Tarımsal Mekanizasyon 18. Ulusal Kongresi Tekirdağ 194 TARIM TRAKTÖRLERĠNDE, GÜÇ VE YÜKLENME KOġULLARINA BAĞLI OLARAK, ÖZGÜL YAKIT TÜKETĠMĠ VE EGZOZ GAZI SICAKLIĞI ARASI ĠLĠġKĠLERĠN ĠNCELENMESĠ ÜZERĠNE BĠR ARAġTIRMA A Research on Determination of Relations Between, Temperature of Exhaust Gas and Specific Fuel Consumption Depending on Power and the Loading Levels in Agricultural Tractors S. K. SÜMER 1 A. SABANCI 2 K. ÜLKER 3 ÖZET Bu çalışmada, traktörlerde güç ve yüklenme koşullarına bağlı olarak egzoz gazı sıcaklığı ve özgül yakıt tüketimi arası ilişkiler incelenmiştir. Araştırmada; Fiat-64, Fiat-54C ve Universal-445 traktörleri kullanılmış ve bu traktörler, hidrolik bir kuyruk mili dinamometresi ile kademeli olarak yüklenmiştir. Uygulanan her yük için maks. 1 o C ye kadar ölçüm sağlayan bir termometre ile egzoz gazı sıcaklıkları ve yakıt tüketimi ölçüm seti ile yakıt tüketimleri ölçülmüştür. Çalışma sonunda elde edilen değerler yardımıyla egzoz gazı sıcaklığı, güç ve özgül yakıt tüketimi arasında önemli ilişkiler bulunmuş ve bu ilişkilere dayanılarak traktörün ekonomik kullanımı için öneriler getirilmiştir. ABSTRACT In this study, the relations between temperature of the exhaust gas and specific fuel consumption of the tractor depending upon tractor power and its loads were examined. For this purpose, Three tractor (Fiat-64, Fiat-54C and Universal-445) were used. Tractors were loaded step by step with a p.t.o. dynamometer. The temperatures at each load level was measured by a thermometer which can measure a max. of 1 o C. Fuel consumption at each load measured by a special measuring set. In conclusion, it s found that there is a significant relationship among exhaust gases temperature, power and specific fuel consumption of the tractor. Some proposals developed by this relationships amongs the measured characteristic, in order to use tractor economically. 1. GĠRĠġ 1 Ar. Gör., Ç.Ü. Ziraat Fakültesi Tarım Makinaları Bölümü, Adana. 2 Prof. Dr., Ç.Ü. Ziraat Fakültesi Tarım Makinaları Bölümü, Adana. 3 Uzman, Ç.Ü. Ziraat Fakültesi Tarım Makinaları Bölümü, Adana.
Tarımsal Mekanizasyon 18. Ulusal Kongresi Tekirdağ 195 Tarımsal üretim, pek çok çalışma şekline sahiptir. Bu çeşitlilik, kullanılan iş makinalarına paralel bir şekilde, kuvvet makinası olarak traktörün özelliklerinde de çeşitliliğe neden olmaktadır. Bu nedenle traktör, sadece bir çeki aracı olmaktan çıkmış, bir çok iş makinası bileşiminin çok değişik enerji gereksinimlerini karşılayarak kullanılabilen çok amaçlı bir tarım makinası haline gelmiştir (3). Dünyada, gelişmiş ve gelişmekte olan ülkelerde, traktör sayılarında günden güne hızlı bir artış söz konusudur. Ancak sayısal artışın yanında, traktörün etkin kullanımınıda amaçlamak gerekir. Traktör gibi çok pahalı bir güç kaynağının daha yüksek bir kapasitede ve daha ekonomik olarak kullanımının sağlanması, traktör parkının büyütülmesinden çok daha önemlidir. Tarımsal mekanizasyon uygulamalarında verimliliğin sağlanması için, tarımsal işletmelerde traktörün yeteneklerinin bilinmesi ve buna uygun şekilde kullanılması ile, işletmeci, işletmede mevcut traktör ve iş makinalarının kullanım etkinliğini artırarak işletme giderlerinin azalmasını sağlayabilir (1, 2). Bu araştırmada, traktörlerin farklı güçlerde yüklenmesi ile elde edilen egzoz gazı sıcaklığı ve özgül yakıt tüketimi değerleri arasında ilişkiler incelenmiş ve grafikler yardımıyla açıklanmıştır. Ayrıca, traktörün daha verimli ve ekonomik çalıştırılması için, kullanıcıyı yönlendirici bilgilerin belirlenmesi amaçlanmıştır. 2. MATERYAL ve YÖNTEM 2.1. Materyal Deneysel çalışmalarda ölçmeler, Fıat 54 C, Fıat 64 ve Üniversal 445 traktörleri üzerinde yapılmıştır. Bu traktörlere ait teknik özellikler, Çizelge 1 de verilmiştir. Traktörleri farklı oranlarda yüklemek amacıyla, atelye tipi P-4 B hidrolik dinamometresi kullanılmıştır. Hidrolik dinamometrenin ana elemanı, traktör kuyruk milinden veya direkt olarak motordan aldığı hareketle özel bir yağa hareket veren hidrolik bir pompadır. Dinamometre, çalışması esnasında yağı sürekli olarak iki deposu arasında hareket ettirir ve hareket eden yağ depo içerisinde hareket eden su ile soğutur. Çalışmada, egzoz gazı sıcaklığını ölçmek amacıyla, 1 o C ye kadar ölçüm sağlayan, 1 o C taksimatlı bir termometre kullanılmıştır (Industrial Pyrometer). Yakıt tüketiminin belirlenmesinde ise bir yakıt deposu, akışmetre ve yakıt sistemi ile bağlantı sağlayan hortumların oluşturduğu bir ölçüm sistemi kullanılmıştır. Çizelge 1. Araştırmada Kullanılan Traktörlere Ait Teknik Özellikler Özellikler ÜNIVERSAL 445 FIAT 64 FIAT 54 C Anma adı U-445 FI-64 FI-54C Yapım yılı 1977 1979 1997 Anma gücü 45 (33.1) 64 (47.1) 55 (4.4) BG (kw) Traktörün toplam 1732 2316 218 ağırlığı (kg) Motor tipi Diesel, 3 silindirli, direkt enjeks. Diesel, 4 slindirli, direkt enjeks. Diesel, 3 indirli direkt enjeks. 2.2. Yöntem
Tarımsal Mekanizasyon 18. Ulusal Kongresi Tekirdağ 196 2.2.1. Yakıt Tüketimi ve Egzoz Gazı Sıcaklık Ölçümleri Ölçümler açık hava koşullarında FI-64, FI-54 C ve U-445 traktörleri üzerinde yapılmıştır. Değerler alınmaya başlanmadan önce, motor, işletme ısısına ulaşması için 1 dakika rolantide çalıştırılmıştır. Dinamometre, traktörün kuyruk miline bağlandıktan sonra, kuyruk mili devri 54 d/dak ya ayarlanmış ve elektronik bir devir ölçer ile dinamometre kalibrasyonu yapılmıştır. Daha sonra kuyruk mili kademeli olarak yüklenmiştir. Ölçümlerde yük kademesi olarak, FI-54 C de 1, 15, 2, 25, 3, 35, 4, 45, BG, FI-64 da 1, 15, 2, 25, 3, 35, 4, 45, 5, 55 BG, U-445 de ise 1, 15, 2, 25, 3, 35, 4 BG seçilmiştir (Yüklemelerde kullanılan dinamometrenin yük kademelerinin BG ne göre düzenlenmiş olması nedeni ile, çalışmada güç birimi olarak kw yerine BG kullanılmıştır). Traktörlerin kuyruk miline uygulanan bu yüklerin her biri için egzoz gazı sıcaklığı ve yakıt tüketim değerleri ölçülmüştür. Egzoz gazı sıcaklık ölçümleri için kullanılan termometrenin algılama ucu, egzoz susturucusu içerisine yerleştirilmiş ve kuyruk miline uygulanan her yük kademesinde oluşan egzoz gazı sıcaklık değeri anolog göstergeden okunmuştur. Yakıt tüketimi ölçümleri, egzoz gazı sıcaklık ölçümleri ile paralel olarak aynı zaman içerisinde yapılmıştır. Traktörden ayrı bir yere yerleştirilmiş olan yakıt deposundan alınan yakıt, akışmetreye gelmekte ve akışmetreden bir bağlantı hortumu ile yakıt sistemine taşınmaktadır. Enjektörlerde ve injeksiyon pompasında kullanılmayan fazla yakıt ise bağlantı hortumları ile tekrar akışmetreye iletilmektedir. Traktörün bu sistem ile çalışması sırasında, traktör kuyruk miline uygulanan her yük kademesinde, elektronik bir kronometre ile akışmetre üzerinde 5 cc lik yakıtın ne kadar zaman içerisinde tüketildiği 5 tekrarlı olarak saptanmış ve elde edilen değerlerin aritmetik ortalaması alınmıştır. Daha sonra bu ortalama yakıt tüketimi değerleri, özgül yakıt tüketimi cinsinden (g/bg-h) hesaplanmıştır. Güç, egzoz gazı sıcaklığı ve yakıt tüketimi arasındaki ilişkiler, grafiksel olarak incelenmiş ve regresyon analizleri ile modellenmiştir. 3. BULGULAR ve TARTIġMA 3.1. Güç, Egzoz Gazı Sıcaklığı ve Özgül Yakıt Tüketimi Arasındaki iliģkiler Araştırmada kullanılan üç traktör üzerinde farklı yüklenme koşullarında yapılan ölçümlerde elde edilen egzoz gazı sıcaklığı ve özgül yakıt tüketimi değerleri çizelgeler halinde, çizelge 2, 3 ve 4 te verilmiştir. Çizelge 2. FI-64 Traktöründe Kuyruk Miline Uygulanan Farklı Yüklerde Ölçülen Egzoz Gazı Sıcaklığı ve Özgül Yakıt Tüketimi Ortalama Değerleri. Güç (BG) Egzoz gazı sıcaklığı ( o C) Yakıt tüketimi (L/h) Özgül yakıt tüketimi (g/bg-h) 1 42 4,7 43.7 15 465 5,3 36.4 2 51 6, 26. 25 555 6,7 23. 3 6 7,4 212. 35 65 8,1. 4 69 8,9 191.5 45 75 9,6 185. 5 835 1,8 186.5 55 8 1,3 161.5 Çizelge 3. U-445 Traktöründe Kuyruk Miline Uygulanan Farklı Yüklerde Ölçülen Egzoz Gazı Sıcaklığı ve Özgül Yakıt Tüketimi Ortalama Değerleri Güç Egzoz gazı Yakıt tüketimi Özgül yakıt tüketimi
Özgül yakıt tüketimi (g/bg-h) Tarımsal Mekanizasyon 18. Ulusal Kongresi Tekirdağ 197 (BG) sıcaklığı ( o C) (L/h) (g/bg-h) 1 31 3,4 295. 15 37 4,1 235.4 2 44 4,8 27.8 25 51 5,5 19.9 3 61 6,4 184.5 35 8 8,1 199.6 4 75 6,8 146.6 Çizelge 4. FI-54 C Traktöründe Kuyruk Miline Uygulanan Farklı Yüklerde Ölçülen Egzoz Gazı Sıcaklığı ve Özgül Yakıt Tüketimi Ortalama Değerleri Güç (BG) Egzoz gazı sıcaklığı ( o C) Yakıt tüketimi (L/h) Özgül yakıt tüketimi (g/bg-h) 1 27 3,5 31.2 15 32 4,1 237.6 2 36 4,8 27.9 25 42 5,6 188. 3 47 6,1 176.6 35 55 7, 172. 4 64 7,9 17.1 45 6 7, 134.1 3.1.1. Güç Ġle Özgül Yakıt Tüketimi Arasındaki ĠliĢkiler Güç ile özgül yakıt tüketimi arasındaki ilişkinin belirgin bir şekilde incelenebilmesi için, Çizelge 2. 3 ve 4 teki değerlerden yararlanılarak Şekil 1 deki eğriler oluşturulmuştur. Ayrıca, güç ile özgül yakıt tüketimi arasındaki ilişki, regresyon analizleri ile modellenmiş ve güç ile özgül yakıt tüketimi arasında üssel bir ilişki olduğu saptanmıştır. Elde edilen eşitlikler ve iyilik dereceleri, Şekil 1 de verilmiştir. 45 4 35 3 25 15 1 5 y (FI-54 C) = 2,9346x 2-45,773x + 329,6 R 2 =,9334 y (FI-64) = 3,8686x 2-63,881x + 436,9 R 2 =,9454 y (U-445) = 3,1845x 2-44,765x + 323,91 R 2 =,8667 1 15 2 25 3 35 4 45 5 55 Güç (BG) U-445 FI-54 C FI-64 ġekil 1. U-445, FI-54 C ve FI-64 traktörlerine ait güç ve özgül yakıt tüketimi değişim eğrileri. Şekil 1 deki eğrilere bakıldığında, 54 d/dak standart kuyruk mili devrinde, kuyruk miline uygulanan yük kademelerindeki artışa bağlı olarak her üç traktörün de özgül yakıt tüketiminde azalma görülmektedir. Çizelge 2, 3 ve 4 teki değerler incelendiğinde, güç ile yakıt tüketimi arasında ise doğrusal bir ilişki olduğu görülmektedir.
Egzoz Gazı Sıcaklığı ( o C) Tarımsal Mekanizasyon 18. Ulusal Kongresi Tekirdağ 198 Traktöre uygulanan ilk yük kademelerinde özgül yakıt tüketimleri en yüksek seviyededir. Bu nedenle, traktörlerin işletmede minimum özgül yakıt tüketiminde yani efektif olarak kullanımı için orta ve üstündeki güçlerde çalıştırılması gerekmektedir. Son yük kademesinde özgül yakıt tüketimi minimum seviyededir. Fakat, son yük kademesinde çalışma sırasında traktörlerde kararsız bir çalışma görüldüğü için, traktörün bu güçler altında çalıştırılması önerilmemektedir. 4.1.2. Güç Ġle Egzoz Gazı Sıcaklığı Arasındaki ĠliĢkiler Güç ile egzoz gazı sıcaklığı arasındaki ilişkilerin incelenebilmesi için, Çizelge 2, 3, ve 4 teki değerlerden yararlanılarak Şekil 2 deki grafik oluşturulmuştur. Ayrıca, güç ve egzoz gazı sıcaklığı arasındaki ilişki, regresyon analizleri ile modellenmiş ve güç ile egzoz gazı sıcaklığı arasında üssel bir ilişki olduğu saptanmıştır. Elde edilen eşitlikler ve iyilik dereceleri de Şekil 2 de verilmiştir. 1 1 y (U-445) = 1,395x 2 + 73,452x + 221,43 R 2 =,9431 y (FI-64) = -,2841x 2 + 49,58x + 365,75 R 2 =,9811 8 6 4 y (FI-54 C) = -,7738x 2 + 6,893x + 199,46 R 2 =,9612 U-445 FI-54 C FI-64 1 15 2 25 3 35 4 45 5 55 Güç (BG) ġekil 2. U-445, FI-54 C ve FI-64 Traktörlerine ait güç ve egzoz gazı sıcaklığı değişim eğrileri Şekil 2 deki eğrilere bakıldığında, kuyruk miline uygulanan yük kademelerindeki artışa bağlı olarak, her üç traktöründe egzoz gazı sıcaklığında belirli bir noktaya kadar artış olduğu görülmektedir. Traktörlerin kuyruk miline uygulanan son yük kademesinde ise, her üç traktörün de egzoz gazı sıcaklığında ani bir azalma görülmektedir. 4.1.3. Egzoz Gazı Sıcaklığı ve Özgül Yakıt Tüketimi Arasındaki ĠliĢkiler Traktör kuyruk miline uygulanan farklı yüklerde ölçülen özgül yakıt tüketimi ve egzoz gazı sıcaklığı arasındaki ilişkilerin incelenmesi amacıyla Çizelge 2, 3 ve 4 teki değerlerden yararlanılarak, FI-54 C, FI-64 ve U-445 traktörleri için ayrı grafikler oluşturulmuştur. Ayrıca, egzoz gazı sıcaklığı ile özgül yakıt tüketimi arasındaki ilişki, regresyon analizleri yapılarak modellenmiş ve aralarında üssel bir ilişki olduğu saptanmıştır. Elde edilen eşitlikler ve iyilik dereceleri, egzoz gazı sıcaklığı ile özgül yakıt tüketimi değişim eğrileri ile birlikte verilmiştir.
Özgül Yakıt Tüketimi (g/bg-h) Özgül Yakıt Tüketimi (g/bg-h) Özgül Yakıt Tüketimi (g/bg-h) Tarımsal Mekanizasyon 18. Ulusal Kongresi Tekirdağ 199 35 3 25 15 1 5 y = 2,9346x 2-45,773x + 329,6 R 2 =,9334 27 32 36 42 47 55 64 6 Egzoz Gazı Sıcaklığı ( o C) ġekil 3. FI-54 C traktörüne ait özgül yakıt tüketimi ve egzoz gazı sıcaklığı değişim eğrisi. 45 4 35 3 25 15 1 5 y = 3,8686x 2-63,881x + 436,9 R 2 =,9454 42 465 51 555 6 65 69 75 835 8 Egzoz Gazı Sıcaklığı ( o C) ġekil 4. FI-64 traktörüne ait özgül yakıt tüketimi ve egzoz gazı sıcaklığı değişim eğrisi. 3 25 15 1 5 y = 3,1845x 2-44,765x + 323,91 R 2 =,8667 31 37 44 51 61 8 75 Egzoz Gazı Sıcaklığı ( o C) ġekil 5. U-445 traktörüne ait özgül yakıt tüketimi ve egzoz gazı sıcaklığı değişim eğrisi. FI-64, FI-54 C ve U-445 traktörleri için oluşturulan egzoz gazı sıcaklığı ile özgül yakıt tüketimi değişim eğrileri incelendiğinde, üç traktörde de kuyruk miline uygulanan yüke bağlı olarak, egzoz gazı sıcaklığı ile özgül yakıt tüketimi arasında ters bir ilişki olduğu görülmektedir. Ancak, her üç traktörde de kuyruk millerine uygulanan son yük kademesinde hem egzoz gazı sıcaklığında hem de özgül yakıt tüketiminde ani bir azalma görülmektedir. Buradan da, bu yükler altında traktörün, dengesiz bir şekilde çalıştığı anlaşılmaktadır.
Tarımsal Mekanizasyon 18. Ulusal Kongresi Tekirdağ 4. SONUÇ VE ÖNERĠLER Kuyruk miline uygulanan yük kademelerindeki artışa bağlı olarak her üç traktöründe özgül yakıt tüketiminde azalma olduğu saptanmıştır. Traktörün işletmede efektif olarak kullanımı için minimum özgül yakıt tüketimi ile çalıştırılması gerekmektedir. Bu nedenle, traktörün orta ve yüksek güç düzeylerinde çalıştırılması, işletme için daha ekonomik kullanım sağlayacaktır. Minimum özgül yakıt tüketimi, üç traktörde de kuyruk miline uygulanan son yük kademelerinde oluşmasına rağmen, traktörlerin bu güçler altında kararsız bir şekilde çalışması nedeni ile, tarımsal işlerde kullanılan traktörlerde yapılan işin kararlılığı açısından traktörün aşırı yükler altında çalıştırılması uygun olmamaktadır. Bu nedenle, tarımsal işlemlerin daha ekonomik olarak yapılabilmesi için, traktörü zorlamak yerine uygun büyüklükteki traktörlerin kullanılması daha doğru olacaktır. Kuyruk miline uygulanan yük kademeleri ile egzoz gazı sıcaklığı arasında doğrusal bir ilişki olduğu saptanmıştır. Traktöre uygulanan son yük kademelerinde, özgül yakıt tüketimlerinde olduğu gibi egzoz gazı sıcaklık değerlerinde de ani bir azalma olması, traktörün bu güçler altında dengesiz bir şekilde çalıştığını göstermektedir. Egzoz gazı sıcaklığındaki bu artış, traktör motorundaki yıpranmaları ve egzoz gazı ile atılan ısı enerjisindeki artışı göstermektedir. Traktör kuyruk miline uygulanan yüke bağlı olarak, egzoz gazı sıcaklığı ile özgül yakıt tüketimi arasında ters bir ilişki, yakıt tüketimi arasında ise doğrusal bir ilişki olduğu saptanmıştır. Günümüzde, tarımsal işletmelerde traktörler, yeterince bilinçli bir şekilde kullanılamamaktadır. Traktörlerin bu şekilde kullanımı, önemli ekonomik kayıplara neden olacaktır. Bu araştırmada elde edilen güç, egzoz gazı sıcaklığı ve özgül yakıt tüketimi arasındaki ilişkilere dayanılarak, kullanılacak bir termometre ile, sürücünün traktörü daha verimli olarak kullanması olanaklı olacaktır. Örneğin, işletmede bulunan traktör ile yapılan tarımsal işlem sırasında bir termometre ile egzoz gazı sıcaklığı ölçülerek, yapılan işin güç ihtiyacı ve özgül yakıt tüketimi, dolaylı olarak belirlenebilir ve bu bilgiler doğrultusunda daha verimli bir çalışma sağlanabilir. Aynı zamanda, traktörün kullanımına bağlı oluşan yıpranmalar nedeniyle traktörlerde oluşan verim kayıpları bu denemelerin tekrarlanması ile kontrol edilebilir. Bu önlem, zamanında ve daha etkin bir traktör bakımına ve kullanımına olanak sağlayacaktır. KAYNAKLAR
Tarımsal Mekanizasyon 18. Ulusal Kongresi Tekirdağ 21 1. Kılıç, A., Arın, S., Trakyada Yaygın OlarakKullanılan Bazı (Ford 36, Steyr 768, MF 185) Traktörlerin 2 km/h lik Sabit Hızda, En Yüksek Vites Kademesinde Gereksinme Duyulan Güç, Enerji ve Yakıt Değerlerinin Saptanması. Tarımsal Mekanizasyon 6. Ulusal Kongresi Bildiri Kitabı. Bursa 87-97s 5-7 Eylül 1995. 2. Koertner, R.G., Bashford, L.L., Lane, D.E., Tractor Instrumentation for Measuring Fuel and Energy Requirement. Transactions of the ASAE. V:2(3) 42-45s 1977 3 Sabancı, A., Tarım Traktörleri, Ç.Ü. Ziraat Fakültesi Genel Yayın No: 46, Ders Kitapları Yayın No: 9. 217s. 1993.