Tarım Arabası için Yeni Aydınlatma Sisteminin Geliştirilmesi

Transkript

1 Tarım Arabası için Yeni Aydınlatma Sisteminin Geliştirilmesi Kadir SABANCI 1, Cevat AYDIN 2 1 Selçuk Üniversitesi Ziraat Fakültesi Tarım Makinaları Bölümü, Konya 2 Selçuk Üniversitesi Ziraat Fakültesi Tarım Makinaları Bölümü, Konya ksabanci@selcuk.edu.tr Özet: Bu çalışmada, özellikle bahar ve yaz aylarında meydana gelen traktör römorkuna arkadan çarpma kazalarını azaltmaya yönelik yeni bir aydınlatma sistemi geliştirilmeye çalışılmıştır. Traktör ile römork arasında, römork aydınlatma sistemlerinin çalışmasını sağlayan kablo soketi genellikle çiftçilerimiz tarafından unutularak veya gerek duyulmayarak takılmamaktadır. Bu ihmal sonucu birçok kaza meydana gelmektedir. Yapılan çalışmada traktör ile römork arasında bir elektrik kablo bağlantısına gerek kalmadan, traktördeki sinyalleri römorka gönderen RF ile çalışan bir sistem tasarlanmıştır. Bu sistem gerekli olan enerjiyi ise güneş paneli ile güneş enerjisinden sağlamaktadır. Anahtar kelimeler: Traktör kazaları, güneş paneli, RF (radyo frekansı) Development Of A New Lighting System For Agricultural Vehicles Abstract: In this study, the precautions to prevent the hit in the back of tractor trailer that occur especially in spring and summer months are investigated and a new lighting system has been tried to develop. The cable connector that makes the lightning system between tractor and tractor trailer work is generally forgotten or is not installed by the farmers. Many accidents occur as a result of this negligence. The study is done to design a system to sent the signals with RF to the trailer without an electricty cable connector between tractor and trailer. This system provides its energy through a solar panel from solar energy. Key words: tractor accidents, solar panel, RF (radio frekans) GİRİŞ Traktörler, tarımsal mekanizasyon sistemi içinde çok önemli bir yere sahiptir. Tarımda kullanılan hemen hemen tüm alet ve makinalar için temel güç kaynağını oluşturan traktörler, modern tarımın vazgeçilemez araçlarından birisidir (Öz, 2005). Kelime anlamıyla traktör, "çekici" demektir. Başlangıçta traktörler sadece çeki işleri için düşünülmüştür. Zamanla tarımsal üretimdeki gereksinmeler ve teknolojik gelişmeler, traktörü tarımda gerekli tüm güç istemlerini karşılar duruma getirmiştir. Modern traktörler, diferansiyel kilidi, sağsol ayrılabilir fren pedalı, kuyruk mili, hidrolik kaldırma düzeni, kayış-kasnak mekanizması, ön yükleyici gibi donanımlar yardımıyla çok yönlü olarak kullanılmaktadır (Saral, 1984; Sabancı, 1993). Traktörün yaptığı işlerin en büyük kısmını çeki işleri oluşturmaktadır. Bu nedenle traktörler, güç ve performans açısından geçmişe oranla daha üst düzeydedir. Bu işlerin başında da taşımacılık yer almaktadır. Traktör, iki ya da bir dingilli tarım arabasıyla, çiftlik içi taşımacılığın tümünü yapmaktadır (Doğan, 1992). Tarım arabası tarım işletmelerinin taşıma hizmetlerinde kullanılan hareket şekli yönetmeliklerle sınırlandırılmış bulunun araçtır. Diğer bir ifadeyle bir tarım traktörü tarafından çekilen ve tarım işletmelerinde üretilen veya işletmeye taşınacak ürün ile diğer materyali ve ayrıca tarımsal işletmeler için insan taşımasında kullanılan seyir güvenliğini sağlayacak bir fren düzeni ve karayolları trafik mevzuatında öngörülen trafik işaretleriyle donatılmış ve en çok 27 ila 32 km./h lik bir hızla hareket edebilen araçlardır (Anonymous, 2009). Çizelge 1 de yıllara göre ülkemizdeki traktör ve römork sayıları görülmektedir. Tarımda traktör ve römorkların kullanımının yaygınlaşması, özellikle eğitim düzeyi düşük olan çiftçilerin bu makineleri kullanmaları sonucunda, birçok kaza ortaya çıkmaktadır. Bu kazalar sonucunda; ölümler, yaralanmalar, kalıcı sakatlanmalar olmakta; bunlar da işgücü kaybı 159

2 nedeniyle ulusal ekonomide kayıpları ortaya çıkarmaktadır (Bülbül, 2006). Çizelge 1. yıllara göre traktör ve römork sayısı (Doğan, 2005) Traktör Römork Tüm önlemlere rağmen traktörler, madencilikten sonra en tehlikeli ikinci sektör olarak kabul edilen tarım sektörü içerisinde yaşanan kazalarda ilk sırayı almaktadır (Hard et al., 2002). Amerika'da yapılan araştırmalar tarımda yaşanan kazaların %75 inin traktörden kaynaklandığını ve traktör kazalarının tarımdaki ölümcül kazaların 1/3 ünü oluşturduğunu ortaya koymuştur (Hard et al., 2002). Hindistan'da, tarımda yaşanan kazaların %46 sının traktörlerden kaynaklandığı ve kazaya karışanların yaklaşık %43 ünün hayatını kaybettiği belirlenmiştir (Tiwari et al., 2002). North Carolina da yollarda gerçekleşen tarım makinaları kazalarında, tarım makinaları ve diğer motorlu araç çarpışmalarının yaklaşık yarısının her iki araç aynı doğrultuda giderken, %25 inin ise başka bir araç tarafından geçilirken traktörün sola dönmesi sırasında gerçekleşmiştir. Bunun yanında, karayolunda kazaya karışan tarım makinalarının, diğer araçlara göre uygun ve yeterli olmayan aydınlatma donanımına sahip olduğunu da belirtmiştir. Tarım makinaları operatörlerinin geçerli bir sürücü belgesi sahibi olması gerektiği, karayollarında taşınması gereken tarım makinalarının üzerinde sinyal ve dikiz aynası bulunması gerektiği üzerinde önemle durulmuştur ( LeGrade, 1975). Ülkemizde tarımda yaşanan kazalara ve dolayısıyla traktör kazalarına ilişkin bilgiler oldukça sınırlı düzeydedir. Karaman yöresinde yürütülen iki anket çalışmasında yılları arasındaki 20 yıllık dönemde yörede meydana gelen tarımsal kazaların yaklaşık % 62 sinin traktör kazalarından oluştuğu, bu kazalar sonucu 65 kişinin yaşamını yitirdiği belirlenmiştir. Araştırmacılar, tarımda traktörün önemli bir risk kaynağı oluşturduğunu, kazaların teknik bilgi eksikliği, amaç dışı kullanım, yetkisiz kişilerin sürücülük yapması, yetersiz aydınlatma ve işaret vb. unsurlardan kaynaklandığını, bu unsurların etkili bir eğitim programı ile giderilebileceğini ifade etmişlerdir (Peker ve Özkan, 1994, 1995). Traktörler arkasına takılan römorkların, eğitimsiz ve bilinçsiz sürücüler tarafından aydınlatma donanım kablolarının takılmamasından dolayı ölümcül kazalar olmaktadır. Bu çalışmada, traktör ile römork arasında kablo bağlantısı olmadan RF sinyalleri ile elektrik donanımlarının kontrol edilmesi sağlanmaya çalışılmıştır. İhtiyaç duyulan enerji ihtiyacı güneş paneli kullanılarak güneş enerjisinden sağlanmıştır. MATERYAL ve YÖNTEM Materyal Çalışmada, güneş enerjisinden elektrik enerjisi elde etmek için güneş ışığını elektrik enerjisine çevirmeye yarayan yarı iletken maddeden yapılmış silisyumlu tek kristal yapıda 29 cm x 14 cm 2 2 (406cm 0,406m ) boyutlarında olan bir güneş paneli kullanılmıştır. Fotovoltaik sistemlerde Aküler, aydınlanmanın yetersiz olduğu anlarda ve modüller yük ihtiyaçlarının yeterince karşılanmadığı zamanlar için elektrik enerjisi depolarlar. Akünün sistem içinde doğru işletilmesi aydınlatma sisteminin güvenilir çalışmasının en önemli yönüdür. Çalışmada 12 Volt, 7 Amperlik bir batarya kullanılmıştır. Ayrıca, 2 adet traktör römork stop lambası içerisine kırmızı ve beyaz renklerde 3mm 12V DC şerit ledler döşenmiştir. Sağ sol sinyal, park ve fren bilgilerini traktörden römorka gönderecek RF alıcı verici devresi geliştirilerek kullanılmıştır. 160

3 Yöntem Verici sistem, kontrol birimi ve RF (Radyo Frekans) modülden oluşmaktadır. Şekil1 de sistemin verici devresinin blok diyagramı görülmektedir. Kontrol birimi traktörden aldığı sağ, sol, park ve fren bilgilerini uygun lojik sinyallere çevirerek RF modül aracılığı ile römorkta bulunan alıcı modüle göndermektedir. Traktörden gelen sinyaller, kontrol biriminde optokuplörler üzerinden kontrol birimine aktarılır. Şekil 2 de traktörden alınan bilgileri RF verici modüle aktaran optokuplör bağlantı şeması görülmektedir. Optokuplörün girişine bilgi işareti geldiği zaman optokuplör içerisinde bu işaret optik işarete dönüştürülerek bir fototransistor tetiklenir. Böylece elektriksel bir bağlantı olmaksızın bilgi işareti kontrol sistemine aktarılmış olur. Bu şekilde kontrol birimi ve traktör arasında elektriksel yalıtım sağlanarak kontrol biriminin korunması sağlanır. Verici sistem enerjisini traktör aküsünden alacaktır. RF verici modül 433 Mhz de çalışmaktadır. Verici devre, giriş sinyallerini 8 bitlik şifreleme ile yakınında bulunan ve aynı sistemi kullanan diğer traktörleri etkilemesi engellenmiştir. Şekil 1. verici devrenin blok diyagramı Verici RF modül girişi Sağ sinyal bilgisi Şekil 2. Traktörden gelen sinyalleri RF verici modülünün girişine aktaran optokuplör bağlantı şeması Bu çalışmada, traktör ile römork arasında fiziksel bir bağlantı olmaksızın sinyaller römorka aktarılacağı için, römork üzerindeki sistemin elektrik gereksinimini karşılayacak, traktörden bağımsız bir elektrik enerjisine gereksinim duyulmaktadır. Bu amaçla güneş paneli ve aküden oluşan bir sistem tasarlanmış ve kurulmuştur. 161

4 Güneş pilleri (fotovoltaik piller), yüzeylerine gelen güneş ışığını doğrudan elektrik enerjisine dönüştüren yarıiletken maddelerdir. Yüzeyleri kare, dikdörtgen, daire şeklinde biçimlendirilen güneş pillerinin alanları genellikle 100 cm² civarında, kalınlıkları ise 0,2-0,4 mm arasındadır. Güneş pilleri fotovoltaik ilkeye dayalı olarak çalışırlar. Yani üzerlerine ışık düştüğü zaman uçlarında elektrik gerilimi oluşur. Pilin verdiği elektrik enerjisinin kaynağı, yüzeyine gelen güneş enerjisidir. Güneş pillerinde mekanik olarak elektrik üreten cihazların aksine hareketli parçalar olmadığından teorik ömürleri sonsuzdur. Güç çıkışını artırmak amacıyla çok sayıda güneş pili birbirine paralel ya da seri bağlanarak bir yüzey üzerine monte edilir. Bu yapıya güneş pili modülü ya da fotovoltaik modül adı verilir. Güç talebine bağlı olarak modüller birbirlerine seri ya da paralel bağlanarak bir kaç Watt tan megawatt lara kadar sistem oluşturulur (Çetinkaya, 2001). Çalışmada LACME firmasının üretmiş olduğu silisyumlu tek kristal yapıda olan 29 cm x 14 cm boyutlarında ve 2 W güce sahip güneş paneli kullanılmıştır. TES 1330 marka lüxmetre ile farklı zamanlarda güneşten alınan ışık şiddeti ölçülmüştür. Ölçülen ışık şiddetindeki güneş panelinin uçlarındaki gerilim avometre ile ölçülerek kaydedilmiştir. Çizelge 2 de değişik ışık şiddetlerinde ölçülen gerilim değerleri görülmektedir. Işık şiddeti ile gerilim arasındaki grafik ise Şekil 3 te verilmiştir. Çizelge2.Değişik ışık şiddetlerinde güneş panelinin çıkışından ölçülen gerilim değerleri Işık Şiddeti (lx) Gerilim(V) , , , , , , , , , , , , , , Gerilim (V) Işık Şiddeti (lux) Şekil 3. ışık şiddeti ile gerilimdeki değişme Şekil 4 te alıcı devresinin blok diyagramı görülmektedir. Güneş panelinden gelen DC gerilimin, güneş paneline gelen ışık şiddetiyle değişmesinden dolayı sağlıklı bir şarj için bir şarj ünitesine ihtiyaç duyulur. Şarj ünitesi güneş panelinden gelen elektrik enerjisini ve akünün gerilimini ölçer. Akü 12 Volt dan düşük ve güneş panelinden gelen elektrik 12 voltu karşılıyorsa şarj ünitesi aküye güneş panelinden gelen 162

5 enerjiyi verir. Böylece güneş panelinde yetersiz enerji üretildiğinde akü şarj edilmeye çalışılmayacaktır. Ayrıca akü dolu iken şarj edilmeyecek böylelikle akü ömrü uzayacaktır. Alıcı sistemin enerjisi şarj edilen aküden temin edilir. RF alıcı modül 433 Mhz de çalışır. RF alıcı modül vericiden gelen 8 bitlik şifrelenmiş bilgiyi çözer ve kontrol birimine lojik sinyaller şeklinde gönderir. 8 bitlik şifrelemenin görevi, farklı traktörlerden gelebilecek bilgiler içerisinden kendisini çeken traktörü ayırt edebilmesini sağlamaktır. Kontrol birimi RF modülden gelen lojik işaretleri işleyerek röleleri sürer. Gelen lojik işaret bir transistor tarafından yükseltilerek rölenin bobinine uygulanır. Şekil 5 te aydınlatma sistemi lambalarını sürmek için kullanılan sürücü devresi görülmektedir. Bu amaçla BU 206 bipolar anahtarlama transistorü kullanılmaktadır. Transistorün kolektörü sistem enerjisi ile beslenmiştir. Lamba için emitör ile şase arasından çıkış alınır. Kontrol sinyali ise beyze verilir. Bu sürücü devresi ile römork üzerindeki fren, park ve sağ sol sinyal lambaları kontrol edilir. Şekil 4. alıcı devrenin blok diyagramı RF alıcı devreden gelen bilgi Römork sağ sinyal Şekil 5. tarım arabası aydınlatma sistemi lambası sürücü devresi Çalışmada kullanılan iki adet traktör römorku stop lambalarının içerisindeki bağlantılar sökülerek 12 V DC 3mm şerit ledler döşenmiştir. Sağ ve sol sinyal bölümlerine beyaz ledler, park ve fren bölümlerine ise kırmızı ledler döşenmiştir. Şekil 7 de 3 lü kesilen led gurubuna ait bağlantı şeması görülmektedir. Şerit ledler 3 lü bloklar halinde kesilerek römork stop lambasının üç bölümü için 4 er adet 3 lü gurup ledler kullanılmıştır. Her bir stop lambası için 36 adet led döşenmiştir. Şekil 6 da römorkun arka sağ tarafına takılan stop lambasının bağlantı şekli görülmektedir. 163

6 Şekil 6. römork sağ stop lambasının bağlantı şeması Şekil 7. sıra led bağlantı şeması Akü tam dolu iken 3 lü şerit led gurubu üzerindeki gerilim V olarak ölçülmüştür. Led gurubu üzerindeki seri bağlı direncin değeri 114 Ω, direnç uçları arasındaki gerilim ise 2.94 V olarak ölçülmüştür. Buna göre devreden geçen akım hesaplanmıştır. V I. R (1) V= Led gurubu seri bağlı direnç uçları arasındaki gerilim (V) I= Led gurubu üzerinden geçen akım (A) R= Ledlere seri bağlı direnç değeri ( Ω ) 2,94V I 0,0258A 25, 8mA 114 Bir sinyal bloğunda 4 tane 3 lü led gurubu paralel bağlı olduğuna göre bir sinyal bloğunda çekilen akım; I 4x0,0258 0, 103A dir. Bir sinyal bloğundan harcanan güç ise, P IV. (2) P= Sinyal bloğunda harcanan güç (W) I= Sinyal bloğundan çekilen akım ( A) V= Sinyal bloğu uçları arasındaki gerilim (V) olarak hesaplanır. P 0,103x12,91 1,33W Çalışmada akşam kullanımında en çok sağ ve sol park lambaları kullanılacağı için hesaplamalar iki sinyal bloğuna göre yapılmıştır. Buna göre iki sinyal bloğunda harcanan güç, P max_ led 2x1,33 2, 66W dır. 164

7 Eğer çalışmada led yerine normal 12 V 5W akkor telli lamba kullanılsaydı, iki sinyal bloğunda harcanan güç, P max_ ampül 2x5 10W Sonuçlara göre çalışmada ledlerin kullanılmasıyla elde edilen kazanç, Kazanç % 100x( ALG LLG) / ALG (3) ALG= Akkor telli lamba gücü ( W) LLG= Led lamba gücü (W ) Kazanç 100x( ) /10 %73,4 tür. Akü tam dolu iken aküdeki enerjinin akşam kullanımında yalnızca iki adet sinyal bloğu yanması için yetecek olan süre hesaplanırsa, Bir sinyal bloğundan çekilen akım, I 0, 103A İki sinyal bloğundan çekilen akım, Imax 2x0,103 0, 206A 7Ah Im ax. T T 7 / 0,206 34h s olarak hesaplanır. Kullanılan güneş paneli gücü 2 Watt tır. Güneş panelinin çıkışlarından alınan günlük ortalama gerilim yaklaşık 16 V olarak alınmıştır (Saka, 2007). Bu değerler ile sağ ve sol park lambası çalışıyor kabul edilerek yapılan hesaplamada, gündüz 1 saatlik şarj ile, P I. V (4) P= Güneş panelinin gücü ( W ) I= İki sinyal bloğundan çekilen akım ( A ) V= Güneş panelinin ürettiği ortalama gerilim ( V) 2W 16V. I I 2 /16 0, 125A 0,125x1 0, 125Ah 0,125Ah xT T 0,60h 2160s Sistemin 2160 s çalışabileceği belirlenmiştir. ARAŞTIRMA BULGULARI ve TARTIŞMA Yapılan çalışmada tarım arabaları için yeni bir aydınlatma sistemi geliştirilmeye çalışılmıştır. Bilinçsiz ve eğitimsiz traktör sürücülerinin traktör ile römork arasındaki römork aydınlatma kablo bağlantısını yapmamalarından dolayı ülkemizde birçok ölümcül trafik kazaları meydana gelebilmektedir. Geliştirilen sistemde traktör ile römork arasında kablo bağlantısı olmadan, traktör ile römork arasındaki RF alıcı verici modül sayesinde bilgi transferi gerçekleştirilmiştir. Bu çalışma ile römork aydınlatma ve sinyalizasyon sisteminin çalışması, traktör sürücüsünün insiyatifine bırakılmamıştır. Böylece sürücünün unutması veya ihmali sonucu ortaya çıkabilecek aydınlatma ve sinyalizasyon hataları en aza indirilmeye çalışılmıştır. Römork üzerindeki sistem için gerekli olan enerji güneş paneli kullanılarak güneş enerjisinden karşılanmıştır. Güneş panelleri tarımda genellikle sulama sistemlerindeki pompa motorlarını çalıştırmak için kullanılmaktadır. Yapılan çalışmayla güneş panelinin tarımda farklı bir amaç için kullanılması sağlanmıştır. Çalışmanın ileri aşamalarında güneş paneli sayısı arttırılıp, seri ya da paralel bağlanarak akım ve gerilim değerleri yükseltilebilir. Böylece elde edilen enerji ile sistemin çalışması yanı sıra aydınlatma, kullanıcıya ait cep telefonu şarjı gibi farklı amaçlar için de kullanılabilir. Araştırma ile günümüzde araç farlarında kullanılan led teknolojisinin tarım arabalarında da kullanımı gerçekleştirilmiştir. Böylece sisteme gerekli olan enerjinin daha uzun süreli kullanımı sağlandı. LİTERATÜR LİSTESİ Anonymous, Tarım Arabası. Erişim: Mart Bülbül, H., Ankara'nın Bazı İlçelerinde Tarım Alet Ve Makinaları İle Çalışmada Gerçekleşen İş Kazalarının İncelenmesi Üzerine Bir Araştırma, Yüksek lisans Tezi, Ankara Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Tarım Makinaları Anabilim Dalı Çetinkaya, H., Güneş Enerjisinden Elektrik Enerjisi Elde Edilmesi, Yüksek Lisans Tezi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Kocaeli Üniversitesi Doğan, H., Çukurova Bölgesinde Tarımsal Mekanizasyon İş Güvenliği Sorunları Üzerinde Bir 165

8 Araştırma, Yüksek Lisans Tezi, Ç.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü Doğan, M., Türkiye Ziraatinde Makineleşme: Traktör ve Biçerdöverin Etkileri. İstanbul Üniversitesi Edebiyat Fakültesi Coğrafya Bölümü. Coğrafya Dergisi sayı 14 sayfa İstanbul Hard, D. L., J. R. Myers and S. G. Gerberich, Traumatic Injuries in Agriculture. Journal of Agricultural Safety and Health, 8 (1) : LeGrade, J.C., An analysis of farm equipment accidents on North Carolina public roads. Chapel hill, North Carolina: Highway Safety Research Center, University of North Carolina, 43 pp.,usa. Öz, E., Ege Bölgesi nde Meydana Gelen Traktör Kazalarının Tarımsal İş Güvenliği Açısından Değerlendirilmesi. Ege Üniversitesi Ziraat Fakültesi Dergisi, 2005, 42(2): Peker, A. ve Özkan, A., Yılları arasında Karaman yöresinde meydana gelen traktör ve tarım iş makinaları kazalarının değerlendirilmesi. Tarımsal Mekanizasyon 15.Ulusal Kongresi, Eylül, S: , Antalya. Peker, A. ve Özkan, A Traktör ve tarım iş makinaları kazalarında meydana gelen can kayıplarının risk analizi. Tarımsal Mekanizasyon 16.Ulusal Kongresi, 5-7 Eylül, S: , Bursa. Sabancı,A., Tarım Traktörleri. Çukurova Üniversitesi Ziraat Fakültesi, Genel Yayın No: 46. Adana. Saka, Ö., Konya Koşullarında Güneş Panellerinin Aydınlatma Uygulamalarında Kullanım İmkanları, Yüksek lisans Tezi, Selçuk Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Tarım Makinaları Anabilim Dalı Saral, A., Tarım Traktörleri. Ankara Üniversitesi Ziraat Fakültesi Yayınları Ders Kitabı, S.9 15, Ankara. Tiwari, P. S., L. P. Gite, A. K. Dubey and L. S. Kot, Agricultural Injuries in Central India:Nature, Magnitude, and Economic Impact. Journal of Agricultural Safety and Health, 8 (1) :