Page 1

SAKARYA ÜNiVERSiTESi

FEN BiLiMLERi ENSTiTÜSÜ DERGiSi CiLT2 SAYI1

Mart 1998

ISSN

:

1301-4048

iÇiNDEKiLER Sakarya ilinde Trafik Kaynaklı Gürültü ve Kontrolu

R.lleri, B.Sümer, H.Gezbul, Nurtaç öz

. . . . . . . . . . . . . ...

. . .. ..

.

. . . . . ..... . . . . . . . . . . . . . . . . .

.

. . . . .

. 1

Design and lmplementation of CAN/CAN, CAN/Ethernet and CAN/ATM Bridges H.Ekiz, O.Çerezci ......................................................................................... 7 Scada Sistemi Yardımıyla Enerji Dağıtım Sistemlerinde Harmanikierin Ölçülmesi E.Köklükaya, M.Bayrak

.... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..... . . . . . .

.... . . .

.

.

.... ..

. . .. . . . . . ..

.

.. . . . . . . . .

.

. .

15

Bulanık Mantık ile Fonksiyon Tanımlama M.Aicı, T.Etçibaşı ....................................................................................... 21 Servis Araçları Rotalama-Çizelgeleme Problemleri ve Çözüm Yaklaşımları

E.Gündoğar. S.Akıl

. . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. .. . . . .

.

.

.

. .. . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . .

25

The Effects of Machine Load Situations on Performance of Job Shop and

O.Torkul

Group Scheduling

. . . . . . . . .... . . . ... ................. ....... . . . . . . . . . . . . . . ......... . . . .. . . . .......... . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Türkiye'de Çimento Sanayii'ndeki Gelişmeler M.Sümer, B.Yavuz ....................................................................................

31

. .

Dört Kenarı Ankastre Mesnetli Çelik Levhaların Taşıma Yüklerinin Belirlenmesi

A.N.Yelgin, H.Yelgin, .................................................................................. 41 Betonarm·e Boru imalatı, Uygulaması ve Kalite Kontrol Denetimleri K.Yılmaz, M.Sümer, ....................................................................................

Farklı Kompozisyonlardaki Lastiğin Mekanik Özelliklerinin Deneysel incelenmesi T.Köksal, Ö.K.Morgül, E.Aba, F.Fındık........................................................ 57 Asansörlerin Bilgisayar Yardımıyla Tasarım ve Çizimi

Ü.Kocabıçak ............................................................................................

..

Çevre Dostu Bir Metal: Alüminyum Ş.Demirkıran, K.Yıldız................................................................................. 7' Tanin Kimyası ve Teknolojisi M.Özacar, i.A.Şengil ................................................................................... 7 On the Origin of ö-Bi203 Formatian at Low Temperatures A.A.Agasiev, Y.Y.Guseinov H.O,Askerova, Y.Akgüney ............................. Ark Kaynakçısının Eğitiminde Similatör Kullanımı Y.Top, F.Fındık .. . . ............

.

........ . . . . ....... . . . ........ . . . . ...

..... . . . . . . .. .. . . .. . . . . . . . . .

.

.

. . .. . . . .


SAKARYA ÜNiVERSITESI

FEN BiliMLERi ENSTiTÜSÜ DERGiSi

ClLT

2

SAYI

1

Sahibi

:

Prof Dr. İsmail ÇALL I

Editör

:

Doç. Dr. Osman ÇEREZCİ

Mart

1998

Yayın Kurulu: Prof. Dr. İsmail ÇALLI Prof. Dr. Osman Sun Doç. Dr. Osman ÇEREZCİ Doç.Dr. Mesut GÜR Doç. Dr. Fehim FINDIK Y. Doç. Recep KAZAN Y. Doç. Emin GÜNDOGAR Genel Yayın Yönetmeni: Fatma AYDIN

Yazışma Adresi SAÜ Fen Bilimleri Enstitüsü Fen Bilimleri Dergisi Esentepe Kampüsü 54040 Sakarya Tel :(+90-264) 343 13 06 Fax:(+90-264) 343 13 06 e-post a: fenbil @esentepe.sau.edu.tr http://sapanca.sau.edu.tr

SAÜ Fen Bilimleri Dergisi yıld a 1 veya 2 kez yayınlanır SAÜ Matbaası, Mart 1998, Sakarya

ISSN

:

1301 -4048


iÇiNDEKiLER Sakary a ilinde Trafik Kaynaklı Gürültü ve Kontrolu R.lleri, B.Sümer, H.Gezbul, Nurtaç Öz ...................

..................................... ...................................1-5

. .

Design and lmplementation of CAN/CAN, CAN/Ethernet and CAN/ATM Bridges .. .. . . . . . . .. . .. H.Ekiz, O.Çerezci ...................... ... .. . . . .

. . . .

.

. . . . .

. .

.

. .

. .

.

. . . .

.

. . . . . . . . . . . . . . . .

.

............................ 7-14

. .

Scada Sistemi Yardımıyla Enerji Dağıtım S istemlerinde Harmanikierin Ölçülmesi . .. . ... ......... ......... .. .......................... . 15-20 E. Köklü kaya, M. Bayrak ................................ . . .

Bulanık Mantık ile Fonksiyon Tanımlama M.Aicı, T.Etçibaşı . . ... .. .......... ............ ..... ......... . . . . . .

. . .

.

. ........ ... .... ............ .......... ................. ... . 21-24

.

Servis Araçları Rotalama-Çizelgeleme Problemleri ve Çözüm Yaklaşımları E. Gündoğar, S.Akıl ...

. . .

. . . .. . . .

.

.

. .

. . .

. . .. .

.

. . .

.

..

. .

. . . . . . . . . . . . . . .

-

...... ..... .... ........ . .... . ....................... ... 25-30

The Effects of Machine Load Situations on Performance of Job Shop and Group Scheduling O.Torkul

. . .

.. .

...... .

........ ...... .

.

....................................................... ... 31-33

Türkiye'de Çimento Sanayii'ndeki Gelişmeler . .. . . .. . . . . M.Sümer, B.Yavuz . . . . . .

. . .

. . .

.

. . . . .

. . . .

.

.

.

. . .

. . .

. .

.

.

. . .

...

. . . . .

..

. . . . .

.. .. .

. .

.

. . .

.

. . .

. . . .

. . . . . .

.

. . . .

.. . . .

. .

. . . . . . . . .

.

. . . .

. . .. .. .

.

.

. . . . .

35-39

Dört Kenan Ankastre Mesnetli Çelik Levhaların Taşıma Yüklerinin Belirlenmesi A.N.Yelgin, H.Yelgin, . .. .. .

.

. . .

. .. . . . .

. .

.

. . . . . .

..

. . .

. ........ .

. . . . .

.

. . . . .

.

....................................................................... 41-48

Betonarme Boru imalatı, Uygulaması ve Kalite Kontrol Denetimleri . . . . . . . .

K. Yılmaz, M.Sümer, .......................

.

.

.

. . . . . .

. . . . . . .

. . . .

. . . .

.

. . . . . . .

. . . . .

........... .... ................ 49-56

Farklı Kompozisyonlardaki Lastiğin Mekanik Özelliklerinin Deneysel incelenmesi T. Kö k sal Ö.K.Morgül, E. Aba, F.Fındık................. . . ,

. .

.. ................ .... ...... ............... ......... 57-64

. . . . . . . .

Asansörlerin Bilgisayar Yardımıyla Tasarım ve Çizimi Ü.Kocabıçak,

. . . .

.

. . . . . . .

. . . . .

.

. . . .

.. . . .

. . . .

..

.

..............

....................................................................... 65-70

Çevre Dostu Bir Metal: Alüminyum

Ş. Demirkıran, K.Yıldız.................. Tanin Kimyası ve Teknolojisi M özacar, i.A.Şengil .....

.

.............. ............... .............................................................. ...... 71-77

.................................. ................................................................... 79-85

On the Origin of o-Bi203 Formation at Low Temperatures A.A.Agasiev, Y Y.Guseinov H.O,Askerova, Y.Akgüney.. ..................................................................... 87-92 .

Ark Kaynakçısının Eğitiminde Similatör Kullanımı Y Top, F.Fındık

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

93-97


SAKARYA İLİNDE TRAFİK KAYNAKLI GÜRÜL TÜ VE KONTROLU Recep

İLERİ, Burhan SÜMER, Haluk GEZBUL, Nurtaç ÖZ

Sakarya Üniversitesi Mühendislik Fakültesi, Çevre Mühendisliği Bölümü, Sakarya-TÜRKİYE

Özet

İnsanın psikolojik ve fizyolojik sağlığını yönde etkileyen gürilltü; son yıllarda dünyanın her tarafında, özellikle büyük yerleşim birimlerinde çok önemli bir çevre sorunu haline gelmiş ve çoğu yerde kirlenme boyutlarına ulaşmıştır. Gürültü kirlenmesinin bir çok sebebi olmakla birlikte, esas sebepler çevre sorunlarının genel sebepleri olan; hızlı nüfus artışı, çarpık şehirleşme, çarpık sanayileşme ve trafiktir. Ülkerniz yerleşim bölgelerinde motorlu taşıtların sayısının hızla artması. çevre kirlenmesinin içinde çarpıcı bir şekilde dikkati çeken trafik gürülrusünü ön plana çıkannı ştır. Bu çalışmada, Sakarya ilinde trafikten kaynaklanan gürültüler ölçülmüş ve değerlendirilmiştir. -

olumsuz

Abstract

-

Noise that affects psychological and

physiological health of human beings, has become considerably

important

environmental

problem

especially in big urbanized areas and it has reached pollution levels in most regions. Although there are lots of reasons for noise pollution; being general causes of environmental problerns, rapid population increasing, disorganized urbanization,

disorganized

industrialization and disorganized trafiic are main reasons. Because of high increase of motor vehicles in

urbanized regions in Turkey, traffical noise problerns take attention from the view point of environınental pollution. In this study regards measurements and evaluations of noise originated from traffic in Sakarya. ı.

Gürilltü,

kısaca

GİRİŞ istenmeyen

ses

olarak

adlandınlmaktadır. Ses, bir basınç altında elastik bir ortan1da moleküllerin yer değişimidir ( 1,2). Gürültünün insanlık için önemli bir çevre soruııu olduğu uzun zamandan

beri bilinen bir gerçektir.

Günümüzde gürilltü; sadece sanayileşmiş toplumlarda

değil,

bütün

dünyada

özellikle

büyük

yerleşim

merkezlerinde, hava, su ve toprak kirlenmesi kadar

önemli bir çevre sorunu haline gelmiştir (3,4.5,6,7). insanların % 73' ünün trafik kaynaklı gürültüden rahatsızlık duyduğu belirlenmiştir Şehirlerde yaşayan

(8). Son yıllarda karayollarımızdaki motorlu araç sayısı yılda ortalama olarak yaklaşık %10 mertebesinde bir artış göstermektedir. Gürültünün insan üzerindeki olumsuz etkileri, genelde fizyolojik ve psikolojik olmak üzere iki şekilde olmaktadır. Fizyolojik etkiler arasında en yaygın olanı işitme kayıplandır (9,10). Yapılan araştırmalar; gürültüDün psikolojik etkilerinin, fizyolojik etkilere göre daha yaygın olduğunu göstermektedir. Gürültü kirlenmesinin bir çok sebebi olmakla birlikte esas sebepler; çevre sorunlarının genel sebepleri olan, hızlı nüfus artışı ve sanayileşme ile bunların beraberinde gelen, hızlı ve çarpık şehirleşmelerdir. Çevre kirlenmesine yol açan gürültülerin başlıcaları; trafik gürültüsü (kara, deniz ve hava); spor alanları, çocuk bahçeleri ve pazar yerleri gibi açık hava faaliyetlerinden kaynaklanan gürültüler; kapalı, açık işyeri ve sanayi gürültüleri. inşaat gürültüleri ile gazino, kahvehane ve düğün salonu gibi ticari amaçlı gürültülerdir. Yaygınlığı nedeniyle trafik gürültüsü diğerlerine oranla daha önemlidir (8). Ülkerniz büyük yerleşim bölgelerinde, motorlu taşıtların sayısının hızla artması trafik gürülrusünü ön plana çıkartmıştır (4,l l,l2). Şehirlerimizin cadde ve sokaklannın yetersizliği sebebiyle, trafik kannaşası na bunun tabii sonucu olarak da gürültü düzeylerinin kirlilik boyutlarına ulaşmasına neden olmaktadır. Aynca şehir içi yoUann bakımsız, bozuk ve pürüzlü olması, toplu taşıma araçlarının ve dolmuşların gelişigüzel durmalan ve çeşitli sebeplerden kaytlaklanan trafik kesiklikleri ile yaya ve sürücülerin kurallara uymaması da trafikten kaynaklanan gürültü düzeyini arttıncı etkenler olmaktadır (8,13). Dünyanın çeşitli yerleşim birimlerinde olduğu gibi Türkiye' de de, özellikle büyük yerleşim merkezlerinde trafik kaynaklı gürültü kirlenınesi yaygın bir çeyre sorunu haline gelmiştir. 9 Ağustos 1983 tarihli 2872 Sayılı Çevre Kanununun 14. maddesine istinaden I 1 Aralık 1986 tarihinde yayınlanarak yürürlüğe giren "Gürilltü Kontrol Yönetmeliği" (14) ile geniş çaplı tedbirler getirilmiş olmasına rağmen, bir çok yerleşim merkezinde gürültü kirlenmesi gündemdedir.


Sakarya ilinde Trafik Kaynaklı Gürültü

ve

Kontrolu

Bu çalışmanın amacı; Sakarya İli; Adapazarı Şehir Merkezi, Erenler ve Serdivan Beldelerinde sistematik ölçümler yapmak suretiyle trafik kaynaklı gürültü düzeylerinin ve sebeplerinin belirlenmesi, uzun ve kısa vadede alınabilecek tedbirlerin araştınlmasıdır.

II. MATERYAL VE METOD

Gürültü olayının daha iyi anlaşılabilmesi için bazı kavrarnlar alt başlıklar halinde verilmiştir.

eşitliği ile tanıml anır ve 24 saatlik zaman peryodunda ölçülen ağırlıklı bir gürültü seviyesidir. Genel olarak toplurndaki gürültü, bir nevi kirlenme olarak ele alınır ve gürültü seviyesi;

GS== Lso + CLıo- L90) şeklinde ifade edilir (2). Il. b.

PROJE ALANININ TRAFiK DURUMlJ

II.a. G ÜR ÜLTÜ İNDEKSLERİ

Gürültü Basmcı Seviyesi: İşitilebilen frekans limitleri (20Hz - 20.000Hz) arasındaki gürültülerin en basit ölçüsüdür. Gürültü basınç seviyesine ait cetvel (15) Şekil ı.' de gösterilmiştir. Ses basıncı seviyelerinin ölçümü 'desibel' olarak verilebilir (16). Gürültü Basanci

.Jet Motoru

(25m

Mes

� ""Pa

Gürültü l!lasonç Seviyesi

140 dB

AQrı EşiOI

100000000

Proje alanında, trafikteki araç sayısı günden güne artmaktadır. Bununla birlikte araçlar için gerekli anayollar, caddeler, sokaklar ve kavşaklar yetersiz kalmaktadır. Yapılan araştırmaya göre; Adapazan (Merkez), Erenler, Serdivan ve ilçelerdeki Şubat 1996 itibariyle trafiğe kayıtlı araçlann dağılımı ve sayısı (17) Tablo!.' de verilmiştir. Tablo 1. Adapazarı (Merkez), Erenler, Serdivan v e İlçelerdeki Trafiğe Kayıtlı Araç Dağılımı ve Sayısı Araç Cinsi

10000000 Rock Müzik� Havali Pompa 1000000 Ağ1r Kamyon-

Ortalama Trafik

GUrUitOsU

100000

Konuşma GUrUitUsU10000

Otuı-ma Odasi

40- (Radyo ve T.V.

Otomobil Minübüs Otobüs Kamyon Kamyonet Traktör Jeep Motorsiklet Tır, çekici, iş mak.

Merkez Serdivan Erenler 29.066 2.120 1.105 6.226 5.394 18.197 147 4.851 6

İlçeler

Genel Toplam

4.571 760 331 1.193 805 2.462 23 812 -

33.637 2.880 1.436 7.419 6.199 20.659 170 5.663 6

Hariç)

100

20

O

Duyma Eşi!JI

Şekil 1. Gürültü Basınç Seviyesine Ait Cetvel (15)

Eşdeğer Güriiltü Seviyesi: Eşdeğer gürültü seviyesi, ölçüm peryodundaki ortalama gürültü seviyelerinin bir ağırlıklı ortalamasıdır ve dBA ile ifade edilir (15). Leq

==

1O

log (

Trafik Gürii ltü indeksi: TGI

=

4 (L10-L 90 ) + 30

Proje alanında gürültüyü oluşturan sebepler şu şekilde sıralanabilir: 1 -Şehirde mevcut olan cadde ve sokaklann genişlikleri ile bina yükseklikleri orantılı olmadığından dolayı ses yansıması olmakta ve dolayısıyla gürültü artmaktadır, 2-Dar olan caddelerde araç yoğunluğu fazladır, 3-Münibüs ve dolmuş güzergahlan konut bölgelerinden geçmektedir, 4Bulvarlar da dahil olmak üzere cadde ve meydanlarda ağaçlandırma yok denecek kadar azdır. Bu durum. ağaçların gürültüyü emerek azaltabilme avantajını şehir merkezi için yok etmektedir, 5-Çok dar olaı: caddelerde çalışan toplu taşıma araçlan yolcu indinnt: ve bindirme sırasında trafiğin tıkanınasına ve dolayısıyla gürülüi düzeyinin artmasına neder olmaktadır, 6-Şehriınizin merkezi bir çok noktasınde bulunan hız kesici demirler gürültüyü arttırd ığı gibi aracının bu demirlerden dolayı zarar görmesin istemeyen sürücüler, trafik hatalan yaparak tehlike! durumlara düşmektedirler, 7-Taşıtlann, gürül.n kontrolü yapılmadığı için gereğinden fazla gürül.ti

2


ı ı

R.ileri,

B.Sümer, H.Gezbul, N.oz

çıkarmaktadırlar, 8-Şehir dışından, Kandıra, Karasu istikametine Atatürk Bulva n ' ndan transit geçen bölgede gürültü bu düzeyini araçlar

LUTRüN

yükseltmektedirler, 9-Şehrimizdeki binalarda gürültü

taşımaktadır, 10-Cadde ve meydanlardaki yolların. çukurlann

açılan

iyi

kapatılrnaması,

olması,

lastik-yol

sürtünmesinden oluşan gürültüyü arttırmaktadır, 11Yapııru devam eden bina inşaatiarına gelen kum, çakıl, tuğla gibi inşaat malzemeleri, kaldımnlar hatta taşıt yolu üzerine yaygın olarak dökülmekte ve trafiğin yavaşlamasına neden olmaktadır, 12-Türkiye ·

genelinde olduğu gibi yaya kaldınmlan çok dar ve yetersiz olduğundan dolayı yaya-taşıt trafiği birbirine kanşmaktadır,

13-Konut

bölgelerinden

geçen

yük

kamyonlan ve traktörler gürültüyü arttınnaktadırlar,

4001)

marka

portatif

soundmeter

ll.d. ÖLÇÜM iSTASYONLARININ TANITILMASI

emi ci mimari önlemler alınmadığından dolayı dar meydanlar yansıtıcı özellik cad de, kavşak ve pürüzlü kaplama malzemesinden yapılmış

(SL

(gürültü ölçer) kullanılmıştır.

l .Ölçüm

İstasyonu;

Papuççular

Caddesi

Royal

Sitesi- Kavaklar Camii önü, 2.Ölçüm İstasyonu; İzmit Caddesi- Pabuççular Caddesi çıkışı (ışıklar), 3.Ölçüm İstasyonu; Vakfı

Sakarya

önü,

Caddesi,

4.Ölçüm

Sakarya

İstasyonu;

Üniversitesi

Sakarya

Caddesi,

Erenler Belediyesi önü, 5.Ölçüm İstasyonu; Erenler Mahallesi.

Erenler

Sağlık

Ocağı

önü,

6.Ölçüm

İstasyonu; Nato Caddesi (dörtyol, ışıklar) -yurt binası inşaatı önü, 7. Ölçüm İstasyonu; Yeni Camii Kavşağı (ışıklar),

8.Ölçüm

İstasyonu;

Sabihahanım İlkokulu ve

Kavaklar

Atatürk

Caddesi,

Ortaokulu önü,

9.Ölçüm İstasyonu; Ankara Caddesi , Çeşmemeydanı

14-Şehrimizde araç sayısı, günden güne artmakta ve

Caddesi (dörtyol), lO.Ölçüm İstasyonu; Ulus Caddesi­

şehir

yetersiz

Savaş Caddesi Kavşağı (üçyol), l l.Ölçüm İstasyonu;

meydanlara

İsmet İnönü Caddesi, Ç:ıcuk Esirgeme Kurumu önü,

merkezinde

kaldığından dolayı;

bulunan araçlar,

otoparklar cadde ve

rastgele

park etmekte ve park yeri arayan araçlar

gereksiz

yere

dolaşarak

gürültüyü

arttıncı

rol

oynamaktadırlar. ll.c.

12.Ölçünı

İstasyonu; Karaağaç

Üniversitesi

İstasyonu; Atatürk Bulvan-Vilayet-Defterdarlık önü, 14.Ölçüm İstasyonu; Çark Caddesi. Kayın İşhanı önü,

GÜRÜLTÜ ÖLÇÜMÜNÜN TANITILMASI

15.Ölçünı İstasyonu; Çark Caddesi,

Atatürk Lisesi

onu,

Caddesi-Kudüs

16.Ölçüm

İstasyonu;

nda

trafikten

kaynaklanan

gürültü

Çark

I 7. Ölçüm İstasyonu; Kazımpaşa­

Caddesi ( dörtyol), Adapazarı'

Caddesi, Sakarya

Mediko-Sosyal Merkezi önü, 13.Ölçüm

Alaniçi-Bağlar Caddesi Kavşağı, 18.Ölçüm İstasyonu;

düzeyi ölçümleri, şehirde önemli rolü bulunan ve ana

Belediye

trafik akınılannın olduğu kıyıya paralel bulvar ve

Kavşağı,

caddeler, bu caddeler arasında bağiantıyı sağlayan

Sakarya

Caddesi-Bağlar Caddesi-Serdivan Caddesi 19.Ölçüm

İstasyonu;

Belediye

Caddesi,

Üniversitesi Fen Edebiyat Fakültesi Önü,

önemli kavşaklar ve trafik akımlarının içinde yer alan

2 0.Ölçüm İstasyonu; Mithatpaşa Hemzemin Geçidi,

meydanlarda yapılmıştır. Bu ölçümler için önemli

2 l .Ölçüm

görülen 22 adet istasyon belirlenmiştir.

İstasyonu;

Cadde ve bulvarlarda üzerinde

fiziksel

yapılan ölçünıler,

farklılıklar

dikkate

cadde

İstasyonu; Sigorta Adnan

meydaıun

dört

gerçekleştirilmiştir.

farklı Tüm

noktasında

ölçümler,

TS

alınarak

ölçüm 2606'

da

Caddesi,

22.Ölçüm Devlet

Hastahanesi önü.

ID. SONUÇLAR

belirlenmiş noktalarda ve caddenin her iki tarafından yapılıruştır. Kavşak ve meydanlarda ise, kavşak ve

Kavşağı,

Menderes

Adapazarı (Merkez), Serdivan ve Erenler' de 22 adet istasyonda yapılan gürültü

ölçümü çalışması

belirtilen ölçme yöntemi (yerden 1.5 m yükseklikte ve

sonucuna göre hafta içi ve hafta sonu tesbit edilen en

ses yansıtıcı yapılardan en az 3.5 m uzaklıkta) ile

yüksek değerler Şekil 2' de gösterilmiştir.

yapılmıştır (18). Yapılan çalışmada; proje araştırması Ekim 1995 Haziran ı 996 tarihleri arasında sürmekle birlikte,

I,

2 ,3, 4, 7, l l , 13, 16, 2 0, 21 ve 22 nolu

istasyonlardaki hafta içi ve hafta sonu ölçüm sonuçları Çevre

Kanununun

141'

nci

maddesi

uyannca

ölçümler Nisan 1996 - Haziran 1996 ayları arasında

11.12.1996 tarihli ve 19308 sayılı resmi gazetede

hafta içi ve

yayınlanan

hafta sonlannı kapsamaktadır. Y apılan

"Gürültü

Kontrol

Yönetmeliği'' nde

ölçümler sonucunda elde edilen değerlerden, herbir

''Trafik Gürültüsü" için verilen üst değeri (70 dBA)

istasyon için eşdeğer gürültü seviyeleri hesaplanmıştır.

aştığı görülmektedir. 6' ncı istasyonda; hafta içi ve

%90'nın ve

hafta sonu, 5, 8, 9, 10, 12, 15, 17' nci İstasyonlarda;

%50'sinin eşit ve daha büyük olduğu gürültü seviye

hafta içi gürültü seviyeleri 70 dBA' yı aşmakta olup,

Aynca ölçülen gürültülerin %10'un,

değerleri belirlenmiştir. Bu değerler yardımıyla, trafik

hafta sonu gürültü ölçümü, üst sınır değer 70 dBA' ya

gürültü indeksi seviyesi ve gürültü seviyesi değerleri hesaplanmıştır.

yakın bulunmuştur. Yapılan ölçüm sonuçlanna göre

Yapılan

çalışmalarda

TS

2604'

de

belirtilen

duyarlı sonometrelerden (19). A ve C fonksiyonlu 30130 dBA arasında ölçüm yapabilen dijital göstergeli

gürültü seviyesi en düşük istasyonlar; 18 ve 19 nolu istasyonlardır. Bu ölçürolerin sonucu ve değerlendirmesi olarak ; Sakarya

ilinde

gürültü

kontrolü

için

alınacak

3


•I-WTA!Çt

(/) lll � lll

...

'< ııı

mlfWTASONU

::ı a. (!) -i ... lll :!ı � A lll '< ::ı lll � G>

ı:: ... ı::: ;::;

:?

ı::: < (!) A o ::ı ....

·.:;j

·::; rı:ı

...

2..

if]

'::ı E--<

ı::

5

Cı:: '::ı o

İl

12

!3

i4

ts

i6

i7

!8

i9

tıo

ll l

112

113

öLçüM İSTASYONU

.ı>.

Şekil

2. Hafta

İçi

ve Hafta Sonu Tesbit Edilen En Yüksek Gürültü Ölçüm Değerleri

il4

tıs

116

117

118

119

120

121

122


t<..IIGtıt

-·- -

.

. . - ----·,

···--

önlemler, genel olarak; devlet ve yerel yönetimlerce alınacak önlemler ve toplum olarak alınacak önlemler şeklinde iki grup altında toplanabilir. Devlet

ve yerel yönetimlerce alınacak önlemler:

ı-Gürültülü bölgelerde gereken önlemlerin alınması, 2-Yerel yönetime bağlı kent kuruluşlarının kendi yönetm elik ve tüzüklerinde gürültü konusunda gerekli düıenlemeleri yapması, 3-Şehir içinde kent alanları ile içiçe girıniş küçük sanayi , atölye ve imalathanelerin çıkarılması, 4-Yapılarda gürültü kent dışına iyileştirilmesi ıçın yönetmelikler koşullarının hazırlanması, 5-Sık sık hafriyat, kazı, yol yapırnını ger ektirmeyecek önlemlerin alınması, 6-Şehir içi taşımada gürültüsüz toplu taşıtların tercih edilmesi (raylı sistem), 7-Taşıt trafiğinin hızlı akışının sağlanması, 8-0tobüs ve dolmuş durakları ile trafik ışıklarııun gürültü azalımı dikkate alınarak yeniden düıenlenmesi, 9-Ulaşım kurallarının sıkı bir şekilde bağırarak yolcu denetlenmesi (klakson yasağı, toplama), ı O-Gürültü yapan endüstriyel alanların sıkı bir şekilde ağaçlandınlması, I i-Merkez demiryolu istasyonunun. şehir dışına çıkarılması, 12-Şehir çevresinde toplu otoparkların inşa edilmesi, 13- Şehir içinde, megofonla bağınlarak yapılan her türlü satışın yasaklanması, 14- Şehir içinde bulunan şantiyelerde güıiiltü yaparı araçların çalışma saatlerinin belirlenmesi, 15-Tır ve şehirlerarası otobüs gibi büyük taşıtların kent içinde park yapmalarının engellenmesi, 16-Gürültü konusunda konulacak cezaların titizlikle uygulanması, 17 -Alternatif şehir merkezleri oluşturulması, 18-Toplu alışveriş merkezlerinin şehir dışına inşası, 19-Zaman zaman gerek şoförleri, gerekse halkı bilinçfendirecek seminer ve konferans gibi, eğitim çalışmalannın düzenlenmesi şeklinde sıralanabilir.

Toplum olarak alınacak önlemler:

ı -Gürültü

yapan işyeri, atölye , v asıta ve sanayi kuruluşları için toplu

ve

ısrarlı

başvurularda

bulunulması,

2-

Yapılarda gürültüye karşı ses yalıtırnlı malzemelerin

kullanılması, 3-Çift can1 kullanılması, 4-Pencerelerin genellikle kapalı tutulması ve gürültüsüz klima yaygınlaştırılması, 5-Balkon kullanılmasının peepetlerinden gürültü engeli olarak faydalanılması, 6Duvar ve tavanların ses emici özelliği olan materyallerle kaplanması veya sıvanması, 7-Yapı içerisinde yüksek sesle konuşulmaması, asansör, hidrofor, su tesisatı ve çöp hacalarının gürültü çıkartmaması için gerekli önlemler alınması, 8-Çeşitli yayın organları kullanarak halkın gürültü konusunda bilinçlendirilmesi şeklinde sıralanabilir.

m.

KAYNAKLAR

(1) Hassel, J.R. and Zaverki, K. "Acoustic Noise Measurements", Denmark, (1979). (2) Pandey, G.N. and Carney, G .C., "Environmental Engineering", Tata Mc Graw-Hill, Delhi, 252-271, (1989). (3) Altay, A., "İstanbul' da Trafikten Kaynaklanan Gürültünün Değerlendirilmesi ve Kontrolü" Türk Devletleri Arasında 1. İlıni İşbirliği Konferansı, Lefkoşe, 55-63, (1992). (4) Ayvaz, Z., ''Trafık Kaynaklı Gürültü Kirliliği ve 1.Uluslararası Koruma Önlenmesi", Çevre Sempozyumu Bildirileri Kitabı 2, İzmir, 509-539, (1992). (5) Gönüllü, T., "Gürültü Kontrolu" Yıldız Teknik Üniversitesi, İstanbul, (1993). (6) Karpuzcu, M., "Çevre Kirlenmesi ve Kontrolü", Kubbealtı Neşriyatı, 181-226, İstanbul, (1994). (7) Çakıcı, H., "Gürültü Yapısı", !.Ulusal Gürültü Kongresi Bildiri Kitabı, Uludağ, 1-7, (1994). (8) Ergun, O.N. ve Kulein, A. "Samsun Şehir Merkezinde Yanlış Şehirleşmeden Kaynaklanan Gürültü K.irlenmesi", Türk Devletleri Arasında 1. İlmi İşbirliği Konferansı, 227-236, Lefkoşe, (1992). (9) Tekalan, Ş.A., "Gürültünün işitme ve Diğer Sistemler Üzerinde Etkileri" Ekoloji-Çevre Dergisi, 1, İzmir , 2-l l , (1991). (10) Cur:ı, 0., "Gürültü ve Sağlık", 1. Ulusal Gürültü Kongresi Bildirileri Kitabı, Uludağ , 74-82, (1994). (I 1) Özdoğan, A., "İstanbul Şehri Değişik Bölgelerinde Trafık Gürültü Sorunu" Doktora Tezi. Cerrahpaşa Tıp Fakültesi, İstanbul, (1991). (12) Pakman, B., "Trafik Gürültüsünün Nedenleri ve Alınabilecek Önlemler", Karayollan Vakfı D ergisi, Ankara, 17.27-31, (1990). (13) Korra, S., Aksükür, N. ve Arık, A., ''İstanbul' da Çevre G ürültüsünün Kaynaklannın Saptanması ve Gürültü Denetimi Ölçütlerinin Belirlenmesi", TÜBİTAK , Mühendislik Araştırma Gurubu, İstanbul, (1981). (14) T.C. Başbakanlık Çevre Müsteşarlığı, Gürültü Kontrol Yönetmeliği, Resmi Gazete, Ankara, ı 1.12.1986, ı 9308, (1986). (15) Davis, M.L. and Cornwell, D.A., "Environmental Engineering", McGraw-Hill, Singapore, 500-580, (1991). (16) Boeker, E. and Grandelle, R. van, "Environmental Physics", John Wiley & Sons, England, 286-339, (1995). (17) Sakarya Valiliği, İl Emniyet Müdürlüğü, Trafik Şube Müdürlüğü Kayıtları, Sakarya, (1996). (18) TSE, "Akustik, Toplumsal Yaşanı Yönünden Gürültünün Değerlendirilmesi" Türk Standartları Enstitüsü, Ankara, TS 2606, (1977). (19) TSE, ''Duyarlı Sonometreler, Duyarlı Ses Servisi Ölçü Aleti", Türk Standartları Enstitüsü, Ankara, TS 2604, (1977).

5


SAU ren oııımıerı ı:.nstıtusu Dergisi 1 (1998) 7-14

DESIGN AND IMPLEMENTATION OF CAN 1 CAN, CAN 1 ETHERNET AND CAN 1 ATM BRIDGES Hüseyin Ekiz, Osman Çerezci, Sakarya University, Adapazarı, Turkey Email. ekiz@esentepe.sau.edu. tr

used in an industrial environment, since the CAN bus

ABSTRACT

The Controller Area Network (CAN) is a high performance

solutions is to segment the CAN system and, then, to

cornmunication

connect them using an internetworking devices such as

protocol which effıciently supports distributed real-time

bridge. In addition, in an industrial environment, while

and

highly

reliable

advanced

serial

control systems at high speed, low cost, and a very high

the CAN is used by manufacturing sections to control

level data security. The CAN was originally developed as

the systems, the management department can use a LAN

an automotive standard for a serial interface between

(Ethernet, ATM LAN, ete.). Furthermore, the CAN­

electronic control units, but in a short time, it has become

hased

industrial

application

may

a backbone

need

a desirable, cheap solution for networks in

industrial

environments. The fast growth of the CAN in

system, such as Ethernet or ATM, to extend the size of

industrial

the distributed area.

applications results some potential problems such as the size of the area that the devices, controlled by the CAN, are distributed and the communication between the CAN

the existing network systems (such as Ethernet or ATM).

and

One of the solutions to these problems is to use bridges. However, the characteristics of the CAN creates problems, when CAN segments are connected by a bridge, since

CAN frames do not contain any information related to destination address, source address, or LAN number that are used by traditional address-hased bridges for routing decisions.

Thus,

protocol features)

new

bridges

(suitable for

the

CAN

must be designed to overcome

the

problems.

bridge proposal to connect CAN segments, but also to design and implement

bridges that connect the CAN and

existing LAN s and provide communication between them. I. INTRODUCTION

the interconnected CAN systems and the presentation of

1 CAN, CAN 1 Ethernet and 1 ATM bridges are going to be discussed.

the models of the CAN CAN

1.1. Controller Area Network Protocol

The Controller Area Network communication protocol an

is a contention-based serial cornmunication. As

access method, the CAN uses CSMA/CR, Carrier Sense Multiple Access with Collision Resolution. The CAN in

serial

although

nature

is

unlike

many

serial

communication protocols; it contains no information

lt has been shown that the CAN technology is very useful

which

the message contains an identifier which indicates the type of information

contained

in the message. The

identifier is not only used to identify the message but also

used

in the

arbitration mechanism.

The CAN

associates a priority with each message to be sent and uses a special arbitration mechanism

to ensure that the

highest priority message is the one transmitted.

for any product/system with multiple microcontrollers and general purpose sensor/actuator bus systems for distributed real time control

In the following, after a brief explanation about the CAN protocol, the investigation of the characteristics of

relating to the destination or source addresses. Instead,

The objective of this paper is not only to investigate the characteristics of bridged CAN systems and to give a

could be used in

industrial

automation [I]. However, problems arise when the CAN is

6

has a limited length. In this case, one of the appropriate

In CAN, data is transmitted as a message consisting of between

1 and 8 bytes. A message may be transmitted

periodically, sporadically, or on-demand and is sent as a frame (Figure

1 ) More detail about the CAN protocol .

and CAN frames can be found in [2].

7


Design and lmplementation of CAN/CAN, CAN/Ethernet and CAN/ATM Bridges

Cootrol

CRCField

Data Field

1

ACK Eııdof F

ı;rame ı ır:ı

Bw !die

Figure 1. Standard CAN data frarne fonnat

II. DESIGN AND IMPLEMENTATION OF A CAN CANBRIDGE

1

A bridge is a device that interconnects LANs and allows stations

connected

to similar or

dissimilar LANs to

communicate as if both stations were on the same LAN [3,4]. This means that a bridge can be used to exten

� the

size of a CAN in industrial environments and to provıde a communication between the CAN and existing LANs (i.e., Ethernet or ATM). However, the characteristic of the CAN creates problems, when they are connected by a . internetworking device, since its' messages do not contaın any information related to destination address, source address, or LAN number that are used by traditional

protocol. The proposed solution in the designed system to set the related registers of CAN chips to appropriate values. A pass-through bridge design

is

which provides a service to extend the size of CAN­ hased systems and a hardware proposal are presented in following. The CAN

1 CAN bridge architecture can be modelled 2. Assuroing a two port bridge, the

as shown in Figure

bridge consists of two network interfaces for CAN networks, two dedicated Arbitration Field Processing Unit (AFPU), a shared memory unit

for the database

(look-up table), and a central processing unit to necessary control functions.

provide

address-hased bridges for routing decisions. Thus, a new

The Central Processing Unit (CPU) should exhibit

bridge (suitable for the CAN protocol features) must be _ designed to extend the size of C A N systems or to pr�v �de

performance to interpret frame relaying decisions the AFPU and reschedule the received frames.

high

from

The

comm u nication between the CAN and other exıstıng

CAN Interface (CI) unit provides an interface between

systems [5].

the bridge and the CAN systems. This unit perfonns noı

One of the irnportant issues in the design of a CAN

1 CAN

br!dge is to choose the information that is used for routing decisions. appropriate

The

bridge

information

to

be

which

designed is

valid

should

use

in the CAN

protocol. It is proposed that the arbitration field of the CAN frame is used by the bridge for routing decisions. One other irnportant issue to be considered in the bridge design is to solve the potential problems which arise when the bridge is used to interconnect systems. One example in our case is

the

acknowledge process of the CAN

AFPU. Arbiıruion Field: Processıng Uniı :

only CAN frame reception and transmission but also al other CAN protocol functions such as CRC processing The CI units comprise two integrated circuits; is a microcontroller which performs the

involved and the second is a CAN chip that implemen1 all of the CAN protocols. The AFPU is the heart bridge and it is

responsible for generating

of th franı

relaying decisions. Detail of the bridge processes

elements and the solution of the acknowledgeme: process can be found in [6].

Core

ı-----ı

Buffer2

Central Processing U nit

CAN System

the fus

function

1

Figure 2. General block diagraın of CAN 1 CAN Bridge and bridged CAN based networking system


-

H.Ekiz, O.Çerezci

2.1. The modeliing environments and

simulation

results

A comnıercial simulation package that has been developed to model network systems and network devices was used to model the bridge shown in Figure 2. ln the simulation, the simulation program models three processes, namely; bridge operation, bridge-CAN int erconnection, and the transmission and reception of frames. It was assumed that a microprocessor, M68000, perfonns the bridge core processes. For simplicity the simulation model is based upon the following assumptions.

In surnmary, the designed bridge has fulfilled the objectives and it overcomes the limitations mentioned in the previous sections. Both parameters, delay and throughput which are related to the perfonnance of the bridge, are satisfactory. However, the designed bridge can connect only CAN systems. But, the commonication between CAN and Ethernet or ATM systems is going to be a reality in the near future. % Uillzation of CAN lnterfaces In the Brldge

-. •. -%700Clloc::allrm1:ie

a) The features of the CAN evaluation board from I&Me products were chosen in the implementation to d efıne the CAN interfaces [7].

�t ı ı

1

b) The process times were measured as delays: receive frame and write butfer time, bridge core process time, and frame transmit or discard time.

o

i---�--· ---�-2000

100

3000

5000

'--1 T.......ı Mossage ,....,_,Second

6000

c) The CAN system bus speed was chosen as !Mbit/sec.

t 1 .t

s

:s

ıe

ıe nt

"'ol.tilization cl CAN aıses

d) Tn the networking system (Figure 2), the message traffic was defined with various local message/remote message ratio as % 70/30, 60/40, 50/50, 30170. To obtain the performance of the designed CAN 1 CAN bridge, the system (Figure 2) was loaded with various locaVremote message ratios. This model indicates that a CAN to CAN bridge overcomes the limitation (size of the CAN). The performance of the designed bridge was evaluated from the utilisation of the bridge and the bus systems (Figure 3) and the total processing time of the bridge (Figure 4) with ditferent loads. The utilisation of the bridge elements and the CAN buses are less than 50 % utilisation when the load is about 5000 frame/second. This indicates that the designed bridge performance is adequate to interconnect the CAN segments. It can be concluded that the total process time of the bridge (two frame receive 1 transmit time) is acceptable for the C A N systems and the throughput of the designed bridge is satisfactory in the system.

----�--�·�

ı.o.ı 1 Traısferred Message 1 Second

45 40 35 c

i5 �

30 25 20 15 10 5

1

!

1

t ı

o,_

ln

addition, in the bridge design, one of the most important parameters is the. required buffer size. Although the required buffer size changes depending upon the message traffic, the designed system gives a general idea about the required buffer size. The size of bu ffer, in the worst case, must be minimum 5* 108 bits in the designed system (Figure 4). This means that there are 5 frames in the queue in the worst case.

- --- �

% Utıllzatlon of the Brldge Core

E

%70130

locaVrerrote

%50/50

e ıocaVrermte

%60/•olocallrerrot

%30fi0

locaVrerrote

--+-----�----� ------

2000

4000

6000

8000

10000

12000

Lo ad 1 Transferred Message Number 1 S. co nd

Figure 3. Util isation of the designed bridge elements and CAN bus es

9


L,.IÇ'-71�··

4{)0 350

� �

250

150

300

eıoo

c.ııı••""

····t'·-···-···

......

·-··

_

.... ..

.

.

Mul tiple Access 1 Collision Dedection used by the Ethernet protocol.

Tota 1 Process Time of the Bridge

ı!

I

:

--i

t

1§%

The bridge contains the worst case translation that requires creation or loss of fıelds representing unmatc hed services. For example, the CAN supports priority but the Ethernet does not. In this case, the translation process Ioses the priority. When forwarding in the opposite direction, the bridge must insert the priority. Another incompatibility is in frame sizes. The Ethernet supports a larger frame size than the CAN. Therefore, translation requires the adding or removing of padding.

:� ----=====---'<1 ===----� � 1or.i-o �avreırotej

_ _ ...,.,__ -- _ _ -..---

1

_._ %6CV40 ıocavrerrote

_.__ %50150 locaVrerrote

; 100 T --x- %30/10 ıocaVrermte ----- � 50T -­ -4-o �-3000 2500 2000 1000 1500 soo Load- Message f.llmber from each slde of the brldge

3500

The structure of the bridge may be different from the implementation point of view. However, in general, the processes which should be performed on the frames and the desired services in a CAN 1 Ethernet bridge will be the same. The number of bridge elements, their domain of operations, and their relations to each other should be such that they are able to perform the processes required and provide the necessary services. The detail of the required services and design principle of the bridge can be found in (8].

Required aıtrer Size in Ports of aidge

5,

-+-

%?CY.i:l�l

_._ o/o6!Y40 ıocan-errtte i _._ o/.'iQI!'IJ ıocan-errtte

ı

--.-- o/.:n'?O ıocan-errtte .

o

!'QO

1000

1!'QQ

2000

4.1.

R>celved Message lll.ımber

lll- DESIGN AND IMPLEMENTATION OF A CAN

The modeliing

environment and simulation

results

Figure 4. Total processing times of the bridge and required buffers size

ETHERNET BRIDGE

(CSMA/CD) is

1

When a new network protocol becomes popular in the short term, one of the subjects to study is the coınmunication between the new system and existing systems. While the CAN is used in the manufacturing unit of an industrial plant, the Ethernet may be employed by another department. In this case, it is necessity to use a bridge which is capable of connecting the CAN and Ethernet networks. The bridge should provide services to transiate dissimilar frame formats and to coınmunicate different data link layer protocols. The proposed solution for the connection of CAN and .Ethernet systems is to use a translation bridge. A translation bridge connects LANs which use dissimilar frame formats and different data link layer protocols. A CAN 1 Ethernet translating bridge design and a hardware proposal for the designed system are presented below. Both the CAN and the Ethernet systems have different frame formats (Figure 1 and 5) and practise different Medium Access Control (MAC) mechanisms and routing algorithms. For routing, the CAN uses the selection mechanism (algorithm) and the Ethernet practises the address routing mechanism. As the MAC mechanism, the CAN protocol uses the Collision Sense Multiple Access 1 Collision Resolution (CSMA/CR), v,rhilst Collision Sense

In the implementation of the system, the bridge elements, the CAN network, and the Ethernet LAN were modelled. For simplicity, the simulation model for each system and each bridge entity is based on the following assumptions. i-The CAN and the Ethernet systems: In the implementation of the CAN system and the CAN Interface Entity, the CAN board features from the I&Me product were used [7]. The IEEE 802.3 standard ( 1OBASE-5) is used to model all the Ethernet features. ii-The CAN 1 Ethernet Learning and Filtering Entities : The leaming and fıltering processes of each port of the bridge is done in paralle I by each 'Learning and Filtering Entity'. A M68000 microprocessor with i ts peripherals is used to implement each of the Learning and Filtering Entities. iii-The CEFE and ECFE modules: Each of the these entities comprises two parts; a M68000 microprocessor based forwarding part and a memory. It is assumed that in order to manage the database tables of the CEFE a nd ECFE, Contents Addressable Data Managers (CADM) were used. iv-The BME and Memory: A M68000 microprocessor with its peripherals was used to model the BME. The Sony product memory features were chosen for memory to bui id up the database tables.

10


H.Ekiz, O.Çerezci

<15 18

- r- a_ _p l- - � -P e m e

D es

;

Optiona l

- l --;::- l -- - - -_ - -- .- - ı - -. 1ıin t n 1 -- -u_ c aa So r e a io L ng h D t Address lndicator

Fram e check Sequ ence

Address

Ethernet Mes sage Format

M

a

n a gement E ntity

Eth ernet

Filleri n g &

Filtering &

E n tity

E n tity

Lea rning

Lea rning

CAN Network

E th er n et Netw or k

Figure S. Ethernet message and the functionality diagram of the CAN 1 Ethernet bridge v-

In the internetworking system, the message traftic

was

defıned

with

message ratio as

various

local

message/remote

time,

% 80/20, 70/30, 60/40, 50/50.

To obtain the performance of the designed bridge, the bridged system was loaded with various

was evaluated from the utilisation of the bus systems, mean message arrival time to the destination node, and the total processing time of the bridge

with different

loads.

CAN

60

local/remote

message ratios. The performance of the designed bridge

From Figure

6, it is concluded that both the systems,

number on messages

50

40

% Utilization of the C A N B us Lo cal/

1

1 +

;; ·f1 .� :;)

30 10

1 second to work under an appropriate bus 50%). It can be deduced from the

60

graph shown in Figure 7 that the message arrival time

have the highest priority, while CNl to ENI messages

The rate at which frames are processed and forwarded for transmission from one port to another is called the bridge forwarding rate. As can be seen in Figure

8, the

bridge forwarding rate affects the process time of the messages only under heavy loads (more than

c o :;:ı

have the lowest priority.

50 % bus

utilisation) and at high remote message ratios. Both the total process time of the bridge and message arrival

-- �-

2000

---- �-- - - ------. 4000 3000

Lo ad (Transferred M e s s age

utilisation (less than

priority. In the designed system, CN8 to EN8 messages

L;=7

20

1 second. This means that the message both sides should be less than 3000

(from CAN to Ethernet) depends on the message

a Rem o te M es R tio

80120%1 -----70130% •

o !---·--·-�-· o 1000

and Ethernet, can support message traffic up to

3000 message

500 microseconds, are acceptable for an

about

intercorınected CAN system.

50 40 30

1

Second)

% Utilization of the Ethernet Bus

f

Lo cal/ Remote M es Ratio �80/20%]

20 10 o

o

----+---

500

-·;

� ----- -----+-------.,2000 1500 1000

-----

2500

Load (Tran s f e rred M e s s a g e/Se c o nd)

Figure 6. Utilisation of the buses with different message ratios in the proposed system

11


LJÇ;;)I�II cUIU llllf-'IC'IIIIICIUctLIVII VI

VMI'41VI""\I'ıl,

v'""'ı•ı- .. •·-· · ·-·

Message Arrival Time (CNB

500 Gı E i= � > ·;::

'O c: o

u Cl)

.,

< e u c: "' :i Cl) ::E

to

-· ·

EN8)

-g o :ıı

T

1

200

-

300

2 50

150

"

400 T 300

:��

::;; 200

Lo cal/ Remote M es Ratio

11

---+-- B0/20%

--- 70/30%

11

'ii� ::ı

1 1 ---)(--- 50/50 ;J 1 --..- so/40%

100 T

100 50 o

------���----���-o �--------�---150 100 50 o

t� ı � . - -·""--

Total Process Tim e of the Brd i ge

...

10 0 0

.. > ·e "

B

"' "

'ii c ı: ..

..

::;;

t : =:=��:��:

Locai/Remote M es

o

o

50

_

100

o

soo

200

300

400

soo

60t

400

.. ..

::;;

Ethernet)

500

100

1 ı

o

...•,....,.·"',.;''"'

dcai/Remote M es Ratıı: -+-80/20% -4-70/30% 60/40%

+-----!--

o

/

/

... . ..--"

T 1

l1

/

' /

/

300 200

!

'

1

;. .. o ı:

150

700

i

600-

a;

200

-----,�-

._,. 50/ 50% 1c__ _

600 400 800 Load (Message Nu m bar/Second)

100

Figure 8. Total processing time in the both ports of the bridge

1

The Controller Area Network (CAN) and Asynchronous Transfer Mode (ATM) are two very new communication protocols. Because of the diversity of their applications, the need to interconnect them is going to be a fact in the very near future. This part of the study is concemed with the design and implementation of a 'CAN 1 ATM Bridge'. The CAN

60140%

---50/50%. � L-----+----r--�-

u

i

_ __

IV. DESIGN AND IMPLEMENTATION OF A CAN

4.1.

----70130%

900 T

� " E

Figure 7. Mean message arrival time to destination node

ATMBRIDGE

-+-80120%•

1000 -

'O ı: o

/

So nt m e s s age Nu m bor 1 Se cond

Lo caL! Remote M es Ratlo

Total Process Time of the Brd l ge (CAN to

EN1)

10 0

)ll-

Load (Transfe rred Message /Second)

//

Ratlo

: : (-- ::: �I:

80 0

--

____...,___. - ------- " . . ...><-'"....

,.;:.-"··�----- - -><·-·

i

Sent MessageNumber 1 Second

M e ssage Arrival T ime (CN1 to

� ..

.

(Ethernet to CAN)

1 ATM Bridge Implementation and

Simulation Results

The CAN and the ATM LAN have different frame formats (Figure 1 and Figure 9) and practise different routing algorithms. For routing, the CAN uses the connectionless method while the ATM practises connection oriented routing mechanism. In addition, the CAN uses a shared bus with medium access control (MAC), while a star solution is preferred in ATM LANs. So, the internetworking device to be designed to connect two networks can be a two port 'CAN 1 ATM Bridge' which is capable of connecting a CAN and an ATM LAN. This bridge contains the worst case translation that requires creation or loss of fields representing unmatched services. Figure 9 illustrates the proposed system architecture that connects the CAN and the ATM systems. In this system, the reformatİon from the CAN frame into the ATM cell format or vice versa is performed in three phases by the related entities: i-Discard unnecessary parts, ii-Modify invalid parts offrame,

iii-Add new parts. It is proposed to use the AAL3/4 connection oriented transmission protocol for the communication in the ATM network. The MID field of the ATM cell is used as the arbitration field of the CAN frame. When a node wants to send a message to the CAN side, it puts the arbitration field value of the CAN frame into the MID field of the ATM eel!. This results in that the proposed method will not need to use a database table for the incorporation of the arbitration field during the mapping process. It is alsa proposed that if destination of the ATM message is in the CAN side, that message can contain only one ce ll because of the CAN protocol features. The general block diagram of the CAN 1 ATM Bridge is shown in Figure 10. Detail of the entities which are related to the CAN side and the solutions of the problems which arise during the interconnection of CAN systems can be found in [9]. In the implementation, the simulation program models three systems: the bridge elements, CAN network, and the ATM LAN. As seen in Figure 9, the CAN 1 ATM bridge not only provides a service to interconnect a CAN system and an ATM LAN but alsa performs all the required functions for the communication between end systems. The performance of the designed bridge was evaluated from the utilisation of the CAN and the ATM sides of bridge elements and total processing time of the bridge (Figure 1 I) with different loads.

12


H.Ekiz, O.Çerezci

From the figures, it is concluded that

both sides of the

bridge and both systems supports message traffıc up to 50% utilisation of the CAN bus. The utilisation of the ATM side bridge elements are lower than that of the CAN s ide and the system can support message traffic up to 6000 messages

1

see on the CAN side and up to 10000 messages/sec on the ATM

s ide.

Beyond

GFC

(4 bits)

this

VPIIVCI

(24 bits)

number

PT !

(3 bits)

of

CLP

(I bit)

messages,

the

CRC (8 bits)

(2 bits)

Header

ST

performance of the CAN side bridge elements can be influenced by an increase in the Ioad. As can be seen in Figure ı ı, the bridge forwarding rate affects the process time of the messages only with a load of more than ı500 messages per second in the ATM to CAN process. This amount of message traffic is satisfactory in the CAN

SN

MID

(4 bits)

(10 bits)

CRC

LI (6 bits)

(lO bits)

Payload

CAN END NO DES

ATMlCAN BRlDGE BRIDGING

APPLICA T ION

DATA

(352 bits)

ATM Cell Format

ATM END HOSTS

1 ATM connection.

APPLICATION

APPLICA TION

AALJ/4

DATA LINK

DATA LINK

LAYER

LAYEJl

LA YER

PHYS LAYER

PHYS LAYER

I

ı

APPLICATION LAN

EMULA.

AALJ/4

AAL3i4

LAYER

LAYER

ATMSWITCH

MAC ATM LAYER

PHYS LAYER

1

ATM LAYER

PHYS LAYER

ATM LAYER

J l

PHYS

ATMLAN STAR TOPOLOGY

PHYS

J

ATM LAYER

PHYS

PHYS

ı

PHYS

ı

ı

CAN BUS TOPOLOGY

Figure 9. ATM cell structure and the layered architecture of the CAN 1 ATMbridge

CAN Filtering & Learning Entity

Forwarding Entity

ATM to CAN

Forwarding Entity

A T MLAN

CA N Net w o rk

Figure 10. The functionality block diagram ofthe CAN 1 ATMbridge

First, bridged CAN topologies were investigated to find

Conclusion A bridge must provide a selective frame retransmission

function

and

interface

operation

which

allows

communication between dissimilar systems. The objective

of this research has been the design and implementation of bridges

which

provide

services

that

achieve

the

interconnection of CAN segments or interconnection of Ethernet

1 ATM systems.

the appropriate solution to extend the size of the CAN based systems in industrial environments. The results were implied that bridged topologies can be applied to CAN

based

environments. selective

controlling

systems

Second,

bridge

frame

interconnected

a

retransmıssıon

CAN

system

in that

distributed provides

function

was

a

in

the

designed

and

implemented. The designed bridge has fulfılled the objectives

and it overcomes the Iimitation of the

13


Design and lmplementation of CAN/CAN, CAN/Ethernet and CAN/ATM Bridges

distributed area size. It is concluded that the parameters,

the bridge, are satisfactory in meeting the overall

delay and throughput which are related to the performance

requirements.

of

the

bridge,

are

satisfactory.

Third,

design

and

implementation of a bridge which provides a service that achieves the interconnection of CAN and Ethernet was presented. The bridge provides an adequate service between the CAN and the E thernet system. lt has been shown that the parameters, processing time, retransmission delay, and required buffer size which are related to the performance of

ı

60

% Utilization of CAN S ide

"if'.

related to the performance of the bridge are

o ı:

5

;!.

Utilization of the CAN bus Utilization of

2000

%

in

n s 83

SAE

Kirby,

of

'Transparent

A.,

L o cal Area Network

with

3,

Utilization of the

ATM

10000

2, 1984, pp ıı6-ı30.

F, 'Data communication, computer Pub.

[4]. Halsali

networks, open systerns', Addison-Wesley 1996, USA,

[5]. Ekiz H., Kutlu A., Powner ET., 'Performance Analysis

of

Procceding

side Elemenis

no

CAN

of

in

System s',

Bridged

Communication Symp osium ,

II

Manchester, June 1995.

[6] Ekiz H., Kutlu A., Powner ET., 'Performance

1

61 J

,r / /

1

of IEEE [7]

- A"LC.E F o;b:;u;;�s -rl _.._ ...,.-;; % ;-;-;; iz "'= :-:c a-;c: tio :-= PE"' he Arn n-:: Ut� o..-:f t;;:-::-A --% UUization of ATM Sw �ch - Host4 connection -i>- Utilization of A PIE

5000

j

1 CAN Bridge', Proceedings October- 1

ICNP'96 Conference, 29

November 1996, Ohio, USA, pp. 18 1 - ı 88

10000

15000

20000

Processed message number 1 Second

,

e

B.,

Analysis of a CAN

300 1 250 . .. � -g200 � �150 e � -�100 � ..

8000

i

o

s ••

6000

4000

o 1

:ı;

Cl& CAFE bus

Number of processed message 1 Second

' 8 ..

o

protocol',

bridges', Telecomrnunication Network vol.

o

ın o

Hawe,

[3].

Interconnection

L-----+----1----- -;--- --1----ı

2

Network (CAN), LAN

226-248

12'

Area

vehicle comrnunication

Utiliz ation of ClE

10

the

March 1990, SEA Information Report, pp. 20.

10 o

of

satisfactory in meeting the o verall requirements. [2]. 'Controller

i .!.

20

proposal was

characteristic

that the parameters, process time, utilisation of the

Elemenis

i ı

5

general

bridge elements, and required buffer size which are

1

30

and

proposed bridge were investigated. lt is concluded

SOT ı: 40

1 ATM bridge

Finally, a CAN presented

1

ı·

50 .ı.

ı

System

Manual,

[8]. H. Ekiz, A. Kutlu, M.D. Baba, E.T. Powner,

'Design and lmplernentation of a CAN 1 Ethemet d Bridge', Proceedings of 3' International CAN

LAN

Bridge",

International

Proceedings

Synposium

on

of

1997, Antalya, Turkey

1

ATM

Twelfth

Computer

Information Sciences - ISCIS, pp., 27-29

--+-CAN toA1M

with

l&Me,

Germany, ı990.

"Design and lmplementation of a CAN

.../

User

Illi 7-1 1 /26

_

Evaluation

CPU

[9]. Ekiz H., E . Stipidis, Kutlu A., Powner ET_,

/

••..

Network

Conference, ı-2 October 1 996, Paris, France, pp.

CAN 1 ATM Bridge Process Time

·------­ ·----·

BCAN

80C552/80Cı96

and

October

. ı me l ProcessTi�

Ti =me J = == = === ess= N=Proc TM =oCA ===t �-=A �� o L'-----rı--- �L� � o

500

1000

Transferred Message !Wmber

1500

1 Second

2000

Fıgure ı 1. Utilisatıon of CAN/ATM sıde elements and processıng tımes in the CAN 1 ATM Bridge

References [1] M clauglin R., 'CAN Controlling from cars to X­ rays', IEE Networking May 95, UK.

14


SAÜ Fen 1 (1998)

Bilimleri Enstitüsü Dergisi 15-20

SCADA SİSTEMİ YARDIMIYLA ENERJİ DAGITIM SİSTEMLERİNDE HARMONİKLERİN ÖLÇÜLMESi Etem KÖKLÜKAYA

MehmetBAYRAK

SAO Mühendislik Fakültesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü

' •

�·..

ÖZET

Doymuş transfonnatörler, Transfonnatör mıknatıslanma akımları, • Transfonnatör nötr baglantılan, • Doğrultucular, • Doğru akım motor sürUcüleri, • Kesintisiz güç kaynaklan, • Ark fırınlan, • Statik reaktif güç kompanzasyonu, • Frekans dönüştürücüler, • Statik motor yol alma devreleri, • Elektronik balastlar, • Anahtarlamalı güç kaynakları. • •

Ene�i dagıtım sisteminde başta elektrik motorlan hız kontrol devrelerinin oluşturdugu yilider olmak üzere lineer olmayan yül<ler hızla artmaktadır. Bu yüklerin oluşturdugu harmonikler, gerek şebekenin işletmesinde ve gerekse tüketicilerde birçok olumsuz etki yapmaktadır. Bu çalışmada SCADA sistemiyle enerji dağıtım sistemlerinde harmanikierin ölçülmesi konusu incelerımiş ve ölçme yapılabilmesi için gerekli olan donanımların nasıl olması gerektigi açıklanmıştır. Örnek olarak seçilen Uç fazh kontrolsüz tam dalga do�ltucudan oluşan yUkUn dagıtun şebekesini besieyan transfermatörden çektigi akımın dalga şekli ve harmonik . spektrumu bilgisayar benzerimiyle incelen-miştir.

·

Yukanda belirtilen harmonik kaynaklarının büyük çogunlugunu güç elektronigi devreleri Uzerinden beslenen elektrik motorlan oluşturmaktadır [2]. Ark fırınlarının çalışma şartlanndaki ani degişmeler sonucu güç sistemlerinden çektikleri akımlar da gelişigüzel olmaktadır. Bunun sonucu şebeke gerilimi de akıma bağlı o larak sinlls fonnundan gittikçe uzaktaşmaktadır [3]. Evlerde ve bürolarda bilgisayar kullanımının ve bir fazlı elektronik elemanların sayılarının hızlı bir biçimde artması. bu yUkleri besleyen kabloların ilave harmonik akımlan ile yUklenmelerine neden olmaktadır. Büyük çogunlugu tam dalga diyotlu doğrultucu olan bu yUkler şebekeyi üçüncü harmonik ile yüklemektedir. Üçüncü hamıonik herbir fazda aynı faz açısında oldugundan, fazların dengeli yUklendigi kabul edilirse nötr iletkeninden faz iletkeninin Uç katı kadar 3. hannonik akımı akar. Bunun sonucu olarak nötr iletkeni aşırı ısınır. Harmanikierin şebeke ve tüketiciler üzerindeki etkileri yalnızca bununla kalmayıp aşagıda belirtilen birçok etkileri vardır [4]. ·

1

Ene�itdağıtım

sistemlerinde yıldırun gibi atmosferik dış açma-kapama olaylan sonucu şebeke geriliminin aşın yükselmesi, kısa devre olaylan veya büyük güçlü elektrik motorlannın devreye girmesi sonucu gerilimin kısa süreli düşmesi ve lineer olmayan yiliderin oluşturdugu harmonikler eneıji kalitesini etkilemektedir [ 1]. olaylar

ile

Elektrik enerjisi iletimi ve ciagıtımı çogwılukla radyal Radyal hatların uzunlugu arttıkça empedansı da arttıgından, hat sonlarında gerilimin nominal degerinde tutulması güç olmaktadır. Böyle hatlardan beslenen dinamik yUkler gerilimin genlik ve dalga şeklini bozarak enerji kalitesini �ilemektedir ve bunun sonucu olarak komşu diger tüketicilere olumsuz etki yapmaktadır.

hatlarla yapılmaktadır.

1. Isınma etkisi; Elektrik güç sistemlerinde lineer olmayan yül<ler 1970 li yıllarda kullanılmaya başlamış, özellikle 1980 yılından itibaren yaygınlaşmıştır.Şebekede harmanikierin oluşmasına neden olan lineer olmayan bu yükleri şöyle sınıflandırabiliriz.

Asenkron motorlarda ve senkron makinalarda ek kayıplar ve aşırı ısınmalar, Kondansatör sigortalarının atması. 2. Yaniletken elemanlar üzerindeki etkiler; •

15


Scada Sistemi Yardımıyla Enerji Dağıtım Sistemlerinde Harmanikierin Ölçülmesi

Röle ve kesiciterin hatalı açması, Motor kontrol devrelerinde ve generatör uyarma devrelerinde bozucu etki oluştunnası, Sıfır geçiş prensibine göre çalışan tetikleme devreleri ile kontrol cihaziarının kararsız çalışması, Yaniletken ölçme devrelerinde hatalı ölçme.

3. Haberleşme sistemlerindeki etkileri; •

4. Diger etkiler; •

harmonik kontrolUnUn yapılması, özellikle büyük alana yayılmış şebekeler açısından, uzun zaman almaktadır. Özellikle kötü hava koşullarında bu zorluk daha da artmaktadır. Bu tür sorunlardan dolayı harmöniklerin şebekede mevcut olan SCADA sistemlerinden ölçurerek değerlendirilmesi büyük zaman kazancı sağlamaktadır. 2.

Enerji iletim hatları üzerinden yapılan haberleşme sistemine etkisi, Haberleşme tesisleri üzerindeki etkisi.

Kondansatörlerin ömürlerinin azalması, Rezonans sonucu şebekede aşırı akım ve gerilimlerin oluşması, Kabloların yalıtkanlannın bozulınası, Sayaçlarda hatalı ölçme, Elektrik makinalarında mekanik salınımların oluşması, Hat ve kablolarda kayıpların artması.

Harmoniklerin yukarıda belirtilen etkilerini azaltmak için harmonikleri en az düzeyde tutmak gerekir. Enerji sistemlerinde harmoniklerin belirli bir düzeyde tutulması için ulusal ve uluslararası standardlar [5] getirilmiş ve bu standardiara nasıl uyulacagı konusunda bazı tanımlar verilmiştir [6]. Bu tanımlardan en önemlisi harmonik bozulma katsayısıdır (THD) ve

E

SCADA SİSTEMLERİ

Enerji dağıtım sistemlerinde elektriksel büyüklüklerin uzaktan ölçülmesinde, kesicilere uzaktan açma-kapama komutlarının verilmesinde, transformatör ve hatlarda yük paylaşımlarının yapılmasında, optimum yük paylaşımı yapılarak kayıpların azaltılmasında SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) sistemleri büyük kolaylıklar sağlamaktadır. Bilgisayar ve haberleşme teknolojilerindeki gelişmeler sonucu SCADA sistemlerinin maliyeti dağıtım şebekesinin toplam maliyetine göre gün geçtikçe azalmaktadır. Bunun sonucu olarak endüstriyel tesislerde, enerji iletim ve SCADA dağıtım sistemlerinde uygularnalan yaygınlaşmaktadır. SCADA sisteminin kullanım amaçlan aşağıdaki gibi sıralanabilir. •

Gerçek zamanda veri toplama,

Arıza durum kaydı,

Bilgilerin uzun süreli saklanması, K ontrol sistemlerinin durumunun gözlenmesi, Sistemin gözlenmesi, • Uzaktan kontrol, Uzaktan ölçme.

co

L<Ih)2 % THD = ..:....:.h;_=2=---­

(1)

SCADA sisteminin basitleştirilmiş yapısı Şekil görülmektedir.

1 'de

bagıntısıyla verilir. Benzer biçimde bu bagıntı gerilim için de yazılabilir. Çeşitli ülkelerde bara gerilimlerine göre farklı THD degerieri kabul edilmiş olup aşağıdaki tabloda belirtilen sınır degerler verilmiştir [3]. Tablo I. Kabul edilen gerilim THD sınırları Ulke

ABD Ingiltere lsveç Kanada Fransa

TOrkiye

AlçakGerilim Barası (%)

YOksekGerilim Barası (%)

5 5 4 7 1.6 1.6

1.5 1.5 1 4 1.6 1.6

Şebekede harmonik kontrolU yapılmadıgı sürece harmonikler için belirlenen bu sınırlarnalann hiçbir degeri yoktur. Bu nedenle şebekede ve elektrikli cihaz üretiminde sürekli olarak harmonik kontrolünün yapılması gerekir. Dağıtım şebekelerinin her noktasında

Şekil 1. SCADA Sisteminin yapısı 2.1 Yerel Birimler

16


:.Köklükaya, M.Bayrak

Bulundukları

yerde

yürüten birimler

ölçüm

ve

denetleme

işlevlerini

uzak terminal birimi " ( Remote

"

Terminal Unit, RTU

)

olarak adlandınlır.

SCADA

sistemi içerisinde yerel ölçüm ve kumanda noktalarını oluşturan RTU'Iar kendilerine baglı olan donanımlara kontrol

edebilir

ve

gerekli

duyulan

ölçme

ve

degeriendinDe işlemlerini yapabilir. Merkezi kumanda ve izlemeyi saglamak için RTU'Iar tüm ölçü sonuçları ile dagıtım sistemindeki donanımların çalışma dururnlarını merkeze bildirir ve merkezden gelen komutları yerine getirir.

Ayrıca bütün

RTU'Iar tüm ölçü sonuçlarını

3. HARMONİKLERİN ÖLÇÜLMESi 3.1. Analog Ölçme Yöntemleri Harmoniklerin analog olarak ölçülmesi, giriş işaretinCieki ölçillebilecek

barınonilc

frekansında

band

geçiren

filtreterin kullanılması ilkesine dayanır. Harmanikierin dogru

olarak

ölçülmesi

filtrenin

band

genişligine

baglıdır. Analog filtrenin çıkışı giriş işareti ile filtrenin impulse cevabının konvolüsyonu ile elde edilir. Filtre çıkışındaki işaretin efektif değeri;

değerlendirebildiginden, belirlenen sınırla-rın dışındaki değerler için merkeze alarm komutu gönderir.

(2)

RTU'Iar akılsız ve akıllı olmak üzere iki gruba ayrılır. Akılsız RTU'Iar sadece ölçüm yapar, merkeze bildirir ve merkezden gelen komutları yerine getirir. Karar verme yetenekleri olmadıgından

bütün

işlemleri

merkezden

gelen komutlara göre yapar. Bu sistemde merkez birim sürekli olarak RTU'Iarı tarayarak ölçüm sonuçlarını alır ve alarm durumu olup olmadıgını kontrol eder. Eğer alarm durumu varsa gerekli müdaheleyi yapmak için RTU'ya korout gönderir. Şebekede _arıza durumlarında ve merkezin devre dışı kaldığı yada merkez ile RTU'lar arasındaki iletişimin kesildiği durumlarda pratikte birçok sorunlar ortaya çıkmaktadır. birimi

bütün

RTU'Iardan

değerlendirdiğİnden

arıza

Ayrıca merkez gelen

bilgileri

durumlarında

kontrol sıra

ile

sisteme

müdahele gecikmektedir. Bunun gibi sorunları ortadan kaldırmak için akıllı RTU'lar kullanılmaktadır.

bağıntısıyla bulunur

[7].

Analog harmonik analizörterin

başlıcaları aşağıdaki gibidir:

Ayrık filtre analizörü,

Paralel analizör,

Tararnalı frekans analizörü.

3.1.1. Ayrık Filtre Analizörü Şekil 2'de gösterilen ayrık filtre analizörnnde giriş işareti kuvvedendirildikten harmonik

için

sonra

tasarlanmış

ölçülmesi

istenen

herbir

paralel

filtrelere

girer.

Ölçülmesi istenen harmonik için dedektörün konumu ilgili filtre çıkışına getirilir.

Bu yöntemde ne kadar

harmonik ölçülmek isteniyorsa o kadar frekans cevabı

Akıllı RTU'lar mikroişlemci tabanit sistemlerdir. Bunlar

ideale yakın filtre gerekir.

merkez bilgisayarın işlem yükünün bir kısmını üzerlerine alarak sistemin verimliliğini ve performan-sını arttırırlar. Akıllı

RTU'lar

şebeke

işletmecileri

tarafından

programiaharak veya kontrol parametreleri değiştiriterek kendi görevlerini yerine getirmekle birlikte merkez ve diğer RTU'larla sürekli olarak haberleşir. Merkez kontrol biriminin devre dışı kalması yada iletişimin kesilmesi durumunda akıllı

RTU'lar hiç durmadan

çalışmasını

sürdürür ve görevlerini aksatma-dan işlevlerini yerine getirir. 2.2

İletişim Sistemi

SCADA sisteminin hızını ve performansını etkileyen en önemli kısmı iletişim agıdır. Kullanılan amaca göre iletişimin biçimi de farklılıklar göstermektedir. İletişim ortamları aşağıdaki şekilde olabilir.

Özel kablo hatları,

Fiber optik kablolar,

Telefon hatları,

Telsiz,

Uydu kanalları,

Dagıtım şebekesindeki hatlar üzerinden.

Şekil 2. Ayrık filtre analizörü

3.1.2. Paralel Analizör Ayrık

filtre

analizörtinde

dedektörlerin

konum

değiştirmesi sırasında istenmeyen osilasyonlar olabilir.

17


E.l

Scada Sistemi Yardımıyla Enerji Dağıtım Sistemlerinde Harmanikierin Ölçülmesi

Bu problemleri ortadan kaldınnak için paralel analizörler ( Şekil 3 ) kullanılır.

Fn

=

N-1 LW(k)fke-j2ıdcn/N k=O

(3)

bağıntısıyla verilir. Burada; Filtre Oedektör Çıkış

: n. harmoniğİn fourier katsayısı, : k. örne�in değeri, :Bir penceredeki toplam örnek sayısı, : Harmonik derecesi, : Data göstergesi, : Pencere fonksiyonu

Çıkış Göstergesi Şekil 3. Paralel Analizör

3.1.3. Tararnalı Frekans Analizörü

Yukarıda bahsedilen yöntemlerde ölçülecek herbir frekans için band geçiren fıltre gerekir. Maliyeti azaltmak için Şekil 4'de gösterilen frekansı ayarlanabilir analizörler kullanılır.

Ayarlanabilir Filtre

_ır;{ --1(\J---+•

dur. m tamsayı olmak üzere N=2m olmalıdır. Harmonik ölçmelerinde örnekleme frekansı, dolayısıyla örnekleme periyodu, temel frekans bileşenine göre sürekli olarak kontrol edilmelidir. Frekans de�işimlerinde örnekleme periyodu yeniden ayarlanmalıdır. Aksi durumda hatalı ölçme yapılır. Nyquist kriterine göre örnekleme frekansı ölçülecek en yüksek frekansın en az iki katı olmalıdır. Harmonik incelemelerinde ölçülecek en yüksek frekans 3 kHz olarak alınabilir. Bu durumda örnekleme frekansı yaklaşık 6400 Hz olur. Bu ise 50 Hz'lik temel frekans için bir peryotta 128 örneğe karşı düşer. Dikdörtgen pencere kullanıldı�ında, ölçme için minimum 8 periyot gerekti�inden, fourier dönüşümü için toplam 1024 sayısal örneğe ihtiyaç vardır. Ayrık fourier dönüşümünün hesaplanması uzun süre almaktadır. Gerçek zamanda ölçme yapılması için hesap süresinin çok kısa olması gerekir. Eğer bu hesap için hızlı mikroişlemci kullanılmıyorsa DFT'ye göre işlem süresi daha kısa olan hızlı fourier dönüşümü ( Fast Fourier Transform, FFT ) kullanılır [8].

4. ÖLÇME DONANlMLARI

x(t)

Çıkış

Enerji dağıtım sisternlerinde ölçme işlemlerini yapmak için akım veya gerilimin ölçülebilir düzeye indirilmesi gerekir. Bu amaçla akım ve gerilim trafaları yaygın olarak kullanılır.

4.1. Gerilim Dönüştürücüleri Şekil 4. Tararnalı frekans analizörü 3.2. Sayısal Ölçme Yöntemleri

Haberleşme ve bilgisayar teknolojisindeki gelişmeler sonucu analog ölçme sistemlerinin birçoğu sayısal olarak tasarlanınaktadır. Bu gelişmelere orantılı olarak barınonikierin ölçülmesinde analog ölçme yöntem-lerinin yerini sayısal yöntemler almıştır. Sayısal yöntemlerden yaygın olarak kullanılanı ayrık fourier dönüşümüdür (Discrete Fourier Transform, DFT).

Birçok uygulamada yüksek gerilimlerin ölçülmesinde gerilim transformatörleri kullanılır. Şebekede aluşabile· cek gerilim değişmelerinde ölçme düzeninin doğn ölçebilmesi için ölçü transformatörünün namina değerinin ancak iki katında doyacak şekilde seçilmes gerekir. Bazı ölçme uygulamalarında kapasitif gerilin bölücü üzerinden beslenen gerilim transfarmatörlen kullanılır (Şekil 5 ).

18


Köklükaya, M.Bayrak

u

t

Şekil 5. Kapasitif gerilim bölücü üzerinden beslenen gerilim ölçü transformatörü Gerilim ölçü transformatörlerinin frekans cevabı sınırlıdır. Hızlı değişen gerilim dalgalanmaları ile yüksek dereceden harmoniider transformatörün sekonderinde görülmez. Bu nedenle barınonikierin ölçülmesi için gerilim transformatörlerinin kullanılması uygun değildir. Bu sakıncalardan dolayı harmonikler Şekil 6'da görülen olunik. kapasitif veya karma gerilim bölücüier yardımıyla ölçülürler (9). Bu tür bölücüler çok hızlı değişen gerilimlerin dalga şeklini bozmadan ölçillebilecek düzeye indirerek çıkışa verirler.

değişmesi, bazı durumlarda nominal değerinin 20-40 katına kadar ve kısa devrelerde çok daha büyük değerlere çıkmasıdır. Akımların ölçülmesinde şönt veya akım : Akım transformatörlerinden yararlanılır. transformatörleri genel olarak maksimum yük akııhına göre seçilir. Anza akımları veya motor ve transformatörlerin çektiği mıknatıslarıma akınılarını ölçmek için akım transformatörleri nominal akımından 20-30 kat daha büyük seçilir. Fakat bu durumda yük akımlarının ( veya düşük değerdeki akımların ) ölçülmesinde çözünürtük azalır. Yani daha büyük ölçme hatası yapılır. Ayrıca akım transformatörlerinin belirli bir frekans cevabı vardır. Harmoniiderin ölçülmesi için akım transformatörlerinin sınıfının düşük olması ve yüksek dereceden barınonikieri dalga şeklini bozmadan çıkışa vermesi gerekir. Standard akım transformatöden ile 2 kHz'Iik frekansa kadar olan alternatif akınılar ölçülebilmektedir. Bu tür transformatörler kullanıl­ dığında en fazla 40. harrno nik ölçülebilir. Akım transformatörlerinde oluşan faz kaymaları ölçmeyi etkileyen diğer bir etkendir. Akım transforrnatörlerinin çabuk daymasını engellemek için magnetik malzemenin kalitesi ve miktarı· arttırılır. Bunun sonucu olarak transformarörün frekans cevabı iyileşir. Ölçme amacıyla sekon-dere bağlanan direncin büyük olması akım transfosunun daha düşük akımlarda doymasına neden olur.

R1 5.

BiLGİSAYAR BENZETİMİ

7

b) Kapasitif

a) Ohmik

7

R1

c1 Rı

Q

R1

L

T

4 YOk

o

-:-

c) Karma 4.2.

Şekil 6. Gerilim bölücüler Akım Dönüştürücüleri

Enerji sistemlerinde akım ölçülmesi gerilim ölçülmesin­ den daha zordur. Bunun nedeni, akımın sürekli

Şekil 7.İncelenen dağıtım şebekesi Burada bir dağıtım şebekesi modeli (Şekil7) ele alınmış, bir motor hız sürücüsünUn şebekeden çektiği akımın dalga şekli PSpice bilgisayar programı yardımıyla incelenmiştir (Şekil 8.a). Sinüs formundan uzaklaşmış bu

19


Scada Sistemi Yardımıyla Enerji Dağıtım Sistemlerinde Harmanikierin Olçülmesi

dalga şekli için fourier analizi yapılmış ve harmonik bileşenleri Şekil 8.b'de gösterilmiştir.

altında tutulması yeterli olur. Bunun için dağıtım şebekelerinin birçok noktalarında sürekli olarak harmanikierin ölçülmesi gerekir. SCADA sistemiyle şebekenin bütün noktalarında harmonil<ler gerçek zamanda ölçülüp, istenilen sınırlar altında olup olmadığı kolaylıkla kontrol edilebilir ve gerekli uyanliır merkez kontrol birimine çok kısa sürede gönderilebilir. ·

KAYNAKLAR {1] REID, E. W., ' Power Quality lssues-Standards and Guidlines', lEEE Trans on lA, Vol 32 No ı, May/June 1996. [ 2] PHlPPS, J. K., et all,'Power Quality and Harmonic Distortion on DistributionSystems', IEEE Trans on lA, Vol 30, No 2, March/April l994. 0.10

0.08

0.06

0.04

Zaman

(s)

[3] ÖZBULUR, V., BROWN,P., TUNÇAY, N., ' Ark Fırını Harmanikierinin Analizi ve Ölçülmesi' Elektrik Mühendisliği 4. Ulusal Kongresi, 1991 .

a) Akım dalga şekli

60

[4] JAMES, J., et all,' Benefits of an Automate d On­ Line Harmonic Measurement System ' IEEE Trans on lA, Vol 22 No 5, Sept/Oct 1986.

(A)

[5] IEEE Recomended Practices and Requirements for Harmonic Control in Electrical Power Power Systems, ANSI/IEEE Standard 519, 199 2.

40

[6] MASSEY, G. W.,' Estimation Methods for Power System Harmonic on Power Distribution Transfor­ mer ',IEEE Trans on lA, Vol 30 No 2, 1994. 20

[7] ARILLAGA, J., et all,' Power System Harmonics ', John Wiley & Sons, 1988. [8] MARVEN, C., EWERS, G.,' Digital Signal Processing' Texas Instrurnents, 1994. o

400

1200 800 Frekans ( Hz )

1600

2000

b) Hannon ik spektrumu

[9 ] BAYRAK, M., ' Yüksek Gerilim Laboratuvarlannın Tasarımı ve Deney Devrelerinin incelenmesi' Yüksek Lisans Tezi, i.T.Ü. Fen Bilimleri, 1993.

Şekil 8. Yükün Tl trafasundan çektiği akım 6. SONUÇ Şebekede lineer olmayan yük.lerin büyük bir hızla artması şebekede birçok problemleri ortaya çıkarmakta­ dır. Şebekenin akım ve gerilimindeki harmonik bozul­ malan belirli değeilerde sınırlandırılmıştır. Harmonik­ Ierin büyük çoğunluğu tüketiciler tarafından oluşturul­ duğundan, şebekedeki barınonikieri azaltmak için tUketicilerin tirettiği harmanikierin istenilen sınırların

20


SAÜ Fen 1 (1998)

Bilimleri Enstitüsü Dergisi 21-24

BULANlK MANTlK İLE FONKSiYON TANIMLAMA Musa ALCI

Turgay

ETÇİBAŞI

SA Ü. Mühendislik Fakültesi Elek-Elektronik Mühendisliği Bölümü

ÖZET : Bulanık Mantık Sistemlerinin fonksiyon tanımlama özelliği bilinmektedir. Bu çalışmada bir sinüs fonksiyonunun giriş/çıkış bilgisine karşı düşen Bulanık Mantık Sistemi iki ayrı durolayıcı ile gerçeklenmiştir. sistem modellernesi açısından Sonuçlar karşılaştınlmıştır.

fonksiyonlandır. Şekil 2'de sırası ile; üçgen, Gauss ve yaınuk tipi üyelik fonksiyonlan gösterilmiştir. J.lA(x)

,------,---.---.

-

ı.

g(x)

:

U

c

Rn � R

GİRİŞ olmak

üzere,

fonksiyon

g(x) in analitik ifadesi bilinmiyor.

g(x) in analitik ifadesi bilinmiyor. Ancak herhangi bir x E U değerleri için g(x) değerleri biliniyor. Bu 2.

durum şekii

----

0.8 --0.6

, --------1

-----

--- ... ---- 1

:

--

0.4 02.

______

ı

_,

1

----t---- - - ·ı

1

__

------

----- t-------

1

1

r 1

1

-------ı ------- - ı

taıumlaınada üç durunıla karşılaşılmaktadır. ı.

-

----1----

- -�------

ı

_ _____

_______ ı _______

ı

L ___

- -

-

1 1

l .de gösterilmiştir. Şekil 2.a Üçgen üyelik fonksiyonu

X

1

----.t

BULANIK SİSTEM : f(x) f------+•

y

Şekil I. 3.

g( x)

analitik olarak bilinmiyor. S ınırlı

giriş/çıkış bilgisi var.

değil.

sayıda

(xl,g(x1)) x1 EV eşit aralıklı

ı

----

---

üzere giriş/çıkış çiftlerinin

(x,g(x)) bilindiği durum

göz önüne alınacaktır.

II. ÜYELİK FONKSİYONLARININ TANIMLANMASI

ı

1

0.8

----� ---�---- �1

Burada 2. ve 3. Duruma karşı düşen problemlerle gerçek hayalta daha çok karşılaşmaktayız. Yapılan çalışmada g(x) in analitik ifadesinin bilinmediği ve x E U olmak

ı

ı ---- �--- -�----

� ----

J

ı

-- �----+----

0.6 04 - : - : - --�- -�- --�--ı

02

0

f

____

ı

L ___

ı

ı ı

ı

ı

ı

t

:

:

�----�----i ı

ı ı

ı

J

1

____

ı

ı ı

ı

ı

ı

c

ı ı ı

___ _

ı 1

X

Şekil 2.b Gauss üyelik fonksiyonu

Üyelik fonksiyonlan değişik şekillerde tanımlanabilir. En yaygın olanlan ; üçgen, Gauss, yarnuk tipi üyelik

21


Bulanık Mantık ile Fonksiyon Tanımlama

f-l

A

(X)

(4)

:--�----,-----r--·-,- -. , 1

l - - - - -;_

1

ı

i

0.8

1

--

- - _,_ : ------ı ı

-

----

--

- - - T -

- - --

i

=

1,2, .. .. . , N

-

1 ı

-

- -

--

--- --

+ -

-i

göstermek üzere

ı

ı

ei

gösterilecektir. ---

e

ı =a .

ı

ı. e

-,

y

N

y

=

g(e1)

olacak şekilde seçilir.

=aNve

.

(5)

Adım 3: N adet kuraldan fuzzy sistemi;

Şekil 2.c Yamuk üyelik fonksiyonu

ile

i. üyelik fonksiyonunun merkezini

el =-(bl +c1),j=2,3, . .... ,N-l 2 a

B'

dir. Tanımlanan bulanık sistemde

nin merkezi, yani maksimum olduğu nokta

--- --ı---ı

0.6

-

Çarpımsal sonuç

çıkarına (product infrence engine) ve tekil bulandıncı (singleton

fuzzifier)

kullanarak

f(x)

oluşturulur.

Durolayıcı olarak, Üçgen üyelik fonksiyonu ; a) Ağırlıklı ortalama durulayıcı (Center average

xE[a,c) xE(c,b]

defuzzifier)

(1)

Maksimum

b)

(Maxsimum

durolayıcı

defuzzifier) kullanılacaktır.

m ı=

ı

-----

(2)

(abs)(a-c) ı

mı= ----(abs)(b- c) Bu

çalışınada

(3)

sadece

üçgen

üyelik

f.iA (x) = f(x;a,b,c)

ID.

Bulanık

üçgen üyelik fonksiyonu

şeklinde ifade edilebilir.

sistem tasanmı

ı:

[ , fJ ] a

A , A , ....... , AN ı

2

fonksiyon1annın;

( Aı

<

A2

=

şeklinde

{

l

*

X= X

Ü X -:1:- X

(6)

tanımlanır

(2].

x

ölçülen

değeri

temsil

etmektedir.

(7)

BULANlK SİSTEM TASARIMI üç

adıında gerçeklenmiştir.

Bunlar sırası ile verilecektir. Adım

f.iA (x)

olmak üzere

fonksiyonları

kullanılmıştır. Bu nedeille diğerlerinin ifadelerine yer verilmemiştir. Genel olarak

Burada tekil bularuk değer (fuzzy singleton)

' A EU

aralığında

N

adet

Bu

tanımlanır. normal

< . . . .. . . <

AN )

(rnax(JlA (x)) ve

tüm

fuzzy

=

uzayı

set

ilişkisi

UxV

de

sıralı

taraması

gerekınektedir [ı]. Adım 2: M kural sayısı olmak üzere M=N adet yani fuzzy set sayısı kadar fuzzy IF-TREN kuralı tanımlaıur.

iken

x = x

girişi

ıçın

çarpıınsal sonuç çıkarma ile çıkış,

f-Ls·(Y)

=

N

M

max[TI i= ı

üyelik

1),

tanımlı

1

;.ıAt(xi ),uBt(y)] 1

(8)

ifadesi ile verilir [3]. N

TI

i= ı

J1

A

l

'

(

X

i* )

(9)

dersek

22


M.Aicı, T.Etçibaşı

J.l.s· olur.

f.JA (x );.ıs (y)

=

(y)

(lO)

Ağırlıklı ortalam a durıılayıcı ile bu1anık sistem

çıkışı,

=

ej

2,3, ....,30 olmak üzere =

-3 +01 *(j-1)

şeklinde ifade edilebilir. N

Eşitlik (l l)'e göre tanımlanan Bulanık sistem çıkı şı , ağırlıklı ortalama durulayıci kullanıldığında

-J

� y f.JAJ(x)

j (X)

j

- -�:-:--

= ., } .... ..;;_

=

(ll)

� ;.ı Ai (x)

j=l

olur [5].

f(x)

=

J=I

N

L.J.JA1(x)

.

(15)

·

N

(13)

yazılan

Şekil 4. 'de ve Şekil 5 . 'de gerçek fonksiy on değerleri ve bu1aruk fonksiy on çıkışlan karşılaştırma açısından ayın grafik üzerinde her iki durolayıcı için ayrı, ayrı verilmiştir.

lE

{1,2, . .. .. ,M} olur.

IV.

ÖRNEK SİSTEM TASARIMI aralığında

p ogr am da öncelikle üyelik ardından eşitlik (15) ve (12) ile tanımlanan bulamk sistemler oluşturulmuştur [6]. Tarurnlanan üyelik fonksiyonu ve bulanık sistem çıkışlan aşağıdaki şekillerde aynntılı olarak verilmiştir. Şekil 3. 'e karmaşıklıktan kaçınmak için tüm üyelik fonksiyonlan gösterilmemiştir. Matiab'da

n J.iAk' (xi) �n f..LA1 ' i= ı i= ı

g(x)

Bulamk sistem ile gerçekleyelim.

U= [ -3,3]

31

fonksiyonlan tanıtılıruş,

öyle ki

U= [ -3,3]

(x)

(12)

{1,2,.. . . ,M}

k E

J

olur.

-k

y

=

A

J=l

Maksimum durıılayıcı kullamldığınd a bu1amk sistem çıkışı,

f(x)

.

L: sin(e1 )J.J

=

sin( x )

fonksiyonunu 0.9

aralığında 0.2 aralıkla 31 a det üçgen üyelik

0.8 0.7

fonksiyonu tanırnlannuştır.

0.6

j=l için,

J.1

A

ı

(x)

=

0.5

J.1

A

ı

0.4

(x;-3,-3,-2.8)

0.3 0.2

j=2 için,

f-l

A

2

(x)

=

f-l

A

2

0.1

(x;-3,2.8,2.6)

o -3

j=31 için,

f-l

A

(x)

=

f-l

A

31

(x;2.8,3,3)

(14)

-2

-1

o

2

3

Şekil 3.Üyelik Fonksiyonlan

ve genel olarak.

23


Bulanık Mantık ile Fonksiyon Tanımıama

VI. KAYNAKLAR

11] Li-Xin Wang,"Stable Adaptive Fuzzy Control of Nonlİnear Systems", IEEE Trans. On Fuzzy Systems, Vol.l, No.2, May 1993 [2} Timothy J.Ross, Fuzzy Logic With Engineering Applications, Mc.Graw Hill, 1995_ [3} Li-Xin Wang, A Course in Fuzzy Systems and Control, Prentice-Hall, 1997. [4] Chuen Chien Lee, "Fuzzy Ligic in Control Systems: Fuzzy Controller Part ll ", IEEE Trans. On Sys. Man and Cbemetics, Vol.20, No.23, March 1990. [5] Li-Xin Wang, Adaptive Fuzzy System and ControL Prentice-Hall, 1994. [6} Katsuhiko Ogata, Solving Control Engineering Problems with Matlab, Prentice-HalL 1994.

Şekil

4. Ağırlıklı ortalama durolayıcı ile f(x) ve g(x)=sin(x) grafıkleri.

O : verilen değer -: hesaplanan değer

0.8 0.6 0.4 0.2 o -0.2 -0.4 -0.6

-0.8 -1

Şekil 5. Maksimwn durolayıcı ile f(x) ve g(x)=siıı(x) grafikleri.

V.SONUÇ

Yapılan çalışmada, tasarlanan örnek istem üzerinde de görüleceği gibi ağırlıklı ortalama durulayıcısının fonksiyonu istenen hassasiyetle yeterli üyelik fonksiyonu ile tanırolayabildiği gösterilmiştir. Sonuç olarak kontrol sistemlerinde ve sistem tanımlama problemlerinde her iki yöntem de kullanılabilir. Ancak maksimum durolayıcı daha çok yerel modeli temsil etmektedir.

24


1

(1998)

25-30

SERviS ARAÇLARI ROTALAMA- ÇİZELGELEME PROBLEMLERİ VE ÇÖZÜM Y AKLAŞIMLARI Emin GÜNDOGAR

-

Siber AKIL

Endüstri Mühendisliği Bölümü,

Sakarya

Özet-

servis yöneticileri için önemli

çizelgelemesi,

iki

olan

zor

çözülmesi

ve

rotalama

etkili

araçlannın

Servis

Üniversitesi, Esentepe-

ve

Müşteri

problenıdir.

ihtiyaçlarını karşılanmayı tenlin edecek bir sistenlin olup,

bağlı

Her

araçlannın kapasitesi gibi) ve problemi tipine bağlı olarak uygun çözüm tekniği belirlenir. Pratikte,

geliştirilıniş çeşitli yaklaşımlar bulunmaktadır

planlar

ROTALAMA VE ÇİZELGELEME PROBLEMLERİNİN AMAÇLARI

olarak

bağlı

2.

toplam maliyetin

ne kadar,

minintize edilmesi önemli bir kriterse de,

bazı

servislerde müşteri şikayetlerini azaltına ve müşteri

Çoğu rotalanıa ve çizelgelerne problenıinin amacı,

nıınımıze

servis

oluşumunun toplanı

edilmesi daha büyük önem taşımaktadır. Rotalama

etmek

olup

isteklerine ve

cevap

servis

araçlarının

sık

rotalama

ve

!Gımu

problemlerinin çözüm yaklaşımiarına Ye yolcu servis

çizelgeleme değinilnıiş özel

sistemlerinin sirnülasyonu

çizelgelemesi,

ıçın

sektörleri

hizmetin

ise,

amaç

gerçekleşmiş olmasıdır. örneğin, okul otobüslerinin tipik

çizelgelemesinin

ve

rotalama

amacı,

öğrencilerin otobüste geçireceği süreyi ıninimize ise,

amacı

servisierin

Bazı

etmektir.

müşteri

şikayetlerini mininiize etmek olabilir. Ambulans,

olarak incelenmiştir.

Anahtar Kelimeler-

yatınm maliyeti,

uzaklık ve personel maliyetlerini içerir. [7] Özellikle

ve

rotalama

kullamlan

maliyetini ıniııinıize

araç

ve

çizelgelemesinin müzakere edildiği bu ç alışmada, en

bu maliyet,

amaç

problemlerinin

çizelgelerne

karakteristikleri,

süresımn

verme

çözümlerle

olmayan

optimal

ıçın,

sistemler

yetinilmesine rağmen iyi çözümler elde etmek için

dağıtınunı n

Servis

servis tipine

ölçümü,

değişmektedir.

yapılmış

kötü

pahalıya mal olabilmektedir. etkinliğinin

maliyet

ve

zaman

genellikle,

oluşturulması, kriterlerine

Sakarya

polis, Servis araçlarının rotalama ve

Servis

dağıtım

sistemleri,

itfaiye

etmektir.

gibi

amaç,

servislerde

müşteri mınımıze

zamanını

verme

cevap

isteklerine

Kamu ve özel kuruluşlarda sık rastlanan

bir amaç ise, toplam maliyetten çok, dağttınun

Simülasyon, Gezici Satıcı Problemleri

belirli

saatler

arasmda yapılmasıdır.

Müşteriye

verilen lıizmetteki başarısızlık faktörü ile ilgili olan ı.

Müşteri

GİRİŞ

subjektif amaçlar da düşünülmektedir.

çizelgelernesi

servisleriitin

ve

servis

araçlarının rotalanıası, çoğu servis organizasyonu için birincil önem taşımaktadır. Okul otobüsleri,

3. ROTALAMA VE ÇİZELGELEME PROBLEMLERİNiN TERMİNOLOJİSİ :

kamu sağlık kuruluşları ve çoğu yerleştirme yada tamir işleriyle ilgilenen servisler için dağıtım, can alıcı

özelliğe

salıiptir.

yada

Taksi

kamyonla

taşımacılık yapan fırrnalar, posta dağıtımı yapan servisler

için

asıl

önemli

olan

ise,

servis

Rotalama ve çizelgeleme problemleri, grafık ağlarla (network)

hazırlanır.

problemi

görme

noktaları

olmasıdır. Her iki d urum için de servis kalitesini

araç/üretici

rotalama

ve

önemli

faktör, servis

çizelgelemesidir.

karar vericiye

ağlar, sağlar.

Bu

ağiarda

problem için depo noktası ve toplanmaidağıtım

hizmetlerinin zamanında ve yerinde gerçekleşmiş etkileyen asıl

Bu

avantajı

Depo

gösterilmektedir. ıçın

"home

base"

noktası,

niteliğindedir.

araçlarının

Rotaların birleştirilmesi ile bir yay şeklinde olan hat

ve

parçalan elde edilir. Yaylar; zaman, maliyet ya da

Rotalama

çizelgelerne problemleriitin çözümüne başlarken,

bir noktadan diğer bir noktaya taşıma için gerekli

servis çalışmasının karakteristikleri (ok yada yay ile

olan mesafe değerleri ile tanımlamr. Rotalama ve

gösterilen talep, dağıtım zanıanı kısıtları,

çizelgeleme

servis

problemierinde

ilk

amaç,

gerekli

2 5·


Servis Araçları Rotalama-Çizelgeleme Problemleri ve Çözüm Yaklaşımları

dağıtım

zamanım

mınmu zc

etmekse,

4. ROTALAMA VE ÇİZELGELEME PROBLEMLERİN İN SINIFLAN DIRaMASI

taşıma

zamanlan ile ilgili geçmiş veriler, mesafelere dayalı hesaplamalara tercih edilir. Yaylar, direkt

Rotalama

ya da indirekt

ve

çizelgelerne

problemlerinin

sınıflandırılmasnıda, servis dağıtım sistemlerinin

olabilir. indirekt

belli

yaylar hat parçalan ile gösterilirken, direkt yaylar

karakteristikleri

dikkate alnımıştır.

Servis

dağıtım sistemlerinin temel karakteristikleri, filo

oklarla gösterilir. Bu oklar, rotalama problemlerinin

büyüklüğü (tek ya da çok),

taşıma yönünü ya da çizelgelerne problemlerinin

filonun yerleşimi (tek

depolu ya da çok depolu), talep tipi (oklar, yaylar,

öncelik ilişkilerini ifade eder. Araçların rotası "Tur"

ok ve yaylar), ağ tipi (indirekt, direkt, karışık),

ile isimlendirilir ve "A-B-C-D-A" şeklinde olan bir

maksimum rota zamarn (tüm araçlarda aynı, tüm

rota, "A-0-C-B-A" olarak da alınabilir ve her iki rotanın uzunluğu da aynı olmaktadır.

araçlarda farklı, belirsiz), operasyon tipi (yalnızca

Rotalama problemlerinde

rotalama

temel

toplama, yalnızca dağıtım, karışık), amaç (toplam

olarak maliyet,

edilmesi amaçlanmaktadır. nuıumwn

maliyeti

Bu

veren

tip

nıininıize

problemlerde

optimwn

Bir tur tüm noktaları kapsamalı, Bir rotada yalnızca bir noktaya gidilrneli,

Her tur depoda başlanıalı ve depoda bitmeli.

etme,

sabit

ve

etme,

talebe

cevap

verme

vımanını

nıininıize etme) olarak belirtilebilir.

genellikle, şu üç faktöre bağlıdır:

nıiııimize

nıininıize etme, müşteri kararsızlık ve şikayetlerini

çözüm,

maliyetini

değişken maliyetleri mirıimize etme, araç sayısını

uzaklık, taşıma süresi gibi değerlerin nıiııimize

Toplam tur maliyetini minimize etmek amacına

yönelik en basit örnek "Gezici Satıcı Problemi" dir. Birden fazla

aracın rotalaması gerektiğinde ise

"Gezici Satıcılar Problemi" ortaya çıkmaktadır.

Rotalama ve çizelgeleme problemlerinin çıktısı, temelde aynıdır. Bunlarda, her bir araç/üretici için rota ve/veya çizelge üretilir.

Araç Sayısı

Dem Sayısı

Yaylar

Talen

Problem Tini

Oklar

MTSP

Oklar

Direkt 1 indirekt

ı

>1

VRP

Oklar

Direkt 1 indirekt

ı

>1

CPP

Oklar

Direkt 1 indirekt

ı

2:1

ı

Araç K.a�sitesi

=1

TSP

Direkt 1 indirekt

Sınırsız Sınırsız

Sınırlı Sınırlı 1 Sınırsız

Tablo-1. Rotalama Problemlerinirı Temel Karakteristikleri

Tck

araç

mesafe

probleminin

ya

da

amacı,

taşıma

sermaye miktarı,

zanıaıuna

bağlı

5. SERVİS ARAÇLARININ ROTALANMASI

olarak talebin

5.1. Gezici Satıcı Problemi (Travelling Salesrnan Problem- TSP) : TSP, yönetim biriminin üzerinde

değişiklik gösterdiği problemlere "Araç Rotalama

çok durduğu, çözümü için optimal yaklaşımiann

Problemi"

matematiksel

miniınwn maliyetli rotaları gcliştirmektcdir. Araç kapasiteleriııin

sınırlı

ve

her

denilmektedir.

rotadaki

Dağıtını merkezleri,

oktardan çok yaylada gösterilebiliyorsa ya

da çok

sayıda

Postacı

talep

Problemi"

noktası

nin

mevcutsa

varlığından

söz

"Çiııli

edilebilir.

Bu

yetiııilebilir. yaklaşım

rotalama

Prosedürü"

karakteristik leri,

olan

optimal

çözüm,

problem tipine, cadde süpünne, postalkağıt dağıtım temel

temelli

genelde, bulunamaz; o zaman yaklaşık çözümlerle

sistemleri ömek olarak gösterilebilir. Belirtilen dört problenıinin

programlama

problemlerden biridir. Gerçekte TSP için

TSPnin çözümde genellikle

kullanılmaktadır: ve

"Clark

ve

"En Wright

Yakın

şu

iki Yer

Tasarruflar

Tablo- 1 ile belirtilnıiştir.

Algoritınası" [1]

Netice olarak, rotalama ve çizelgeleme problemleri

5.1.1. En Yakın Yer Prosedürü (The Nearest Neihbour Procedure -NNP):

arasındaki farkın ayırdedilmesi gerekir. Eğer zaman sınırlaması ya da öncelik ilişkileri mevcut değilse, problem sadece rotalama probleınidir. Eğer servisin

verileceği yer için, zaman kesin olarak belirtilrııişse,

noktaya taşımanın maliyet ve mesafesine dayanan

çizelgelerne problenıirıiıı varlığından sözedilir. Aksi durumda

rotalama

ve

çizelgeleme

birleşimiyle karşı karşıya kalınır.

probleminin

üzerinde

kapatılan

bir

noktadan,

sonraki

yöntem için optimal çözüm, mesafe matrisinden yararlanılarak, yaklaşık olarak bulunur.

NNP'nin akışı kabaca şöyledir[2] :


E.Gündoğar, S.Akıl

Adım-l:Tura, başlangıç noktasından (depo noktası) başla. sonraki noktayı ilave ederek Adım-2:Tura, kapatılacak noktayı bul, Adım-3:Tünı noktalara atama yapılıncaya kadar, Adım-2'yi tekrarla A dım-4: Tanı anılanan turu ilk ve son noktalarla

C;j= i noktasından j noktasına taşmanın maliyeti •

Tasarruflan büyükten küçüğe doğru sırala,

Listenin üstündeki noktadan başlayarak, zaman ve kapasite kısıtlarının da dikkate alınınası ile, birleştirilmesinin uygun olduğuna karar verilen noktalar aynı rota ile bağlanır. Tur tanıaınlanana kadar, bu işlemler sürdürülür.

birleştir.

NNP. ağ üzerindeki her noktadan diğer noktalara yapa bilecek olan taşımanm mesafe ve maliyeti ile İl gili verilerin toplanması ile başlar. Yayların indirekt olduğu durumlarda, i noktasmdan, j noktasın a olan mesafe ile j noktasından, i noktasına olan mesafe aynı, yani mesafe nıatrisi simetrik olabilir. Depo noktası ile, her bir talep noktasının arasındaki mesafe hesapların. Bu mesafelerin içinden, en düşük olanı seçilir. Daha sonr� bu noktanın bulunduğu satır ve sütun matrısten çıkarılarak, yeniden en yakın noktanm seçimi ile, prosedür tüm noktalara atama yapılıııcaya kadar sürer. ,

.1\TNP yöntemi ile bulwıacak çözüme alternatif olarak, deneme- yanı lma yöntemi ile daha iyi sonuçlar bulunabilmektc olup, yöntem tüm anlamıyla güvenilir değildir. Küçük bir ağ mevcut olduğunda her bir alternatif denenerek optimal çözüm b u l unabili r. Ancak problem daha büyük ise, bir her varsa, nokta 100-200 mesela kombinasyonun değerlendirilmesi adeta NNP imkansızdır. yönteminin pratikte kullaılllnında, her bir nokta ayrı ayrı başlangıç noktası olarak alıııarak en düşük maliyeti veren rota tercih edilir.

Clark ve Wrigbt Tasarruflar Algoritması (C& W):

5.1.2.

algoritma, TSP prpbleınlerinin çözümde en çok kullaıulaıı tekniktir. Yöntem, depo noktasınm başlar. Eğer n sayıda nokta varsa, n-1 seçimiyle · aracuı mevcut olduğu varsayılır. Her araç, depodan hedef noktaya gider ve depoya geri döner. Ancak bu çözüm, TSP'nin bütün noktalara tek bir araçla ulaşma hedefine ters düştüğü için optimal değildir. C&W yönetiminin temeli, iki talep noktasının aynı rota üzerinde birleştirilmesinde doğan tasarruflan hesaplarunasına bağlıdır. Ağ üzerindeki mevcut n tasarrufların hesaplanır. Bu adet nokta için tasarnı.flar azalardk sınırların rota taınamlana kadar bağlanır. birbirine nokta çiftleri Bu

C&W yöntemi ile çözüme giderken şu algoritına

C&W yönetimi ile tur oluşturulurken maliyetler dikkate alındığı için NNP'den daha iyi kalitede bir çözüme ulaşılır. Her iki yöntem de direkt yaylarla, kolaylıkla düzeltilmesi problemin yapılabilmektedir. Gezici Satıcılar Problemi (Multiple TraveJ Salesrnan Problem -MTSP):

5.2.

MTSP, T SP'nin çok araç ve tek depo için genelleştirilmiş halidir. Bu problemde tek araç rotalaınanın yerine, M araç için rotalama yapılır, tüm turlar depo noktasından başlar ve depo noktasmda biter. Problem, kolaylıkla M araç için TSP'ye indirilerek, NNP yada C&W algoritması k.ııllarularak çözülebilir. Araç Rotalama Problemi (Vehicle Rooting Problem -VRP):

5.3.

Klasik anlamda VRP, filodaki araçların rota ve servis gösterdiği farldılık kapasitelerinin ihtiyaçlarını karşılayan MTSP'ye benzer. Bu probleınlerin amacı toplam maliyet y a da rotalarda alınan yolu rninimize etmektedir. VRP, MTSP tamamen aynı prosedürün kullanımıyla çözülemez. VRP' nin çözümü için geliştirilmiş olan en iyi yaklaşım o larak "Cluster-First, Route Second" yöntemi gösterilebilir. 5.3.1.

Talep noktalannın gruplandırılarak birbirinden aynidığı sisteınler için en uygun yaklaşımdır. "Route-First.Clustcr -Second" diye adlandırılan diğer bir yaklaşım ise, çapraz dağıtınmı yapıldığı sistemler daha uygundur. Prosedür, uzun tek bır turun kullanılması ile başlar, ama bu tur tüm araçlar kullanılmadığından optimal değildir. Sonraki adımda mümkünse, tüm araçlar kullanılarak bölgelere mümkün olan daha küçük turlann düzenlenınesi ile talep noktasına ulaşılır. Yöntemin kullanılmasında şu prosedür izlenir [I]:

izlenir [2]: • •

Başlangıç

noktasını seç (nokta l)

Her i ve j noktası için tasarru:flan, Sij , hesapla i,j=2,3 ... n

S� =Cıj+ C1; : - C;j

Cluster-First,Route Second:

Başlangıç noktasını tespit et,

Talep noktaları, araçlar arasında �pasite kısıtlan dikkate alınarak dağıtılır. Pratikte bu gruplandırma yapılırken, nehirler, dağlar yada

27


r

Servis Araçl arı Rotalama-Çizelgeleme Problemleri ve Çözüm Yakl aşımları

karayollan

gibi

fiziksel

engeller.

şehirler,

kasabalar gibi coğrafık alanlar dikkate alınır.

taşıma maliyetlerinin bilinmesi, bazı durumlarda

Her bir aracın turunun uzunluğunu belirle,

En uzun turdan, araç kapasitesini aşmayacak, turların toplam uzwıluğunu azaltacak. şekilde diğer tur/turlara kaydırma yaparak turu geliştir. Bu

çalışmanın

edilmesidir.

amacı,

Eğer

maliyetin

=

simetrikse,

i noktasmdan j noktasına taşımanın maliyeti

En düşük ekleme maliyetini veren yeri

değiştirilir.

hesaplanmasmda, Yapılacak

maliyetinin

mesafeler

değişikle,

toplanı

dikkate tur

taşınmasını asgari maliyetini bulmaktır.

Eş Zamanit Çizelge Yaklaşımı Coocurreot Scheduler Approach-CSA):

CSA,

temel

yaklaşımlardan

problemlerinin

da

çözümünde

biri

[2} :

olup,

kullamlan

şu

prosedüri.i

Tüm işlerin başlangıç ve bitiş zamanlarının bilirıdiği kabul edilerek, ilk işi birinci araca ata,

alınır.

uzunluğu

(The

6.2.

kullanmaktadır

"K" noktasının

Ekleme

avantaj olarak kabul edilebilir. MCFP'niıt amacı malzemelerin, depo noktasından talep nokta!

minintize

mesafeler

eklemenin maliyeti. I;i şu bulunacaktır:

C;i

Yayiann yerleşiminden ibaret olan ağın kapasitesi sınırlı yada sınırsız olabilir. B irim başına malzeme

Atanacak iş kalınayınca ya kadar, mevcut araca sonraki işiıt atanınası olurlu ise, gerekli zamanı

azaltılmış olacaktır.

minumum yapacak

şekilde

araca işleri ata.

Gerekiyorsa yeni bir araç ayarlanarak, bu araca 6.

SERViS ARAÇLARININ ÇiZELGELEN MESİ:

da atama yapılır. CSA'ııın kullanılabilmesi için, her

bir

işin

başlangıç

ve

bitiş

zanıaııları

bilinmelidir. İlk iş birinci araca verilir ve sırası Çizelgelerne problemleri, dağıtım zamanı kısıtlar ile

ile sonraki işlerin yapılması gerektiğinde, araç

karektcrize

olup olmadığına bakılır. Hiç sefere çıkmamış

edilir.

Çizelgelerne

problemlerinin

yada dönmüş araç varsa,

genel girdisi, işlerin düzeni, işlerin ve dağıtırnın başlangıç

ve

bitiş

zamanlı

bu araca yeniden

atama yapılır. Eğer mevcut arac yoksa, yeni bir

yayların

direkt

araç tahsis edilmelidir.

yerleşiminden ibarettir. Her araç bir yada daha fazla depoya bakabilmektedir. Eğer j işiırin başlangıç zamam, i işinin bitiş zamanından büyükse i ve j noktalan bir yayla birleştirilebilir. j işinin başlaııgıç

7.

zamanıyla ilgili diğer bir sınırlama ise, k ullanıcının belirlediği

zaman

peryodunun

i

işinin

bitiş

zamanından büyük olması gerektiğidir.

ÇOK D EPOLU ARAÇ ÇİZELGELEME PROBLEM. (THE MULTİPLE DEPOT VEHİCLE SCHEDULİNG PROBLEM: MD-USP):

Her araç başlangıç ve bitişini depo noktasında

Servis

yapmalıdır. Problernin çözümü için ağdak.i noktalar,

fazla depo noktasının bulunması durumunda MD­

dağıtımının yapıldığı

yollara ayrılmalı ve her aracın bakacağı yollar

DSP ortaya çıkar.

belirlenmelidir.

dağıtımının

Minwnum olan

yol

belirlendiğinde

gerekli

böylelikle araç

yatınm maliyetini

araç

sayısı sayısı

de

sistemlerde birden

MD-VSP'nin

gerçekleşmesi

amacı,

ıçın

servis

kullanılacak

ve

araçların toplam sayısını ıniniınize etmek kadar

minimize

toplam operasyon maliyetini de mirıinıize edecek

etmiş oluruz. Her aracın taşıma za manını eşit olarak

şekilde, farklı depolardan hareket edecek araçları

ayarlayabilirsek,

belirlemektir. MD-VSP'nin çözümü içiıt, en kısa yol

personel

ve

araç

operasyon

maliyet ve zamanı da miıtimize edilmiş olacaktır.

yaklaşımına dayalı yeni bir algoritına Carparate

Çizelgelerne problemierin çözümünde, "Minimum­

tarafından öneTilerek geliştirihrıiştir. Bu algoritma

Maliyet -Akış Problemi" ve "Eş Zamanlı Çizelge

ile

servis

dağıtırnın

gerçekleştirilmesi

ıçin

Yaklaşımı" en sık kullamlan iki yaklaşımdır.

sayısı bulunabilmektedir. Birden fazla deponun olduğu

Problemi Minimum-Maliyet - Akış (Minimum-Cost-Fiow-Problem-MCFP):

dikka t edilmesi gereken hususlar şunlardır. l4]

kullanılabilecek

sistemlerde,

6.1.

Ağ problemlerinin özel bir tipi olan MCFP, depo noktası,

aradaki

noktaların yerleşimi

ve

talep

edildiği yerdir. Aradaki noktalarda talep olmadığı var

sayılır. [3]

arabadan

Aradaki

noktalar,

malzemelerin

çıkarılınadan bekleyebileceği

yerlerdir.

araçlann

araç

turlarının

belirlenmesinde

Her turda sadece bir araç kullaıulır. Depolara

yerleştirilecek

araçlann

sayısı,

başlaııgıçta belirlenen değeri aşamaz,

noktalannın yerleşiminden ibarettir. Depo noktası, talep noktalanııa dağıtılacak malzemelerin tenıin

ımnımwn

Toplanı operasyon maliyetini ınininıize edecek araç

kullanılmalıdır.

yaklaşınurun

sayıda

geliştirilerek

En

kısa

yol

MD-VSP'nin

çözümünde izlenen prosedür şu şekildedir:

2E


E.Gündoğar, S.Akıl

Adımı: •

MD- YSP.araçların birden fazla depoya bakınasma imkan tarur. Bu taşıma probleminin

tanıınlanmasıyla çözülebilir, • •

Mevcut uygun çözümü güncelleştir, Her aracın görevi belirlenir .Bütüı1 tanııııla nmışsa.işlemlcr sona erer.

turlar

Adıın2: Taııunlaıunış bazı kısıtlara uygun yayların belirlenmesiyle optimal çözüme gidilir.

Adım3: Her depo için,ıncvcut araçların alacağı en kısa yolu hesapla. Araca,sonıınluluklarını yerine getireceği minumtun akışlı başka bir atama yap. l\1D - YSP' nin gerektirdiği şekilde mevcudu güncelleştir ve yeniden belirlenmesi gereken turlar varsa Adım ı 'in birinci kısmuıı tekrarla. MD - YSP'ni:-1 çözümü için geliştirilmiş bazı prosedürler tanımlayalıml9 j:

mevcuttur

.Bunları

kısaca

Her depoya ilişkin t urların yeniden belirleıuncsi. Olup her yeniden atama için taşıma algoritması kullanılır.

İki

aşama kulanılması. Araç

metodunun,ikinci

sonımluluklarının

aşamasınırı parçalanarak

Şekil-1:

Servis sisteıninin terminale gelen yolculara yönelik amaçlan şunlardır: •

Tenninale gelen yolcuların taşınması,

Servis araçlannın belirlenmesi,

Servis

çiftlerinin

depol<ınıı

bütün

sonunlulukları,farklı

yapılacağı

bir

olan

belirlenmiş önce

otobüs

tenninale

kalkış

ulaştınlmasım

Servis

kaynaklanndan yarariamuayı

düşünen

Belirtilen amaçlarJ ulaşılınanın düşünüldüğü servis

ortak

amacı

toplam

maliyetin

Servis

araçlannın

8. SiMÜLASYON YAKLAŞıMI rotalama ve

çizelgelemesine

için çalışmanın bu bölümünde, genel temsili Şekil-I ilc gösterilen yolcu taşıma sistemlerinin simülasyon ile ınodelleıncsinc değinilıniştir.l5]

taşımacılığı yapmakla kalmıyor, ayru . yolcuların şehir içinde de gıtmek

zamanda.

istedikleri yere ulaştınlmasını (tenninalden-servis servis noktalarına noktalarından-terminale)

:

sağlıyor. Bu durumda, servis sisteıninde yolcula�n� şehir içi seyahatlerinin kolaylıkla gerçekleşmesını sayıda

servis

noktasunu

bul unması

yolcuların

bir

kısmı,

servis

Servis araçlan tenninale planlanan saatte ulaşaınayabilir. Bu durumda, servis araçlaoyla tenninale gelecek olan yolcular, gidecek

olan

otobüse,

diğer şehre

otobüsün

planlanan

hareket saatinden önce yetişeıneyebilir. •

Otobüsler,

hareket

Günümüzde seyahat fı.nnalan, sadece şehirlerarası

gerekecektir.

kapasiteleri

kaynağmdan yararlanamayabilecektir,

simülasyon yaklaşınu ile de çözilin getirilebildiği

sağlayacak

taşıma

araç kapasitesinden fazla olabilmektedir. B u dunnnda,

araçlarının

yolcu

sınırlıdır. Bazı zamanlarda, yolcu sayısı, servis

azaltılmasına yöneliktir.

yolcu

ayrılacak

sistemlerinde karşılaşılan sorunlar ise şunlardır:

MD - YSP için geliştirilebilen bu prosedürterin

Servis

tenninalden

sayılannın

tüm müşterileri tatmin eunek.

yeniden

algoritmayla

bulunur. hepsinin

Yolcuların, zamamudan

birleştirilmesi ve turların

düzenlenmesinin

sisteminin

yolcu

sağlamak,

Dinamik programlannın kullanılması. Araç

Sen·is rotalarındaki belirlenmesi.

yolculara yönelik amaçlan ise şunlardır:

değiştirilmesi. •

Yolcu Servis Sistemlerinin Genel Gösterimi

trafik

sıkışıklığı.

yolcuların

etmeleri ve beklenınedik diğer

yüzünden

terminale

ağır

olaylar

saatten g�ç planlanaıı servıs

beklenen

gelebilirler. Bu durumda da, zamaıunda aksamalar olacaktır. Servis

araçlan

noktalarına taşırlar. edilerek,

H r

yolcuları,

servis

noktaya

yolculara

tenninalden

noktalarından yalnızca

en

iyi

da

bir

servis

servis

tenninale

araç

tahsis

hizınet�ıin

sunulması amacıyla kurulacak simülasyon modelı,

29


Servis Araçl arı Rotal ama-Çizel gel eme Probl emleri ve Çözüm Yaklaşımları

en iyi servis rotalan ve servis araç kapasitelerinin

[9]

belirlenmesine yardımcı olur. Yolcu

servis

kurulabilmesi kapasitesi,

sisteminin için

Vehicle

simülasyon

otobüs

kalkış

dağılımı, otobüs tipi, servis noktalan sayısı, servis araçları sayısı, servis araçları kapasitesi, her servis rotasındaki yolcu dağılımı, servis süresi dağılı mı ve servis

araçlarının

rotası

datalannın

Sistemin

"Set

Multiple

Problem",

Depot

Optimization

1-3,

1994

yolcu

yolcu sayısı

Scheduling

Ricciardclli, 11ıe

Methods And Software, Vohune 93, Number

modelinin

saati,

seyahat süresi dağılımı,

gerekmektedir.

L. Bianco-A. Mingozzi-S. Partitioning Approach To

[ 1 O]

M.A.

Fawzan-K.S.

Problem:

A

Sultan,

Survey",

Research-Conference

"Vehicle

Industrial

Proceedings

Ronting

Engineering UE, 1996.

Norcross, GA, USA, p 269-274

bilinmesi

simülasyon

prosesi

sonucunda gözlenebilecek performans kriterleri ise şunlardır : •

Her servisteki yolcu bekleme süresi,

Servis verilerneyen yolcu sayısı,

Servis kapasitesinden yararlanma hızı,

Servis bekleme zamaıu,

Her rotadaki servis süresi,

Servis verilen yolcu sayısı

REFERANSLAR: [1]

Service OpeationsManagement, Robert G. Murdick­ Barry Render- Roberta S. Russell, 1990

[21

Lawrance Bodin,Bruce Golden,Arjang Assed, and Michael Bal1,"Routing and Scheduling Of Vehides and Crews: The State Of the Art," Computers and Operations Research,Vol.lO,No.2

[31

(1983)

SP.Bmdley, A.C.Hax, and TL.Magnanti, Applied Mathematical

Prograıııming

(Reading,Mass,:

Addison - Wesley, 1977) [4]

Mauro Deli, Arnico,Matteo Fischetti and Paola

Toth, "Heuristic algorithrns for the multiple depo!

vehicle Scheduling Problem", Opemtions Research 1 Management Science,Volurne 34, Nwnber 2, March - April 1994 [5]

[61

E. Gundogar and H.R.Yazgan, "A Simulation Model For Trdllsportation Of Passenger Among Cities In Turkey", 1 l .Etuopean Sinmlation Multiconference, Bogazici University, June 1-4, 1997, p 620-624 Luisa Equi- Giorgio Gallo- Silvia Marziale- Andres Weintraub,

"Combiııed

Scheduling

Problem",

Operational

Research,

Transportation European volurne

97,

And

Journal nmnber

A

Of 1,

February 1997

[7]

Johanna J. Gerdessen , "Vehicle Routing

Problem

With Trailers", European Joumal Of Operational

Research, volwue 93, number 1, August 1996

[8:1 Averill M. Law-W.David Kelton, Simulation Modeling&Analysis, eGraw-Hill International Editions, 1991

30


;AÜ F en Bilirnleri Enstitüsü Dergisi ı (1998) 31-33

The Effects of Machine Load Sitnations on Performance of Job Shop and Gr oup Scheduling

O.TORKUL ;akarya Universty Engineering Faculty, Industrial Engineering Department, Esentepe-Adapazan-TURKEY email:Torkul@ esentepe.SAU.edu.tr

I.ABSTRACT

Production scheduling associated with a group technology cell is called "Group Scheduling"[l]. One of th-:! essential requirements for full utilization of group technology is to

=>erfonnance of job shop and group scheduling ndermulti­

adopt appropriate operations scheduling mcthods. So, in

>atch work input environment was exarnined against two

manufacturing with group technology, the sequence of

nachine load (light and high load) situations.

groups and the sequence of jobs in each group should be

n order to conduct the a nalysis, a deterministic computer

cell.

detennined prior to actually starting production within the

;imulation program was written and used. Various industry reports indicate that implementation of \ j o b shop {JS) model is applied to the shop floor area and

group

:ompared with a simulation of a similar proposal except

improvements

hat group technology (GT) model was used in the shop

ex.,eriments that have been perfonned seem to yield

1oor area instead.

technology in

concepts

leads

efficiency.

to

remarkable

However

simulation

results that do not completely support these reports from industry[2].

)etailed analysis of the results from applying different were

Recently four group scheduling and four job scheduling

ıssessed according to the performance criteria of order

nachine

load

sitnations

and

different

models

procedures were tested for a group technology flow-line

a rdiness, work-in-progress and machine utilisation.

cell

in

a

Vakharia[3].

simulation

study

by

Wemmerlov

and

It was concluded that the group scheduling

(EY WORDS: Simulation, Computer Simulation, Group

procedures perform better than job scheduling procedures.

rechnology, Job S h op, Scheduling, Machine Load.

However, they stressed the need for further research in the area of family scheduling.

II. INTRODUCTION

The literature provides a full

selleetion of different

selleduling rules and heuristics[l], t has been recognized that machine load situation is

ruportant

problem

in

the

area

of

scheduling

for

nanufacturing systems.

[4],

[5],

[6], [7), [8) [9), [10].

and yet no universal solution has been found

Complexity of scheduling arises not only from practical operational difficulties, but also from the diversity in production systems and procedures.

fraditionally, a job shop scheduling problem occurs when

he technical order of the jobs on several machines is not

In this

1ecessarily the same, and also the number of operations

techı-ı.ology and job shop have been developed to test the

·eqııired for each job may not be the same. The problem is o detemline the jobs or parts are to be produced within

effectiveness of the models by applying them to real life

iınited amounts of production resources

evaluation.

study, hypothetical factory models of group

situation.

These

two

simulations

can

be

used

>uch as facili ties capacity, production times, ete.

31

in


lllt:&:;;.llt:\,L� VI

IYIC:t\,;11111� LUC:IU "ILUdi.IUII� uu rcarv• •••a•'"'""

---

-··-

r

-··-

-

·

-

-

ii) The second experiment is similar to experiment

ID. THE SIMULATION PROGRAM The simulation program was written in

"' '

TURBO PASCAL

7.O. The modular and deteıministic nature of the program

number 1, but the model used is job shop.

perınitted to identify all system entities: machines, jobs,

iii) The third and fourth experiments are siınilar to the first and second experiment respectively but now using a.

groups and ceUs.

high load.

Two simulation models have been developed to meet the

A series of experiments were planned and executed

objective. These

examine the affects of machine load situations on model.

are group technology and job

shop

models. The two models involve six basic functions, which

to

bo-tb

sunımansed as follows:

are

The results of the experiments were collected. These a) Generation of customer orders of final product.

results were the values of the perfoıınance analysis for

b) Generatian of forecast demand for manufactured parts.

two different models. These results were then analyzed

c) Explosion of customers' orders against the bill of

using the statistical student distribution (t) test on

materials.

basis of So/o level of signifıcance.

d) Deteınıination of schedules of order releases using

the the

forward loading procedures.

The variabtes in the experiments were:

e) Generatian of completed parts from the shop floor.

. Type of manufacturing layout (i.e. group technology

f) Recording the results o f the simulation for perfoııııance analysis.

job shop). . Whether machines are high loaded or light loaded.

IV. PERFORMANCE MEASURES

The perfoıınance of the models were sensitive to the loa.d

Three performance ı neasures were used for perfoımance evaluation. these included percentage tardiness of orders, work-in-progress (WIP) and machine utilisation.

The

delivery.

aim

of

adopting

this

criterion

situations examined. In the case of high load situation, significant effect of percent tardiness of orders can be in table.l.

is

to

demonstrate the capability of the models in achieving their

WIP is measured in teııns of average value of

shop floor.

factor of all the machines. Machine utilisation factor is defined as being over

MRP/IS

Mean Std

Load

1.6

Low

Mean 5.8

2.0

total

capacity

per

annum.

The

perforınance criteria were calculated using the formulas in

[ı ı]. V. SIM:ULATION EXPERIMENTS

Load

Mean

Low

17100

the group technology model with light load.

at level of

9.0

5 o/o

can:t sı •

canı:

MRPIIS

2748

Mean 17931

Significance

Std

at level of

45 39

not

43101 13566

not si

5%

.

Table. 3. Percent Machine Utilisation Load

Mean

Std

Significance at level of 5%

2.0

44.5

1.0

4.5

55.5

4.0

:MRP/IS

MRP/GT Mean

Std

Low

42.5

Hi

55.0

cant

not

t

·

VL CONCLUSION

using two load situations. The eXperiments aimed to

i) The first experiment aims to analyze the behaviour of

Std

41204 15021

The simulations were carried out to compare two models satisfy the following goals:

Std

Table.2. W ork-In-Pro

the percentage of actual productive

the

effect

Signifıcance

27.2 17.0

8.5 4.0

MRP/GT

The third performance c riterion is the mean utilisation

tablc. 3. Liglr

Table.l. Percent Tardiness of Orders

WIP items over the total simulation time. However. in this study, WIP is measured in tenns of waiting cost on the

sceı

work-in-progress on the models can be seen in table.2.

MRP/GT

The second perfoımance criterion is work-in-progress.

t:bt

effec

tlıe signifıcant

and high 1oad situations, there is no signifıcant

promised delivery dates.

Generally,

Light load situation,

percent machine utilisation can be seen in

The fırst eriterian examined is the timeliness o f order

capacity

or

teıms

of

tardiness of

order

delivery,

percen-...Jiii. tardiness of orders with light load, there seems to be

In

significant difference between the two models. When I�a\J is high, GT model has shown a third lower tardy nr.ıır"''..G!'

32


rate than Job Shop model. Group Technologv model can tlıerefore be recommended as an alternative to job shop ınodel. Generally GT model aims at increasing the flow

of parts and components� whereas in the job shop model

this can be very difficult to achieve. In the light load environment,

the

results

have

shown

only

slight

a

difference between the perforınance of the two models. The

difference

in

performance

between

the

models

increases when a highly loaded environment is being dealt with. The computer simulation can be effectively to

assess

the effect of different operational strategies.

[5]. Abdin, M.F. and Mohamed, N.S, "Simulation Support Methodology for Group Scheduling in FMS", Recent Developments

in

Production

Research,

Edited

by

MTTAL, A., (Elsevier Science Publishers, Amsterdam). 1988. [6]. Mavivann� S., Watson, E.F., and Ham, I., Heuristic Rule to Miıtimize the mean Flo\v Time as a Secondary Measure to Makespan in a Group Technology Cellu, Proceedings of 9th International Conference on Production Research. pp.2370-2377,1987. [7]. Mosier, C., Elvers, D.A., and Kelly D., " Analysis o

REFERENCES

Group

Technology

Scheduling

Heuristics",

Int.J.Prod.Res., Vol.22, No.5, pp.857-876,1984.

[ J]. AI-Quattan, I.. "Designing GT Cells Enhanced by

Group

Scheduling:

key

to

flexible

manufacturing

systems", Proceedings of I ntegrated Systerns Conference,

[8]. Sassani, F., " A Simulation Study on Peıfoıınance of

Improvement

Group

Technology

Cells"�

Int.J.Prod.Res., Vol.28, No.2, pp.293-300,1990.

IIE, USA, 1988. [9]. Jiamin, L., Fuzeng, Y., "The I ntroduction of Practical

[2].

Flynn,

B.B.,

Jacobs,

F.R.,

"

An

Experimental

Process

Expert

Systems, Infoıınation

Technology for

Comparison of Cellular (Group Technology) Layout with

Advanced Manufacturing Systems", IFIP Trans.,

Process Layout", Decision S ciences, Vol. 18, No.4, pp.562-

Holland), pp.383-356�1992.

(North­

587, 1987. [10]. Ben-Arieh, D., and Dror, !\1., "Group Scheduling

(3]. Wemn1erlov, U.. Vakharia, A., " Job and Familv

Using Group

Scheduling of a Flow-Line Manufacturing Cell", lEE

Integrated Manufacturing, Vol.2, No.4, pp.l86-193.1989.

Trans. Vol.23,

Technology Concepts", Int.J. Computer

No.4, pp.383-293.1991. [ l l ]. Torkul. 0., "A Comparison of l\.1RP/GT and :rvm.P/JS

f4].

Hollier.

R.H.

and

Sinha,

RK.,

"A

Review

of

Production Control Problems in Cellular Manufacture",

Scheduling."

Ph.D.

Thesis.

Cranfiel

Institute

Techno1ogy, 1993.

Int.J.Prod.Res., Vol.22, No.5, pp.773-789,1984.

33 -

of


34


s�Ü Fen 1 (1998)

Bilimleri Enstitüsü Dergi si 35-39

TÜRKİYE'DE ÇiMENTO SANAYİİ'NDEKİ GELİŞMELER Mansur SÜMER, Burak YAVUZ Sakarya Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, İnşaat Mühendisliği Bölümü,

54040 Esentepe ADAPAZARI ÖZET:

Çimento

Türkiye'de

Sanayiinin

başlangıcı ve gelişimi belirtilen bu makalede çimento sanayii'nin bu g ünlere nasıl geldiğini, ne kadar geliştiğini, şu andaki mevcut durumunun nedenleri

YIL

ÇİMENTOURETİMİ Ton/yıl

1912

32.000

1915

12.000

açı klanmakta; Türkiye'deki çimento türleri, yıl yıl artış ve aranan özellikler standartlarda nllktarlan

1920

26.000

1925

19.000

anlatılınaktadır.

1930

1 04.000

1940

268.000

) TÜRKİYE Ç İMENTOSANAYÜ I a) Türkiye Çimento Sanayü'nin �lişimi: Tiirkiye'de Ç.imcnto sanayiinin başlaması ve gelişmesi oldukça

eski

bir

geçmişe

sahiptir.

İlk

Çimento

Fabrikası 1.912 yılında işletmeye açılmıştır. Ancak bu

dışında

üretimin

karşılanmı ştır.

büyük

İkinci

ekonomisinde

ölçüde

Dünya

yaptığı

ithalat

yapılarak

Savaşının

etkiler,

Dünya

Türkiye'de

de

tarihe kadar hidrolik bağlayıcı olarak geçmişi 1885

hissedilmeye başlanmış ve inşaat sektörü genel bir

su kireci

duraklama devrine girmiştir.İkinci Dünya Savaş1nın

'rıl1na inen su kireci fabrikalan mevcut idi -

ve

sonra

bitamından

üretimi çimento üretiminden daha fazla olmuştur.

başlanmış

.

Ilk Çiınento fabrikalan 100-150 ton /gün ve 60-70 ton/gün kapasiteli inşa edilıniştir.Ülkenin cüz-i

·

Bu devre içinde ülkenin çimento ihtiyacı iç

ve

bu

Türkiye'de sürede

yeni

yeniden çimento

yatınmlarn fabrikalan

devreye gi1miş ve istihsalde ve tüketirnde yükselme olmuştur

bir çimento ihtiyacını karşılayan bu fabrikalar, büyük

miktarlarda

ithalatın

y-ıpratıcı bir

yapıldığı

piyasa

1920

yılına

kadar

rekabetine girnıişlerdir.

Bu

de rrede milli bir sanayi kolu mahiyeti taşıyan çimento

ÇİMENTOÜRETİMİ Ton/yıl

YIL

sanayiine Devlet müdahalesi mevzubahis olmamış ve

1941

168.000

çimento fiyatlan düşmüştür.

1945

288.000

1946

323.000

1949

375.000

Fabrikalann

kuruluş

yerlerinin

askeri

bölgelerde bulunması, ülkenin I. Dünya Savaşından

yı_prarumş olarak çıkması, Dünya İktisadi Buhramnın etkisini Türkiye üzerinde gösteıınesi ve Devletin bu sanayi koluna müdehale ve yardım etme imkanını bula maması çimento sanayii'nin 1925 yılına kadar

1950 Yılında liberalisı görüşe sahip siyasi

partinin genel seçimleri büyük ekseriyetle kazanması ve büyük ölçüde yeni yatınmlara girişmesi, özel sektör

tarafından da çimento sektörüne yatınm yapılmasını etmiştir.

herhangibir

teşvik

Yıl1ndan kur utınava başlan mıştır.

yürütülmesi için özel sektör

gelişıne gösterınesini önlemiştir. 1925 modem itibaren Çimento Fabrikalan

.,

191 2 iiretirn

yılında

kapasit esi

Yrtik.selmi ştir.

32000 ton/yıl olan çimento 1940 yılında 268.000 ton/yıl'a

karşılanması devlet de

ve

Memleketin

çimento

ihtiyacımn

başlatılan yannınların

aksamadan

kuruluşlannın yanında,

kurduğu bir şirket vasıtasıyla yeni çimento

fabrikalannın inşaasına başlamıştır. Tüm bu gayretli

çalışmaya ve i stihsalin yükseltilmesine rağmen ihtiyaç

duyulan çimento karşılanamamış ve 1957 yılına kadar

büyük ölçüde çimento ithalatı devam etmiştir.

35


Türkiye'de Çimento Sanay1rnaeK1 ue•aşnıt:•�r

-

URETIM Ton/yıl

ÇIMENTO Ton/yıl

KLİNKER

İ'I'HALAT Ton/yıl

YIL

5 17.000

299.000

1973

8.834

695

270

1955

8 19.000

8 1 1.000

1975

10.850

884

37

1957

1.261.000

199.000

1977

13.832

905

36

1958

1.517.000

20.000

1979

13.812

1.077

95

1959

1.734.000

2.000

1960

2.038.000

4.000

YIL

İSTİHSAL Ton/yıl

1950

1960-1963 yıllan arasında Türkiye'nin politik yapısında vuku bulan kriz nedeniyle tüm sanayilerde olduğu gibi Çimento sanayii'nde de bir duraklama devri yaşanmıştır. Yatınmlann bir program dahilinde yapılmaya başlandığı 1963 yılını takip eden yıllarm çimento ihtiyacının karşılanması için yatınmlarda geç kalınınış ve bu geç kalınma tekrar tekrar çimento ithalatını gerektiımiştir. Bu duruma hızlı bir çözüm getii"nıek ve mümkün olduğu kadar az çimento ithal etmek için aşağıdaki tedbirler alınmıştır. -Azami ölçüde katkı maddesi kullanmak, -Mevcut üniteterin force çalıştınlması, -Kuru sisteme dönüş�

-Mevcut fabrikalann tevsi edilmesi,

Ton/yıl

Türkiye'de 1978 yılından itibaren ekonomik ve siyasi i stikrann hissedilir ölçüde zedelenmesi, 1980 yılında getirilen ekonomik istikrar tedbirleri ve 1980 yılı Eylül ayından sonra tatbik edilen yeni para-kredi politikasının sonucu, yatınmlann bir plan içinde, daha doğru bir deyimle politik mulahazalar yerine ekonomik görüşlere göre ele alınması, halkın yüksek faiz oranianna itibar ederek parasını inşaata yatınm yerine banka ve bankeriere yatıınıası, inşaat sektöründe bir duraklama devri başlamıştır. 1980 yılında başlayan bu duraklamanın 1981 yılında da ağırlaşarak devam çimento fabrikalannda aşın etmesi, stoklarm birikmesine sebep olmuş ve bu durum üretimlecin durdurulmasım gerektirmiştir. Bu yıllarda devletçe ihracatı özendirici tedbirlerin alınması sonucu, çimento üreticileri gerek aşın stoklan eritebilmek ve gerekse maliyetlerini düşürebilmeyi temin maksadıyla tam kapasite ile çalışmışlar ve iç tüketim fazlasını ihracata yöneltmişlerdir.

-Yeni fabrika tesis etmek, •

Devlet Planlama Kuruluşunca yapılan ilk 5 yıllık kalkınma planında (1963-1967) çimento tüketim tahminleri kifayetsiz kaJmış ve çimento ithalatı devam etmiştir. YIL

••

URE TIM

Ton/yıl

ITHALAT Ton/yıl

1963

2.967

91

1964

2.940

92

1965

3.244

48

1966

3.865

162

1967

4.249

211

1968

4.735

441

1969

5.730

282

1970

6.295

1971

7.589

1972

8.4 1 1

-

--

-

İHRACAT Ton/yıl -

.. __

-

-

-

-

--

-

-

325 1.131 1.144

1970 yılından itibaren çimento sanayiinde üretim fazlalığı başlamış ve bu sebeple yatınm1ar dururken diğer yandan ihracata yönelinmiştir. Ancak ihracat olanaklannın doğması ve dünya piyasasında çimentonun değer kazanması ve içte tekrar yarunlann başlaması çimento sektöründe 1972 yılından itibaren tekrar yeni fabrikalann kurulmasını teşvik etmiş ve istihsal yükselmeye başlamıştır.

YIL

••

URETIM Ton/yil

IHRACAT

Ton/yıl KLINKER ÇIME NTO •

1980

12.875

753

1981

15.043

3.256

108

1982

15.778

3.980

182

1983

13.595

2.063

268

35

Ancak 1983 yılından itibaren rakip ülkelerin çimento ihracat kapasitelerinin yükselmesi, çimento alıcısı ülkelerinin bazılannda yatınmlann durması� pazar olan ülkelerde yeni çimento fabrikalannın devreye girmesi gibi sebeplerle hem pazar daralınış, lıem de ihrac fiyatlan büyük ölçüde düşüş göstermiştir. Diğer yandan rakipierimize göre FOB fiyatlar bakımından uygun fiyat gösteren memleketimiz çimento ihrac .fiyatlan, limanlanmızdaki alt yapı noksanlığı sebebiyle günlük yükleme miktan ndaki düşük tonaj ve navlun fiyatlanndaki yüksekliği C+F veya CIF teslimatlardaki fiyatlanmız yükseltilmiş ve rekabet şansımızı düşürmüştür. Pazannıızı teşkil eden ülkeler torbalı çimento alımından vazgeçmiş ve dökme çimento talep eder duruma gelmiştir. 1983 yılının ilk yansından itibaren iç tüketirnde meydana gelen artış, ihracatla meydana gelen zorluğu hafıfletmiş ve 1984 ve onu takip eden yıllarda iç tüketirnde beklenmedik bir yükselme görülmüştür.

36


M.Sümer, B.Yavuz

YIL

ÇIMENTOIÇ YÜKETİMİ

1984

13.536

ARTlŞ -

1985

15.757

16.2

1986

18.935

20.6

65

1987

23.325

18.8

198&

23.141

2.e37

ı.a

1989

23.376

1.646

-1.6

507

ÇIME NTC İTHAI,Al

Türkiye'nin çimento sektö rünün gelişimi ile ilgili grafik ŞEKİL I 'de gösterilmiştir. '

--

görülen ve o/�O'.ye v4ıran yıllık üiketim yükselmeleri aslında bir �t]ama değil, 19.80-1983 yıllan arası vnJW -olan. .. duraklamayı telafi edici bir . Türkiye'de çimento tiiketimi politik ve ekonomik .krizlerin 19i3 -198i yıllan aiSJıxbl iç tüketirnde

l ����d 1� ı-

.;; � �,.;.�

l:E 1 ıı

ı 1 •

n

D

n

� � ll � � m � � s •

Ç�ENTO Ç�ENTOIÇ 0/oARTIŞ iTHALAT Ya TÜKETİM 1990

23.795

1.8

1991

24.32 1

2.21

1992

25.932

6.6

1993

29.778

14.8

1994

26.703

-10.3

1995

30.185

13.0

1996

32.000

6.3

1997

36.000

6.3

1.148

------

İHRAÇ 2.402 2.830 1.889 1.567

�s a s � � � � - � ��

ŞEKİl. I

·

olmadığı yıllarda ortalama.%10-12 nispetinde .. bir artış göstermiştir. Nitekim 1980-1989 yılları arasında ortalama yıllık tüketim artışı %10-12 seviyesini muhafaza etmişili. Bölgelerin üretim ve tüketim dengelerine bakıldığında bazı bölgelerde üretim fazlalığı bazı görülmektedir. fazlalığı talep Bu bölgelerde dengesizliği giderebilmek ve tüketimi., üretimden yüksek olduğu bölgelerdeki ihtiyacın zamanında ve yeterince karşılanmasını temin etmek için 1urkiye Çimento Müstahsilleri Birliğince 1987 yıhndan itibaren "Yıllık Master Plan .. hazırlanmış -ve bu plana göre tüketiınin üretimden fazla olduğu bölgelere yan sı programlanmıştır. Diğer mamül ve mamül ' yandan Mannara Bölge�indeki talebin karşılanması için I 987-1 988 yıllannda ithalat ta yapılmıştır. Çimento tüketimi, 4 Şubat 1988 tarihli ekonomik kararları takiben 1988 yılımn ikinci yansından itibaren düşmeye başlamış ve 1988 yılı iç tüketiıni 1987 yılına nazaran ancak o/ol.8 artış gösteımiş bu düş_me-r� da devam etmiş ve 1989 yılı iç tüketimi 1� yılına nazaran -2.1 yüzde ile 23.243.000 ton olmuştur.

5

h) Türkiye'de Puzölan Cıdifimi:

Çiıiıentölann

Katkılı

ı

1962'den önce sadece portland çimentosu üretiliyordu. 1962'de ilk puzolan katlah çimento fabrikası yanındaki çelik fabrikasııun artıkianın kullanarak cüruf çimentosu üretimine başlandı. 70''li yıllarla birlikte birkaç -diğer küçük ·fabrikalar da küçük 1973 miktarlarda traslı çimento üretimine başladılar. yakıt krizinden sonra puzolan katkılı çjmentolar toplam üretimin o/o20'1erini oluştuıııyorlardı. Enerji şj.ddetinin yakıt

ve

çimento

yüzünden

artması

fiyatlanmn

endüstrisi h3sara uğradı. Ve mevcut olan stoklanm

Güç hisseleri ortak -oldu. Bu dummdan kurtulmak için fueloil yerine kömür kullanılması, ıslak yöntemden kuru yönteme geçilmesi ve puzolan katkılı çimentoJann daha fazla üretilmesi, yakıttan tasarruf edilmesi öngörüldü. 1973'te puzolan katkılı çimentonun porttand çiınentosuna oranla o/o20'lerden 1975�e %30lfaıa fu1adı ( Kamu sektöründe ) . 1978'e kadar hiçbir özel fabrika puzolan katkılı çimento üretmedi. Bu yıldan sonra örel ve kanm sektöründe puzolan katıalı -çimento üretimi hızlanarak başladı. Ve 1979'da %75'lere varan puzolan katla.lı çimento -üretimi 198 l l erde %92'leıe nlaştı. Daha sonralanda bu aşamada gitmeye devam etti. 1983'e kadar portland çimentosunun oram 4.3'e kadar düştü. ve 1996'da %18.14'e kadar yükselişe geçti. Portland çimentosunun 1987'deki düşüşüne son verınesinin sebebi daha kaliteli ve daha yüksek binalara ihtiyaçtan, kaliteli ve risk taşımayan portland çimentosuna ihtiyaç artmıştır. ŞEKİL IT azalttı.

t

2.102 2.300

110

---

1997 yılındaki bu %10.3'lük düşüşün ana nedeni 5 Nisan zamanında alınan ekonomik kararlardır. Düşen iç tüketim sebebiyle üreticiler istihsallerini durdıunıaınak için büyük ölçüde ihracata yönelmişler ve 1995 yılında 5. 3 milyon ton ile rekor bir ihracatı gerçekleştirmişlerdir. İhracat 1996 yılında 3.1 milyon ton ile gerçekleşmiştir.

PORTUINO ÇIMENTOSU

30

10

71

11

13

14

15

1&

11

T&

IS

80

i1

il

a:ı

YILLAR

iS

8&

87

111

69

go

81

12

a:l

1-4

15

te

117

ŞEKİL II

37


Türkiye'de Çimento :sanayu·naeKI uenşrneter

Katlah çimentodan daha fazla puzolana sahip traslı çimento üretimine geçiş yanlış karar olabilirdi. Tabii yüksek fınn cüruflu çimento ki bu hepsinden daha fazla puzolan içeriyor: buna da ilginin artması söz konusu idi.Fakat fabrikalann puzolanlar hakkında bilgi ve tecrübeleri ilerledikçe bu fikrin yanlış olduğu yani istenilen standartlam ve kaliteye uygun puzolan katlalı çimentolarm üretildiği sürece yeterli şart sağlanmış oluyordu. Fabrika1anmız şu anda bu bilgi ve tecrübeye sahiptir. Hepsinden daha fazla puzolan içeren cüruflu çimentoya fazla itibar edilmemes"inin sebebi cürufun çok ince öğütülmesi gerektiğinden ileri gelmektedir. Cürufun fazla ince öğütülmesi ise fabrika kapasitesini o/o60 oranında düşürür. Böylece fazla mal üretemez ve işçilik yükselir .. Puzolan katkılı çimentolarda ise 1980 'lere kadar katkılı çimento rağbetteydi, puzolan miktan enaz olan katlah çimentoydu. Çünkü o zamana kadar puzolanlarla ilgili fazla bilgi ve tecrübe yoktur. Daha sonra puzolan miktan fazla olan traslı çimento daha ucuza malolduğundan 1988'e kadar tekrar katkılı çimento satışı ve üretimi yükseldi. Gelişen teknoloji ile

öğütme makinalanndaki gelişme sonucu tekrar traslıya geçiş yapıldı ve şu anda 1997'in sonunda traslı ç.imentoyla katkılı çimentonun satış miktan neredeyse e şitlenmiş durumdadır . Yani Traslıya rabet yükselerek artmıştır.Cüruflu çimentoya ise daha önce bahsedildiği sebepten dolayı rağbet yoktur. Teknolojinin ilerlemesi söz konusu fakat cüruf miktan nın o/o85'lere ulaşması öğütülnıeyi çok zorlaştınyor. Genel şekil III'tedir. 100 90 eo

60

50

#

40

..

30 20 10

o� 75

76

77

78

79

BO

81

82

83

84

85

86

87

88

YillAR

ŞEKİL

89

!!O

91

92

93

94

95

96

97

m

ll) Türk Çimentolannın Standartlan Ve istenilen Özellikleri: ll a) Cimentolann Bileşenleri:

Sembol

PÇ BPÇ EYÇ KÇ TÇ SSÇ U KÇ eç SDÇ HÇ

Klinker

Uçucu Kül

Tras

Cünıf

Herhangi Puzolan

100 100 100

...81

19

80-60

20-40

35 90-70

10-30

20-80

80-20

100 40-100

0-60

II b) Çimentolardan istenen Mekanik İncelemeler

Sınıfı

..

2 _gun 325 425 525 160 CÇ32.5 CÇ42.5

lO 20 30 --

lO 10

Basınç Mukavemeti .. 7 _gun 21 31.5 40 lO

16 21

Eğilme Mukavemeti

32.5 42.5 52.5 16 32.5 42.5

YENİ STANDARTLARDA ISTENMİYOR •

38


fVl.Sümer, B.Yavuz

ll c) Cimentolann

Kimyasal Analizi �==�

�ı -�

S..!mbol

==���

Kızdırnı a kaybı

-

pç ıı EYÇ l(Ç 7Ç J3PÇ

ll

SDÇ SSÇ

--

CözünmeyenMaddeMiktan

15.0 -

1.0 --

1.5 3.0

50.0 29.0 1.5

---

5.0 3.0

------�

S{h

MgO

1.5 1.5

--

HÇ UKÇ _Klinker

------

---------

4.0 4.0 4.0 5.0 6.0 5.0 5.0

ı

ı'

----

3.5

5.0 5.0 5.0 5 .0 5.0 10.0 5.0 9.0

3.5 3.5 3.5 4. 0 3.5 3.5 >4.5

5.0 5.0

4.0 3.5

0.8 55 50

D d) Türk Standartlan � Standart Çimentolar

Standart

Yıl

ıs 19 TS

1992 1992 1992 1994 1993 1993 1992 1992 1994 1992 1992 1992 1992 1992

19

TS 19

'TS3646 TS21 TS 2 1 TS26 TS 10156

1:ı'

TS 809

TS10157 TS20 TS20 TS640 TS22

Çimento

Sembol

Basınç Mukavemeti

Portland Çimentosu Portland Çimentosu Portland Çimentosu ErkenDayanımı Yüksek Çim. Beyaz Portland Çimento Beyaz Portland Çimento Traslı Çimento Katkılı Çimento Süper Sulfat Çimentosu Sülfata Dayanıklı Çimento YüksekFınnCürufl u Çimento YüksekFınnCürufl u Çimento UçucuKülü Çimento Harç Çimentosu

325 425 525 525 325 425 325 325 325 325 325 425 325 160

EYÇ BPÇ BPÇ TÇ KÇ SSÇ SDÇ eç eç UKÇ HÇ

-

ll e)Yeni Türk Standartlanndaki Eklemeler

YENİ TÜRK STANDARTLARI

i (o/o) UZOLANiK ÇiMENTO � 12144

��ZiT ÇiMENTO

�., 2142

PRTLAND KONIPOZE $ "12143

PRTLANO KALKERLi s

"12140

PRTLANO

CÜRUFLU

$ 12193 P-R TLAND siLiKA FUME �

KLİNKER (%) PZÇ/A PZC/B KZC/A KZÇ/B PKÇ/A PKÇ/B PLÇ/A PLC/B PCÇ/A PCÇ/B PSFÇ

12142

65-89 45-64

40-64 20-39

CÜRUF (%)

StLİKA FÜME (%) <

o 18-30 31-50

80-94

o

--> <-------18..30 --31·50------> <

o

o

----

--

<....,._....

65-79

o

-

--

o <-

KALKER

----------- - 11-35--------------------- --> 35-55 -->

<--

o

UÇUCU KÜL (0/o)

PUZOLAN (%)

-

• • · · ---------·

--6-20 --21·35

>

--

••

···=•••

·--·

····---->

80-94

o

o

o

o

6-20

65-79

o

o

o

o

21-35

o

o

S0-94

65-79

6-20 21-3 5

90-94

o

o o

6·20

o o

o

o

o

o

o

KAYNAKLAR 1-

TÜRK STAND ARTLARI

2 -NUH ÇiMENTO FABRİKASI VERİLERİ ( İstatislikler) 3 -TÇ.MB YAYINLARI ( Yıllıkİstatislikler) 4 TAYFUN CİMİLLİ, ERBİL ÖZ'IEKİN "CE:MENTIN TURKEY' (Makale) -

39


40


SAU Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi 1 (1998}

41-48

-

DORT KENARI ANKASTRE MESNETLİ ÇELİK LEVHAI,ARIN TAŞIMA YÜKLE . . BELiRIJENMESİ Hüseyin

Ahmet Necati YELGiN* •

YELGiN**

••

Sakarya Vniversitesi Mühendislik Fakültesi -SAKARYA •• Sakarya Vniversitesi Sapanca MY. O SAKARYA ••

-

ÖZET: Çelik konstrüksiyonlarda,dört kenarı ankastre mesnetlenmiş dikdörtgen çelik levhalar çok sıklıkla kullanılmaktadır. Bu tür levhalar genellikle kutu kesitli yapma kolonlarda, yapma I kirişlerinin gövdelerinde, genıi

ve

uçak

sanayiinde

gemi

ve

uçakların dış yüzeyini örtınek için kullanılırlar. Buralarda kullanılan levhalar teorik hesaplamalarda dört kenarı ankastre mesnetlenmiş gibi kabul edilirler. Bu çalışmada, b 1 t levha narinliği ve a. a 1 b levha kenar oranının değişik d urum lan incelenecektir. Bu oranlar dikkate alınara k deney epruvetleri hazırlanıp =

deneye tabi tutulmu ştur. Her bir epruvetin taşıma yükleri ölçülerek tablo ve diyagramlarla verilecektir. ve üzerinde irdeleme değerlendirıneler yapılarak dört kenarı ankastre mesnetli levhalar için foınıüller önerilecektir. Deney

sonuçları

I. GİRİŞ çelik

yapıda

davranışlarının

taşıma ve belirlenınesi büyük önem arz etmektedir.

yüklerinin

Bu tür levhaların ideal buruşma yükleri DIN 41 14 e göre tesbit edilebilmekte, fakat taşıma yüklerinin ve tüm şekil değiştirnıe davranışlarının doğru olarak tesbiti pek mümkün olmamaktadır. '

Bu çalışmada, b 1 t levha narinliği ve a = a 1 b levha kenar oranının değişik durumları incelenecektir. Araştırma için, t 3 mm ve t 4 mm olınak üzere iki tür levha kullanılmıştır. Söz konusu deney epruvetleri, farklı kalınlıklı, aynı malzeme özellikli (St 37) ve tek parça 375 x 375, 375 x 325, 375 x 275, 375 x 225 ve =

=

375 x ı 75 ebatlarında kesilerek elde edilmiştir. Her bir tür kesitten 2 adet olmak üzere t 3 mm kalınlıklı levhadan ı O adet ve t = 4 mm kalınlıklı levhadan 1O adet olmak üzere toplam 20 adet deney epruveti =

haZirlanmıştır. D. LEVHALARIN

Dört tarafi ankastre mesnetlenmiş dikdörtgen çelik

levhalar

taşıma

taşıyıcı

sisteınlerin

önemli elemanları olarak çok kullanılmaktadır. Şekil 1. 1 de bu tür levha ve yükleme şekli görülmektedir.

/

DURUŞMASI

Levhalar, narin yapıda bir malzeme olduğundan dolayı basınç yükü ile yüklendiği zaman belirli bir yük altında kendi yükleıne düzlemine dik olarak burkulurlar. Levhaların buruşma davranışı, çeşitli parametrelere bağlıdır. Bu parametreler sayesinde güvenli ve ekonomik bir taşıyıcı sistem oluşturm ak mümkün olmaktadır.

Bu konu başlığı altında lineer ve lineer olmayan bumşm a teorilerinden bilinen yedi adet parametre

Ankastre

tanıtılacaktır.

V /1 Şekil 1.1

a

:

V 71

Dört Kenan Ankastre Mesnetli Levha

Bu levhalar basınç yükü altında belirli bir değere yerel burkulma ulaştıkları (B uruşm a) anda, yapabilmektedirler.

Bu nedenle, bu tür

levhaların

Levha narinliği, levha genişliği

b

ve levha

kalınlığı t arasındaki oran olarak tanımlanır (Şekil 2. 1). Levha genişliği b basınç yükü ile yüklenmiş Ievha kenarının boyutudur. Çalışmada, b 1 t oranı, t

=

125 arasında, t

3 mm kalınlıklı levhalarda 58 ila =

4 mm kalmlıklı levhalarda ise

4 4 ila 94 arasında değişmektedir.

41


-"· ..

··u�ua••

'"'"'"d�Lit::

ıvıe�tlt!lll yeliK

L..t:VIIc:Udllll

1

ai'1111"""

1

---·'-·-·

·· - - - -

Levha kenar oranı, levha uzunluğu a ve levha genişliği b arasındaki oran olarak tanımlanır ve a ile gösterilir. Çalışmada levha kenar oranı a, 1 ila 2. 14 arasında seçilmiş ve bu orana bağlı olarak deney epruvetleri imal edilmiştir.

-

16

ıı

,

'

V 71

b

a/b

a

71

*

*

�-

\

\ \' \��\

1

s

+

J

z

1

t

ı

ı

ı

"" r\ \ 'r--.

.

ı . .

i'

.

f'...� ._ / [! /'!'-. : <-� ./�1 [! u / ...... 8 t--; " \� · � -�-y ��-" L! � " ;� ' -.. ::..,....- (1 �� V�'-ı c; l n � � ' ı ·,ı� ı � 13 ---.ı---. ... .... . .. /ıd " �� ,le /O i'..r---. i'� �� �t--- �, � l,S J,O � 1.1 14 0,1 0.6 0.9 , �

'

�'

\

-, -�

iı ı

ı

- .

.

��

ı

- .. ı

-

ı

.

.

��

-

1

ı

OO,J

.

Q,f

O,J

1,0

O,ô

J,l

1,

IJ)

cıc.--

Boşta (serbest) Kenarlar

Şekil 2.2: Üniform Bir Eksenli Basınç Yüküne Maruz Levhalann k a. Diyagramlan -

Mafsallı Mesnetlenmiş Kenarlar •

Ankastre Kenarlar

Malzeme akma sınırı, levhanm malzeme özelliklerinin taşıma yükü üzerine etkisi büyüktür. Dolayısıyla kullanılacak malıernenin fiziksel ve kimyasal özelliklerinin iyi tespit edilmesi gerekmektedir. Şayet malzeme özelliklerinin tespiti hakkında gerekli özen gösterilmez ise yapılacak hesaplamalar sonucu çıkacak değerler yanıltıcı olacaktır.

L-

ı

Levha kenarlannın mesnetlenmesi, levha kenarlarının mesnetlenmesinin incelenmesinde, konstrüksiyon ve diferansiyel denklemlerin çözümü için gerekli olan matematiksel sınır şartlan ve levhanın mesnet davranışı arasında farklılıklar olabilir. Hiçbir zaman teorik hesaplarda kullanılan gerçek mesnet şartlarını elde etmek mümkün olmaz. Bu nedenle hesaplamalar bazı ön kabuller yapılarak gerçekleştirilir. Matematiksel sınır şartlan olarak genel anlamda üç sınır şartından bahsetmek miimkündür.

bumşma Enine kenar mesnetlenmesinin k katsayısına etkisi büyüktür. Dört tarafından ankastre mesnetlenmiş levhalarda kullanılacak k buruşma katsayısının değerleıi Şekil 2.2' den alınacaktır. Diğer tür mesnetlenme hallerinde de k buruşma katsayısı değeri de bu şekilden almabilir. Sözkonusu diyagramlar, çeşitli türde bu mesnetlenmiş levhaların enerji yöntemine göre hesaplanmış değerlerine dayanılarak çizilmi�1ir.

\ �·

;

*

\�\

\.,

11

Şekil 2. 1 : Dört Kenan Anicastre Mesnetli levha

kJ'ffl \ � '

lt.

a=

ı

1\

lt

IZ

1- -

Levha kenarının yüklenmesi, levhalaru hesaplanmasında levha kenarlannın yükleını şeklinin önemi büyüktür. Daha doğrusu levhaya nı tür bir yük etki ediyorsa, hesaplar ona görı yapılmalıdır. Genelde üç tür yük.lemed� bahsetmek mümkiindür. Düzgün yayılı yük, trape: yayılı yük ve üçgen yayılı yük.

ı deformasyon

değiştiıme ön şekil (ön lineerleştirilmiş buruşm a teorisi matematikst anlamda düzlenı olan levhaları incelemektedir. Rijitleştirilen veya kaynaklanan dolu gövde konstruksiyonlann imali esnasında, levhalarda ' rijitleştiricilerde istenın:eyen çarpılmalar vey deformasyonlar oluşabilir. Bu ön deforınasyonla yönetıneliklerin verdiği sınırlar içinde kalır � konstruksiyonlar düzlem olarak kabul edilirler hesapları şekil değiştirmemiş gibi yapılır. Şayet bu ölçülen ön deformasyon değerla: yönetıneliklerde belirtilen sınırlan aşıyor ise bu & hesa, dikkate alınarak deformasyonlar gerçekleştirilir. Aksi taktirde gerçeğe yakn olmayan sonuçlar elde edilmiş olur.

42


A.N.Yelgin, H.Yelgin

m. DENEY DÜZEN İ VE DENEYİN Y APILIŞI

A � """

Bu deney epruvetleri 600 kN kapasiteli basınç yükü veren makinada deneye tabi tutulmuştur. Deney epruvetleri, Şekil 3. ı' de görülen deney düzeneği içinde iki kenarından diizgün yayılı basınç yükü verilerek deneyler gerçekleştirilmiştir. Her bir tür deney nınnunesi için ı adet olmak üzere 5 ve herbir tür Ievha kalınlığı için 1 adet olmak üzere toplam 1O adet sabit deney düzeneği hazırlanmıştır. Bu deney ankastre çerçevesi levhanın üç kenarının mesnetlenmesini sağlanmaktadır.

-

-

... ... ...

Enine yük doğrultusunda giden kenar ise boşta bırakılmıştır. Boşta bırakdan kenar yük verilen dördüncü kenar olmaktadır. Bu kenarın ankastre mesnetlenmesini sağlamak için, Şekil 3.ı' de görülen ilave bir parça hazırlanarak düzgün yayılı basınç yükü bu parça üzerinden deney epruvetine verilmektedir. 10 12

M_*

..

'

1/

-

,/

.. ...

A

A-A Kesiti

Şekil 3.2 : Levhaya Yükün Verikdiği ilave üst Parça

Yapılan deneylerde iki farklı levha kalınlığı ele alınmaktadır. t 3 mm ve t 4 mm levha kalınlıklı St 37 çeliğinden epruvetler hazırlanmıştır. Levhaların mesnetlenme şekli, dört tarafı ankastre mesnetli olmaktadır. Bu levhaya yük enine kenarlardan ve boyuna kenar doğrultusunda verilmektedir. Deney epruvetlerinin boyutları ve enkesit değerleri Tablo 3 .ı ve Tablo 3.2' de toplu olarak verilmektedir. =

=

1 1

Tablo 3. I

a

=

400 mm

1 'lll,

A

A

7

/

/

12 /

A'/ lO/l ;

..r

Epr. No El E2 E3 E4 ES E6 E7 E8 E9 El O

Epr. No

1/

Vj

v;

10

/

40

1/

t/ 40

1/ lt( /

M -------__ b_-....&. _lı.L. De�ğ�.ı; şi i-D-kenııaı__

y;

1/

//

t

Vj

-

10

,/� ___J

_ __

Şeki13.1 :Deney Epruvetlerinin İçine Konulduğu Deney Çerçevesi

E11 E12 E13 Eı4 El5 El6 E17 E18 E19 E20

=

3 nnn kalınhklı Levhanın enkesit değerleri

a

� mmt "

'

375 375 375 375 375 375 375 375 375 375

Tablo 3 ..2: t

A-AKESİTİ 30//

:

=

b ı mm• 375 375 325 325 275 275 225 225 175 175

t �mm) 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 .

"

A (cm2'• ı 1.25 ı 1.25 9.75 9.75 8.25 8.25 6.75 6.75 5.25 5.25

b/t

a=alb

125 125 108 108 92 92 75 75 58 58

1.00 1.00 1. 15 ı.15 1.36 1.36 1.67 1.67 2.14 2.14

4 mm kahnhkh levhanın enkesit değerleri

a

(mm)

b (mm)

t (mm)

375 375 375 375 375 375 375 375 375 375

375 375 325 325 275 275 225 225 175 175

4 4 4 4 4 4 4 4 4 4

A (cm 2) ıs 15 13 13 ll ll 9 9 7 7

b/t

93.75 93.75 81.25 81.25 68.75 68.75 56.25 56.25 43.75 43.75

a=al b ı .oo 1.00 1. ı 5 1.15 1.36 1.36 1.67 1.67 2.14 2.14

43


Dört Kenara Ankastre Mesnetli Çelik Levhalann Taştma Yüklerinin Belirlenmesi

TEORİK HESAPLAMALAR VE DENEY

IV.

Küçük açılar kabulü yapılarak,

SONUÇLARI

y

cr

y! 1 1 1 1 ı 1 1 1 1 1 l

...

...

ı.

/ /

.. ...

..

_... .. ...

(42)

..• i" ""'

L.

....

(4.3)

A� i"

Eleman

... ..

<rx

...

... -...

;....

'""'

b

.. ..

.j

il'

..ı • .. ...

4

<r

y

,/ /''�

elde edilir .

Lo 1""'

1.... ...

,

:... . ....

..

Benzer olarak,

p

tII1tttII1

V /1

Ny

�a

--

Şekil 4.1

:

=::-N

-

______ _

p

Levhanın Genel Yüklenme Şekli

Nxy

iJw y cyı

�-N -

xy

_

iJw &ey

CNY &ı

ey ey

_

l 2 ı (ı-1 ) Denge

=P

!Jw !Jw 2 ifw &4 + acııyı + 0;4

şartından,

plak

kuvvetlerin toplamı sıfırdır. Burada, O'x . t = Nx , O' t = Ny y olarak alınmaktadır ( Şekil4.1 ). •

x

,

'txy

(4.6) (4.7)

.

düşey

t = Nxy,

elde edilir.

2: x = O denge şartından ve

co

=

doğrultusundaki kesitte meydana gelen iç kuvvetler,

=

O denge şartından,

iN

iN

...:. Y ..

_

o/

p : x

1 alınarak, (4.8)

Ly

Şekil 4.2

(4.5)

(4.1)

bütün

üzerindeki

iNxy &ı

& zy

Enine yüklenmiş levhalar için aşağıdaki Kirschoff plak denklemi geçerlidir.

E.l.t3

(4.4)

=

-t.

+

xy

li:

=

Q

(4.9)

(4.11)

Do�ltusunda Kesitte Obışan İç Kuvvetler

44


A.N.Yelgin, H.Yelgin

(4.11) denklemi (4.1) denkleminde yerine konur

ise,

(4. l)

ve

bu

levhanın

sınır

sağlaması

şartlarını

gerekmektedir.

Sınır şartları, w==

(4.12)

O

için

X=O,

x=a'

y

=O,

y=b

O

. . ıçın

x=o'

x=a'

y =O,

y=b

' w ==

olarak yazıla bilir. elde edilir. Dalga

Ievha

denklemi,

türevleri alınarak yerine konursa

Plak rijitliği D ile gösterilirse,

denkleminde

diferansiyel

(m

=

n

=

1 ),

(4.13)

• • •••

yazılabilir.

(4.15)

İki tarafından düzgün yayılı basınç yükü ile yüklenmiş dört kenarı ankastre dikdörtgen levha için çözüm

elde edilir.

yapılırsa:

Levhanın kare olduğu ve iki dik doğrultuda eşit basınç yüküne maruz kalması özel halinde bu denklem şu

y

şekli alır ( a

=

ax

b ve

=

a-Y ise ),

= 5,33

(aJ.tr

ı?.� t.a

(4.16)

olur. a.=a/b

b

Çalışmada

ve

kesit

incelenen

gözönüne alınırsa ( yani, a

;e

b ve

a

� /-*/'

*

O'x

/

.

X

_ _ __ ___ ___ _ ____ _

(a)ler x

Şekil4.3: Düzgün Yayılı Yükle Yüklenmiş Levha Levha

kullanılacak

çözümünde

dalga

(buruşma)

denklemi, W=

1-cos

4

2m11X a

---

1- cos-2-n-�_ b

(4.14)

olarak tahmin edilir. Bu denklemde,

n

=

O

durumu ),

D = aki =k t.b2

(4.17)

-

elde edilir. Burada k buruşma katsayısıdır ve levha

kenar

olarak

bağlı

oranına

Tablo

a 1 b

4.1'de

verilmektedir.

4nn

m

ay

durumu

fornıül,

minimum kritik gerilmeyi veren

O'x

yükleme

,

x doğrultusundaki dalga

Tablo 4.1 : Dört kenanndan Ankastre Dikdörtgen Bir Levha için a 1 b Oranına Bağlı Olarak Buluınan k Değerleri a/b k

0.5 195.5

Deneylerde sayısını

, y doğrultusundaki dalga sayısını

gösterınektedir. Tahmini yapılan dalga denklemi, dört kenarından ankastre dikdörtgen levhanın diferansiyel denklemini

LO 103.5

sebim

1.5 83.4

2.0 79�6

ölçmeleri

2.5 78.9

kuvvetin

3.0 75.2

belirli

3.5 72 ..8 bir

değerine kadar yapılabilmektedir. Çünki bu değerin üzerindeki okuınalarda ölçme komparatörü sürekli

olarak

artmaktadır.

Okuma

yapılması

mümkün

olmamaktadır. Levhanın düzlemine dik doğrultudaki orta sehim okumaları, 5

cm

hassasiyetii komparatörler

okuma kapasiteli 1/100

aracılığı ile yapılmıştır.

Yapılan ölçümler sonucu görülmüştür ki,çıkan sehim değerleri yaklaşık olarak cosinüs eğrisi foımundadır.

45


Dört

i s e m n e rl li e B in n ri le k ü Y a ım ş Ta n rı la a vh e L k li e Ç i tl e sn e M re st a k Kenarı An

giden e ld ki şe bu r da ka e n ri ğe de r bi i rl li Kuvvetin be a ad as tm ar et vv ku a nr so an ad kt no r bi i, er sehim değerl hızla artmaktadır. rin tle ve ru ep i, es m ril ve et vv ku e rin tle ve ru ep y De ne varn de r da ka na nu so in in er el sit pa ka taşıma e id er kl yü e göçm. ın ar al vh le de ye sa Bu . ir ted ettirilmek tesbit edilebilmektedir. Deney epruvetlerinin plastik sınır yükü,

(4.1 8) bağıntısı ile hesaplanmaktadır.

Tablo 4.3 : t = 4

mm

kahnhkh Levhada Sonuçlar Ppı

Epr No

b/t

Ell E12 E13 E14 E15 E16 E17 E18 E19 E20

93.75 93.75 8 1.25 8 1.25 68.75 68.75 56.25 56.25 43.75 43.75

(kN) 360.0 360.0 3 13.0 3 13.0 264.0 264.0 216.0 2 16.0 168.0 168.0

(4. 19) ..§ ·rı

bağıntısı ile hesaplanmaktadır.

o-ra

=

u

o

ı? .E

k. ae =k.

ıı(ı-,t?)

b t

0,8 0,6

.

0,4

- - - - - - - epruvet 1,3{J,7 !d

ı1 ı '

0,2

ı

(4.2 1)

=

6

u

o,8

..§ 0,6

�:---... ... . �

..... .. .. ....lllil -144-�-... ......,._��-

;

PD

(kN) (kN) 270.0 97.50 270.0 99.50 234.0 93.50 234.0 97.50 198.0 88.00 198.0 84.00 162.0 83.50 162.0 77.00 126.0 7 1.50 126.0 78.50

O"n

8.67 8.84 9.59 10.0 10.7 10.2 12.4 14. ı 13.6 14.9

- • • • •

·- .

04 o , 0,2

ı 1

--

1

--.---.-----i o +----r 0,57 0,72

0,85 0,94 0,96 •

·

·-- • •

Narinlik

Epruvet 12,14,16�18. 20

Epruvet 11,13,15,17 19

t

Şekı14.5: Gerilme- Narinlik (Av) (Levha K.ahnhğı t = 4 anın)

Tablo 4.2: t =3 rmn K.ahnlıklı Levhada Sonuçlar

125 125 108 108 92 92 75 E8 75 E9 58 EJO 58

ı

Şekil4.4: GeriJrne- Narinlik ( A.v) ( Levha Kalınlı� t = 3 mm)

Teorik hesaplamalar sonucu bulunan değerler ile deney sonuçları, her iki tür levha kalınlığı için ayrı ayrı Tablo 4 .2 ve Tablo 4.3' de toplu olarak verilmektedir.

El E2 E3 E4 E5 E6 E7

-

Geritme - Narinlik

olarak hesaplanır.

Ppı

tı>nNet 2,4,6,8,10

!

0,757 0,954 1,136 1,243 1,28

.

Epr b /t No

----ı--ı

·----·------�..,····-

Levha narinliği değeri,

V

0.438 0.960 0.470 0.960 0.532 0.935 0.587 0.935 0.654 0.849 0.581 0.849 0.666 0.7 16 0.728 0.7 16 0.844 0.571 0.807 0.57 1

Narinlik

olarak hesaplanmaktadır. Bu formüldeki k bumşma karsayısı, O'e Euler burkulma gerilmesidir.

}�

Av

GDJ(JF

10.9 11.7 13.2 14.6 16.3 14.4 16.5 18. 1 2 1.0 20. 1

o

(4.20)

ı

(kN) 163.5 175.5 173.0 190.0 179.0 159.0 149.0 163.0 147.0 140.5

<rn

Gerilme - Narinlik

Levhanın kritik buruşma yükü,

Burada,

Pn

O'o,<rF

Av

0.349 1.280 0.356 1.280 0.386 1.243 0.403 1.243 0.430 1.136 0.410 1. 136 0.499 0.954 0.460 0.954 0.549 0.757 0.603 0.757

Gerilme - b 1 t N arinliği 0,8 Q

..§

-... --

0,6 -

0,4

-

"l

_...._ .

; !

ı '•

.

.

--

0,2

-

1 t

--

r

ı ı

o

1

58

75

92

108

b 1 t Narinlik

125

...

··

-

-

·

-

Epruvet 2�4,6,8,1 o - Epruvet 1,3,5] Ş3

Şekil4 6 : Gerihne - b 1 t Narinliği ( Levha Kalınlığı t = 3 .

mm )

46

1


H.Yelgin

A.N.Yelgin,

Gerilnre - b 1 t Narinüği

1

] '5

o

J

.. --�··-··• -----"�· _____ .,. _

.... ...

0,8 06· ' 04· o2 o

.

-

-

.

-

.

··-� t

.

-

-

'

-

'

ı

·

ı

'

ı

43,75

ı

56,25

ı

68,75

·

·

-

·

ı

81,25

Epruvet 1 12,14,16,, 18ı20 Epruvet 11,13,15, 17.19 ı

ı ı•

93,75

Şekil4.7: Gerilme-b 1 t Narinliği ( Levha KalınJığı t = 4 mm)

SONUÇLAR VE ÖNERİI.ER

DIN 4114 2

e -

4)

., ,_ _ ___ -"�_____

____

---

ı

--·

0-t----r----'1

75

92

108

r:»J4114

- - - - Epruvet 2,4,6,8,10

•ı

'

58

125

·

-

·

b 1 t Narinliği

Şekil 5.2'de ==

� o

..§

...

....

ı•

deneyler

sonucu

--

i

'

t

ı . �----� -- -

i

! -

-�

ep.

-

ı

ı

ı

·

·

·

·

ı

-

·

Epruvet 11,13,15,17,19

___,

_ _

Şekil 5.2 : DIN 4 1 14 Standardı İle Karştlaştınna ( t = 4 mm )

narin lik

5.2

'nin incelenmesi sonucu, b 1 t levha

oranının

değişimine

bağlı

olarak

çizilen

diyagramlarda elde edilen sonuçların her iki tür levha kalınlığı

için,

DIN

4114

taşıma

hesaplamalara göre bizi

daha eınniyetli olduğu

götürmektedir.

Yapılan

deneyler

" En küçük kareler

Dört tarafından ankastre mesnetli levhalarda b 1 t

levha narinliği göre, t

==

=

UF

b 1 t Narinliği

ve

ise

değerler

Bu iki durum sözkonusu levhaların taşıma yüklerinin

u

DIN4114

___ _

5.1

bulunan

Halbuki

yüklerinin elastik bölgede olduğunu gösteıınektedir.

t

- - - - Epruvet 12,14,16,18,20

43,75 56,25 68,75 81,25 93,751it__

Şekil

gösternıektedir.

3 mm olması halinde : =

4

-2 ,434.10

-4b2 -

t

b

ı +0,007 - +43,396 -0,5 b t t

mm olması halinde :

b2 b = 2 ,386.10-4 - + 0 , 044 - +75,566 .......,----,--- 2,39 t

(

t

____.......,..._.________ .. __ ___, __

3 .

o

mm kalınlıklı levhalarda taşıma yükleri plastik bulunduğunu

(j

iı.E KARŞll..AŞTIRMA

...

_._._

4

DIN 4114 standardının verdiği değerler

bölgede

Epruvet 1,3,5,7,9

Şe ki l 5 .ı : DIN 4 l 14 Standardı İle Karşılaştınna ( t = 3 nun)

4 ...r""'..

değerinden sonra plastik bölgedeki taşıma

yüklerinin elastik bölgeye geçtiğini göstermektedir.

aF

DIN 4114

75

yönteıni " ile aşağıdaki gibi belirlenmiştir.

l• .....,. _.__.....,

yaklaşık

kalınlıklı levhalarda b 1 t levha narİnliğinin

uygwı matematiksel bağıntılar

•1 • •t

mm

standardının verdiği değerler

Yapılan deneyler sonunda elde edilen sonuçlara en

ı

.......,_, ...-. ---.:·-

anlamını

daha da vurgulamaktadır.

• • 1

0,5

kaldığı

sonucwıda çıkan bu sonuç yapılan çalışmanın önemini

ı

ı

3

==

sonucuna

�· ,

1,5

t

5 . ı' de DIN 4 l14

teorik

İLE KA.RŞ ll..AŞ TIRMA

... .

_ ._

Şekil

t

b 1 t Narinliği

V.

bölgede

vermektedir.

-�----, 1!

-

emniyetli

sonuçların

standardının

verdiği

değerlerin altında çıkmaktadır. Bu da bize çıkan

Dört tarafından ankastre mesnetli levhalarda narinliği göre, t ==

3 mm olması halinde :

- = -0,319.Av2 +1,173.A,v - O,913 cr

I

UF

Av

t

=

Av levha

4

-1,311

mm olması halinde :

1 -3, 242 -=-2,215.Av+4,802.Av- l,J72 Av UF a

ı

olarak elde edilir. Söz konusu bu formüller dört kenan ankastre

mesnetli

dikdörtgen

çelik

levhalar

için

önerilmektedir.

47


Dört Kenan Ankastre Mesnetli Çelik Levhalartn Taşlma YuKlerinin tseunenmes•

VI. KAYNAKLAR

[1I

Deren, Ii,

Çelik Yapılar ", Teknik Kitaplar Yayınevi, Ocak 1984, İstanbul. "

[ 2]

Yelgin, A.N., Üç Kenarı Mafsallı Diğer Kenarı Boşta Dikdörtgen Levhalarda Narinlik-Taşıma Yükü ilişkisi ", Doktora Tezi, İTÜ Fen Bilimleri Enstitüsü, Mayıs 1990, İstanbul

[3J

DIN 1079, " Staehlerne Strassenbrü cken " Grundsaetze fiir die Bauliche Durchbiegung.

[41

"

BS 5950 Part 5, " Code of practice for The Design of Cold Formed Seetion ", Draft British Standard, 1987

[5J

DIN 4114, Blatt I., " Stabilitaetsfaelle ( Knicken� Kippung, Beulen ) Berechnungsgrundlagen" Juli 1952.

[ 6]

TS 138, " Çekme Deneyleri (Metelik Malzeme İçin ) ", Türk Standardları Enstitüs� 1978, Ankara.

[ 7]

DASt Ri.Ol2, " Beulsicherheitsnachweise für Platten ", Deutscher Ausschuss fiir Stahltau, Oktober 1978.

[ 8]

Timoshenko, S., "Plak ve Kabuklar Teorisi ", Çevirenler: İnan,M., Sönmez, F.,İTÜ İnşaat Fakültesi Matbaası, 1964, İstanbul.

[ 9]

Stefen, C.C., Rayınond, P.C., " Nurnerical Methods for Engineers ", McGraww - Hill, 1989.

48


Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi 1 (1998) 49-56 SAU

BETONARME BORU İMALATl, UYGULAMASI VE KALİTE KONTROL DENETİMLERİ Kemalettin YILMAZ Sakarya Üniversitesi Adapazarz

ÖZET

hatlarda tanm arazileri için her 150 m de, şehir

1989 Yılında İller Bankası ile Ecetaş A.Ş. arasında

yapılan sözleşme

gereği�

tüm Adapazarı

(merkez)

kanalizasyon inşaatı, Sakarya (Kumköy) mevkiinde 50 dönümlük bir arazi üzerine kurulan Ecetaş firınası

tarafından yapılmaktadır. Tamamı 95 kn1 den oluşan \e

10

senede

bitirilmcsi

(1996

itibariyle

planlanan

Haziran)

Mansur SUMER /)akarya Vniversitesi Adapazarı ••

12

hattın

bugün

lik

kısmı

kın

tamamlanmıştır.

hattında ise her 60

m

muayene hacalan

de bir

konmaktadır. Boruların zamanla tıkarup çalışamaz durumda kalmaması ve ani basınçtan dolayı meydana gelecek anzalann ananlması maksadıyla bu hacalar konmaktadır. kalite

Fabrikada

denetimleri

üç

safhada

gerçekleştirilmektedir. Bunlar imalattan önce, imalat sırasında ve imalat sonrasındadır. yapılan

kontrolde,

üretimde

imalattan

önce

agregalar,

kullanılan

Borular, çapianna göre donatısız, tek donatılı ve çift

çimento�

donatılı olarak üretilmektedir. Ayrıca konik ızgara,

şartnarnelere ve ilgili standartıara uygunluğu kontrol

pik muayene bacası ve baca kapağı sistemi bütünleyen

edilerek denetlenmektedir.

parçalar olarak üretilmektedir. Projeyi üstlenen fırma

kalite

kendi şantiyesinde kurduğu beton tesisi ile betonu

kalitesi

ve

üretmekte

hasır

çelik

de

aynı

hazırlanmaktadır. Arazideki çalışmalan fırma,gerekli

kalite

kontrol

tesiste

da

yürüten

deneyleri

kendi

çelik

kontroiJerde, üretimin

edilmektedir. üretilmiş

Laboratuarlarından yararlanarak yapmaktadır.

çalışnıalarında,

ait boru ihaleleri genellikle nakliye ve

kapsıyacak

şekilde

yöntemleri,

a na

hatları

ile

diğer

sanayi

nıamulü üreten fiınıalannkinden pek farklı değildir. (merkez)

kanalizasyon

atıkların

inşaatım

içeren

bulunmaktadır. Terfi merkezleri kirliliğin ve en

faz1a

olduğu

bölgelerden

seçilmiştir.

Şehir. genelde düz bir arazi olduğundan belirli bir

eğiın verilerek suyun akışı sağlanmaktadır. Ayrıca terfi ıner kezine yerleştirilen pompalar sayesinde suyun

akış hızı artırılmakta d ır Adapazarı

tüm

kullanılan

betonun

kademelerinde

kontrol

sonraki

elemaniann

kontrollerde

ise

basınç

sızdırmazlık�

laboratuar

konu

kalite

ile

kontrol .. TURK

ilgili

Üretilen tüm elemanlarda beton bileşimi olarak aynı malzeme kullanılmaktadır. Kulanılan çimento B olu teınin (SDÇ

edilen

32,5).

sülfata

Kum,

işbirliği

ile

şantiyede

kurulan

ocaklanndan temin edilmektedir. Kanşımda iki farklı

granülometrik kııına taş kullanılmaktadır. Kulanılan

agregalar ve kanşımın granülometti bileşimi Tablo. 1 de gösterilmıştir. Beton

imalatı

şantiyede kurulan

beton santralinde hazırlanmaktadır. Eleme tesisinde boyutlanna göre sını:flandınlan malzemeler sanıralde bölümlere

konduktan

uzunluğundaki halatla çekilen Bankası

dayanıklı

yıkama eleme tesisi ile Sakarya'daki kum ve çakıl

aynlan

.

Belediyesi-İller

sırasında yapılan

2.KULLANILAN MALZEME ÖZELİKLERİ VE BETON BİLEŞİMİ

Çimento'dan

proje, çok kapsamlı olup proje üzerinde 6 tane terfi

ıncrkczi

imalatta

sürecindeki

çimentodur

Adapazarı

İmaHit

teknik

yapılmaktadır.

Gerçekten de bu tip bir ihaleyi üstlenen fırmanın

çalışma

bileşimi

STANDARTLARl'ndan faydalanmaktadır.

t.GİRİŞ da

beton

dayanımı ve tepe basıncı deneyleri yapılmaktadır. Her kademe

ınontajı

ve

imalattan

olan

laboratuarlarının y anısıra, Sakarya Üniversitesi İnşaat

Kolektör hattına

hasır

santraline

aktanlmaktadır.

sonra

1 8m

Skreyper ile

Operatör

beton

tarafından

kanalizasyon borularının geçeceği arsalar üzerinde

ölçülen

istimlak işleri gerçekleştirilip, o döneınde meydana

gönderilmektedir. Sistem bir defada 0,5 m3 hacminde

gelen

ürün

zarar-ziyan

bedelleri İller ödenmiştir.

Bankası

bedeli

ile

k aınulaştırma

tarafından hak

Kanalizasyon

koliektör

ve

sahiplerine

toplayıcı

malzemeler

ayn

ayrı

tartılarak

miks�re

beton üretmektedir. Günlük 02000'lık borudan 8 adet üretim kapasitesine sahiptir.

49


Uv ..VII�IIII'-'

• • • •-·--·,

--·-

-�.,;;,��---

Tablo 1. Malzeme Özellikleri Elekten Geçen °/o ler

Argera

Türü

lJ(um

K. Taş2

4

2

ı

0.5

0.25

(kg/m3)

100

100

100

100

84

64

40

18

1600

100

40

7

o

o

o

ıoo

Agregası

o

o

18

72

34

43

54

72

87

100

Kanşım

(O)

hacim

: 500 kg

Kum

: 1006 kg

K. Taş2

: 394 kg

ağırlığı

2440

betonun

kg/m3

olarak

taze

haldeld

saatlik bir ön beklemeden sonra 2 saat 30 °C de, 2 saat

de 60 °C de doygun su buharı basıncı altında küre tabi tutulmaktadır.

----

__ ..,..

mm

beton

yerleştirilmektedir. Demir

kalıp

altlığına

düzeneği

hazırlanan

üzere

dökülmek

atölyesinde

gerekli

donanım, üst yüzeyi ziftlenmiş olan kalıp altlığına

yerleştirilmekte yardımıyla

ve

bunun

oturtulmaktadır.

üzerine Dış

dış kalıp

katıbın

vinç

altında

bulunan kancalar vasıtasıyla kalıp altlığı dış kalıba

İMALATI VE ÜRETİLEN BORU TIPLERI

Boiulann 01200

10

: 507 kg

kampasitesi %85 dolayındadır. Üretilen betonlar 4

3.BORU

2710

1750

o

: 139 kg

çökmeli, kuru kıvamda ve taze

Üretilen

bulunmuştur.

22

Çimento

K. Taş l

birim

o

2710

1750

o

m3 taze beton bileşimi

Su

Klvam deneyinde

o

2630

(% 52 kum), (%27 K. Taşi), (%21 K. Taş2) 1

beton

(kg/m3)

Ağırlığı

Ağırlığı

8

100

K . Taş l

Birim

16

Elek 31.5

Boyutlan

üzgül ••

bağl�aktadır.Yine aynı vinç yardımıyla iç kalıp da

yerleştirilmektedir. Takozlar üzerine oturan iç kalıp

ye kadar olanlan muflu, 01400

içerisinde bulunan üç adet motor, kalıba titreşim etkisi

vermektedir. İç kahpta sıkılama bittjğinde hareketli

mm ve daha büyük çaplı olanJan lamba zıvanal1

dış kalıp da

kadar olan borular dairesel tek donatılı, 1200

ve

contanın yerleşeceği yerin düzgünlüğü için tekrar bir

atölyesinde

uygulanmaktadır. Gerekli sıkılığa eriştikten sonra vinç

borulardrr.Yine çaplan 700 mm den 1000

ınnı

mm

ye

daha büyük olanlan dairesel çift donatılı borulardır.

Donaular

şantiyedeki

demir

betonu

titreştinneye

başlamaktadır.

Vibrasyon işleminden sonra hidrolik pres ile muflarda

sıkılama

yapılır.

Bu

işlem

sadece

tepe

yüzüne

hazırlanmaktadır. Boru tiplerine göre donatı çap ve

yardımıyla clış kalıp ve kalıp altlığı içindeki boru,

ile birleştirilir. Dış donatılar 6,5 ile 7 mm� iç donatılar

ön bekleme yapılacak kısma konur. Kalıptan çıkanlan

02000) birbirine

sakıncalan önlemek için bir süre üzerinde bekletilir.

aralıkları hesaplanan hasırlar., özel puntalama nıetodu 5,5 ile 6

oluşacak

mm

çapında olup, büyük borulann (01600 ile

basınç

geçme

etkisini

yapılan

azaltmak

muf

kısmında

amacıyla

ilave

yukan çekilerek iç kalıptan aynlır ve fabrikamn içinde

elemanın tepesındeki flaşlar, rötreden ötürü doğacak Ayrıca boru yüzeyindeki pürüzler ve beton dökümü hava kabareıldan kontrol

donatı kulanılmaktadır. Hazu halde şantiyeye gelen

e snasında oluşan küçük

punta kaynakla birbirine tuturulmaktadır. Daha sonra

işlemine hazır hale getirilir.

donatıya silindirik şekil verilerek 50 cm aralıklarda dış

ve

demirleriyle

oluşturulmak

donatılann

betonanne süretiy1e

çiroz

demirleri,

borunun

elektrot

et

bağlama

kalınlığı

kaynağı

ile

kaynaklanarak donatı kafesi, kaymalara karşı güvenlik altına alınmaktadır.

Hazırlanan bu

donatı

iskeleti

edilerek gerekli ince sıva perdahı yapılır ve boru kür

Şantiyede

10

döşenecek

toplam

edilmektedir.Üretilen görülmektedir.

ayn

bu

çapta

borulann

miktarları

boru

çaplan

Tablo.2

imal

ve de

50


t<-- Yilmaz,

M.�umer

Tablo.2. i

U retilen Boru Ti leri Döşenecek ••

Uzunluk(m)

2400

3848

2000

4819

1600

2929

1400

12276

1000

12350

600

9305

1200

10350

800

8027

500

10336

Toplam

89460

400

.

18290

4. KALITE KONTROL •

(gaz ve konsantre çözeltiler) maruz kalacağından TS 3440 göre üretilir. Su-çimento oranı 0,40 dan düşük,

Betonarme borular v e özel parçaları için donatı kafesi

kompasite %80 den büyük olması gerekmektedır. •

oluşturulduktan sonra TS 7 0 8 de belirtilen değerlere uygun kalitede çelik özelikleri aranınaktadır. Boru ve

boru bağlantıları, sıkıştırma ara malzemeleri, contalan ile

birlikte

bir

teknik

bütünlük

oluşturinaktadır.

Contalar, muf veya lamba zıvana bağlantı boyutlarına

uygun

bir

şekilde

k ayar

veya

döner

birleşimde

Sakarya Üniversitesi Labaratuarlarında yapılan basınç deneylerinde ortalama küp dayamınları 7 günlük 370 kg/cm2, 2 8 günlük 530kg/cm2 olarak bulunmuştur. Bu

sonuçlar

BS

40

kali tesinin

üzerinde

üretim

yapıldığını gösteıınek:tedir.

�'apılabilecek şekilde ayarlanmaktadır. E etonanne borularda TS 500 'e göre öngörülen beton .. 1nukavameti BS 35 kalitesindedir. Ustün mukavaınet

1

öngörülen tepe basınç yük değerlerinden

az

yükü

eşit bir tepe

etkilere karşı dayanıklı olması için TS 809'a göre

gelen çatlaklar 0�25 m m den geniş ve 300

üretilen sülfata dayanıklı

uzun olmamalıdır. Tepe basınç

çiunentoların kJılarulnaası

olmaması

gerekmektedir. Tablo.3 de verilen değerlerin °Yo60'ına

sınıflı borularda bu değer BS 40 olmaktadır.Kimyasal

gerekmektedir. Bu borular zararlı kiınyasal etkilere

'

TS 821 (Nisan 1993)'e göre betonanne borular için

ile yüklendiğinde bornda meydana

yükü

mm

den

çatal boru ve

dirsekierde aranmaz.

Tablo.J Betonarme borularda tepe basınç yükü deneyi için en küçük kırılma yükleri

Boruların anma çapı(mm)

Betonarme boruların(m) uzunluğu için e n küçük kırılma yükleri

(P) (KN/M)

Noımal Mukavamet(BS35)

Yüksek Mukavamet(BS40)

200

40

45

300

40

45

400

40

47

5000

41

52

600

44

60

700

48

68

800

52

76

900

58

82

1000

65

90

ı

1100

69

95

1200

73

lO

1400

77

107,5

1500

81

115

1600

86

25

1800

90

135

2000

105

160

2200

115

175

2400

125

190

2600

135

205

1

-' ı ..!._

ı

ı 1

J 1 1

....

J ı

l:l

;

51


Ct:lonarme coru

lllli:lldu,

uy�uacuua"•

.,Q...."

vç.

,,_. .....

-.

-

-· ·

gelip

gibi) bağlı olarak her bir anma çapı için statik hasap

uygulanır.

olarak

Boru

yükleme

her

göstergeden

an

Boru

edilir.

kontrol

gelmediği

başladığı

yapılacak

deneyi

basıncı

·

bekletilir ve bu sırada herhangi bir çatlak

(zemin durumu, gelen üst yükler ve yataklama biçimi Tepe

-

kademesınden sonra 5 dakika süre ile sabit yük altında

73 97'de beriitilen esaslara göre boru döşerne şartıanna

yapılır.

· · ·

kademeli

Tabloda verilen tepe basınçlan deney yükleri olup TS

kontrolu

--· ·

alınan

değer

meydana

çatıarnava

mıa

çatı

borunun iki kenan çapına uygun olarak tahtalar ve bu

değeridir. Bundan sonra yüklerneye devam edilerek

araya yerleştirilir.Basıncı eşit yaymak için borunun

değeri olarak tespit edilir.

boru kınlır. Borunun kınldığı

tahtaların üzerine lastikJer konduktan sonra boru bu

üzerine yine sert ağaçtan yapılıınş tah ta konularak bo�kuvvet

şekilde

yük

boruya

Betonarme

ayarlanır.

bir kısmı aşağıda gösterilmiştir.

01400

0800

0600

57 gün

310 gün

68

158 kN/m

125 kN/m

98,8 kN/m

Kınlma yükü :

238 kN/m 250,7 kN/ın

211,5 kN/ın

165 kN/ın

1 21,2 kN/m

Test yükü(TSE)

179,6 k.N/m

154 kN/m

83,6 k.N/m

52 kN/m

02000

Boru çapı

28 gün

Beton yaşı: Çatlama

yükü :

kınlma

tepe basınç yükü deneylerinden elde edilen sonuçlann

getirilir.Yükleme hızı dakikada 7,5kN/m ile 30kN/m olacak

değeri

Üretilen borulann üzerinde değişik sürelerde yapılan

hale

hazır

uygulanmasına

yük

Laboratuarda elde edilen sonuçlar T S 821 de öngören sırurlann oldukça üzeıinde çıkmıştır. Bu sonuçlar, üretimdeki kalite kontrol zincirinin iyi bir şekilde

gün

Betonarıne borular üzerinde yine TS 821 'e U}gun

olarak sızdırmazlık deneyi yapılmaktadır.Yapılan bu

deneyden elde edilen sonuçlar aşağıda gösterilmiştir.

işlediğini gösterinektedir. Boru çapı:

01400

01200

Deney süresi:

2 gün

2 gün

Suyun temas alanı:

8�79 m2

8,07 m2

TSE'ye göre su kaybı: .. Olçülen su kaybı:

440 cm3

404 cm3 3 10,6 cın

74�2 cm3

Sızdırmazlık deneyinden bulunan sonuçlar standardın öngördüğü sınırlarla karşılaştınldağında,su kaybının

bir hayli düşük olduğu yani sızdınnazlık özeliğinin de

mükemmel olduğu anlaşılmaktadır.Bu durumu� agrega granülümetrisinin

beton

ve

ayarlanmasının yanısıra vibrasyon v e yeterli

düzeyde

yapıldığı

iyi

birleşiminin

sonucu

kürlenmenin

ile

açıklamak

ınüınkündür. Sonuçta, üretilen b etonanne boruların gerek dayanım ve gerekse sızdııınazlık yönlerinden mükemmel bir kalitede olduğu yargısına vanlımştır. 5. ARAZİ

ÇALIŞ MALARI

olmasından

su

dolayı

içindeki

zemini

desteklemek için palplanş sistemi uygulanmaktadır. Palplanş çalışmasından önce arazı üzerinde ekskavatör yardınuyla

dar

gevşetilmekte,

bir böylece

kolaylaştınlmaktadır.

kanal

kazılarak

palplanş Yapılan

ı gün 5,36 m2 376 cm3 74,2 cm3

l .. Sm olduğu ön çalışmalarla belirlenmiştir. Kulanılan

palplanş perdelerinin eni 60cm, boyu 8� et kalınlığı İki

12rnm'dır.

perde

punta

birbirine

birleştirilmiş şekilde hazırlanmıştır.

kaynakla

Palplanş perdeler 80 tonluk çakma gücüne sahip ve titreşim

etkisiyle

çalana

özeliği

olan

düzenek

yardunıyla çakılmaktadır.Bu perdeler projedeki kot

durnınuna göre yaklaşık 4 ile 4,5m hafriyata imkan sağlamaktadır. Karşılıklı iki perde arası 3,40m dir.

Palplanş perdenin çakılmasından sonra, gelen toprak basıncından dolayı perdenin bel verip bozulmaması

Adapazan zeminin akıcı ve su çıkma ihtiınalinin çok yüksek

0800

zemin

için

ST361

yükler

profılli

vasıtası�yla

kancalar

tutturulmaktadır. Aynca iki perde arasına U profili

konularak

emniyetli

çalişınası

sağlanır.

Gergiler

+

Palplanş

alındıktan sonra alttaki zeminin kazılmasına de,,am edilir. Kazılan kanalın genişliği�

çalışması incelemelerde

Adapazan v e civannda yeraltı su seviyesi yaklaşık

Boru

çapı

+

Çalışma

payı

(60cm)

k alınlığı (1 Ocm) şeklinde hesaplanmaktadır.

52


t\.' . . .

. . --,

!(azı işi

···---· ··-·

bitiminden

sonra

gerekli

zemin

ıslahı

yapılarak boruların döşenmesine geçilmektedir.Taban �emini ıslahı için önce 50cm kalınlığında 30 ile 70mm

taş veya balast ınalzerne serilerek silindirle arası kırma sı.kıştınl ır.Bunun üzerine 70crn kalınlıktaki tabaka dah a küçük boyutlu kıırnataş veya tüvonan malzeme doldularak iki tabaka halinde silindirle sıkıştınlır.

boruyu

etkilemesini

önlemek

vazife gören taştozu boru

amacıyla

izolasyon

üzerini 30cm geçineeye

kadar doldurulup sıkıştınlır.

Bu sıkıştıolan tabaka

üzerine üst zemin toprağı serilerek gerekli sıkıştıina ve tesviye

işlemlerinden

tamamlanır.

Muayene

sonra

boru

bacalan,

döşenmesi

imalat

sırasında

ile

betonanne borularda bırakılmış baca yuvalan yerlerine

ve

tanm

Boru,bu tabakanın üzerine döşenmektedir. Yataklama gömlekleme diye adlandınlan boru çevresine ince ınalzen1e doldunılarak borunun zarar görmeınesi

teıniıı edilir önce

.

Boruların dış yüzleri yerleştirilmeden

ziftlenir.

Akiş

yönündeki

eğim

aletlerle kontrol edilerek bonı,yatağına 25

topoğrafik tonluk krup

vinçle yerleştirilınektedir. Yeraltı suyunun betonarıne

600 dozlu harçla yerleştirilir. Muayene baca kapağı arazılennde

yol

sevyesinden

50cm

yukanda,şehir içi yollarda ise yol sevyesinde bırakılır.

Bunlann üzerine 60xl00x80 cm olan konik halka yerleştirilir. Muayene bacası üzeri son olarak beton halka ile kapatılarak tamamlarur.

TEŞEKKUR ••

Bu

çalışınada

gerekli

yardımlanın

esirgeıneyen

ECETAŞ A.Ş müdürü inşaat mühendisi öZGENÇ bey' e ve personeline teşekkür ederiz.

Cengiz

53


m

o o ci

!

o :s A) ..,

3 (D CD o ..,

c: -·

... 1

.

·sa&ıal L:372c"l

----,-- -·

·-- -

·

--

• 11

·ll

.

.

'aıli

boyl:f97an ISem araile dış

'17cfJb �

f

,_.

--

-- 1

�So� 24 r.J<6�

-i

4Bal1 dış

ll\ � .

(ll., ()62

5dış:�ı234 :738an

lc:hş1738+ID /2 ='19an

..

.

_

_

..

..

..

..

...

ls&,

_

p,63.,

.

��� 11111'1111111••11111111111t , "&� j �

ıç (tl!;aplardan>: �lS cm ):lt,D3 �J dış( ' (Hendek dolgu yük.:4,5m) f2000nvn 3f>. 30RU TOPlAM OONATIAGMJG! ..., ••

1 __,

5«\RMAL. Donat ı

..

_

1

1

,,

IÇ GOVDE HASIRI---- :13Ş.28 K9 •

"

:

96,00

Lam ba ztvana takviye< iç): 2,25 , � " <dı s> : 3,31 Larrba zıvars iaYe takvaye: 2�62 mesa tutucu)_:: 229

DIŞ

Etriye <

,,

____

_

fe

TOPLAM

Şekil

O"l �

"

11

" ,,

,..

ıMMdl

75

�ı 7§

!lq rJ 62

_,

�uf\0

O L11 � 9?cm

. �2000mm BA. BORU JÇ GOVDE HASIRI TEC. PL. 0: ın s

it

0

2000

IS\

3

Q) (/)

'C ..... \1\ .....

"'1 .... g

.

"

L.fiO

V\

. ....

< (1)

�nn o

.

� J

.

(1.

(1)

...

� j

" o :s ......

-

o

!

'"""

-

c � :s � 3

'

.

.

e. fio.

"'f""

su

"'

Ct)

..:r

l..L

\1\

(1)

-

....

.

"'

....

.._..

\1\ � 11'1

�9?cm

���fl-- �c.m

o200Dmm BA. BORU OlS GÖVDE HASIRI TEC. PL. 0:1/25

.

�,5 t.ft'1

LAM3A ZIVANA ILAV.E TAKVfYE o 1/2 5

:26965Kg

ı.

a.?, ı,'ti

.

� 5 � .. . . dt 1ll1llllIIIIJlllllIITI11rnr ı vi �..:ı · ·-

'< (Q c

..

"

� · · . � · + · � MtM:· '

.37Ş

- �

··1

.

75

-

-

1 ,

-

l 11111mlllllltilııllllllilli § �

V\ --

ll-Yllllrı!!!·!�H4e.uıl-l--l-{#4=

: ı,oo cr-ıt1m

c

o

'llllllltllllllllllllll

-

...

-

..

-

,_.

lllllllAH lll llllIlliUfllf .:t

S iç: 3,14•205:644cm -

Al .....

B A 30RU Z IVANA IMALAT O: 1/5

�6� (Dış.)

ı• • ••

Liç=<�l00)/2 :372an .. .... 3a,uıa donatı alanı :3,14ııC120-Dl)"-q)02:27,63cri .

-

Al

;u'i ....

_

.

..

_ __

.

�(lQ n. L-:d91cm _

ı

ı ıı ı

it(••• • i�·----....... 27 2 ;7 sarmat L:

1

'

L� 2(X)() mm.

l/2 �J65

'

3

rom'lik bir betonarme bornda kesit, kalıp ve donatı planı

4


t(. y1lmaz,

M.Sümer

• -·

·--.-

. --

---. .

-

r-----+-AKJS YOMJ •

• •

.

Ll NTA

'

ı

._. \....--

'

. ._.....

ZfVANALI 30RUDA GECi,§ .

....._

......

...... ---- �-- ... � c: ---.... . ,__. - --

t

t .

..__

.-

AKIŞ. YONU . GECJS SEKLJ

,'

_...,...__

.

1

�-

LASTIK CONTA

• •

MUFLU 30RUDA

.

GECIŞ

Şekil 2. Zıvanalı ve mutlu bornda geçiş

Kuvvet uy9ul ama noktası

3u�aksaz

F

sert agactGtn V

tatası

baskı

��-Alcı

.......--.

1

1

tabakası

t

-- ·

t-t--

.--.

--

. -- .

--. - ·--+--•

<

3u dak sız �ert ağactan me�net

'

tatası

0,3

'

Oeney presı

da t1 =3oru tı= Muf

'

Şekil 3.

Muflu

tablası

boyu

derinli{Ji

borularda tepe basınç deneyi

55


Betonarme

cu• u

- " ...,

n••Q ....... ,

DÖKÜM KAPAK.. ....--.,-. -+--- 3ETONLU DO KUM H ALKA

.

--+-- KONIK HALKA

1

••

PRAFA3RiK H ALKA D) dozlu beton

�OÖRffiEN -

E

EVE 3ETON

1 •

.

DÖKUM IZGARA:

1

1.

1 1 t

3ETONARME 30RU

1.

l

'

M

Şekil4.Muayene bacası kesiti

--

---------,-...,.-------

-

Vi3RASYONLU SiLiNDiRLE SIKIŞTIRMA

---------t

ELLE .

c

YAT A K LAMA

GÖMY�I<-EL _M E�L ....

� 1400

1,4 m

-- �......-:

._..__--

-

-

---

b

.,

ZEMIN --------+-4�

----

ISLAHI

---t

-

-

·

J

30 - 70 m m KlRMATAS (3ALAST) b- 0-70mm KlRMATAŞ

a-

c-

.....___. O,Jm

-

-

Şelcil

5.

KlRMATAŞ (TAŞTOZU)

0,3 m . . . �� a 2 m VI3RASY.ON ETKISIYLE GöMUL E N

3,5 m

-+'

2

O -15 mm

·0,7 m

-

SlKlŞTlRlLAN

'

.

.

.

.

V 13R AS YONLU SILINDIRLE SlKIŞTIRJLAN

Zemin kesiti

56 •


SAU Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi 1 (1998) 57-64

FARKLI KOMPOSİZYONLARDAKİ LASTİGİN MEKANİK ÖZELLİKLERİNİN DENEYSEL İNCELENMESİ Turgut KÖKSAL 1

Ömer K. MORGÜL2

1TÜVASA�� SAKARYA

2,SA

Ü,

Fehim FINDIK3

Erdal ABA1

3SA Ü, Teknik Eğitim Fakültesi,

Müh. Fak., Makina Müh. Böl.,

SAKARYA

OZET

SA' KAR YA

••

komposizyondaki

Farklı

sahip

özelliklere

kompozisyonunu mekanik tecrübeleri

ile

literatürdc

sınırlı

farklı

elemaniann

olan

etkileri

kalmaktadır.

oldukça

mekanik

bilinmektedir.

oluşturan

sınırlı

araştırmacılara

ve

üreticilere

lastiğin

other hand, as these rates were fixed , the effects of the

üreticilerin ilgili

çalışmaya ışık

(Standard Malesian Rubber) and synthetic

cautchouc SBR-1502 (Stiren Butadien Rubber). On the

Konuyla

sayıda

SMR-20

Lastik

rastlanmaktaclır. Bu çalışmada, konu ile ilgili çalışmak isteyen

the rubber samples were produced by

being changed of the rates of the natural cautchouc

lastiklerin

olduğu

özelliklerine

In this respect,

tutmak

some additive

materials were studied by producing of

new samples with İSAF and HAF carbon black.

In

addition, the rates of natural cautchouc SMR-20 and synhetic

SBR-1502 and CBR-1203 were

cautchouc

changed and the elastomer (rubber) samples in various

aınacıyla, tabii ve sentetik kauçuk oranlan ile bazı dolgu

compositions

ınaddelerinin

hardness, drawing-strain tests were done. Finally, the

lastiğin

mekanik

özelliklerine

etkisi

were

produced.

On

samples,

these

effects of additives on mechanical properties of rubber

incelenmiştir.

were discussed. Bunun için Srvı:R-20 tabii kauçuğu (Standart Malezya

Kauçuğu)

ve

SBR-1502

Butadien

Kauçuğu)

sentetik

oranlan

kauçuk

değiştiriterek

I.

(Stiren

GİRİŞ

lastik

numuneleri elde edilmiştir. Diğer taraftan bu oranlar . sabit tutulurken ISAF ve HAF karbon siyalu dolgu

Hızla sanayileşen dünyamızda makina konstrüksiyon­

ınadde1i

artarken, genellikle metal parçalan tamamlayıcı unsur

numuneler

nun1unelerin

üretilerek

mekanik

dolgu

maddelerinin

özellikleri üzerindeki

etkileri

inccletımiştir. Ayrıca SMR-20 tabii kauçuğu ile SBR-

1502 ve sentetik

CBR-1203 {Kloropren Butadien Kauçuğu) kauçuklannın

oranlan

değiştitilerek

farklı

koınposizyonlara sahip elastomer (lastik) nrununeleri

elde edilnıiştir. Bu n um unelerde sertlik, çekme-gerilme­

uzaına

ve aşınnıa testleri yapılarak bileşenterin mekanik

özellikler üzerindeki etkisi araştınımıştır.

larında kullanılan malzeme

olarak kullaıulan lastik önemli bir malzeme olarak sıkça karşımıza çıkınaktadır. Lastik, vulkanize edilmiş k auçuk ürünleridir. Lastik fabrikalannda kauçuktan lastik elde edilirken genellikle dolgu ınalzemeleriyle ve kükürtl e meydana getirilen karışım soğuk ve sıcakta vulkanize edilir. plastik

kauçu}ç-..an

Vulkanizenin özelliklerini

ABSTRACT It is known tlıat the rubbers in various compositions

have the various mechanic properties. In this study, the effects of natural and synthetic cautchouc and some

additive

materials on the n1echanic properties of the

rubber were researched.

gün

çeşitleri her geçen

elastik

dozu

da

etkiler.

lastik

imaJ

olur.

yapısım

malzemeler

kauçuktan ya da suni kauçuktan kanşımından

üretilmiş

malzemenin

Lastik

Böylece·

ya

ve

tabii

veya her ikisinin

edilmektedir.

Tabii

kauçuk

mezralardan, suni kauçuk kimyasal endüstriden temin

En

edilmektedir.

Butadien (SBR), veya Neopren (SI).

v.s

kısaltırıalarda

ö nemli

çeşitleri,

Perbunan N (NBR),

(CR),

gibi

kauçuk

Butly kauçuk

kauçuk

kauçuk

R

harfiyle

Perbunan

(IIR)�

türleridir.

Stiren

C

Silopren

Ul uslararası

gösterilmektedir.

57


lenmesi ce in l se ey en D tn eran l l"k 1 .. . Ozel Farkli Kompozisyonlardaki Lastiğin Mekanik -

. Ancak kauçuk çeşitlerine her geçen yıl bir yenısı eklenmektedir. Fluorelastomer, Polyetan kauçuk, AV kauçuğu bunlardan bazılandır. .

Fabrikalarda kullamlan kauçuk türleri çok çeşitli özellik ve yapılara sahiptirler. istenen teknik özelliklerin sağlanması için bu tilrlerin ve bu türlere uygulanan üretim yöntemlerinin çok iyi bilinmesi gerekmektedir. Yumuşak lastik elastisitesi yüksek bir malzemedir. Yumuşak lastik -20 oc ile -70 oc arasında donarak sert, kın1gan ve elastik olmayan bir yapıya ulaşır. 200 oc' de bazı çeşitleri hamurlaşır, yapışkanlaşıc bazılarında ise seıtleşme görülür. Makina ko nstrüksiyonlarında kauçuğun basma, çekme,

burulma, kayma" bükme zorlamalannı karşılayabilir makine özelliklerinden yararlanarak bir çok eleınanlanmn imalatında ana malzeme veya yardımcı malzeme olarak kullanılmaktadır.

ll.

DENEYSEL ÇALIŞMALAR ll.l.

Malzemeler

Deney plakalarında kullanılan foıınülasyonlar Tablo- ı' de görülmektedir. Tabio-l'den de görüleceği gibi tabii kauçuk olarak S:rvfR.-20 (Standart Malaysien Rubber\ sentetik kauçuk olarak da SBR-1502 (Strien Butadien Rubber) ve CBR-1203 (Kloropren Butadien Rubber) kullanılmıştır.

İlk 6 foınıülasyonun ilkinde tabii kauçuk oranı %100

iken, sentetik kauçuk hiç yoktur. İkinci ve daha sonraki foıınülasyonlar da sırasıyla tabii kauçuk o/o20'şer olarak azalırken, sentetik kauçukta o/o20'şer oranında artmakta ve 6. formülasyon da sentetik kauçuk oranı o/olOO'e ulaşırken tabii kauçuk sıfıra düşmektedir. Bu ilk 6 formülasyon da aynı kimyasallar kullanılmakta farklılık sadeec sentetik ve tabii kauçuk oranlarında olduğundan dolayı bu altı formülasyonun tümü G-1 grubu olarak isimlendirilmiştir. Ikinci 6 formülasyonda tabii kauçuk ve sentetik kauçuk oranlannın durumu ilk G-1 olarak isimlendirilen gruptaki gibidir. Ancak bu 6 formülasyanda dolgu maddesi olarak G-1 grubunda kullanılan İSAF yerine HAF N 330 kullanılmıştır. Diğer kiınyasallar ve kauçuk oranları ilk gruptaki gibi kullamlımştır. Bu ikinci grup da ilk grup gibi k endi arasında sadece sentetik ve tabii kauçuk oranlan farkı ile aynldıklanndan dolayı bu ikinci 6 formülasyonun tümü de G-11 grubu olarak adlandırılmıştır (Tablo-I). Son 7 formülasyon da ise tabii kauçuğun yanı sıra iki farklı sentetik kauçuk kullanılmıştır. Ayrıca klınyasallar

·

da farklı oranlar kullanılmıştır. Bu 7 foımülasyonda kullanılan kimyasallar ortak olmakla beraber, kullanılan iki farklı sentetik kauçuk oranlan ve buna bağlı tabii kauçuk oranlan kendi aralannda değiştiğinden dolayı bu son 7 foıınülasyonun tümü de G-III grubu olarak isimlendirilmiştir. Tablo-I' de bu oran ve farklılıklar gözükmektedir.

ll.2.

Numune Hazırlama

19 farklı formülasyondaki elastomer hamurlanna ait deney plakalan standart kalıplar yardımıyla (TS-4649) sıcak preste vulkanizasyon yapılarak hazırlanmıştır. Deneyi yapılacak ilgili deney numunesi, bu plakalardan deney cihazına ait kalıplar yardımı ile hazırlanmı ştır. TI.J.

Sertlik Ölçümü Deneyi

ı 9 farklı formülasyondaki ve her formülasyona ait 9 adet test plakası olmak üzere toplam 171 adet (2x 150xl50 mm ölçürolerinde) test plakasının sertlikleri ölçülınüştür. Sertlik ölçümünde standartıara uygun her plakanın 3 ayn olarak (TS-1324, TS-9743) yerinden ölçülen sertliklerin ortalaması alınarak her plakanın sertliği belirlenmiştir. Sertlikler Shore A yapılmış Durametreler cinsinden ile kalibresi ölçülmüştür. Sertlik deneyi sonuçlanna göre çizilen grafikde (Şekil-I) tabii kauçuk oranına göre elde edilen sertlik değerleri dağılımı verilmiştir. Şekil-I'de yaklaşık o/o45 tabii kauçuk (S:rvfR) ile 0/o55 sentetik kauçuk (SBR) bir noktasında kesişme oranlarındaki kanşım görülmektedir. Bu noktadan önce İSAF dolgu roaddeli deney numunesi, RAF N 330 dolgu maddeli dene�· numunesine göre daha düşük sertJik değerleri vernıektedir. Bu noktadan sonra ise İSAF dolgu roaddeli deney nınnunesi RAF N 330 dolgu maddeli deney numunesine göre daha yüksek sertlik d eğerten veı ınektedir. Şekil incelendiğinde İSAF dolgu maddeli deney numunelerinde (G-1 grubu) sentetik kauçuk oranı arttıkça sertlik değerleri artmakta olduğu görülmüştür.

ll.4.

Çekme, Gerilme-U zama Özelliklerinin Tayini

19 farklı formülasyondaki toplam 171 adet dene) plakasından standartıara uygun (TS-1967) deney cihazı kalıbında papyon şeklinde çıkarılan deney numuneleri Tensometrede 23 + 2 oc laboratuvar sıcaklığında SOO mm/dak. çekme hızında 171 adet test yapılmıştır. Test esnasında çekme başlangıcından itibaren deneJ numunesinin k opmasına kadar meydana gelen gerilmeler, uzamalar, kopma gerilmesi ve elastisite

ss


T.Köksal, Ö.K.Morgül, E.Aba, F .F1nd1k

rnodülü değerleri., deney cihazına kaydediciden grafik olarak alınmıştır.

bağlı

çalışan

ll.4.1. Elastisite Modülü Şekil-2'de tabii kauçuk oranına göre elde edilen elastisite modülü değerleri dağılımı verilnıiştir. Deney numunelerinin tabii ve sentetik kauçuk oranlan şekil alunda belirtilmiştir. Şekil-2'de (O)'li çizgi İSAF dolgu maddeli G-I grubu deney nurnunele rini, (x) 'li çizgi HAF N 330 dolgu maddeli G-II gnıbu deney n uınunelerini gösteım ektedir. görüldüğü gibi sentetik kauçuk oranı artıkça elastisite modülü azalmaktadır. Aynı şekilde İSAF dolgu maddesi HAF N 3 3 0 dolgu maddesine göre tabii kauçukla birlikte kullanılelığında daha düşük elastisite %100 modülü vennektedir. sentetik kauçuk kullanıldığında HAF N 3 3 0 dolgu maddesi daha düşük elastis.ite modülü vermektedir. Bunun sebebi . muhtemelen ISAF dolgu maddesinin sentetik kauçuk ile daha iyi kovalent bağ oluştut masıdır. Şekil-2'de

ll.4.2.

vasıtasıyla döndürülür. Dönen silindirin hızı 40 dev/dak. dır. Her devir için yana doğru 4.2 mm ilerler. Silindir her bir tam dönüşte test parçası taşlama yüzeyinden belirli bir süre için aniden yükseltilir ve sonra tekrar temas ettirilir. Bu hareket öyle ayarlanır ki, silindirin her devrine mukabil 400 mm lik uzunlukta aşınma sağlanır. Test parçası tutucusundan 2 mm bir çıkıntı y apar. 19 farklı foııniliasyondan ilk 16 formülasyona ait deney test plakalan (8xl50xl50 mm ebatlarında), test cihazına ait (16 + 0.2) mm çaplı kalıp yardımıyla her plakadan 2 adet olmak üzere 3 2 adet, aynca plakalar hazırlamrken başka bölgelerden olmak üzere aynı şekilde bir takım (16 adet) daha aym formülasyona ait test plakası içinde her plakadan 2 adet deney numunesi çıkanl mak suretiyle toplam 64 adet numune testi yapılımştır. Testin yapılışı sırasında aşınma bir hacim kaybı olduğuna göre şu şekilde hesaplanır.

Kopma Gerilmesi

A

Şekil-3'de tabii kauçuk SMR ve sentetik kauçuk oranına göre kopma gerilnıesi değişimi verilmiştir. incelendiğinde İSAF dolgu ınaddeli numuneler, HAF N 330 dolgu rnaddeli numunelere göre daha yüksek kopma gerilmesi değerleri vermektedir. Aynı şekilde sentetik kauçuk oranı arttıkça kopma gerilınesinin düştüğü görülmüştür.

Kopmadaki Uzama

Şekil-4 'de tabii v e sentetik kauçuk oranianna göre kopına uzaması değişimi verilmiştir. Şekil-4 'den de görüleceği gibi, sentetik kauçuk oranı arttıkça kopma uzaınası azalmaktadır. Aynı şekilde İSAF dolgu maddeli deney numuneleri HAF N 330 dolgu maddeli deney numunelerine göre daha yüksek kopma uzaması değerleri vennektedir. %40 tabii kauçuk (SMR) ile o/o60 sentetik kauçuk (SBR) kanşımlı numunelerde, HAF N 330 dolgu maddeli kanşım minimum kopma uzaınası vermiştir. ..

ll.5.

Aşınma Deneyi

Bu test TELAS A.Ş'nin İstanbul'daki Fabrika Laboratuarından yararlarularak yapılmıştır. Deneyde kullanılan cihaza, yatık pozisyonda nıerkezi olarak dönen bir silindir üzerine 80 numara zunpara kağıdı sarılıruştır. 150 mm çapındaki silindir bir motor

I_OO_ O_ (rtlı _.:...-.._ _"'ı�) F_ d d

Şekil-3

Il.4.3.

=

Burada, A ın1 ın2 d ds :

F

=

m___,;.1_d_s_ (mı - ms)

_

: Aşınına (mm3), : Nuınunenin ilk ağırlığı (gr), : Numunenin aşınma sonrası ağırlığı (gr) : Yoğunluk (gr/cm3), Sıvının yoğunluğu (Alkol, O . 84 gr/cm3), : Zımpara yenilik faktörü,

Deney sonucu bulunan 16 formülasyona ait bazı deney Tablo-2'de numunesi sonuçları toplu olarak görülmektedir. Numune yoğunluklan terazinin dijital göstergelerinden otonıatik olarak alınmıştır. Şekil-5 'de farklı tabii ve sentetik kauçuk oranlarına göre deney numunelerinin aşınınalan verilmiştir. (O)'li çizgi . ISAF dolgu maddeli (G-1 grubu) deney numunelerini, (x)'lı çizgi HAF N 3 3 0 dolgu maddeli (G-II grubu) deney numunelerini göstermektedir. Şekil-5'de o/o80 sentetik kauçuk ile % 20 tabii kauçuk kanşımı halinde İSAF dolgu maddeli deney numuneleri en az aşınma değerini venniştir. %100 tabii kauçuk (SMR), %100 sentetik kauçuğa (SBR veya CBR) göre her iki dolgu maddesi içinde daha çok aşınma değeri vermiştir.

59


Farkh Kompozisyonlardaki Lastiğin Mekanik Özelliklerinin Deneysel incelenmesi

m.

o/o80 S!vfR) lastik kom pozisyonlan için maksiıııu

SONUÇLARlN DEGERLENDİRİLMESİ

%100 Tabii kauçuğun, kopma gerilmesi ve uzaması

ISAF

değerleri

yüksektir.

dolgu

kopma

maddeiiierde

Benzer davranış aşınma

aşınma değerleri eld e edilmiştir.

KAYNAKLAR

daha

deneylerinde de

( 1] TS-9743� "LastikJer-Sertlik Tayini-Cep tipi Sertlj Ölçme Aletleri ile'' , Ocak-1992, TSE Ankara.

gözlenmiş olup, aynca özel hamurlu % 100 tabii kauçuk en düşük aşınma dayanımına sahiptir.

ISAF dolgu maddeli kanşımlarda %20 sentetik kauçuk (SBR) miktanndan sonra sertlikte etkin bir artış görülmektedir. Diğer taraftan HAF N 330 katkılı

[2] TS-19967," Vulkanize Kauçuklar-Çekme Gerilıııt U zama Özelliklerinin Tayini"

olanlarda ise tek kauçuk türü için daha yüksek değerler elde edilmektedir (Şekil-I). içeren

ISAF

sertlikleri

ve

HAF

yaklaşık

N

olarak

% 60 sentetik kauçuk

330

katkılı

aynıdır.

her

iki

kanşımda ınuhteınelen benzer etkinlikte reaksiyonlar

TS-4649, "Lastikler-Deney Parçalannın Hazırlar: ması", Aralık -1985, TSE Ankara.

[4]

SİREL..

[5]

TS-4649., "Lastikler-Deney Parçalarının Hazırlan ması'', Aralık 1985, TSE Ankara.

[6]

KÖKSAL, T., �'Uygun Mekanik Özelliklere

oluşmakta veya birbirine yakın yapılar gelişmektedir. Tüm formülasyonlarda artan sentetik kauçuk ıniktan ile elastiklik

ınodülü

ve

kopma

uzaınası

değerleri

düşmektedir (Şekil-2 ve Şckil-4). Ancak İSAF dolgu maddeli deney numuneleri HAF N 330 dolgu maddeli deney numunelerine göre daha yüksek kopma gerilmesi vermektedir

Mart-979, Ankara

[3]

kauçuklann

Burada

..

A.,

T.,

'·Kauçuk

Teknolojisi" . Derneği Kurs Notları, 1989, Istanbul.

Kauçıi

Sahiı

Lastik Kompozisyonunun Geliştirilmesi", Yükse1

(Şekil-3). Yine görülmektedir ki %80

Lisans Tezi, SAÜ 1997" Sakarya.

sentetik kauçuk (SBR) ile %20 tabii kauçuk (SMR) kanşımlı deney numunelerinde İSAF dolgu maddeli

(G-l grup) en az aşınma değerlerini (Şekil-5). İSAF dolgu roaddeli (o/o40 SBR+

deney numuneleri vermiştir

%60 Srvı:R) ile HAFN330 dolgu roaddeli

KURBANOGLU,

[7]

Konstrüksiyonu

C., ve

"Kauçuk Makina

Malzemesinil

Eleınanlannd<

Kullanılması'', A.Ü. Isparta Müh. Fak., Isparta

(%20 SBR+

77 X

HAF N 330 DOLGU MAD D ELİ

76 <

,...-..

� J-c o ,.c crı

"-"

75

·-

...

'�

rJ:ı

.

ISAF DOLGU

74

73

MAD DELİ

o------ııLJ G- I -x- G- II +-------4---�---+--��====� -s-

72

100%SMR

80°/oSMR

60°/oSMR

40%SMR

20°/oSMR

O%SMR

0°/oSBR

20%SBR

40o/oSBR

60o/o SBR

80°/o SBR

100%SBR

0/o

Tabii Kauçuk

Şekil-1. Sertliğin Kauçuk Oranları Ve

Dolgu Maddesi Türüne Göre Değişimi

60


T.Köksal, O.K. Morgül, E.Aba, F.F1nd1k ••

ı:""------

---

l.485

� 1.435

1

. s ıZ-

l.JSS

ja

' ;s

I .H5

;

-

-

. �

Elastisit� Modülünün

1"

j

Kauç� Oranlan ve Dolgu Maddesi Türline Göre Th==.ıği:x:ş' ll.=imı='-

ı1 i

ı

ı

i

t t

-

ı, 1

,

ı

f

ı

ı�o. ı (%300)

1 b'-: G

ı

1

1

II (%300)

-

ı

HAF N 330 DOlGU

.

xl,

----

ı1 iı

: ı

1

....--

-

'

1

:;

i

----

1 1

ı

1

ı

i

1

i i

!SAF DOLGU MAOOEli

�.ıssl

r

t

1.235+----�-------�-------�-------+--

---�

----

1 OO%SMR+O%S B R

80%SMR+20°/eSBR

60%SMR+40%SBR

..

O%SMR+ 100%SBR

20%SMR+80%SBR

. 40%SMR+60%SBR

%TabU Kauçuk

ı

1 '5

E

..

....

=

.._

-- --

.

L45

·

z

-

.....

a 'O � � ıo!'!; Cl

-

-

1,4

1,35

... � -

ti

ce

-

1,3 1 ,2.S

,

.-

1, 2 o·

·

·

,9

o

'-'

(" ·1

T .V

;-

� � c::: rli u:ı ·.0 o' o o

� � co ...!! u:ı <n .o o' o

.....

ı

.

-

00

,....

Şekil 2

Ica- ı (%300) 1 ı�G- n (%300) 11

Q-. .-.

·O

..

%Tabii Kauçuk

Elastisite modOIOnOn kauçuk oranları ve dolgu maddesi

turone göre deQişimi

-

--

------

--·

------- ------ --

-

Kopma Gerilmesinin Kauçuk Oranlan ve Dolgu Maddesi Türüne Göre Değişimi

ı

ı

14 r,-o-o- ı ----�---ı--�--,---�====� x

-

�-·-

s E

..

-

l

n II -

-·--·--

ISAF DOLGU MAODELI

2.2

1

'

1

1

.......

z ·-

2.1

1

-

1� .. .. -

')

HAF

DOLGU 1

N 330

-

MADDELi

�------------------*-----------------�' ----------------�)( ı

ı ı

ı

1,9

'1 '

\,8 �------�--� 1OO%S'tv!R 0°toSBR

80%S� 20%SBR

-

·--·----

Şe�il

60%S:MR 40°;oSBR

---�---·--·· -··-·------

-·-

.. ..

_

0%S�1R l00%SBR

40%SJvfR 60%SBR o/eTabii Kauçuk

·-

-·-·-.

·--··-

..

--·

----··

-

-

-· -

·

- .. -··

--- ---·-

---------.-

-· -

·--·

-- - ---·-

·

-·-------J

3 Kopma geril mesin in kauçuk oranları ve d olgu maddesi türüne göre değişimi

61


Farkli Kompozisyonlardaki Lastiğin Mekanik Özelliklerinin Deneysel incelenmesi

-

---

Kopmadaki Uzamanın Kauçuk

---·-----

-----

-----

------

Oranlan ve Dolgu Maddesi Türline Göre Değişimi

1 !

-

1

1

ı

485

.......--

I

·

-o-G-

:

x

-

-

G

-

1

--ı

II

l

\ 1 ı

475

ı

i

ı

\

iSAF DOLGU MADDELI

!

ı

465

1

1

1

ı

1

11

••

ı

1

·

ı

.

ı ı

,

1 • ...

455

E

1 i

ı

1

1

n

...

·--

ı..l

� o

445

ı

HAF

.

N 330

1

/ 1

/

. /

'

1

DOLGU MAOOELI

435 ı • 1

1

425

• 1

1

ı

• •

ı

415

+-------�--�--�

-

·

--·-

·----

-·-�------

40%SNfR 60'/oSBR T�thii Kauçuk

60%Slvffi. 40%SBR

80%SMR 20%SBR

l 00°.:ôSlvffi. 0%SBR

+----%

-----

--·

-----

-------· ---

0°/oSlvfR.

:!0%SMR 80%SBR

----·-·· -----·------------

. ...

. .

·----

- --

1 OOo/oSBR

ı'.

ı1

ı -· -

------·

Şekil 4 Kopmadaki uzamanın kauçuk oranları ve dolgu maddesi türüne göre değişimi

A

llo

ınmarun

Kau uk Oranlan ve Do

Maddesi Türüne Göre DeV· imi

1 1

!

ı

X

-

-

G TI -

ISAF DOLGU MADDELI /

100

e e

"

595 c �

+----- --------

,�

-----

HAF

N 330 MAnnF=ı ı

90�-------·

ı

---��� ��---- ---- --4�--/ /

ı

/

ı

ı

DOLGU

i

1

------- ---- ------

1

i

ı

ı

85r---

80

----

--

---

+-------�--+--�--�

O%SBR

20%SBR

40%SBR

60%SBR

80%SBR

OO%SBR

100%SMR

80%SMR

60%SMR

40%SMR

20%SMR

O%SMRI

o/o Tahü Kauçuk

------ ------ --------

--- ----- ---.J

Şekil 5 Aşınmanın kauçuk oranları ve dolgu maddesi turone göre de�işimi

62


f Köksal, O.K.Morgül, E.Aba, F.F1nd1k • •

..

Tablo1

Lastik Hamurunun Hazırlanıştnda Kullanılan Kauçuk Oranları

%100

" •

;

o

c

'

ı

.. "

o

Dolgu ::

maddeleri (HAF),

,.

Plastifiyanlar,

·: '

ı

Metal Oksit,

12.034 .

Ka .

.

Stearikasit,

o/o60 --i-------

Kükürt

(Peroksit) Hızlandıncıtar,

J

ı

Antiozonant .

�� •'

-

'

o ---------1 o

Dolgu

! :ı

mad deleri, ;

Plastifiyanlar, Metal Oksit,

i ;;.

: r

• ,. ·,

Stearikasit, Kükürt

G

� ..

17

(Peroksit}

"

� '

Hızlandtnctlar, Antiozonant ..

(üzel hamur}

;

., lt '· i! •

• 1 • 1

63


Farkli Kompozisyonlardaki Lastiğin Mekanik Özelliklerinin Deneysel incelenmesi

Tablo

2

G-l Malzemesi Aşınma ve Yoğunluk Deney Sonuçlan

1 892 2 ,

1

1,9405

' ı

p

1,8426

.;

2 3

1,9349 1,9524

1,8088

1J6

145

1,8933

68,8

102

��

tl

1J5

ı•�

'ı�

r:

,

.

; ,

ı

1,9736

l

89

1_,8974

A

�-

ı )-

lı..

� ı

:ı ' •

2 3

4 ı 2

1,8634 1,9847

1,8971 1,88_73

134

ı

107

102

1.,15

104 ı ====*===�======9=====�======�==== ======��=-== � 1 ,9765

1,9661

ı ,9666

=·--==!=="""'==-

94

ı' 15

ı, ı

f :ı

ıl

� ı

i � ı•, li ljı il ,

.

101 1,8664

1,15

ll

1,15

t

' "

91

1,15

�:ı � r

ı �

3

1,9618

ı ,8971

ı'15

75

•. ı

�. '

,

il

' "

• 1 il

4d 1 2 3

1,9876 1,9877 2,0026

95

ı ,9125 1,9543

87

1J6 -

82

1J6

' ' •' �

ç �

�1

'

ı �

56

ij ,

J ı! � ıı r

ı 2

ı ,9 ı 05 2,0070

1,9�70

ı ,16

85

Rl

85

ı'16

�� 'ı

il ,

ı,

3 4

2,0160

1,9875

1,9509

76

1 '15

� i

1,9048

96

1' 15

64


SAU t-en tslllmleri Enstitüsü Dergisi 1 (1998) 65-70

ASANSÖRLERİN BİLGİSAYAR YARDlMlYLA TASARIMI ve ÇİZİMİ Ümit KOCABIÇAK SAÜ Mühendislik Fakültesi Makina Müh. Bölümü 1 SAKARYA

ÖZET

Bilgi işlem alanındaki gelişmeler sonucu olarak makina konstrüksiyonunda bilgisayar destekli tasarım programlarımn kullanımı yaygınlaşmıştır. AutoCAD gibi bilgisayar destekli tasarım programları proje zamanını kısaltmakta, konstrüksiyonla ile ilgili bütün bilgileri kısa sürede vennekte ve modelin değişik görünümlerini kolaylıkla gösterebilmektedir. Asansörlerin klasik yöntemlerle konstrüksiyonu, uzun hesaplamalar ve çizimlerden oluşmaktadır. Bu çalışmada klasik konstrüksiyon çalışmalarının yerini almak üzere, bir yapay zeka dili olan LISP programlama dilinin AutoCAD için uyarlanmış hali olan AutoLISP kullanılarak AutoCAD R14 ortamında bir bilgisayar programı hazırlanmıştır. Geliştirilen programla, boyutlandırılması asansörlerin ve çizimi gerçekleştirilmiştir.

I.

AutoLISP, bir yapay zeka dili olan LISP'in AutoCAD için uyarlanmış halidir. Bu dil yardımıyla, AutoCAD'in çizimle ilgili hazır komutlarının yanında kullanıcının da kullanmak geliştirebileceği alt pogramları mümkündür. Bu çalışmada , günümüzde çok kullanılan asansörlerin parametTik tasarımı ve çizimi için AutoLISP ile bilgisayar destekli tasarım programları hazırlandı. Bu programlarda verilerin girişi ve çıkışı için AutoLISP'in desteklediği DCL dili ile hazırlanmış diyalog kutuları kullanıldı.

II.

ASANSÖRLER

Asansörler binalarda, yapılarda yük ve insanlan bir kabin vasıtasıyla bir duraktan diğer bir durağa düşey doğrultuda taşıyan makinalardır. Asansörler, çok katlı binaların yaygınlaşmasıyla günlük hayatın ayrılmaz bir parçası haline gelmiştir.

GİRİŞ

MühendisJik tasarımlarında konstrüktörün kafasında tasarladığını görebilmesi ve bir şekilde deneyebilmesi çok önemlidir. Bunun için tasarımın her aşamasında prototip hazırlanınası gerekir. Bu ise çok zaman alıcı ve pahalı bir işlemdir. Bilgi işlem alanındaki gelişmeler sonucu olarak makine konstrüksiyonunda bilgisayar destekli tasarım programlarının kullanımı yaygınlaşmıştır. programları, AutoCAD gibi bilgisayar tasarım tasarımcıya; tasarımları daha kısa zamanda yapabilme ve konstrüktöre gerekli görünüş ve bilgileri hızla elde edebilme olanağı sağlar. Ancak aynı konstrüksiyonların farklı veriler için defalarca tekrarlanması durumunda yine de zaman kaybı olmaktadır. Bu yüzden parametTik AutoCAD'i destekleyen AutoLISP tasarımlarda programlama dilinin kullamlması cazip hale gelmiştir.

Asansörler kullanım arnaçiarına göre (insan, yük, hasta, servis asansörü), hızıarına göre (0.63 m/s, 1 m/s, 1.6 m/s, 2.5 m/s ,2.5 m/s üstü), anma yüklerine göre (40 kg'dan 2000 kg'dan büyük yüklere kadar) ve tahrik tarziarına göre (elektrikli, hidrolik, el ile çalıştırılan) sınıflandırılabilir [I ,2].

Asansör sisteminin temel bölümleri

Asansör ve temel bölümleri Şekil 1 'de gösterilmiştir.

Asansör kuyusu Yapı içinde tasarlanmış içerisinde asansör kabininin ve karşı ağırlığın hareket ettiği kapalı alandır. Kesiti genellikle dikdörtgen şeklindedir.

65


Asansörlerin Bilgisayar Yard1m1yla Tasaram1 ve Çizimi

Makine dairesi Asansör vincinin ve kumanda tablosunun bulunduğu kapalı hacimdir. Makine dairesi genellikle asansör kuyusunun üstünde olabildiği gibi altta veya yanda da olabilir. Ka bin Asansör kabini, çelik profil iskelet ile taşıyıcı elemanlara bağlıdır. Kabinler kapılı veya kapısız olabilir. İnsan taşıyan asansör)erde kabin içinde konfora özen gösterilir. Hasta taşıyan asansörlerin kabini ise, sedyeyi ve kullanıcısını düşünerek derin yapılır. Karşı Ağırlık

mekanizmaları özelliklerinden dolayı asansörlerde uygundur. kullanılmaya Redüktörsüz asansörler genellikle hızı 2 m/sn olan asansörler için uygundur. Hız Regülatörü Makina dairesinde bulunan hız regülatörü, genellikle hız sınırlayıcı görevi yapar. Hız düzenleyen çeşitleri de mevcuttur. Paraşüt Düzeni Paraşüt düzeni insan taşıyan asansörler için mecburidir. Halat kopması veya motorun aşırı bir hızla çalışmas_ durumunda asansörü kılavuz raylar üzerinde durduını ayı sağlar. Mekanik olarak çalışırlar.

Kabin ağırlığım ve tam yükün yaklaşık % 50'sini karşılayacak değerde seçilir. Kolay taşınabilmesi ve ağırlığın rahat ayarlanabilmesi bakımından genellikle dökme demir parçalar halinde yapılır. Kılavuz raylar Kılavuz rayların görevi kabinin kılavuzlanmasını sağlamak ve kabin içinde, düzgün olmayan bir yükten dolayı meydana gelebilecek zorlamalara karşı koymaktır. Asansörün sessiz ve yumuşak bir şekilde çalışması için kılavuz raylar son derece düzgün ve paralel olmalıdır.

,

A lrÜYII

Kapılar Asansörlerde; kanatlı veya kepenkli döner kapılar, yatay kızaklı sürgülü kapılar, düşey kızaklı sürgülll kapılar ve körüklü esnek kapılar olmak üzere dört çeşit kapı konstrüksiyonu yapılmaktadır. Kapılar elle kumanda edilebildiği gibi, otomatik bir kumanda sistemiyle d e gerçekleştirilebilir.

Halatlar Tel halatlar asansörlerde yük taşıyıcı eleman olarak kullanılırlar. Emniyet bakımından en az iki halat kullanılmalıdır. Çelik tel halatlar, zamanla eskİnıesin e rağmen ani olarak kopmaya karşı güvenli elemanlardır.

cq c El&

Tamponlar Arıza d urumunda kabin ve karşı ağırlığın zemine çarpmasını yumuşatmak için tahta, lastik, yay gibi tamponlar kullanılır. Asansör vinci Kabinin kaldırılmasını ve indirilmesini sağlayan asansör vinci, elektrik motorludur. Sonsuz vidalı ve redüktörsüz olmak üzere iki çeşidi vardır. Sonsuz vidalı

Şekil ı. Asansör ve temel bölümleri

68


Ü.Kocab1çak

Asa nsörlerin

m.

Hesabı

Asansörlerin hesap

ve konstrüksiyonunda gerekli bilgiler

TASARIMDA AutoCAD ve AutoLISP

AutoCAD gibi bilgisayar destekli tasarım programları, tasarımcıya; tasarımlan daha kısa zamanda yapabilme ve

aşağıdaki gibi sıralanabilir :

konstrüktöre gerekli görünüş •

Kullanım Amacı (İnsan, hasta,

Kapasitesi (kg)

Durak Adedi

Seyir Mesafesi (m)

Asansörlerin

yük,

servis asansörü)

ve bilgileri hızlı elde

edebilme olanağı sağlar. Ancak aynı konstrüksiyonların farklı veriler için defalarca tekrarlanması durumunda yine de zaman kaybı olmaktadır. Bu yüzden parametrik tasarım son yıllarda büyük önem

hesabında izlenen sıra Şekil 2 'deki akış

diyagramında gösterilmiştir.

kazanmıştır. Günümüzde geliştirilen bilgisayar destekli tasarım programları, çok yaygın olarak kullanılan diller (Visual BASIC, C++ gibi) veya kendileri tarafından özel olarak

Başla

geliştirilen diller (AutoLISP gibi) yardımıyla

parametrik tasarımı desteklemektedir LISP,

zeka

yapay

programlama

Giriş Bilgileri Kullanım Amacı Kapasitesi Dw-ak Adedi

[3,4).

çalışmalarında

dilidir.

AutoLISP

AutoCAD

uygulamalarında

geliştirilmiş

bir

şeklidir.

kullanılan

ise,

dilinin

LISP

kullanılmak

AutoLISP

ile,

bir üzere

değişken

Seyir Mesafesi

parametreler içeren çizimler genelleştirilerek parametrik

,

tasarınılar yapılabilmekte, AutoCAD'e yeni komutlar, yeni alt programlar eklenebilmektedir.

Halat Hesaplan

AutoLISP

dosyaları

fonksiyonlardan

meydana gelir.

Kullanıcı bazı standart fonksiyonlan kullanarak veya

,

kendisi Tamponlar

çeşitli

fonksiyonlar

tanımıayarak

yapmak

istediklerini gerçekleştirir. Gerek standart fonksiyonlar gereks e

'•

kullanıcı

tanımlı

fonksiyonlar,

değişkenlere

değerler atanması, bu değerlerin AutoLISP tarafından

Kabin İskeleti ve

değerlendirilerek sonuçlar elde edilmesi mantığına göre

Döşemesindeki Gerilmeler ,

çalışır.

AutoLISP dosyalarının

bir kelime işlemeide

ASCII

kodunda

ve

hazırlanması

dosyada saklanınası gerekir

LSP

uzantılı

bir

[5,6].

Karşı Ağırlık Hesapları

Bu çalışmada, Dialogue Control Language (DCL) denen bir programlama tekniği yardımıyla oluşturulan diyalog r

kutuları sık sık kullanıldı. DCL, AutoLISP programlama

KıJavuz Rayların Hesabı

dili tarafından desteklenen ve yönetilen bir programlama dilidir. Bu dil yardımıyla oluşturulan diyalog kutucukları AutoLISP programına veri giriş ve çıkışlarında kolaylık

, Bağlantı Elemanlannın

sağlar.

Bu diyalog kutucukları klavye yada mouse

yardımıyla kontrol edilebilir. Diyalog kutularının ekran

Hesabı

üzerindeki yerleri değiştirilebilir. Veri girişi için yapılan

Ir Asansör Motor Gücü Hesabı

seçimler istenilen sırada istenilen yerlere yapılabilir. Göze hoş gelen ve dikkat çeken görüntüsü ilave bir avantajdır [7 ,8].

'

Diyalog

kutuları

Şekil

3 'de

gösterildiği

gibi,

Parça

k.utucuklardan ve düğmelerden oluşur. Bu kutucuk ve

Resimleri ve Toplu Resim

düğmeleri ayrı ayrı ya da bir arada kullanılarak, mouse

'-

�,-

""""'

veya klavye ile kontrol etmek mümkündür. Diyalog kutuları

••

'

Son

Şekil 2. Asansör Hesabı

üzerindeki

tanımlanır.

Bir

işlemler

diyalog

AutoLISP

k utusunda,

dosyasında kutucuk

ve

düğmelerin tipleri, başlıklan, AutoLISP için kullanılan anahtar değişkenler, kutucukların ve düğmelerin renk, büyüklük gibi fiziksel özellikleri belirtilir.

67


Asansorterin �llgtsayar Yara1m1y1a 1 asar1m1 ve v&zam•

AutoCAD R14'ün özelliklerinden yararlanılarak çizimler yazıcılçizici yardımıyla kağıtlara aktarılabilmektedir. Şekil 6 'da örnek bir asansör tasarımı için programla elde edilen kuyu ve makine dairesi düşey kesitlerinin önden ve yandan görünüşleri gösterilmiştir.

giris.dd

Şekil 3. Programda Kullanılan Bir Diyalog Kutusu . . . .

,. . A IV.

GELiŞTİRiLEN PROGRAMLAR

Asansörlerin tasarım ve çiziminde, dünyanın en yaygın kullanılan bilgisayar destekli tasarım programı olan AutoCAD Rl4 programı kullanıldı. Asansörlerin hesabı ve çizimi, klasik projelendirme hesapları doğrultusunda, bir yapay zeka dili o lan LISP programlama dilinin AutoCAD için uyarlanmış hali olan AutoLISP kullanılarak hazırlanan bir bilgisayar programı yardımıyla gerçekleştirilmiştir. Bunun

yanında verilerin girilmesi ve sonuçların alınmasının kullanıcı tarafından kolayca yapılabilmesi için diyalog kutulan kullanılmıştır. Bu diyalog kutuları AutoLISP'in desteklediği Dialog Control Language (DCL) denilen bir dil yardımıyla yazılmıştır. Şekil 4'de asansör tasarımı için AutoLISP ve DCL ile geliştirilen programlar gösterilmiştir. Bunun için AutoLISP ile ana program (ana.lsp) ve 9 adet (giris.lsp, halat.lsp, tampon.lsp, kabin.lsp, karsi.lsp, ray.lsp, cıvata.lsp, m otor.lsp, cizim.lsp) alt program yazılmıştır. Kullanıcı ile karşılıklı diyaloglar için de 9 adet DCL ile diyalog kutulan hazırlanmıştır. Geliştirilen programlar, standartlardan aldıkları veriler yardımıyla kullanıcıya sorularak sorarak asansör tasarımını gerçekleştirmektedir [9-11].

.

.

.

s

.

..� .

.

s · . .ö :

�- : x · .: . :

-

. V .

.

. :·

halat.dd

tampon.dcl

. _,

.-

.

.

'

.

T . ...

-A

.

. ·�· . _

s ..

.

:

.. >

_. .-

. ·

.R

_

.

-

-

. .. N .

.

-

. A

:

.

-

-

.

kabin.dcl

·

,

. A . R .

..

I ·. · :: :: • M . . I=· .·. •.

.-··:

,_

.

-

· ,•'

.

.·•

-.···.

karsi.dcl

.

:

.

·

.

.

.

·.. .. •

ray.dcl

civata.dcl

motor.dcl

cizim.dcl

Şekil 4. Asansör Tasarımı İçin Geliştirilen Programlar

Programda ilk o larak kullanıcıya, Şekil 5 'deki diyalog kutusu yardımıyla, asansörUn kullanım amacım sorınaktadır. Daha sonra, klasik projelendiı1ne hesapları doğrultusunda, asansör hesapları yapılmaktadır. Ayrıca elde edilen sonuçlara dayanarak AutoCAD Rl4 ortamında aşagıdaki çizimler otomatik olarak elde edilmektedir :

• • • •

Kuyu ve makine dairesi düşey kesitleri Makine dairesi yatay kesiti Kuyu dibi yatay kesidi Kat kapısı görünüşü ve detayları Şekil 5. Asansörün Kullanım Amacı Diyalog Kutusu

68


U.Kocab1çak

..... ·X�''•<i4t4o.·��ı

.

� «fA·<..-, •. ""' ., .,.,.,. ">'1"11!. .

..,. •....- •- •

.._.._...,_

...

-

1 )

'

ı: i 1 l t J >

'

'

<

'

<

f.

Şekil 6. Asansör kuyu ve makine dairesi düşey kesitlerinin önden ve yandan görünüşleri

69


Asansorrerln t:SIIQisayar Yaraam•y•e�

V.

• c:��d•u•u vç

Y., .....

[4]

SONUÇ

Ine.,

"AutoCAD

Autodesk, U.S.A., 1997.

çalışma

Yapılan

Autodesk

ile asansörlerin

klasik

tasarımları,

yöntemlere göre daha kısa zamanda yapılabilmekte ve

[5] Autodesk Ine., "AutoCAD

14

User's

Guide ..

13 Customization Guide"

gerekli çizimler hızla elde edilebilmektedir.

Autodesk, U.S.A., I 995.

Sonuç olarak, m akine konstrüksiyonlarında bilgisayar

[6] Çıkış, E. , "AutoLISP", Türkmen Kitabevi istanbuJ ' 1994.

yardımıyla zaman

tasarım

ve para

ve

çizimierin

tasarrufu

yapılması

sağlamakta,

aynı

önemli zamnda

konstrüktörleri sıkıcı tekrarlı işlemlerden kurtarmaktadır.

[7] K urtay, T. ve Kocabıçak, Ü., "Kovalı Elevatörür Yardımıyla Bilgisayar Parametrik Tasarımı'� VII.UMTIK, ODTÜ, Ankara, 1996.

KAYNAKLAR

[8] Kocabıçak, Ü., Uçar, V. ve Pak, M., "Redüktörlerir Bilgisayar Yardımıyla Parametrik Tasarımı" İTÜ ı ' MAMKON, Istanbul, 1997.

[I] TMMOB, "Asansör Avan v e Uygulama Projeleri

'

.

Hazırlama Teknik Esasları", MMO, İstanbul, 1998. [2] TMMOB, "Asansörlerin Projelendirilmesi, Montajı,

[9] TS 863, ''Asansörler, İnsan Taşımak İçin, Elektrikli'� TSE, Ankara, I 995.

İşletilmesi ve Bakımı", MMO, İstanbul, 1995. [ 1 O]

[3]

Kocabıçak, Ü. ve Kocabıçak, G., "AutoCAD R14 ile

Bilgisayar

Destekli

Çizim

Yayınları, Sakarya, 1998.

ve

Tasarım",

TS

I 108,

"Asansörler,

Elektrikli", TSE, Ankara, 1995.

Yük

Taşımak

İçin

Değişim [11] TS 1812, "Asansörlerin Hesap, Tasarım ve Yapım KuraJJarı", TSE, Ankara, 1988.

70


miert t:.nstatüsü Dergisi

Bili n e F Ü sA 1 (1998} 71-77

ÇEVRE DOSTU BİR METAL: ALÜMİNYUM Şükran DEMİRKIRAN ve Kenan YILDIZ Metalurji ve Malzeme Mühendisliği, lvfüh.Fak., Sakarya Üniversitesi

II.

ÖZET Alüminyum metali

inşaat,

kimya,

gıda,

elektrik ve

elektronik sanay i i ile nıakine ve ekipman imalat sanayiinde geniş kullarnın alaruna sahip değerli bir elementtir.

Bu

makalede

özellikle

gıda

sanayiinde

kullanılan folyo türü ambalaj malzemeleri ile içecek kutulannın ekonomik ve ekolojik açıdan değerlendiril­ meleri irdelenmiştir.

Bununl a birlikte

değerlendirme

yöntemlerinden kısaca b ahsedilmiş ve dünya genelinde alüminyum burdalannın değerlendirilmesi çalı şm ala

­

nndan da bahsedilmiştir. ı.

ALÜMİNYUM UN AMBALAJ SANAYİNDEKi YERİ, ÖZELLİKLERİ VE KULLANIM ALANLARI

Ambalaj, içerisine konulan ürünü en iyi şekilde koruyan, temiz kalmasım ve taşınmasım kolaylaştıran çağdaş yaşamın en önemli parçası olan değerli bir malzemedir.

Evlerimizde gıda ve. içecek ambalajında kullanılan iki

tür nıetal ambalaj malzemesi v ardır. Bunlar teneke ve .. al dur[3]. ·

Alüminyumun a mbalaj sanayine girişi 1911 yılında folyo üretimi

GİRİŞ

Dünya nüfusunun sürekli artışı, buna bağlı olarak doğal

kaynaklann hızla tüketilmesi ve bunlann değerlendi­

ile

ı 924 'de

olmuştur.

alüminyum

kapaklar

geliştirilmiş, 193 2 yılında balık kutulan ve 1952 yılında da aliiminyum içecek kutulan piyasaya ginniştir. 1960'lardan itibaren ise karton kahve ve içecek kutulannda alüminyum kullanılmaktadır[4].

riltnesinde sayısız t eknolojik proseslerin kullamlması, doğal çevrenin oksijenini tüketmekte ve karşılığında

çevreye atık ürünlerini iade etmekte, bunun sonucunda da sistemler arasındaki madde alışverişinde bir krize neden

olmaktadır.

Kısaca

çevre

kirlenmesi

olarak

çözüm yollanın bulmak, günümüzün en önemli sorunlanndan biri olarak acil çözümler beklemektedir. Bugünün koşullannda atık ve artık üreten bir üretim gerçekleştirmek ve diğer taraftan da doğal çevrenin madensel dönüştürme ile sağlamaya çalıştı� rejenerasyona katkıda bulunmak zorunluluğu

tanımlanabilecek bu problemin

Alüminyumu pek çok paketierne uygulaması için ve yeri

Bilgi toplumunda insan ön plana çıkmakta ve insamn birey olarak zevk ve tercihleri arasındaki farklılık, üretim, tasanın ve dizaynda esnekliği gerektirmektedir. Hurda malzemelerden alüminyunıun tekrar kazanımı,

alüminyum

metaline

çevreye

duyarlı

bir

nitelik

kazandırınaktadır. Genelde toplumda çevre bilincinin geliştiği ve bu bilincin daha da artacağı ilerki yıllarda alüminyum ınetali önemini kaybetmeyecektir[2].

doldurulamaz bir ambalaj malzemesi yapan

özellikler� •

Ulaşım giderlerinin azaltılması açısından hafıflik,

Süneklik,

iyi darbe dayanımı,

Paketierne uygulamalannda diğer maddelere oranla daha

az

aluminyum ihtiyacı,

Paketlenmiş ürünün soğutulmasında ya da tekrar ısıtılmasında kullanılan enerjiyi en aza indirecek

doğmuştur. Söz konusu problemin çözümüne yönelik

stratejilerin adımlanm; önlemek, Değerlenditmek ve Çevre Korumaya Yönelik Çalışmak şeklinde sıralamak mümkündür[ 1].

etkin

şekilde iyi ısı iletimi, •

Işık

ve

ultraviyole

ışınlar

için

iyi

reflaksiyon

kapasitesi, •

Yüksek korozyon direnci ve kimyasal olarak nötr olması,

Sağlıklı olması, zehirletici ve kirletici olmaması,

Rahat şekillenebilıne ve makinede işlenebilirlik,

Geri kazanıma uygunluk ve

Alüminyum hammadde kaynaklannın bolluğu olarak

sıralanabilir[4-6]. Uygulaması ne verinıli

ve

olursa ols�

göze

hoş

alüminyum folyo çok

görünen

bir

paketierne

malzemesi dir.

71


----·

Çevre Dostu Bir Metal: Alüminyum

[4] Tablo ı. Alüminyumun ambalajlamadaki çeşitli kullanım alanlan

Ürün Tipi

Al kalınlıtı

Uygulama örnekleri

1 0-25 Ev folyosu, çikolata ve şekerlemelerde Gövde:310 İçecek kutulan Kutular Kapak:260 (Meşrubatlar, bira, meyve suyu) 70-250 Gıda kutulan (balık, bezelye vb.) Evcil hayvan yiyecek kutuları Kimyasal ve teknik ürünler (tutkal, yağ, vb) Aerosol kutulan (kozmetikler, boya, vernik vb.) 50-160 Pasta tabaklan, menü tepsileri, servis tabaklan Hafif konteynerler veya düz b� tabaklar 70-140 Gıda (hardal, mayonez vb.) Tüpler Bezacılık (merhemler vb.) 400-700 Teknik (tutkal, boya vb.) 20-50 Y ogurt, lor peyniri vb. veya kozmetilder için Laklı/kaplı folyolar laklı kapaldar, k urutulmuş gıdalar 9-15 Al folyo/İnce kağıt Tereyağı ambalajlan, sigara ve çikolata folyosu, sabun ambalajı tabakalar 20-50 Kurutulmuş gıdalar, eczacılığa ait blister ambalaj 7-20 Vakumlu ambalaj (kahve, çay vb.) Al folyo Polimer ince tabakal ar İçecekler ve kurutulmuş gıdalar için torbalar 30-50 Menü konteyneri 6-25 Meyye suyt.ı ve süt ambalajı Kaplanmamış Al

Alüminyum folyo paketiernenin oluşturduğu katı metal katınanı tam bir ürün koruması ve uzun ömürlülük sağlamaktadır. Ayrıca, diğer maddelerle birleştirilip, kompozit lamine sistemler oluşturulabilir. Alüminyum folyo; cilalanabilir, boyanabilir ve üzerine baskı yapılabilir. Alüminyuınwı zehirleyici ve tatlandıncı olmama özelli�_, çeşitli yiyecekler, içecekler, ilaç ve kozmetik ürünleri ve diğer tüketim mallan için uygun bir paketierne malzemesi olmasım sağlamaktadır{S]. Tablo.l 'de alüminyuınun ambalajlamadaki çeşitli kullanım alanlan görülmektedir. m

GERİ DÖNÜŞÜM VE GERİ

Doğada kısıtlı miktarda var olan, değerlendirilebilir nitelikteki cevherlerin gün geçtikçe azalması, metal üreticilerini� mevcut hammadde kaynaklannı en iyi şekilde kullanmaya ve yeni kaynaklar bulmaya zorlamaktadır[1].

Cam, metal, plastik, kağıt/karton

gibi

değerlendirilebilir atıklar çeşitli fiziksel ve kimyasal işlemlerden geçirilerek yeni bir hamde mad ye veya ürüne dönüştürülebilir. Bu atıklann bir takım işlemlerden geçirildikten sonra ikinci bir hamad m de olarak üretim sürecine sokulmasına Geri Dönüşarn denir.

Geri

Al içeriği (%) 100 96 85-95

>95

>95 80-95 15-65 65-80 15-35 35-75 4-30

Kazarum ise daha geniş kapsamlı bir terimd

Tekrar kullanım ve geri dönüşüm kavramlanın da içer Değerlendirilebilir atıklann kayna�da ayn toplanma sınıflandınlması, fiziksel ve kimyasal yöntemlerle baŞ ürünlere veya enerjiye dönüştürülmesi Geri Kazanı olarak adlandınlır[3]. Kullamlmış malzemelerin yeniden değerlendirilme ülke koşuHanna bağlı olarak de�şiklik göstermek birlikte genelde üzerinde hemfikir olunan nedenleri; • Rasyonel hammadde kullanımı ve buna bağ bammadde tasarrufu • Rasyonel enerji kullanımı ve buna bağlı eneı: •

tasarrufu

Çevre ldrlili� mücadelesi • Hepsinin temelinde ekonomik kazanç sağlama arzusı olarak özetlemek mümkündür[ I]. Alüminyum kullanımı ile sağlanan tasarruf, alümin· yuınun üretiminde kullamlan enerjiden çok fazladır ve bu yüzden alüminyum enerji tüketen değil enerjı tasarrufu sağlayan bir metal olarak dikkate alınmalıdır Aynca ilave enerji tasarrufu, alüminyumun yeniden . Hurda alüminyu· değerlendirilmesi ile saği mun yeniden kullanılabilir yüksek kaliteli malzemeı haline dönüştürülmesi için gerekli enerji, primer metal için gerek duyulan enerjinin %S'i kadardır. Enerji

72


Ş.Demirk1ran, K.Y1Idaz

tüketiminde dikkatsizlik ve sorumsuzluğun haiz olduğu ve kaynakların daha az bilinçte kullanıldığı geçmişteki dönemlere kıyasla, günümüzde yeniden değerlendirilen alüminyumun önemi sürekli şekilde artmaktadır. Alüminyumun levha, saç, folyo, ekstrüzyon, dövme ve döküm formlannda çok değişik endüstri dallannda kul1anıırumn sürekli artışı sürpriz değildir. Meşrubat kutulan ve gıda ambalajlan özellikle alüminyumun yeniden kullanımının ne kadar kazançlı olduğunu gösterınede önemli ömeklerdir[7J. mı.

Günümüzde aliiminyuınun geri kazanımı için tesis yetersizliği söz konusu değildir ve son on yılda kullanılmış içecek kutusu (UBC-Used Beverage Can) ergitme tesislerine yapılan yatınmlar artmıştır: Bu tip tesisler İngiltere, İsveç, Almanya, Yunanistan, Italya ve tesislerin herbiri Bu Fransa'da faaliyettediri er. alüminyum yeni kutulanru içecek kullanılmış uygulamalannda kullanılmak üzere eritip külçe olarak dökme ktedirler. Aynca Avrupa genelinde çok sayıda sekonder eritme tesisi kullanılmış içecek kutulannı geri kazanım yoluna gitınektedir[9].

Kullanılmış İçecek Kutulanndan

Alüminyumun

Kullanılmış alüminyum meşrubat kutulannın yüksek hurda değeri, geri kazarum için kutulann toplanmasım kolaylaştınnaktadır. Bu k:utulann tüketiciden satın alınmasıyla başlayan geri kazarum işlemi sonucunda yeni ürünler üretilmektedir.

Geri Kazanılması

Dünyada kullamlan tüm içecek kutulannın %80'i alüminyumdur ve bu kutulann geri kazarumında Avrupa ve Amerika'da büyük ilerlemeler ülkelerinde kaydedilmiştir. Kuzey Amerika Alüıninyum Üreticileri tarafından yayınlanan rapora göre, 1995 yılında alüminyum kutulanmn geri kazanımı o/o62.2'lik bir hız gösterirken 1996 yılında yeniden kazanma hızı 1. 3 'lük bir artış göstererek o/o63.5'e çıkmıştır[6,8]. 1991 'de Avrupa'da kullanılmış tüm içecek kutulanmn yaklaşık %21 'i geri kazamlmıştır. Mevcut durum ise, 1987'den beri hemen hemen yüzde yüzlük bir artışı temsil etmekte arasında bir artış ve yıllık o/o20-25 oranını yansıtmaktadır[9, 1 O].

Alüminyumun geri kazanım işlemlerinin ekonomik ve pratik olma zorunluluğu vardır. Hurda alünıinyumlann elektrolitik antma yoluyla geri kazanımı mümkündür. Ancak bu işlem ekonomik olmadığı için uygulanma­ maktadır. Alüminyumun yeniden değerlendirilmesinde hurdalann ergitme öncesi hazırlık işlemleri önemli bir yer tutmaktadır[6].

TÜKEt iM

-

'ç:

. --...·

VENi

�-...-

.

. ı

METAL

ÜRÜN

GEAiDÖNÜŞT0RÜLM0Ş . METAL

...._

� ._ .._

-

.,_ .

� t:::=-...;;;;;.;....�

·,ı . \,\.\''-

MANYEliK AYlKLAMA

'

.\ ...--... ,·,,

:

-

§

r=

-, _... ,... ı -

u u .i FABRiKADA ERGiTILME -==

1

Şekil 1. Mttal kutwıun geri kazanımmı gösteren akış diyagramı [3 J.

73


Çevre Dostu Bir Metal: Alüminyum

hurdalann çeşitli prose s metotlanın anlamak için hurdayı belirli bir sınıflandırmaya tabi tu tarak tanımlamak gerekir. Her ne kadar hurdamn kompozisyonu (özellikle magnezyum içeriği) metal kazanım prosesinde önemli bir değişken ise de ooyut (daha çok spesifık yüzey alanı) ve temizlik gibi diğer iki önemli değişkene göre de tariflenebilir. Alüminyum burdanın boyutu, burdanın yüzey alammn artmasıyla yüzeydeki oksit miktan artacağından önemlidir. Aynca ısıtma ve ergitm e proses i esnasında daha ileri dere cedeki oksidize olayı, daha büyük yüzey alaru ile artar. Daha büyük burdalar daha düşük kayıplarta ergitilebilir, daha küçük boyu ttakiler ise daha fazla dikkat ister. Alüminyum

Metal kazarumında ikinci önemli değişken metal burdanın temizliğidir. Empüriteler� su, kir, yağ, boya ve lak, kum, yapışmış gıda maddesi foınılannda olabilir. Empüriteler metal olarak kazanılacak ağırlığı teşkil etmedikleri gibi aynca sık sık metal kazanımını engellerlerL1 ı>1 2]. Ergitme öncesi hazırlık işlemleri� sınıflandırma, yağ gi deıme, boya giderıne-y akma, kıınıa, demirli parçaların aynlması, briketleme ve ön ısıtma olarak sıralanabilir[6J. Sınıflandırma, yağ gidenne, boya giderme aşamasından geçirilen malzeme kırma işleminden sonra malzernede mevcut az miktardaki demir ve çeliğin uzaklaştınlması için manyetik bir ayırıcıdan geçirilir. Malzeme bu noktadan genellikle toz ve ince atıklarm uzaklaştınlması için elenir. KAPAK %25 AA518 %0.35 Mn: %4.50 �

%75 AA30 %1.25 Mn; %1.05 1

GÖVOE

kutusuna giren alaşımlann incelenmesiyle daha hı anlaşılabilmektedir. Şekil.2'de görülen içecek ku� yaklaşık olarak ağırlıkça %25 AA5182 ve %7� AA3004'den yapılmaktadır. Kapak ve gövdenin bileşim ve ergime aralıklan Tablo.2'de verilmiştir. Tablo 2. İçecek kutulanrnn .kapak ve gövdesinin bileşinıleri ve ergime aralık.lan[l2].

AA5182

Ergime Aralığı (oC) 580.5-636.6

AA3004

629.4-654.4

Alaşım

·

Tane sımrtan eridiği z aman kullanılmış iç��: kutulanmn kapakları oldukça zayıf olmaktadır. H döner fınn içindeki hafıf bir düşme, parçalanmaya nede olmak için yeterli olmaktadır. Bu işlenıle AA3004 göv parçalan değişmeiliğinden ve AA5182 ka"'ll tamamen parçalandıklanndan, eleme ile basit bo aynmı, alaşım aynını ile sonuçlanmaktadır. Şekil.3, bi ALCOA kullamlmış içecek kutu işlem merkezk şematik olarak gösteıınektedir. İlk önce balyal.�� kullamlmış içecek kutulan bir çekiçti kınClJ gelmektedir. Daha sonra lak giderme fınnın geçmekte ve bir ergitme fınnına taşınmaktad.ır[12].

·

Ambalajlamada Kullanılan

Alüminyumun

Farklı bileşimde olan kutu kapağı ve gövdeyi birbirinden ayırmak güçtür. Ergitme öncesi kull anılmış içecek kutu alaşımlannı ayıran bir ALCOA prosesi ile teiıno aynmı mekaniksel işlem uygulanarak alaşım yapıl maktadır. Geri kaza nılmış kullamlmış içecek kutula nndan elde edilen eriyik bileşimi, metalin kullanılabilirliğini sınırlaınaktadır. Bu, bir içecek

Mg: o/o4-5 Mn: o/o0.2-0.5 Si: maks.o/o0.2 Fe: maks.o/o0.35 Gerisi AI Mg: o/oO.S-1.3 Mn: %1-1.5 Si: maks.o/o0.3 Fe: maks. o/oO.7 Gerisi Al

Kullanılmış içecek kutu alaşımlannı birbirinden a için ALCOA tarafından geliştirilen proses AA5182 , AA3 004 için ergitme araJıldanndaki büyük farklılıkta yararlamlmaktadır. AA5182 ergimeye, AA3004' erginıe başlangıcının yaklaşık olarak 90°C altında maktadır. AA5182 alaşınumn ergime başlangıcı tan sınırlannda başlamaktadır.

IU.2.

Şekil 2. Alüminyum içecek kutularmda mevcut alaşımlar[12].

Bileşim

Geri Kazanımı

-

Son tahmini rakamlara göre Avrupa'da heryıl paketlem için 400.000 ton alüminyum folyo kullanılmaktadır. E önemli bir miktar gibi görünürken alüminyum folyon bir paketierne sisteminde sadece küçük miktarlan yeter' . olduğundan dolayı atık zincirinde tüm paketlem malzemelerinin yalnızca o/o0.02'si kadar alümin folyoya rastla nmaktadır. örneğin ı litrelik süt yad meyva suyu içeceklerinin paketlenmesinde .... LI'"'J .. steril levhada yalnızca 1.5 gram kadar bul unmaktadır[5' ı o].

.&ı-....4

74


ş. oemirklran,

K. y lldiZ

C ekieli Ktr1c1

Batya / '

-

'

--*""

Döner Ftnn

Ergitme Fır•n•

Şekil 3. Bir Alcoa Kullanılmış İçecek Kutu İşlem ttierkezinin Bir Bölümünün Şematik Gösterimi[12].

Alüminyum ambalajlamada bir çok dizayn tipi mevcuttur. Alüminyum, tek bir malzeme olarak ya da kağıt ve plastik gibi diğer maJzemelerin üzeriııe bir tabaka olarak kullanılabilmektedir. Alüminyum ambalaj malzemeleri; alüminyum tabakanın kalınlığıyla (6-400 J.lm) ve alüminyum olmayan kısmın miktanyla (o/o0-90) birbirinden farklı olabilmektedir. Kaplamasız düz metal (ev folyosu, çikolata ambalajı, menü tepsileri vb.), laklanmış veya ince bir şekilde kaplanmış alüminyum (yiyecek ve içecek kutulan, yoğurt kapaklan vb.) ve ince tabakanısı alüminyum malzemeler olmak üzere üç tipik malzeme grubu tanımlanmaktadır. .

Dk teknikler, kağıt ve kağıt hamuru endüstrisi tarafından toplanan kullanılmış karton içecek kutulanndan rnukavva fiberlerin geri kazanımı için geliştirilmiştir . Içecek karton kutulannın iki türü kullanılmaktadır. Tipik olarak ağırlıkça o/o89 mukavva ve %11 poli­ etilen'den oluşan aseptik olmayan kartonlar ve ağırlıkça %74 mukavva, o/o21 polietilen ve %5 alüminyum folyodan oluşan aseptik kartonlardır. Aseptik içecek karton üretimi için dünya çapında yaklaşık 60.000 t/yıl alüminyum folyo kull anılmaktadır Geri kazanılacak malzeme genellikle aseptik ve aseptik olmayan kullamlmış kutunun bir kanşımıdır. •

.

Aseptik kartonun fiber kısmı, tekrar kağıt hamuru haline getirilerek geri kazanılmaktadır (Şekil 4). Kağıt fiberler,

tabakalann diğer bileşimlerinden; kullanılmış içecek kartonlannın ılık su ile kanştınımyla dır. Meydana gelen fiber süspansiyonu ve su normal kağıt hamuruna katılnıaktadır. Fiberler aynidıktan sonra, başlıca polietilen ve alüminyum folyodan oluşan nemli bir atık kalmaktadır. Alüminyumlu nemli atığı zenginleştirınek ve arzu edilmeyen veya zararlı nesneleri uzaklaştı ıınak için manyetik ayının ve Eddy akımı yöntemi uygulanabilmektedir. Eddy akımı aynmı öncesi nem içeriğinin kontrolü ve malzemenin parçalanması, uygun alüminyumca zengin fraksiyon eldesi için önemlidir. %15 Al, 0/ol3.2 PET, o/o65.2 PE ve o/o6.2 yapışkan ve baskı mürekkebinden oluşan kahve paketlerinden alüminyumun geri kazammı ise geleneksel olarak bir döner fınnda flaksla alüminyumun tekrar ergitilmesini takip eden düşük oksijen içerikli bir piroliz işlemi ile yapılmaktadır[4]. Günümüzde çeşitli Avrupa ülkelerinde, alüminyum da dahil olmak üzere değişik paketierne malzemelerinin toplanması için düzenlemeler vardır. Bu düzeniemelerin bazıları pilot bölge aşamasmdayken diğerleri ulusal bazlarda yürütülmektedir. örneğin, 1992'den beri İngiltere alüminyum folyo endüstrisi çöpe giden binlerce ton metalin geri kazanılabilmesi için yapılan çalışmalara büyük yatınmlar yapmıştır.

75


Çevre Dostu

Bir

Metal: Alüminyum

Polletllttn Aluminyum

Şekil. 4 KuUanıhnış içecek karton kutularmdan fiberterin geri kazanımı[3].

Kullanılan tüm folyonun 2003 yılına kadar %30'unu geri kazanma hedefiyle 1994 'de kapsamlı bir geri kazanım p rogramı, Alüminyum Folyo Geri Kazarum Kampanyası ( AFRC) tarafından başlatılmıştır. Avrupa genelinde birçok şirket şu günlerde paketlerden alüminyum folyoyu geri toplamada özel başan gösterıniş olan Alman Paketleıne Atık Yönetimi Sistem Gelişmiş Organizasyonu (DSD) ile işbirliği yapmaktadır. 1993'te Alınanya,da kullanılan t oplam 131.000 ton folyonun 80.000 tonunu OSD toplamıştır. Fransa'da FAR (France Alüminium Recyclage) isimli organizasyon� 1997 yılına kadar geri toplanan alüminyum miktarım 18.300 tona çıkarma planlan içindedir. Bu tip programiann 1994 sonunda yürürlüğe giren, Pak:etleme ve Paketierne Atıklan üzerine AB Direktiii tarafından k onulan hedefleri tutturabilmesi için çok daha geniş bir ölçüde yaygınlaştınlmalan ve 2001 yılına kadar paketiernenin %25-45 kadannın geri kazarnlması gerektiği ifade edilmektedir[6,1O]. IV.

SONUÇ

Günümüzde kullanılmış alüminyum yüksek yüzdeele geri kazanılmakta, ancak bununla beraber paketierne malzemesi olarak kullanılan alünıinyum ürünlerinin �li bir kısmı hala çöpe gitmektedir. Bu durum ön1imüzdeki yıllarda paketierne pazannda, alüminyum atık toplama projelerinin geliştirilmesiyle azalacaktır. Ülkeden ülkeye değişen çeşitli kutu geri kazanım organizasyonlan; eğitim, reklam, halkla ilişkiler, pazarlama ve teknik yardım yollarıyla geri kazanım programlan başlatılmıştır. Sponsor şirketlerin yamnda diğer organlar da bu programları desteklemektedirler. Bununla birlikte geri kazanım oranlaorun 2000'li yıllara

kadar Avrup a'da kullanılmış tüm alüminyum kutulannın %50'sinin geri kazanılacağı noktaya kadar artacağına inanılmaktadır. Dünyadaki gelişmelere paralel olarak ülkemizde de alanlannda alüminyum kutu toplaın� yerleşim rnerkezleri kurul ması faydalı olacaktır. Aync� bilinçlendirıııe faaliyetlerinin daha ilköğretinıderı başlatılması ve ilgili derslerle çevreye karşı daha bilinçU yetiştirilmesi amaçlanmalıdır. Bu konuda nesil yapılabilecek özverili çalışmalara ön celikle biJi ııı adamlarının, çeşitli kamu kurum ve kuruluşlannın ve iş adamlannın maddi ve manevi destekleri son derece önem arzetmektedi r. Hem doğa kaynakJarımızın korunmasını sağlayacak hem de ülkemizin gelişmesi yöniinde imkanlar sunabilecek böylesi birçok potansiyelimizin harekete geçirilmesi gerekmektedir.

KAYNAKLAR [1] Y.TAPTIK, S.AYDIN, "Recycling Olgusu, Gerekliliği, Uygulama İlkeleri ve Ekonomiye Katkısı,, Metalurji Dergisi, Sayı: 76, s. 31-40, Ekim 1991. [2] M.GöZEN, "Bilgi Toplumu ve Alüminywn'', Alüminyum Dünyası, Türkiye Al.San.Demeği (TALSAD) Yayınlan, sayı 7, s.S-13, Mart 1997. (3]--," Katı Atıklar ve Kullanılmış Ambalajlann Değerlendirilınesi", Çevko Eğitim Projesi Etkinlikleri. [4] N.ÜNLÜ, N.ERUSLU, "Aluminyumun Ambalaj Sanayindeki Yeri ve Geri Kazanımı", Metal Dünyası, sayı: 53, s. 52-58, Ekim 1997.

76


ş.oemarK1ran, K. Yildiz

[5]�---,"Paketlemede Aluminyum Foly<> ve Kutular", Aluminyum Dünyası, sayı:7, s. 4-7, Mart 1997. [6 ] T.YILMAZ , "Kullanılmış Aluminyum Me şrubat Kutulannın Geri Kazanılmasının Ekonomik Etüdü" Metal Dünyası, sayı: 33, s� 45-50, Ocak 1996.

'

[7] M.ÇİGDEM, ''Alüminyum ve Enerji", A lüntinyum D ünyası, Türkiye Al.San.Demeği (TALSA D) Yayınlan, sayı 7, s.20-23, Mart 1997. [8]-,"Recycling of Aluminiuro Cans on The

Rise'',

Aluminiuın, 73, 7/8, p.493, Jahrgang 1997. [9] S.VAR, "Ekolojik Açıdan Alüminyum Folyo Paketleme", Türkiye Al. San.Derneği (TALSAD) Yayınlan, sayı

7, s.24-29, Mart 1997.

[10] K.YILDIZ, A.ALP, "Yeniden Değerlendirilebilir

Alüminyum'', Metalurji Dergisi, �OB Met. MülıOdası, Cilt:22, Sayı: I 12, s.3-6 , Şubat 1998.

Metal:

[l l) RAY D.PETERSON,"Issues in the Melting and Reelamation of Aluminum Scrap", Journal of Metals,

p.27-29, February ı 995.

[12] N. ÜNLÜ, S. YILD IRIM, N.ERUSLU, "Kullamlmış A luminyum Kutulann ve Otomotiv Parçalannın Aluminyum Hurda Kaynağı Olarak Değerlendirilmesi'', Metal Dünyası , sayı: 33, s. 27-36, Ocak 1996.

77


78


SAU Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi 1

(1998) 79--85

TANİN KİMYASI VE TEKNOLOJİSİ Mahmut

ÖZAC� İ.

Ayhan

ŞENGİL

Sakarya Üniversitesi, Fen-Edebiyat Fakültesi, Kimya Bölümü ADAPAZARI

Özet- Taninierin deri üretimindeki geleneksel kullanımı ve

daha

da

sonralan

uygulamalanndan

odun

başka,

girişimler;

için

kimyasallar

olarak

incelen(egel)miştir

daha

ihtiyaçlar,

stabilite faktörlerinin yanında endüstriyel gereksinimlerini

uygulama

ve

kondanse taninler olmak üzere iki ana gruba aynlarak

yapılan

tamamen ekonomik

olabilen taninler

olarak

özel

geliştirmek

genel olarak hidroliz

yapıştıncılar

kullanımlannın sınırlı olduğu göıiilmüştür. Tanin esaslı kimyasallan

Taninler

önceki

saflık

ve

proseslerin

değerlendirmedeki

''kondanse''

[1-7].

taninler

olabilen"

"Hidroliz terimleri;

ve veya

gallik

hegzahidroksidifenik (HHDF) asid türevleri (hidroliz olabilen) ve başlıca flavon 3,4-diol türevleri (kondanse) taninler

olarak isimlendirilen

önemli

sınıfı

arasındaki

bitkisel taninierin

farkı

ayırt

etmek

iki

için

başansızlıktan dolayı sıkıntılı olmuştur. Taninierin son

kullanılmıştır [4]. Doğada, her sınıf için büyüleyici

zamanlardaki

yapısal

kullanım

alanlan

hakkın da

bilgi

sağlanmıştır.

değişimler

bir

düzende

meydana

gelmektedir. Her iki tipin örnekleri de asitle bozunmaya uğradığı

Anahtar

sayısız

kelimeler:

Tanin,

deri

tabaklama,

odun

yapıştıncılar, doğal polielektrolit, korozyon inhibitörü.

için

ne de kondanse

ne hidroliz olabilen

terimleri çok anlamlıdır. Böylece önceleri ''kondanse'' olarak sınıflandınlan taninler şimdi proantosiyanidinler olarak

veya

poliflavonoidler

olarak

daha

geniş bir

Abstract - Apart from their traditional use for leather

sınıflandırmaya

manufacture and more recent applications as wood

taninler ise gallotaninler ve ellagitaninler veya on1ann

adhesives, tannins have seen limited application as

türevleri olarak belirtilmektedir [ 4].

tabi tutulmaktadır.

Hidroliz olabilen

specialty chemicals. Previous attempts to develop tannin­ hased chemicals have suffered because of failure to appreciate fully

economic

requirements,

purity

n.

DERİ TABAKLAMA

and tabaklama

maddesi,

derinin

esasını

oluşturan

stability factors, and application needs of industrial

Bir

processes. Inforınation also is provided on areas where

kollojenin reaktif gruplan arasına girerek çapraz bağlar

tannins have recently been utilized.

meydana getirıne kabiliyetinde olmalıdır. Bunun için suda çözünür olmalıdır, bitkisel tabaklama maddeleri de

Key words: Tannin, leather tanning, wood adhesives,

suda fazlaca çözünür madde ihtiva ederler ve kollojeııin

natural polyelectrolyte, corrosion inhibitor.

yani derinin stabilitesini arttınrlar. Bitkisel tabaklama maddeleri tek bir madde niteliğinde olmayıp, polifenolik

L

GİRİŞ

Hangi bileşiklerin tabaklamada ne ölçüde

kanşımlardır.

rol oynadığı tam olarak ortaya konamamıştır [8, 9]. Bitkisel taninler, bitki orijinli polifenolik ürünlerdir. tabaklaına

mekanizması

Taninler yüksek yapılı bitkilerin hemen hemen her

Bitkisel

kısmında oluşur. Taninierin ticari miktarlan ancak bazı

teoriler ve görüşler ileri

bitkilerden elde edilebilir ve çoğu bitkilerin sadece belirli

depolanma,

toz

h akkında

değişik

sürülınüştür. Bunlar; fiziksel

oluşunıu

ve

H-bağı

veya

dipolar

akçaağaçta

kuvve tler gibi daha zayıfkuvvetler şeklinde özetlenebilir.

kabukken, mirobalan ve meşede meyvedir. Taninierin

Bu görüşlerden büyük ölçüde kabul göreni; Shuttleworth

tadı burucudur, demir çözeltileri ile renk geliştirirler,

ve

metaller,

molekülleri arasındaki bağlanmanın hidrojen bağlan ile

kısımlanndadır.

Taninin

alkaloidler

ve

ana

jelatine

kaynağı

benzer

çözünebilir

protein maddeleri ile çökeltiler oluştururlar. Taninler su

arkadaşlannın

ileri

sürmüş

olduğu

kollojen

olduğudur [8].

ile kolayca ekstrakte edilebilirler. Bitkisel tabaklamanın olabilmesinde ilk şart taninin deri içine girınesidir [8, 9]. Tanin difiizyonu sağlandıktan

79


Tanin Kimyasi ve Teknolojisi

sonra bağ teşkili söz konusu olabilir. Genel olarak tanin difüzyonu yavaş cereyan eder ve deri lifleri arasında ki serbest su yine difüzyon yoluyla dışarıya çıkarak yerini tanin çözeltisi alır. Derinin yağ tabakası iyi temizlenınemişse difüzyon zortaşır ve deri aşın şişmişse difüzyon yavaşlar [8]. Bitkisel taninierin deri içerisine tamamen difüzyonundan sonra taninin sıvı fazdan aynlıp, deriye bağlanması olayı başlar. Genellikle deriye ne kadar çok tanin bağlanmışsa deri o kadar iyi tabaklannııştır. Bu yüzden, bitkisel tabaklanmış deride % bağlı tanin miktan tabaklamanın bir ölçüsü kabul edilir [8]. Bitkisel tabaklamada tanin bağlanması üzerine sıcaklık etkilidir. Tanin bağlanması 25-37.5°C lerde önemli ölçülerde artmaktadır. Bunun nedeni bu sıcaklıklarda taninin dispersiyon ve vizkozitesinin yüksek olmasıdır. Bitkisel tabaklama 3.5-6.5 gibi geniş bir pH aralığında yapılır. Nornıal olarak tabaklamamn yapıldığı pH sımnnda, pH nın düşürülmesi tanin bağlanmasını önemli ölçüde arttınr. Eğer tabaklama düşük pH da yapılırsa, bağlanma o kadar hızlıdır ki derinin yüzey kısımlanndaki kapiler boşluklar taninle fazlaca dolar ve sadece yüzeydeki tanin yığılmasından dolayı taninin nüfuz etmesi durur, gevrek ve kınlgan bir deri meydana gelir. pH 5 civanndaki izoelektrik noktada yapılan tabaklamada tanin bağlanması en az düzeydedir. Fakat taninin nüfuz etmesi çok hızlıdır [8, 1 O]. pH öyle ayarlanmalı ki; tabaklama başlangıcında nüfuz etme, tabaklama sonunda bağlanma maksimwn olsun. Bunu sağlaınak: için, tabaklamaya pH 5 civannda başlanır vu nüfuz etme tamamlandıktan sonra bir organik asid ile pH düşürülerek bağlanma sağlanır [8, l l]. Bitkisel tabaklamada banyoya verilen tanin miktannın bağlanma üzerine olan etkisi aşikardır. Muayyen sınırlar içinde ne kadar fazla tanin verilirse deri tarafından o kadar fazla tanin bağlaıur. Banyoya verilecek tanin miktan, arzu edilmeyen durumlarm ortaya çıkmayacağı ve tanin israfı olmayacak şekilde seçilir. Taninin sadece deri içerisine nüfuz etmesi tabaklama için yeterli olmayıp, konsantrasyon farkım koruyacak kadar fazla tanin sıvı içinde bulunmalıdır. Bunu sağlamak için pratikte tabaklama banyosuna ya belirli aralıklarla tanin ilavesi yapılır, ya da deriler bir banyodan alınıp daha konsantre bir banyoya konulurlar [8, 9, l l, 12]. Bugün yeryüzünde uygulanan bitkisel tabaklama yöntemleri; işleme alınan ham deri, kullandan tabaklayıcı madde ve eldeki imkanlar yönünden büyük farklılıklar göste!nıektedir. Bu yüzden bitkisel tabakl ama için her koşulda uygulanabilir bir yöntem ortaya koymak son derece güçtür [8, 9]. Bununla beraber, tabaklama olayında tamamen belirli faktörlerin etkili oldlıkları ve

bunlann neticesinde aym ham deriden kadife gi yumuşak bir deri elde etmek mümkün olduğu gibi� ayn zamanda sert ve selabe tli bir deri de yapınal mümkündür. Bu durum, muhtelif deri türlerinil nitelikleri üzerinde etkileri belli olan faktörleriı bulunduğunu v e bunlara göre mamul derilere istenile: özellikleri verınenin her zaman mümkün olduğun göstermektedir [9]. Bitkisel taninl erle yapıla n tabaklama şekillerini, ya Ta� veya geleneksel, hızlandınlmış ve çok hızlı olmak 11zer� üç grupta incelemek mümkündür. Tabaklama esnasında. her kadernede derllerin ne ölçüde tabaklandığını, tanir miktanın tayin ederek kontrol etmek mümkündür ·ç gereklidir [8, 9]. Taninler; bitkisel tabaklama yanında, k:rom, al1Jminyum demir ve çinko ile tabaklamada da birleştirerek kombint tabaklama işleminde de kullanılmaktadır [10-13]. ın.

ODUN

YAPIŞTIRICILAR

Yapıştıncılar olarak taninierin ku11anımı; taninierir kimyası, malcromolekül olarak taninierin reaktivitesi ' yapıştıncı oluşumunun teknolojisini içerecek şekil kapsamlı olarak Pizzi ile Porter ve Hemingw(f tarafından tanımlanmıştır. Bir yapıştıncı olarak tani k:ullanmamn zorluğu, vizkozitesinin yapıştıncılar.. gerekli olan düzeyden çok yüksek olmasıdır. Yüksel vizkozite, ekstraksiyon esnasında tanin çözeltisi ile saxı gibi maddelerden (suda çözünmüş karbonhidratlardan ileri gelmektedir. Bu yüksek vizkozite, tutkal kanşımın seyreltik alkolün ilavesiyle veya pH ayarlaması)-L düşürülebilir [ 1 O]. Endonezya'da yapılan bir çok ticari çalışınada kontraplak ve diğer odun kompozitlerinin üretimin<S odun yapıştıncılar olarak bitkisel taninJe� büyiıı ölçüde mangrov türlerinde, uygunluğu denenmiştir [10 Tanin yapıştıncılar Güney Afrika'da [10, 14] gen ölçüde, Avusturalya ve Yeni Zelanda'da ise sınırlı ticar uygulamalara sahip olsa da kullanılmıştır. Diğer iilkele­ tanin yapıştıncılan denerken, bu ülkeler kebrako ': akçaağaçtan elde edilen taninlerin bu sistemlerd karakteristik ticari kullanımım yapmaya başlamıştr. [14]. Reçine formülasyonlan şeklinde kontraplak, parça tahu ve ince tabakalarm yapıştınlnıasmda çam kabuğt taninlerinin kullanılınasında gelişmeler o1makla beraber ümit verici uygulamalann çoğu ince tabakalar içiL soğuk-çöktürme olmuştur. Burada taninler kısmeı resorsinol ile yer değiştirmek için kullanılmıştır [ 14 15] Bu iki bileşenli sistemler başlangıçta akçaağa sistemlerine dayanmıştır, fakat daha sonralan başanD �

80


M.Özacar, i.A.Şengil

çam tanin ekstraktlarımn kullanılmasında gelişmiştir. Resorsinol sübstitüsyonu lastik-şerit bağlama uygulamalannda da yapılabilir, burada taninler resorsinol-formaldehit lateks sisteminde kısmen yer değiştirmiştir [ 14, 1 6]. formülasyonlar

Gelecekte önemli diğer yapıştıncı sistenıleri az form aldehit emisyonuna sahip veya hiç formaldehit emisyonu içemıeyen tanin-izosiyanat fornıülasyonlannı edebilir. Odun kompozit ınaddeler için ihtiva formaldehit emisyon standartlan şartı böylece memnun edici şekil de artmış olur. Odun kompozit foımlan için kullanılan yüksek sıkışma sıcaklığA (200°C) ham tanin ekstraktlannın yapışına hızını arttırmaktadır. Yüksek nenıde odun bağlamak için son zaınanlardaki eğilimler, tanin yapıştırma işleminin gözde düşüncelerini de içermektedir. Taııin modifiye reçineleriıı nem toleransımn standart polifenoJ reçinelerden daha fazla olduğu bilinmektedir [ 14]. IV.

BOYA, BOYACILIK VE PİGMENT

Tanin kolloidal haldedir ve renk partikülleıi; organik: yapıda olan taırin ü zerine inorganik iyonlanrıı adso rpsiyonuyla oluşur. Bu renkler; negatif yüklü tarlin partiküllerinin pozitif yüklü sulu oksit partikülleıini çelanesiyle oJ.uşur. 1'anin renklerinin çoğ)u karekteristik olup, tantal1amla oluşturduğu renk san ve ııiobyuın. ile oluşturduğ,)u renk portakal-kınnızıdır [ 1 7]. Pigmen1.1erin çoğu su veya yağda çtözündükleri için lak haline geti rilerek kullarulırlar. Laklar; oksi,Jasyona dayan�kh boyar maddelerin bazı ·metaller, tuzlar veya. tanin i1 e birleşmesiyle oluşur. Baz ik boyar lnaddeler; asidile lJir dayanağı doğrudan., nötral dayanağı ise tanini e yap�laıı bi r kenetleme işlerninden sonra boyaya'bilir [18]. Taninl�r sülfüre dayanıklı boyaların yapırınnda ıda kullanıhnıştır. Ridroliz olabilen taninler spesifik şartlar altında siı.lfür bileşiklerine daha dayanıklı olmayı sa;ğlar ·ve belki de böyle boyalarda onlan kullanmayı mürrJkün kıic1T [ J 2 j. (t op rak rengi) renkli kumaş yapımında di1ha eski bir ınetod� pıaxnuk. ipliğine önce dilemir tannatı tmğlaınak ve daha sonra asidik bikromatla oksi:demektir. Günüınüzdc: bitkisel taninleri kullanan fabY.ikalar bu tekni ği takip �etmenıişlerdir [l 2]. Köylerde 'haki renkli teknik kuina'� veya yarJıımnda hala ·bu ip ·kulıa. ml nıaktadır [1 O, 12] . . . . . Hictroliz olabilt�n tanir� türlerinin bir bilef;eni olan gallik a�-: id, demir tuzları ile renkli metal kompleksleri oJ .uştuna n özelliğindttn dolayı mürek:kep yapımında yer a ! mış tı r [12]. 1ıüki

.

V. KOROZYON İNHİBİTÖRÜ Norınal korozyona karşı metal yüzeylerinin korınıması için ilk kullanılan boyalar, kurşun oksit (kırmızı kurşun) veya kromatlar gibi korozyondan koruyucu pigmentleri ihtiva etmektedir. Toksikliklerinden dolayı bu bileşikler çevre için bir tehlike oluştururlar. Bu yüzden bunlann yerini alacak daha çevre dostu korozyon inhibitörlerine ihtiyaç vardır. Taninler, biodegrade olabilen nontoksik otganik bileşiklerin bir sınıfım oluştururlar ve ilk boya sistemlerinde koroıyondan korunma için kırmızı kurşuna bir alternatiftir [19]. gruplannın hidroksil halkadaki J�omatik yakınlıklanndan dolayı taninler, demir ve diğer metal katyonlan ile şelatlar oluşturabilmektedirler [12, 19-22]. Ferro konıplek.sleri renksiz ve çok çözünebilir, ayın zaınanda oksid asyona son derece duyarlıdırlar. Oksijen mevcudiyetinde, koyu mavi renge sahip ve yüksek çözünürlüğü olmayan ferri komplekslerine (tannatlar) dönüşürler [20]. Çözünebilir ferro komplekslerinin oluşumunun korozyon hızını arttırdığı düşünülür, fakat konuna çözünıneyen ferri kompleksine oksidasyondan sonra oluşmaktadır. Tannatlar tercihan anodik alanlarda oluşur, fakat boya ma sırasında mekanik olarak fırçalanan yüzeye şela t uniform olarak çöktürülür . Çözünmeyen şelat karşılıklı bağlanmış bir yapıya sahip metal yüzeyde oluşur; anodik ve katodik yüzey alanlan arasında bir elektriksel izolatör olarak etki yapar [20]. •

Seavell' in incelemeleri ferri iyonlan ile etkileştikten sonra çözünmeyen bir film oluşturan taninleri teyit eder. Bu çalışnıaya göre pas başka bir faza dönüşmüş olmaz, sadece oksijen için bir difüzyon bariyeri olarak etkiyen kompleks ile kaplamr. Pas ile taninierin reaksiyon davranışıarım inceleyen çalışmalann. çoğu atmosfere maruz boyalı ve boyasız paslı çelik paneller üzerinde yapılmıştır [ 19, 21]. Mevcut çalışmalann gayesi kullanılan model bileşikler ve iyi tanımlanan deneysel şartlar ile pasta faz dönüşümlerine taninierin etkisini incelemektir. Gallik asid., pirogallol ve meşe taninleri; hidroliz olabilen taninierin ve kateşol kondanse taninierin davranışlannın incelenmesi için model olarak kullanılmıştır. Sentetik ve doğal pas bileşenlerinin indirgenme davramşlanna taninierin etkileri elektrokinıyasal teknikler, Moessbauer spektroskopisi ve ayarlanabi len nem ve oksijen basıncında kontrollu maruz testleri ile araştinimıştır [ 1922].

81


Tanin Kimyasi ve Teknolojisi

VL 'fiP ve

ECZACILIK

gruplanndan dolayı anyonik özelliklere sahipti: Kompleks polisakkarit tanin türevleri geniş ölçüde içm suyu, evsel ve endüstriyel atıksulann tasfiyesind kullamlmıştır. Bunlar genellikle asidik şartlar altınd etkilidirler [26, 27].

Geleneksel halk ilaçlan olarak kullanılan bitkilerin çoğu taninleri ihtiva etmektedirler [ 10, 12, 14, 23]. Geleneksel Çin ilaç tedavileri için taninl er temel teşkil etmiştir [ 14]. Sayısız doğu ilaç bitkileri ve ham drog (uyuşturucu) lannın aktif unsurlannın taninlerce zengin olduklan göze çarpmaktadır. Bugün Avrupa ve Kuzey Amerikada da bitkisel ilaçlarla tedavi yaygınlaşmıştır. Bitkilerle tedavi oranı oldukça yüksek ve uzun ömürlü olmaktadır. Bitkilerle tedavi, aynı zamanda modem eczacılıkta da

Konifer ağacı (kozalaklı ağaç) taninlerinin -OH gruplaı %90 reaktif bileşimine sahi] � o/o4 N-içeriği ve kuatemer amonyum eter türevlerine kolayca dönüşebiliı Bu haliyle katyonik tanin etkili bir flokülant olduğt halde, performansı forınaldehit veya epiklorhidrin ile A

yer almıştır [23].

halkasının

Son zamanlarda, değişik taninler doğu ilaç bitkilerinden izole edilmiş ve dikkatler bu izole edilen taninlerltı faıınakolojik incelemelerine verilmiştir [12, 24].

bal' reaksiyonuyla bağlanma çapraz geliştirilebilir. Gerçek bir atıksu tasfiye durunıtın� katyonik taninin en iyi flokülasyon davranışı� kolloidal partikilllerin ucuz bir yük nötralizörü olarak daha pahalı bir makromoleküllü lineer polimer içeren biı

kombinezon dozajıyla elde edilmiştir [28, 29]. Taninierin biyolojik ve farmakolojik aktiviteleri; enzimler, virüsler, bakteriler ve ınikroorganizmalara karşı etkileri geniş ölçüde incelenmiştir [14, 24, 25]. Gallik asid ve gallotanin içeren Limonium axillare bitkisinin alkol ekstraktı ·gram-pozitif ve gram-negatif bakterilere karşı karakteristik bir antimikrobial aktivite göstermiştir [25]. Linderae umbellate R.amus'un ham ekstraktının anti-sindirim ve anti-iliser aktiviteleri incelenmiştir [24]. Tannik asidin %10 luk çözeltisi haricen yanık sahaya püskürtülerek kullanılmaktadır. Böylece yanan doku enfeksiyonlara karşı korunmuş olmakta ve yanık yerden su kaybı önlenmiş olmaktadır. Tannik asid lokal olar� pomat veya sprey çözelti şeklinde yaralarda, tannik asid gliseriti de ağız ve boğaz iltihaplannda kullamlmak:tadır. Tannik asid suppozituvan ise hemoroid tedavisinde kullanılmıştır [ 12, 25]. Glikoz çekirdeklerinde 0-2 ve 0-3 pozisyonlannda galloil gruplanna sahip, ellagitanin monomer birimlerini ihtiva eden tellimgrandin taninleri kuvvetli bir anti­ tünıör aktivitesi göstermiştir. Son yıllarda, gallik asid ve ellagik asid birimlerini ihtiva eden taninler üzerinde anti-tümör ile aktiviteleri ilgili çalışmalar yoğunlaşnııştır. Gelecekte bitkisel taninler veya onlann monoınerleri için medikal alanda potansiyel uygulamaların olacağı aşikardır [ 12, 14� 23].

ARITIMINDA DOGAL POLİELEKTROLİT OLARAK TANİNLER VIL SU

Sanskrit literatüründe (M.Ö. 2000 li yıllarda) Nirmalia ağacının ezilmiş sert kabuklu yemişlerinin su antma vasıtası olarak kullanılmasından bahsedilmektedir. büyük ihtimalle suda Bitkisel ürünlerin etkisi çözünebilen organik polimerlerden ileri gelmektedir. Bunlann çoğu, polisakkarit iskeletİnden ve karboksil

Su antımı ve atıksu tasfiyesi için tanin içeren polimerler: o/o0.60 N noniyonik monomer, o/o30- 100 C katyonik monomer ve o/o0-30 A anyonik monomeri ihtiva eden tanin-[N-C-A] forınülündedir [30]. Musluk suyundan klor bileşiklerini uzaklaştunıak için de, etkili bileşen olarak acı ve burucu tada maHk tannik asid içeren bitkisel maddeler kullanılmıştır [3 1]. atıksulardan polimerik maddeleri gideıınede de; tanin, tannik asid veya onlan içeren bir bileşen ile tasfiye edilmiştir. 1200 ppm KOi ye sahip bir po li(vinil alkol) içeren atıksu tannik asid çözeltisi ile tasfiye edildikten sonra pH 5 e ayarlanarak filtre edilmiştir. Filtrat 80 ppm KOi içeımektedir [32].

Polimer

içeren

Atıksudak:i organik maddeler, proteinler, alkaloidler ve metalleri gideırnek için formaldehit ile tannik asid kondenzasyonuyla yapılan suda çözünebilir polimerler gibi yüksek moleküllü bir koagülant kullanılmıştır. Pratikte metod, alum ve poliakrilik reçinelerle beraber kullanılarak gerçekleştirilmiştir [33]. Renkli atıksulardan, rengin giderilmesinde tannik asid 'reya � 1 olan türevleri kullanılmıştır. K-alum ile tannik asid birlikte kullamlmış ve tannik asidin renk gideıme verimini %90 arttırdığı bulunmuştur. Kulla nılan metodun boya içeren atıksu tasfiyesi için faydalı olduğu ileri sürülmüştür [34]. Tanin içeren çeşitli kabuklar, sudan farklı ağır metal iyonlannın kolonda sürekli akımda giderilmesi için 0.1 kullamlmıştır. Sudan giderilen metal iyonlarını N HCl çözeltisi ile kabuktan sıyırmak ve kabuldan rejenere ederek tekrar kullanmak mümkün olmuştur

[35].

82


M.Özacar, i.A.Şengil

Su antımında kullamlan taninler, optimum pH ı ı ve 0.03 nıg!L gibi oldukça düşük dozda etkili bir bulanıklık

giderme sağlamıştır. Bulanıklığı oluşturan kolloidal partiküller arasında oluşturduğu köprülerle meydana getirdiği floklar fıltre ederken suyu kolay geçirebilen özelliğe sahip olınaktadır. Bu nedenle tanin; Al2(S04)3 ve sentetik polielektrolite (AN9 13) göre filtre edilebilme özelliği oldukça yüksek çamurlar vermiştir [36]. Alı(S04)3 a yardııncı olarak tanin ve AN913 kullanılarak Al2(S04)3-taninin çalışmada� mukayeseli yapılan bulanıklık gidenne yeterliliğinin Al2(S04)3 v e Al2(S04)3AN9 13 ten daha iyi olduğu bulunmuştur. Aynı zamanda Ab(S04)3-tanin ikili kullanımı fıltre edilebilme, bu1anık ve bulaıuk olmaya n sulardan fosfat giderme bakımından da Al2(S04)3 ve Alı(S04)3-AN913 ten daha etkin olmuştur. Bu çalışmalann tamaınında Al2(S04)3-tanin ikilisi Al2(S04)3 ve Al2(S04)3-AN9 1 3 e göre son derece ekonomik bulunmuştur [36]. Taninierin su arıtımında kullanılmasıyla ilgili yapılan değişik çalışmalar� taninierin etkinliğinin, elde edilen bitkiden kaynaklanan k imyasal yapısına ve modifiye edilıne derecesine bağlı olduğunu göstermiştir.

VIII. TANİNLERİN DİGER KULLANIM ALANLARI Killerin kanşıınlan, mineraller ve tanin ekstraktlan� sıvı kayıplarını önleyerek petrol kuyusu duvarlannda açılan delikleri kapatırken, matkabı yağlamak ve soğutmak için uygun vizkozite karakteristiklerine saltip uniforın çamur oluştınmada kullamlmıştır [ 12, 14]. Taninler seramikler ve çi nıento endüstrisinde de kullanılabilirler [12]. Sülfolanımş taninler sıcak ve soğuk su lx>rulan ile düşük ve orta basınçlı kazanlarda� kazan taşı oluşturan ırı.ineralleri giderınek için mükemmel tasfiye sistemleri sağlanuştır [12, 14, 37]. Kondanse taninierin ıx>lifenolik doğalannın üstün olmasından dolayı plastik ve ilişkili endüstrilerde kullanılan fenollere potansiyel alternati:flerdir. Bitkisel taninler, fomıaldehit ile tepkime verdiği zaman iyon değiştinci reçine olarakta kullanılabilirler [ı2]. Taninler yararlı cevherlerin flotasyon proseslerinde çöktürücü olarak kullanılabilir. Düşük tenörtü demir, kurşWl ve tungsten cevherlerinden yararlanmak için kebrako taninleri kullanılıruştır [12]. Kondanse taninler lignoselülozik maddelerin doğal koruyucularıdır. Bazı ağaç türlerinin kabuk ve tohwn kabuldan gibi dış koruyucu dokularında yüksek konsantrasyonlarda taninler bulunmuştur [ı4]. Kondanse

taninler� değişik bölgelerde balık ağlan, sicimler ve kunıaşlar için geleneksel koruyucu olarak kullanılınıştır [ 10, 14]. Doğal veya yan-sentetik tanin esaslı bileşikler mantar veya bakteriyel büyürneyi inhibe etmek için biyolojik olarak aktif ajanlar gibi potansiyeller sunmuştur. I'aninler odun koruyucular olarak faydaya sahip bakır ve diğer metaller ile kompleks oluşwnu için gereklidir. değişik dışında Bwıun metal için maksatlar komplekslerinin oluşturulmasında da taninler büyük ölçüde kullanılmışlardır [ 1 0, 14, 38]. değerlerini azalttığı yeınlerin besin Taninlerin, bilinmektedir. Keza bitki dokulanndaki polifenollerin topraklann oluşumunda bitki maddelerinin ınikrobiyal bozuruna hızım inhie ettiği de bilinmektedir. Bu b olayların nedeni elbetteki enzim inhibasyonudur. örneğin tanince zengin besinierin sindirilebilirliğinin azalması, sindirim enzimlerinin tanin tarafından kısmeıı inhibasyonu temelinde açıklanabilir. Bu durumda diyet uygulamalan için bir potansiyel sunmaktadır [23, 39]. IX.

SONUÇ

Bitkisel taninler üzerindeki çalışmalar incelendiğinde geçmiş 80 yılda çok uzun adımlar atılmıştır. . Son zamanlardaki çalışmalar, bitki polifenollerinin (bitkisel taninler) rollerinin neler olduğunu derinlemesine incelemeye yönelnıiştir. Gelecek gelişmeler bilhassa gıda ve besin kimyası ile bazı önemli bitkisel ilaçlann farınakolojik incelemeleri gibi bir çok önemli alanda olacaktır. Proteinler, nükleik asidler, polisakkarider gibi diğer moleküller ile fenallerin karşılıklı etkileşimlerini aydınlatacak şekilde detaylan içerebilir. Bu durum, böyle maddelerin daha yüksek bitki metabolizmasında oynadığı roBerin farklı olup olmadıklannı da şüphesiz açıklayacaktır.

KAYNAKLAR of "Encyclopedia Kirk-Othmer, [1] Chemical d Technology'' 2n Edition, (A. Standen, Ed.), Vol. 12, pp. 303-343, USA, 1967. [2] Scalbert, A., Monties, B., Janin, G., "Tanins in Wood: Composition of Different Estimation Methods' , J. Agr. Food Chem., 37(5), 1324-ı329, 1989. '

[3] Haslam, E., ''Chemistry of Vegetable Tannins' ', Academic Press, London, ı966. [4] Lewis, N.G., Yamamoto, E., "Tannins-Their Place in Plant Metabolism", (R. W. Henıingway and J.J. Karchesy, Eds.), Chemistry and Significance of

83


Tanin Kimyasi ve Teknolojisi

Candensed Tannins, pp. 23-46, Plenum Press, New York, 1989.

and Significance of Candensed Tannins, pp. 479-492. P1enum Press, New York, 1989.

[5] Zucker, V. W., "Tannins: Does Structures Determin e Function ? An Ecological Perspective'', The Am. Nat., 121(3), 335-365, 1983.

[I 7] Walton, H.f., "Principles and Methods of Cheınical analysis'', 2nd Edition, Frentice-Hall of India (Private') Ltd., New Delhi, 1966.

[6] Wilson T.C., Hagerman, A.E., "Quantitative Deteıınination of Ellagic Acid", J Agr. Food Chem., 38(8), 1678-1683, 1990.

[18] Terem, H.N., '' Anorganik Sınai Kimya", 5. Baskı. Okan dağıtırncılık ve yayıncılık Ltd Şti., İstanbul, 1984.

[7] O.W., S.F., Huang, H.L., Lau, Luk, ''Spectrophotometric Deternıination of Tannins in Tea and Beer S amples with Iron (lll) and 1,10Phenanthroline as Reagents", Analyst, 114, 631-633, ı989. [8] Yakalı , T., Dikmelik, Y., ''Deri Teknolojisi Yaş İşlemler'', Özen Ofset, İzmir, 1994. [9] öne� C., ''Mezbaha Mahsulleri Teknolojisi I, Dericilik Temel Bilgileri'', A. Ü., Ziraat Fakültesi Yayınlan, Y. No: 322, Ankara, 1968. [10] Achmadi, S.S., Choong, E.T., "Utilization of Tannins in Indonesia", (R.W. Hemingway and P.E., Laks, Eds.), pp. 881-893, Plenuın Press, New York, ı992. [ l l ] Shrewe, RN., B� J.A., "Chemical Process Industries' ', McGraw-Hill International Book Company, 5th Editio� Singapore, ı 984.. [12] Kedlaya, K.J., "Chemistry and Technology of Vegetable Tannins", Leather Sci., 18, 75-87, 1971. [13] Bliss, E.D., ''U sing T annins to Produce Leather'', (R.W. Hemingway and J.J. Karchesy, Eds.), Chemistry and Signifıcance of Candensed T ann·ins, pp. 493-502, Plenwn Press, New York, 1989. [14] Steiner, P.R., ''Tannins as Specialty Chemicals: An Overview", (R.W. Hemingway and J.J. K archesy, Eds.), Cheınistry and Significance of Condensed Tannins, pp. 517-523, Plenum Press, New York, 1989. [15] Kreibich, R.E., "Tannin-Based Wood Adhesives", (R.W. Hemingway and J.J. Karchesy, Eds.), Chemistry and Signifıcance of Condensed Tannin s , pp. 457-478, Plenuın Press, New York, ı989. [16] Chung, K.H., Hamed, G.R., '' Adhesives Containing Pine Bark Tannin for Bonding Nylon Cord to Rubber'', (R W. Hemingway and J.J. Karchesy, Eds.), Chenıistry

[19] Favre, M., L andolt, D., "The Influence of Gallic Acid on the Reduction of Rust on Painted Steel Surfaces", Corros. Sci., 34(9), 1481-1494, 1993. [20] Gust, J., Wawer, 1., ''The Studies of Relationship Between Structure and Anticorrosion Properties of Gallotannin s. Part I", Polish J. Chem., 66, 733-741: 1992. [21] Morcillo, M., et. al., "Corrosion of Rusted Steel in Aqueous Solutions of Tannic Acid'', Corrosion (Houston), 48(ı2), 1032-1039, 1992. [22] Gust, J., Suwalski, J., "Use of Moessbauer Spectroscopy to Study Reaction Products of Polyphenols and Iron Compounds", Corrosion (Houston), 50(5), 355365, ı994. [23] Haslam, E., ''Plant Polyphenols, Vegetable Tannins Revisited'', Cambridge Univ. Press, U.K., 1989. [24] Ezaki, N., et. al., "Pharma cological Studies on Linderae Umbellatae Raınus, IV. Effects of Condensed Tannin Related Compounds on Peptic Activity and Stress. Induced Gastri c Lesions in Mi ce'', Planta Medica, 1, 34-38, 1985. Ali, A.A., et. al., "Phytochemical Study of Limonium axillare (Forssk) Ktze", Bull. Fac. Pharm.

[25]

(Cairo Univ.), 29(3), 59-62, 199ı. [26] Bratby, J., ''Coagulation U plands Press, England, ı980.

and

Floccul ation",

[27] Bolto, B.A., "Soluble Polimers in Water P urification'', Prog. P olym. Sci., 20, 987-ı 041., 1995. [28] Pulkki nen, E., Mikkohen, H., "Preparation and Performance of Tannin-Based Flocculants'', (R.W. Hemingway and P.E., Laks, Eds.), pp. 953-%6, Plenum Press, New York, 1992. [29] Pulkkinen, E., Mikkohen, H., ''Cationic Tannins from Conifer Bark Extracts for Use in Wastewater

84


M.Ozacar, I.A.Şengil • •

Flocculation'', Ger. Offen. DE 4, 219,343, Patient, 24 Dec 1992. (C.A. 119: 33710k).

[30] Chen, J.C., et. al., -'Tannin-Containing Polymers for Water Clarification and Wastewater Treatment'� Eur. Pat. Appl. EP 630,858, Patient, 24 Dec 1994. (C.A. 122: 221955e).

[35] G1oaguen, U., Morvan, H., ''Removal of Heavy Metal Ions from Aqueous Solution by Modifıed Barks' ', J. Environ. S ci. Health, A32(4), 901-912, 1997. (C.A. 126: 320552).

..

[31] Furusawa, 1., Furusawa" Y., "Materials for Water Purification", Jpn. Kokai Tokkyo JP 06 23,373, Patient, Ol Feb 1994. (C.A. 120: 306987a). [32] Asahi Chem. Ind. Co. Ltd., ''Wastewater Treatment \\ith Tannin", Jpn. Kokai Tokkyo Koho JP 8 2 19,084, Patient, Ol Feb 1980. (C.A. 96: 222716j). [33] Takatoh, M., "Wastewater Treatment by Water Soluble Condensed Polynıers", Japan Kokai 73 34,786, Patient 22 May 1973. (C.A. 79:96656y). [34] Nakajiına, K., Ohhara, S., ''Decolorization of Waste\vater", Japan. Kokai 77 01,962, Patient, 08 Jan 1977. (C.A. 87: 140777e).

[36] özacar, M., "Meşe Palamutundan (Valonia) Elde Edilen Tanin'in Su A ntıınında Doğal Polielektrolit Olarak Kullamlması Üzerine Bir A raştınna", Doktora Tezi, SAÜ Fen Bilimleri Enstitüsü, Adapazan, 1997. nd 2 [37] Keınmer, N.F., "The Nalco Water Handbook", Edition, M cGraw-Hill Book Company, Singapore, 1988. [38] Laks, P.E., "Condensed Tannins as a Source of Novel Biocides", (R.W. Hemingway and J.J. Karchesy, Eds.), Chemistry and Significance of Condensed Tannins, pp. 503-515, Plenum Press, New Yo rk, 1989. [39] Van Suınere, C.F., et. al., "Plant Proteins and Phenolics", (J.B. Harborne and C.F. Van Sumere, Eds.), The Chemistry and Biochemistry of Plant Proteins, pp. 211-264, Academic Press, London, 1975.

85



SAÜ F en Bilimleri Enstitüsü Dergisi 1 (1998) 87-92

ON THE ORIGIN OF 8-Bi203FORMATION AT LOW .

TEMPERATURES •

2 Arif A. Agasiev1, Yadigar Yu. Guseinov \Hacer O.Askerova1 and Yılmaz Akgüney 1 Departn1e11t

of Physics, Baku State University, Baku, Azerbaijan

2Technical Educalian Facı1lty, Dumlupı1ıar University, Kütahya, Turkey

The results of electron-diffraction studies of Bi203 filıns stable at low temperatures are sho\Yn in the present paper. A suffıciently detailed analysis of the fo ıma tion of different phases in Bismuth Oxide thın layers has been carried out. The Bismuth fılms obtained by condensation in vacuum on NaCl cleavages and annealed in the air at 473 K are sho\vn to correspond to a high-temperature cubic phase of 8-Bi203 \\·ith the parameter a 5.52 ± 0.05 A. With increasing annealing temperature (---523 K) a transition to (3-phase \\'İth the parameters a 5.631 A takes 10. 95 A, c place. On the base of the analysis of epitaxial relations of 8- and �-phases and the Bi ; attice as \Vell as by estimation of retleetion intensities, the forınation of a high-temperature 8-Bi203 phase at a low temperatufe has been explained. Abstract -

·

=

=

=

I. INTRODUCTION In spite of rather great number of works dealing \\'ith investigation of Bismuth Oxide film growing regularities, the Bi-O system is stili studied insuffıciently. The structural data are available only on some Bi203 modifications \Vithout their stability region [1, 2]. and relative to the other oxide of the system (BiO, Bi�04 Bi:!Os) there is noted rnerely that tl1ey are still studied poorly. Bi203 is the best studied oxide in the given system, but there is a number of contradictory data on this compound in literature. It has been already reported about the determination and refinement of Bi203 polymorph structure, and at present the four ınodifıcations of especially undoped and "pure" bismuth oxide denoted as CJ.., �, y and 8-Bi203 are distinguished. The results of studying the different stable and metastable phases of bismuth oxide are inconsistent ..

\Vith respect to conditions of stable existence and phase transition, stoichiometry, space group definition, configuration and the unit cell sizes, and even relative to the existence of certain modifications. The results of electron diffraction studies of the foıınation of 8-Bi203 fılms stable at low temperatures are shown in the present paper. ll. RESULTS AND DISCUSSION

5.50 - 5.60 A The 8-Bi203 \\ith the period a obtained first by L.G.Sillen [3, 4] by melting of cx.-Bi203 samples for 2 hours in a chinaware crucible followed by a fast cooling is well-known. When studying this phase \\rith the use of the paper patterns, he has found that its period is a 5.52 + 0. 05 A. The X-ray powder patterns revealed only reflections with unmixed indices attributed to tb.e seattering from the Bi atoms lqcated in sites of the face-centered cubic (fcc) cell. Later Gattow G. and Schroder H. [S]_ obtained the Bismuth Oxide modifications metastable at room temperature by melting Bi203 for 15 - 60 min together with the other oxides followed by a sharp cooling.of the melt. They denoted the above modifıcation as 8 -Bi:!03, 5. 50 - 5.60 A, considering determined its period, a that the optained 8.-Bi203 and "a primitive cubic" Sillen modification is one and the same high-temperature phase of the bismuth oxide which can exist at room temperature being stabilized by oxygen ion impurities. When studying the structure using the X-ray po,vder patterns and the error method, it has been supposed that the 5· -Bi203 crystallizes in CaF2 structural type \\'itlı a statistical OA)'gen atom distribution in the cell. Thus, both in Sillen and Gattow models the Bi atoms are located in the sites of the fcc cell, but the difference of =

=

*

=

87


'•

On The Origin of 8-Bi203 Formation at Low Temperatures

.

A partial ordering of these

these models is in the location of the oxygen atoms and

occupy the 8-fold position.

the appropriate choice of the space group.

atoms takes place even in a cubic f/-phase.

A rather detailed analysis of the different phase foıınation in thin bismuth oxide films has firstly been

erdering of two vacancies per cell

The

in the oxygen

carried out by Zavyalova A.A. and Imarnov R.M. [6, 7,

sublattice of 8-Bi203 leades to the formation of f3-Biı03 with a lattice pararneter increased almost by a factor of

8]. The analysis showed the possibility of obtaining the

two.

8-Bi203 at low temperatures in particular.

superstructure of the 8-Bi2Ü3 cubic oxide.

Therefore

the

P-Bi203

is

sornewhat

a

Now, consider the problem of the origin of the foıınation of 6-Biı03 and �-Bi203 high·temperature modifications in thin Bi203 films at room ternperature (or sornewhat higher, --4 73 K) in more detail.

As seen

from the Bi-O state diagram (Fig.l), the above modifı­ cations are stable at temperature above 8 73 K [9, 10].

-------------

Fast cooling 1098 K

quenching 919K(from 1048)

908-912K gradual cooling

�-BhO:;

933-943 K

gradual heating

K

1003K

973 K (from 1018)

8-BhO; on of 473 K for 10

Fig.2 Transmission Electron Diffraction Pattem of Grad.898

K

893-878 K

NaCl: Aıınealed

.

in the Air at Temperature

Hours.

Fig.l Polymorphous Transitionsfor HPure" Bisrnuth Oxides.

The electron diffraction is kn0\\7ll to reveal the light atoms much better that the X-ray diffraction. Therefore the studies of the obtained electron diffraction patters allow to judge more correctly which of the models is a reliable one, i.e. corresponds to the intensity distribution observed on electron diffraction patters Electron diffraction studies showed that in our case the 8-Biı03 is the main oxidation product.

Moreover,

in electron diffraction patterns of bismuth fılms obtained by condensation in vacuum on NaCl cleavages and annealed in the air at 473 K (Fig.2) one can obseıve the rings corresponding to the 8-Biı03 cubic lattice with the +

0.05 A

typical of the high­

temperature phase of 8-Bi203

As the annealing

parameter a

=

5.52

temperature increases (-523 K),

the strengthening of

the lines takes place at first

and

corresponding to �-Bi203

10.952 A, c

=

then the lines

with the parameters a

=

5.631 A occur (Fig.3). This is probably

due to the fact that the 8- and �- phases of Bi203 are closely connected to each other. Their difference is in a statistical location of the oxygen vacancies in the 8Bi203

Fig.3 Transmission Electron Di.ffraction Pattem Phases of Bh03 on NaCl : Aıınealed

K for

1 O Hours.

in

the

of (ô Air at T

+ =

P}

523

structure because in this case 6 oxygen atoms

88


A.A.Agasiev, Y.Y.Guseinov, H.O.Askerova, Y.Akgüney

The analysis of the epitaxial relations bet\.veen the 8- and �-phases lattice parameters and the Bi lattice has shov.-n that the diffusion of oxygen atoms into the bismuth lattice is observed during the oxidation process. The results of the above analysis coincide with the data of [12]. This corresponds to an overall regularity of The oxide is foııned in such a metal oxidation. modification and is oriented on metal so that the rearrangement of a metal lattice to the lattice of its oxide takes place at a minimal shift of metal ions. This fact, to our opinion, is the main reason of the forınation of the 8- and �-phases of Biı03 during the oxidation of bismuth at temperature below the melting temperature. When investigated the point electron diffraction patterns of Bi203 it \vas found that besides the reflections (hkO), sametimes a very \\'eak net of virtual reflections is obseıved on the electron diffraction patterns. Primarily \\'e have taken them as the reflections (lık 1) assuroing that the electron diffraction patterns of such a type are a mixture of two orientations by (00 ı) and (O ı 1) planes parallel to the face of the NaCl cube. But the above diffraction patterns can also be taken as a plane (hk.O) of a cubic cell with a period a 5.45 A [6]. The latter is more probable as the far reflections are displayed better on the base of the cell Therefore, we considered such 5.45 A. \Vith a patterns as the sections of the reciprocal lattice of the cubic crystals over the planes (hkO) (Fig.4). =

=

4 (c ) 4 Bi 6o 6 (d) The There are 4 Bi atoms per unit cell. coordination number of Bi is six, coordination polyhedron is a cube where the six vertices of 8 are occupied. The coordination number of oxygen is 4, the coordination polyhedron is a tetrahedron. The distances of Bi - O andO-O are 2.40 A and 2.76 A, respectively. Sillen called this modification of bismuth oxide as ''priınitive cubic". Later Gattow and Selırader [ 5] obtained a metastahle phase of the Bi oxide melting Bi203 together 'vith As203, Sbı03, NbıOs:ı Ta05, W03, SnOı, SiOı, Ti02 and cooling them sharply. They denoted the above 5. 50 metastable phase as 8 -Bi203 with a period a 5.60 A ( depeneling on the impurity ion). The authors [5) consider that the obtained 8 -Bi203 and "a primitive cubic" Sillen modification is one and the same high-temperature phase of the bismuth oxide which can exist at room temperature being stabilized b y impurities of foreign ions (it probably is Si by Siilen as Bi203 has been melted in a china crucible). Gattow and Schroder studied the structure with po,vder patterns by the error method and unlike Sillen they proposed a follo\ving stnıcture model in the space group Fm3m: 4 (a ) 4 Bi 8 (c ) 6O i. e. ö"' -Bi203 cıystallizes in a CaF2 stnıctural type with a statistical distribution of six ox.ygen atoms in the cell. The distances of Bi-O and O - O are 2.45 and 2. 8 3 A, respectively. It is seen that in Sillen and Gattow models the Bi atoms are located over the sites of the fcc cell, and they differ from one another by the position of OA')'gen atoms and by the space group. It should be noted that Sillen does not explain why the space group O� (Pn3m) was namely chosen [3]. Gattow and •

=

"'

Schroder, unlike Sillen, cansicter all the possible space groups in detail and do not take into account all of them, except for Pn3m and Fm3m, as highly improbable. The above groups are essentially different due to a lack of sixfold point positions in the O� (Fm3m) group and bence, the oxygen atoms should

Fig.4 Transmission Electron Diffraction Pattem of 8·-Bi203 Filrns on NaCl� Annealedin The Air at T 1

==

573 K for 10 Hours.

When studied the structure of po\vder pattem by the error method, Sillen [3] concluded that the atoms occupy the following point positions in the Fedorov's group: Pn3m

be located statistically. Con1paring the calculated and the picnometric densities for Sillen model in the space group Pn3m with those for the space group (Fm3m) of their proposed model, Gattow and Schroder concluded that Sillen was wrong and the obtained high­ temperature modification of the bismuth oxide crystallizes in a CaF2 structural type. The both �·orks were made with the help of powder patterns. But the latter gives the info ıınation only about the position of bismuth atoms. Therefore the oxygen atom location and hence the space group \vere chosen only from the crystallochernical point of view.

89


, ••

On The Origin of ö-Bi203 Formation at Low Temperatures

The electron diffraction reveals the light atoms considerably better as compared to the X-ray diffraction. Therefore, unusable

point

our

to

due

diffraction

electron

good

insufficiently

patterns, a

for

quality

2 n. As for the structure determined by Gattow and Schroder, if the 8 -Bi203 modification is the same Biı03 •

us

modification obtained by Sillen and observedby the

authors

consider

themselves

and

(as

the most

is

complete sırnetural deterınination, allo\v to judge which

probable as the structure remains unchanged when

of the models proposed is valid, i.e. corresponds to the intensity distribution obseıved on electron diffraction

introducing different impurity ions), then the model proposed is probably not valid. Moreover, the factor R

patterns.

O. O 19 given in [5] seems to be too '' good" to be reliable.

==

The electron diffraction pattern (Fig.4) is a seetion of the reciprocal lattice of a cubic crystal over the (hkO) planes. In this case, the reflections '"'ith h observed.

+

k

2 n are

=

As seen from Table 1, where the reflection

intensities estimated qualitatively are listed, all the reflections with even h and k are strong, and they are weak \vith odd h and k. In other '\\'Ords, a strong net of reflections forming a fcc lattice as \Vell as a weak net of reflections \\'ith the mixed indices are observed on electron diffraction patterns. But Gattow and Selırader did not observe the weak reflections with mixed indices, and therefore they considered a cell to be a face centered cubic one. For this reason, their model cannot be taken A weakness of the mixed reflections

into account.

indicates that they are attributed to the seattering only from the oxygen atoms. This fact entirely agrees with Sillen model rr-.hkO \.1:-' th

=

ID. CONCLUSION

Bi 4f e +

(in

Really,

Pn3m).

hkO

6f eo and <t>th

=

o

for

this model .

.

2f e for reflectıons wıth

even and odd h and k, respectively.

It should be noted that the obtained results are in a good agreement with the data of L.S.Palatnik et al. [ll, 12]. Both in our work and in experiments carried out by L.S.Palatnik

at

al.

the bismuth

oxide

fılms were

undoped intentionally. The mass spectral studies of fılms did not revealed a considerable amount of alkaline metal ions which

could

diffuse

from

substrate.

a

Nevertheless, in our case; as in L.S.Palatnik's works. the fılms of high-temperature 8- and �-Bi203 phases have been observed, while a rnonoclinic o:.-phase stable at room temperature has not been revealed. It is probably due to the fact that a radical change of interatomic bonds and the large shifts of Bi atoms, i.e. great energy consumption which cannot be provided at low temperatures, is necessary for the rearrangement of the Bi lattice to a monoclinic a.-phase lattice stable at

low temperatures. The fo ıınation of Bi203is possible

Table I

during the oxidation of liquid bismuth when the Bi

The Calculation of Electron-Di.ffraction Pattem of The

Phase W ith bcc Lanice of ô-Biı03 Films Obtained on NaCl

lattice disappears (destroys) and does not impose any

and Annealed at 570 K for 10

restrictions on the stnıcture of the oxide foi:nıed.

h, 2R.'A

=

53.56

mm

A

... t

..

No

2 {mm2

de��A2

1

13.6

3.938

2

19.4

2.760

3

27.4

1.954

4

5

30.6

1.754

38.8

1.380

6

43.2

1.239

7

58

0.920

8

59

0.907

9

61.2

0.873

high

10

65

0.824

weak

Intensi� \Veak high high w eak

high htgh

high weak

. '

We consider that the stability of the obtained high­

hkl

a �A2

temperature 8-Bi203 phase can be attributed to the

110

5.513

uncontrolled

impurities

200

5.520

220

5.525

concentration

of

310

5.533

'400

5.520

420

5.540

600

5.520

610

5.517

620

5.521

630

5.527

such

of ions

foreign

ions.

The

be

rather

high.

can

Therefore, due to the difference of ionic radii, they can capable of stabilization of high-temperature phases at low temperatures.

REFERENCES

'

'•

. .

.

,

..

-

. .lo .

Thus, electron

the

intensity

=5.5236 (A)

distribution

diffraction patterns

[1] A.E. Vol, "Stroenie i Svoistva Dvoinykh

observed

confıııns the

on

stnıcture

+

�etal·

licheskikh Sistem", Fizmatgiı; v.2, p.982 Moscow: . 1962.

model proposed by Sillen [3]. In this case it should be noted that in spite of the fact that the Bi203 structure is deseribed by the Fedorov' s group Pn3m, its unit cell is not a priınitive cubic cell (by Sillen) but it is a bcc cell as the bismuth and the oxygen atoms occupy the particnlar positions satisfying the condition h

..

••

.

aaver.

are

from the large macrostresses in lattice which

k + .e

=

[2] I.Narei-Sabo, ''Neorganicheskaya Kkristallokhimi· ya", Izd., p.504, An Hungary, 1969. [3] L. G. Sillen, "X-ray Studies on Bismuth Trioxide", Ark. Kemi. Mineral. Geol., v.l2 A, n.l8, p.I-15, 1937. [4] L.G. Sillen, "Ccystal Structure of Monoclinic

a.·

Bi203 , Z. Kristallogr., v. 103, p.274-290, 1941. "

90


A.A.Agasiev, Y.Y.Guseinov, H.O.Askerova, Y.Akgüney

[5] G. Gattow, H. Schroder, "Die Kristallst ruktur Der Hechtemperatur Modifikation Von Wismut (111)­

oxid 8-Biı03", Z. Allgem. Chem., bd.318, n.3-4, p.176-189, 1962.

Kubicheskoi Strukture 8-Biı03", Kristallografiya, n.2, v.14, p.331-333, 1969. A.A. Zavyalova, R.M. Imamov, "K Voprosu o

v Strukture �-BiıOı.s Tonkikh Sloyakh", Kristallografiya , n.3, v.l6, p.5 1 6 519 1971. -

(81

A.A. Zavyalova,

,

R.M. Imamov, Z.G. Pinsker, "Elektronnograficheskoe Issledovanie Sistemy Bi -O o Tonkikh Sloyakh", Kristallografıya, n.4, v.lO, p.4 80 4 82 1965. -

,

"Polimorfizm O kisi Vismuta", Neorg. Mater. n.ll, V. 10, p.2020-2023, 197 4. C.Wang, X.Xu, B.Li , " Ionic and Electronic Condoction of Oxygen Ion Conductors in the Bi203 System", Solid State Ionics., v.l3� p.l 35-140, 198 4.

(10]

[6] A.A. Zavyalova, R.M. Imamov, "K Voprosu o

(7]

[9] L.D. Fomchenkov, A.A. Mayer, N.A. Gracheva,

[l l] L.S. Palatnik, A.I. Fedorenko, B.A. Savitski, V.I. Korobko, " Izuchenie Khimicheskikh i Stnıktumykh Prevrashenii, Soputstvuyushikh Spitaksialnomu Rostu Vismuta na Shelochnogaloidnykh ristallakhu, Fiz. Tverd. Tela. N.8, v.l6, p.2291-2291, 1974 [12] L.S. Palatnik,

A.I. Fedorenko, B.A. Savitski, "Fazoyava Neravnovesnost pri Okislenii Plenok Vismuta", Ser. Fizika, n.ll, v.38, p.2 377 2 38 1 , Izv.An sss� 1974. -

91



SAÜ

Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi

1 (1998) 93-97

ARK KAYNAKÇISININ EGİTİMİNDE SİMİLATÖR KULLANIMI Yaşar TOP*, Doç. Dr. Fehim FINDIK** * Sakarva Endüstri Meslek Lisesi .,

**Sakarya Üniversitesi, Teknik EgitiJn Fakültesi

LÖZET

harcamadan yapar. Kaynak çubuklan ve test levhalan

Teknik bilgi ve beceriye sahip kaynak operatörünün � etiştirilmesi uzun süreler alır ve pahalıdır. Kaynak

Yapılan

paralelinde el becerilerini geliştirmek amacı ile temrin

öğrencinin başan performansım olumlu yönde etkiler.

operatörünün ilk aşaması teknolojik bilgi birikimleri

kullamlmadan sınırsız sayıda test yapmak mümkündür. olanak

testıerin

verir.

kabine

Yapılan

yapılmasına

oturtulmadan

çok

sayıdaki test

levhalan,

parçalan üzerine kaynak dikişleri çekilerek yapılır. Bu

Kaynak

temrin parçalan eğitim amaçlı oluğundan bir iş parçası

öğrencinin el becerisini geliştirecek özelliklere sahiptir.

olarak kullanılmazlar. Harcanan temrin parçalannın

Basitçe istenen denemeler seçilecek kaynak taşıyıcılan

ve

\

defalarca

tekrarlanır

simülatörü

değişik

metotlannda

kaynak

Bu

ile (MIG Torcu, TIG Torcu, Elektrod Prensibi) üç ana

el

kaynak metodu (MIG Ark kaynağı, TIG Ark kaynağı,

becerisi eğitiminin ilk aşamalan, simülasyon üzerinde

Örtülü Elektrodla Ark Kaynağı) üzerinde test levhalan

maliyetleri

yüksektir

faktörler ve düşünceler ·doğrultusunda yapılması

düşünülmüştür.

Bu

kaynak

çalışmamda

kaynak

yapmaya olanak sağlar. Yapılan testler sonucu hatalann

simülatörü tamtılmış ve kaynak simülatörü taşıyıcılan

yazılı olduğu kağıt verir. Bu da öğrencinin yaptığı çok

ile yapılan uygulama verileri karşılaştınlarak öğrenciler

sayıdaki egzersizler arasındaki başan perfoınıansını

üzerindeki gelişmeler değerlendirilmiştir.

değerlendirir.

kaynak

Video

göstericilerini

destekleyecek şekilde olup!' taşınabilir niteliktedir.

ABSTRACT:

A welder who has enough technical

••

lllKaynak Simülatörünün Uniteleri

knowledge and skill is educated hard and ıt takes a long tiıne and expensive. Firstly, a welder has to be sufficent

Monitör

metotlanmn

şekillerini

gösteımede

düzenlenmiş

dokunmatik

a welder has to weld

Değişik

kaynak

on the work parts to develop his handskill. These work

katkıda

bulunacak şekilde

parts are not used anywhere. As, they are samples to

ekrandır.

So, They are used a lot of tiınes. According to these

gösterir. Ekran ihtiyaç dahilinde değişik pozisyonlara

factors and opinions, a welding simulatör has been used

(Tavan,

\velding knowledge. In addition,

learn \\·elding. The costs of sample parts are expensive.

to increase welding handskill tınd degrease costs of \vork

parts.

defined.

In this study,

They

were

welding

studied

by

simulator

using

a

Eğitim anıaçlı elde edilebilir kaynak için

gerekli test parçalann bağlantılannın simülasyonunu Dik, Yatay Düz) ayarlanarak test .yapmaya

olanak tamr.

was

'velding

simulator. After, simulator kno\vledges were compared \Vith student's knowledges. n. GİRİŞ

Kaynak

Simülatörü:

çalışmasına

yönelik,

Pratikte

gerçekteki

yapılan

uygulama

kaynak ile

aynı

görünüm ve teknik özellikler dahilinde kaynakçının el becerisini destekleyecek

şekilde

dizayn

edilmiş

bir

eğitim aracıdır. Pratikte yapılan kaynaklarda karşılaşılan problemler çerçevesinde gerçeğe yakın değişik kaynak metotlanın göstermeye

katkıda bulunacak

şekilde dizayn edilmiştir.

Ekrana yan&ıtılan görüntü üzerinde pratiktekine benzer şekilde

.

1

kaynak

yapılabilir.

Operatör

istenilen

denemeleri, seçilen kaynak taşıyıcılan v e kontrol edilen test koşullannda, kaynak çubuklarını ve test levhalanm

. . .,.

.

;....... ....•·" . ' .. ... .. ..·� . .......-·�"' · • •

Şekil

. .. - �f"";.::,"

1

.

; - ·- ...._,ı. ... ,.. .. .

-- -.. �.

...

,· ·�'

·,:" ·· - .l��f t• .c.· ,. - � .

... - ....

(. -

.

-

. Kaynak Simülatöıü [1] -:·

93


Ark Kaynakçastntn Eğitiminde Similatör Kullantml

Başlık (maske)

Kaynak operatörünün çok kuvvetli ark ışınlanııdan gözlerini ve sıçramalardan yüzünü korumak için kullandığı başlık maske görünümünde olur. Kaynak maske başlığı test uygulamasmda monitörden işitsel geri besleme düzeneğine sahip kulaklılda donatılmıştır. Yaptığı test çalışmasında bir hata oluşturınadığı sürece simülasyonda ark yanınası oluşur. Kaynak operatörü elektrodu simülasyon temrininin dışında hareket ettirdiğinde 1600 Hz' lik ses duyulur. Elektrod açısı doğru olmadığı zaman 140 Hz,lik ses duyar. Gurup çalışmalan için kulaklık ve kolon ayarlı ses kontrolü Şekil 2. de kaynak simülatörü başlığı vardır. görülmektedir. '-V

�.,.........

. ..,.,...,

,/

Simülasyon elektrodu pratik yapacak öğrenciye ark uzunluğu, elektrod hareketi ve elektrod pozisyon acısında pratik yapmayı sağlar. Simülasyon elektrodu seçilen yanma oranında kaynak pensesi boyunca otomatik bir şekilde tükenir. başlanmak kaynak ark Elektrodla egzersizine istendiğinde elektrod uygun ark uzunluğunda kaynak monitörüne yaklaştınlır ve simülasyon kendiliğinden başlar. Uygun ark uzunluğu alınmazsa elektrod ark yapmaz ve elektrod tüketimi kendiliğinden otomatik olarak durur. Şekil 3' de kaynak simülatörü elektrod ark kaynak pensesi görülmektedir.

MIG ark kaynak torcu

görünümünde torcu kaynak MIG Gerçekteki Simülasyon MIG torcu dizayn edilmiştir. MIG Torcunun görünümü dünya üzerinde kullanılan MIG torcu görünümü ve yapısındadır. Kaynak simülasyon monitörüne monte edilerek öğrenciye ark uzunluğu, torç hareketi ve uygun torç açısında pratik yapnıa imkarn sağlar. Öğrenci gösterge ekramnda torcun düğmesine bastığında kaynak işlemine başlar. Kaynak işlemi torç düğmesine basılması bırakıldığında kesilir. İşleme devam etmek istendiğinde torç düğmesine basması yeterlidir. Şekil4'de Kaynak simülatörü MIG Ark torcu görülmektedir.

Şekil 2 Kaynak Simülatör Başlığı[2]

Elektrod ark kaynak pensesi

Elektrod ve kaynak pensesi görünümü gerçeğe uygun olar� simülasyon pense ve elektrodu dizayn edilmiştir. Kaynak simülasyon elektrod ve pensesi dünya üzerinde kullamlan elektrod ve kaynak pensesi ile aynı görünüm ve özelliklere sahiptir.

J.

1

�:

.. .

••

Şekil 4. Kaynak Simülatörü MIG Torcu[2]

TIG ark

'

. '

'

ı

!t •

. •

'" w

..-·

..

.

·

t

.

. .

Şekil3. Kaynak Simülatörü Ark Elektrodu[2] .

.

:

.

kaynak torcu ve ilave çubuğu

Gerçekteki TIG torcu görünümünde simülasyon TIG torcu dizayn edilmiştir. TIG torcunun görünümü dünya torcu görünümü ve kullanılan TIG üzerinde yapısındadır. Kaynak simülasyon monitörüne monte edilerek öğrenciye ark uzunluğunda, ilave tel hareketinde ve ilave tel ile torcu uygun açıda tutmada öğrenciye pratik yapma imkanı sağlar. MIG ark siınülasyonunda olduğu gibi öğrenci tarafından TIG torç düğmesine basılarak eksersize başlanır. Torç düğmesi bırakıldığında kaynak arkı . kesilir. Tekrar başlatıJmak

94


Y.Top, F .F1nd1k

istendiğinde torç düğmesine basıtması yeterlidir. Şekil 5 �da kaynak simülatörü TIG torcu görülmektedir.

-Ekranı yatay, � düz ve tavan gibi değişik ayarlayarak pozisyonlarda öğrencinin pratiğinin gelişmesini sağlar. Şekil 6 ve Şekil 7'de simülatörün değişik konumlarda kullanıını görülmektedir.

şekil S. Kaynak simülatörü TIG torcu ve ilave kaynak Çubuğu[2] N. Kaynak Simülatörü ile Neler Yapabiliriz?

-Elektrodla ark kaynağı, TİG Ark kaynağı, MİG Ark kaynağı için gerekli göz, el kordinasyon maharetini öğretir. -El becerisini belirli seviyelere göre kompütüre programiayarak öğrencinin becerisinin gelişmesini destekler. -Öğrenciye ark uzunluğunu, elektrod açısını ve el hareketinin doğru olup olmadığım kaynak işlemi esnasında iletilerek, göııne ve el becerisinin gelişmesine yardımcı olur. -Elektrik ark kaynağında gerekli olan elektrodla ark ol uşturmasını gösterir. -Uygulaınada yapılan bütün yanlışlıkları otonıatikman hesaplar ve sayısal olarak verir. -Yanlış işlenen hareketleri arnnda uyararak ekranda gösterir.

Şekil

7.

Kaynak Simülatörünün Tavan Konumunda Kullanımı[3)

-Her egzersizin sonunda ekranda sayısal olarak kaynak hatalannı öğrenciye verir. istenildiğinde hata oranlannı belirleyen yazılı kağıt verir. Bu kağıt daha sonra öğrencinin perfoıınans aşarnalanın değerlendirir. -Gurup çalışmalannı destekleyen konuşucu sistemi ile eğitimi destekler. [2] V. Kaynak Simülatörünün Sağladığı Alyantajlar

1- Kaynakçı el becerilerini geliştirnıede güvenilir bir

öğreticidir.

2- Araç gereç ve yerden kazanç sağlar. 3- Taşınabilir ve hareketli aparatlara monte edilebilir. 4- Kaynakta oluşan duman, koku, ark yaruğı tehlikesi olmadığından güvenli bir şekilde laboratuvar şartlannda kullanılabilir.

sımfta

yada

5- Öğrencinin eksik kaldığı noktalann geliştirilmesine

katkıda bulunur.

6- Öğrencinin

priyodik gelişimini rapor eder.

kullammım

destekler

ve

7- Fazla enerji kullanmadan ve malzeıne harcamadan

egzersiz yapma olanağı sağlar.

8- Eldeki olanaklann daha ivi kullanılmasına imkan _,

Şekil6. Kaynak SiınülatörünOn Yatay Konumda Kullanunı[3]

verir ve öğrencinin zamanını değerlendiınıesini sağlar. 9- Kaynakçı el becerisini belirli aşamalara gelmesini destekleyerek, kullanmayanlara göre daha başanlı öğrenci yetiştirir.

95


""rK

r\aynaKçasanın Eğitiminde Similatör Kullanarni

.

.

ar ve

VII

VI. Yetiştirme Test şekilleri ve Fonksiyonlan

· .

.· �

·

a 4

..

• •

•. <ı

•or �

s.

Çalışma ı: Kaynak simülatörü ile bindirme kaynağının yapılınası ve deneysel sonuçları. (MIG ark kaynağı)[3]

.

: ._.,

•''

ti""'

�· • 4--:.��V .. J ..

,.

7

1

Birleştirme şekli: Köşe

IS IM ...o·-·-···-4· · ····-..

.

. . ..... . .. ..

..__

.

.

....

.

...

.

-.. .

...

.....

....•.-.. .._,...._ . ......._ _ ·-·-

......

. RUNTIME TRACK LEVE L GUNTYPE BURN RATE TARGET

- --··· - ·-· · · ·· -··· ·· .. -· ·· ·

2MIN 4IN/MIN 3 MIG 10 INIMIN DRAB

AUTO STOP LAP

005 05 000 0:00

TRACK ERRORS

ARC E RRORS ANGLE E RRORS TilvtE ONTARGBT

Birleştinne şekli: Alın V Kaynak siınillatörii test birleştirme şekilleri

Egzersize başlamak için operatör kaynak taşıyıcılardan birini kullanılarak yetiştiıme fonksiyonlanm seçmelidir. - Egzersiz zaman uzunluğu, - Kaynak met�u, <K'\YT\al< taşıyıcıs\na uygu� seçilir TIO -�iVUG- �k). 1

1

Arkın geçiş zorluğu,

Çalışma 2: Kaynak simülatörü ile bindirme kaynağının yapılması ve deneysel sonuçlan. (TIG arkkaynağı)[3]

isiM .

·-•#ooo ..o<l4•-oooo-.oooooo-oro'oO"ooo.o._.... ,.,,...,_,,,,,.,,•••_,OUoOoO-•o-Uo'4' H

Kaynak ilerleme hızı

- Hareket yönü,

..

.

.

TIG

.

JOINTTYPE

E lektrodun yanma hızı,

2..

GUNTYPE

- Açı duyarlılığı, �

4INIMIN

L�WL .

OH.,.__.,., . ,. . __ _ , _o _ • o##O O UOH0 <'- -0 0 _., , __

3MIN

RUNTİME TRACK

BURN RATE TARGET

Ark uzunluğu ve töleransı,

·

·

8 INIMIN

··

-

'

03 i(

.

000

Kaynak birleştirme tipi, •

J

1

.

Y41NWEAVA CONTINUOUS CORNER o ,

005 .

·

· .. · ·· ·

·

JOINT TYPE

Birleştirme şekli: Bindirıne

Şekil 8.

..

0:06

.

.

,�

<t . . .

:

·

:

. :

·.

,, t• .. ..

.

· .� .., - : ·s· , ! �: .

• •

o

....

o

••

o

o

... ·-..

.::::. . ; ,.).��·,'-:-· ,... .

...,,

!j: . •

. J •

o

#1'.

i" t

. .. .,

. .. . '.,:

..

•J r

.' . . ·

96


Y.Top, F.Ftndtk

Çalışma 3 : Kaynak simülatörü ile alın V kaynağının yapılması ve deneysel sonuçlan. (Elektrod ark k aynağı)[3]

isiM __ .. __.__.__..... . .._-.-...-. -� -- ---···· ·

···

··-.... ···--·-···�-·,··-··-· -····-·...-·-··----·-·---,·-

RUNTİME TRACK LEVEL GUNTYPE BURN RATE TARGET

IMIN

4INIMIN 3 STICK 12 INIMIN

KAYNAKLAR

DRAB

1.

2.

AUTO STOP

JOINT TYPE

3.

su·rr

TRACK ERRORS

ARC ERRORS ANGLE ERRORS TIME ONTARGET

VID.SONUÇ

Seçilen üç taşıyıcıya (elektrO<LMIG,TIG) göre yapılan uygulamalarda öğrencilerin MIG taşıyıcısında daha az hata yaparke� elektrod ve TIG taşıyıcısında daha fazla hata yaptıklan görülmüştür. Bunun nedeni elektrod taşıyıcısında elektrodun tükenrnesi, TIG taşıyıcısında ise öğrencinin her iki elini kullaıunasıdır. Yanma hızı yüksek seçildiğinde, yalnız elektrod taşıyıcısı ile yapılan uygulamada, öğrenci ark hızını yakalamakta zorlandığından hata sayısının arttığı tesbit edilmiştir. Simülatörde yapılacak uygulamalann ilk aşamasının otomatik kontrol üzerinde yapılması ve ilerleyen sürelerde öğrencinin kendi kontrolünde yapması durumunda, kaynak öğrencisinin el koordinasyonunu daha düzenli arttırdığı görülmüştür. Seçilen birleştiınıe şekilleri, kaynak öğrencisinin göz koordinasyonunu etkilediği fakat hata oranlanın etkilemediği görülmüştür. Simülatörün kaynak eğitimine olan etkisi iki değişik öğrenci grubu(kaynak simülatörü kullanan, kaynak kullanmayan) başan simülatörü üzerindeki performanslan incelendiğinde eğitime olan katkısı daha net olarak saptamr.

LENKO Firma Ürün Kato/oğu TOP Yaşar aSimü/asyon ve Temrinle Ark Kaynakcısı Yetiştirme Programı

SAÜ.

003 016 000 0:00 VE

PRODIT Firma Ürün Kato/oğu

n

Yüksek Lisans Bitirme Tezi,

1997

ÖNERİLER

KOSGEB kaynak eğitim atelyesinde, kaynak simülatörü üzerinde iki kaynak öğrencisine uygulama yaptınlmıştır. Kaynak çalışmalannda kaynak simülatörü taşıyıcılan ayn a)'n kullamldı ve seçilen yetişti ııne fonksiyonlan doğrultusunda öğrencilerin el becerilerindeki hata değerleri saptandı. simülatörünü ilk kullammda uygulama Kaynak levhalan değişik taşıyıcı, değişik birleştiınıe şekilleri, değişik çalışma fonksiyonlanna göre değişik güçlük seviyeleri(basitten zora doğru) alınarak uygulamalar yapılnuştır. Simiülatör üzerinde yapılan ilk çalışmalann güçlük seviyesi düşük alınmasına rağmen işlem hata sayısı fazla çıkınıştır.İleriki aşamalarda yaptığımız çalışmalarda güçlük seviyesi yüksek alınmasına karşın hata sayısı azalmıştır.Çünkü, işlem arnnda yapılan hatalan simillatör sesli olarak uyardığından kaynak öğrencisi hatalanın egzersiz arnnda farkederek düzeltmiştir. Bu da öğrencinin el beceri koordinasyonu ve görsel maharetini olumlu yönde geliştirdiğini göstermiştir. [3]

97


..

...

•'

ı


Y AZlM ESASLARI Sakary a Üniversitesi Fen Bilimlerı Enstitüsü dergis�, bütün Fen ve Mühendislik alanlarında yapılan önemli, özgün ve kaliteli araştırma ve çalışmaları içeren bir dergidir. Dergide yayınlanacak makalelerin yazım esasla rı aşağıda verılmektedir. 1.

Yayınlar A4 norm kağıtlara çift sütün halinde hazırlanacaktır. Gönderilen yayınlar gönderildiği

şekilde (boyutlar değişmeden) basılacaktır. Yayınlarda büyütülüp küçültme v. b. ilave düzeltmeler yapılma ya caktır. Lütfen sayfaların ön yüzüne sayfa numarası vermeyiniz. Sayfa numaralarını, bütün

sayfaların arkasına bırıncı sayfadan başlayarak yumuşak bir kurşun kalemle işaretleyiniz.

Yüksek kaliteli A4 normunda kağıt kullanılması ve bütün metinlerin 300 dpi veya daha ıyı çözünürlüğe sahip (Laser yazıcı tercih edilir) kaliteli bir yazıcıdan alınması gerekir.

2.

3.

Her bir sayfa için kenar boşlukları aşağıdaki gibidir. Soldan . Ustten .

: 2 cm : 3 cm

Sağdan : 2 cm Alttan : 3 cm

sadece ilk sayfada üstten 5 cm

4.

Her bir kolon genişliği 8. 1 cm ve kolonlar arası boşluk 0.6 cm olmalıdır.

5.

M�kalenin ilk sayfası yayın başlığını, yazar isimlerini ve görev yerlerini içermelidir. Bunların hepsi

iki kolonu ortalayacak şekilde tek kolon halinde yazılmalıdır. ilk sayfada başlık için tepe boşluğu 5 cm· dir. Konu başlığı, yazar isimleri ve yazar adresleri arasında 1 'er satır boşluk olmalıdır. Yazar adresleri

ile anametin başlangıcı arasında 2 satır boşluk olmalıdır. Daha detaylı bilgi için görsel bir örnek olarak gönderilen eki inceleyiniz. 6.

Özet 1 00 kelimeyi aşmamalı ve yayının başlangıcında ve sol kolonun başında olmalıdır.

Çalışmalarda Word 6.0 veya 7.0 da, Times New Roman fontu ve tek aralık yazım format ı kullanılarak hazırlanacaktır. El yazısı semboller ve formüller kabul edilemez.

7.

8.

Font büyüklükleri aşağıdaki gibi olmalıdır. •

Başlık

: 14 koyu, hepsi büyük harf

Alt indisler

:7

Yazarlar

: 12

Üst indisler

:7

Yazar adresleri

: 1 O, yatık

Başlıklar

Özet

1o : 1o

Kaynaklar

: 1 O, koyu

Ana metin 9.

:

Şekil ve tablo isimleri

: 10 :8

Bölüm başlıkları hepsi büyük harflerle ve roma rakamıyla numaralandırılarak yazıimalı ve bütün

bölüm başlıkları bulunduğu kolonu ortalamalıdır. 1 O. Dipnotlardan olabildiğince kaçınılmalı,eğer çok gerekliyse kullanılan sayfanın (aynı zamanda kolonun)en altına çizgi ile ayrılarak kısa ve numara konularak yazılmalıdır . 1 1 . Tablo içermeyen bütün görüntüler (fotoğraf, çizim, diyagram vs.) şekil olarak isimlendirilmelidir. Tablo ve şekillerin metin içerisinde· gireceği yer açık olarak gösterilmelidir. Şeklin üst ve alt tarafından nıetin ile şekil a y ıracak yeterli boşluk bırakılmalıdır. Tek sütuna çizilecek şekil ve tabloların genişlikleri 8 cnı' den küçük olmalıdır. 12. Makalede değinilen kaynaklar, metin içerisinde verildiği sıraya göre verilmelidir. Kaynaklarla ilgilı bilgiler, bütün yazarların adları, makale, patent veya rapor adı, cilt numarası, sayfa numaraları ve basım tarihi sırası yla verilmelidir. 1 3. Yayınlanması istenilen çalışmalar, en fazla 8 sayfa olup, biri asıl üç nüsha halinde, ayrıca diskette kopyalanmış olarak koruyucu ve sağlam bir zarf ile aşağıdaki adrese gönderilmelidir. 14. Yazım dili Türkçe veya lngilizcedir.


SAKARYA ÜNiVERSiTESi

FEN BiLiMLERİ DERGİSİ


Cilt2 sayi1 1998  
Advertisement
Read more
Read more
Similar to
Popular now
Just for you