MALZEME SEÇİMİNDE EKONOMİK ÖZELİKLER PROF. DR. MUHARREM YILMAZ

Transkript

1 MALZEME SEÇİMİNDE EKONOMİK ÖZELİKLER PROF. DR. MUHARREM YILMAZ

2 MALZEMELERİN EKONOMİK DURUMU Malzeme grubu Malzeme örnekleri Fiyatı ($) Temel konstrüksiyon mal. Ahşap, beton, yapı çelikleri ( ) Orta ve Hafif mühendislik malzemeleri Özel malzemeler Değerli metaller vs Uçak, otomobil vs için Hafif metaller, metal alaşımları, polimerler Türbin bıçakları alaşımları, İleri kompozitler (CFRP, BFRP vs) Safir sondaj malzeme, Gümüş kontak malzemeler, Altın mikrodevreler ( ) ( ) M Endüstriyel elmas Kesme ve parlatma aletleri 180 milyon (60 M)

3 Malzeme Seçiminde fiyat ve Bulunabilirlik Queens koleji Cambridge de tahtadan 1749 yılında yapılmış köprü

4 Malzeme Seçiminde fiyat ve Bulunabilirlik Cambridge de 1640 yılında taştan yapılmış Clara köprüsü

5 Malzeme Seçiminde fiyat ve Bulunabilirlik 1823 yılında yapılmış antik kemerli dökme demir Magdalene köprüsü

6 Malzeme Seçiminde fiyat ve Bulunabilirlik 20. Yüzyıl yumuşak çelik köprüsü St George üst geçidi

7 Malzeme Seçiminde fiyat ve Bulunabilirlik Gastel Hostel Lane+de 1960 yılında yapılmış betonarme üst geçidi

8 Mühendislik Malzemelerinin Özelikleri

9 Malzeme Fiyatları - Data Material Relative price $ Diamonds, industrial 200m Platinum 5m Gold 2m Silver 150,000 CFRP 20,000 Tungsten 5000 Cobalt alloys 7000 Titanium alloys 10,000 Nickel alloys 20,000 Polyimides 8000 Silicon carbide 7000 Magnesium alloys 1000 Nylon Polycarbonate 1000 PMMA 700

10 Malzeme Fiyatları - Data Material Relative price $ Magnesia, MgO 3000 Alumina, Al2O Tool steel 500 GFRP 1000 Stainless steels 600 Copper, worked (sheets, tubes, bars) 400 Aluminum alloys, worked (sheet, bars) 400 Brass, worked (sheet, tubes, bars) 400 Epoxy 1000 Polyester 500 Glass 400 Foamed polymers 1000 Natural rubber 300 Polypropylene 200

11 Malzeme Fiyatları - Data Material Relative price $ Polyethylene, high density 200 Polystyrene 250 Hard woods 250 Polyethylene, low density 200 Polyvinyl chloride 300 Low-alloy steels 130 Mild steel, worked (angles, sheet, bars) 100 Cast iron 90 Soft woods 70 Concrete, reinforced (beams, columns, slabs) 50

12 Fiyatları Nasıl Takip Edeceğiz? The Financial Times, The Wall Street Journal, Procurement Weekly Wall Street Journal London Metals Exchange Prices Wednesday, March 06, 2013 Bid Chg Asked Chg Aluminum - LME High Grade Spot Aluminum - LME High grade 3 month future Copper - LME Cath. Hi Spot Copper - LME Grade A 3 month future Lead - LME Spot Lead - LME 3 month future Nickel - LME Spot Nickel - LME 3 month future Tin - LME Spot Tin - LME 3 month future Zinc - LME Special High Grade Spot Zinc - LME Special High Grade 3 month future

13 Malzeme fiyatlarında değişim Kısa vade fiyat değişimleri bolluk veya kıtlığı!! Arz ve talep oranı arasındaki küçük farklılıklar!! Spekülatörler - Politik faktörler!! 1978 de kobalt Zaire!! 1995 de elmas ve alüminyumun Rusya!!

14 Malzeme fiyatlarında değişim Latest Price & Chart for High Grade Copper (2013)

15 Uzun Dönem Fiyat Değişimleri Madenin gerçek çıkarma ve nakliyat fiyatları Madeni stoklama ve işleme maliyeti Sermaye yatırımı, işçilik ve enerji Enflasyon ve enerji maliyetlerinin artışı Fakir madenlerin (Tenörü düşük) etkisi SONUÇ: Malzemeler temelde boldur ancak bunlar nadir olacaktır. Malzemelere bağımlılığımız artacaktır.

16 Malzemelerin Kullanımı Dağılımı Çelik, beton ve tahta inşaatta, çelik ve alüminyum genel mühendislikte, bakır elektriksel iletkenlerde, polimerler cihazlarda Metallerde çeliğin önemi! Ya Tahta ve beton?

17 Malzemelerin Kullanımı Dağılımı Iron and steel 27 Wood and lumber 21 Copper 13 Plastics 9.7 Silver and platinum 6.5 Aluminum 5.4 Rubber 5.1 Nickel 2.7 Zinc 2.4 Lead 2.2 Tin 1.6 Pulp/paper 1.1 Glass 0.8 Tungsten 0.3 Mercury 0.2 Etc. 1.0 Toplam ithalatın %20 si mühendislik malzemeleri Demir ve çelik ve ham malzemeleri ¼ Tahta ve kereste gelir. Bakır, gümüş, alüminyum ve nikele ¼ Lastik - Polimerler % 10 Zn, Pb, Sn, T, Hg ile % 99

18 Dünya Kabuğunun Komposizyonu Yer kabuğu Okyanuslar Atmosfer Elementler (%) Elementler (%) Elementler (%) Oksijen Silisyum Alüminyum Demir Oksijen Hidrojen Klor Sodyum Azot Oksijen Argon Karbondioksit Kalsiyum Sodyum Potasyum Magnezyum Titanyum Hidrojen Fosfor Mangan Flor Baryum Strontiyum Magnezyum Kükürt Kalsiyum Potasyum Bromin Karbon Kükürt 0.03 karbon 0.02 Bakır, Cıva, gümüş, tungten, kalay

19 Metallerde Tüketim Oranı Cıva gibi bir kaynağın ömrünü nasıl hesaplarız. Hemen bütün metaller zamanla eksponansiyel büyüyen oranda harcanır Hem nüfus ve hem de yaşam standartları eksponansiyel olarak büyür.

20 Metallerde Tüketim Oranı Peki metallerin harcanma miktarını nasıl hesaplarız? Her bir yılda ton olarak harcamanın (tüketimin) güncel miktarı (current rate): C Eğrinin altındaki alan = tüketim Herhangi bir andaki tüketim oranı o andaki eğrinin eğimi (dc/dt) olup, Bu değer her bir yıldaki tüketim oranı ile tüketim miktarının çarpımına (r.c) eşittir

21 Metallerde Tüketim Oranı dc dt C r C 100 C 0 ln C C 0 r( t t0) exp 100 r( t t 100 Harcamanın iki katına çıkma süresi t D nasıl hesaplanır? Bu durumda C/C 0 = 2 ve t D = t t 0 olur. t 100 ln 2 70 D r r 0 )

22 Metallerde Tüketim Oranı Çelik tüketimi her bir yıl için % 2 den daha az büyür Buna göre çelik tüketiminin iki katına çıkma zamanı 35 yıldır Polimer tüketimi her bir yıl için yaklaşık % 5 artar Buna göre polimer tüketiminin iki katına çıkma zamanı 14 yıldır 1960 lı ve 1970 li yıllarda polimer üretimi her bir yıl için % 18 de pik yapmıştır.

23 Malzeme Kaynağının Bulunabilirliği Bir kaynağın bulunabilirliği: Bir veya birkaç ülkede lokalize olma derecesine Rezervin boyutuna veya daha kesin olarak kaynak tabanına (resource base kısaca kaynak) Madeni çıkarmak ve işlemek için gerekli enerji miktarına bağlıdır Son ikisinin etkisi öngörülebilir

24 Malzeme Kaynağının Bulunabilirliği Kaynak ömrünün hesabı rezerv ve kaynaklar arasındaki farkın önemini içerir. Mevcut rezervler depo olarak bilinir. Bu depolar günümüz teknolojisi kullanılarak günümüz fiyatlarında karlı bir biçimde çıkarılabilir. Deponun kaynak tabanının büyüklüğü ile ilişkisi çok azdır,

25 Malzeme Kaynağının Bulunabilirliği

26 Malzeme Kaynağının Bulunabilirliği Resource base belirsiz olmakla birlikte tahmin önemlidir. Bu tahminle kaynakların yarısının tükenmesi için geçecek süre belirlenebilir: Yarı ömür önemli bir ölçümdür: Gümüş, kalay, tungsten, çinko, kurşun, cıva ve petrol (polimer stokunu besler) için bunlar 40 ve 70 yıl içinde kalırlar. Demir, alüminyum ve çoğu seramik ve camların yapıldığı ham malzemeler büyük resource base e sahiptir

27 Malzeme Kaynağının Bulunabilirliği (GJ/ton) Aluminum 280 Plastics Copper 140, rising to 300 Zinc 68 Steel 55 Glass 20 Cement 7 Brick 4 Timber Gravel 0.2 Oil 44 Coal 29 Peki ya enerjinin fiyatı? Malzemelerin ekstraksiyonu enerji gerektirir Nadir malzeme fakir maden ilişkisi

28 Malzeme Kaynağının Bulunabilirliği Gelecekte mühendislik malzemelerinin sıkıntısı ile nasıl baş edeceğiz? Malzemenin verimli yani etkili dizaynı (Birçok güncel tasarım, gerekli olandan çok daha fazla malzeme veya daha bol olanı işe yarayabilecek iken potansiyel olarak nadir olan malzemeler kullanır) Ti proses kazanı

29 Malzeme Kaynağının Bulunabilirliği Gelecekte mühendislik malzemelerinin sıkıntısı ile nasıl baş edeceğiz? İkame, yerine geçme (Daha ciddi masraflar içermesine rağmen daha kolayca bulunabilen bir malzeme nadir olan birinin yerini alabilir - matkap uçları). (Bazı malzemeler diğerleri tarafından kolaylıkla yerleri doldurulamaz Ag kontaktör) (Lamba filamentlerinde tungsten için, bir yer değişim, örneğin, tamamiyle yeni bir teknolojinin gelişimini gerekli kılacaktır)

30 Malzeme Kaynağının Bulunabilirliği Gelecekte mühendislik malzemelerinin sıkıntısı ile nasıl baş edeceğiz? Geri dönüşüm (Risaykıl yoğun iş gücü gerektirir Son 30 yıl, artan işçilik fiyatları, çoğu risaykılı daha az ekonomik yapmaktadır)

31 Malzeme Kaynağı Problemi Malzeme kaynağı problemi, enerjinin olduğu kadar kritik değildir. Bazı malzemeler bir enormous base e sahiptir Bazı malzemeler ise yenilenebilir Ana yapı malzemeleri enormous base sahiptir Diğerleri için resource base küçüktür. Bunlar sıklıkla küçük miktarlarda kullanılırlar. Malzeme fiyatları gelecek 20 yılda değişecektir. Dizaynırlar bu değişimlerin farkında olmalı ve sürekli olarak malzemeleri mümkün olduğu kadar verimli kullanabilmek için fırsatları gözetmelidir.

32 Malzeme Kaynağı Problemi Hükümetler, toplu üretilen tüketim ürünlerinin (araba, elektronik teçhizat ve beyaz eşya gibi) geniş bir bölümünden geri dönüşüm malzemeleri üzerine zorunlu hedefler dayatıyorlar. İmalatçılar şimdi ürünlerin tüm kullanım süresi için dizayn yapmalıdır.

33 Çevresel Etki Ürünlerinin toplu üretimi çevre üzerine iki önemli yük getirir. Birincisi çıkan atığın hacmidir. İkincisi, malzemeleri ekstrakte etmek ve işlemlemek ve bunlardan yapılmış eşyaları imal etmek ve dağıtmak için enerji üretimidir.