ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ

Transkript

1 ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ YÜKSEK LİSANS TEZİ İnan ÜNLÜ TARIMSAL ÜRÜNLERİN BAZI MEKANİK ÖZELLİKLERİNİ BELİRLEMEDE KULLANILACAK OTOMATİK KONTROLLÜ TEST CİHAZI TASARIMI TARIM MAKİNALARI ANABİLİM DALI ADANA, 2009

2 ÖZ YÜKSEK LİSANS TEZİ TARIMSAL ÜRÜNLERİN BAZI MEKANİK ÖZELLİKLERİNİ BELİRLEMEDE KULLANILACAK OTOMATİK KONTROLLÜ TEST CİHAZI TASARIMI İnan ÜNLÜ ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ TARIM MAKİNALARI ANABİLİM DALI Danışman : Prof. Dr. M. Tunç ÖZCAN Yıl : 2009, Sayfa: 62 Jüri : Prof. Dr. M. Tunç ÖZCAN Yrd. Doç. Dr. Sait M. SAY Yrd. Doç. Dr. Kubilay K. VURSAVUŞ Bu çalışmada, özellikle biyolojik malzemelerin mekanik özelliklerinin incelenmesinde kullanılacak otomatik kontrollü test cihazı tasarımı yapılarak, imal edilmesi amaçlanmıştır. Tasarımı yapılacak sistem, tarımsal materyallerin bazı mekanik özelliklerinin belirlenmesinde kullanılacaktır. Bu sistem ile test materyalinin zamana bağlı kuvvet deformasyon değerleri test edilecektir. Test düzeneğinin, kuvvet uygulama hızlarının 0.01 mm/s 10 mm/s arasında değişen değerlerde olması amaçlanmıştır. Ayrıca kuvvet ve deformasyon değerlerinin analog olarak okunarak bilgisayara aktarılma aralığı ise en az 25 ms olması ve daha fazla veri alınması amaçlanmıştır. Böylece her 25 ms de bir materyale ait kuvvet ve deformasyon değerleri okunarak bunlar bilgisayar ortamına aktarılacaktır. Başlangıçta, otomatik kontrol ve tasarım ile ilgili ilke ve tanımlar belirlenmiş, test cihazının mekanik tasarımı oluşturulmuş, ardından sistemin bilgisayarla kontrolü için PLC ve kontrol elemanları ilave edilmiştir. Daha sonra uygun programlama dilleriyle programlar yazılmıştır. Yapılan bu çalışmalar sonucunda, belirlenen ilke ve tanımlara uygun çalışan, otomatik kontrollü test cihazı tasarlanmış ve imal edilmiştir. Anahtar Kelimeler: PLC, Otomatik Kontrol, Tasarım, Reoloji, Biyolojik Malzeme I

3 ABSTRACT MSc. THESIS DESIGNING OF AUTOMATIC CONTROLED TEST DEVICE WHICH USING TO DETERMINE SOME MECHANICAL PROPERTIES OF PLANT MATERIAL İnan ÜNLÜ DEPARTMENT OF AGRICULTURAL MACHINERY INSTITUTE OF NATURAL AND APPLIED SCIENCES UNIVERSITY OF ÇUKUROVA Advisor : Prof. Dr. M. Tunç ÖZCAN Year : 2009, Pages: 62 Committee: Prof. Dr. M. Tunç ÖZCAN Asst.Prof.Dr. Sait M. SAY Asst.Prof.Dr. Kubilay K. VURSAVUŞ In this study, automatic controlled test device which used in determining on mechanical properties of biologic materials especially was purposed to design and manufacture. The system which is going to design will be used at determining some mechanical properties of agricultural materials. Force-Deformation values of test material under time will be examined by this system. Force application velocities of the test contrivance are between 0,01 mm/s 10 mm/s were aimed. Besides, the values of force and deformation transferring to computer are analogue, interval of value is 25 ms the minimum and more value obtaining was aimed. So, force and deformation values will be read in every 25 ms and transferred in computer. To start with, principles and definitions related with automatic control and design were determined. Mechanical design of test device was formed. Then, PLC and control components were added for controlling the system by computer. Lastly, computer programs were written by using suitable program languages. At the end of the studies, automatic controlled test device which works suitable with principles and definitions that were determined after was designed and manufactured. Key Words: PLC, Automatic Control, Design, Rheology, Biological Material II

4 TEŞEKKÜR Bu çalışmanın gerçekleşmesinde değerli zamanını, düşünce ve yardımlarını esirgemeyen danışman hocam Prof. Dr. M. Tunç ÖZCAN a, çalışmalarım esnasında bilgi ve tecrübelerinden faydalandığım Dr. Selçuk UĞURLUAY, Emre SOYUBELLİ ve Fevzi ŞAHBAZ a, manevi desteklerinden dolayı anneme ve babama teşekkür ederim. III

5 İÇİNDEKİLER SAYFA ÖZ...I ABSTRACT...II TEŞEKKÜR...III İÇİNDEKİLER...IV ŞEKİLLER DİZİNİ...VI 1. GİRİŞ Mühendislik Tasarımı Tasarım Aşamaları Problemin Tanımlanması Problemin Analizi Tasarımın Sentezi Tasarımın Değerlendirilmesi Tasarımın Geliştirilmesi Tasarımda Bilgi Toplama Tasarımın Özellikleri Ürün Yaşam Döngüsü Malzeme Seçimi Kalibrasyon Kalibrasyon Periyotları Nitelik Otomatik Kontrol Kontrol Sistemlerinin Sınıflandırılması Açık Çevrimli Kontrol Sistemi Kapalı Çevrimli Kontrol Sistemi Otomatik Kontrolün Amacı ve Kapsamı Reoloji(Akış Bilim) Reolojinin Bazı Temel Kavramları Biyolojik Sistemler ve Mekanik Özellikleri Mekanik Özellikler ile İlgili Diğer Tanımlar IV

6 1.5. Çalışmanın Önemi ve Amacı ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR MATERYAL ve YÖNTEM Materyal Yük Hücresi(Loadcell) Yük Servo Motor ve Servo Sürücü PLC (Programmable Logic Controller) Hassas Bilyalı Vidalı Mil Dişli Kayış ve Kasnak Mekanizması Yöntem Test Cihazının Çalışma Prensipleri Kullanılan Vidalı Mil Seçim Kriterleri Test Cihazının Kontrolü Servo Motorun Kontrolü Bilgisayardan Veri Girişi ve Çıkışı MicroWin ile Excel Programlarının Haberleşmesi Sistemin Çalışma Algoritması Verilerin Elde Edilmesi ve Değerlendirilmesi ARAŞTIRMA BULGULARI Mekanik Tasarım İle İlgili Bulgular Sistemde Servo Motor Kullanılmasına İlişkin Bulgular Test Düzeneğinde PLC Kullanılmasına İlişkin Bulgular Test Düzeneğinin Bilgisayar ile Kontrol Edilmesine İlişkin Bulgular Sistemde Elde Edilen Test Sonuçları ve Değerlendirilmesi SONUÇ VE ÖNERİLER KAYNAKLAR...60 ÖZGEÇMİŞ 62 V

7 ŞEKİLLERİN DİZİNİ SAYFA Şekil 1.1 Tasarım Felsefesi... 2 Şekil 1.2 Tasarım Kısıtlamalarını Belirleyenler ve Temel Kısıtlamalar....7 Şekil 1.3 Ürün Yaşam Döngüsü İçindeki Akış... 8 Şekil 1.4 Kapalı Çevrimli Kontrol Sistemi Şekil 1.5 Tarımsal Ürünler İçin Kuvvet-Deformasyon Eğrisi Şekil 1.6 Yükleme Boşaltma Eğrisinde Elastikiyet Derecesi Şekil 1.7 Lineer Olmayan Kuvvet-Gerilim Diyagramlarında Modülleri Belirlenme Yöntemleri...19 Şekil 2.1 Meyvelerin Sıkıştırma Denemelerinde Kullanılan Test Cihazı Şekil 2.2 Zedelenme Derinliği ve Çapına Bağlı Olarak Zedelenme Hacminin Belirlenmesi Şekil 2.3 Bir Elma Örneğinde Zedelenmiş Bölgenin Kesit Alanı..31 Şekil 2.4 Bir Şeftali Örneğinde Zedelenmiş Bölgenin Kesit Alanı 31 Şekil 3.1 Yük Hücresi (Loadcell) Şekil 3.2 Servo Motor.35 Şekil 3.3 Servo Motor Sürücüsü Şekil 3.4 Siemens S7-200 PLC Şekil 3.5 Hassas Bilyalı Vidalı Mil ve Flanşlı Somun Şekil 3.6 Kayış ve Kasnak Mekanizması Şekil 3.7 MicroWin Program Yapısı Şekil 3.8 Excel de Hazırlanan Programın Yapısı Şekil 3.9 PCAccess de Hazırlanan Programın Yapısı Şekil 3.10 MicroWin Programında Motor Devrinin Hesaplanması Şekil 3.11 MicroWin Programında Yükün Kg dan Newton a Dönüştürülmesi Şekil 3.12 MicroWin Programında Mesafenin Hesaplanması Şekil 3.13 MicroWin Programında Elde Edilen Verilerin Bilgisayara Aktarılması...49 Şekil 4.1 Sistemin Genel Görünüşü Şekil 4.2 Elektrik Panosu ve Pano İçerisindeki Bağlantıların Genel Görünüşü...52 Şekil 4.3 Mekanik Düzeneğinin Genel Görünüşü VI

8 Şekil 4.4 Sistemin Mekanik Düzeneğinin Katı Model Görünüşü ve Elemanları...53 Şekil 4.5 MS Excel de Tasarlanan Programın Genel Görünüşü Şekil 4.6 Portakal İçin Kuvvet Deformasyon Diyagramı Şekil 4.7 Golden Elma İçin Kuvvet Deformasyon Diyagramı VII

9 1. GİRİŞ İnan ÜNLÜ 1. GİRİŞ 1.1. Mühendislik Tasarımı Tasarım en genel anlamıyla ihtiyaçtan doğan bir nesnenin zihinde planlanması veya zihinde planlanan bu düşüncenin bir belge üzerine aktarılması olarak tanımlanabilir. Bu yaklaşımla bakıldığında, öncelikli olarak tasarımın bir ihtiyaçtan kaynaklandığını ve bu ihtiyaca cevap vermek için düşünüldüğü ortaya çıkmaktadır. Yani ortada bir ihtiyaç var ise burada ihtiyacın karşılanması gerekecektir. Bu nedenle ihtiyaç bir problem olarak adlandırılabilir. Bu problemin giderilmesi için ortaya atılacak yaklaşımın da tasarım olarak adlandırılması yanlış olmayacaktır. Buradan hareketle yukarıda tanımladıklarımız ile birlikte mühendislik yaklaşımlarını da düşünecek olursak, genel bir mühendislik tasarımı tanımı yapmamız zor olmayacaktır. En genel anlamda mühendislik tasarımı, herhangi teknik bir sistemin ödevinin kesin olarak belirtilmesi, uygulanacak fiziksel prensiplerin saptanması, bu prensipleri sağlayan elemanların seçimi, bunların montajı ve parça resimlerinin hazırlanmasına kadar geçen bütün faaliyetleri kapsamaktadır. Buna göre mühendislik tasarımını iki aşamalı bir faaliyet olarak görmek gerekir. Birincisi; ödevin belirlenmesi ve uygulanacak fiziksel prensiplerin saptanması, yani teorik modelin kurulması aşamasıdır. İkincisi ise, fiziksel prensibe göre elemanların seçimi, boyutlandırılması, montaj ve parça resimlerinin hazırlanması, yani teorik modelin gerçekleştirilmesi aşamasıdır. Tasarımın birinci aşaması Konstrüksiyon Sistematiği adı verilen bilim dalını, ikinci aşaması ise Makina Elemanları bilim dalını ilgilendirmektedir (Cürgül ve ark., 2002). Tasarımcının başlangıç noktaları, bilimsel ilkeler ve tasarım konusundaki özel bilgi ve verileridir. Bir tasarım sürecinde ortaya çıkan ürünün alternatifleri irdelenir ve gerektiğinde prototip olarak denendikten sonra kabul edilebilirliği tartışılır. Olumlu sonuç yapım sürecini başlatır. Sonuç olumsuz ise, geri besleme mekanizması ile tekrar tasarım sürecine sokulur. Tasarım felsefesi olarak tanımladığımız bu 1

10 1. GİRİŞ İnan ÜNLÜ özellikler, Asimow un verdiği akım şeması Şekil.1.1 de özetlenmiştir (Cürgül ve ark., 2002). Tasarımcılık yetenek işi olmakla birlikte, sadece yetenekle sınırlı olarak da görülmemelidir. Tasarım mühendisliği kavramıyla birlikte tasarımcıdan beklenen özellikler de değişmiştir. İyi bir tasarım mühendisinden sadece yetenekli olması değil, aynı zamanda iyi bir malzeme, teknik resim, üretim, ekonomi bilgisine sahip olması da beklenmektedir. Bilimsel ve teknolojik etkiler Tasarım Süreci Tasarım Ürünü Tasarım İrdelemesi Kabul Edilir İş Tasarım Bilgileri Geri Besleme Kabul Edilemez Tasarım Ürünü Şekil 1.1. Tasarım Felsefesi (Cürgül ve ark., 2002) Yine tasarım yapılırken tasarımın şekillendirilmesi belirli kurallar ve istekler doğrultusunda gelişecektir. Sınırlandırılmış bütçe içerisinde en mükemmel tasarımın gerçekleştirilmesi gerekmektedir. Tabi ki tasarım sadece satın alma açısından değil, kullanım açısından da ekonomik olmalıdır. Yani genel anlamda maliyeti oluşturan üretim, bakım ve işletme maliyetleri gibi etmenler toplamda ekonomik sınırlar içerisinde olmalıdır. Tasarım ürünü doğru ve bakımlı kullanımla uzun süre kullanılabilmelidir. Bir başka deyişle, sınırları içerisinde kullanılan tasarım ürünün fiziksel ömrü uzun olmalıdır. Ürün mukavemet kuralları dikkate alınarak tasarlanmalıdır. Yani yükün uygulanma yönü ve biçimi, bağlantılar, kullanılan malzemelerin şekilleri ve üründe 2

11 1. GİRİŞ İnan ÜNLÜ gelebilecek gerilmeler düşünüldüğünde tasarlanan malzemenin mukavemet sınırı en yüksek değerde olmalıdır. Bütün bu çalışmalar yapılırken maliyet de önemli bir kriter olarak dikkate alınmalı ve yapılan çalışma sonucunda elde edilen ürünün kabul edilebilir sınırlar içerisinde bir maliyete sahip olması sağlanmalıdır Tasarım Aşamaları Tasarım geliştirilirken tasarımcı için gerekli olacak en önemli özelliklerden biri de tasarımcının planlı ve düzenli bir çalışma yapabilmesidir. Yani tüm tasarım aşamaları belirli bir plan ve düzen içerisinde yürütülmelidir. Tasarımı gerektiren ihtiyacı bir problem, tasarımı ise bir ödev olarak tanımladığımıza göre, probleme ait bir algoritmanın geliştirilmesi en doğru yaklaşım olacaktır. Bu algoritma sistematik olarak her problemde aynı olmakla birlikte, karşılaşılacak her probleme ait kendine has içerik ve çözümleri kapsamalıdır. Tasarım ödevi yerine getirilirken oluşturulacak algoritma şu adımları içermelidir (Cürgül ve ark., 2002): 1. Problemin tanımlanması 2. Problemin analizi 3. Tasarımın sentezi 4. Tasarımın değerlendirilmesi 5. Tasarımın geliştirilmesi Problemin Tanımlanması Tasarım olayı bir problem olarak düşünülürse bu problemin çözümü, birçok problemin karşılıklı kıyaslanmasıyla mümkündür. Tasarımın başlangıcında ürünün ödevi, tasarım ve çalışma şekli ile görünümünün karşılıklı uyumu aranmaksızın bu kavramların kendi içindeki çözümleri ortaya konur. Tasarımın her aşamasında bu üç kavram çerçevesinde ürünün sorgulaması yapılarak son çözüme ulaşılır (Cürgül ve ark., 2002). 3

12 1. GİRİŞ İnan ÜNLÜ Problemin Analizi Problem iyice tanımlandıktan sonra artık işin analizi yapılabilir. Analiz, bir cihazın üretimine başlanırken göz önüne alınan başlangıç koşulları ile hedef satış fiyatı dahil ürün yelpazesinin uygunluk derecesinin baştan sona incelenmesi olayıdır. Ürünün başlangıç koşullarına göre bilgi toplanır ve tasarımın her aşamasında üründe herhangi bir değişikliğe gerek olup olmadığına karar verilir (Cürgül ve ark., 2002) Tasarımın Sentezi Üretim çalışmaları ve yapılan denemeler sonucu tasarım istekleri uygun şekilde karara bağlanır. Tasarım planlamasının bu üçüncü aşamasında gerekli güç, parçaların şekli ve ölçüsü, malzeme gibi özellikler de göz önünde bulundurularak ilk hesaplamalar yapılır. Bu yolla problemin birçok çözümü elde edilir. Ancak iyi bir sonuca ulaşmak için yapılan bir dizi çözümden en uygun olanı seçilir (Cürgül ve ark., 2002) Tasarımın Değerlendirilmesi Değerlendirme işlemi, tasarım sentezi ve seçilen tasarımın geliştirilmesi aşamasında yapılmalıdır. Ürün için ortaya atılan her bir çözümde ödev, şekillendirme ve görünüm gereksinimleri bakımından; a) Cihaz tasarlandığı şekilde üretilirse birincil ödevini yerine getirecek mi? b) İstenilen hızda çalışacak mı? c) Gerçek ortamına konulduğunda düzgün çalışacak mı? Sorgulamaları yapılır ve her defasında başlangıç koşullarına göre ortaya çıkan değişiklikler yeniden değerlendirilir. Bu değerlendirmeler sonucunda bazı çözümler reddedilir. Her çözümün iyi ve kötü yönleri ele alınarak en iyi (optimum) çözüm 4

13 1. GİRİŞ İnan ÜNLÜ için; her bir çözüm diğeri ile veya beklenen bir profille kıyaslanarak sonuca gidilir (Cürgül ve ark., 2002) Tasarımın Geliştirilmesi Hedeflenen tasarımın birden fazla alternatifi geliştirilir. Bu alternatif çözümler kendini sorgulama ve değerlendirme yöntemleri ile sonuçlandırılır. Tasarımın geliştirilmesi aşamasında üretim tasarımı ve bunun maliyete etkisi büyük önem taşır. Bu nedenle prototip geliştirme aşamasında tespit edilen eksik taraflar ve yapılacak iyileştirme çalışmalarında detay resimlerinden önce bir seri test yapılır. Alınan sonuçlara göre yapılacak her değişiklik için üretim ve maliyet çalışması yapılır. Bu çalışmalar sonucunda geliştirme konusundaki gerekli adımlar atılır (Cürgül ve ark., 2002) Tasarımda Bilgi Toplama Tasarımcıda bulunması gereken en önemli özelliklerden biri de gözlem yapabilme yeteneğidir. Çünkü tasarım aşamasının başlangıcından sonuna kadar tasarımcı gözlem özelliğinden yararlanacaktır. Bilgi toplama aşaması, tasarımcının gözlemlerine dayanarak ihtiyacı belirlemesinden sonra başlar. Yani problem ortaya konulduktan sonraki hemen hemen bütün aşamalarda bilgi toplama işlemi sürdürülür. Bilgi toplama işlemi, literatür tarama, incelemeler ve sorgulama şeklinde gerçekleştirilebilir. Yani problem ortaya konulduktan sonra, tasarıma yönelik literatür taraması gerçekleştirilir. Yine tasarıma yönelik farklı sistem ve çözümler üzerinde inceleme yapılır. Ve ortaya konulacak tasarıma yönelik bir sorgulama yapılarak bu tasarımın ihtiyaca ne kadar cevap vereceği belirlenmeye çalışılır. Bilgi toplamada önemli adımlardan biri de daha önce yapılmış çalışmaların incelenmesidir. Daha önce yapılan bu çalışmaların tasarlanan sistemle aynı olması gerekmez. Eğer benzer bir çalışma daha önce yapılmış ise bu çalışmanın incelenmesi sonucunda sistemin bütünü hakkında bilgi sahibi olunmasını sağlar. Daha önce 5

14 1. GİRİŞ İnan ÜNLÜ yapılmış çalışmalarda dikkat edilmesi gerek özelliklerden biride, incelenecek sistemin tasarlanan sistemle bire bir uyuşması beklenmemelidir. İncelenecek farklı sistemler içerisinde tasarıma uygun veya tasarımda kullanılması düşünülen mekanizmalar var ise bu mekanizmaların irdelenmesi ve bu mekanizmalardan faydalanılması da bilgi toplama bakımından önemli olacaktır. Tasarımcı aynı zamanda sorgulayan bir yapıya sahip olmalıdır. Tasarımın her aşamasında tasarımın gelişimini sağlayacak ve yenilikler için, kendi tasarımını sürekli sorgulamalıdır. Ancak bu şekildeki bir işlemden sonra tasarım her geçen sürede daha iyi bir seviyeye gelecektir Tasarımın Özelikleri Tasarımcı, incelemelerinden, gözlemlerinden ve karşılaştığı aksaklıklardan yola çıkarak tasarım yapma işine başlar. Ve tasarımını geliştirirken yapmak istediklerini(düşündüklerini) en iyi şekilde ortaya koyup en iyi sonuca ulaşmaya çalışır. Ancak tasarlama işlemi esnasında karşılaşacağı birçok kısıtlama nedeniyle istediklerini, düşündüklerini her zaman sistemine aktarması mümkün olmayabilir. Bu kısıtlamalardan bahsetmek gerekirse, tasarımcı her şeyden önce bilinen ilkelere aykırı bir tasarım yapamaz. Kısıtlardan bazılarını şöyle sıralamak mümkündür: Tasarım toplumun kültür düzeyine uygun olmalıdır; toplumun din, gelenek, görenek örf ve adetlerine aykırı olmamalıdır; Kulanım kolaylığı açısından ergonomik olmalıdır; ülkeler tarafından belirlenen standartlara uygun olmalıdır. Bu şekilde örneklerin sayısını artırmak mümkündür. İşte bu şekilde kısıtlamaların hepsi tasarımcının tasarımı yalnızca kendi isteğine göre oluşturmasını engelleyici etmenlerdir. Tasarımcıyı bir çok yönden engelleyen bu kısıtlamaların bir kısmı esnek ve seçime bağlı olduğu halde bir kısmı ise zorunludur. Yine bu kısıtlamalar tasarımcı, üretici, tüketici ve yasa koyucu için farklı anlamlar ve istekleri ortaya koymaktadır. Bunları sınıflandırmak gerekirse tasarım kısıtlamalarını belirleyen bir tablo Şekil.1.2 de yer almaktadır. 6

15 1. GİRİŞ İnan ÜNLÜ Şekilde de görüldüğü gibi tasarımcı, üretici, tüketici ve yasa koyucu açısından belirli kısıtlamalar olacaktır. Bunların bir kısmı esnek-seçime bağlı olabileceği gibi bir kısmı ise değiştirilemez kuralları içerecektir. Bu noktada tasarımcı esnek bölgelerde daha rahat hareket edebilmektedir. Yani, tüketicinin ilgisini çekebilmek ve daha başarılı tasarımlar yapabilmek için esnek bölge olarak tanımlayacağımız konularda daha geniş bir uygulama alanı bulabilecektir. Ancak rijit bölge olarak tanımlanan konularda tasarımcının çok fazla farklılık yaratma şansı olmayacaktır. Bu da tasarımcı açısından istenmeyen bir durum olacaktır. esnek seçime bağlı estetik biçim tasarımcı ekonomi teknoloji sağlamlık yararlılık üretici tüketici tasarım kısıtlamaları rijit zorunlu sağlamlık kalite yasa koyucu Şekil 1.2. Tasarım Kısıtlamalarını Belirleyenler ve Temel Kısıtlamalar (Bayazıt, 1994) Ürün Yaşam Döngüsü Endüstriyel ürünler tasarlanmasından üretilmesine kadar bir çok aşamalardan geçerler. Tasarımcı ya da üretici sadece ürünün oluşum aşamasını düşünmekle kalmayıp, aynı zamanda tasarlanan ürünün, üretimden sonra tüketiciye ulaşmasını, tüketicinin kullanımı aşamasında karşılaşabileceği sorunlarını ve çözümlerini, teknik servis koşullarını, ürünün kullanımdan sora atıl hale gelmesiyle bu atıl ürünü tekrar hammadde veya hurda olarak değerlendirilme aşamalarını da düşünmek ve planlamak durumundadır. Yani tüketiciden çıkan kullanılmaz durumdaki ürün de 7

16 1. GİRİŞ İnan ÜNLÜ tasarımcı ya da üretici açısından değerlendirilmesi ve planlanması gereken bir konudur. Bu bakımdan ürün yaşam döngüsü ile ilgili şöyle bir tanım yapılabilir; Hammaddeden atılana ya da geri dönüp tekrar üretime dahil edilene kadar bir ürünün geçirdiği aşamalara Ürün Yaşam Döngüsü denir.ürün yaşam döngüsünü anlatan bir şema Şekil 1.3 de verilmiştir (Bayazıt, 1994). Özellikle günümüzde çevre kirliliği açısından da düşünüldüğünde geri dönüşümün bir mecburiyet olduğu görülmektedir. Bu nedenle tasarımcı sadece üretmekle değil aynı zamanda bu yaşam döngüsünü planlamakla da yükümlü olmaktadır. Tasarım Planlama HAMMADDE Üretim ÜRETİM üretilen ürün kaynaklar ürün DAĞITIM bilgi GERİ DÖNÜŞ satılan ürün bozuk ürün TÜKETİM Şekil 1.3. Ürün Yaşam Döngüsü İçendeki Akış (Bayazıt, 1994) Malzeme Seçimi Mühendislik tasarımında önemli konulardan biri de uygun malzeme seçimidir. Daha önce tasarım tanımında da bahsedildiği gibi, mühendislik tasarımı sadece yetenek işi değil aynı zamanda bilgi ve tecrübe işidir. Yalnızca şekilsel 8

17 1. GİRİŞ İnan ÜNLÜ tasarımlar yeterli olmamaktadır. Oluşturulan çizimlere hayat verecek elemanların iyi belirlenmesi ve uygulanması gerekmektedir. Oluşturulacak tasarımda malzeme seçimi de önemli bir yer tutmaktadır. Tasarımın boyutundan ağırlığına, dayanıklılığından esnekliğine, fiyata kadar birçok konu malzeme seçimini yakından ilgilendirmektedir. Bu nedenle malzeme seçimi yoğun çalışma ve bilgi gerektirmektedir Kalibrasyon Günümüz gelişen teknoloji ve artan rekabet ortamında ürün veya hizmet üreten firmaların iyi bir yer edinebilmeleri ve bunu sürekli kılabilmeleri için, ürün ve hizmet kalitesinin üst seviyelerde olması gerekmektedir. Bu nedenle üretim sektöründe elde edilen ürünün kaliteli ve standartlara uygun olması büyük önem taşımaktadır. Herhangi bir ürünün elde edilmesi veya hizmetin verilmesi işleminde hatalara yol açacak faktörlerin ortadan kaldırılması, hatayı düzeltmekten daha kolay ve ekonomik olacaktır. Bu nedenle sistemin başlangıcında standartlara uygun olması ve kontrol edilebilir olması hem maliyetin düşürülmesi hem de kalitenin yükseltilmesini etkileyen faktörler olarak görülmektedir. Yukarıda belirtilen bütün bu yaklaşımlar göz önüne alındığında yapılan çalışmalarda kalibrasyonun önemini ortaya çıkarmaktadır. Kalibrasyon; bir ölçü aleti veya ölçme sisteminin gösterdiği veya bir ölçüt/ölçeğin ifade ettiği değerler ile, ölçülenin bilinen değerleri arasındaki ilişkinin belli koşullar altında belirlenmesi için yapılan işlemler dizisidir. Uzunluk, ağırlık, sertlik, elektrik direnç vb. gibi herhangi büyüklüklerin ölçümlerini yapan aletlerin kabul edilen bir ölçüte göre ayarlarının yapılması ve hata sınırlarının belirlenmesi olarak anlaşılır (Anonim, 2008). Ölçme anlamında yapılacak iyileştirmeler ile elde edilecek ürünün ya da verilen hizmetin kalitesi yükseltilmiş ve hata payı düşürülmüş olacaktır. Böylece kalibrasyonun üretim ve hizmet sektöründeki önemi daha iyi bir şekilde anlaşılacaktır. 9

18 1. GİRİŞ İnan ÜNLÜ Yöntem : Kalibrasyon işleminde, kalibre edilen ölçü aletinin hata miktarı, kendisinden daha yüksek doğruluklu (en az 3 kat), bir ölçü aleti referans alınarak belirlenir. Referans alınan ölçü alet(ler)inin kalibrasyon sertifikası üzerinden ulusal veya uluslararası temel referanslara kesintisiz bir kıyaslamalar zinciri ile bağlanması (izlenebilirlik) gerekir. Böylelikle kalibre edilen ölçü aletinin de temel referanslara izlenebilirliği sağlanmış olur ki bu kalibrasyon işleminin geçerliliği için en önemli şarttır (Anonim, 2008). Amaç: İstenilen kalitenin sağlanabilmesi için kullanılan ölçüm aletinin doğruluğundan emin olunması gerekmektedir. Ancak bu şekilde ürünün doğruluğundan ve kalitesinden emin olunabilinir. Ölçüm aletinin doğruluğu da ancak kalibrasyon testinden sonra ortaya çıkacaktır. Bu nedenle kalibrasyon testlerinin ve eğer ihtiyaç duyulursa kalibrasyonun belirli peryotlarla yapılması gerekmektedir. Kullanıcı kalibrasyonlarını kendi laboratuarında yapabileceği gibi dışarıdan hizmet aldığı bir laboratuarda da yaptırabilir. Her koşulda sonuçları değerlendirmek ve cihazın kendi ihtiyaçlarına uygunluğuna karar vermek kullanıcının sorumluluğundadır. Kalibrasyon sonucuna göre uygun olmayan ölçü aletinin ayarının yapılması ve hatalarının giderilmesi söz konusu olabilir. Ancak ayar sonrası mutlaka tüm kalibrasyon prosedürünün tekrarlanarak son durumun raporlanması şarttır. (Kalibrasyon hizmet firmalarının hatalı cihazlara ayar yapma zorunluluğu ve her türlü cihaz için yetkinliği de yoktur. Ancak gerekli teorik ve pratik altyapıya sahip kalibrasyon laboratuarları müşterilerine (onaylarını almak suretiyle) bu konuda yardımcı olabilirler (Anonim, 2008). Kalibrasyonun sonucu, ölçüt/ölçeğin, ölçü aletinin veya ölçme sisteminin hatasını kestirmeye, veya alelade bir skalanın işaretlerine değerler verilmesine olanak sağlar. Kalibrasyon işlemi başka metrolojik özellikleri de belirleyebilir. Kalibrasyon sonucu, kalibrasyon sertifikası veya kalibrasyon raporu adı verilen bir doküman ile kaydedilebilir. Kalibrasyon sonucu bazen, bir kalibrasyon faktörü veya bir kalibrasyon eğrisi şeklindeki bir dizi kalibrasyon faktörü olarak ifade edilebilir (Anonim, 2008). 10

19 1. GİRİŞ İnan ÜNLÜ Kalibrasyon Periyotları Kalibrasyonu yapılacak ekipmanların durumuna bağlı olarak kalibrasyon yapana uzman elemanların belirleyeceği bir periyotta yapılması en uygun çözüm olacaktır Nitelik Kalibrasyon işlemi bir deneysel çalışma olup, deneysel bir çalışmadan beklenen tüm gereklilikler karşılanmalıdır. Yani çalışmalar kontrollü bir ortamda, özenli ve yazılı çalışma alışkanlığına sahip eğitimli kişilerce yapılmalı, çalışmanın yapıldığı ortam özellikleri, kullanılan ekipman, uygulanan yöntem, ölçüm belirsizliği ve sonuçlar kalibrasyon raporunda belirtilmelidir (Anonim, 2008) Otomatik Kontrol Teknolojinin hızla ilerlemesi ve bu gelişmelerin insan hayatında giderek daha fazla önem kazanmasıyla birlikte, kullanılan alet, cihaz ve sistemler de teknolojiye uygun bir hal almaktadır. Bununla birlikte insan hayatında bazı kavramlar ve yenilikler yerini almaktadırlar. Bunlardan bir tanesi de belki birçok yerde duyduğumuz ve hatta farkında bile olmadan hayatımızda kullandığımız Otomatik Kontrol kavramıdır. Otomatik kontrol sistemleri gelişen teknoloji ve artan nüfusla birlikte gelişen toplumlarda daha fazla önem kazanmakta ve bu toplumların ilerlemesinde belirleyici bir rol üstlenmektedir. Hayatı kolaylaştırmak ve insan gücüne olan ihtiyacı azaltmasından dolayı sanayide de önemi her geçen gün artmaktadır. Günümüzde ülkelerin gelişmişlik düzeylerinin değerlendirilmesinde bile bu sistemlerin kullanılması ve bu sistemlerle yapılan işler belirleyici olmaktadır. Otomatik kontrol denilince birçok insanın aklına farklı veya benzer birçok tanım gelebilmektedir. Otomatik kontrolün ne olduğu ve neleri içerdiği ile ilgili bilgiler verilmeden önce bu konunun daha iyi anlaşılabilmesi için, bu konuyla ilgili temel bazı kavramların bilinmesi gerekmektedir. Bunların bir bütün olarak 11

20 1. GİRİŞ İnan ÜNLÜ incelenmesi sonucunda otomatik kontrol ve sistemlerinin amaçları ve işlevleri hakkında daha fazla bilgi edinilmesi mümkün olacaktır. Bu kavramlar en temel şekilde açıklanmaya çalışılmıştır. Sistem (Dizge): Bu sözcüğü birkaç türlü tanımlamak mümkündür. Bunlardan ilkinde, bir sistem ya da dizge, bir bütünü oluşturacak şekilde birbirine bağlanmış ya da ilgi kurulmuş şeylerin düzenlenmesi, kümesi veya topluluğudur. Daha etkin bir sistem tanımı tüm bir birim olarak davranacak ya da bir bütünü meydana getirecek biçimde birbiriyle ilişkilendirilmiş, bağlanmış fiziksel bileşenlerin düzenlenmesi olarak yapılabilir (Akçalı, 1999). Kontrol (Denetim): Kontrol kelimesi genellikle ayarlamak, düzenlemek, yöneltmek ve kumanda etmek anlamına gelir. Tanım olarak bir değişken niceliğin ya da değişken nicelikler kümesinin önceden belirlenmiş bir koşula uyumunu sağlamaya yönelik olarak gerçekleştirilen işlemler bütünüdür (Kuşçu, 2008). Kontrol Sistemi: Kendisini ya da bir başka sistemi yönlendirecek, düzenleyecek veya onu kumanda edecek biçimde ilişkilendirilmiş fiziksel bileşenler topluluğudur (Akçalı, 1999). Kontrol sistemleri, denetlenen niceliklerin değerlerini sabit tutar ya da bu değerleri, önceden belirlenmiş biçimde değişmesini sağlar (Kuşçu, 2008). Otomatik Kontrol: Bir sistemde denetim faaliyetlerinin insan girişimi olmaksızın önceden belirlenen bir amaca göre denetimi ve yönlendirilmesidir. Genel anlamda otomatik kontrol, doğrudan insan girişimi olmaksızın çalışan aygıtların, makinelerin ve sistemlerin çalışması ve gelişmesi ile ilgilenen bir bilim dalıdır. Uygulamada denetim ve denetim sistemi denilince daha çok otomatik kontrol anlaşılır (Kuşçu, 2008). 12

21 1. GİRİŞ İnan ÜNLÜ Giriş: Kontrol sisteminden belli bir cevap almak üzere bir dış enerji kaynağından sisteme uygulanan uyarıdır (Kuşçu, 2008). Çıkış: Denetim sisteminden sağlanan gerçek cevaptır. Çıkış, girişin öngördüğü cevaba eşit olur veya olmayabilir. Bir sistemin denetim amacını giriş ve çıkışlar belirler. Örneğin, bir sıcaklık denetim sisteminde, giriş arzu edilen sıcaklık, çıkış ise sistemde gerçekleşen ve ölçülen sıcaklıktır (Kuşçu, 2008). Hata ve Sapma; e(t): Çıkışın herhangi bir anda, arzu edilen bir değere göre farkına hata denir. Hata sinyali, başvuru girişi ile geri-besleme sinyali arasındaki farka eşittir. Karşılaştırma elemanı, çıkışı arzu edilen değerle karşılaştırarak hata değişimlerini belirler. Hata sinyali, sistemin çıkışından arzu edilen değeri sağlamak üzere denetim organını hareket ettirir. Denetim organı bu değişimlerini giriş olarak alır ve kendi yapısına da bağlı olarak son denetim organı (motor eleman) için uygun bir denetim sinyali üretir. Denetlenen değişkenlerin belirli değerler etrafında değişimleri sapma olarak ifade edilir. Genel anlamda; bir hata sinyali olup, özellikle ayar değerine göre çalışan süreç denetim sistemlerinde denetlenen değişkenin sabit bir ayar değerinden ayrılması sapma olarak ifade edilir (Kuşçu, 2008). Geri Besleme Sinyali; b(t): Denetlenen değişkenin bir fonksiyonu olup, başvuru girişi ile karşılaştırılarak hata sinyalinin elde edilmesini sağlar (Kuşçu, 2008) Kontrol Sistemlerinin Sınıflandırılması Kontrol sistemleri de kendi içerisinde bazı farklılıklar içermektedirler. Hepsinde amaç bir sistemi kontrol etmek olmasına karşın, yapıları ve bazı özelliklerinden dolayı farklılıklar göstermektedirler. 13

22 1. GİRİŞ İnan ÜNLÜ Kontrol sistemleri; giriş ve çıkış büyüklükleri arasındaki ilişkiye bağlı olarak iki genel kategori altında toplanır. Bunlar kısaca, açık ve kapalı çevrimli kontrol sistemleridir (Akçalı, 1999) Açık Çevrimli Kontrol Sistemi Kontrol işleminin çıkış büyüklüğünden bağımsız olduğu sistemdir (Akçalı, 1999). Bu sistemde istenilen çıkış ile kontrol edilen çıkışın karşılaştırılması söz konusu değildir. Açık çevrimli kontrol sisteminin belli başlı özellikleri şunlardır (Akçalı, 1999): a) Açık çevrimli kontrol sistemlerinin işleyişi büyük ölçüde giriş ve çıkış büyüklükleri arasındaki kalibrasyon ilişkisine dayanır. b) Açık çevrimli kontrol sistemlerinde genellikle kararsızlık sorunları yoktur Kapalı Çevrimli Kontrol Sistemi Kontrol işleminin çıkış büyüklüğüne bağlı olduğu sistemdir. Kapalı çevrimli kontrol sistemi daha çok geri beslemeli kontrol sistemi olarak da bilinir. Geri besleme, kapalı çevrimli kontrol sistemini açık çevrimli kontrol sisteminden ayıran başlıca özelliktir. Otomatik kontrolün esasını da büyük ölçüde kapalı çevrimli ya da geri beslemeli sistemler oluşturur. Genellikle bir sistemin değişkenleri arasında neden-sonuç ilişkisi varsa, o sistemde geri-besleme vardır denir (Akçalı, 1999). Geri-beslemenin genel özellikleri şöyle sıralanabilir (Akçalı, 1999): a) Kesinliği artırır. Başka bir deyişle, giriş değerinin (aynısını) büyük bir yakınlıkla elde edilmesine yol açar. b) Çıkış / giriş oranının sistem özelliklerindeki değişmelere karşı duyarlılığını azaltır. c) Doğrusallıktan sapmaların etkilerini azaltır. d) Sistemin iyi yanıt vereceği frekans aralığını, bant genişliğini artırır. e) Salınım ya da karasızlıklara eğilimi oluşturur. 14

23 1. GİRİŞ İnan ÜNLÜ Giriş Karşılaştırma Kontrol Organı Sistem veya Süreç Çıkış Ölçme Şekil 1.4. Kapalı Çevrimli Kontrol Sistemi (Akçalı, 1999) Otomatik Kontrolün Amacı ve Kapsamı Otomatik kontrolün amacı bir sistemde bir veya birden fazla parametrenin ölçülerek, ölçülen parametre ya da parametrelerin belirli değer ya da değerlerde tutulmasını sağlamaktır. Böylelikle makine, alet, araç, tesis ve sistemlerin tehlikeden uzak, güvenlikle çalışmaları sağlandığı gibi, işletme koşullarının da iyileştirilmesi mümkün olacaktır. Burada sözü geçen sistem sadece mekanik sistemlerle sınırlı olmayıp aynı zamanda hidrolik, pnömatik(havalı), elektriksel, ısıl sistemleri de kapsamaktadır (Akçalı, 1999). Bir sistem problemini çözümleyebilmek otomatik kontrol kapsamında atılması gereken adımlardan ilkini oluşturur. Bunun için sistemi oluşturan bileşenlerin ya da onu anlatabilecek özelliklerin analiz, sentez, tasarım ve değerlendirmelere uygun hale getirilmesi gerekir (Akçalı, 1999). Kontrol sistemlerinin, özellikle geri-beslemeli olanlarda, kararsızlık sorunları ön planda gelir. Bu nedenle kontrol sistemlerinin kararlılık incelemeleriyle kararlı koşullardaki çalışma ölçütlerinin belirlenmesine gereksinme vardır (Akçalı, 1999). 15

24 1. GİRİŞ İnan ÜNLÜ 1.4. Reoloji (Akış Bilim) Tasarlanan sistemin belirli prensip ve kurallara göre çalışması gerekmektedir. Sistemde genellikle tarımsal ürün ile ilgili çalışmalar yapılacağı ve bu ürünlerin mekanik özellikleri üzerinde durulacağı için çalışma reoloji alanına girmektedir. Bu nedenle sistem reolojik prensipler dikkate alınarak tasarlanmıştır (Mohsenin, 1980). Reoloji, kelime karşılığı olarak akış bilim anlamına gelmektedir. Daha açık bir şekilde ifade etmek gerekirse reoloji, maddelerin sıvı haldeki mekanik özelliklerini inceleyen bilim dalı olarak ifade edilebilir (Mohsenin, 1980) Reolojinin Bazı Temel Kavramları Mekaniksel özellikler, bir materyalin uygulanan bir yük altındaki davranışı olarak tanımlanabilir. Mekaniksel özelliklere örnek olarak statik ve dinamik yük altındaki kuvvet-uzama davranışları, hava ve sudaki akışkan karakteristikleri gösterilebilir (Mohsenin, 1980). Reoloji, yukarıda da tanımlandığı gibi, deformasyon ve akış bilimi olarak adlandırılabilir. Bu tanıma göre, bir materyalde, uygulanan kuvvet sonucunda oluşan deformasyon ve akışkanlık özellikleri aynı zamanda reolojik özellikler olarak da adlandırılabilir. Reolojik olarak bir materyalin mekaniksel davranışları kuvvet, deformasyon ve zaman olarak üç parametre ile ifade edilir. Reolojik özelliklere örnek olarak zamana bağlı kuvvet uzama davranışı, sürünme, vizkozite ve materyalin yük kaldırıldıktan sonraki davranışı gösterilebilir (Mohsenin, 1980). Mekanik özellikler reolojik özelliklerden farklı olarak daha çok materyalin uygulanan yükler altındaki hareketiyle açıklanır (Mohsenin, 1980) Biyolojik Sistemler ve Mekanik Özellikleri Tarımsal ürünlerden elde edilen gıda ve yiyeceklerin her biri birer biyolojik sistemdir. Biyolojik sistemler mekanik özellikler bakımından seri üretim ürünlerinde farklılıklar gösterirler. Biyolojik sistem olarak da tanımlanan bu materyaller canlı 16

25 1. GİRİŞ İnan ÜNLÜ olup proses boyunca şekil, büyüklük ve benzeri yönden değişime uğrarlar. Gelişim ve depolama esnasında hücreler nem, sıcaklık, oksijen, besin tedariği, enerji tüketimi gibi dış etkilere karşı hassastırlar. Bunların yanında kontrol edilmesi daha zor olan bazı içsel faktörler de vardır. Biyolojik katıların (cisimlerin) elastikiyeti, fiziksel şartlar ve ömür ile beraber değişime uğrarlar. Biyolojik akışkanlar (sıvılar) çoğunlukla Newton kanunlarına uygun olmayan (non-newtonian) akışkanlar olup ilave komplikasyonlara neden olurlar (Mohsenin, 1980). Bu karmaşık durumun sonucu olarak biyolojik sistemin reolojik çalışmalarında sadece deneysel yaklaşım mümkündür. Bu tarz problemlerin çözümleri genelde ya bazı gözlemlerden elde edilen basit tanımlamalar ya da bazı teorik varsayımlarla mümkündür. Bu teorik varsayımlar, birçok değişken içeren karmaşık matematiksel formüllerden oluşurlar. Fiziksel deneylerde sabit değerler nadir olarak görülür (Mohsenin, 1980) Mekanik Özellikler ile İlgili Diğer Tanımlar Basınç; cismin belirli bir noktasına uygulanan ortalama kuvvet (N/cm 2 ). Deformasyon; cismin içerisindeki noktaların yer değişimidir. Kuvvet gibi vektörel bir büyüklüktür. Deformasyon genellikle hacimsel veya şekilsel değişimlerle beraber olur (Mohsenin, 1980). Akma Noktası; öyle bir noktadır ki, kuvvette değişim olmadığı veya kuvvet azaldığı halde deformasyonun arttığı noktadır (Şekil 1.5). Bazı tarımsal ürünlerde bu akma noktası malzemenin ayırt edici özelliğidir (Mohsenin, 1980). Kopma Noktası; Kuvvet uzama veya kuvvet deformasyon eğrilerinde deney ürünlerinin koptuğu, parçalandığı noktadır. Akma noktasının üzerinde herhangi bir noktada meydana gelebilir. Kırılgan bir materyalde eğrinin ilk kısımlarında meydana gelebilir. Sert materyallerde kopma noktası plastik akıştan bir hayli sonra olur (Şekil.1.5) (Mohsenin, 1980). 17

26 1. GİRİŞ İnan ÜNLÜ KUVVET, F DEFORMASYON, D Şekil 1.5. Tarımsal Ürünler İçin Kuvvet-Deformasyon Eğrisi (Mohsenin, 1980) Rijidite (Katılık); Şekil 1.5 de grafiğin eğimi malzemenin katılığını verir (Mohsenin, 1980). Elastikiyet; Bir materyalin elastik veya geri dönüşlü deformasyon kapasitesidir (Şekil.1.6) (Mohsenin, 1980). Plastiklik; Geri dönüşümsüz veya kalıcı deformasyon (Şekil.1.7). Akma noktasından, kopma noktasına kadar olan deformasyonlardan kalıcı olanına denir (Mohsenin, 1980). Elastikiyet derecesi; elastik ve plastik deformasyon toplamı (dp+de) olarak tanımlanır (Şekil.1.6). Bir materyale belirli bir noktaya kadar ön yükleme yapılıp, yük kaldırıldıktan sonraki toplam deformasyon (Mohsenin, 1980). Dayanım; uygulanan kuvvete, dış etmenlere gösterilen dayanım (N/cm 2 ) (Mohsenin, 1980). 18

27 1. GİRİŞ İnan ÜNLÜ KUVVET DEFORMASYON Şekil 1.6. Yükleme Boşaltma Eğrisinde Elastikiyet Derecesi (Mohsenin, 1980) BAŞLANGIÇ TEĞET MODÜLLERİ KESEN MODÜLLER TEĞET MODULLERİ GERİLME KUVVET Şekil 1.7. Lineer Olmayan Kuvvet-Gerilim Diyagramlarında Modülleri Belirleme Yöntemleri (Mohsenin, 1980) Tokluk; bir materyalin koparılması için gerekli olan iş. Yaklaşık olarak kuvvet-uzama ve kuvvet-deformasyon eğrilerinin altında kalan alan olarak tanımlanır (Mohsenin, 1980). 19

28 1. GİRİŞ İnan ÜNLÜ Esneklik; Bir materyalin elastik bölgede depoladığı uzama enerjisinin kapasitesi olarak tanımlanır (Şekil.1.5). Eğrinin LL noktasına kadarki kısmın altında kalan alandır (Mohsenin, 1980). Mekanik gecikme; Yükleme-boşaltma döngüsündeki materyal tarafından absorbe edilen enerji yükleme-boşaltma eğrileri arasındaki alan olarak ölçülür (Şekil.1.6). Mekanik gecikme, sıcaklık olarak materyalin gerilme enerjisini dağıtmak kabiliyeti ya da azaltma kapasitesinin bir ölçüsüdür (Mohsenin, 1980) Çalışmanın Önemi ve Amacı Teknolojinin hızla ilerlemesine paralel olarak, otomatik kontrol insan hayatının her aşamasında daha fazla önem kazanmaktadır. Daha kontrollü bir hareket ve işin her aşamasına müdahale edebilme yeteneği, tasarımların önemini ve değerini artırıcı bir özellik olarak değerlendirilmektedir. Bu nedenle, yeni geliştirilen tasarımlarda manuel kullanım alanları gittikçe daraltılarak, kullanıcılara sadece basit ayar, yerleştirme ve başlatma-bitirme gibi bazı noktalarda ihtiyaç duyulmaktadır. Bu amaçla yapılan programlarla işlerin belirli bir algoritma çerçevesinde kendiliğinden devam etmesi istenmektedir. Sistemdeki değişiklilerin, hazırlanan programlarda sunulan seçeneklerle veya programın içerisinde yapılacak değişikliklerle rahatlıkla yapılabilmesi istenmektedir. İşte bu nedenle otomatik kontrollü sistemler giderek hayatımızda daha fazla yer almaktadır. Tarımsal ürünler ile yapılan testlerde, uygulanan kuvvetin büyüklüğü, uygulama hızı, yer değiştirme miktarı gibi değerler önemli parametreler olarak değerlendirilmektedir. Bu nedenle kullanılacak test düzeneklerinin bu özelliklere uygun hassasiyette ve esneklikte olması gerekmektedir. Bu nedenle tarımsal ürünlerin mekanik özelliklerini incelemek için yaptığımız bu çalışmada, yukarıda sıralanan sebepler de dikkate alınarak otomatik kontrollü bir test düzeneği tasarlanması amaçlanmıştır. Tarımsal ürünler, hasattan sonra paketleme, depolama ve taşıma gibi işlemlere maruz kalmaktadırlar. Bu ürünlerin paketleme ve depolama işlemlerinden zarar görmeden veya en az hasarla geçebilmesi için ürünün özelliklerine göre iyi bir 20

29 1. GİRİŞ İnan ÜNLÜ paketleme ve depolama politikasının geliştirilmesi gerekmektedir. İşte burada bahsedilen özellikler ürünlerin türüne bağlı olarak belirlenecek mekanik özelliklerdir. Mekanik özelliklerin belirlenmesi esnasında ürünlerin hangi kuvvetler altında hangi zaman aralıklarında ne kadar deformasyona uğradıkları tespit edilebilmektedir. Bu testlerde zamana bağlı olarak kuvvet ile oluşan deformasyon değerleri elde edilebilmektedir. Buradan elde edilecek değerler çeşitli formüllerde kullanılarak elastisite değerlerinin hesapları yapılabilmekte, elastik ve plastik şekil değiştirme değerleri belirlenebilmektedir. Böylece ürünlerin hangi yüklere karşı ne düzeyde dayanabilecekleri tespit edilerek buna göre paketleme ve depolama politikaları geliştirilmelidir. Bu testlerde kullanılan test cihazları yurt dışından ithal edilmek suretiyle kullanılmaktadır. Bu durum hem maliyeti artırmakta hem de gelen test cihazlarında sadece belirlenen bölümlerde sınırlı düzeyde müdahale imkanı bulunmaktadır. Yapılacak bu çalışma da hem benzer işlemlerde kullanılacak test cihazı daha düşük maliyetle elde edilmesi hem de sisteme müdahale anlamında daha esnek olması amaçlanmaktadır. Çalışmanın amaçları şöyle sıralanabilir: a. Mekanik yapı bakımından çalışmanın amacı; tasarlanan test düzeneği mekanik özellikler açısından uygulanacak fiziksel testlere (çeki testi, bası testi, yorulma testi vb) uygun bir konstrüksiyon olmalıdır. Ayrıca yapılacak testlerde kullanılacak biyolojik materyalin boyutları testin yapılmasına engel olmamalıdır. Yani test uygulanacak materyale uygun hareket alanı yaratabilecek bir düzeyde esnek bir yapıya sahip olmalıdır. Yine test düzeneği, yapılacak testlerde uygulanan kuvvetleri taşıyabilecek mukavemete sahip olmalıdır. Böylece uygulanacak testler esnasında sistemin mekanik olarak test sonuçlarına etki edecek bir olumsuzluk yaratması engellenmiş olmalıdır. b. Yapılacak testler ve ölçülecek büyüklükler açısından çalışmanın amacı; yapılan çalışma ile materyaller üzerinde çeki testi, bası testi ve yorulma testi uygulanabilmesi hedeflenmiştir. Yapılacak bu testlerde uygulanan bası ve çeki kuvveti, bu kuvvetler sonucunda materyal üzerinde meydana gelen 21

30 1. GİRİŞ İnan ÜNLÜ elastik ve plastik yer değiştirme miktarları, kuvvet uygulanma süreleri, gerilme değerleri ölçülmesi amaçlanmıştır. Sistemin minimum 0.01 mm/s ve maksimum 10 mm/s hızla çalışabilmesi, kuvvet ve yer değiştirme miktarlarının ise 25 ms gibi küçük aralıklarla yapılması amaçlanmıştır. Böylece kuvvet uygula esnasında daha gerçekçi ve doğru kuvvet ve yer değiştirme değerlerinin okunması sağlanabilecektir. Yine uygulanacak en büyük kuvvet değeri ise 5000 N olarak belirlenmiştir. c. Sistemin hareketi ve kontrol edilmesi bakımından çalışmanın amacı; sistem de testlerin uygulanabilmesi için düşey hareketler gerekmektedir. Daha doğru sonuçlara ulaşabilmek için ise bu hareketin istenilen büyüklüklerde(tork) ve yine istenilen sınırlar içerisinde (strok) bunlara ilaveten ikisinden daha önemli olan kontrol edilebilir özellikte olması gerekmektedir. Bu sayede, sistemin hareketi kolay kontrol edilebilecek, sistemin yüksek verimle çalışması sağlanabilecektir. Yukarıda sıraladığımız maddeler tasarlanan sistemin etkin bir şekilde kullanılmasını sağlayacaktır. Sistemin kullanılması ile elde edilecek veriler tarımsal materyallerin fiziksel özelliklerini belirleyebilmek ve bu özelliklere göre bu materyaller ile ilgili işlem politikalarının(paketleme, depolama vb.) geliştirilebilmesi açısından oldukça önem taşımaktadır. 22

31 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR İnan ÜNLÜ 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Yurtlu (2002), Bu çalışmada, meyve ve sebzelerin bazı mekanik özelliklerinin ve zedelenmeye karşı duyarlılıklarının belirlenmesi amacıyla bir sıkıştırma test ve ölçüm düzeneği ile bir çarpma test düzeneği geliştirilmiştir. Sıkıştırma test ve ölçüm düzeneği; hareketli platform, tutucu, dinamometre, silindirik batıcı uç, amplifikatör, PC kart, veri toplama ve kaydetme programı ile bilgisayardan oluşmaktadır. Sıkıştırma testlerinde kullanılan küresel sonlu silindirik batıcı ucun çapı 8 mm olup, yükleme hızı tüm ürünler için 7 mm/dak olarak belirlenmiştir. Yapılan sıkıştırma testleri sonucu her ürün için ayrı ayrı kuvvet-deformasyon eğrisi oluşturularak, biyolojik akma noktası veya kabuk yırtılma noktası için bu değerler belirlenmiştir. Çarpma testleri için kol boyu 50 cm olan bir sarkaç kullanılmıştır. Çarpma testleri, yalnızca armut ve elma çeşitleri için, ürünlerin 10 cm, 15 cm ve 20 cm den metal yüzeye doğru serbest bırakılmasıyla gerçekleştirilmiştir. Çalışmada, deneme materyali olarak 147-F1 ve Rawa-F1 hıyar çeşitleri, EF- 49 ve Joker domates çeşitleri, Williams ve Ankara armut çeşitleri ile Starkspur Golden Delicious ve Starking elma çeşitleri kullanılmıştır. Denemeye alınan ürünler tür özelliklerine göre farklı depo koşulu ve sürelerinde depolanarak, depo sürelerinin biyolojik malzeme özelliklerine etkileri belirlenmeye çalışılmıştır. Denemeler sonunda ürünlerin elastiklik modülü, deformasyon enerjisi, deformasyon hacmi, sıkıştırma zedelenmesi duyarlılığı değerleri;, ayrıca çarpma testi uygulanan ürünler için çarpma sonucu oluşan zedelenme hacmi, absorbe edilen enerji miktarı ve çarpma zedelenmesi duyarlılığı değerleri belirlenmiştir. Bu özelliklere çeşit, depo süresi ve düşme yüksekliklerinin etkileri ile bunların ikili ve üçlü etkileşimlerinin ortaya konulabilmesi için istatistiksel analiz yapılmış ve sonuçlar değerlendirilmiştir. Genel olarak çeşit, depo süresi ve düşme yüksekliği, ölçüm ve hesaplama değerlerini belirgin olarak etkilemektedir. Vursavuş un bildirdiğine göre (2004), O Brien ve ark.(1965), Taşımacılık sırasında değişik türdeki meyvelerde titreşim nedeniyle oluşan zedelenme ve hasarların çok daha iyi anlaşılabilmesi için bu ürünlerin doğal frekanslarının bilinmesi ve taşıma araçlarının titreşim karakteristiklerinin ortaya konulması 23

32 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR İnan ÜNLÜ gerektiğini belirtmişlerdir. Araştırmacılar, taşıma zedelenmelerine ilişkin olarak meyvelerin titreşim karakteristikleri adlı bu çalışmalarında, materyal olarak şeftali, armut, üzüm ve domates kullanmışlardır. Bu araştırmacılar ürünlerin taşımacılığa ilişkin titreşim karakteristiklerinin belirlenmesinde öncelikli olarak meyvelerin doğal frekanslarının belirlenmesi gerektiğini belirtmişlerdir. Araştırmada; meyvelerin doğal frekanslarının belirlenmesinde ürünlerin elastisite modüllerinin ölçülmesi gerektiği açıklanmış ve bunun için ürünlerin sıkıştırma denemelerinde kullanmak üzere bir test cihazı geliştirilmiştir (Şekil 2.1). Bu test cihazı ile gerçekleştirilen ölçümlerde aşağıda yer alan kabullenmeler yapılmıştır. 1. Meyve küreseldir. 2. Düşey konumdaki sıkıştırma ile yatay düzlemde çok küçük bir genişleme meydana gelmiştir. 3. Düz plaka ile temastaki meyvenin her iki yüzeyi eşit oranda deformasyona uğramaktadır. Şekil 2.1. Meyvelerin Sıkıştırma Denemelerinde Kullanılan Test Cihazı (O Brien ve ark., 1965) Vursavuş un bildirdiğine göre (2004), Chesson ve O Brien (1971), Taşıma sırasında meyvelerin üst tabakalarında oluşan titreşim büyüklükleri üzerinde etkili olan meyvelerin titreşim karakteristik özellikleri için ayrı bir çalışma yapılması gerektiğini belirtmişlerdir. Araştırmacılar bu konuyla ilgili yaptıkları denemelerde materyal olarak, ortalama 3.084, 2.84 ve 2.60 inç lik çaplara sahip Navel portakalları 24

33 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR İnan ÜNLÜ ile kauçuk küreler kullanmışlardır. Tarla koşullarındaki boyut dağılımını temsil etmesi açısından üç farklı çapa sahip portakallar kullanılmıştır. Denemelerde ürün elastisite modülü meyve ve kauçuk küre için ayrı ayrı belirlenmiştir. Bir meyve sütununun doğal frekansının belirlenmesinde portakalların elastisite modülleri kullanılmıştır. Elastisite modülünün belirlenmesinde ürünlerin düz iki plaka arasında sıkıştırılması yöntemi kullanılmış ve hesaplamalarda aşağıdaki eşitlikten yararlanılmıştır. P E = 1.61 (2.1) 3 R. D Burada; P=Uygulanan kuvvet (N), R=Meyve yarıçapı (m) ve D=Üründe oluşan çift yönlü deformasyon (m) dur. Araştırmacılar denemelerde 60X60X60 cm boyutlarında meyve kasaları kullanmışlardır. Laboratuar koşullarında yapılan titreşim denemelerinde, titreşim frekansı değeri yükseltildiğinde meyvelerde dönme ve hareketlerin üst üç tabakada arttığı belirlenmiştir. Ayrıca bu araştırmacılar, meyve kasalarındaki titreşim frekansı değerlerini hz arasında olması durumunda titreşim kasasının ve meyve kasalarının aşırıcı derecede titreşime maruz kaldığını ve bu hareketlenmenin 36 hz ye kadar devam ettiğini gözlemişlerdir. Meyve kasalarında oluşan rezonans koşullarında üst düzeydeki ilk üç tabakanın altındaki kısımlarda dönme ve çarpma şeklinde hareketlenmenin meydana gelmediği ve titreşim enerjisinin çoğunun dönme şeklide etkili olduğu görülmüştür.araştırmacıların çalışma sonunda elde ettikleri sonuçlara göre; Portakalların üst tabakalarındaki titreşim ivmelerinin, meyve sütununun doğal frekansı altındaki frekanslarda orta ve üst tabakadan daha yüksek ivme değerlerine sahip olduğu, 25

34 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR İnan ÜNLÜ Orta tabakadaki portakalların titreşim ivmesi değerlerinin, meyve sütununun rezonans frekansı üzerindeki frekanslarda daha yüksek ivme değerlerine sahip olduğu ve 60 cm sütun değerindeki rezonans frekansında portakalların hareketinde herhangi bir farklılık gözlenmediği belirlenmiştir. Vursavuş un bildirdiğine göre (2004), Zohadie (1982), Malaysia Papaya meyvesi üzerinde yapmış olduğu bir çalışmada ürün elastisite modülünün, taşıma sırasındaki ürün zedelenme çalışmalarında, tasarım kriteri olarak yararlı bir fiziksel özellik olduğunu belirtmiştir. Araştırmacı bu özelliğin tasarım kriteri olarak kullanımına dayanarak, taşıma ve hasat sonrası işlemler sırasında ürünün hangi olgunluk safhasında mekanik zedelenmeye daha hassas olduğunu ortaya koymuş ve Malaysia Papaya ürününde meyve olgunlaştıkça elastisite modülünde önemli bir düşüş meydana geldiğini belirlemiştir. Bu durum ürünün zedelenmeye karşı olan direncinin meyve olgunluğunun arttıkça azaldığını göstermiştir bu nedenle, elastisite modülünde bu kritik düşme meydana gelmeden önce taşıma işlemlerinin yapılması gerektiği belirtilmiştir. Vursavuş un bildirdiğine göre (2004), Olarunda ve tung (1985), Yapmış oldukları araştırmada mekanik zedelenme üzerine sıkıştırma kuvveti, paket tipi, olgunluk ve titreşimin etkilerini araştırmışlardır. Araştırmacılar laboratuar denemelerinde ortama 5,5 cm çapında yeşil, dönüşüm ve kırmızı safhadaki domateslerle çalışmalarını yürütmüşlerdir. Araştırmada, faktör olarak ele alınan sıkıştırma kuvveti değerlerinin belirlenmesinde 1112 Model İnstron Üniversal test cihazı kullanılarak üç ayrı olgunluk safhasındaki kuvvet-deformasyon eğrileri elde edilmiştir. Kuvvet-deformasyon eğrilerinin oluşturulmasında, sıkıştırma testinde 50 mm/min lik yükleme hızında çalışılmıştır. Oluşturulan kuvvet-deformasyon eğrilerinde kabuk yırtılma noktasındaki yükün yaklaşık %3-11 i sıkıştırma yükü olarak dikkate alınmıştır. Araştırmacıların denemelerde kullandığı kontrollü değişkenler; kasa tipi (oluklu mukavva, pleksiglas ve ahşap) Sıkıştırma yükü ( 0,3.63 ve 5.45 kg ) 26