = 0.999 0 0,000002 0,000004 0,000006 0,000008 0,00001 0,000012 0,000014 0,000016 0,000018 0 500 000 1 000 000 1 500 000 2 000 000 2 500 000 Basınç (N/m²) D eb i (m ³/ s) Gerçek Eğri y Eğrisi

Şekil 3.15. TP 8001VK Tip KHM basınç- debi eğrisine uygun fonksiyon grafiği

0,4943

1 08

y= E− ×P (3.64)

8 0,4943

1.10

y= − ×P eşitliği konik hüzmeli memenin q =k P₁₂ eşitliğine benzediğinden, memenin k katsayısı k = 1.10-8 olarak bulundu.

24

3.3.6. Pülverizatör Güç Ünitesinin Modellenmesi

Pompa güç – zaman grafiği eğrisi Şekil 3.4’te görüldüğü gibi Pg = ek(1-e-at) eşitliğiyle ifade edilebilir. Bu güç eğrisinin pompanın basınç eğrisiyle benzer olduğu kabul edilir.

2 2 D A p Q C

ρ

∆ = (3.13)

eşitliğiyle pompa çıkışındaki debinin hesabı yapılır.

1 1 g n

P =Q P (3.65)

eşitliğiyle pompa basış hattı net gücü bulunur.

1 1

( _g )

p ρgh P PQ

∆ = + − (3.66)

Debimetrenin basınç farkı 3.66 eşitliğiyle ifade edilirse,

2 1 1 1 2 ( _g ) D A gh P PQ Q C ρ ρ + − = (3.67)

Pompa çıkışındaki debinin hesabı 3.67 eşitliğinde görüldüğü gibi olur.

Yukarıdaki eşitliklerde;

1

Q : Ana boruda (pompa basış borusu) debi (m3/s)

1

P : Ana boruda basınç(pompa basış borusu) (N/m2)

D

C : Boşalma katsayısı

h : Tankın üst noktası ile pompa girişi arasındaki yükseklik (m) . .g h

ρ : Pompa girişindeki basınç (N/m2)

25

3.3.7. Sistemin Modellenmesinde Yapılan Kabuller 1. Sistemde basınçlandırılan sıvının su olduğu kabul edildi.

2. Sistemdeki debimetre ve konik hüzmeli memenin orifis etkisi yaptığı kabul edildi.

3. Sisteme etki eden gücün zamana göre değişiminin k(1 at)

g

P =e −e− eşitliği ile ifade edildiği ve verimin % 92 olduğu kabul edildi.

4. Sistemin iletim hattındaki fittings parçalarda oluşan basınç kayıpları ihmal edildi. 5. D=0,0125 mm çapındaki boruda akış kritik olarak bulundu. Ancak türbülanslı akış kabul edilerek borunun basınç kayıpları hesap edildi.

6. Ana depoda sıvı kapasitansı ve eylemsizliği ihmal edildi. 7. Sistemde hava deposu olmadığı kabul edildi.

4. BULGULAR

Sistemin basınç ve debi karakteristiği Şekil 4.1 ve Şekil 4.2’de Matlab Simulink Toolbox kullanılarak simüle edilmiştir. Ek 1’de gösterilen M-File dosyası ile simülasyon sonucu elde edilen basınç ve debi karakteristik eğrileri grafik olarak çizdirilmiştir. Şekil 4.3 ve Şekil 4.4’de ana borudaki basınç ve debi grafiği, Şekil 4.5 ve Şekil 4.6’da 2. kolektördeki basınç ve debi grafiği, Şekil 4.7 ve Şekil 4.8’de KHM’de ki basınç ve debi grafikleri gösterilmiştir. Bu grafikler sistemde %0, %1 ve %10 hava sıkıştığı düşünülerek çizilmiştir. Şekil 4.9’da çeşitli hava oranlarında konik hüzmeli memeden püsküren sıvı debisinin kararlı hale gelme süreleri grafik olarak çizilmiştir.

27

Şekil 4.2. KHM borusunda (L1) kapasitans sabitinin (C) Simulink modeli

Şekil 4.3. % 0, 1, 10 hava olması durumunda ana borudaki basınç değişimi

Şekil 4.3’de sistemde %0, %1 ve %10 hava olduğu düşünülerek çizilen zaman basınç grafiği görülmektedir. Basıncın %0 hava oranı için 1,5 saniyede, %1 hava oranı için 2,3 saniyede ve %10 hava oranı için 18,7 saniyede kararlı hale geldiği görülmektedir.

28

Şekil 4.4. % 0, 1, 10 hava olması durumunda ana borudaki debi değişimi

Şekil 4.4’de sistem çalıştırıldığı andan başlayarak sistemde %0, %1 ve %10 hava olduğu düşünülerek çizilen zaman debi grafiği görülmektedir. Debinin %0 hava oranı için 2,2 saniyede, %1 hava oranı için 2,2 saniyede ve %10 hava oranı için 17,9 saniyede kararlı hale geldiği görülmektedir.

Şekil 4.5. % 0, 1, 10 hava olması durumunda kollektör 2 P1 basıncı değişimi

Şekil 4.5’te sistemde %0, %1 ve %10 hava olduğu düşünülerek çizilen zaman basınç grafiği görülmektedir. Basıncın %0 hava oranı için 1,5 saniyede, %1 hava oranı için 2,3 saniyede ve %10 hava oranı için 18,7 saniyede kararlı hale geldiği görülmektedir.

29

Şekil 4.6. % 0, 1, 10 hava olması durumunda kollektör 2 Q2 debisi değişimi

Şekil 4.6’da sistemde %0, %1 ve %10 hava olduğu düşünülerek çizilen zaman debi grafiği görülmektedir. Debinin %0 hava oranı için 1,6 saniyede , %1 hava oranı için 2,3 saniyede ve %10 hava oranı için 18,5 saniyede kararlı hale geldiği görülmektedir.

Şekil 4.7. % 0, 1, 10 hava olması durumunda KHM’de basınç değişimi

Şekil 4.7’de sistemde %0, %1 ve %10 hava olduğu düşünülerek çizilen zaman basınç grafiği görülmektedir. Basıncın % 0 hava oranı için 1,9 saniyede, %1 hava oranı için 2,8 saniyede ve %10 hava oranı için 23,2 saniyede kararlı hale geldiği görülmektedir.

30

Şekil 4.8. % 0, 1, 10 hava olması durumunda KHM’de debi değişimi

Şekil 4.8’de sistemde %0, %1 ve %10 hava olduğu düşünülerek çizilen zaman debi grafiği görülmektedir. Debinin %0 hava oranı için 1,7 saniyede , %1 hava oranı için 2,6 saniyede ve %10 hava oranı için 21,6 saniyede kararlı hale geldiği görülmektedir.

Şekil 4.9. % 0, 2, 4, 6 ,8, 10 hava oranlarında KHM’den püsküren sıvı debisinin kararlı hale gelme süreleri

31

Şekil 4.9’da konik hüzmeli memeden püskürtülen debinin sistemde var olduğunu kabul ettiğimiz % 0, 2, 4, 6, 8 ve 10 hava oranları için kararlı duruma gelme süreleri grafik olarak Excel Grafik Toolbox kullanılarak gösterilmiştir. Elde edilen eğriye uygun olan y=4,05114x10-2,9467 fonksiyonu çizilmiş ve regrasyonu R2=0,9974 olarak bulunmuştur.

5. TARTIŞMA ve SONUÇ

Bu çalışmada yerli imalat bir tarla pülverizatörü esas alınarak bu pülverizatörün basınç ve debileri Uyum ve Süreklilik Yasalarından faydalanılarak modellenmiştir. Modellemede hidrolik sistem elektrik sistem ile benzeşim yapılarak sistemdeki borular kapasitans, sıvının eylemsizliği indüktans ve borudaki sürtünme kayıpları ise direnç olarak modellenmiştir. Elde edilen model Matlab Simulink Toolbox’dan faydalanılarak simule edilmiştir. Sonuçlar sistemdeki havanın, basınç ve debi karakteristiklerini etkilediğini ortaya koymuştur. Sistemde hiç hava olmadığı durumla %10 hava olduğu durum karşılaştırıldığında konik hüzmeli memeden püskürtülen debi kararlı duruma 19,9 saniye sonra gelmiştir.

Şekil 4.9’da konik hüzmeli memeden püskürtülen debinin, sistemde var olduğu kabul edilen hava oranlarına göre kararlı duruma gelme süresinin doğrusal olduğu belirlenmiştir. Grafikte %2 hava oranına kadar farklı eğimli bir doğrusallık, %2 hava oranından sonra ise farklı eğimde başka bir doğrusallık görülmektedir. Bu iki durumdaki doğrusallıkların eğimleri dikkate alındığında sistemdeki hava oranının % 2’den daha büyük değerlerinde debinin kararlı duruma gelme süresinin, %2’den az olduğu durumlara göre daha uzun sürdüğü görülmektedir. Grafiğe göre R2=0,9974 regrasyon ile elde edilen y=4,0511410-2,9467 fonksiyonu sitemin çalışma şartlarında hava oranına bağlı olarak püskürtülen debinin kararlı duruma gelme süresini büyük bir yaklaşıklıkla hesap etmemizi sağlayacaktır.

KAYNAKLAR

Akkuş, Ş., 1994. Mikroneks püskürtme başlıklı sırt atomizatörünün işletme karakteristikleri ve ilaçlama etkinliğinin sağlanması üzerinde bir araştırma. Ç.Ü.Fen Bilimleri Enstitüsü, Tarım Makinaları Anbilim Dalı,Yüksek Lisans Tezi. Adana, 60 s.

Aksoy, A., 1995. Micromax döner diskli memeye ait işletme karakteristikleri ve ilaç uygulama etkinliğinin saptanması. Ç.Ü.Fen Bilimleri Enstitüsü, Tarım Makinaları Ana Bilim Dalı,Yüksek Lisans Tezi. Adana, 30 s.

Anonim, 2008. Courses Notes. Purdue Ünv., ME 375 Reference Notes, http://meweb.ecn.purdue.edu/~me375/OtherMaterial/OldNotes/ME375_Hydraul ic.pdf. 11 s.

Başman, Đ.H.,1999. Trunçgil ağaçlarına ilaç uygulamada kullanılan pülverizatörün yardımcı hava akımı ünitesinin geliştirilmesi ve bahçe denemeleri. Ç.Ü.Fen Bilimleri Enstitüsü, Tarım Makinaları Anabilim Dalı,Yüksek Lisans Tezi. Adana, 42 s.

Bayat, A. ve Zeren, Y., 1991. Hava akımlı bahçe pülverizatörlerinde düşey dağılım üzerine etkili faktörler.Tarımsal Mekanizasyon 13. Ulusal Kongresi. 25-27 Eylül 1991, Konya Bildiri Kitabı. Konya, 283-291 s.

Bayat, A. ve Zeren, Y., 1994. Pamuk ilaçlamasında farklı ilaç uygulama yöntemlerinin ilaç tutunması ve ilaç kayıpları açısından değerlendirilmesi. Tarımsal Mekanizasyon 15. Ulusal Kongresi 20-22 Eylül 1994. Antalya.

Çelen, Đ.H., 1998. Yelpaze hüzmeli püskürtme memelerinde aşınmanın pülverizasyon karakteristiklerine etkisi üzerine bir araştırma. Trakya Ünv. Fen Bil. Enst. Tarım Makinaları Ana Bilim Dalı Doktora Tezi. Tekirdağ, 105 s.

Çilingir, Đ. ve Dursun, E., 2002. Bitki koruma makinaları. Ankara Üniv. Zir. Fak. Yayın No: 1531, Ders Kitabı 484, Ankara.

Dorries, U. ve Gohlich, H., 1984. Prüfstand für geblasesprühgerate. (vertical Distribution Analyser). Technische Universitat Berlin. 7.

Ercan, Y., 2003. Mühendislik Sistemlerinin Modellenmesi ve Dinamiği.Genişletilmiş 2. basım, Literatür Yayınları: 97,425 s, Đstanbul

Genceli, O. F ve Parmaksızoğlu, Đ.C., 2004. Kalorifer Tesisatı,TMMOB Makine Mühendisleri Odası,Yayın No:352/2,Đstanbul

Mercan, S., 1998. Tarla pülverizatörlerinde hava akımının ilaç dağılımı ve biyolojik etkinlikle ilişkisinin araştırılması. Ç. Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü. Tarımsal Mekanizasyon Anabilim Dalı Yüksek Lisans Tezi. Adana, 62 s.

Sağlam, S., 1998. Şanlı Urfa’da kullanılan pülverizatörlerin teknik özelliklerinin belirlenmesi ve kullanımında karşılaşılan problemlerin saptanması üzerine bir araştırma. Harran Ünv. Fen Bilimleri Enstitüsü, Tarım Makinaları Anbilim Dalı,Yüksek Lisans Tezi. Şanlı Urfa,76 s.

Speelman, L., 1971. A fluorescent tracer technique for determination of the liquid distrubition of field crop sprayers, J. Agric. Enging Res. (1971). 16 (3)), 301-306.

Stevard, B.L., 2000. Aplication of Hydraulic Power AE 447 Course Notes, Agricultural and Biosystems Emgineering Department, Iowa State University 2000.

Yarpuz, N., 1997. Pnomatik pülverizasyonlarda ilaç uygulama hacminin dağılım düzgünlüğü ve iş genişliği üzerindeki etkilerinin saptanması. Ç.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü, Tarım Makinaları Ana Bilim Dalı,Yüksek Lisans Tezi. Adana, 40 s. EKLER

34

EK 1

Sistemin Basınç ve Debi Karakteristiğini Gösteren Grafik M-File Dosyası Pa=101325; Atmosfer basıncı

hava=0.1; hava oranı bc=21.995e8;

sim('sistem',20); % Plot the results; time=a.time;

a = a.signals.values; %ana basinc a1 = a1.signals.values;

a2 = a2.signals.values; a3 = a3.signals.values;

g = g.signals.values; %ana debi qc1 = qc1.signals.values

qc2 = qc2.signals.values

qc3 = qc3.signals.values %kollektor 4 debi qc4 = qc4.signals.values

nozzle = nozzle.signals.values; pow = pow.signals.values; figure(1);

plot(time,a,'b');

title('Ana borudaki basınç (N/m2)') xlabel('zaman-->')

ylabel('Debi(m3/s)') figure(2);

plot(time,q,'b');

title('Ana borudaki debi ') xlabel('zaman-->') ylabel('Debi(m3/s)') figure(3); plot(time,a2,'b'); title('Kollektör 2 Basınç (N/m2)') xlabel('zaman-->') ylabel('Basınç(N/m2)') figure(4); plot(time,qc3,'b'); title('Kollektör 2 Debi (m3/s)') xlabel('zaman-->') ylabel('Debi(m3/s)')

35

ÖZGEÇMĐŞ Kişisel Bilgiler

Adı Soyadı : Yunus KÜLTÜREL

Doğum Tarihi ve Yer : 17/12/1970 - Tokat

Medeni Hali : Evli

Yabancı Dili : Đngilizce

Telefon : 0 542 5841390 e-mail : yunkul@gop.edu.tr Eğitim Đş Deneyimi Yayınlar 1. ……… 2. ……… Hobiler

Kitap okumak, Spor yapmak

Derece Eğitim Birimi Mezuniyet

Tarihi Yüksek Lisans

Lisans DEÜ. Denizli Müh. Fak. Makina

Bölümü

1993

Lise GOP.Lisesi-Tokat 1987

Yıl Yer Görev

2005-2008 GOÜ. Meslek Yüksek

Okulu

Öğretim Görevlisi

2004-2005 Opel Đce Mot.Araçlar A.Ş. Servis Müdürü

2002-2003 Tokat Serbest Ticaret

1997-2001 Sena Tekstil San. Ve

Tic.A.Ş.