İSTANBUL TEKNİK ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ Bahar Dönemi Konularının Özet ve Yorumu. Nurettin ÇALLI

Transkript

1 İSTANBUL TEKNİK ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ Bahar Dönemi Konularının Özet ve Yorumu. Nurettin ÇALLI Fen Bilimleri Enstitüsü Makine Mühendisliği Doktora Öğrencisi Dersi Veren Öğretim Üyesi: Prof. Dr. Orhan KURAL Proje Danışmanı Öğretim Üyesi: Prof. Dr. Ahmet ARISOY 1

2 1- Mekanize Tünel Kazılarında Adezyon Problemi TBM konvansiyonel tünel açma tekniklerine, pasa basınçlı TBM lerden bahsedilmiştir. Kazı esnasında zemin yapıları, danelerin tanımaları, büyüklükleri, elektriksel yükleri çok teknik bir dille ifade edilmiş; killer ve mineralojisi hakkında detaylı bilgi verilmiştir. Toprağın Ø < mm olan bölümünün kil olarak kabul edildiğini öğreniyoruz. Adezyon-- Bir atomu diğer atoma yaklaştırmak veya uzaklaştırmak için enerjiye ihtiyaç vardır. Gerekli bu enerji katılarda büyük, sıvılarda küçük, gazlarda ihmal edilebilecek kadar azdır. Sıvıların molekülleri arasındaki kuvvet onları akışkan tutar ama hacimleri aynı kalır; sıkıştırılamaz kabul edilir. Maddenin atomları arasındaki çekme kuvvetlerine kohezyon denir. Bir maddenin atomu ile diğer maddenin atomu arasındaki çekme kuvvetine adezyon denir. Bu tanımlardan sonra iyi bir giriş yapılarak kilin metal üzerine yapışması teknik bir dille Coulomb Kriteri formüllerle anlatılmıştır. Sonuç olarak tünel kazılarında zemin etüdü yapılarak toprak yapısını inceleme, kazı maliyetleri ve kesiciler doğru seçilmelidir. Makinelerin doğru seçimiyle birlikte efektif zemin şartlandırması yapılarak zeminin kohezyonunu düşürmenin mümkün olduğu anlaşılmakta ve buna bağlı olarak kazılarda yaşanan adezyon problemi önemli ölçüde azaltılmaktadır. 2

3 2- Sert Kaya Tam Cepheli Tünel Açma Makinelerinde (TBM) Kesici Kafa Tasarımı ve Makine Performansında Olan Etkisi Kesiciler rolling cutter ve konik bitlerden oluşmaktadır. Çalışma esnasında kesicilere gelen kuvvetler (rolling force, normal force, side force) tanımlanmış, 1 m 3 kazı için gerekli enerji formüllerle açıklanmıştır. Kesici tasarımı ile ilgili formülasyon detaylı bir şekilde anlatılmış, bu modelleri matematiksel model, çok sarımlı tasarım modeli, yıldız paternli model başlıklarıyla aktarılmıştır. Bunun yanı sıra kesicilerin malzemelerinden bahsedilmiştir. Genel olarak başarılı bir çalışma yapılmıştır. 3

4 3- Altın Madenciliği ve Siyanür Altının tarihçesi ve önemi hakkında başarılı bir giriş yapılmıştır. Genelde altın mücevher ve yatırım aracı olarak bilinir. Bu sunumda kullanım alanı olarak benim ilgimi çeken bölüm %12 lik bir bölümünün endüstriyel amaçlı kullanılması olmuştur. Gümüş, platin ve paladyum gibi metallerde alaşım halinde uzay endüstrisinde ve kimya sanayinde paslanmaya dayanıklı aletlerin yapımında kullanılmaktadır. Elbette ki ekonomideki teminat ağırlığını göz ardı edemeyiz. Dünyadaki altın talebinin yıllık ton olduğunu; yıllık üretimin ise 2500 ton olduğunu öğreniyoruz. Aradaki fark banka stokları ve hurda altınla karşılanmaktadır. Endüstriyel ve sağlık ihtiyaçları dışındaki talep konusunda birçok detay sayılabilir. Dünya altın potansiyelinin ton olduğunu; yıllık ihtiyacın yeni çıkarılan altınla sağladığı belirtilmişti. Mevcut tüketimin aynen sürmesi halinde Dünya da sadece 36 yıllık ihtiyacı karşılayabilecek altın rezervi gözükmektedir. Altın üretim prosesleri oldukça açık ve anlaşılır hazırlanmıştır. Cevherlerin tane büyüklüklerine göre liçler tanımlanmış, en çok ilgimi çeken kısmı siyanür olmuştur. Karbon ve azot içeren bir kimyasal olan siyanür hem doğal olarak bulunmakta, hem de sodyum siyanür ve potasyum siyanür olarak elde edilmektedir. Endüstriyel kullanımda küçük boyutlu altın taneciklerini bünyesinde barındıran cevherlerden kıymetli metalleri, kimyasal bir işlem olan siyanürle çözündürmeyle kazandırmak günümüzde tek yöntem olma özelliğini taşımaktadır. Siyanür çözeltisinin arıtılması (doğal bozunma, kimyasal oksitlenme, çökeltme, biyolojik bozunma) ve yeniden kullanımı mümkün olmaktadır. Birçok alanda (sanayi, tekstil, tarım, vb.) kullanılmakta olan siyanür, altın elde etmek için kullanılan siyanürden çok daha fazladır. 4

5 Proseslerin doğru kullanılması, risklerin en aza indirilmesi ya da yok edilmesi koşuluyla, kamuoyunu gerçekçi bir şekilde aydınlatarak, altın madenciliğini olumsuz çevre etkisi yaratmadan siyanürün kullanılmasında sakınca yok gibi görünmektedir. Yararlı bir çalışma yapılmıştır. 4- Kömür Madenlerinden Metan Üretimi Kömür, fosil kaynaklı önemli bir enerji kaynağıdır. Kömür damarlarından elde edilen gazlar metan konsantrasyonuna bağlı olarak doğalgaza alternatif olabilir. Bu gazlar kullanılmadığı zaman sera etkisi oluşturmaktadır ve bu durumlarda yakılarak yok edilmelidir. Kömür oluşumunda biyokimyasal süreç ve kömürleşme süreci olmak üzere iki ana aşama vardır. Kömürün Fiziksel Özellikleri; Yoğunluk Sabit karbon, uçucu madde, rutubet ve içerdiği kül miktarıyla orantılı olarak değişmektedir. Karbon miktarı %60-96 arasında olursa yoğunluk g/cm 3 arasında değişmektedir. Gözeneklilik ve Yüzey Alanı Gaz Emme Özelliği Sertlik Isıl İletkenlik Özgül Isı Öğütülebilirlik ve Ufalabilirlik Kömürün Kimyasal Özellikleri; Nem İçeriği Uçucu Madde İçeriği Kül İçeriği Sabit Karbon İçeriği 5

6 Kömürün Isıl Değeri Karbon ve Oksijen İçeriği Kükürt İçeriği Azot İçeriği Oksijen İçeriği Ülkemizde 2008 yılı sonu itibariyle 106,3 milyon ton petrole eşdeğer enerji tüketimi; %31,8 doğalgaz; %29,9 petrol; %15,5 yerli kömür; %14 ithal kömür; %4,5 odun, vb; %2,7 hidroelektrik ve %1,5 jeotermal, rüzgar ve güneş gibi kaynaklarla karşılanmıştır. Toplam enerji arzının %20 si yurtiçi kaynaklardan; kalanı ise ithal kaynaklardan sağlanmıştır. Yurtiçi enerji üretimi içerisinde kömürün payı % 57,1 dir. Kömürleşmeyle başlayan metan gazı oluşumu kömür işletmeleri için büyük tehlike oluşturmaktadır. Bu gazın yeni üretim teknikleriyle tehlikesiz hale getirilmesi mümkün olmuştur. Bu gaz organik atıkların oksijensiz ortamda ayrışması sonucunda meydana gelmektedir. Gaz oluşumunun kinetiğine bağlı olmakla birlikte, 55 C 0 den itibaren karbondioksit, 100 C 0 den itibaren de metan ve azot gazları oluşmaya başlar. Kömürün metan içeriğini etkileyen faktörler kömürleşme derecesi, gaz basıncı, sıcaklık, nem miktarı ve kül miktarıdır. Metan rezervi, konvansiyonel yöntemlerle üretilmesi planlanan gaz rezervi tahmini iki ayrı değerlendirme gerekmektedir. Bunlar yerinde gaz miktarı ve üretilebilecek gaz miktarıdır. Metan üretim yöntemleri; Madencilik öncesinde yüzeyden damara doğru açılan kuyular Tavan/taban galerilerinden arın önüne delinen delikler Yüzeyden göçük bölgesine delinen delikler Tavan/taban galerilerinden göçük bölgesine delinen çapraz delikler Metan üretiminde; metan atlaması, ani metan püskürmesi meydan gelen sorunlardır. 6

7 Kömür kökenli metanın kullanım teknolojileri; Doğalgaz yerine kullanılması Madende ya da yakın bölgelerde kullanılması Elektrik üretiminde kullanılması Gazın basit bir şekilde imha edilmesi olarak dört grupta toplamak mümkündür. Sunum, oldukça başarılı ve anlaşılabilirdir. Ülkemizde birçok konuda gelişmeler yaşanırken, sadece enerji ithalatındaki son rakamlara göre yaklaşık 60 milyar USD lik bir dışa bağımlılık söz konusudur. Bu nedenle önemli bir ticari açığı meydana gelmekte ve bu durum uluslar arası ticarette ve derecelendirme kuruluşlarına karşı elimizi zayıflatmaktadır. Bu yüzden ülkemizde var olduğu anlatılan kömür madenlerinde metan gazını çıkartıp enerji üretiminde kullanarak katma değer sağlamalıyız. 7

8 5- Yer Altı Kömür Madenlerinde Metan Drenajı, Mekanizması ve Uygulanan Yöntemler Dünya enerji ihtiyacının önemli bir bölümü kömürle karşılanmaktadır. Kömür üretimini artırmak için sığ rezervlerin azalmasından dolayı daha derinlerde, daha gazlı yataklarda madencilik yapılmaktadır. Kömür içerisindeki metan gazının kazı sırasında ocak atmosferine salınımı sonucu oluşan ve grizu olarak adlandırılan karışımın patlaması sonucunda ciddi kazalar meydana gelmektedir. Grizu patlamaları havada %4,4-16 arası metan bulunduğunda meydana gelmektedir. Patlama olabilmesi için metan gazı, oksijen ve ateşleme kaynağı olmalıdır. Patlamayı önlemenin en etkin yolu çalışma öncesi ve sırasında drenaj yapılmalıdır. Yer altı madeninin farklı kısımlarındaki hava miktarı, kalitesi ve gerekli müdahale yapılması için otomatik izleme sistemleri kullanılır. Metan Drenajında Kullanılan Yöntemler; Üretim öncesi açığa çıkacak metanın %50-90 ı emilerek uzaklaştırılması Metan geliri azaltılarak havalandırma maliyetinin azaltılması Üretilen metandan ekonomik bir gelir sağlanması İmzalanan Kyoto protokolüne göre 2020 yılından sonra atmosfere salınan karbondioksit ve metan miktarının sınırlandırılması olarak sayılabilir. Sonuç olarak atmosfere ve kömür madenine salınan metanı yönetmek maden güvenliğine, üretimine ve çevresel etkiler açısından faydalı olacaktır. 8

9 6- Kollu Galeri Açma Makinelerinin (KGAM) Seçim Kriterleri Son dönemlerde gelişen teknolojiyle birlikte tünelcilik ve madencilik çalışmalarını daha hızlı ve daha az masraflı olduğundan KGAM yaygın olarak kullanılmaktadır. Kesici kafa; kol eksenine paralel bir dönme ekseni olan tek kafalılar ve kol eksenine dik bir dönme ekseni olan çift kafalılar olarak ikiye ayrılırlar. Kesici Kol: KGAM, sabit kollu ve teleskopik kollu olmak üzere kol tipine göre ikiye ayrılır. Yükleme Ünitesi: Tabla ve üzerine monte edilmiş toplayıcıdan oluşur. Aktarma Ünitesi: Makinenin arka kısmında bulunan, genellikle zincirli konveyörden oluşan, aktarılmış/kazılmış malzemeyi gerideki ana nakliyat ünitesine aktarır. Yürütme Ünitesi: En yaygın sistem paletli sistemlerdir. KGAM Seçim Kriterleri; Kazı yapılacak kayaca ilişkin parametreler Makineye ait parametreler Makine özelliklerinden bağımsız parametreler İşletme maliyeti olmak üzere dört başlıkta toplanır. Sonuç olarak; makine seçimlerinde makinenin tasarım olarak amacına uygun olmasının yanında çok çalışan parçaların malzeme dayanımı açısından da değerlendirilmesinde fayda vardır. 9

10 7- Uzaktan Algılama Uzaktan algılamada bilgi araştırılan objeden algılayıcıya elektromanyetik enerji yayılımı ile taşınır. Atmosfer, farklı sıcaklıklara göre farklı dilimlere ayrılır. Bunlar; Troposfer Stratosfer Mezosfer Termosfer Eksosfer Atmosfer; %78 O 2, %21 CO 2, H 2 O, CO, SO 2 vb. bileşenlerden oluşmaktadır. Kimyasal elementler farklı spektral özelliklere sahiptir. Atmosferik pencere atmosferden geçen dalga boylarını gösterir. Bu bilgiler doğrultusunda uzaydan alınan görüntüler maden arama çalışmalarında, maden yataklarının yoğunlaştığı yerler olan fayların, kırıkların ve genel olarak jeolojinin haritalanmasında ve tayfsal biçimlerinden yararlanılarak mineral zenginleşmesine sahip kayaların belirlenmesinde kullanılmaktadır. Sonuçta, yer altı kaynaklarını belirlemekte önemli bir bilim olan uzaktan algılama yöntemlerinin yapılabilmesi için ve ülkemizdeki maden yataklarının tespit edilebilmesi için uzayla ilgili çalışmalara da çok önem verilmelidir. 10

11 8- Açık ve Kapalı Maden İşletmeciliğinin Çevresel Etkileri Dünyamızda elementlerin bir takım fizikokimyasal şartlar altında bir araya gelmeleri sonucunda mineraller oluşur. Bu minerallerin yer kabuğunda oluşturduğu birikimlere maden yatağı denir. Bu yatakların işletilmesi sonucunda maden ocağı ortaya çıkar. Bu madenler çeşitli yöntemlerle geliştirilerek sanayinin hammaddelerini oluştururlar. Dünya ihracat değerlerine göre petrol, demir dışı metaller ve endüstriyel mineraller önemli yere sahiptirler. Çelik, bakır ve kurşun gibi metallerin kullanımı düşerken plastik ve polimer kökenli malzemelerin kullanımı giderek artmaktadır. Günümüzde Dünya da 1,5 trilyon USD değerinde, 10 milyar tonun üzerinde maden üretilmektedir. Bu rakamın %75 i enerji hammaddeleri, %10 u metalik madenler, %15 i endüstriyel hammadde üretimine aittir. Üretim miktarları hızla arttıkça tüketim miktarı refah düzeyini doğrudan olumlu etkilemektedir. Kişi başına maden tüketimi ABD de yaklaşık 20 ton, AB de 15 ton, Türkiye de 5 tondur. Ülkemiz, MTA verilerine göre 132 ülke arasında toplam maden üretiminde 28. sırada yer alırken, maden çeşitliliği açısından 10. sırada yer almaktadır. Dünya rezervlerinin %72 sini oluşturan bor mineralleri ülkemizde bulunmaktadır. Sonuç olarak, sunum sahibi madencilik konusunda oldukça detaylı ve doyurucu bir çalışma yapmış, makineci olmama rağmen bu bilgilerden oldukça yararlandığımı düşünüyorum. Çalışmada bazı ipuçları tespit ettim. Örneğin, ABD ve Almanya gibi gelişmiş ülkelerde elektrik enerjisinin %30 dan fazlası kömürden elde edilirken, ülkemizdeki kömür üretiminin bu denli zayıf olmasını yadırgadım. İleri teknoloji kullanarak çevresel etkileri en aza indirecek çalışmalarla enerjideki dışa bağımlılığımızı azaltmanın mümkün olacağı kanısındayım. Açık madencilikte planlı bir peyzaj çalışması ve çevre düzenlemesi ile kullanım alanlarının oluşturulması ve zararın en aza indirgenmesi veya yok edilmesi sevindiricidir. Açık ocak madenciliğinin yer altı madenciliğine göre çevreye verdiği zararın daha fazla olduğunu öğrendim. 11

12 Nükleer enerji, hızla tükenmekte olan fosil yakıtlarına karşı en güçlü alternatif enerji kaynağıdır. Son derece temiz bir enerji türü olmasına karşın radyoaktif atıkların çevreye zarar vermeden uzun süre saklanabilmesi çok önemlidir. Yalova Üniversitesinden Filiz Hoca nın nükleer enerjiyle ilgili görüşlerinden etkilendim. Ülkemizde nükleer enerji kullanılmazken, denizlerimizde dolaşan nükleer gemiler ve komşularımızdaki nükleer santraller başlı başına ülkemiz için yeterli risklerdir. Ülke olarak nükleer enerji konusunda geri kalmış durumdayız. 12