Tarımsal Mekanizasyon 8. Ulusal Kongresi Tekirdağ 773 ELMALAR ARASINDA ÇARPIŞMA ENERJİSİNE BAĞLI OLARAK ZEDELENMENİN SAPTANMASI Determination Of Bruise Damage Depending On Impacted Energy In Apple To Apple C. AYDIN K. ÇARMAN ÖZET Bu çalışmada, iki farklı ( ve ) elma çeşidinde sarkaç kol yardımıyla elmanın elmaya çarptırılmasında farklı çarpma enerjilerine bağlı olarak çarpışma katsayıları ve zedelenme hacimleri belirlenmiştir. Çarpışma katsayısı.35-.5, zedelenme hacmi ise.8-5.cm 3 arasında değişmiştir. Çarpma enerjisinin artışı, çarpışma katsayısının azalmasına ve zedelenme hacminin ise artmasına neden olmuştur. elma çeşidinin zedelenmeye karşı daha duyarlı olduğu saptanmıştır. ABSTRACT In this study, coefficient of restitution and bruise volume were determined as a depending on different impact energy in apple to apple impact with pendulum arm in two different apple variety. On conclusion, coefficient of restitution and bruise volume were varied.35-.5 and.8-5. cm 3 respectively. Increasing impact energy was decreased coefficient of restitution, and was increased bruise volume. It shown that variety of apple is sensitive more than against bruise volume. GİRİŞ Zedelenme, biyolojik materyalin kalitesini belirleyen önemli bir faktördür. Yüksek oranda nem içeren ürünlerde çok küçük kuvvetlerde dahi büyük zede-lenmeler oluşabilmekte ve sonuçta ekonomik kayıplara yol açmaktadır. Zedelenme, biyolojik materyalin hasadında, harmanlanmasında ve elle yapılan sınıflandırma gibi bir seri işlemler sırasında meydana gelebilmektedir (,). Biyolojik materyallerde mekanik zedelenme, ürünün fiziksel, biyolojik yapısına ve dış kuvvetlerin şekline bağlı olarak değişmektedir. Zedelenme kuvvetleri, taşıma kasasının yüzeyinden ürüne iletilebildiği gibi, ürünlerin kasaya üst üste yerleştirilmesinden dolayı ürün ürüne temas ile de iletilebilmektedir (,3). Holt ve Schoorl (), elmada çarpma ve sıkıştırma deneylerinde, zedelenme hacmi ile absorbe edilen enerji arasında önemli bir ilişkinin olduğunu ortaya koymuştur. Aynı enerji miktarı için sıkıştırma deneylerinde zedelenme hacmini % daha fazla saptamışlardır. Aydın ve Çarman (5), şeftalide farklı çarpma yüzeylerine bağlı olarak zedelenme hacminin 5-58mm 3 ve birim zedelenme enerjilerinin.9-.93 Nmm/mm 3 arasında değiştiğini saptamışlardır. Birim zedelenme hacmi için en büyük enerji gereksiniminin toprak yüzeyde elde etmişlerdir. Ahşap bir yüzey * Yrd. Doç. Dr. S.Ü. Ziraat fakültesi Tarım Makinaları Bölümü, Konya ** Doç. Dr. S.Ü. Ziraat fakültesi Tarım Makinaları Bölümü, Konya
Tarımsal Mekanizasyon 8. Ulusal Kongresi Tekirdağ 77 üzerinde.j lük çarpma enerjisiyle düşürülen elmada, zedelenme hacmi.3ml, çapının 7.8mm ve derinliğinin ise.mm olduğu saptanmıştır. Depolama süresi ve geç hasat zedelenmenin artmasına neden olmuştur (). Bu çalışmada, iki farklı elma çeşidinde sarkaç kol yardımıyla elmanın elmaya çarptırılmasında farklı çarpma enerjilerinin zedelenme hacmi üzerindeki etkileri incelenmeye çalışılmıştır. MATERYAL VE METOD Bu çalışmada elmalarda çarpma hasarının belirlenmesi amacıyla ve çeşidi elmalar kullanılmıştır. Elmalar hasat sırasında ağaç üzerinden zedelenmeden toplanmıştır. Araştırmada kullanılan ürünlerin bazı özellikleri çizelge de verilmiştir. Çizelge. Elma çeşitlerine ait bazı özellikler. Boyut (mm) 75 85 Ağırlık (g) 9 Elastisite Modülü (N/mm ).5. Küresellik (%) 93 88 Renk Koordinatı (x,y).55;.3.53;.33 Araştırmada basit sarkaç yöntemi kullanılarak elma elma çarpışması oluşturulmuştur. Çalışmalar, üç farklı sarkaç açısına (=5 o, =3 o, =5 o ) bağlı olarak elde edilen üç farklı çarpma enerjisinde 5 tekerrürlü olarak yürütülmüştür. Ürün çifti birbirine karın bölgesinden çarptırılmıştır. Çarpışma enerjisinin belirlenmesi için aşağıdaki eşitlikten yararlanılmıştır (7). A Wçe= G L Burada: W çe : Çarpışma enerjisi (j), G: Çarpan ürünün ağırlığı (N), A:Ürünler arası mesafe (m), L: Sarkaç boyu (cm). Ürünler arasındaki mesafe (A), sarkacın düşeyle yaptığı açı () dikkate alınarak aşağıdaki eşitlik yardımıyla hesaplanmıştır. A= L Cos9 / Ürünlerde oluşan deformasyon enerjisini (W de ) belirlemek için, elmanın çarpma enerjisi (W çe ) ile çarpışmadan sonraki sıçrama enerjileri (W se ) arasındaki fark dikkate alınmıştır. Böylece, W de = W çe W se Ürünün çarpışmadan sonraki enerjisinin belirlenmesi amacıyla video kamera kullanılmıştır. Elmaların çarpışma esnasındaki hareketleri video kamerayla kayıt edilip daha sonra kayıt dondurularak çarpışma sonrası elmalar arasındaki mesafe
Tarımsal Mekanizasyon 8. Ulusal Kongresi Tekirdağ 775 saptanmıştır. Ürünün çarpışmadan sonraki enerjisi çarpışma katsayısına (e) bağlı olarak değişmektedir. Çarpışma katsayısı, tam elastik malzemelerde e=, tam plastik malzemelerde ise e= olmaktadır. Çarpışma katsayısının belirlenmesinde, sabit konumdaki elmanın hızının sıfır olması sebebiyle sarkaç kola bağlı olan elmanın çarpma öncesi ve sonrasındaki hızları dikkate alınarak aşağıdaki eşitlik kullanılmıştır (8,9). e= V V ı A A Burada: V ı A: Ürünün çarpışma sonrası hızı (m/s), V A : Ürünün çarpışma öncesi hızı (m/s). Ürünün hızını belirlemek amacıyla aşağıdaki eşitlik kullanılmıştır. g V= A L Burada: A: Çarpışmadan önce ve sonra ürünler arasındaki mesafe (m), g: Yer çekimi ivmesi (m/s ), L: Sarkaç boyu (m) dur. Çarpışma sırasında meydana gelen çarpışma yüzey alanını belirlemek için, sabit elmanın çarpma yüzeyine mürekkep sürülmüştür. Çarpışma sonunda meydana gelen zedelenen alan şeklinin genellikle elipsoid olması nedeniyle zedelenme alanının belirlenmesinde iki boyut ölçülmüştür. Çarpışmadan sonra elma çiftleri saat oda şartlarında bekletilerek çarpışma bölgesindeki renk değişimi gözlenmiştir. Elmalar zedelenme alanından, dikine kesilerek, ayrıca zedelenme derinliğide (h-x) ölçülmüştür. Bu değerlerden yararlanılarak üründe meydana gelen zedelenme hacmi aşağıdaki eşitlik yardımıyla hesaplanmıştır (Şekil ) (8). Zedelenme hacminin belirlenmesinde hareketli ve sabit elmalarda oluşan zedelenme hacimlerinin toplamı dikkate alınmıştır. h x x= R- d R ZH= 3d h x
Deformasyon enerjisi (j) Deformasyon enerjisi (j) Çarpma enerjisi (j) Tarımsal Mekanizasyon 8. Ulusal Kongresi Tekirdağ 77 Şekil. İdeal zedelenme hacminin belirlenmesi. ARAŞTIRMA SONUÇLARI VE TARTIŞMA İki farklı elma çeşidinde, üç farklı sarkaç kolu açısına bağlı olarak elde edilen çarpma enerjisi değerlerinin değişimi Şekil de verilmiştir. Çarpma enerjisi değerleri.9-. j arasında değişmiştir. Üç farklı sarkaç kolu açısı dikkate alındığında, elma çeşidinde çarpma enerjisi ortalama.8 j iken, elma çeşidinde ise ürünün kütlesindeki artışa bağlı olarak.588 j olarak elde edilmiştir.,,8,,, 5 3 5 Sarkaç açısı ( o ) Şekil. Sarkaç kolu açısının değişimine bağlı olarak çarpma enerjisinin değişimi. Çarpma enerjilerine bağlı olarak iki farklı elma çeşidindeki deformasyon enerjilerinin değişimi ise Şekil 3 de gösterilmiştir. Deformasyon enerjisi.5-.9 j arasında saptanmıştır. Ortalama deformasyon enerjisi elmada.3 j, starking elmada ise.97 j olarak belirlenmiştir. Çarpma enerjisinin deformasyon enerjisine dönüşüm oranları elma çeşidinde %7.5, starking elma çaşidinde ise %8.5 olarak bulunmuştur. Diğer bir ifadeyle elma çeşidinde çarpma enerjisinin %3.5, elma çeşidinde ise %5.5 i zıplama enerjisine dönüşmüştür,8,,,,9,38,78,8,,,,5,5, Çarpma enerjisi (j) Çarpma enerjisi (j) Şekil 3. Çarpma enerjisinin deformasyon enerjisine dönüşen değerleri. Çarpışan her iki üründeki toplam zedelenme alanları, deformasyon enerjisine bağlı olarak.-.5 cm arasında değişmiştir. Deformasyon enerjisindeki artış zedelenme alanlarını artırmıştır. elma çeşidinde.3 j lük deformasyon enerjisine karşılık.5 cm deformasyon alanı elde edilirken, elma çeşidinde ise.97 j lük deformasyon enerjisi için. cm lik deformasyon alanı oluşmuştur.
Zedelenme hacmi Zedelenme hacmi Zedelenme hacmi Zedelenme hacmi Tarımsal Mekanizasyon 8. Ulusal Kongresi Tekirdağ 777 Deformasyon enerjisindeki artışa bağlı olarak zedelenme hacimleride artmıştır (Şekil ). Zedelenme hacimleri.8-5. cm 3 arasında saptanmıştır. elma çeşidinde deformasyon enerjisinin %3 daha fazla olması nedeniyle zedelenme hacimleri daha büyük olmuştur. Deformasyon enerjisi ile zedelenme hacimleri arasında lineer bir ilişki olup, ilişkinin korelasyon katsayısı de r=.99, de ise r=.9 olarak hesaplanmıştır.,5,3,,7,8,9 Deformasyon enerjisi (j) Deformasyon enerjisi (j) Şekil. Deformasyon enerjisinin zedelenme hacmine etkisi. Çarpışma katsayısı ürünün elastik ya da plastikliğini tanımlayan önemli bir büyüklük olup ürünün enerji apsorbsiyon yeteneğinin bir göstergesidir. Çarpışma katsayısının küçülmesi zedelenme hacimlerinin büyümesine neden olmuştur (Şekil 5). Denemelerde, çarpışma katsayısı.5-.35 arasında bulunmuştur. elma çeşidinde ortalama e=.7 lik çarpışma katsayısı.77 cm 3 lük, elmada ise e=. lik çarpışma katsayısı 3. cm 3 lük zedelenme hacmi oluşturmuştur. elmada çarpışma katsayısının küçük ve zedelenme hacminin büyük olmasına, çarpma enerjisinin deformasyon enerjisine dönüşen oranının yüksek olması neden olarak gösterilebilir. Çarpışma katsayısı ile zedelenme hacmi arasındaki arasındaki ilişkiye ait regresyon eşitliği aşağıda verilmiştir. () Y= 5.35 9.X (r=.97) () Y=. 7.X (r=.99),5,7,5 Çarpışma katsayısı,5,39,35 Çarpışma katsayısı
Tarımsal Mekanizasyon 8. Ulusal Kongresi Tekirdağ 778 Şekil 5. Çarpışma katsayısını zedelenme hacmine etkisi. Sonuç olarak, elmalarda çarpma enerjisine bağlı olarak çarpışma katsayıları azalmış ve zedelenme hacimleri artmıştır. elma çeşidinde çarpışma katsayısının daha küçük olması ürünün zedelenmeye daha duyarlı olduğunu göstermiştir. KAYNAKLAR. Mohsenin, N., Physical Properties of Plant and Animal. Vol., Gordon and Breach Science Publisher, 97.. Aydın, C., Amasya Elma Çeşidinin Tarım Tekniği Yönünden Önemli Fiziko-Mekanik Özelliklerinin Belirlenmesi. S.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, Konya, 989. 3. Sıtkei, G., Mechanics of Agricultural Materials. Akademial Kiado, Budapest, Hungary, 98.. Holt, J.E., Schoorl, D., Bruising and Energy Dissipation in Apples. Journal of Textures Studies, 7:-3, 977. 5. Aydın, C., Çarman, K., Şeftalide Çarpma Enerjisine Bağlı Olarak Zedelenmenin Belirlenmesi. Tarımsal Mekanizasyon 7. Ulusal Kongresi, 5-7, 997.. Studman, C.J., Banks, N.J., Indenter Shape Effects In The Impact Bruising Of Apples And Nashi. Forth International Conference On The Physical Properties Of Agricultural Materials, 989. 7. Gieck, K., Engineering Formulas. Mc Graw-Hill, Inc., 97. 8. Pang, W., Studman, C.J., Ward, G.T., Bruising Damage In Apple To Apple Impact. Journal Of Agricultural Engineering Research, 5:9-, 99. 9. Beer, F.B., Johnston, E.R., Vector Mechanics For Engineers: Dynamics. Mc Graw-Hill, Inc., 9.