Yabani ve Limon ÇeĢidi Ayva Meyvelerinin Bazı Fiziksel ve Hidrodinamik Özelliklerinin Belirlenmesi Türker SARAÇOĞLU 1, Necmiye ÜÇER 1, Cengiz ÖZARSLAN 1 1 Adnan Menderes Üniversitesi Ziraat Fakültesi Tarım Makinaları Bölümü Aydın Özet: Bu çalıģmada; Limon çeģidi ve yabani ayva meyvesinin boyut, kütle, hacim, yoğunluk, küresellik, projeksiyon alanı, statik sürtünme katsayısı gibi fiziksel özellikler ile meyvenin su içerisinde kritik hızı, su içinde sürtünme kuvveti ve kaldırma kuvveti gibi hidrodinamik özelliklerinin belirlenmesi amaçlanmıģtır. Meyvenin boyut özelliklerinin belirlenmesi amacıyla, her bir meyvenin dijital fotoğrafları çekilerek Image Tool 3.0 görüntü iģleme programında analiz edilmiģtir. Meyvenin hidrodinamik özelliklerinin belirlenmesi amacıyla, 400x400 mm kesite sahip 1500 mm yüksekliğe sahip cam su tankı kullanılmıģtır. Ayva meyvesinin plastik (PE), karton, ahģap, kauçuk ve çelik (paslanmaz) yüzeyler üzerindeki statik sürtünme katsayısı deneme sonuçlarına göre en yüksek statik sürtünme katsayısı değerleri kauçuk yüzeyde, en düģük değerler ise çelik yüzeyde elde edilmiģtir. Yapılan istatistiksel analiz sonucunda Limon çeģidi ve yabani ayva meyvelerinin fiziksel ve hidrodinamik parametrelerin arasındaki farkın %1 önem seviyesine göre önemli olmadığı bulunmuģtur. Kritik hız, su içinde sürtünme kuvveti ve kaldırma kuvveti değerleri Limon çeģidi için sırasıyla 0.24 ms -1, 0.19 N ve 2.28 N; yabani ayva için sırasıyla 0.21 ms -1, 0.14 N ve 2.28 N olarak elde edilmiģtir. Anahtar kelimeler: Ayva, fiziksel özellikler, hidrodinamik özellikler. Determination of Some Physical and Hydrodynamic Properties of Wild and Limon Variety of Quince Fruit Abstract: In this study, determination of physical properties such as dimension, mass, volume, density, sphericity, projected area, static coefficient of friction, and hydrodynamic properties in water such as terminal velocity, drag force and buoyant force of the Limon variety and wild quince fruits is aimed. In order to determine the dimensional properties of the fruits, digital images of the each fruit were captured and then analyzed using Image Tool 3.0 image processing software. With the aim of determining the hydrodynamic properties of the fruits, a glass water tank which has a profile of 400x400 mm and a height of 1500 mm is used. The static coefficient of friction of quince fruits on five different structural materials, namely plastic (PE), cardboard, wood, rubber and stainless steel was determined. These values were found highest on rubber surfaces and lowest on stainless steel surfaces. Statistical analysis showed that physical or hydrodynamic properties of Limon variety and wild quince fruit were not significant when the significance level is at 1%. The terminal velocity, drag force and buoyant force values were obtained as 0.24 ms -1, 0.19 N, 2.28 N for Limon variety, and 0.21 ms -1, 0.14 N, 2.28 N for wild quince, respectively. Keywords: Quince, physical properties, hydrodynamic properties. GĠRĠġ Ayvanın anavatanı kuzeybatı Ġran, Kuzey Kafkasya, Hazar Denizi dolayları ve Kuzey Anadolu dur. Ayva kültürü, Anadolu dan milattan önceki yıllarda Yunanistan ve Romanya ya geçmiģtir. Ayva Rosales takımın Rosaceae familyasının Pomoide alt familyasının Cydonia cinsine girmektedir (Anonim, 2010a). Dünyada pek çok ülkede yetiģtiriciliği yapılan ayva üretiminde Türkiye uzun yıllık ortalamalara göre yaklaģık 100,000 ton/yıllık üretimiyle lider ülke durumundadır (Çizelge 1) (FAO, 2010). Ayva meyvesinin çeģitleri, armut ve elmaya göre çok azdır. Bunun nedeni, ayva çeģitleri üzerinde geniģ ıslah çalıģmalarının yapılmamıģ olmasıdır. Ancak iç piyasada Bardak, Demir, Ekmek, Limon ve EĢme gibi ayva çeģitlerinin yanında yabani ayvanın da ticari olarak sunulduğu bilinmektedir. 45
Çizelge1. 1998-2008 yılları ortalamalarına göre ayva üretim değerleri (FAO, 2010) Ülkeler Üretim (t/yıl) Türkiye 99147.64 Çin 86363.64 Özbekistan 32099.64 Ġran 32029.91 Fas 29885.36 Diğer 170691.30 Ayvalar el ile ve bir makas veya bıçak yardımıyla toplanır. Meyve dalcıkla birleģtiği yerden kesilerek ayrılır. Toplama sırasında meyvelerin zedelenmemesine özel olarak dikkat edilmelidir. Meyve eti çabuk zedelenir. Zedelenen yerler kararır ve buralardan çürümeye baģlar. (Anonim, 2010b) Tarımsal ürünlerin iģlenmesi, temizlenmesi, taģınması ve depolanmasında kullanılan makinaların tasarımı için bu ürünlerin fiziksel özelliklerinin bilinmesi gerekmektedir (Özarslan, 2002). Kütle, hacim ve projeksiyon alanı gibi fiziksel karakteristikler boyutlandırma sistemlerinin belirlenmesinde önemli özelliklerdendir. Meyvelerin kalite farklılıkları yoğunlarındaki değiģimler sayesinde saptanabilmektedir. Meyvelerin hidrolik iletiminde akıģ hızları meyvenin yoğunluğu ve Ģekli ile iliģkilidir. Meyvelerin hacim ve projeksiyon alanları soğutma ve kurutma sırasındaki ısı ve kütle transferlerinin doğru modellenmesi için bilinmelidir. Kütle, boyut ve projeksiyon alanları arasındaki iliģkinin belirlenmesi ağırlık sınıflandırılmasında kullanılabilmektedir (Kheiralipour et al., 2008). Tarımsal ürünlerin hidrolik olarak sınıflandırılması, iģlenmesi ve hidrolik taģınması için hidrodinamik özellikler oldukça önemlidir. Bu özellikler ürünün kritik hızı ve taģıma kanalının karakteristiklerine bağlıdır (Mohsenin, 1986). Jordan and Clerk (2004) çalıģmalarında, düģük veya yüksek yoğunluğa sahip akıģkanın içinde gerçekleģtirilecek meyve sınıflandırmasında meyve kritik hızının kullanılabileceğini belirtmiģlerdir. Farklı kritik hızlara sahip meyveler kanal içinde belirli bir akıģtan sonra değiģik derinliklere ulaģmaktadır. Böylece kanal içinde uygun bölücüler kullanılarak ayırma iģlemi gerçekleģtirilebilmektedir. Bu çalıģmada; Limon çeģidi ve yabani ayva meyvesinin boyut, kütle, hacim, yoğunluk, küresellik, projeksiyon alanı, statik sürtünme katsayısı gibi fiziksel özellikler ile meyvenin su içerisinde kritik hızı, su içinde sürtünme kuvveti ve yükselme kuvveti gibi hidrodinamik özelliklerinin belirlenmesi amaçlanmıģtır. MATERYAL ve YÖNTEM ÇalıĢma materyalini oluģturan Limon çeģidi ve yabani ayvalar 2009 hasat döneminde Adnan Menderes Üniversitesi Ziraat Fakültesi nde kurulu uygulama bahçesinden elle hasat edilmiģtir. Limon çeģidi ve yabani ayvanın her birinden 20 adet olmak üzere toplam 40 adet örnekten oluģan meyveler polietilen kasalarla taģınarak laboratuarda denemeler süresince 4 C sıcaklıktaki buzdolabında muhafaza edilmiģtir. Ayva meyvesinin nem içeriğinin belirlenmesi amacıyla meyveler dört eģit parçaya bölünerek 70 C sıcaklıktaki etüvde sabit ağırlığa ulaģıncaya kadar tutulmuģ ve Limon çeģidinde %81.42, yabani ayvada ise %79.30 nem değerleri elde edilmiģtir (Akinci et al., 2004). Meyvenin boyut özelliklerinin ve projeksiyon alanının belirlenmesi amacıyla, her bir meyvenin iki temel eksende 1 cm 2 lik kalibrasyon yüzeyleriyle beraber dijital fotoğrafları çekilmiģ (ġekil 1) ve Image Tool 3.0 görüntü iģleme programı kullanılarak analiz edilmiģtir (ġekil 2). ġekil 1. Örneklerin iki temel eksende görüntüsü Image Tool 3.0 programı tarafından elde edilen veriler kullanılarak geometrik ortalama çap değeri, küresellik ve yüzey alanı değerleri aģağıdaki eģitlikler yardımıyla bulunmuģtur (Mohsenin, 1986). 46
Meyve hacim ve yoğunluğunun belirlenmesi için su taģırma yöntemi kullanılmıģtır (Mohsenin, 1986). Meyve kütlelerinin ölçümü amacıyla 0.01 g ölçüm aralığına sahip hassas terazi kullanılmıģtır. Ayva meyvesinin plastik (PE), karton, ahģap, kauçuk ve çelik (paslanmaz) yüzeyler üzerindeki statik sürtünme katsayılarının belirlenmesi amacıyla yüzey eğimi ayarlanabilir test cihazı kullanılmıģtır. Statik sürtünme katsayısı, yüzey eğimine bağlı olarak aģağıdaki eģitlikten hesaplanmıģtır (Özarslan, 2002); tan (4) ġekil 2. Image Tool 3.0 programında boyut ve projeksiyon alanının belirlenmesi D o D o L W T 1 L W T 3 (1) 1 (L W T) 3 Sp L (2) 2 S (D o ) (3) : Geometrik ortalama çap, mm : Uzunluk, mm : GeniĢlik, mm : Kalınlık, mm S p : Küresellik, % S : Yüzey alanı, mm 2 dir. : Statik sürtünme katsayısı : Yüzey eğim açısı ( ) dir. Ayvanın hidrodinamik özelliklerinin belirlenmesi amacıyla, 400x400 mm kesite sahip 1500 mm yükseklikte cam malzemeden su tankı imal edilmiģtir. Kullanılan tankın ölçülerinde, Vanoni (1975) e atfen Kheiralipour et al. (2008) in belirttiği ölçüler dikkate alınmıģtır. Tank 20 C sıcaklıkta musluk suyuyla 1400 mm yüksekliğe kadar doldurulmuģtur. Her bir meyve tankın dibine, özel bir tutucu yardımıyla yatay pozisyonda yerleģtirilmiģtir. Daha sonra meyve tutucudan serbest bırakılarak su içinde yükselmesi 25 fps özellikli bir SONY kamera ile kayıt edilmiģtir (ġekil 3). Kayıt edilen görüntüler bilgisayar ortamında analiz edilmiģ ve meyvenin yükselme zamanı belirlenerek kritik hızı hesaplanmıģtır. ġekil 3. Hidrodinamik özelliklerin belirlenmesi için kullanılan su tankı ve kamera 47
Ayva meyvesinin suyun içindeki hareketinde etkili olan kuvvetlerden; yerçekimi kuvveti (F w ) aģağı yönde, su içinde sürtünme kuvveti (F d ) meyvenin hareketinin tersi yönde, kaldırma kuvveti (F b ) ise yukarı yöndedir. Bu kuvvetler aģağıdaki eģitliklerden elde edilebilir (Mirzaee et al., 2009; Mohsenin, 1986); F w m g (5) 2 v F C A w t d p (6) 2 Fb w V g (7) F w : Yerçekimi kuvveti, N F d F b m : Su içinde sürtünme kuvveti, N : Kaldırma kuvveti, N : Meyve ağırlığı, kg g : Yerçekimi ivmesi, m/s 2 C : Sürtünme katsayısı A p : Projeksiyon alanı, m 2 ρ w : Suyun özkütlesi, kg/m 3 v t V : Kritik hız, m/s : Meyve hacmi, m 3 dür. Sürtünme katsayısı aģağıdaki eģitlikten hesaplanmaktadır (Mohsenin, 1986); C 2 m g f w 2 (8) v t Ap f w ρ f : Meyvenin özkütlesi, kg/m 3 dür. ÇalıĢmada elde edilen sonuçlar SPSS 13.0 paket programı ile istatistiksel analize tabi tutulmuģtur. BULGULAR ve TARTIġMA ÇalıĢma materyalini oluģturan ayva meyvelerinin farklı yüzeyler üzerindeki statik sürtünme katsayılarının değiģimi ġekil 4 de görülmektedir. Sonuçlar incelendiğinde tüm yüzeyler arasında Limon çeģidi ve yabani ayva için en yüksek statik sürtünme katsayısı değerleri kauçuk yüzeyde, en düģük değerler ise çelik yüzeyde elde edilmiģtir. AhĢap yüzey üzerindeki katsayı değerleri Limon çeģidi ve yabani ayva için olarak belirlenmiģtir. Limon çeģidi ve yabani ayva meyvelerinin bazı fiziksel ve hidrodinamik özelliklerine iliģkin sonuçlar Çizelge 2 de verilmiģtir. Limon çeģidinin geometrik ortalama çap, küresellik, yüzey alanı ve projeksiyon alanı değerleri sırasıyla 80.95 mm, %89, 207.04 cm 2 ve 53.60 cm 2 olarak belirlenmiģtir. Yabani ayva meyveleri için bu parametreler sırasıyla 80.92 mm, %92, 207.48 cm 2 ve 52.46 cm 2 olarak saptanmıģtır. Hidrodinamik parametrelerden kritik hız, su içinde sürtünme kuvveti ve kaldırma kuvvetleri Limon çeģidinde sırasıyla 0.24 m/s, 0.19 N ve 2.28 N olarak elde edilmiģtir. Yabani ayva meyveleri için bu parametreler sırasıyla 0.21 m/s, 0.14 N ve 2.28 N olarak belirlenmiģtir. Yapılan varyans analizi sonucunda Limon çeģidi ve yabani ayva meyvelerinin fiziksel ve hidrodinamik parametreleri arasındaki farkın %1 önem seviyesine göre önemli olmadığı bulunmuģtur. Sonuçlar incelendiğinde fiziksel özellikler arasında farklılığın bulunmaması nedeniyle, hidrodinamik özellikler arasında da farkın oluģmadığını söylemek mümkündür. Limon çeģidi ve yabani ayva meyvelerinin fiziksel ve hidrodinamik özellikleri arasında farklılığın olmaması nedeniyle her iki grup meyve için yapılan korelasyon analizi sonuçları Çizelge 3 te görülmektedir. Su içinde sürtünme kuvveti ile meyvenin hacmi, kütlesi, yerçekimi kuvveti, geometrik ortalama çapı ve yüzey alanı arasında sırasıyla, 0.737, 0.628, 0.628, 0.620 ve 0.628 korelasyon katsayılarına sahip ve %1 önem seviyesinde iliģkiler saptanmıģtır. Kaldırma kuvveti ile meyvenin projeksiyon alanı, yerçekimi kuvveti, su içinde sürtünme kuvveti, geometrik ortalama çapı ve yüzey alanı arasında sırasıyla 0.967, 0.989, 0.737, 0.977 ve 0.978 korelasyon katsayısına sahip ve %1 önem seviyesinde bir iliģki bulunmuģken, meyvenin küreselliği ile 0.522 korelasyon katsayısına sahip ve %5 önem seviyesinde bir iliģki elde edilmiģtir. SONUÇ Tarımsal ürünlerin hasat sonrası iģlemlerinde kullanılan makinaların tasarımı için bu ürünlerin fiziksel özelliklerinin yanında, sınıflandırma, iģlenme ve taģıma için hidrodinamik özelliklerin bilinmesi önemlidir. Bu çalıģmada; Limon çeģidi ve yabani ayva meyvelerinin bazı fiziksel ve hidrodinamik özellikleri belirlenerek bu özelliklerin birbirleri ile iliģkileri irdelenmiģtir. 48
Statik sürtünme katsayısı 2 6. T a r ı m s a l M e k a n i z a s y o n U l u s a l K o n g r e s i, 2 2 2 3 E y l ü l 2 0 1 0, H a t a y 0.50 0.45 0.44 0.43 Limon Yabani 0.40 0.35 0.30 0.36 0.30 0.31 0.36 0.25 0.20 0.15 0.10 0.05 0.00 PE Kauçuk Ahşap Çelik Karton Yüzey ġekil 4. Limon çeģidi ve yabani ayva meyvelerinin farklı yüzeyler üzerindeki statik sürtünme katsayıları Sonuç olarak Limon çeģidi ve yabani ayva meyvelerinin fiziksel ve hidrodinamik özellikleri arasında istatistiksel olarak fark bulunmamıģtır. Yapılan korelasyon analizi sonucunda; Yerçekimi kuvveti ile meyvenin hacmi, projeksiyon alanı, geometrik ortalama çapı, yüzey alanı ve meyvenin küreselliği arasında, Su içinde sürtünme kuvveti ile meyvenin hacmi, kütlesi, yerçekimi kuvveti, geometrik ortalama çapı ve yüzey alanı arasında, Kaldırma kuvveti ile meyvenin projeksiyon alanı, yerçekimi kuvveti, su içinde sürtünme kuvveti, geometrik ortalama çapı, yüzey alanı ve meyvenin küreselliği arasında kuvvetli istatistiksel iliģkiler bulunmuģtur. Çizelge2. Limon çeģidi ve yabani ayva meyvelerinin bazı fiziksel ve hidrodinamik özellikleri Limon Yabani Önem Parametre En En Ortalama En En Ortalama derecesi büyük küçük büyük küçük L (mm) 101.37 82.93 90.61±5.78 105.29 80.90 87.51±7.84 ns W (mm) 91.27 66.85 77.91±6.81 93.64 66.44 79.03±9.27 ns T (mm) 88.55 60.73 75.20±7.74 89.40 61.93 76.79±9.10 ns D o (mm) 93.57 69.57 80.95±6.73 95.88 70.59 80.92±8.27 ns S p (%) 0.92 0.84 0.89±0.03 0.97 0.83 0.92±0.05 ns S (cm 2 ) 274.92 151.96 207.04±34.73 288.66 156.44 207.48±43.01 ns A p (cm 2 ) 70.38 42.75 53.60±8.06 74.32 41.14 52.46±10.85 ns m (g) 302.37 143.80 213.27±46.73 317.69 143.22 217.52±57.95 ns ρ f (kg/m 3 ) 953.20 879.17 920.51±27.20 988.96 895.25 939.31±38.41 ns v t (m/s) 0.34 0.17 0.24±0.05 0.26 0.12 0.21±0.05 ns V (cm 3 ) 342.57 150.86 232.71±55.65 354.86 148.23 232.25±64.64 ns F w (N) 2.97 1.41 2.09±0.46 3.12 1.40 2.13±0.57 ns F d (N) 0.39 0.07 0.19±0.10 0.36 0.03 0.14±0.12 ns F b (N) 3.36 1.48 2.28±0.55 3.48 1.45 2.28±0.63 ns ns: %1 önem seviyesine göre önemsiz 49
Çizelge3. Ayvanın fiziksel ve hidrodinamik özellikleri arasındaki korelasyon analizi v t V m A p C F w F d F b D o S p S v t V m A p F w F d F b D o S p S 1-0,177-0,188-0,097-0,189-0,073-0,177-0,185-0,359-0,167 Önem Derecesi 0,482 0,454 0,703 0,451 0,773 0,484 0,462 0,144 0,508-0,177 1 0,989** 0,968** 0,989** 0,737** 1,000** 0,977** 0,522* 0,978** Önem Derecesi 0,482 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,026 0,000-0,188 0,989** 1 0,972** 1,000** 0,628** 0,989** 0,989** 0,555* 0,988** Önem Derecesi 0,454 0,000 0,000 0,000 0,005 0,000 0,000 0,017 0,000-0,097 0,968** 0,972** 1 0,972** 0,647** 0,967** 0,983** 0,390 0,990** Önem Derecesi 0,703 0,000 0,000 0,000 0,004 0,000 0,000 0,109 0,000-0,403 0,304 0,232 0,304 0,725** 0,404 0,260 0,302 0,254 0,508* Önem Derecesi 0,031 0,097 0,220 0,355 0,219 0,001 0,096 0,297 0,223 0,310-0,189 0,989** 1,000** 0,972** 1 0,628** 0,989** 0,989** 0,556* 0,989** Önem Derecesi 0,451 0,000 0,000 0,000 0,005 0,000 0,000 0,017 0,000-0,073 0,737** 0,628** 0,647** 0,628** 1 0,737** 0,620** 0,204 0,628** Önem Derecesi 0,773 0,000 0,005 0,004 0,005 0,000 0,006 0,417 0,005-0,177 1,000** 0,989** 0,967** 0,989** 0,737** 1 0,977** 0,522* 0,978** Önem Derecesi 0,484 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,026 0,000-0,185 0,977** 0,989** 0,983** 0,989** 0,620** 0,977** 1 0,510* 0,999** Önem Derecesi 0,462 0,000 0,000 0,000 0,000 0,006 0,000 0,031 0,000-0,359 0,522* 0,555* 0,390 0,556* 0,204 0,522* 0,510* 1 0,482* Önem Derecesi 0,144 0,026 0,017 0,109 0,017 0,417 0,026 0,031 0,043-0,167 0,978** 0,988** 0,990** 0,989** 0,628** 0,978** 0,999** 0,482* 1 Önem Derecesi 0,508 0,000 0,000 0,000 0,000 0,005 0,000 0,000 0,043 * %5 önem seviyesine göre önemli. ** %1 önem seviyesine göre önemli. KAYNAKLAR Anonim, 2010. Ayva YetiĢtiriciliği. http://ebkae.gov.tr/belgeler/ayvayet.pdf. EriĢim: Ocak 2010 Anonim, 2010. Ayva YetiĢtiriciliği, http://topraktvnet.com/haftaninkonusu/meyvecilik/ayvayetistiriciligi.pdf. EriĢim: Ocak 2010 FAO, 2010. FAOSTAT Agricultural Database Web Page. EriĢim: Ocak 2010 Özarslan C., 2002. Physical Properties of Cotton Seed. Biosystems Engineering 83 (2): 169 174 Akinci Ġ., Özdemir F., Topuz A, Kabas Ö. and Çanakci, M., 2004. Some physical and nutritional properties of Juniperus drupacea fruits. Journal of Food Engineering 65: 325 331 Mohsenin N. N.. 1986. Physical Properties of Plant and Animal Materials. Gordon and Breach Science Publishers. New York Mirzaee E., Rafiee S., Keyhani A., Emam-Djomeh Z. and Kheiralipour K., 2009. Hydro-sorting of Apricots Based on Some Pyhsical Characteristics. Res. Agr. Eng., 55 (4): 159-164 Kheiralipour K., Tabatabaeefar A., Mobli H., Ragiee S., Sharifi M., Jafari A. And Rajabipour A., 2008. Some Physical and Hydrodynamic Properties of Two Varieties of Apple (Malus domestica Borkh L.). Int. Agrophysics, 22: 225 229. 50