DEPREM BÖLGELERİNDE DİNAMİK TOPRAK ÖZELLİKLERİNİN BELİRLENMESİ İÇİN SİSMOGRAF VERİ-TABANLI BİR EXCEL PROGRAMI A Seismograph Data-based Excel Program for Determination of Dynamic Soil Properties in Quake Zones

Deniz MAMUREKLİ1 ve Fırat TEKİN 2

Özet

Depremlerde ölüm ve yaralanmaların çoğunluğu bina veya diğer yapıların hasar görmesi veya çökmesiyle meydana gelmektedir. Türkiye , bulunduğu tektonik bölgede Afrika ve Arabistan Plakalarının Güneyden Kuzeye doğru itme etkisi altında sıkışması sonucunda sürekli kuvvetli sismik sarsıntılar sonucunda ve yıkımlara maruz kalmaktadır. Dünyanın deprem açısından en fazla risk taşıyan bölgelerinden birinde yaşam zorunluluğu yüzey dalgalarını büyütme etkisine sahip olan yumuşak toprak tabakaları jeoteknik özelliklerinin belirlenmesi için jeolojik ve jeofiziksel ölçümlerin önemini ortaya koymaktadır. Bu çalışmada, paralel tabakalı ortamlarda dinamik toprak özelliklerinin belirlemesi için Microsoft Excel’de bir sismograf veri-tabanlı bilgisayar programı geliştirilmiştir. Program birbirine komşu tabakaların ara-yüzlerindeki kırılma noktalarından yola çıkarak P-S dalga hızlarını ve tabaka derinliklerini hesaplamaktadır. Sonuç olarak tabakaların dinamik özellikleri dalga hızıyla ilgili matematiksel eşitlikler kullanılarak belirlenmektedir. Anahtar Sözcükler: Sismograf, P-S dalga hızları, jeofizik, jeoteknik.

Abstract

The majority of deaths and injuries from earthquakes are caused by the damage or collapse of buildings and other structures. Turkey repeatedly experience strong seismic shakings and destruction due to its squeezed location under the pushing effect of African and Arabian Plates from South to North. Being obliged to live in one of the most dangerous quake risk carrying region in the world brings about importance of geophysical, geological, measurements to be able to assess geotechnical properties of underlying soft soil on the local amplification.

1 Doç.Dr. Celal Bayar Üniversitesi, SMYO, Soma, MANİSA 2 Öğr. Gör. Celal Bayar Üniversitesi, SMYO, Soma, MANİSA

2

In this study, a seismograph data-based computer program in Microsoft Excel was developed for the determination of dynamic soil properties in parallel Led media. It estimates P-S wave velocities and depths of the Ls by means of finding out the points of refraction at adjacent Ls’ interfaces. Consequently , dynamic properties of the Ls are determined using wave velocity related mathematical equations. Key words: Seismograf, P-S wave velocities, geophysics, geotechnical.

1.GİRİŞ Türkiye’nin endüstriyel can evini vurarak binlerce hayata, yüz binlerce evsiz insana ve milyar dolarlarla ölçülen zararlara yol açan depremler (Ağustos ve Ekim, 1999) hala can yakmaya devam etmektedir. Uzun zaman stres altında bekleyen ani fay kırılmaları ile ortaya çıkan bu akıl almaz miktarlardaki enerji çıkışının oluşturduğu ana hasar, deprem dalgalarının elastik olmayan hareketleri altında kolaylıkla sıvılaşan, yerleşime uygun olmayan zeminlerde zayıf imal edilmiş çok-katlı beton apartmanların çökmesi ile oluşmaktadır. Yaklaşık olarak %70’i halen potansiyel deprem tehdidi altındaki ülkemizde bu yapılaşma anlayışı ile, ne yazık ki, depremlerin üzücü sonuçlarına katlanmak kaçınılmaz olmaktadır. Dalga yayınımı, sismik yükleme, sıvılaşma ve geçici döngüsel yükleme v.b. dinamik yükleme ile ilgili birçok jeoteknik problem çeşitleri bulunmaktadır. Dalga yayınımı sırasında yumuşak zemin içersinde ilerleyen dalga enerjisi çeşitli gerilmeler meydana getirir. Zemin üzerindeki yapıların deprem-kaynaklı sarsıntılar altındaki dinamik analizleri için dinamik toprak özelliklerinin belirlenmesi gerekmektedir. Dinamik toprak özelliklerinin tespit edilebilmesi için genellikle jeofiziksel yöntemler kullanılmaktadır. Bu yayın kapsamındaki arazi çalışmaları yakın-yüzey sismik kırılma deneyleri ve toprak örneklerinin indeks analizlerini kapsamaktadır. Bu çalışmada, yatay tabakalı kabul edilen bir ortamda dinamik toprak özelliklerinin (P-dalga hızı VP, S-dalga hızı, VS, kesme modülü, G, Poisson oranı, υ, vb.) belirlenmesi amacıyla Microsoft Excel de sismograf veri-tabanlı bir bilgisayar programı geliştirilmiştir. Program, yeryüzünde yapay olarak tek bir noktadan yaratılan sismik titreşimlerin yine yüzeyde belirli aralıklarla dizili jeofonlara ilk varış zamanlarını dikkate alarak tabaka ara-yüzeylerinde hangi noktalarda kırılma oluştuğunu belirlemektedir. Kırılma noktalarının tespitinin yanı sıra matematiksel eşitlikler kullanılarak her tabakanın VP, VS , derinlikleri (H) ve bu değişkenlerle ilgili dinamik özellikleri ortaya çıkarılmaktadır.

3

2. SİSMİK ÖZELLİKLERİN BELİRLENMESİ Sahada yapılan gözlemler sonucunda derinlere doğru yapısal hız değerleri arttıkça yeryüzünde herhangi bir noktada; doğrudan, kırılmış ve yansıyan dalgalar olmak üzere üç farklı dalga tipi ile karşılaşılır. Sismometre cihazları ile noktasal şok kaynağına yakın mesafelerde ilk kaydedilen dalgalar doğrudan dalgalardır. Şok kaynağından uzaklaştıkça doğrudan dalganın yerini kırılmış dalgalar alır. Yansıyan dalgalar her zaman bu iki dalga tipini takip eden dalgalardır. İlk varış zamanları gerekli olduğundan sismometre cihazlarındaki kayıtlarda sadece doğrudan ve baş dalgalar dikkate alınır. Sismograf ölçülen noktadaki yer titreşim kayıtlarıdır. Kaydedilen sismograf değerlerinden yol-erişim zamanı eğrilerini çıkartmak için titreşimleri başlatan şokun başlangıç zamanı gereklidir. Pratikte, eğer sismograflarda ölçüm öncesi çevresel gürültü kaydı yoksa, ilk varış zamanları ilk titreşim değerleri olduğu için tespit edilmeleri kolaydır. Bu nedenle, pratik olarak ilk ulaşan titreşim değerleri arasından maksimum tepe değerine karşılık gelen zamanlar alınır. Dalga kırılma noktalarına bakarak tabaka değişimlerinin bulunması için sismograflardaki kayıtlı bilgilerden yararlanılır. Bu amaçla, jeofon noktalarına ilk ulaşan titreşim değerlerine karşın titreşim kaynağından jeofonlara kadar olan uzaklıklar tespit edilerek yol-zaman eğrisi belirlenir. Şekilde iki yatay tabakalı V1<V2 modeli için verilen yol-zaman grafiğinde, eğimleri farklı ve yukarı doğru artan iki doğru parçası görülmektedir. Doğru eğimleri sadece sismik hız parametrelerine bağlı olduklarından değişmezler ve bulundukları tabakadaki sismik hızların tersini gösterirler. Yine şekilde, X değeri ilk baş dalgasının algılandığı/cağı uzaklığı, to değeri ise zamanı vermektedir. Bu değişkenlerden birisi kullanılarak tabaka kalınlığı (H) hesaplanabilir. Bu amaçla, toplam erişim zamanı (TAD) eşitliğinde baş dalgasının oluştuğu (θc) nokta dikkate

alınır (to, X=0) ve bu eşitlikte

2

1

2

21

22

V

VSin ve

V

VVCos cc =

−= θθ

değerleri yerine konursa tabaka kalınlığını veren,

( ) 2121

22

2101

2 VV

VVtH

−= veya

21

12

121

2

+

−=

VV

VVXH

eşitlikleri elde edilir.

4

200

1400 1200 1000 0 200 600 800

1/V1

1/V3

400

1/V2

t01

t02

500

400

300

100

X1 X2

Zam

an (ms)

Mesafe (m)

Şekil 1 Varış Zamanları Mesafe İlişkisi (3-tabakalı ortam)

Çok tabakalı modellerde bu hesaplamalar biraz karmaşık görünse de çözüm yöntemi aynıdır. Örneğin, bir V1<V2<V3 sismik hızlara sahip üç yatay tabakalı bir modelde ikinci bir ara-yüzey olduğundan, Şekil 1 daki gibi bir yol-zaman grafiği ortaya çıkar. Bu modeldeki tabaka derinlikleri t01 ve t02, ve V1, V2,

V3 hız değerleri kullanılarak hesaplanabilir.

122

23

32

31

21

231

0222

*2

hVV

VV

VV

VVhth +

−

−−=

Çok tabakalı modellerin grafiklerinde ek tabakalar ek doğru parçaları getirerek aynı şekilde hesaplamalar sürdürülür.

Modellenen normal durumların dışında, pratikte bazı anormal tabakalaşmalarla da karşılaşılabilir. Örneğin, yüksek sismik hızlı bir tabakanın altında düşük sismik hızlı veya çok ince bir tabaka varlığı gibi fark edilemeyen kapanımlar da olabilir. Şimdiye kadar, yatay yığışımlı tabakaların durumları incelenmiş olup, özellikle yumuşak zeminli deprem bölgelerinin yüzeye yakın kısımlarının (25 – 30m derinliğe

200

1400 1200 1000 0 200 600 800

1/V1

1/V3

400

1/V2

t01

t02

500

400

300

100

X1 X2

Zam

an (ms)

Mesafe (m)

Şekil 2 Varış Zamanları Mesafe İlişkisi (3-tabakalı ortam)

5

kadar) gevşek ve yatay tabakalaşma özellikleri taşıyacağı düşünülmüştür. Ayrıca, eğimli tabakalar için de sismik modeller geliştirilebilir.

3. SAHA ÇALIŞMALARI Sahada yapılacak sismik kırılma testleri için üç temel şeye gereksinim duyulmaktadır: sismik enerjiyi üretecek bir kaynak, sismik titreşim algılayıcıları veya jeofonlar ve algılanan titreşim değerlerini kaydeden ve depolayan bir sismometre veya kayıt cihazı. Sismometre genellikle bir sismograf ve sismik şokun titreşim değerlerini ölçen bir hat boyunca aralıklarla yerleştirilmiş bir grup jeofondan (14Hz) oluşmaktadır. Normalde, sismik şok kaynağı ile jeofonlar düzgün bir hat boyunca eşit aralıklarla (yüzeye yakın daha kesin arama sonuçları için 0.5-2m, derin araştırmalar için 3-7m) yerleştirilir. Sahadaki testler sırasında ölçüm hattının her iki ucundan, hatta gerekirse hat boyunca diğer bazı noktalardan da şok vererek ölçüm almak gerekebilir. Sismik şok kaynağı araştırmanın niteliğine göre değişir. Derin çalışmalarda yer kabuğu güçlü şok dalgası yaratan Elastik Dalga Yaratıcısı (EWG) veya patlayıcılar kullanılırken yüzeye yakın testler sırasında çelik bir plaka üzerine bir balyoz ile vurularak titreşim yaratılması yeterli olmaktadır. Saha çalışmaları sırasında, özel imal edilmiş koni şeklindeki çarpma tabanı kullanılmıştır. Sahada yakın-yüzey sismik veri toplama çalışmaları sırasında PC tabanlı, çok-kanallı PASI 12S3L sismograf ve standart aksesuarları (Çekiç 8kg [Code SIS-020-000], özel konik çarpma tabanı 10(r)x30cm(h) ve jeofon ara kablosu [Code SIS-005-017]) kullanılmıştır (Şekil 3 , Çizelge 1). PASI 12S3L, diğer modern sismik kayıtçılara benzer şekilde jeofonlar ile yakalanan yer titreşim değerlerini anında gösterip kaydedebilmektedir. Ayrıca, saha çalışmaları sırasında sismik veri toplamak amacı ile jeofonlar düzgün bir hat boyunca 4.0m aralıklarla (off-set mesafesi) yüzeyde yerleştirilerek 22m derinliğe kadarki yeraltı fiziksel özellikler taranmıştır. Sahadaki sismik kayıtlar sırasında genellikle karşılaşılan hafif gürültü etkisi aynı noktadan tekrarlı ölçümler kaydedilerek ve sonra kaydedilen ölçümlerin ortalaması alınarak en aza indirilmeye çalışılmıştır. Sismik ölçümler sırasında kontrol altına alınamayacak gürültü kaynakları varsa (trafik, çalışan makineler ve araçlar, yürüyen insanlar, rüzgar, hava taşıtı ve gök gürültüsü vb. gibi) kayıt hataları bu kaynaklardaki gürültülerin şiddeti ile orantılı olarak artmaktadır.

6

Şekil 3 PASI Sismograf ve Standart Aksesuarları

Sahadaki testler İzmir İli Balçova Belediyesine bağlı yerleşim bölgesinde imar öncesi jeoteknik zemin özelliklerinin ortaya çıkarılması amacı ile bir parsel alanı üzerinde yürütülmüştür. Özellikle 1999 yılında Kuzey Anadolu’da çok can kaybına yol açan depremlerin ardından yerel jeoteknik raporların zorunlu hale getirilmesi bu çeşit yerinde test ihtiyacını artırmıştır. İzmir’in doğu kısmında körfezin E-W doğrultusu boyunca güneye uzanan aktif İzmir Fayı batı ve doğu olmak üzere iki parçadan oluşmaktadır. Batıda, çalışmaların yapıldığı Balçova Bölgesinin de içinde yer aldığı fay parçası Üçkuyular, Narlıdere ve Güzelbahçe kasabaları boyunca uzanır. Özellikle Balçova ile Narlıdere arasında fay hattının hemen altında fay hattı boyunca yelpaze tipi alüvyon yığışımı

görülmüştür. Bu bölge apartman tipi yapılaşma ile nüfusun yoğun olduğu yerleşim alanlarını kapsamaktadır. Bölgeye ait bir stratigrafik kesit kolonu Şekil 4 de verilmektedir. Fay hattının diğer parçası doğuya, Kemalpaşa tarafına doğru uzanır. Doğu ve Batı

kısımdan oluşan bu fay hattı üzerinde 1881-1986 yılları arasında ≥4.2 den büyük 329 deprem meydana gelmiştir.

İşlemci Pentium 200 Intel veya daha yüksek Veri Depolama Biçimi Kayan Noktalı 32-bit İşletim sistemi Windows© Dil Ara-yüzü Italyanca, Ingilizce, Fransızca, İspanyolca

Kanal numaraları 3 / 6 / 12 Track Aleti VersaPoint Mouse Görüntü VGA B/W LCD 10.4" Bellek desteği Hard-Disk 1.2 GB Yazıcı (seçimli) Seiko DPU-414 termal yazıcı Dış veri port’ları RS232, yazıcı, harici seri klavye Dahili çevresel prob. Sıcaklık Termal korumalar Aşırı iç-ısınma koruması ve kontrolü (görüntü

ikazı)

Depolanmış Veri Biçimi SEG-2 Jeofon bağlama standart NK-27-21C Güç sağlayıcı 12V DC; zayıf bateri alarmı Çalışma sıcaklığı 0°C ile 55°C Nem 5% ile 90%, yoğunlaşma yok Düşük-geçiş filtresi 250Hz Notch filtreleri 50, 60Hz Örnekleme hızı Bütün kanallar açıkken 0.250-2ms, 6 kanal

açıkken 0.125ms, 3 kanal açıkken 0.080ms

Fiziksel boyutları 46x38x18cm (şoka dayanıklı kasa) ağırlık 12kg

Çizelge 1 PASI 12SL Serisinin Teknik Özellikleri

7

Sahadaki sismik dalga ölçümleri sırasında P-dalga kayıtları beklenildiği gibi bir problem yaratmazken S-dalga kayıtlarında ortam yapısının karmaşık (kumlu, silli çakıltaşı, organik kil karışımlı toprak ve parça kayalar) suya yarı doygun ve çok gevşek olmasından dolayı net veri kayıtları elde edilememiştir. Yeraltı su seviyesi 5-8m arasında bir derinlikte olduğundan bu seviyeden daha derin noktalardan sağlıklı S-dalga tipi veri kayıtları almak mümkün olamamıştır (S-dalga özelliği). Sahadan kayıt toplamadaki zorluklar nedeni ile bazı noktalarda ardı ardına sismik ölçümler yapılmıştır. P-S dalga kayıtlarının okunarak aletin HD’sine kaydedilmesinden sonra, özellikle P ve S dalgalarının sismograf kayıtları üzerinden ilk ulaşım zamanlarının okunması son derece önem taşımaktadır.

Yaş Birim Sembol Litoloji Kuvarterner Alüvyon Alv.

Neo

jen Yaşlı V

olka

nitler

Tüf A

glom

era A

ndezit A

glom

era

M. Agl.

M. And.

M. Agl.

Üst M

iyos

en

Marn

Silt Taşı

Çak

ıl

Karışık

Silt Taşı

Neo

jen

Orta M

iyos

en

Neo

jen Yaşlı Sed

imen

ter

Çak

ıl

Taşı

M. N

eo.

SENOZOIK

Tersiye

r

Paleo

jen

Paleo

sen

MEZOSOİK

KRETASE

ÜST

KRETASE

Borno

va Filişi

B. F

ls.

Şekil 4 Balçova ve Yöresinin Stratagrafik Kesiti

8

J e o f o n l a r1 3 2 4 5 6 7 8 9 10 11

Varış Z

aman

ı (ms)

11 9 10 8 7 6 5 4 3 2 1

Şekil 5 İleri P-Dalga Kayıtları

Şekil 6 Geri P-Dalga Kayıtları

Kayıtlar sırasında 11 adet jeofon 4m aralıklarla doğrusal olarak serilmiş ve başlangıç noktasında kayıt aletine bağlanmıştır. Kayıtlar sırasında sismik enerji şoku plaka üzerine kuvvetli balyoz darbesi ile sağlanmıştır. Çarpma plakası yerine, özellikle S-dalgalarının yeraltında daha iyi yayılımını sağlamak amacı ile blok çelikten kesilerek özel olarak imal edilmiş konik bir çarpma zemini kullanılmıştır. Balyoz ile kayıt aleti arasında kayıt başlatımı için şok ileten bir tetikleme kablosu yardımı ile kayıt zamanı başlatılmış ve 11 jeofondan gelen değerler yaklaşık 1sn civarında gecikme ile kayıt aletinin LCD’sinde görüntülenmiştir. Balyoz kullanımının amacı yüzeye yakın derinliklerdeki yeraltı tabakalarının fiziksel özelliklerinin istenmesi ve dinamit kullanımına göre çok düşük maliyeti ve kullanım kısıtlamasının olmamasıdır. Bununla beraber dezavantajları arasında: çalışmalar sırasında olduğu gibi özellikle yüksek enerji şoku gerektiren gevşek zeminlerde yetersiz başlangıç enerjisi sağlaması ve çoklu kayıt alma işlemleri sırasında sürekli balyoz kullanımının

yorucu olması sayılabilir. Şekil 5 ve 6 incelendiğinde (İleriye ve Geriye doğru ölçülen P-dalgası Sismik ölçümleri) P dalga yayınımının, yaklaşık olarak noktalı çizilen doğrunun geçtiği yolu izlediği söylenebilir. Şekil 7 ve 8 daki (İleriye ve Geriye doğru ölçülen S-dalgası Sismik ölçümleri) sismik ölçümlerde ortada yer alan 4 ve 5 nolu

9

jeofonlardan sonra zaten başlangıçta çok zayıf olarak izlenebilen S-dalga girişi ileriki jeofonlara doğru tamamen kaybedilmektedir. Bu nedenle, daha aşağı kademelerde S-dalgalarını yutan bir oluşumun olabileceği ihtimali kuvvetlidir. Zaten bu durum o civardaki yeraltı suyuna doygun seviyenin de yaklaşık aynı derinliklerde olmasının bir kanıtıdır. Çizelge 2 Sahada Kaydedilen P ve S Dalga Zamanları

İLERİ

GERİ

Jeofon Aralığı (m) P S P S

4 4.8 10.1 5.3 12.58 9 20.311.424.112 14.530.9 14 35.116 17.236.217.444.120 20.341.520.650.124 24.646.7 23 57 28 26.452.826.762.832 28.5 56 29.868.936 29.858.631.374.240 31.262.5 33 78.144 33 65.534.182.148 34.168.735.285.2

J e o f o n l a r1 3 2 4 5 6 7 8 9 10 11

Varış Z

aman

ı (ms)

11 910 8 7 6 5 4 3 2 1

Şekil 7 İleri S-Dalga Kayıtları

Şekil 8 Geri S-Dalga Kayıtları

10

4. SİSMOGRAF VERİ-TABANLI EXCEL PROGRAMI Yerkabuğunda en sık karşılaşılan tabakalı model gevşek, düşük yoğunluklu materyallerin yüzeye yakın kısımlarda yer aldığı, derinlere doğru gidildikçe tabakaların daha yoğun ve sıkı bir yapı gösterdiği modeldir. Bu model kapsamında, yapay olarak yaratılan şok dalgalarının tabaka ara-yüzeylerinde dönüşüme uğrayarak oluşturduğu baş dalga hızlarının kullanılması ile tabaka kalınlıkları saptanabilmektedir. Ancak, yukarıdaki modele ters düşecek istisnai durumlar da oluşabilmektedir. Bu çalışmada en sık karşılaşılan model geometrisi temel alınarak zemin fiziksel özelliklerinin dalga dinamiğine dayalı çözümü ele alınmıştır. Çalışmanın temeli, Microsoft OfficeXP Excel yazılımında geliştirilen bilgisayar programı ile P-S dalgalarının varış zamanlarındaki çok küçük sapmaların belirlenmesine dayanmaktadır. Program tabaka ara-yüzeylerindeki geçişlerde oluşan zamansal sapmaları, sismik kayıtları sırası ile kontrol ederek tespit eder. Varış zamanlarında oluşan farklar tabaka değiştirme noktaları olarak algılanır ve her tabaka içersindeki dalga hızları yol-zaman ilişkisi ile saptanır. Sismik hızların bulunması ile tabaka kalınlıkları hız değerlerinden yararlanılarak hesaplanır. Tabaka kırılma noktalarının tespiti için program yapısında, P dalgaları esas alınmıştır. Bunun nedeni, daha yüksek enerjili P-dalgalarının S-dalgalarına oranla daha güvenilir sonuçlar vermesidir (her türlü ortamdan daha az soğurularak geçmesi). Buradaki en önemli nokta, P-dalga varış zamanlarının sismograf kayıtlarından mümkün olduğunca dikkatli okunarak tespit edilmesinin gereğidir. Hız ve tabaka kalınlıklarının bulunması ile bu değerlere bağlı diğer teknik özellikler ilgili eşitlikler kullanılarak hesaplanır. Program serimi yapılan jeofonlarla sahada ileriye ve geriye doğru kaydedilen P-S dalgaları varış zamanları arasındaki milisaniyelik farkların doğrusal bir gidişten saptığı değerleri kırılma noktaları olarak saptayıp tabaka sınırlarını tespit etmektedir. Program içersinde Çizelge 3 değerleri kullanılarak sismik dalga hızları ve tabaka derinliklerini veren DENSEİS programınca hesaplanan değerler Çizelge 3 de verilmektedir. Çizelge 3 incelendiğinde çalışılan saha için iki tabakanın sınır değerlerine ulaşılabildiği üçüncü tabakanın da hız değerinin tespit edildiği görülmektedir. Ölçülerle elde edilen sismik kayıtlar, alet ekranından okunması için önce alçak geçişli filtreleme yapılmış, gürültüler giderilmiştir. Daha sonra her ölçü için 4 kat büyütme yapılarak hassas okuma yapılmaya çalışılmıştır. DENSEİS programında Excel içerisindeki hazır eşitlik değerleri kullanılarak hesaplama sütunları oluşturulmuştur. P ve S tipi dalgaların hız değerleri tespit edilirken ileriye ve geriye doğru hesaplanan hız değerlerinin ortalaması alınmıştır. En son 3 sütunda tabaka derinlikleri, ileriye ve geriye yönelik olarak hesaplanan

11

değerlerin ortalaması alınarak verilmektedir. Ortalama sütununda derinlik değerleri saptandıktan sonra bu değerler Excel içersinde veri erişim özelliği ile diğer dosya içi sayfalara taşınabilmektedir. Program dosyası içersinde; Sismik Değerlerin Bulunması, Yol-Zaman(ms) Grafiği, Tabaka Derinlikleri ve Zemin Parametrelerini veren dört adet bağlantılı dosya (Tablo) sayfası bulunmaktadır. Sayfalar birbirlerine aktif olarak bağlantılı olduğundan Sismik Değerler sayfasında yapılacak değişiklikler anında aynı sayfa içersindeki diğer kolonlara ve diğer sayfalardaki ilintili şekil ve tablolara yansımaktadır. Sismik ölçü için çalışılan alanda iki serim yapılmış ancak burada bu serimlerden bir tanesinin sonuçları verilmiştir. Her serim için karşılıklı atış (düz ve ters atış) üzerinden P ve S dalgalarının sismik ölçümleri alınmıştır. Bu uygulama ile, bir yandan hızların ve bu hızlardan hesaplanan parametrelerin ortalama değerleri bulunurken diğer taraftan karşılıklı atış noktalarındaki farklılıklar incelenerek ortamın heterojenliği de araştırılmıştır. Serimi yapılan jeofon noktalarından elde edilen varış zamanlarının Çizelge 3 de kullanılması ile elde edilen ortalama derinlik değerlerinin görüntüsü Şekil 9 da verilmektedir. Diğer taraftan, jeofon mesafeleri ile P ve S dalga ilk erişim zamanları(ms) arasındaki ilişkiyi veren grafik Şekil 10 da gösterilmektedir. Aynı Şekil’de kesikli çizgi ile belirtilen hatlar geriye doğru, düz çizgi ile belirtilenler ileriye doğru alınan kayıtların doğrusal görüntüsüdür. Her bir doğrunun kırıldığı noktalar tabaka ara-yüzeylerine gelindiğini yani hızın değiştiğini göstermektedir. Bu doğruların eğimlerinin tersi o tabaka içersindeki hızları ifade etmektedir. Şekil 9 da verilen tabaka derinlik grafiğinde, ortamın çok kompleks ve gevşek yapısı (filiş) şok enerjisinin çok kolay yutulmasına neden olmuş ve özellikle ikinci tabakanın alt sınırında yetersiz kayıtlara yol açmıştır. Bunun sonucunda Şekil 9 dan görüleceği gibi alt sınırın, özellikle sismik enerjinin başlatıldığı noktalar olan her iki kenardan uzak, orta bölgelerinde (5,6,7 nolu jeofonlar) anomaliler oluşmuştur. Bu tip anomaliler için istatistiksel yumuşatma yapılabilmesine rağmen, DenSeis içersinde gerçek değerlerden sapmaları önlemek için böyle bir kontrol mekanizması kurulmamıştır. Bu nedenle, verilen değer ve grafikler sismometreden alınan kayıtlar ışığında hesaplanan gerçek değerlerdir. P ve S sismik dalgalarının hız değerleri belirlendikten sonra bu değerlere bağlı zemin özellikleri tespit edilebilmektedir. Program tarafından hız değerleri ile ilgili eşitlikler kullanılarak sismik ölçümü yapılan sahanın jeoteknik zemin özellikleri Çizelge 4 de gösterildiği gibi verilmektedir. Bu değerlere göre üç katmanın yapısal özellikleri için; üst katman (0-2.2m) zayıf ve gevşek nitelikli dolgu toprak, orta katman (2.2-7.5m) pekişmiş alüvyonik dolgu alt katmanın ise hız değerlerine bakarak meta-kumtaşı olabileceği söylenebilir.

12

Geophones

Interval Distance, F FP Arrival Time, ms FS Arrival Time, ms

Ls

FP

FV

P ,

m/s

FV

S ,

m/s

Interval Distance, B BP Arrival Time, ms BS Arrival Time, ms

Ls

BP

BV

P ,

m/s

BV

S ,

m/s

Ti, Forward

Z1

Z2

Z3

Ti, Backward

Z1

Z2

Z3

h (m), Backward

Depth of Calc.Lay. [I]

Depth of Calc.Lay. [II]

0 0

0 0

0

52,0

-2,722

-5,61

5

Ave

rage

-1,87

1 -10,15

0

-1,74

-5,614

6

1 4

4,8

10,1 0

L 1

833,3

39

6

48,0

35,2 85

,2

2 L 3

3077

30

76,9

1090

,9 1

035,5

0,00

0,00

0 -

- 19

,60

- -9,87

- -9,871

-1,71

-9,871

4

2 8

9 20

,3 0

L 1

888,9

39

4,1

44

,034

,1 82

,1

2 L 3

2857

1012

,7

0,00

0,00

0 -

- 19

,80

- -10,18

-

-10,18

1 -2,00

-10,18

1

3 12

14

,5 30

,9 0

L 1

827,6

849,9

388,3

392,8

40,0

33

78,1

2 L 3

2353

1012

,7

0,00

0,00

0 -

- 20

,00

- -10,99

-

-10,99

4 -1,62

-10,99

4

4 16

17

,2 36

,2 1

L 2

1290

754,7

36

,031

,3 74

,2

2 L 3

2353

1025

,6

4,09

-2,311

-

- 19

,60

- -10,70

-

-10,70

3 -2,31

-10,70

3

5 20

20

,3 41

,5 1

L 2

1290

754,7

32

,029

,8 68

,9

1 L 2

1266

12

37,3

591,72

538

,06

3,91

-2,211

-

- 3,94

-1,753

-

- -1,753

-1,98

-2,332

6

6 24

24

,6 46

,7 1

L 2

1081

12

20,6 761

,9 75

7,1

28,0

26,7 62

,8

1 L 2

1260

577,62

4,94

-3,395

-

- 4,07

-1,816

-

- -1,816

-2,60

-7,704

7 28

26

,4 52

,8 2

L 3

1905

1250

24,0

23

57

1 L 2

1333

547,95

14,12

- -6,809

-

3,60

-1,566

-

- -1,566

-1,56

-6,809

3

8 32

28

,5

56

2 L 3

1905

1250

20,0

20,6 50

,1

1 L 2

1212

533,33

14,47

- -7,084

-

4,44

-2,021

-

- -2,021

-2,02

-7,084

5

9 36

29

,8 58

,6 2

L 3

2353

1379

16,0

17,4 44

,1

1 L 2

1176

533,33

14,02

- -5,871

-

4,47

-2,072

-

- -2,072

-2,07

-5,871

2

10

40

31,2 62

,5 2

L 3

2500

1237

12,0

14

35,1

1 L 2

1176

444,44

13,66

- -5,470

-

4,30

-1,994

-

- -1,994

-1,99

-5,469

6

11

44

33

65,5 2

L 3

2424

1260

8,0

11,4 24

,1

0 L 1

701,8

728,2

331,95

325

,98

13,71

- -5,574

-

0,00

0,00

0 -

- 0,00

0 -1,84

-5,574

5

12

48

34,1 68

,7 2

L 3

2597

22

80,7 1

258

1272

,4 4

,0 5,3

12,5

0 L 1

754,7

32

0

13,05

- -4,968

-

0,00

0,00

0 -

- 0,00

0 -2,00

-4,968

1

52

,0

0

0 0

0

Ave

rage

-2,63

9 -5,963

-1,90

-8,999

3

-1,89

-8,999

3

16,0 17

,2 36

,2

L 2

84

9,9

39

2,8

12,0

14,0 35

,1

72

8,2

32

6,0

-2,07

-7,752

7

28,0 26

,4 52

,8

L 3

12

20,6

75

7,1

36,0

31,3 74

,2

12

37,3

53

8,1

-1,95

-7,298

4

Average

###

###

###

L 4

22

80,7

12

72,4 52,0

0,0

0,0

30

76,9

10

35,5

Çizelge

3 Sah

ada Kay

dedilen P ve S D

alga

Zam

anlarına

göre Tab

aka Sınırları, H

ızları ve de

rinliklerinin Tespiti (DENSEİS

Program

ı)

13

İnşaat projelerinde esas alınan güvenli taşıma gücü değerleri, zemin hakim titreşim periyotlarına göre hesaplanmaktadır. En üst tabakanın güvenli taşıma gücü 0.341562 kg/cm2 , orta tabakanınki 1.422979 kg/cm2 dir. Temeller genellikle 2.5m ile 4m arasında olacağından ikinci katmanın yapı temeli için zemin teşkil edeceği düşünülürse çok katlı binalar (10 kata kadar) için pek güvenli olmadığı sonucu çıkmaktadır (güvenli değer 2.5kg/ cm2 den az olmamalıdır).

Depth of Layers

-12-11-10-9-8-7-6-5-4-3-2-10

0 4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 52

Layer

Layer

Şekil 9 Çizelge 3 deki değerler göre Tabaka Derinlikleri (4-16m arası düzensizlik yetersiz şok enerjisi ve ortamın çok heterojen yapısından kaynaklanmaktadır)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

0 1 2 3 4 5Uzaklık (m)

Varış Zam

anı

(ms)

İleri P-dalgası Geri P-dalgası Ileri S-dalgası Geri S-dalgası

Şekil 10 Kaydedilen P ve S Dalga Varış Zamanlarına karşın Jeofon Mesafeleri (Hız Diyagramı, DENSEİS Programı )

14

Çizelge 4 Sahanın Dinamik Zemin Özellikleri

Parametreler Birim Formül Tabaka-1 Tabaka-2 Tabaka-3 (VP) Ortalama Hız m/s Doğru eğimi 789.09 1228.96 2678.80 (VS) Ortalama Hız m/s Doğru eğimi 359.40 647.59 1153.91 (H) -m Verilen Eşitlik 2.0789 7.7527 - (VR) Hız Oranı - VP/VS 2.196 1.898 2.322

(υ) Poisson Oranı - 1)(

1)(5.02

2

−

−

VR

VR 0.250 0.250 0.250

(ρ) Yoğunluk gr/cm3 25.031.0 PV 1.643 1.835 2.230

(k) Bulk Modülü kg/cm2 2122.27 7697.42 29695.54 (G) Kesme Modülü kg/cm2 2

SVρ 2163.37 7846.50 30270.69

(E) Young Modülü kg/cm2 22

22 43.

SP

SP

VV

VVG

−− 5811.31 20133.34 82321.29

(K)Sıkıştırılamazlık cm2/kg )34( 22SP VV −ρ 7400.68 17458.57 120446.0

Sıkıştırılabilirlik kg/cm2 K1 0.000135 0.000057 0.000008

(T0) Zemin Hakim Periyodu

s-1 SVH4 0.023137 0.047886 -

Sıvılaşma - 3>SP VV Yok Yok Yok

(QU) Maksimum Yükleme Dayanımı

kg/cm2 40.. 0TVPρ 0.749921 2.700454 -

(QS) Güvenli Taşıma Gücü

kg/cm2 )(VRQU 0.341562 1.422979 -

(S) Oturma cm ( )HEQQ SU .+ 0.039045 0.158780 -

(k0) Yatay Zemin Tepkimsi

kg/cm3 08.5)log(66.210 −Vs 52.22029 250.0670 1162.459

(Py) Ön-Yükleme kg/cm2 13.5)log(4.210 −Vs 10.07833 41.41127 165.6583

(Pyl) Yenilme Gerilimi

kg/cm2 3.5)log(53.210 −Vs 21.65778 96.06993 414.2815

Diğer taraftan poisson oranlarında alta katmanlara doğru artış ortamın çatlaklı ve gözenekli yapısı nedeni ile kapiler su içermesi şeklinde açıklanabilir. Alan içersindeki jeolojik yapı sıvılaşmaya uygun değildir ve zemin büyütme katsayısı, Medvedev (1962) granit kaya baz alınarak yapılan sınıflamaya göre, bu örnekteki sahanınkine yakın kaba taneli zeminler için 1.0-1.6 arasında değişim göstermektedir. Kuvarterner yaşlı alüvyonlar, özellikle Balçova ve Narlıdere ilçelerinin kuzeyinde geniş alanlarda yayılım sunarlar ve tüm kayaçları uyumsuz olarak örterler. İnceleme

15

alanı, İzmir Fayı olarak adlandırılan fayın güneyinde yer almaktadır. Uzanımları, yaklaşık doğu-batı alan bu fay sistemi, Balçova Bölgesinde sıcak suların yer yüzüne çıkmasını sağlar, yani aktif bir sistemdir. İnceleme sahası içerisinden geçen bir fay saptanmamıştır. İnceleme alanında, saha çalışmaları sırasında test alanında sismik ölçümlerin yanı sıra iki adet sığ sondaj yapılmış olup yerinde SPT (Standard Penetration Test) değerleri Çizelge 5 de verilmektedir. Burada 3-3.5m ile 4.5-5.0m arasındaki derinliklerdeki SPT değerleri sırası ile 7 ve 11 olarak bulunmuştur. Çizelge 5 Sahadan Alınan Sondaj Log’u ve SPT Testleri

Proje: Belediye Binası Yer: Balçova – İZMİR Sondaj Tipi: Rotary

Sondaj No: SK-1 Başlama/ Bitiş Tarihleri: 1/03/2002 - 1/03/2002 Derinlik: 15.00 m

Örnek Standart Penetrasyon Derinlik m

No Derinlik Çarpma Zemin Profili

1 2 3 SPT 3.00-3.45 7 12 16 4 5 SPT 4.50-4.95 11 15 16 6

Yerinde yapılan sismik testlere ek olarak, laboratuarda toprağın indeks özelliklerinin tespiti için 4.5 m lik derinlikten örselenmiş zemin örneklemeleri alınmıştır. Kahverengi killi, kumlu çakıllı (altere şeyl) zemin örneğinin test sonuçları Çizelge 6 da verilmektedir.

Tablodan görüleceği gibi test sonuçlarında; Kıvam (Atterberg) Limitleri için (Likit Limit)LL = %30, (Plastik Limit) PL = %26, (Plastiklik İndisi) PI = %4 ve ıslak elek analizlerinde (TS1900) -10# ve -200# elek altı için sırası ile %56 ve %30 değerleri elde edilmiştir. Bu değerler ışığında, inceleme alanı zemin grubu B, yerel zemin sınıfı Z2 tipine dahil olmaktadır. Burada yapılan işlemler inceleme alanı zemininin deprem yönetmeliğine göre bina yapımına ne kadar uygun olduğunun incelenmesini içermektedir. Ancak, bu

Dolgu Materyeli

Kahverengi killi, kumlu çakıllı (altere şeyl)

16

işlemler madencilikte kazı mekanizasyonu, basamak ve ocak girişi gibi birçok işletme tasarımları için yüzeye yakın zemin özelliklerinin ortaya çıkarılmasında rahatlıkla uygulanabilir.

Çizelge 6 Toprak Örneği Laboratuar Test Sonuçları

Proje: Belediye Binası Örnek Kabul ve Sonuç Tarihleri: 20.03.02 - 23.03.02 Test Seri No: 02/73 – 03/19 Test Metodu: TS1900

Örnek Atterberg Limitleri Elek Analizleri

Sdj No

Örnek No

Derinlik m LL% PL% PI% 10% -200% Sınıflandırma

SK-1 2 4.50 30 26 4 56 30 GM-ML

5. SONUÇLAR Depremler yerkabuğundaki yeraltı aktiviteleri veya kayaların kırılma ve ayrılmaları ile oluşan sarsıntılardır. Depremlerin önceden tahmini konusunda hiçbir yöntem güvenilir değildir. Eğer deprem önlenemiyorsa o zaman yapılaşma bölgeleri sıvılaşmanın olmayacağı sağlam zeminlerde seçilmeli ve yapı tasarımları bu olgu dikkate alınarak yapılmalı ve zayıf yapılanlar sağlamlaştırılmalıdır. Yer yapısını öğrenmek için en önemli metotlardan birisi yer içersinde ses enerjisi şeklinde yayılan sismik dalgalardan faydalanmaktır. Snell yasası; elastik bir tahrik sonucu oluşan P-S dalgalarının farklı fiziksel özelliklere sahip ortamlarda bulunan bir noktadan diğer bir noktaya en kısa zamanda ulaşan bir yolu seçeceğini belirtir. Sismik dalgaların jeofonlara varış zamanları arasındaki farklar tabakalı bir ortamda alttaki tabakaların sismik hız değerlerine bağlıdır. Birbirine paralel ve yatay tabakalarda kırılan dalgaların eğimleri gittikleri hıza göre değişen düzgün bir erişim hattı oluşturur. Kırılmış dalgaların doğrudan dalgaları yakaladığı uzaklık kritik mesafe olarak bilinir ve kırılma yüzeyinin derinliğini hesaplamakta kullanılabilir. Sismik dalga kırınımının saptanmasında şok kaynağından değişik uzaklıklarda dalgaların en erken varış zamanları ölçülür. Bir V1<V2 ortamında, en erken ulaşan titreşimler ya doğrudan gelen dalgalara veya baş dalgalarına aittir. Dalga kırılma noktalarına bakarak tabaka değişimlerinin bulunması için sismograflardaki kayıtlı bilgilerden yararlanılır. Bu amaçla, jeofon noktalarına ilk ulaşan titreşim değerlerine karşın titreşim kaynağından jeofonlara kadar olan uzaklıklar tespit edilerek yol-zaman grafiği belirlenir. Grafik üzerindeki doğru eğimleri sadece sismik hız parametresine bağlı olduğundan değişmezler ve bulundukları tabakadaki sismik

17

hızların tersini gösterirler. Çeşitli tabakalardaki hız değerlerine bağlı olarak o tabakaların derinlikleri ve jeoteknik özellikleri belirlenebilir. Örnek inceleme sahasında, yapılan test çalışmalarında geliştirilen bilgisayar programının sığ zemin altı yapısı üzerinde verdiği sonuçlar SPT testleri ve serbest örnek laboratuar test sonuçları ile korelasyon sağlamıştır. Ancak, üzerinde hala çalışma yapılan programın eğimli tabakalar ve gizli tabaka oluşumlarının da teşhis edilmesi için geliştirilmesi sismik zemin etüdü çalışmalarında tamamlayıcı rol oynayacaktır. Ayrıca, çok gevşek yapılar içersindeki sismik ölçümler için başlatıcı enerjinin daha yüksek olması, mümkünse dinamit ve hava şoku sağlayıcılar kullanılması gerekmektedir. Ayrıca, inceleme alanındaki yeraltı su seviyesinin mevsimlere göre değişim gösterdiği ve yağmurlu bahar aylarında 10m den daha fazla olabildiği belirlenmiştir. Bu durum deprem tehdidinin yanı sıra yeraltı su seviyelerinde oluşan mevsimsel farklar nedeni ile bölge topografyasındaki yamaç eğiminin de katkısı ile yer yer dairesel tip bölgesel yamaç kaymalarına neden olabilmektedir.. Sonuç olarak, sismik kırılma tekniği ile yapılan zemin araştırmaları, önemli ölçüde zaman ve para tasarrufu getirmekte ve yeraltı stratagrafisini daha basit ve hızlı olarak açığa çıkarmaktadır. KAYNAKLAR Aki, K. and Richards, P.G., “Quantitative seismology”. W.H. Freeman & Company, New York, 1980. Al-Sadi, H.N., “Seismic Exploration Technique and Processing”. Burger, H. R., “Exploration Geophysics of the Shallow Subsurface”, Prentice Hall P T R, 1992. “Earthquake Scenario and Master Plan for City of Izmir –Turkey”, a research project prep. under the commit. of sign up protocol between Izmir Central Town Council and Bosph. Univ., 2000. Eddleston, M., Fleming, P. J., and Reeves, G. M., “Modern geophysics in engineering geology”, The Geological Society, pp. 391-398. “İzmir İlinin Çevre Jeolojisi ve Doğal Kaynakları Raporu”, MTA Genel Müdürlüğü-Ege Böl. Md. İzmir, 1998. Luna, R. and Jadi, H. "Determination of Dynamic Soil Properties Using Geophysical Methods," Proc. of the 1st Int. Conf. on the Appl. of Geophysical and NDT Methodologies to Trans. Facilities and Infrastruc., St. Louis, MO, Dec. 2000. Telford, W. M., Geldart, L. P. and Sheriff, R. E. “Applied Geophysics”, 2nd ed., Cambridge Univ. Press, 1990.

18

Timothy D., Olson, S.M., Kramer, S.L. and Youd, T.L. “Shear Strength of Liquefied Soils”, Earthquake Hazard Mitigation Program, Univ. of Illinois at Urbana-Champaign, July 1998. Us, A.E., “Sismik Yöntemler ve Yorumlamaya Giriş” Jeofizik Müh. Odası – TMMOB, 1993.

ROBOCON 2004 ROBOT YARIŞMASI İÇİN MANUEL ROBOT TASARIMI

Hayri Doğru3, Erdoğan Özkaya4, Kürşat Atalay, M. Emrah Uçar ve Cansel Işıksel

Özet Bu çalışmada ROBOCON 2004 yarışmasına katılmak üzere tasarlanan robotlardan biri olan manuel robot incelenmiştir. Bu yarışma Asya Pasifik Yayımcılık Birliği (ABU) tarafından 2000 yılından beri düzenlenmektedir. Bu çalışma Celal Bayar Üniversitesi adına yarışmaya katılan grup tarafından üretilen iki robottan biridir. Robotun görevi otomatik robotun görevini yerine getirebilmesi için gerekli olan köprüyü tamamlamaktır. Robotun hareket sistemi için de üç tekerlek kullanılmıştır. Robotun sol ve sağ tekerlek çiftleri birer motorla (silecek motoru) tahrik edilmektedir. Yük kaldırmak için robotta kaldıraç sistemi kullanılmıştır. Manuel robot kablo ile bağlı bir uzaktan kumandayla yönetilmektedir. Köprü parçalarını kaldırmak için vakum pedleri ve bu pedlerde ihtiyaç duyulan vakum için de pnömatik silindir kullanılmıştır. Anahtar Sözcükler: Robot, pnömatik sistem, Robocon 2004

Abstract In this study the manually controlled robot which was designed for ROBOCON 2004 Contest has been studied. This contest has been organized by Asia-Pacific Broadcasting Union (ABU) since 2000. This robot is the first of two robots produced by the group who attended to the contest on the behalf of Celal Bayar University. It ‘s duty is to assemble the bridge in order the automatic robot to complete it’s work. Three wheels have been used for the movement of the robot. Left and right wheel couples are driven by two separate motors. Lifting mechanism has been used in robot for weight lifting. Manual robot is controlled by a remote control that was attached to the robot by a cable. Vacuum pads for lifting bridge components and a pneumatic cylinder for vacuuming which was needed in these pads are used. Keywords: Robot, Pneumatic System, Robocon 2004

3Öğr. Gör. Celal Bayar Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Makine Mühendisliği Bölüm, 45140, Muradiye, Manisa.

4 Doç. Dr. Celal Bayar Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Makine Mühendisliği Bölüm, 45140, Muradiye, Manisa.

6. GİRİŞ Robotlar teknolojisi günümüzde oldukça gelişmiştir. Özellikle endüstriyel alanda insanlar tarafında yapılması zor ve insan sağlığı için tehlikeli olan birçok görevi kusursuz bir şekilde yerine getirmektedirler. Boya sanayinde kullanılan robotlar, kimyasal endüstride kullanılan robotlar, taşlama için kullanılan robotlar v.b.. Her geçen gün üretim endüstrisinde robot kullanımı hızlı bir şekilde artmaktadır. Böylece üretim hem daha kaliteli olmakta hem de maliyetler önemli ölçüde azalmaktadır. Bu bir yandan insan beden gücüne duyulan ihtiyacı azaltırken diğer yandan da üretimde rekabeti arttırmaktadır.

Asya Pasifik Yayımcılık Birliği (ABU) tarafından 2000 yılından beri üniversitelerin katıldığı Uluslararası robot yarışması düzenlemektedir. Amacı üniversite gençliğini okul yıllarında bu çalışmalara yönelmeleri ve bu alanda ihtiyaç duyulan beyin gücünü etkin bir şekilde yetiştirilmesidir. Ülkemiz de bu yarışmaya TRT nin organize etmesi ile her yıl katılmıştı. Yarışma kuralları her yıl yeniden belirlenmekte ve üniversitelere bildirilmektedir. Ülkemizde yarışmayı kazanan grup Türkiye yi uluslararası yarışmada temsil etmektedir.

Bu makalede bu yıl yapılan yarışmaya Celal Bayar Üniversitesi adına yarışmaya katılacak olan grubun tasarladığı iki robottan biri olan Manuel robot incelenmiştir. Robot ileri ve geri hareket yapabilmekte ve ekseni etrafında dönebilmektedir. Hareketi sağlayan iki tekerlek birer motorla tahrik edilmekte, motorlarda alınan çıktı hızları kayış kasnak sistemi kullanılarak iki kat arttırılmaktadır. Böylece robotun hız yapma kabiliyeti arttırılmaktadır. Ön tekerlek ise dönme hareketini sağlamaktadır. Köprü parçalarını tutmak için vakum pedleri ve vakum silindiri, parçayı kaldırmak için de kaldıraç sistemi kullanılmaktadır. Bütün motorlar elle kontrol edilmekte ve kontrol için elektronik bir düzenek kullanılmaktadır.

7. ROBOT TASARIMI

Manuel makinenin konstrüksiyonu sırasında şu özellikler ön planda tutuldu; hız, ivme, manevra kabiliyeti, basit ama etkili tasarım, kolay imal edilebilirlik ve ekonomiklik. Bütün bu özelliklerin arasında projeyi belirli bir bütçeyle yapma zorunluluğu, son tasarımın ilk planlanandan oldukça farklı olmasına neden oldu. Ayrıca yarışma kurallarında belirtilen oyun alanına girecek makinelerin toplam kütlesinin 50 kg’ı aşmaması gerekliliğinden dolayı ağırlık konusunda oldukça özenli davranılması gerekti. Manuel makine genel olarak gövdesinin altındaki tahrik sistemi, yükün kaldırılması için kullanılan vakum pedi sistemi, vakum üretimi için kullanılan piston

ve bu pistonun tahrik edildiği kramayer dişlisi açılmış mil ve silecek motoru sistemi, yakalanan yükün döndürülmesi için kullanılan motor sistemi ve yukarı aşağı hareket ettirilmesini sağlayan tamburdan tahrikli vinç sisteminden oluşmaktadır. Bu elemanların ayrıntısı sırasıyla aşağıda belirtilmiştir. Manuel robotun teknik resim çizimleri şekil 1-3’ te gösterilmektedir

Şekil 1 Manuel robot için ön görünüş

Şekil 2 Manuel robot için üst görünüş

Şekil 3 Manuel robot için yan görünüş a. Tahrik sistemi:

Robotun ana gövdesini oluşturmak için 10 mm kalınlığında ahşap kullanıldı. Ahşap gövdenin altına ucp204 yataklarla yataklanmış, 20 mm kalınlığında millerle güç silecek motorlarından kayış kasnak mekanizmasında torku ½ oranında düşüren bir çevrimden geçirildikten sonra 260 mm’lik 1.2 kg ağırlığındaki arka tekerleklere verildi. Tekerlekler göbeklerinden birer burçla millere bağlandı. Tekerleklere bağlı miller ikişer adet ucp204 yatakla yataklandı. Daha sonra millerin uç kısmına 24 dişli, 5mm hatveli birer kasnak bağlandı. Güç çevriminin diğer ucunda, 48 dişli, 5mm hatveli başka bir kasnak bulunuyor, bu iki kasnak birbirine bir T5 triger kayışıyla bağlandı. 48 dişli kasnağın göbeğine yine bir kamayla 20 mm çaplı mil bağlandı. Miller yine bu noktadan sonra sabitlenmiş olan arka silecek motorlarına bağlandılar. Hareket için kullanılan silecek motorları 63 dev/dak açısal hıza, 2.5 Nm gib yüksek bir torka sahiptirler, ağırlıkları 2 kg’dir, 12 V DC gerilimde 5 A akım çekmektedir. Manuel makinenin kontrolü kablolu oyun konsolu kumandasıyla yapıldığı için operatörün hem ilerleyip hem aracı kontrol edebileceğinden fazla bir hıza gerek duyulmadı. Kumandanın iki analog kontrolü sağ ve sol motorlara bağlandı, bunlardan gelen sinyalin motorların hem ileri hem geri duruştan tam hıza istenen oranda ve birbirinden bağımsız çalışabilmesine imkan vermesi için kontrol kartı buna izin verecek şekilde yapıldı.

2.2 Vakum pedi sistemi

Kullanılan vakum pedi 100mm çapında, Festo marka, körüklü bir vakum pedidir. Vakum pedi 4mm iç çapındaki plastik pnömatik hortumla bağlanmıştır. Pedden çıkan hortum, vinç profilini takip edip, pnömatik silindire gitmektedir. Vakum pedi sistemi, sistemin üstünde yeralan bir silecek motoruyla 270°ye kadar döndürülebilmektedir. Ped, kafa mekanizmasının altına, döndürme milinin uçuna, ortasında U şekli yapan bir levhayla bağlanmıştır. U şeklindeki girintiden pnömatik hortum bağlanmaktadır. Sistemin üzerinde şekilde de görüldüğü gibi pedlerin sürekli aşağı bakması için kafa sistemi ağırlık merkezi üzerinden mesnetlenmiştir. Vakum pedleri için tam 90° açıya yakın çalışmak çok önemli bir faktördür. Bu göz önüne alınmadığı durumlarda ped cismi yakalamayabilir yada hasar görebilir. 2.3 Vakum üreten motor-piston sistemi Motor piston sistemi, 36 mm çapında 250 mm stroklu yastıksız, tek etkili bir pnömatik silindir, bu silindirin miline bir çatal elemanla bağlanmış ve piston henüz strok yapmamışken en uç kısmından bir pp204 yatakla yaraklanmış, üzerine bir krameyer dişlisi açılmış 20mm çapında bir mil, bu mili tahrik etmek için kullanılan iki pp204 yatak arasına yataklanmış bir 20 mm çaplı alüminyum mil, bu milin yatakların dışında kalan bir ucuna iki adet M6 setiskurla sabitlenmiş bir 48 dişli bir T5 kasnak, bu kasnağı aralarındaki bir T5 kayışla tahrik eden 24 dişli bir diğer T5 kasnak ve bu kasnağın tahrik milin ucuna M8 somunla bağlı olduğu bütün bu sistemi tahrik etmekte kullanılan bir silecek motorundan oluşmaktadır. Burada kullanılan pnömatik silindir genel amacının dışında kullanılmıştır ve robotun genel maliyetini önemli şekilde düşürülmüştür. Pnömatik silindire hava verilerek ileri geri hareketi yapması yerine silindire ileri ve geri hareketler yaptırarak oluşan vakum ortamından faydalanıp, bu vakum, vakum pedlerine iletilmiştir. Motordan, krameyer tahrik dişlisine, triger kayışı kullanarak tahrik iletilmiştir. Triger dişlileri ve kramayer tahrik dişlileri 20mm lik alüminyum mil üzerine setiskurlar kullanılarak sabitlenmiştir. Böylelikle motordan alınan tahrik kramayer sistemine ve oradan da silindire ulaştırılmış olunur. Bu noktada kramayer dişlilerinin yüksek motor gücü karşısında zarar görmemesi için bazı emniyet önlemlerine ihtiyaç duyulmuştur. Bu ihtiyaca triger kayışını normalden daha az gergin kullanarak cevap verilmiştir. Böylelikle butonlarda veya kontrol kartında oluşabilecek hatalarda kramayer dişlilerinin zarar görmesi yerine T5 hatveli seçilmiş olan triger kayışı dişli üzerinde kayma hareketi yapması öngörülmüş ve uygulanmıştır. Triger kayışı plastik malzeme olduğundan dolayı elastik esneme katsayısı yüksek olup, maliyet ve işçilik açısında da sistemdeki değişime en uygun parça olarak göze çarpmaktadr.

2.4 Yük döndürme sistemi Yük döndürme sistemi manuel robotun teknik resminde görüldüğü gibi kaldırıcı vinç sisteminin en ucunda yer almaktadır. Sistem, ağırlık merkezinin en üst noktasına bağlı iki adet L şeklinde aluminyum levha ve ortasından geçen bir tarafı segmanlı T şeklinde bir mil vasıtasıyla vinç sistemine dahil olan alüminyum profilin en ucunda serbestçe salınabilmektedir. Ağırlık merkezinden geçen bir eksenden bağlı olduğu için vakum yüklü değilken vakum pedi sisteminin hep aşağı doğru bakmaktadır. Bunun dışında yük döndürme sistemi dikdörtgen kesitli, çelik çubuklarla birbirinden ayrı duran iki adet levhadan oluşmaktadır. İlk levha ve ikinci levha arasında yük döndürme sistemi, en alt levhanın altında ise vakum pedi sistemi yer almaktadır. 2.5 Vinç sistemi Vinç sisteminde ise motordan yine T5-10mm standartlarındaki triger kayış-kasnak sistemiyle tahrik iletilmiş, bu tahrikle tahtadan yapılmış bir tambur sistemi açısal olarak hareket ettirilmiştir, tahta tamburun etrafına dolanmış olan çelik tel vasıtasıyla vinç sisteminin ana elemanı olan üst profil yukarı aşağı hareket ettirilmiştir. Burada tamburlu sistemin kullanılmasının nedenleri ağırlığı, emniyetlerin çok altında olması, maliyetin ve işçiliğin az olması, monte ve demonte işlemlerinin kolay olması, konstrüksyonda fazla yer kaplamaması ve sistemin ihtiyacı olan hızı ve torku iletebilecek olmasıdır. Tambura 2mm çapında bir delik açılarak bu delikten çelik tel geçirilerek tambur etrafında sarılmış ve kaymalar kelepçelerle sabitlenerek önlenmiştir. Bu telin diğer ucu ise vinç kolunun üzerinde bulunan M10x70 standartlarındaki civataya bağlanmıştır. Burada civata kullanılmasın sebebi ise kolay uygulanabilirliği, yüksek mukavemeti ve düşük maliyetidir. Burada kullanılacak başka standart olmayan bir mil için torna tezgahında işlenmesi gerekecektir. Bu nedenle mümkün olduğu kadar standart elemanlar kullanılmaya dikkat edilmiştir. Vinç, 50X40 mm alüminyum profilden imal edilmiştir, üst uzvunun toplam uzunluğu 1163 mm olup, başlangıcından 30 mm öteden telle bağlıdır. Başlangıç noktasından 600 mm öteden bir dirsekle mesnetlenmiştir. Dirsek görevi yapan alt uzuvun uzunluğu 563 mm’dir. Kafa kısmı uç noktadan 20 mm içeriden mesnetlidir ve ağırlığı 3kg.’dır. Vincin taşıyacağı köprü parçalarının ağırlığı ise 3kg.’dır. 8. SONUÇLAR VE ÖNERİLER

Bu çalışmada ROBOCON 2004 yarışması için manuel robot tasarımı yapılmıştır. Robor temel olarak 3 tekerlekten oluşmakta ve taşınması gereken parçaları vakum

sistem ile taşımaktadır. Robot, vakum üretmek için bir piston, parçayı tutmak için bir vakum pedi ve parçayı kaldırmak için de bir vinç sistemine sahiptir. Tekerlekler, piston ve yük döndürme sistemleri silecek motorları ile tahrik edilmektedir. Üretilen robot yarışma şartlarını sağlamaktadır. Bu çalışmada şu noktalar geliştirilebilir: Robotun hareket hızı arttırılabilir.Bunu için daha güçlü motorlar kullanılabilir. Fakat bu durumda ağırlık problemi ile karşılaşılır. Yarışma gereği yarışmaya katılacak robotların toplam ağırlığı 50 kg ‘ ı aşmamalıdır. Yük kaldırma sistem için vakum yönteminin dışında başka yöntemler kullanılabilir. Her yöntemin avantaj ve dezavantajları vardır.

TEŞEKKÜR

Bu çalışma Celal Bayar Üniversitesi Rektörlüğü tarafından desteklenmiştir.

KAYNAKLAR 1. Bengisu, Ö., “Makine Konstrüksiyonuna Giriş”, Birsen Yayınevi, İstanbul,

1978 2. Akkurt, M., “Makine Elemanları Cilt I,II”, Birsen Yayınevi”, İstyanbul, 1990 3. Beer, F., Johnston, E.R., “Cisimlerin Mukavemeti”, Beta Yayınevi, İstanbul,

2003.

BOR MADENİ ve ÖNEMİ

Süheyla YEREL5, Nurgül ÖZBAY6 ve Nermin GENCE7

Özet Borun insan hayatı için önemi her geçen gün artmakta, gelişen bilim ve teknoloji sayesinde kullanım alanları giderek genişlemektedir. Ülkemiz gerek bor minerallerinin sahip olduğu rezerv, gerekse tenör avantajları ile dünyada en önemli potansiyele sahiptir. Bu nedenle bor, ülkemizin geleceğinde çok önemli bir rol oynayacak bir madendir. Bu çalışma, bor bileşikleri, bor madeninin özellikleri, rezerv durumları ve kullanım alanlarını kapsamaktadır. Anahtar Sözcükler: Bor, Cam, Seramik, Tinkal, Kolemanit, Üleksit, Hidrojen

Abstract The significance of boron is increasing everyday and the using areas of boron is extending by the means of developing technologies and science. With the reserve and advantage of B2O3 contents, Turkey has the most important potential all over the world. Because of its significance, the boron will act very important role for our country. This study contents, boron compounds, properties of boron, reserve and using areas. Key Words: Boron, Glass, Ceramic, Tincal, Colemanite, Ulexite, Hydrogen 1. GİRİŞ Doğada az bulunan ve duraysız elementlerden birisi olan bor, yerkabuğunda ortalama 10 ppm’den az olarak bulunmaktadır. Bor elementinin yerkabuğundaki genel dağılımı çok az olmasına karşın, belli ortamlardaki bor konsantrasyonlarının çok fazla orandaki artışı, ekonomik bor yataklarını oluşturmaktadır [1]. Tarihte ilk olarak 4000 yıl önce Babiller, Uzakdoğu’dan bor ithal etmiş ve bunu altın işletmeciliğinde kullanmışlardır. Mısırlıların da boru, mumyalamada, tıpta ve metalurji uygulamalarında kullandıkları bilinmektedir [2]. İlk bor kaynağı Tibet göllerinden elde edilmiştir. Eski Yunanlılar ve Romalılar boru temizlik maddesi olarak kullanmıştır. İlaç olarak ise bor ilk olarak Arap doktorlar tarafından M.S. 875 yılında kullanılmıştır [3].

5 Araş. Gör. Anadolu Üniversitesi Bozüyük MYO, Bozüyük/BİLECİK 6 Y. Doç. Dr. Anadolu Üniversitesi Bozüyük MYO, Bozüyük/BİLECİK 7 Doç Dr. Anadolu Üniversitesi Bozüyük MYO, Bozüyük/BİLECİK

Bugün bor ürünleri birçok endüstri dalının ana hammaddesidir. Kullanım alanlarında tüketimin hızla artışı kadar yeni kullanım alanlarının da günden güne artışı ve borun yakın gelecekte enerji üretim kaynağı olarak kullanılabilme olasılığı bora ayrıcalık kazandırmaktadır. Dünya bor rezervlerinin %70’ten daha fazlasının Türkiye’de bulunması borun Türkiye açısından önemini daha da artırmaktadır.

2. BOR NEDİR? Bor, kelime kökeni olarak Arapça buraq/baurach ve Farsça’da burah kelimelerinden gelmektedir [4]. Kimyasal sembolü (B) olup, periyodik cetvelin III A grubunda bulunan ve bu grubun metal olmayan tek elementidir. Bor, beyaz renkli, çok sert ve ısıya dayanıklı bir elementtir. Doğada tuz bileşikleri şeklinde bulunmaktadır. Bor 2.33g/cm3 yoğunluklu kristal ve 2.3 g/cm3 yoğunluklu amorf olmak üzere doğada iki şekilde bulunur [5]. Amorf bor siyah veya kahverengi toz şeklinde, kristal bor ise sert ve kırılgandır [6]. Doğada bulunan bor, kütle numaraları 10 (%19,8) ve 11 (%80,2) olan iki kararlı izotopun karışımından oluşmaktadır. Bor, ilk defa 1808 yılında Gay-Lussac ve Jacques Thenard ile Sir Humphry Davy tarafından boroksidin potasyum ile ısıtılmasıyla elde edilmiştir. Daha saf bor, ancak bromit veya klorit formlarının tantalyum filamenti vasıtasıyla hidrojen ile reaksiyona sokulmalarıyla elde edilmektedir. Kimyasal olarak ametal bir element olan kristal bor, normal sıcaklıklarda su, hava ve HCl/HF asitler ile soy davranış göstermektedir. Öte yandan yüksek sıcaklıklarda saf oksijen ile reaksiyona girerek, boroksit (B2O3), aynı koşullarda nitrojen ile bornitrit (BN) , bazı metaller ile magnezyum borit (Mg3B2) ve titanyum diborit (TiB2) gibi endüstride kullanılan bileşikler oluşturabilmektedir [6]. 2.1 Bor Mineralleri Bor, doğada serbest olarak bulunmaz. Bor elementi, değişik oranlarda boroksit (B2O3) ile 150'den fazla mineralin yapısı içinde yer almasına rağmen; ekonomik anlamda bor mineralleri kalsiyum, sodyum ve magnezyum elementleri ile hidrat bileşikleri halinde teşekkül etmiş olarak bulunur. Yapılarında bulunan Ca, Na ve Mg elementlerine göre sınıflandırılırlar. Na kökenli olanlara tinkal, Ca kökenli olanlara kolemanit ve Na-Ca kökenli olanlara üleksit denir [7]. Bor minerallerinden ticari değere sahip olanları; tinkal, kolemanit, üleksit, probertit, borasit, szyabelit, hidroborasit ve kernit'tir. Bor madenleri, topraktan çıkarıldıktan (tüvenan cevher), sonra kırma, eleme, yıkama ve öğütme işlemlerini müteakip, ilgili sanayilerin kullanımına hazır hale gelebilmektedir. Bor elementinin kimyasal özellikleri, morfolojisine ve tane büyüklüğüne bağlıdır. Mikron ebadındaki amorf bor kolaylıkla ve bazen şiddetli olarak reaksiyona girerken, kristalin bor kolay reaksiyona girmez. Bor yüksek sıcaklıkta su ile reaksiyona girerek borik asit ve diğer ürünleri oluşturur.

Mineral asitleri ile reaksiyonu, konsantrasyona ve sıcaklığa bağlı olarak yavaş veya patlama şeklinde olabilir ve ana ürün olarak borik asit oluşur [8]. Ülkemizde işletilmekte olan başlıca bor minerallerinden (Tablo 1) TİNKAL Eskişehir Kırka, KOLEMANİT Kütahya Emet, Balıkesir Bigadiç ve Bursa Kestelek, ÜLEKSİT ise Balıkesir Bigadiç’te bulunmaktadır.

ÜRÜN CİNSİ ÜRETİMİ (T/Yıl)

KIRKA Konsantre Tinkal 800.000

EMET Konsantre Kolemanit 400.000

BİGADİÇ Konsantre Kolemanit-Üleksit 400.000

BİGADİÇ Öğütülmüş Kolemanit 60.000

KESTELEK Konsantre Kolemanit 100.000

TOPLAM 1.760.000

Tablo 1 Bor üretim yerleri ve kapasiteleri

2.2 Bor Ürünleri Bor cevherlerinin yapılarındaki kil bileşiklerinin arındırılması için yapılan yıkama ve zenginleştirme işlemi sonucu elde edilen ürün ham bor (konsantre) olarak tanımlanmaktadır. Bor mineralleri konsantre bor ve/veya öğütülmüş konsantre bor halinde piyasaya sanayi girdisi olarak belli miktarlarda sunulabilmekte, geriye kalanı ise sanayide rafine bor bileşikleri halinde kullanılmaktadır [9]. Ülkemizde konsantre ürün olarak pazarlanan ve rafine ürün üretiminde kullanılan Tinkal Konsantre ve Kolemanit Konsantre olmak üzere iki tür konsantre bor cevheri vardır. Üleksit Konsantre, ülkemizde rafine ürün üretiminde kullanılmamakta olup sadece konsantre ürün olarak yurt dışına satılmaktadır [9]. Ülkemizde elde edilen başlıca rafine ürünler ise şunlardır; 1. Boraks Pentahidrat 2. Boraks Dekahidrat 3. Susuz Boraks 4. Borik Asit 5. Sodyum Perborat olarak sıralanabilir.

Bor madenlerinden, kolemanitin sülfürik asit ile reaksiyonu sonucu borik asit, tinkalin rafine edilmesi ile boraks pentahidrat ve dekahidrat (boraks), boraks pentahidrat'in kalsine edilmesi ile susuz boraks, tinkalin veya boraksın hidrojen peroksit ile reaksiyonu sonucu da sodyum perborat elde edilmektedir. Konsantre cevherden rafine ürünlere geçiş, şematik olarak aşağıda gösterilmiştir [9].

Kolemanit Konsantre/Tinkal Konsantre

↓↓↓↓ Borik Asit Boraks Pentahidrat

↓↓↓↓ Boraks Dekahidrat

↓↓↓↓ Susuz Boraks

↓↓↓↓ Sodyum Perborat

Bu ürünler dışında, genellikle yüksek teknoloji gerektiren yöntemler ile dünyada ticari olarak üretilen ve değişik kullanım alanları olan özel bor kimyasalları mevcuttur. 250 civarında sektörde nihai ürün olarak kullanılan bu ürünlerden en yaygın kullanım alanlarına sahip olanları; susuz borik asit, elementer bor, çinko borat, ferro bor, borazon (kübik bor nitrür), bor karbür, bor hidrit, bor karbit ve bor nitrür olarak sıralanabilir [6,9]. 3. BORUN KULLANIM ALANLARI Tekdüze ve çok spesifik kimyasal karakteristiklerinden dolayı, özellikle 2. Dünya Savaşı’ndan sonra, bor kimyasının hızla gelişmesi sayesinde, bugün konsantre, rafine ürün ve nihai ürün şeklinde, en az 200'ünde alternatifsiz olmak üzere, 250'yi aşkın kullanım alanı oluşmuştur. Bor, ilave edildiği malzemelerin katma değerlerini yükseltmekte, bu nedenle bugün sanayiinin tuzu olarak adlandırılmaktadır. Gelişen teknolojiler, bor kullanımını ve bora bağımlılığı artırmakta, borun stratejik mineral olma özelliği giderek daha da belirginleşmektedir. Ülkemiz açısından büyük stratejik öneme sahip doğal bir kaynak olan bor mineralleri, endüstride çok yaygın ve çeşitli kullanım alanlarına sahiptir (Tablo 2). Günlük hayatımızın hemen her yerinde kullanılan bor, cam, seramik, tarım, metalurji, deterjan endüstrilerinde, nükleer enerji üretiminde ve yanmayı geciktirici madde olarak oldukça geniş kullanım alanlarına sahiptir [10,11].

ÜRÜN KULLANIM ALANI

Kalsiyum Bor Cevheri Tekstil kalite cam elyafı, Bor alaşımları,

(Kolemanit) metalurjik curuf yapıcı

Sodyum Bor Cevheri (Üleksit ve Probertit)

Yalıtım cam elyafı, Borosilikat cam Antiseptikler, bor alaşımları, nükleer, yangın geciktirici, naylon, fotoğrafçılık, tekstil, gübre, katalist, cam, cam elyaf, emaye, sır

Susuz Boraks Gübre, cam elyaf, cam, metalurjik curuf yapıcı, emaye-sır, yangın geciktirici

Sodyum Perborat Deterjan ve beyazlatıcı, tekstil Sodyum Metaborat Yapıştırıcı Deterjan, zirai ilaçlama, fotoğrafçılık, tekstil

Sodyum Pentaborat Yangın geciktirici, gübre Tablo 2 Bor ve bor ürünlerinin kullanım alanları Bor minerali enerji üretilebilen elementler içinde litre başına 92.77 MJ yanma enerjisiyle birinci sırada yer almaktadır. Bu nedenle alternatif enerji kaynağı olarak kullanılabilirliği üzerinde 1950’li yıllardan beri yapılan çalışmalar, son yıllarda kritik teknolojiler olarak ortaya çıkmaya başlamıştır. Bu bağlamda bor mineralinin ticari amaçlı olarak üç özelliği üzerinde önemle durulmaktadır. Bunlar; * Hidrojen taşıyıcısı olarak bor mineralinden faydalanma, * Hidrojenden daha iyi bir enerji hammaddesi olması, * Füzyon (fusion) reaktörlerinde yakıt olarak bor kullanımı olarak sayılabilir. Yakıt pilleri üzerinde yapılan çalışmalar bor mineralini ön plana çıkarmış ve ticari olarak kullanılabilirliği üst seviyede kanıtlanmıştır (Tablo 3).

ELEMENT MİNERALLERİN ENERJİ

DEPOLAMA KAPASİTESİ(MJ/L) Hidrojen 8,3 Lityum 15,69 C8H18 33,22

Berilyum 86,15 BOR 92,77

Karbon 54,01 Magnezyum 29,52 Alüminyum 57,47

Silis 51,55 Fosfor 43,01

Tablo 3 Minerallerin Enerji Depolama Kapasiteleri Endüstri devriminden günümüze kadar birincil enerji kaynaklarında sistemli bir değişim olduğu bilinmektedir. Başlangıçta katı (kömür) ağırlıklı enerji kaynağı,

takiben sıvıya (petrole) dönüşmüş ve içinde bulunduğumuz yıllar içerisinde de sıvıdan gaza (doğalgaz, LPG) kısmi bir geçiş gerçekleşmiştir. Bu gelişmede azalan enerji kaynaklarının oluşturduğu kaygı kadar çevre kirliliği de rol oynamıştır. Nitekim üretilecek aynı enerji miktarı için gerekli kömür, petrol, doğalgazın oluşturduğu çevre kirliliği verilen sıra içerisinde azalmaktadır. Enerji kaynağı olarak hidrojenin önemi bu sıra içerisindeki yerinden kaynaklanmaktadır (Tablo 4). Hidrojen, reaksiyon sonucu diğer yakıtların sebep olduğu CO, CO2, CnHm, SOx, NOx vb. oluşumların aksine sadece su oluşturmaktadır [12,13]. Dünyadaki önemli bor yatakları Türkiye, A.B.D. ve Rusya’dadır (Tablo 5). Türkiye’nin bor madenlerinin rezerv ömrü 389 yıl, Rusya’nın 69 yıl ve A.B.D.’nin ki ise 55 yıldır. Dünya toplam bor rezervinde Türkiye’nin payı %64, diğer önemli ülke olan ABD ve Rusya’nın payı sadece %20’dir. Dünyadaki en önemli bor üreticileri; US Borax Inc. (ABD) ve Eti Maden İşletmeleri Genel Müdürlüğü (Türkiye)’dür. Dünya bor üretiminin yaklaşık %70’ini ABD ve Türkiye gerçekleştirmektedir [14]. Dünya rezervleri ve bu rezervlerin tüketim artış hızları göz önüne alındığında yaklaşık 70 yıl sonra ülkemizin dünyadaki tek bor kaynağı olma ihtimali yüksektir.

Enerji Yoğunluğu*

Depolama Ortamı

Hidrojen Miktarı (ağ.%)

HacimceYoğunluk* (H atomu l-1) (x1025)

MJ/kg MJ/l

Gaz halde H2 (150 atm)

100.00 0.5 141.90 1.20

Sıvı H2 (-253oC) 100.00 4.2 141.90 9.92

MgH2 7.65 6.7 9.92 14.32 VH2 2.10 11.4 Mg2NiH4 3.60 5.9 4.48 11.49 TiFeH1.95 1.95 5.5 2.47 13.56 LaNi5H6.7 1.50 7.6 1.94 12.77 NaAIH4 7.40 8.25 NaBH4 (katı) 10.60 6.8 NaBH4-20 Sol. 4.40 44 NaBH4-35 Sol. 7.70 77 Nanotüpler 1-10(?) ? ? Benzin 47.27 6.6-9.9 Metanol 22.69 5.9-8.9

Tablo 4. Değişik Ortamlarda Depolanabilecek Hidrojen Miktarı ve Enerji

Yoğunlukları [13].

Görünür Ekonomik Rezerv

Muhtemel Mümkün Rezerv

Toplam Rezerv

Toplam Rezervdeki Pay (%)

Toplam Rezerv Ömrü.(Yıl)

Türkiye 224000 339000 563000 64 389

ABD 40000 40000 80000 9 55

Rusya 40000 60000 100000 11 69

Çin 27000 9000 36000 4 25

Şili 8000 33000 41000 5 28

Bolivya 4000 15000 19000 2 13

Peru 4000 18000 22000 2 15

Arjantin 2000 7000 9000 1 6 Kazakistan 14000 1000 15000 2 10

TOPLAM 363000 522000 885000 100 610

Tablo 5 Dünya Bor Rezervleri 4. SONUÇLAR Dünya rezervleri ve bu rezervlerin tüketim artış hızları göz önüne alındığında yaklaşık 70 yıl sonra ülkemizin dünyadaki tek bor kaynağı olma ihtimali yüksektir. Bu anlamda Türkiye’nin dünya bor pazarındaki mevcut payını arttırmak amacıyla gerekli araştırmaların ve yatırımların yapılması zorunlu görülmektedir. Gelecekte fosil yakıtların tükenebileceği dikkate alınırsa petrolün alternatifinin bor madeni olacağı bilim adamlarınca belirtilmektedir. Ülkemiz dünyanın en büyük bor rezervine sahiptir. Ancak yeterli teknolojiye sahip olamamamız nedeniyle bor ileri teknolojilerde kullanılamamaktadır. Bu nedenle, bor hammadde olarak ihraç edilmekte, buda ülkemize yeterli katma değer sağlamamaktadır. KAYNAKLAR [1] Helvacı, C., 2004, Türkiye Borat Yatakları: Jeolojik Konumu, Ekonomik Önemi ve Bor Politikası 5. Endüstriyel Hammaddeler Sempozyumu, İzmir, Türkiye [2] Özsoy, A., 1991, Çeliklerin Borlanmasında Borür Tabakası, Geçiş Zonu ve Anamatriksin Özelliklerinin İyileştirilmesi, Anadolu Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Doktora Tezi, Eskişehir, Türkiye. [3] Ediz, N. ve Özdağ, H., 2001, Bor Mineralleri ve Ekonomisi, Dumlupınar Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, Sayı 2, Kütahya, Türkiye. [4] Bor Stratejik Bir Madendir, Bilim ve Ütopya Dergisi, Sayı, 94, Nisan, 2002, Türkiye.

[5] Taşçı, A., 1993, Borlanmış Çeliklerin Aşınma ve Korozyon Dayanımları, İstanbul Üniversitesi Fen bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, İstanbul, Türkiye. [6] Sarıiz, K. ve Nuhoğlu, İ., 1992, Endüstriyel Hammadde Yatakları Ve Madenciliği, Anadolu Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi yayınları No: 62, Eskişehir, Türkiye. [7] www.bath.ac.uk/boron.htm [8] DPT (Bor Tuzları – Trona – Kaya Tuzu – Sodyum Sülfat – Stronsiyum), 2001, Çalışma Grubu Raporu Cilt II, Ankara. [9] Acarkan, N., 2002, Bor ürün çeşitleri ve kullanım alanları, I. Uluslar arası Bor Sempozyumu, Kütahya, Türkiye. [10] Absolom, T., 1980, Mineral Facts and Problems. [11] Ademdir, O., 2001, İleri Teknoloji ve Malzemelerinde Bor Türevleri, Türkiye Borat Yatakları, Workshop, İ.T.U. Maden fakültesi, İstanbul, Türkiye. [12] Güvendiren, M. ve Öztürk, T., 2003, Enerji Kaynağı Olarak Hidrojen Ve Hidrojen Depolama, Mühendis ve Makina, Sayı 523, http://www.mmo.org.tr/muhendismakina/

[13] Selvam P., Viswanathan B., Swamy C.S., Srinivasan V., 1986, Magnesium

and Magnesium Alloy Hydrides, Int. J Hydrogen Energy, Vol.11, No.3,169-192,. [14] http://www.etiholding.gov.tr

YAĞ KATKI MADDELERİNİN MOTOR PERFORMANSINA ETKİLERİ Tamer CEBECİ8

Özet Motor yağ katkı maddelerinin kullanımı, motor performansında iyileşmelere neden olmaktadır. Bu sayede motor verimi artmakta, parça ömürleri uzamaktadır. Yağ katkı maddeleri uygun şekilde kullanıldıklarında istenen faydayı sağlayacaklardır. Anahtar sözcükler : Motor yağ katkı maddeleri,motor performansı, motor aşınması.

Abstract Using engine oil additives cause progress on engine performance. In this way, engine performance will be increased and engine fragment lifetime will be extended. Desired benefit will be obtain if engine oil additives is used properly. Key words : Engine oil additives, engine performance, engine wear. 1. GİRİŞ Yağlamanın birinci görevi sürtünmeyi ve aşınmayı azaltmaktır. Optimum şartlarda yağlayıcı bir akışkan filmi tarafından yüzeyler tamamen ayrılmaktadır. Prensip olarak bu hidrodinamik ya da hidrostatik yağlama tarafından başarılmaktadır. Hidrodinamik yağlama tipinde yükün taşınmasında en önemli özellik yağlayıcının viskozitesi ve milin hızıdır. Yağlayıcı, sistemde bir soğutucu görevi de yapmaktadır. Aşınma ve diğer artıkları çalışma ortamından uzaklaştırılır. Ayrıca yağlayıcılar metalleri korozyona karşı korur. 2. KATKI MADDELERİ Sıvı yağlama yağlarının ve yarı katı yağlayıcıların kalitesi, rafinasyon ve üretim prosesine bağlıdır. Bu nedenle bazen üretimi tamamlanmış yağlara çalışacağı ortama göre, daha iyi ve daha uzun süre görev yapabilmesi amacıyla ilave spesifik özelliklere ihtiyaç duyulmaktadır. Bu özellikler yağa, belirli kimyasal veya metalik maddelerin ilavesiyle sağlanmaktadır. Bu nedenle genel olarak, başlangıçta yağda bulunmayan veya belli miktarda bulunan, yağlara istenen bazı özellikleri kazandırmak, mevcut özellikleri geliştirmek, yağın istenmeyen bazı özelliklerini de yok etmek veya en aza indirmek amacıyla yağlara sonradan eklenen ilave maddelere katkı maddesi denilmektedir (1,2,3,4,5,6).

8 Öğr. Gör. Celal Bayar Üniversitesi, SMYO, Soma, MANİSA

Yağlama yağları için katkı maddesi ilavesi ilk defa 1920’li yıllarda başlamış ve kullanımı o zamandan beri önemli oranda artmıştır. Günümüzde, pratik olarak yağlama yağları en azından bir, yağların bir kısmı ise birkaç farklı tip katkı maddesi içermektedir. Kullanılan katkı maddelerinin miktarı ise, binde birkaçtan yüzde otuzlara kadar değişebilmektedir (7,8). Katkı maddelerinin faydalı etkilerinin yanı sıra, zararlı etkileri de olabilmektedir. Özellikle fazla miktarda katkı maddesi kullanıldığında veya diğer katkı maddeleri ile reaksiyon oluştuğunda olumsuz etkiler meydana gelir. Optimum performans için katkı maddesi dengesinin başarılması, yağ formülasyonu yapan kişinin sorumluluğundadır. Bu nedenle testler yapılmaktadır (6). Yağa bazı özellikler kazandırmak için katkı maddesi eklenirken, bu katkı maddesi elemanlarının özelliklerini bozmamaları gerekmektedir (9). Yüksek basınç katkıları, sürtünme azaltıcılar, oksidasyon önleyici, viskozite

indeksi geliştiriciler, aşınma önleyici, donma noktası düşürücü, pas önleyici, temizleyici ve dağıtıcılar, köpük önleyici, emülsiyon yapıcı, yapışkanlığı arttırıcı, renk ve koku stalizörü, antiseptikler, metal yatıştırıcıları, suya karşı koruyucu, alkali katkı maddeleri, gümüş koruyucuları, ıslatma kabiliyeti arttırıcı katkı maddeleri yaygın olarak kullanılmaktadır (2,3,4,6,10,11,12). 2.1 Korozyon Önleyici Katkı Maddeleri Motorlarda korozyonu önlemek amacıyla kullanılan katkı maddeleri polar gruplar

içermektedir. Bu uçlar, katkı maddelerinin metal yüzeylerine adsorbe edilmesini sağlamaktadır. Oluşan film temizleyici ve dağıtıcı katkı maddeleriyle yüzeylere sıkıca bağlanır. Film tabakası yağlardaki asit tabakasının etkisini azaltır. Petrol ürünlerindeki kükürt ve bileşikleri metallere nüfuziyet etkisi oluşturur. Korozyon onleyici katkı maddeleri, organik sülfitler, aktif sülfür, fosfor veya nitrojen içeren bileşikler, fosforik asit, sülfürlendirilmiş mumlar, bazik silikatlar, nitritler, hidroksilamin gibi bileşiklerdir. 2.2 Viskozite İndeksi Geliştiriciler Düşük ve yüksek sıcaklıklarda aynı viskozitenin korunmasını sağlayan katkı

maddeleridir. Düşük sıcaklıkta minimum, yüksek sıcaklıkta maksimum viskozite artışı sağlanır (3). Bu sayede hareketli parçalarda ısıdan etkilenmeyen film tabakası oluşur. Yağ ısındığında kabaran küçük bilyalar gibi hareket etmektedir (8,13,14). Bu tür katkılar, butil polimerler, hidrojenli kauçuk olefinler gibi bileşiklerden oluşur (1,3,6). Motor yağlarında, hidrolik akışkanlarda, otomatik transmisyon akışkanlarında ve dişli çarklarda kullanılır (6,15 ).

2.3 Oksidasyon Önleyici Katkı Maddeleri Yağların kullanıldıkları yerler hava ile temas halindedir. Yağ ile reaksiyona giren

oksijen oksitlenmeye neden olur. Oksitlenme sonucu viskozite artar karbon ve asit oluşur (2). Oluşan bu maddeler yalıtkanlık meydana getirir. Motor sıcaklığı artar, piston segmanları, sübap mekanizması, vb. parçalarda arızalar oluşur (2). Aromatik hidrokarbonların oksitlenmesinde vernik ve çamur, parafenik yağların oksitlenmesinde ise yağda çözünen oksitler oluşur. Oksidasyon önleyici katkı maddeleri iki gruba ayrılır.

1. Yağ ile reaksiyonu önleyici katkı maddeleri; Aşınma ile oluşan metal parçalarının yüzeylerini kaplayarak bu metaller ile yağ arasındaki kimyasal reaksiyonlara engel olanlar.

2. Zincir reaksiyonunu durdurucu katkı maddeleri; Yağdaki karbonların oksijenle reaksiyonunu durdurarak asit ve tortulaşma engellenir (16).

2.4 Pas önleyici katkı maddeleri Paslanmayı önlemek amacıyla yağa ilave edilen katkı maddeleri metal yüzeyle

kimyasal reaksiyon oluşturmadan, metalin su ve hava ile temasını keser. Böylece aşındırıcı etkilerden korunur. 2.5 Donma noktası düşürücü katkı maddeleri Hidrokarbonlar düşük sıcaklıklarda katılaşır (3). Yüksek molekül ağırlıklı polimer

yapıdaki katkılar ile yağ içindeki kristalleşmenin önüne geçilir. Donma noktası 10-15 derece düşürülür (6). 2.7 Köpük önleyici katkı maddeleri Makine parçalarının hızla çalışması esnasında oluşan mikser etkisi yağların

köpürmesine neden olur. Yağın bünyesine giren havanın hemen yağ dışına çıkabilmesi gerekir. Köpüklenmeye direnç yağın rafineri özelliklerine bağlıdır. Silikon polimer ilaveli köpük önleyici maddeler sıkça kullanılmaktadır. Motor bünyesine sızan hava köpük yapar. Bu hava solüsyon hale bulunuyorsa sakıncalı değildir. Değişen basınçlar solüsyonu köpürtür. Solüsyondan ayrılan hava sıkışabildiği halde yağ sıkışmaz. Sıkışan havanın Sıçaklığı artar. Dolayısıyla ısınan hava yağıda ısıtmaya başlar. Oluşan oksidasyon hareketi zorlaştırır. Köpüklenme hidrolik sistemlerde kavitasyon oluşturur. Kavitasyon sonucu oluşan basınçlı hava kabarcıkları kum etkisi göstererek pompa parçalarının ve hidrolik sistemin aşınmasını sağlar (17,18). Yağ içindeki köpük pompa kayıplarına neden olur. Pompa verimleri düşer. 2.8 Temizleyici ve Dağıtıcı Katkı Maddeleri

Yanma sonucunda yağ içinde çamur, karbon, vernik, oksidasyon ürünleri ve katı

parçacıkları dağıtmak için temizleyici ve dağıtıcı katkı maddeleri kullanılır. Piston, segman, sübap gibi motor parçalarını yüzeylerde oluşan çamur veya vernik tabakalarının oluşumuna mani olmaktadır. Petrol esaslı asit ve tuzlar, baryum, kükürt ve fosfor ihtiva eden polimerler temizleyici katkı maddesi olarak dizel motorlarda kullanılmaktadır. Bu katkılar yağların köpürmesine ve emülsiyon oluşumuna neden olduğu için içten yanmalı motorların dışında kullanılmaları sakıncalı olmaktadır. Temizleyici katkı maddeleri tortu oluşumunu tam olarak önleyememektedir. Metal içermeyen külsüz katıklar geliştirilmiştir. Bunlar dağıtıcı katkı maddeleridir (6). 2.9 Emülsiyon Yapan Katkı Maddeleri Su zerrelerini bünyesinde tutup, paslanmaya engel olan maddelere emülsiyon katkı

maddeleri denir. Su ile metalın doğrudan teması engellenir. Sabunlar, sodyum sülfonatlar ve yağ asitleri bu amaçla kullanılırlar. 2.10 Koku önleyici ve antiseptik Katkı Maddeleri Bakteri oluşumunu önleyip kötü kokuyu azaltan katkı maddeleridir. Alkoller ve

fenoller bu amaçla kullanılır. 2.11 Metal Passivatör Katkı Maddeleri Metal yüzeyinin ilave bir maddeyle örtülmesi, madenlerle metal yüzeylerinin

reaksiyona girmesini engeller. Fosfor ve sülfür bileşikleri bu amaç için kullanılırlar. 2.12 Yapışkanlık Verici Katkı Maddeleri Yağların yataklardan sıyrılıp azalması yağlamayı da azaltır. Akma sonucunda açık

yataklarda damlamayla etraf kirlenir. Bunu engellemek için lifli yapıda yağ katkıları kullanılır. Bu lifler yağın yatak üzerinde yapışmasını sağlar. Bu özellikleri sağlamak için yüksek molekül ağırlıklı sabun bileşikleri kullanılır. 2.13 Sürtünme Azaltıcı Katkı Maddeleri Yüzeyler arasında yağ filmi oluşturarak pürüzsüz bir ortam oluşması sağlanır. Yağ

filminin mukavemeti artar. Motorlarda oldukça sık kullanılır. Yüzeyler arasındaki yağ filminin bozulmaması sürtünmeyi ve güç kaybını azaltır. Titreşimsiz, pürüzsüz kayma ve minimum sürtünme katsayısı istenen durumlarda faydalıdır. Sürtünme azaltılması partikül filitrasyonu ile de başarılmaktadır (3).

Bu tür katkı maddeleri; oksijen, moliblen, bakır, nitrojen içermektedir. Genellikle yağ filmi ile yüzey pürüzlerinin penetrasyonu çok şiddetli olmadıkları yükleme hallerinde etkili olmaktadır. Sınır yağlama şartlarında, katkı maddesinin konsantrasyonunun artmasıyla sürtünme katsayısı azalmakta ve yüksek konsantrasyon oranlarında ise minimum bir sürtünme katsayısına yaklaşılmaktadır (19,20). 2.14 Aşınma Önleyici Katkı Maddeleri Karışık yağlama bölgesinde kullanılmaktadırlar. Yağ filmi ile pürüzlerin

penetrasyonu kesintilidir. Metal yüzey ile reaksiyona girerek bir yüzey bileşiği oluşturulmakta ve bu yeni tabaka plastik bir akışa maruz kalmaktadır. Katkı maddesi olarak çinko, fosfor ve sülfür bileşikleri kullanılır (11,21,22). Sürtünme ve aşınmayı azaltan katkı maddelerinin en iyisi yağda çözülebilen moliblen-sülfür bileşikleridir. 2.15 Yüksek Basınç Katkı Maddeleri Ağır çalışma şartlarında metal yüzeylerde kaynamayı ve tutunmayı engeller.

Metalik temasın arttığı ve tutunmanın oluştuğu hallerde kullanılırılar. Kullanımları korozyon problemlerini içermektedir (3).Yatakların sürtünmesi azalmakta, yük kapasiteleri artmakta, aşınma azalmakta, yüzey bozulmaları önlenmektedir. Bu katkı maddeleri metal yüzeylerle oda sıcaklığında reaksiyona girmezler. Reaksiyon sıcaklığından önce etkili değildir. Yüksek basınç ve sıcaklıklarda ise reaksiyona girerek kayma mukavemeti, demir klorür gibi tabakalar oluştururlar. İspermeçet yağı, oleik asit, don yağı, fosfor ve fosforik asit esterleri ve polar gruplu oksitlenmiş organik bileşikleri kullanılmaktadır (4,6,21). 2.16 Sıvı Metalik Katkı Maddeleri Bu katkı maddeleri bakır-kurşun-gümüş metallerinin karışımından oluşan sıvı

metal süspansiyondur. Süspansiyon yağa ilave edilerek sürtünen kısımlarda metal bir film tabakası oluşturmaktadır. Bu sayede aşınmış yüzeylerde onarım yapılmış olur. Aşınmış bölge sıvı metal süspansiyon ile doldurulur. Motorun aşırı ısınması durumlarında bile oluşan metalik yağ filmi, segman, piston ve silindir yüzeylerinin hasar görmesini, yatak sarmasını önlemektedir. Kurşun tabakası yağlamayı düzenlemektedir (17). 2.17 Özel Katkı Maddeleri Nebati ve hayvani yağlarda bulunan oleik asit organik bir maddedir. Madeni yağa

%1 oranında ilave edilir. Kurşun sabunu, kurşun hidroksitin türevlerinden elde edilir. Viskoziteyi yükseltir. Köpürmeyi azaltır.

2.18 Teflonlar Yüksek ergime dereceleri, kolay uygulanabilirliği, gerilmelere ve kırılmalara

direnç özellikleri vardır. Teflonlar büyük moleküllere sahip, uzun zincir yapılı polimerlerdir. Bu molekül yapısı tekrarlanan bir çok benzer veya farklı ünitelerden meydana gelmektedir. 2.19 Kaydırıcılar

1. Moliblen Disülfit; grafit görevi yapar. Yüzey düzgünsüzlükleri bu madde tarafından kapatılır.

2. Grafit; Karbon esaslıdır. Yüksek sıcaklığa dayanıklıdır. Uzun süre yağlayıcı etkisini kaybetmez.

3. Fosfor Bileşikleri; Fosfor alaşımları eriyerek yüzey düzgünsüzlüklerini kapatır. Sürtünme Azaltıcı Katkı Maddeleriyle Yapılan Deney Düzeneği; Clayton Marka , A-35012-872 model ve seri nolu, 1985 yılı imalatlı ve test

kapasitesi ve hızı 1000 Hp-5000 d/d olan Bremze test cihazı kullanılmıştır. Bu cihaz su freni, ölçüm yapılacak motor ile bağlantı sağlayan şaft mili, motor ve su freninden değerleri okuyan dijital ve analog görüntü birimlerini içeren kontrol odasından oluşmaktadır. Bremze deney tertibatında motorla ilgili devir sayısı, tork, güç, yağ basınç, yağ sıcaklık değerleri ölçülebilmektedir. Bremze test cihazı kullanılarak Cummins 1150 tip motorda kullanılan yağa

sürtünme azaltıcı yağ katkı maddeleri ilave edilerek, motor performans değerlerindeki değişimler kaydedilmiştir. Yağ değişim zamanı gelmiş motor yağı kullanılmış yağa, katkı A, katkı B, katkı C,

katkı D maddeleri % 2 oranında, 10 ar litrelik kullanılmış yağa ilave edilerek her birinde elde edilen sonuçlar karşılaştırılmıştır. Deney sırasında ortam sıcaklığı 26 º C , motor devri 2000 d/d , çalışma süresi 5 er dakikadır. Şekil 1’de katkı maddeleri kullanımı sonrasında motor yağındaki sıcaklık değişimleri verilmiştir. Şekil 2’de motor güç değişimleri, Şekil 3’te motor tork değişimleri, Şekil 4’te ise motor yağ basıncı değerleri verilmiştir.

68

70

72

74

76

78

80

82

84

1

Şekil-1 Katkı maddeleri ve sıcaklık değışimi.

Motor yağı sıcaklıkları ( C )

Kullanılmış yağ

Katkı A

Katkı B

Katkı C

Katkı D

226

228

230

232

234

236

238

240

1

Şekil-2 Katkı maddeleri ve güç değişimi.

Motor güç değerleri ( kW )

Kullanılmış yağ

Katkı A

Katkı B

katkı C

Katkı D

894

896

898

900

902

904

906

908

910

912

1

Şekil-3 Katkı maddeleri ve tork değişimi.

Motor tork değerleri ( Nm ) Kullanılmış yağ

Katkı A

Katkı B

Katkı C

Katkı D

0,36

0,38

0,4

0,42

0,44

0,46

0,48

1

Şekil-4 Katkı maddeleri ve yağ basıncı değişimi

Motor yağ basıncı değerleri ( MPa )

Kullanılmış yağ

Katkı A

Katkı B

Katkı C

Katkı D

SONUÇLAR Elde edilen veriler incelendiğinde katkı maddelerinin kullanımı sonucu motor yağı

sıcaklıklarında ortalama 5-9 ºC azalmalar oluşmuştur. Katkı maddeleri motor gücünü 2-8 kW oranında arttırmaktadır. Tork değerlerinde 3-10 Nm artış sağlanmıştır. Yağ basınçları 0,02-0,07 Mpa aralığında artışlar göstermiştir. Endüstriyel yağ katkıları kullanımı sonucu motor performans değerlerinde artışlar

meydana gelmiştir. Bu durum yağ katkılarının sürtünmeyi azalttığını, yüzey düzgünsüzlüklerini giderdiğini, kullanılan yağın yağlama özelliklerini arttırdığını göstermektedir. Yağ özelliklerinin iyileştirilmesi, aşınmanın azaltılmasını, yağ değişim zamanlarının uzamasını, çalışma saatlerinin artmasını sağlayacaktır. Sürtünme katsayısını sıfır yapabilecek yağ katkı maddeleri bu teknolojinin varacağı son nokta olacaktır. TEŞEKKÜR Deneysel veriler, E.L.İ Cinge Atölyesi Nazif Bilgin ve Orhan Taşpınar’dan

alınmıştır. KAYNAKLAR 1. Hamrock, B.J.,“Fundamentals Of Fluid Film Lubrication”,Mcgraw-Hill,Inc.New York, 1994 2. Cameron, A.,“The Principles Of Lubrication”, Longmans Green & Co. Ltd., New York, 1996. 3. Radow, C.K., “Engine Oil Additives”, Aus Praxis Und Forschung, Tribologie + Schmierungstechnik – 37. Jahrgang -5/1990, Sayfa 250 -258, 1990. 4. O’connor J.J., “Standart handbook Of Lubrication Engineering”, Chapter 11,13,14,15, Mc.Graw-Hill Book Comp. New York, 1960. 5. Ulukan, L., “Makine Elemanları III”, Ders Notları, İ.T.Ü. Makine Fakültesi, İstanbul. 6. Bau,P.J., “Friction, Lubrication And Wear Technology”, Asm Handbook, Volume 18, Cheng, H.S., “Lubrications Regimes”, Sayfa 89-97, Isbn 0-87170-380-7, U.S.A., 1992. 7. Straudt, W.,“Motorlu taşıt Tekniği”, Milli Eğitim Basımevi, İstanbul, 2000. 8. Umur, H.,“Akışkanlar Mekaniği”, Alfa Basım Yayım Dağıtım Ltd. Şti., İstanbul, 1998. 9. Sarin, R., Tuli, D.K., Martin, V., Rai, N.M. And Bhatnagar, A.K., “Devolopment Of N, P And S-Contaming Multitunetional Addetives For Lubricants” Journal Of Stle Lubrication Engineering, Sayfa 21-26, May, 1997. 10. Okday, Ş.“Makine Elemanları” Cilt IV, İstanbul, 1978

11. Khorramian, B.A., Iyer, G.R., Kodali, S., Natarajan, P., Tupil, R.,“Review Of Antiwear Additives For Crankcase Oils”,.Wear,169, (1993), Sayfa 87-95, 1993. 12. Boose, E.R., “Crc Handbook Of Lubrication (Theory and Practice Of Tribology)”, Crc Handbook, Volume Theory and Desing, O’brien, J.A., “Lubricating Oil Additives”, Sayfa 301-315, Isbn 0-8493-3902-2, U.S.A., 1984 13. Ilgaz, C., Karahan, M., E., Bulu, A.,“Akışkanlar Mekaniği ve Hid. Problemleri”, Çağlayan Kitapevi, İstanbul, Ocak 2000. 14. Özgür, C., “Deneysel Hidromekanik” , İTÜ, İstanbul, Temmuz 1980. 15. Akkurt, M.,“Makine elemanları” Cilt 1-2, Birsen yayınevi, İstanbul, 2000. 16.Liston, V.t., “Engine Lubricant Additives What They Are And How TheyFunction”, Journal Of The Society Of Tribologists And Lubrication Engineers, Lubrication Engineering, More Tibology basics, Sayfa 389-397, May, 1992. 17. Restore Katkı Maddesi Tanıtım Katoloğu, Ankara, 1993. 18. Bau, P.J., “Friction, Lubrication and Wear Technology”, Asm Handbook, Volume18, Cheng, H.S., “Lubricants And Lubrication”, Sayfa 79-80 Isbn 0-87170-380-7 U.S.A., 1992. 19. Power Up Lubricants “Lubrication Solitions”, Technical Bulletin # 2, Canada, 1993. 20. Dağsöz, A., K.,“Isı Geçişi”, Beta Basım Yayım Dağıtım A.Ş., İstanbul, 1995. 21. Akkurt, M., “Makine Elemanları” Cilt III, Birsen Yayınevi, İstanbul,1980. 22. Bakioğlu, M., Kadıoğlu, N.,“Statik Problemleri” Beta Basım Yayım Dağıtım A.Ş., İstanbul, 1999. 23. Motor Silk Katkı Maddesi Tanıtım Kataloğu, Ankara, 1997. 24. Anık, S.,“Metal Teknolojisi”, İ.T.Ü. Kütüphanesi, İstanbul, 1982.

ENDÜSTRİYEL ATIK DEĞERLENDİRİLMESİNDE SOMA TERMİK

SANTRAL UÇUCU KÜLLERİNİN AĞIR METAL ADSORBANI OLARAK

KULLANIMI

Nagihan Ersoy9

Özet

Bazı doğal materyaller, metal iyonları için kapasitesi yüksek olan etkin

adsorbanlardır. Kullanılan adsorbanların zayıf asit ve ya zayıf baz etkileşiminin bir

sonucu olarak Hg²+,Pb²+,Cd²+ gibi oldukça toksik olan ağır metal iyonlarını bağlama

yeteneğinin yüksek olması beklenir. Şu da bilinmelidir ki poröz yüzeydeki porların

büyük ve aynı olması metal iyonlarının tutulması için bir avantaj sağlar. Ayrıca kil,

odun atıkları, uçucu kül, zirai atıklar, kömür gibi adsorbanların tercih sebebi;

doğada bol miktarda bulunması ve ekonomik olmasıdır. Bu, bir çok araştırmacıyı

doğal ve ucuz adsorban maddeleri kullanarak kirlilik gidermeye teşvik etmiştir

[Lagatic,I.L., 2001, 721-729].

Bu çalışmada, Soma Termik Santralına ait küllerin, Cu²+ iyonlarını adsorblaması

incelenmiştir. İncelemeler sonucu kullanılan atıkların, Cu²+ iyonları için bir iyi

adsorblayıcı olduğu gözlenmiştir. Bu amaçla adsorblama hızına külün tanecik

büyüklüğü ve kızdırma sıcaklığının etkisi UV-Visible Spektrofotometrik yöntemle

araştırılarak optimum koşullar belirlenmiştir. Böylece, Soma’da termik santral

çevresinde katı atık sorunu oluşturan külün arıtma işleminde kullanılabileceği

belirlenmeye çalışılmıştır.

Anahtar Kelimeler: Metal, adsorbant , kirlilik, ağır metal.

9 Öğr. Gör. Celal Bayar Üniversitesi, Saruhanlı MYO, Saruhanlı, MANİSA

Abstract

Some natural materials are high capacity absorbants for desired metal ions.Due to

their weak acid or weak base interactions, the absorbants are anticipated to have

high tieing capacity on heavy metal ions like Hg²+,Pb²+,Cd²+ that are very much

toxic. It is also worth to note that bigness and likeness of the pores on pored

surfaces is advantageous.In addition, the reason for the adsorbants like clay, wooden

wastes, light ash, agricultural wastes, coal to be chosen is that they are economical

and abundant in nature. Due to this fact, many researchers have been incented to get

over the pollution by natural and cheap adsorbents.

İn this work, the adsorbtion of Cu²+ ions by the ashes taken from the Soma Termic

Station is examined. It has been observed that the wastes that are used for the

examinations are good absorbent for Cu²+ ions. For this purpose, optimal conditions

have been determined, by searching for the influence of the particle size of the ash

and the influence of the grilling heat to the adsorbing speed. Therefore, it has been

tried to state if the ash that lead to the solid waste problem around Soma Termic

Station can be used in purification process, or not.

Key Words : Metal, adsorbent, pollution, heavy metal.

1.GiRiŞ

Metalik kirlenmelerin çoğu sularda çözünme şeklinde olabileceği gibi, suların

dibinde toplanma şeklinde de olabilir. Bu şekilde bir kirlenme şehir,endüstriyel ve

zirai atıklardan ileri geldiği gibi, herhangi bir yolla atmosfere verilen metalik

maddelerden de ileri gelebilir. Atmosfere verilen metalik maddeler, sonunda

yeryüzüne dönerler ve akarsular vasıtasıyla su yataklarına sürüklenirler. Metalik

kirlenmeler, organik kirlenmeler gibi kimyasal ve biyolojik yollarla parçalanmazlar.

En fazla bir metal bileşiği başka bir metal bileşiğine dönüşür. Dönüşme ne olursa

olsun metal iyonu gibi kaybolmaz [Gündüz, T.; 1998].

Yüzey sularının kalite kriterlerinin araştırılmasında ağır ve toksik metallerin önemi

büyüktür. Son yıllarda yapılan çalışmalar, suların ağır metal kirliliğinin arttığını,

endüstrileşme ve yerleşimden olumsuz yönde etkilendiğini göstermektedir [Elbaz,

P.F. ,.Guan, D.M.;1982, 395-401].

Ağır metaller, su ve toprak için bir kirlilik kaynağıdır. Endüstri atıklarının su ve

toprağa ulaşmasıyla bu kirlilikler oluşur. Atık sular oldukça düşük

konsantrasyonlarda metaller içermektedirler. Sulardan ağır metallerin çıkarılması,

baz eklenerek hidroksitleri halinde çöktürmekle mümkündür [De Boudt, M.F.; 1991,

293-320]. Kirli atık sulardaki metal konsantrasyonları, hidrolojik, kimyasal,

biyolojik işlemlere bağımlı olarak değişir[Sandel,P.Karlsson, S.,Lohm, U.J, 1987,

301-302].

Önemli kirleticilerin en başında ağır metal kaynakları, motorlu araçlar, gübreler,

tarım ilaçları, evsel ve endüstriyel atıklar, metal endüstrileri ve madenler gelir. Çoğu

hallerde bu metaller, toprak ve bitkilerde birikirler. Bu metaller bitkiler yoluyla;

diğer canlılara, insanlara ulaştığı taktirde, uzun vadeli kalıcı sorunlar yaratabilirler

[Papadopoulos, I., 1993, 283-320].

Nikel, çinko ve bakır kirliliklerinin kaynakları, madencilikte kullanılan asit suları

ile elektrolitik arıtma fabrikalarıdır [Brooke-Devlin,W., 1992, 73-102]. Atık

sulardaki ağır metal iyonlarının giderilmesinde kimyasal çöktürme yöntemi

uygulanmaktadır. [ Silva,M.C.J. Gazzi Salum, M.J.&Araujo, A.C., 1993, 1429-

1436]. Son yıllarda su ve atık sulardaki ağır metal iyonlarının giderilmesinde

adsorbsiyon yöntemi alternatif yöntem olarak kullanılmaya başlanmıştır [Alpaslan,

N. 1997,42-48; Alosman, M.S., Kopulev, B.A., 1986, 18-47].

Diğer taraftan metal iyonlarının flotasyonla (adsorbsiyon, çökme flotasyonları

gibi) kazanımı önerilmiştir[Zabel,T., 1992, 431-454; Wilson, D.T.,Melntyre, G.,

Rodriguez, J.J.F, Thackston,L.,1982, 359-367].

2. MATERYAL METOD

2.1. Maddeler ve Çözücüler

Çalışmada CuSO4. 5H2O, (Merck) kullanılmış olup, analitik saflıktadır. CuSO4

daki bakir iyonlarının kül tanecikleri tarafından absorblanma değerlerinin

belirlenmesi amacıyla kullanılmıştır. Çözeltileri hazırlamada bidistile su

kullanılmıştır.

2.2. Aletler

Jasco V-530 UV-VIS spektrofotometre ile absorbans değerleri alınımda kullanıldı. Orion 9102SC kombine cam elektrot, pH -metre ile pH değerleri ölçüldü. Ortagon dijital CE marka mesh elekle kül örneklerinin tanecik büyüklükleri ayrıldı. Kül, Soma ilçesinde kurulu olan Termik Santralinin elektro filtre altındaki

heterojen atıklardan alınmıştır.

2.3. Deneysel Bölüm

Soma Termik Santralı’ndan alınan filtre öncesi ve sonrası kül örnekleri 60 mesh,

70 mesh, 100 mesh, >200 mesh tanecik büyüklüklerine göre ayrıldı. Bu örnekler 300

°C-900 °C arası sıcaklıklarda kalsine edildi. Kalsine edilmiş ve kalsine

edilmemiş her bir örnek üzerine 0.1 M CuSO4. 5H2O çözeltisinden 50 mL eklendi.

Belirli zaman aralıklarında örnekler süzülerek süzüntülerin UV-

spektrofotometresinde absorbansı ölçüldü. Aynı işlemler pH-Absorbans ilişkisini

belirlemek için de yapıldı. Farklı mesh büyüklüğündeki örnekler 300 °C-600 °C

arasında kalsine edildi. Kalsine edilmiş ve kalsine edilmemiş örnekler üzerine 0.1 M

CuSO4. 5H2O çözeltisinden 50 mL eklendi. Süzüldü ve her bir süzüntünün pH’sı

ölçüldü.

Deneyler sırasında belli zaman aralıklarında çözeltiden adsorblanan Cu²+(II)

iyonlarının miktarını belirlemek için, kalan çözeltinin absorbansı ölçüldüğünde

zamanla sürekli azaldığı belirlenmiştir.(Tablo 1.a-d)

Tablo.1-a 60 mesh büyüklüğündeki filtre öncesi kızdırılmamış ve (300-900) arasında kızdırılmış kül örneklerinin zamana karşı absorbans değerleri:

oC/Saat 3 23 45 69 93 161 185

Kızdırılm

amış

0,9488 0,6856 0,4612 0,3409 0,2033 0,1028 0,0903

300 0,9963 0,715 0,4916 0,3551 0,2027 0,0821 0,0691

400 1,0793 0,7667 0,4644 0,342 0,21 0,0885 0,0678

500 1,1129 0,7763 0,424 0,3122 0,1913 0,0906 0,0797

600 1,1786 0,6164 0,354 0,2083 0,1074 0,088 -----

700 1,2967 0,5139 0,3315 0,1806 0,0599 0,0171 -----

800 1,1102 0,5569 0,3745 0,2142 0,638 0,0431 -----

900 1,1224 0,6209 0,3584 0,1882 0,037 0,02368 -----

Tablo.1-b 60 mesh büyüklüğündeki filtre sonrası kızdırılmamış ve (300-900) arasında kızdırılmış kül örneklerinin zamana karşı absorbans değerleri: oC/Saat 3 23 45 69 93 161 185

Kızdırılmamış 0,9278 0,6723 0,4426 0,32 0,1826 0,0988 0,0901

300 0,9679 0,6945 0,4612 0,3284 0,1901 0,0802 0,0588

400 1,1205 0,8127 0,5005 0,3764 0,2342 0,1029 0,089

500 1,0872 0,7545 0,4023 0,3046 0,1897 0,0888 0,0764

600 1,1473 0,5893 0,3356 0,1927 0,1008 0,076 -----

700 1,2645 0,4738 0,3119 0,1574 0,0527 0,0167 -----

800 1,1785 0,5236 0,3414 0,1813 0,517 0,0401 -----

900 1,058 0,4754 0,313 0,1428 0,0365 0,0302 -----

Tablo.1-c 200 mesh büyüklüğündeki filtre öncesi kızdırılmamış ve (300-900) arasında kızdırılmış kül örneklerinin zamana karşı absorbans değerleri :

oC/Saat 3 23 45 69 93

Kızdırılmamış 1,2405 0,6565 0,2558 0,0749 0,0502

300 1,3028 0,5396 0,2572 0,0667 0,0559

400 1,2747 0,4779 0,2251 0,0619 0,051

500 1,1634 0,3566 0,2046 0,0623 0,0501

600 1,2582 0,428 0,1759 0,0577 0,0488

700 1,2787 0,2863 0,1654 0,0469 0,0346

800 1,0685 0,3928 0,1793 0,051 0,0305

900 1,0562 0,3622 0,1478 0,0275 0,0305

Tablo.1-d 200 mesh büyüklüğündeki filtre sonrası kızdırılmamış ve (300-900) arasında kızdırılmış kül örneklerinin zamana karşı absorbans değerleri :

oC/Saat 3 23 45 69 93

Kızdırılmamış 1,2284 0,527 0,2268 0,0557 0,0502

300 1,1847 0,4177 0,2384 0,0587 0,0409

400 1,0536 0,3582 0,2054 0,0422 0,0364

500 1,1048 0,2704 0,1184 0,0759 0,0631

600 1,9453 0,2222 0,1289 0,0528 0,0482

700 1,0461 0,2292 0,1383 0,0598 0,0271

800 1,8089 0,2413 0,1092 0,0442 0,008

900 1,7892 0,4457 0,2015 0,0024 0,0112

Tablo.2-a 60 mesh büyüklüğündeki filtre öncesi kızdırılmamış ve (300-900) arasında kızdırılmış kül örneklerinin zamana karşılık pH değerleri : oC/Saat 2,5 5 7,5 24 48

Kızdırılmamış 5,15 5,18 5,24 5,34 5,36

300 5,17 5,2 5,27 5,39 5,41

400 5,18 5,22 5,29 5,41 5,45

500 5,19 5,24 5,32 5,43 5,47

600 5,23 5,29 5,39 5,52 5,55

Tablo.2-b 60 mesh büyüklüğündeki filtre sonrası kızdırılmamış ve (300-900) arasında kızdırılmış kül örneklerinin zamana karşılık pH değerleri :

oC/Saat 3 23 45 69 93

Kızdırılmamış 5,17 5,2 5,25 5,36 5,37

300 5,18 5,23 5,28 5,4 5,43

400 5,2 5,26 5,32 5,44 5,46

500 5,22 5,26 5,33 5,45 5,49

600 5,25 5,32 5,4 5,54 5,67

Tablo.2-c 200 mesh büyüklüğündeki filtre öncesi kızdırılmamış ve (300-900) arasında kızdırılmış kül örneklerinin zamana karşılık pH değerleri : oC/Saat 2,5 5 7,5 24 48

Kızdırılmamış 5,24 5,29 5,38 5,5 5,52

300 5,25 5,3 5,4 5,55 5,59

400 5,26 5,33 5,43 5,6 5,64

500 5,28 5,37 5,48 5,64 5,67

600 5,31 5,39 5,52 5,7 5,75

Tablo.2-d 200 mesh büyüklüğündeki filtre sonrası kızdırılmamış ve (300-900)

arasında kızdırılmış kül örneklerinin zamana karşılık pH değerleri :

oC/Saat 2,5 5 7,5 24 48

Kızdırılmamış 5,27 5,33 5,41 5,51 5,53

300 5,28 5,35 5,4 5,61 5,6

400 5,27 5,35 5,44 5,62 5,63

500 5,3 5,38 5,49 5,65 5,69

600 5,34 5,42 5,54 5,73 5,77

3. SONUÇ

Soma Termik Santralinden alınan belirli gözenek çapları olan filtre öncesi ve filtre

sonrası kül örneklerinin Bakır-II iyonlarını absorplayacağı optimum koşullar

belirlendi. Bunun için tanecik büyüklüğü,kızdırma sıcaklığı,pH incelenerek

adsorplanan Bakır-II miktarı spektrofotometrik olarak belirlendi. Tanecik boyutu

küçüldükçe(60 mesh - > 200 mesh), kızdırma sıcaklığı arttıkça spektrofotometrik

olarak belirlenen absorbans değerlerinin düştüğü saptandı. Lambert-Beer yasası

uyarınca C ile A ilişkisinden süzüntüde Bakır-II iyonlarının konsantrasyonunun

düştüğü gözlendi. Kül örneklerinin; Bakır-II iyonlarını adsorpladığı belirlendi.

Tablolarda görüldüğü gibi filtre öncesi ve filtre sonrası kül örneklerinin birbirine

yakın değerler verdiği anlaşıldı. Filtre sonrasının filtre öncesine göre Bakır-II

iyonlarının deneysel olarak daha iyi absorpladığı gözlemlendi. Tanecik boyutu

küçüldükçe kül örneklerinin yüzey alanı arttığı için daha fazla Bakır-II iyonu

gözeneklerde tutuldu. Sıcaklık arttıkça gaz çıkışından dolayı küllerin gözeneklerinin

açıldığı ve Bakır-II iyonlarının tutma kapasitesinin arttığı görüldü. Zamanla

süzüntüde absorbansın düştüğü pH’nın yükseldiği belirlendi.(Tablo.2a-d).

Yapılan denemelerden elde edilen sonuçlara göre; Termik santral uçucu küllerinin

Cu²+ iyonlarını adsorplayarak bakır kirliliğinin giderilmesinde kullanılabileceği

saptanmıştır.

TEŞEKKÜR : Bu çalışmalarda yardım ve desteklerini esirgemeyen hocam,

Prof.Dr. Şule AYCAN’a sonsuz teşekkürlerimi sunuyorum.

KAYNAKLAR

1. Lagatic, I.L., M.t Chell, M.K.; ‘Highly Effective Adsorbtion from Water Using

Activated Clay’ Environ. Sci.,Technol, Vol.:22, 721-729, 2001

2. Gündüz T.; ’Çevre Sorunları’, İkinci Baskı, Gazi Büro Kitabevi, Ankara-1998.

3. Elbaz, P.F. ,.Guan, D.M.; ‘Dissolved Trace Metals and Metalloids in the Rhone

River/Estuary System’, Eras. Programme,Invest 395-401, 1982

4. De Boudt,M.F.; ’Application of the Sorbtion Theory to Eliminate Heavy Metals

from Waste Waters and Contamined Soils’; pp.293-320 in,interactions at the soil

Colloid-Soil Solution İnterface (G.H.bolt,M.F. De Boudt,M.H.D. Hayes&M.B. Mc

Brde editors). Nato. 1751 Series (SeriesE:Applied Sciences-Vol 190),Klawer

Academic Publishers,Dordrecht,Netherlands, 1991.

5. Sandel,P.Karlsson, S.,Lohm, U.J ‘Environmental İmpacts of and old Mine

Tailings Deposit-Metal Concentrations and Water Pathways’, Hydrology, 301-

302,1987

6. Papadopoulos, I.;’Use of Treated Effluents for Irigation, I Waste Water Quality

Quadlines.Advaced Short Course on Sewage, Treatments-Practices,Management

For Agriculture Use in the Mediteterrenean Countries. 283-320, 1993.

7. Brooke-Devlin,W.:’Mercury Contaminating Hazardous Wastes: Generation and

Potential Reduction’, In EPA Workshop on Removal, Recovery Treatment and

Disposal Arsenic and Mercury’,Virginia,Proceeding, 73-102, 1992.

8. Silva,M.C.J. Gazzi Salum, M.J.&Araujo, A.C.:’Precipitate Hotation flor

Metallurgical Effluents’, Proc.XVIII İnternational Mineral Processing

Congress,Sydney, 1429-1436, 1993.

9. Alpaslan, N.; ‘Evsel Atık suların Kireçle Arıtılabilirliği, Çevre Korumasında

Kireç’, Editör-Curik, 42-48-İstanbul, 1997.

10. Alosman, M.S., Kopulev, B.A., ; ‘Sanayi Atıklarının ve Doğal Kaynaklı

Atıkların Değerlendirilmesi Tekniği’, Kimya Sanayi Derg. 18-47 Moscow 1986.

11. Zabel, T.,Flotation in Weater Treatment :’Mavnos, P., and Matis, K.A (Editors),

İnnovations in Flotation Technology,Netherlands, 431,454, 1992.

12. Wilson, D.T.,Melntyre, G., Rodriguez, J.J.F Thackston, L.:’Copper by on

Adsorbing Colloid flotation pilot Plant seperation, Science and Technology, 359-

367, 1982.

13

EYNEZ KÖMÜRLERİNİN KENDİLİĞİNDEN YANABİLİRLİĞİ VE HAVALANDIRMA SİSTEMİNİN OCAK YANGINLARINA ETKİSİNİN ARAŞTIRILMASI

Ayhan İvrin YILMAZ10

Özet Bu makalede, Eynez Yeraltı Ocağının geçmişinde sık karşılaşılan kendiliğinden

yanma sonucu oluşan yangınlar nedeniyle, havalandırma ağı analizi yapılarak, havalandırmanın kendiliğinden yanmaya olan etkisi araştırılmıştır. Bu amaçla, Eynez kömürünün kendiliğinden yanmaya olan yatkınlığı yapılan deneyler sonucu belirlendikten sonra kendiliğinden yanmayı kolaylaştırıcı etmenler ile uygulanan üretim yöntemi arasındaki ilişki incelenmiştir. Kömürün kendiliğinden yanmaya orta derecede yatkın olduğu tespit edilen Eynez

Ocağındaki kendiliğinden yanma nedeniyle oluşan yangınların doğrudan havalandırma sisteminden kaynaklanmadığı tespit edilmiştir. Jeolojik özelliklerin ve uygulanan üretim yönteminin ocak yangınlarının oluşmasında yardımcı etkenler olduğu belirlenmiştir. Sonuç olarak, kendiliğinden yanmanın önlenmesi amacıyla, kazı hızı, dolgu uygulaması ve özelliklerine bağlı olarak göçüğe hava sızdırmazlığı konularında üretim kayıplarının azaltılması ve iş güvenliği koşullarının iyileştirilmesi için alınması gereken önlemler konusunda önerilerde bulunulmuştur.

Anahtar Sözcükler: Havalandırma Ağı Analizi, Eynez Yeraltı Kömür Ocağı, Kendiliğinden Yanma, Yanma Riski.

Abstract In this study, effect of mine ventilation system on frequently experienced mine

fires at Eynez Mine has been investigated by means of a ventilation network analysis. At first, susceptibility of coal to spontaneous combustion has been determined by means of a series of test and the relationship between the mining method applied and promoting factors of spontaneous combustion has been evaluated. Mines fires initiated due to spontaneous combustion in the mine, where the

susceptibility of the coal seam to spontaneous combustion was found to be in the medium risk class, were not started due to ventilation system directly. Geological conditions and the production method applied were determined to be managing factors in occurance of mine fires. As a result of this study, suggestions were made

10 Yrd. Doç. Dr. Celal Bayar Üniversitesi, SMYO, Soma, MANİSA

14

for the prevention of mine fires, thus improving safety of operation, and to optimise production losses on the subjects of rate of face advance, goaf isolation depending on the characteristics of backfill.

Key words: Ventilation Network Analysis, Eynez Underground Coal Mine, Spontaneous Combustion, Combustion Risk.

1. GİRİŞ

Yeraltı kömür ocaklarında kendiliğinden yanma, günümüzde önemli bir sorun olmaya devam etmekte olup yeraltı kömür ocaklarında büyük tehlikelere, önemli miktarda kömür rezerv kayıplarına, mali zarar ve ölümlere neden olmaktadır.

Kömürün kendiliğinden yanmasını etkileyen faktörler arasında; kömürün yapısal ve oluşum özellikleri, uygulanan üretim yöntemi ile birlikte havalandırma da yer almaktadır. Kömürün kendiliğinden yanması ve buna bağlı olarak oluşan sorunlar, gerekli önlemler hemen alınmazsa artarak devam etmekte ve büyük miktarlarda kömür rezervi de işletilemez hale gelmektedir. Dünyada ve yurdumuzda kömür ocaklarında başa çıkılması gereken bu önemli

sorun, ELİ Eynez Yeraltı Ocağında da sıkça yangınlara neden olmaktadır.1998- 2002 Yılları arasında meydana gelen ve en uzunu 24 gün süren 10 yangın olayı, Eynez Ocağının değişik bölgelerinde etkin yöntemler kullanarak yangın ile mücadeleyi zorunlu kılmıştır. Bu çalışmada, E.L.İ Müessesesi Soma Eynez Yeraltı Ocağında üretimi yapılan

Km2 damarının kendiliğinden yanmaya yatkınlığını belirlemek amacıyla yatkınlık

indeksleri ve ocakta kendiliğinden yanma sonucu oluşan ocak yangınlarına

havalandırma sisteminin etkisi araştırılmıştır.

2 EYNEZ YERALTI KÖMÜR OCAĞI BÖLGE VE OCAK ÖZELLİKLERİ

Eynez Ocağı çalışma sahası Manisa ili Soma ilçesinin güney batısında, 30 km

mesafededir. Bölgedeki üç linyit zonundan alt linyit zonu olan Km2 Eynez

Ocağından üretilmektedir. Zonun alt kesimleri çok killi olup yer yer toz halde ve

çoklukla fosil kavkılar içerir. Ayrıca ara kesmeler sıkça bulunmaktadır. Zonun üst

kesimlerine doğru gidildikçe kömürün kalorisi artar, rengi siyahlaşır, daha sert ve

15

camsı parlaklıktadır. Zon içerisinde yer yer az miktarda kükürt ve buna bağlı olarak

pirit oluşumlarına rastlanır.

Eynez havzasının tamamında kömür zonlarını değişik doğrultularda kesen çok

sayıda fay gözlenir. Faylar arası mesafeler 300 m ile 1 km arasında değişmektedir.

Kırıklar arasında bol miktarda fay breşine rastlanmaktadır. Ayrıca kırıklar arasında

bulunan kömürlerin tane boyutlarının da küçülmüş olduğu gözlenmektedir. Kalınlığı

15 ile 35 m arasında değişen Km2 kömür damarı, 8o-25o eğime sahiptir. Kömürün

derinliğinin artması ile birlikte eğimin de fazla olduğu yerlerde üretim yönteminin

çok başarılı olamaması nedeniyle kömür kayıpları artmaktadır. Damarı çevreleyen

tavan ve taban yapıları marn ve kil serilerinden oluşmuştur. Tavan taşı marn orta

sertlikte olup yer yer kırılgan yapıdadır. Taban taşı kil, gevşek ve plastik yapıdadır

(Gürsoy,1990).

3. EYNEZ OCAĞI HAVALANDIRMA YÖNTEMİ

Eynez yeraltı ocağında havalandırma üfleyici sistemle çalışan +400 kotundaki

galeri ağzında bulunan vantilatör tesisindeki, bir ana ve bir yedek vantilatör

yardımıyla yapılmaktadır. Ocağa verilen 1500 m3/dak hava farklı noktalardaki hava

kapıları yardımı ile ocak içerisinde faaliyette bulunan üretim noktaları ve galerilerde

dolaştırılmaktadır. Şekil 1’de görüldüğü gibi +400 kotundan ocağa gönderilen temiz

havanın bir kısmı +409 tavan yoluna yönelmektedir.

Hava burada mekanize ayaktan geçirilerek ayak havasının sürekli temiz olması sağlanır. Ayakta kirlenen hava +409 taban yolundan geçerek tekrar +400 kotuna gelir ve burada panoya dönmeden önce ayrılan temiz hava takviyesi ile birleşerek +400/+340 desandreleri yoluyla +340 kotuna gelir. Bu havanın bir kısmı kaçak hava olarak ana nakliye yolundan, kalanı ise +520 kotundaki nefeslikten ocağı terk eder.

Ocak havası nemi % 70-85 civarındadır. Bu çalışmada kullanılmak üzere, 22o

eğimli Km2 damarının +409 kottaki tavan ve taban doğrultusunda oluşturulan

(Şekil. 2) ayak boyunca killer arasında kalan beş kömür katmanından yatıma dik

16

olacak şekilde kömür örnekleri alınmış olup, E.L.İ Laboratuarlarında analizleri

yapılmıştır. Analiz sonuçları Çizelge 1 de sunulmuştur.

Şekil 1. Eynez Yeraltı Ocağı Havalandırma Planı.

17

Çizelge 1. Kömür Örneklerinin Analiz Sonuçları.

1.

KATMAN

2.

KATMAN

3.

KATMAN

4.

KATMAN

5.

KATMAN

İÇERİK Orij

.

Örn

.

Kur

u

Örn

.

Orij

.

Örn

.

Kur

u

Örn

.

Orij

.

Örn

.

Kur

u

Örn

.

Orij

.

Örn

.

Kur

u

Örn

.

Orij

.

Örn

.

Kur

u

Örn

.

% Nem 17.39 - 14.43 - 12.73 - 12.86 - 12.58 -

% Kül 10.74 13.00 14.55 17.00 6.98 8.00 8.71 10.00 19.23 22.00

% Uçucu

Madde 33.04 40.00 33.37 39.00 35.78 41.00 35.73 41.00 30.60 35.00

% Sabit

Karbon 38.83 47.00 37.65 44.00 44.51 51.00 42.70 49.00 37.59 43.00

Toplam 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100

% Saf

Kömür 71.87 87.00 68.19 78.00 80.29 92.00 78.43 90.00 71.02 83.00

%

Toplam

Kükürt

1.06 1.22 0.92 1.05 0.72 0.82 0.90 1.05 0.73 0.88

%

Yanabile

n Kükürt

0.80 0.92 0.66 0.75 0.39 0.45 0.54 0.63 0.48 0.58

TAVAN YOLU TABAN YOLU

MARN

KİL

12 m 9 m 2 m 6 m 8 m

1.KATMAN 2.KATMAN 4.KATMAN 5.KATMAN 3.K

Şekil 2. Örneklerin alındığı +409 kotu Ayak Kesiti.

18

Alt Isı

Kcal/ kg 4807 5942 4607 5354 5541 6434 5449 6339 4687 5576

Üst Isı

Kcal/ kg 5122 6200 4883 5586 5854 6708 5757 6607 4982 5823

Saf

Kömür

Isı

Değeri

Kcal/ kg

6830 - 6864 - 5994 - 7044 - 6718 -

Yapılan kömür analizi sonuçlarının grafiksel değerlendirmesine (Şekil. 3) göre;

Damarın tavan kısmında, nem ve kükürt oranı diğer kısımlarına nazaran en yüksek

değerdedir. Kül, uçucu madde, karbon içeriği ve kalori değerleri damarın ortasına

yakın bölgelerde en yüksektir.

12

13

14

15

16

17

18

1.Katman 2.Katman 3.Katman 4.Katman 5.Katman

YANMA ÖRNEKLERİ

NEM %

5

7

9

11

13

15

17

19

21

1.Katman 2.Katman 3.Katman 4.Katman 5.Katman

YANMA ÖRNEKLERİ

KÜL ( % )

29

30

31

32

33

34

35

36

37

1.Katman 2.Katman 3.Katman 4.Katman 5.Katman

YANMA ÖRNEKLERİ

UÇUCU M

ADDE ( %

)

36

37

38

39

40

41

42

43

44

45

1.Katman 2.Katman 3.Katman 4.Katman 5.Katman

YANMA ÖRNEKLERİ

KARBON İÇ

ERİĞİ (%

)

19

0,7

0,75

0,8

0,85

0,9

0,95

1

1,05

1,1

1.Katman 2.Katman 3.Katman 4.Katman 5.Katman

YANMA ÖRNEKLERİ

KÜKÜRT ( % )

4600

4800

5000

5200

5400

5600

5800

6000

1.Katman 2.Katman 3.Katman 4.Katman 5.Katman

YANMA ÖRNEKLERİ

KALORİ ( Kcal/kg )

Şekil 3. Yanma Örneklerinin Nem, Kül, Uçucu Madde, Karbon,

Kükürt İçerikleri ve Kalori Değerlerinin Grafikleri.

4. YANMA DENEYLERİ VE SONUÇLARI

409 Kotundan alınan örnekler -200 mesh (+74 mikron) boyutuna öğütülerek, koni biçiminde yığınların karşılıklı dilimleri alınarak 400 grama kadar azaltılmış ve 200 gramı Zonguldak Kara Elmas Üniversitesi laboratuarlarında, kesişim noktası deneylerinde kullanılmıştır. Deneylerde kullanılan örneklerin miktarı, boyutu, deney sırasında verilen hava miktarı, kesişme sıcaklıkları, kesişme süresi, deneyin toplam süresi Çizelge.2 de verilmiştir. Çizelge 2. Yanma deneylerinde kullanılan örnek miktarı,boyutu ve deney hava mik.,

örneklerin kesişme sıcaklığı,süresi ve deney süreleri.

Deney

Örn.

Mik.

(gr)

Örn. Boy.

(mesh)

Deney

hava mik.

(cc/dak.)

Kesişme

Sıcaklığı

(0C)

Kesişme

Süresi

(dak.)

Deney

Süresi

(dak.)

1 35 -200 100 153 206 220

2 35 -200 100 155 210 224

3 35 -200 100 152 201 215

4 35 -200 100 153 203 215

5 35 -200 100 157 213 228

20

( A )

151

152

153

154

155

156

157

158

1.

Katman

2.

Katman

3.

Katman

4.

Katman

5.

Katman

YANMA ÖRNEKLERİ

SICAKLIK

(0C)

( B )

200

202

204

206

208

210

212

214

1. Katman 2.

Katman

3. Katman 4. Katman 5. Katman

YANMA ÖRNEKLERİ

ZAMAN

(dak)

Şekil 4. Yanma Örneklerinin Kesişim Sıcaklığı (A) ve Kesişim Süreleri (B). Kesişme noktası deneyleri sonuçlarından elde edilen grafiksel (Şekil. 4)

değerlendirmeye göre damarın tavan kısmında kesişme noktası 206 dakikada 153oC,

tavanın hemen yanında 2. katman örneği 210 dakikada 155oC, damarın orta

kısmında 201 dakikada 152oC,tabanın iç kısmı 203 dakikada 153oC, tabanda ise 213

dakikada 157oC kesişme noktası sıcaklıkları tespit edilmiştir. Damarın en düşük kül

içeriğine sahip olan 3. ve 4. katmanların bulunduğu orta kısım, en hızlı kesişme

noktasına ulaşan ve en düşük kesişme sıcaklığına sahip olan örneklerin olduğu

kısımdır (Çizelge 4). Damarın taban kısmına ait olan örnek ise en geç ve en yüksek

kesişme noktasına sahiptir. Diğer bir deyişle; 409 kotundaki Km2 damarının orta

kesimi kendiliğinden yanmaya daha yatkındır, taban kısmı ise az risk taşımaktadır.

Yanma deneylerinden elde edilen değerler kullanılarak kendiliğinden yanmaya

yatkınlık indeksi;

110-220oC Ort. Sıcaklık Artış Hızı

I = * 1000

Kesişim Noktası

eşitliğinden elde edilen sonuçlara göre, kömürün kendiliğinden yanmaya yatkınlığını

göstermek için Çizelge 3 deki sınıflama kullanılmaktadır (Mahadevan ve Ramlu,

1985).

21

Çizelge 3 Yatkınlık İndeksi (Mahadevan ve Ramlu, 1985).

Yatkınlık İndeksi dk.-1 Yorum

0 - 5

5 - 10

> 10

Düşük

Orta

Yüksek

Yapılan sınıflandırmanın sonucu olan değerler Çizelge 4 de görülmektedir. Çizelge 4. Eynez Yeraltı Kömürlerinin Risk Sınıflandırılması.

Örnek No Kesişim

Noktası (oC)

Isınma Hızı

(oC / dak)

Yatkınlık

İndeksi (LI) dk-1 Risk Sınıfı

1. Katman 153 1.06 6.95 Orta

2. Katman 155 1.07 6.92 Orta

3. Katman 152 1.00 6.58 Orta

4. Katman 153 0.91 6.00 Orta

5. Katman 157 0.72 4.63 Düşük

4.1 KESİŞME NOKTASI İLE KÜL, NEM, UÇUCU MADDE,SABİT KARBON VE KÜKÜRT ARASINDAKİ İLİŞKİ

Yanma deneyi örneklerinin kesişim sıcaklıkları ile, kül, nem, uçucu madde, sabit karbon ve kükürt içerikleri arasındaki ilişkiyi tespit etmek üzere korelasyon-regresyon hesaplamaları yapılmıştır. Çizelge 5’de görüldüğü gibi, kül değeri arttıkça kesişme sıcaklığı değerleri yükselmektedir. Diğer bir deyişle kül değeri fazlalaşan örneğin kendiliğinden yanmaya yatkınlığının da azaldığı ortaya çıkmaktadır. Korelasyon katsayısı 0.97 olan bu ikilinin kendiliğinden yanma konusunda kuvvetli bir ilişkisi olduğu görülmektedir.

22

Çizelge 5. Kül ile Kesişme Noktası Arasındaki Olası İlişki.

Örnek No % Kül Kesişme Noktası Korelasyon Katsayısı

1 10.74 153 2 14.55 156 3 6.98 152 4 8.71 153 5 19.23 157

0.9724

Çizelge 6 da nem içerikleri ve kesişim sıcaklıkları verilen örneklerin korelasyon katsayısı 0.7606 olup nemin kendiliğinden yanmaya orta derecede etkili olduğu anlaşılmaktadır. Çizelge 6. Nem ile Kesişme Noktası Arasındaki Olası İlişki.

Örnek No % Nem Kesişme Noktası Korelasyon

Katsayısı

1 17.39 153 2 14.43 156 3 12.73 152 4 12.86 153 5 12.58 157

0.7606

Uçucu madde ile kesişme noktası dağılımından (Çizelge 7) uçucu madde içeriği

azaldıkça kesişme noktasının yükseldiği görülmektedir, aralarında tam ilişki vardır.

Korelasyon katsayısının 1 olması ile de bu durum doğrulanmaktadır. Kömürlerin uçucu madde içeriği az ise kendiliğinden yanma riskinin az olduğu ortaya çıkmaktadır. Çizelge 7. Uçucu Madde ile Kesişme Noktası Arasındaki Olası İlişki.

Örnek No % Uçucu Madde Kesişme Noktası Korelasyon

Katsayısı

1 33.04 153 2 33.37 156 3 35.78 152 4 35.73 153

5 30.60 157

1

23

Sabit karbon ile kesişme noktası arasındaki ilişki korelasyon katsayısı 0.9851 olup (Çizelge 8), örneklerin sabit karbon miktarı azaldığında kesişme sıcaklığının arttığı görülmektedir. Aralarında kuvvetli ilişkinin olduğu söylenebilir. Çizelge 8. Sabit Karbon ile Kesişme Noktası Arasındaki Olası İlişki.

Örnek No % Sabit Karbon Kesişme

Noktası

Korelasyon

Katsayısı

1 38.83 153 2 37.65 156 3 44.51 152 4 42.7 153 5 37.59 157

0.9851

Toplam Kükürt içeriği ile kesişme noktası arasında zayıf bir ilişki gözlenmektedir. 0.1643 Korelasyon katsayısı ile kendiliğinden yanma hususunda, kükürt miktarının fazla etkin olmadığı ortaya çıkmaktadır (Çizelge 9).

Çizelge 9. Toplam Kükürt ile Kesişme Noktası Arasındaki Olası İlişki.

Örnek No % Toplam

Kükürt

Kesişme

Noktası

Korelasyon

Katsayısı

1 1.06 153 2 0.92 156 3 0.72 152 4 0.9 153

5 0.73 157

0.1643

4.2 KORELASYON VE ÇOKLU REGRESYON SONUÇLARININ

DEĞERLENDİRİLMESİ

Bağımsız değişken olan kül, nem, uçucu madde, sabit karbon ve toplam kükürt parametreleri ile bağımlı değişken olan kesişme sıcaklığı arasındaki ilişkiyi belirlemek üzere yapılan korelasyon ve regresyon hesaplamalarının sonuçları ve y=ax3+bx2+cx+d regresyon formülünde kullanılan a, b, c, d katsayıları Çizelge 10’da görülmektedir.

24

Çizelge 10. Bağımlı ve Bağımsız Parametreler Arasındaki Korelasyon ve Çoklu Regresyon Sonuçları.

KESİŞME SICAKLIĞI R A B C D

KÜL 0.97 -0.0069 0.2616 -2.65 160.29 NEM 0.76 -2.19 96.88 -1418.9 7026.3

UÇUCU MADDE 1 1.50 149.63 -4957.7 54808

SABİT KARBON 0.98 -0.09 12.29 -511.71 7243.8

TOPLAM KÜKÜRT 0.16 1931.60 -5238.4 4676.6 1218.8 5 EYNEZ OCAĞI HAVALANDIRMA ANALİZİ

Eynez Ocağı havalandırma planına göre oluşturulan akım şeması üzerinde havalandırma kolları ve kavşak noktaları Şekil 5 de görülmektedir. Ocak 14 kol ve 9 kavşaktan oluşmaktadır. Her kola ait sürtünme katsayısı (N.sn2/m4), yükseklik (m), uzunluk (m), genişlik (m), ocağa girmesi gereken hava miktarı olan 25m3/sn havalandırma analiz programına giriş verisi olarak verilmiştir (Yılmaz, 2002).

Şekil 5. Eynez Yeraltı Ocağı Havalandırma Planına Göre Oluşturulan Akım Şeması.

Çizelge 11. Ocağa Verilen 25 m3/ sn Hava Miktarının Kontrollü Dağılımı Çıkış Verileri. SOMA EYNEZ HAVALANDIRMA ANALİZİ NOT: HL, HJA, HJB, NVP VE HR DEĞERLERİ 1000 İLE ÇARPILACAKTIR I JA JB NPA R Q HL HJA HJB AREA VEL NVP HR HF AHP FID

25

1 1 2 1 .0043 25.00 .0027 .0000 -.0365 10.47 2.39 .00000 -.03925 .00000 1.3165 2 2 1 1 .0044 4.50 .0001 -.0365 .0000 10.36 .43 .00000 .03644 .00000 .0000 3 2 3 1 .0590 20.50 .0248 -.0365 -.0117 11.30 1.81 .00000 .00000 .00000 .0000 4 3 4 1 .0014 8.00 .0001 -.0117 -.0135 13.11 .61 .00000 -.00185 .00000 .0199 5 3 6 1 .0009 12.50 .0001 -.0117 -.0116 14.00 .89 .00000 .00000 .00000 .0000 6 4 5 1 .0080 3.20 .0001 -.0135 -.0133 13.33 .24 .00000 .00012 .00000 .0000 7 4 5 1 .0088 4.80 .0002 -.0135 -.0133 4.37 1.10 .00000 .00000 .00000 .0000 8 5 6 1 .0265 8.00 .0017 -.0133 -.0116 4.37 1.83 .00000 .00000 .00000 .0000 9 6 7 1 .0056 20.50 .0013 -.0116 -.0102 14.00 1.46 .00000 .00000 .00000 .0000 10 7 8 1 .0006 6.10 .0000 -.0102 -.0102 15.37 .40 .00000 .00000 .00000 .0000 11 7 9 1 .0320 14.40 .0067 -.0102 -.0036 14.00 1.03 .00000 .00000 .00000 .0000 12 8 9 1 .0021 2.00 .0000 -.0102 -.0036 14.00 .14 .00000 .00663 .00000 .0000 13 8 1 1 .0664 4.10 .0011 -.0102 .0000 9.99 .41 .00000 .00909 .00000 .0000 14 9 1 1 .0132 16.40 .0036 -.0036 .0000 9.99 1.64 .00000 .00000 .00000 .0000 ------ 1.34 HP = 1.00 KW IT = 1 SUMDQ = .0000000000D+00

6. EYNEZ YER ALTI OCAĞI HAVALANDIRMA ANALİZ SONUÇLARI

Eynez Yeraltı Ocağı havalandırma sistemi verileri ve havalandırma programı kontrollü hava dağılımım sonuçları Çizelge 11’de görülmektedir. Kontrollü hava dağılımına göre ocağa +400 kotu hava giriş galerisinden verilen 25 m3/sn havanın, iki nolu koldan (+400 kotu ana nakliye galerisi yerüstü giriş ağzına) kaçan havanın 4.50 m3/sn olması, dört nolu koldan (+400/+409 mekanize pano hava giriş başyukarısı) 8 m3/sn nin geçmesi, altı nolu koldan (+409 Mekanize ayak )

26

3.20 m3/sn, on üç nolu koldan ( +340 ana nakliye galerisi ) kaçan havanın 4.00 m3/sn ve on iki nolu koldan (+340/ +350 hava çıkış irtibat) 2.00 m3/sn havanın geçmesi istenmektedir. Eynez Yeraltı Ocağında kasım ayında yapılan hava ölçümleri ile havalandırma

analiz sonuçları karşılaştırıldığında; ocağa gönderilen 25 m3/sn havanın 4.5 m3/sn si iki nolu koldan kaçağa, 20.25 m3/sn de + 400 ana kat galerisi olan üç nolu kola ayrılmaktadır, mekanize ayağın çalıştığı altı nolu kola 3.1 m3/sn, +340/+400 desandresi olan on nolu koldan 4.06 m3/sn, +400 güney bant boyundan (on bir nolu koldan) 16.1 m3/sn, +340 ana nakliye yolu onüç nolu koldan kaçağa 4.1 m3/sn, +520 genel hava çıkışından (on dört nolu koldan) ise 16 m3/sn hava geçmektedir. Bilgisayarlı havalandırma ağı analizi programına göre elde edilen kollardaki dağılım ile halen uygulanmakta olan Eynez Yeraltı Ocağı hava kollarının dağılımı arasında sadece iki kolda, onuncu kol 2.04 m3/sn – 11. kol 1.7 m3/sn fark bulunmaktadır. Bu durumda analiz programı ile belirlenen havalandırma sistemi ile Eynez Yeraltı Ocağı havalandırma ağı arasında iki kol dışında önemli fark görülmemiştir. Bu nedenle uygulanan havalandırma sisteminin düzenli olduğunu söyleyebiliriz. Ancak daha iyi sızdırmazlık tedbirleri ile havalandırmanın daha randımanlı çalışabileceği düşünülmektedir.

27

Şekil 11. Kontrollü Hava Çıkış Verilerinin Havalandırma Akım Şeması

Üzerindeki Yerleri.

28

7. EYNEZ OCAĞI ÜRETİM YÖNTEMİNİN KENDİLİĞİNDEN YANMAYA

YATKINLIK AÇISINDAN İRDELENMESİ

Eynez ocağı işletme yöntemi mekanize yöntem olup, doğrultu boyunca göçertmeli geri dönümlü olacak şekilde uygulanmaktadır. 9 metre kalınlıkta dilimler ve 5 kat olacak şekilde panolar oluşturulmaktadır. Pano uzunluğu damarın yapısına göre yaklaşık 400-600 m olmaktadır. Ayak boyu damara göre 30-70 m arasında değişmektedir. Katların üretimi 6-9 ay kadar sürmekte, bu nedenle bir panonun bitmesi 3–4,5 yıl

sürebilmektedir. Günde (60 cm’lik 4 kesim, vardiyada iki kesim yapılarak) 2,40 m

ilerleme yapılmaktadır. Günde iki vardiya kesime, bir vardiya da tamir bakıma

ayrılmaktadır. Klasik ayakta çalışan işçi sayısı 35-40 işçi/vardiya iken, mekanize

ayakta bu sayı 45 işçi/vardiyanın altına düşmemektedir.

Ocaklarda işçi sayısına ve üretim bölgesinin büyüklüğüne bağlı olarak, ihtiyaç

duyulan hava miktarı fazlalaşmaktadır. Mekanize ayakta teorikte kişi başına 6

m3/dak hava gerekmektedir. Eynez ocağında, bu çalışmanın yapıldığı sıralarda,

mekanize ayağa kişi başına 6-8 m3/dak hava sevk edilmektedir.

Üretim sonu ayak arkasında kalan ezilmiş haldeki ve toz oranı yüksek kömürler,

hava kaçakları nedeniyle sürekli temiz hava ve oksijen ile temas etmekte ve

meydana gelen oksidasyon sonucu açığa çıkan ısı nedeniyle kömürün sıcaklığı

artmaktadır. Bunun sonucu olarak, kömürün kendiliğinden yanmaya eğilimi

artmaktadır. Kömür damarının meyilli yapıya sahip olması nedeniyle ayak

arkasından göçertilerek kazanılan kömürün üretimi sırasında kayıplar oluşmaktadır.

Faylı bölgelerde kömürün ezilmiş olması nedeniyle bırakılan topuklar kendiliğinden

yanmanın oluşumuna başlangıç noktası teşkil etmektedir.

Eynez Ocağında bu nedenlere bağlı olarak kendiliğinden yanma sonucu ortaya çıkan yangınların 1998-2002 yılları arası, yangının olduğu yerler ve süreleri Çizelge 12 de görülmektedir.

29

Çizelge 12. Eynez Yeraltı Ocağı 1998-2002 yılları Yangın Geçmişi.

Yangının

Meydana

Geldiği Kot

Yangının Meydana

Geldiği Yer

Yangının

Başlangıç

Tarihi

Yangının

Bitiş Tarihi

Süre

(Gün)

+ 436 Ayak Rekubu 390. m 01.06.1998 11.06.1998 10

+ 436 Ayak Rekubu 280. m 18.08.1998 26.08.1998 8

+ 412 Hava Çıkış yolu 40. m 26.10.1998 02.11.1998 7

+ 425 Ayak Tabanı 550. m 06.04.1999 18.04.1999 12

+ 427 Ayak içi 490. m 07.08.1999 16.08.1999 8

+ 417 Ayak içi 210. m 09.03.2000 22.04.2000 13

+ 417 Taban Yolu 250. m 03.10.2000 07.11.2000 4

+ 409 Ayak İçi 400. m 28.07.2001 05.08.2001 7

+ 409 Taban yolu ayak içi 230.m 03.10.2001 24.10.2001 21

+ 409 Taban baca ayak içi 180.m 11.11.2001 05.12.2001 24

8. SONUÇLAR VE ÖNERİLER

Deneylerden elde edilen sonuçlar kendiliğinden yanma açısından

değerlendirildiğinde;

Soma Eynez Km2 kömürü orta seviyede (% 12.58 - %17.39) nem içermektedir. Kül

içeriği ile kesişme noktası arasında kuvvetli bir ilişki olduğu 0.9724 olan korelasyon

katsayısı ile ortaya çıkmaktadır. En düşük kül içeriği (% 6.98) olan üçüncü katman

örneği en düşük kesişme noktasına (152oC) ve en yüksek kül içeriği (% 19.23) olan

beşinci katman örneği en yüksek kesişme noktasına (157oC) sahiptir. Km2

Kömürünün kül içeriği ile karbon içerikleri karşılaştırıldığında, kül içeriği arttıkça

karbon içeriğinin azaldığı görülmektedir. En fazla kül içeriği olan beşinci katman

30

diğer örneklere göre en az karbon içermektedir. Ayrıca yanma riski 4.53 olup,

sıcaklık artış hızı değeri de (0.72oC/dak) en düşük olan, bu örnektir. Kül, içinde

bulunan maddeye göre kendiliğinden yanmaya, hızlandırıcı veya yavaşlatıcı etki

yapar. Kül içinde bulunan silis ve alüminyum kömürün yanmasına geciktirici etki

yapar. Eynez kömüründe de alüminyum ve silis bulunmaktadır.

Kül analiz değerleri (% 6.98 - % 8.71) diğer örneklere göre daha az olan üçüncü

ve dördüncü örnekte uçucu madde (% 35.78 - % 35.73) daha fazladır. Uçucu madde

miktarı arttıkça kömürün kendiliğinden yanmaya yatkınlığı da artmaktadır

(Demirbilek, 1986). Uçucu madde ile kesişme noktası arasındaki korelasyon

hesaplamaları da 1 katsayısı ile bu ilişkiyi doğrulamaktadır. Diğer bir deyişle uçucu

madde içeriği azaldıkça kesişme sıcaklığının yükseldiği görülmektedir. Uçucu

madde içeriği en fazla olan üçüncü ve dördüncü katman örnekleri en düşük (152oC-

153oC) kesişme noktalarına sahiptir. En düşük uçucu madde içeriğine sahip olan

beşinci katman örneği en yüksek kesişme noktasına (157oC) sahiptir.

Üretim yönteminin göçertmeli olması özel tedbirler alınmayı gerektirecek şekilde,

kendiliğinden yanmaya olumsuz etki yapmaktadır. Damarın göçertilerek kazanılan

yaklaşık 6 metrelik tavan kısmında ve tabanda damarın eğimi ile üretim yönteminin

uygulaması sırasında zorunlu olarak alınamayan kısımla beraber %15 –20 kayıp

oluşmaktadır. Bu kayıplar, bir alt ayağın üretimi sırasında okside olmuş bir şekilde

ortama karışabilmektedir. (Katların çalışma sisteminden dolayı bir alt katın

yarısından fazlası üst katın etki alanı içinde bulunmaktadır.) Üretim sırasında

göçükte alınamayarak bırakılan ağaç tahkimatlar oksidasyonun ortama yaydığı

sıcaklıkla yanarak, ortamda kalan kömürlerin tutuşmalarına yardımcı etki yapmakla

birlikte üretim yapılan ayağa da ulaşmaktadır.

31

Hazırlanan üretim panolarının yerüstü tasmanlarına ve açık işletme sınırlarına

yatay ve düşey olarak çok yakın olması nedeniyle ve tasman etkisiyle de hava alan,

aralanan yapı, hava kaçaklarına ve oksidasyona yardımcı etki yapmaktadır.

Klasik üretim yönteminde pano genişliği 30 metre, uzunluğu 140 metre olup 5

metrelik dilimler halinde, ayak boyu 70 metre alınarak üretim yapılmakta, pano

üretim süreleri ortalama 1 – 1.5 yıl kadar sürmekte idi. Halen uygulanmakta olan

mekanize ayakta pano genişliği 45 metre, uzunluk damar yapısına göre 400-600

metre olup 9 metrelik dilimler halinde ve ayak boyu 45 metre şeklinde üretim

yapılmaktadır. Günde, 60 cm lik dört kesim (vardiya da iki kesim) yapılarak, 2.40

metre ilerleme yapılmaktadır. Günün iki vardiyası teorik olarak kesime, bir vardiyası

da tamir bakıma ayrılmıştır. Damarın yapısı açısından üretim katlarının birbirleri ile

irtibatının devam ettiği göz önüne alınırsa kazı hızının kendiliğinden yanma

konusunda önemli bir etmen olduğu ortaya çıkmaktadır.

Elde edilen sonuçlar, Eynez yeraltı ocağı kömürlerinin kendiliğinden yanmaya orta

derecede yatkın olduğunu ortaya koymuştur. Literatürde düşük ranklı kömürlerde

kuluçka periyodunun 3-6 ay arasında iken yüksek ranklı kömürlerde bu süre 9-18 ay

arasında değiştiği yer almaktadır (Chamberlain, 1973). Eynez kömürleri yüksek

ranklı kömürler sınıfında yer aldığına göre kuluçka süresi 9-18 ay arasında değişir.

Kazı hızının önemi burada ortaya çıkmaktadır. Üretim boşluğunda bırakılan kömür

parçalarının 9-18 ay arasında kuluçka dönemini tamamlayıp yangına dönüştüğü

zaman diliminde, bu boşluğun altındaki dilimin bu süreden daha önce alınıp,

ortamın terk edilmesi gerekmektedir. Kazı hızının artırılması ile kömürün

kendiliğinden yanma sırasında olgunluk dönemine girmeden, alt kattaki kömürün

daha hızlı üretilerek ortamdan uzaklaşılması ile yangınlar önlenebilir. Diğer bir

deyişle, üst katta bırakılan kömür kayıplarının okside olup, alt katın üretimi

sırasında buraya ulaşmadan, tüm çalışmaların bitirilip ortamdan uzaklaşılması

önerilmektedir.

32

Ayrıca işletmenin kendiliğinden yanma ile mücadele yöntemleri arasındaki sulu

kül ile dolgu sisteminin mekanize ayakta tam randıman vermediği gözlenmiştir.

Klasik ayakta ayak üretimi bitip, göçertme yapıldıktan sonra aradaki boşlukların

dolması amacıyla sulu kül gönderme (ambuaj) çalışmaları için doğrultuya dik

yapılan üretim yönteminin yardımcı etki yaptığı belirlenmiş, ancak mekanize ayakta

doğrultuya paralel üretim yönteminin küllü dolgu sistemiyle tam randıman verecek

şekilde olmadığı anlaşılmıştır. Külün rekup sonuna kadar ulaşamayıp öndeki belli

bir mesafede tıkanarak küllü suyun ilerleyememesi ile göçertilen katın arka

kısımlarında boşluklarla birlikte kayıp olan kömürler okside olmaya terk

edilmektedirler. Kömürün nem içeriği bilindiği gibi oksidasyona yardımcı etki

yapmaktadır.

Ocak havasının nemliliği % 70 – 85 olup % 90 ı da aşan değerlere

ulaşabilmektedir. Bu durum çok azda olsa kendiliğinden yanmaya olumlu etki

yapabilmektedir. Mekanize ayak uygulamasında, küllü su ile mücadelede panolara

kül - su oranının kontrollü olarak ve hazırlanan alt katın tavan yolu üzerinden,

üretim halindeki katın hemen gerisinden daha sık aralıklarla sevk edilmesi ile

oksidasyonun engellenerek kömürlerin kendiliğinden yanmaları önlenmiş olacaktır.

Üretim yöntemlerinin değerlendirilmesinde ise klasik yöntemin üretim çalışmaları

beklenen randımanı vermekte olup, yangın olaylarının az olması ve yangınla

mücadele yöntemi olan küllü su ile dolgu sisteminin daha başarılı olması nedeniyle

mekanize sistemden vazgeçilerek, yeniden klasik yöntem uygulaması da

düşünülebilir.

Havalandırma analiz sonuçlarında ocak kollarının kol giriş ve çıkışlarındaki basınç

düşmelerinin çok küçük oldukları gözlenmiştir. Bu nedenle ocak yangınlarının

havalandırma nedeniyle olduğunu söylemek mümkün değildir. Ancak hava

kaçaklarının önlenmesi, sızdırmazlığın sağlanması, üretim yöntemine uygun dolgu

33

işlemlerinin yapılması ve kazı hızında yeniden düzenleme yapılması ile

kendiliğinden yanmanın önlenebileceği düşünülmektedir.

34

KAYNAKLAR

Chamberlain,E.A., (1973) The Liability of Coals to Spont.Combustion,

Coll.Guardian, Feb, pp.65-72.

Demirbilek, S., (1986) The Development of a Spontaneous Combustion Risk

Classification System for Coal Seams, Ph. D.Thesis, University of Nottingam,

Departmant of Mining Engineering, 263 p.

Gürsoy, M.E., (1990) Manisa-Soma-Eynez-Işıklar Sahası Sondajlı Linyit

Aramaları1988-1989 Çalışma Raporu, MTA, Ankara.

Mahadevan, V., Ramlu M., (1985) Fire Risk Ratign of Coal Mines due to

Spontaneous Heatihg,J . OF Mines, Metals, Fuels, August, pp.357-362.

Yılmaz, A.İ., (2002) Eynez Yeraltı Havalandırma Sisteminin Ocak Yangınlarına Etkisi, Doktora Tezi, DEÜ Fen Bilimleri Enstitüsü Maden Bölümü.

ISIL İŞLEM GÖRMÜŞ BAZI PULLUK UÇ DEMİRLERİNİN AŞINMA DAYANIMLARININ İNCELENMESİ

Bekir Sadık ÜNLÜ11 Mehmet YILMAZ12 ve Enver ATİK13

Özet

Makina elemanı olarak kullanılan çelik parçalarda aşınmayı önlemek için değişik

sertleştirme yöntemleri uygulanmaktadır. Dönüşüm sertleştirmesi, semantasyon ve borlama çeliklere uygulanan bu yöntemlerden bazılarıdır. Çeliklere uygulanan bu yöntemlerden borlama ile oldukça sert, iyi aşınma ve korozyon dirençli yüzey tabakası elde edilmektedir. Bu çalışmada, 60Si5Mn yay çeliği, 15CrV3 soğuk iş takım çeliği ve 4140 paslanmaz çelikten üretilmiş farklı numunelerin hepsine, borlama ısıl işlemi ve bazılarına da semantasyon ve suda dönüşüm sertleştirmesi yapılarak abraziv ortamda aşınma davranışları birbiriyle karşılaştırılmıştır. Anahtar Kelimeler: Pulluk uç demiri, aşınma, sertleştirme

Abstract The different hardening methods have being applied to prevent from wearing as

machine elements that use at steel parts. Some of these methods applying to steels are in water hardening, carburising and boronising. It is obtained surface layer which are quite hard, resistant to wearing and corosion by boronising from these methods applying to steels. In these study, three different steels (60Si5Mn, 15CrV3 and 4140) were used. Each of them was boronised and then some of them heat treatment proseses (carburising and hardening in water) were applied. The results of the wear behaviors at abrasive condition were compared with each other. Keywords: Plough point iron, wear, hardening 1. GİRİŞ

11 Arş Gör. C. B. Ü., Mühendislik Fakültesi, Makina Müh. Böl. 45140 Muradiye/MANİSA 12 Yrd. Doç. Dr., C. B. Ü., .Mühendislik Fakültesi, Makina Müh. Böl. 45140 Muradiye/MANİSA 13 Yrd. Doç. Dr., C. B. Ü., .Mühendislik Fakültesi, Makina Müh. Böl. 45140 Muradiye/MANİSA

Enerji ve hammadde kaynaklarının giderek azalmasıyla makina parçalarının ömürlerinin arttırılması yönündeki çalışmalar gün geçtikçe artmaktadır. Makina parçalarının ömürleri; malzeme seçimi üretim yöntemi, çalışma şartları, yüzey sertleştirme işlemleri gibi etkenlerin en uygun şekilde gerçekleştirilmesiyle oldukça fazla artmaktadır (Atik, 1999). Bu amaçla tarım makinalarında kullanılan pulluk uç demiri malzemelerinin uygun olarak seçilmesi ve bunlara uygulanacak ısıl işlemlerle aşınma dayanımları arttırılabilir. Malzemelere aşınma dayanımlarını arttırmak için uygulanan ısıl işlemlerinden

bazıları; semantasyon, borlama ve suda sertleştirme işlemidir. Semantasyon, ostenit sıcaklığında karbon emdirilip, su verme işlemidir. Borlama ise bu sıcaklıklarda bor emdirme işlemidir. Suda sertleştirme ise yine bu sıcaklıklarda malzemenin ısıtılıp su verme işlemidir Pulluk uç demirleri dökme demir ve çelik malzemelerden üretilebilir. Bu

malzemelerde; uygun çekme dayanımı, elastikiyet, sertlik, tokluk, iyi aşınma direnci ve kaynak kabiliyeti özellikleri aranmalıdır (Finner, 1978). Bir pulluk uç demirinin her şeyden önce (şekil değiştirmemesi, aşınmaya karşı

dayanıklı, yeter derecede sert ve daima keskin bulunması) gerekir. Keskin kenarı aşındıktan sonra yenilenmesinin kolay olması da iyi bir uç demirinde aranan koşullardan biridir. Bütün bu özellikleri üzerinde toplayabilmek için uç demiri uygun çelikten yapılmalı ve gerekli ısıl işlemlerden geçirilmelidir. Pulluk uç demirlerinin üretiminde kullanılması gereken malzemenin özellikleri, boyutları, sertleştirme ve tavlama metodu ve sertlik dereceleri TS 367 ile belirlenmiştir. Bunlardan biri semantasyon işlemidir. Semantasyon yapılmış çeliklerden üretilen uç demirleri sert ve taşlı zeminler için daha az kullanışlıdır. Aşındırıcı kumlu topraklar için dökme demirden üretilen uç demirleri kullanılır. Bu da gevrek olduğu için taşlı topraklar için uygun değildir (Hunt, 1983; Mutaf, 1984). Pulluk uç demirleri genellikle Simens-Martin çeliğinden üretilirler. Sertleştirilen yüzey bölgesi sertliği 450 HB yukarı olmalı, iç kısımların sertliği ise 225 HB den aşağı olmamalıdır (Gökçebay, 1986). Ayrıca, tarım makinalarının gerek üretim gerekse kullanım ortamları dikkate

alındığında kullanılan malzemelerin doğrudan korozyonun etkisinde kaldığı da bir gerçektir. Korozyon etkisinin giderilmesi ile malzemelerin kullanım verimliliği artar. Bu amaçla bu etkiyi en aza indirecek uygun malzeme seçimi ve koruyucu malzemelerle uygulama yapılmalıdır. Bunun yanında pulluk uç demirleri için en çok dökme demir, St 60, 7070 ve 5060 malzemeleri kullanılır (Ulusoy, 1981; Eker, 2001). Abraziv aşınmaya ve darbesiz yüklemelere maruz parçaların yüzeyleri

borlandığında genel yapı çeliklerinin bile aşınma dayanımları alaşımlı çeliklere

yakın olarak elde edilebilir (Atik, 1999). Termokimyasal bir yüzey işlemi olan borlama ile malzeme yüzeyinde sert bir ferro-bor tabakası oluşur. Malzemenin aşınma dayanımı artar. Böylece makine parçalarının ömürleri de artmış olur. Borlama uygun malzemelere uygulandığında sinter karbürlerle kıyaslanabilecek ölçüde aşınma dayanımı sağlar (Atik, 1997; Matuschka, 1980). Ancak borlama işlemi doğru tribolojik sistem seçimi ve uygun ısıl işlemler

yapılmadığı takdirde semantasyon ve nitrürasyon işlemlerinden daha kötü sonuçlar verebilir (Demirci, 1996). Bu çalışmada, pulluk uç demiri yapılmak üzere tasarlanan aşınma ve mekanik

özellikleri diğer yapı çeliklerine göre yüksek 60Si5Mn yay çeliği, 15CrV3 civa çeliği ve 4140 paslanmaz çelikten üretilmiş üç farklı numunenin borlanmış, borlanmamış durumdaki ve ısıl işlem gereği 15CrV3 numunenin semantasyon hariç, 4140 numunenin ise suda sertleştirme hariç diğer ısıl işlemler uygulanarak aşınma davranışları abraziv ortam olan içi kum dolu aşınma kabı modelinde (Bilir, 1998) incelenmiştir. Ayrıca bu numunelerin aşınma dayanımı, semantasyon yapılmış ve suda sertleştirme yapılmış numunelerle aynı ortamda karşılaştırılmıştır. 2. DENEYSEL ÇALIŞMA 2.1 Deney Malzemesi Bu çalışmada, φ 8X30 mm boyutlarında 60Si5Mn yay çeliği, 15CrV3 soğuk iş takım çeliği ve 4140 paslanmaz çelikten üretilmiş numuneler kullanılmıştır. Sertlik değerleri; 60Si5Mn yay çeliğinin 32 HRC, 15CrV3 soğuk iş takım çeliğinin 64 HRC ve 4140 paslanmaz çeliğin 47 HRC dir. Bu malzemelerin kimyasal bileşenleri Tablo 1 de gösterilmiştir. Bu malzemelere 950 0C de 4 saat borlama, 950 0C de 2 saat semantasyon ve 950 0C ye kadar ısıtılıp suda sertleştirme işlemi uygulanmıştır. Ayrıca, numunelerin bir grubuna da hiçbir ısıl işlem uygulanmamıştır. Bu numuneler abraziv ortam olan içi kum dolu aşınma kabı modelinde (Şekil 1) her 1 saatte bir ağırlık kaybı ölçülmek üzere toplam 5 saat aşındırılmıştır. Tablo 1. Deney Malzemelerinin Kimyasal Bileşenleri (% Ağırlık) Malzeme C Si Mn P S Cu V Cr Ni Fe 60Si5Mn 0.6 0.25 0.75 0.03 0.02 0.06 - - Kalan 15CrV3 1.15 0.25 0.3 - - - 0.1 0.7 Kalan 4140 0.15 1 1 0.045 0.03 - - 17 2 Kalan

2.2 Aşınma Deney Düzeneği Yüzeyleri ısıl işlem görmüş malzemelerin özellikle darbesiz yüklemelere ve

toprakta aşınmaya maruz yerlerde kullanılması ömürlerinin daha uzun olması açışından önemlidir. Bu nedenle, borlama, semantasyon, suda sertleştirme yapılmış ve hiçbir ısıl işlem görmemiş malzemeler içi kum dolu aşınma kabı modelinde aşınma deneylerine tabi tutulmuştur. Aşınma deneylerinde abraziv aşındırıcı olarak yaklaşık 2 mm çaplı deniz kumu kullanılmıştır. 150 mm çapında ve 150 mm yüksekliğindeki 50 d/dak hızla dönen aşınma kabının içine numuneler 70 mm derinliğe indirilerek aşındırılmıştır. Numuneler her bir saatte bir temizlenerek hassas terazide tartılmış ve ağırlık kaybı belirlenmiştir. Deneyler toplam 5 saat sürdürülmüştür.

Şekil 1. Aşınma Kabı

3. SONUÇLAR ve TARTIŞMA 60Si5Mn yay çeliğinin ısıl işlemlere göre süre ile ağırlık kaybı değişimi Şekil 2 de,

15CrV3 civa (soğuk iş takım çeliği) çeliğinin ısıl işlemlere göre süre ile ağırlık kaybı değişimi Şekil 3 de ve 4140 çeliğinin ısıl işlemlere göre süre ile ağırlık kaybı değişimi Şekil 4 de verilmiştir. Şekil 5 te ise daha iyi karşılaştırma yapabilmek için, malzeme ve ısıl işlem durumuna göre toplam 5 saat deney süresi sonundaki ağırlık kaybı değişimleri verilmiştir. Şekillerden de görüldüğü gibi 60Si5Mn yay çeliğindeki en fazla ağırlık kaybı ısıl işlemsizde, en düşük ağırlık kaybı ise semantasyon yapılmış numunede (S) olmuştur. 15CrV3 civa çeliğindeki en fazla ağırlık kaybı borlanmış numunede (B), en düşük ağırlık kaybı ise dönüşüm sertleştirmesi yapılmış numunede (M) olmuştur. 4140 çeliğindeki en fazla ağırlık

n=50 d/dak h=70 mm kum

kaybı ısıl işlemsiz numunede, en düşük ağırlık kaybı ise semantasyon yapılmış numunede olmuştur. Borlanmış numunenin ağırlık kaybı ise semantasyon ve diğerleri arası bir değerde gerçekleşmiştir. Sonuç olarak, semantasyon yapılmış numuneler borlanmış numunelere göre daha

az aşınmıştır. Bunun nedeni bu alaşımlı çeliklerde bor tabakasının çok az oluşması ve abraziv etkilerle kırılmasıdır. Bunun için borlama işlemi, daha uygun olan az karbonlu alaşımsız çeliklere uygulanırsa daha iyi aşınma dayanımları elde edilebilir. Fakat borlanmış numunelerde hiçbir ısıl işlem görmemiş numunelere göre daha iyi aşınma dayanımı elde edilmiştir. Ayrıca, çelik malzemelerden pulluk uç demirlerine uygun malzeme seçimi yapılıp,

bunlara yapılabilecek uygun ısıl işlemlerin seçimiyle aşınma dayanımları daha çok arttırılabilir. Bu şekilde endüstride kullanılan uç demirlerinin kullanım ömürleri attırılmış olur.

Şekil 2. 60SiMn5 numunenin ağırlık kaybı süre değişimi.

0

1

2

3

4

5

0 1 2 3 4 5

Süre t (saat)

Ağırlık Kaybı (mg)

Borlanmış

Semantas.Yapılmış

Su Verilmiş

İşlemGörmemiş

Şekil 3. 15CrV3 numunenin ağırlık kaybı süre değişimi.

Şekil 4. 4140 numunenin ağırlık kaybı süre değişimi.

0

1

2

3

4

5

6

0 1 2 3 4 5

Süre t (saat)

Ağırlık Kaybı (mg)

Borlanmış

Su Verilmiş

İşlemGörmemiş

0

1

2

3

4

0 1 2 3 4 5

Süre t (saat)

Ağırlık Kaybı (mg)

Borlanmış

Semantas.Yapılmış

İşlemGörmemiş

Şekil 5. Malzeme ve ısıl işleme göre deney süresi sonundaki ağırlık kaybı değişimleri.

4. KAYNAKLAR 1. Atik, E., Meriç, C., “Borlanmış SAE 1015 ve 15 CrV 3 Çeliklerinin Abraziv Aşınma Dayanımlarının İncelenmesi”, sayfa: 58-62, Mamtek Sempozyumu, Kasım 1999, Manisa

2. Atik, E., “Çeliklerin Borlanarak Aşınma Dayanımlarının Arttırılması”, Mühendis ve Makine, sayı: 445, şubat 1997 3. Bilir, B., “Çelik-Toprak Sürtünme Çiftinde Aşınmanın İncelenmesi”, Bitirme Ödevi, (Danışman: E. Atik), C. B. Ü. Müh. Fak. Mak. Müh. Böl., 1998 4. Demirci, A. H., “Fe-Esaslı Malzemelerin Borlanması İle Kavitasyon Dayanımının Değişmesi”, 7. Uluslar arası Makina Tasarım ve İmalat Kongresi, Eylül 1996, sayfa: 261-269, ODTÜ, Ankara 5. Eker, B., “Tarım Makinalarında Kullanılan Metalsel Malzemelerin Korozyon Davranışlarının İncelenmesi Üzerine Bir Araştırma”, sayfa: 262-273, Mamtek Sempozyumu, Kasım 2001, Manisa 6. Finner, M., “Farm Machinery Fundamentals”, pp: 133, American Publishing Co. 1978 7. Gökçebay, B., “Tarım Makinaları”, cilt 1, sayfa: 59-60, Ankara Üniversitesi Basımevi, Ankara 1986 8. Hunt, D., “Farm Power and Machinery Management”, pp: 82-85, Lowa State University Press, Lowa, 1983 9. Matuschka, A. G., “Boronising”, Carl Hanser Verlag, München, pp: 58-100, 1980

0123456

B-

60SiMn5

S-

60SiMn5

M-

60SiMn5

İşlemsiz

B-

15CrV3

M-

15CrV3

İşlemsiz

B-4140

S-4140

İşlemsiz

Malzeme

Ağırlık Kaybı (mg)

10. Mutaf, E., “Tarım Alet ve Makinaları”, cilt 1, sayfa: 55-58, Ege Üniversitesi Basımevi, İzmir 1984, 11. Ulusoy, E., “Bazı Toprak İşleme Alet ve Makinalarında İş Organlarının Aşınması Üzerine Bir Araştırma”, Ege Üniversitesi Basımevi, İzmir 1981

KESİKLİ AĞIRLIKLI İPİN SALINIMININ GENLİĞİNE İLİŞKİN İKİNCİMERTEBE FARK İFADESİNİN BAZI ÖZELLİKLERİ

Ahmet DELİL14

Özet

Bu çalışmada katsayıları karmaşık olan ve karmaşık diziler üzerinde hareket eden doğrusal, ikinci mertebe fark ifadesinin Dirichlet, koşullu Dirichlet, zayif Dirichlet, limit-nokta ve güçlü limit-nokta özelliklerini ve bu özellikler arasındaki ilişkileri inceliyoruz.

Anahtar Kelimeler: Formal simetrik fark ifadeleri, Dirichlet özellikleri, güçlü limit-nokta koşulu.

Abstract In this work we consider second order linear difference expressions, with complex coefficients for infinite sequences. The discrete analogue of some known relationships in the theory of differential operators such as Dirichlet, conditional Dirichlet, weak Dirichlet, and strong limit-point, are considered.

Key Words: Formally symmetric difference expressions, Dirichlet properties, strong limit-point condition.

1. GİRİŞ

Bu çalışmada konu edilen fark ifadesi

[ ]

−=∆−

≥+∆∆−

=

−

−

−−

1......................,.........

0,...)(1

:

1

1

11

nxw

p

nxqxpw

Mx

n

nnnn

n

n (1.1)

şeklindedir. Bu ifade açık olarak yazılırsa, nnn xxx −=∆ +1 ileri fark operatörü

oldu-ğundan, 0≥n için,

14 Yrd. Doç.

[ ]

[ ]nnnnnnnnn

nnnn

n

n

xqxxpxxpw

xqxpw

Mx

+−+−−=

+∆∆−=

−−+−

−−

)()(

)(1

111

1

11

bulunur. Bundan elde edilen, 0≥n için,

[ ] nnnnnnnnnn xxqxxpxxpw λ=+−+−− −−+− )()( 111

1

veya

[ ] nnnnnnnnnn xwxqxxpxxp λ=+−+−− −−+ )()( 111

veya kısaca

[ ] nnnnnn xwxqxp λ=+∆∆− −− )( 11 (1.2)

fark denklemi bir 3-terimli rekürans formülüdür. Burada np ’ler reel ve pozitif

alındı-ğında, nx ’ler rx ve 1+rx gibi ardışık iki terim yardımıyla belirlenebilir. (1.2)

denkle-minin fizikteki bir uygulaması olan iki ucu sabitlenmiş bir ipin (telin) küçük harmonic salınımı oldukça önemlidir. Eğer salınan ipin ağırlığı ihmal edilirse ve küçük parçalardan oluştuğu (tespih gibi) varsayılırsa, bu durumda salınımların genlikleri arasında 3-terimli rekürans iliş-kisi vardır, yani, 2-inci basamaktan (1.2) biçimindeki bir fark denklemi elde edilir [2]. Öte yandan, ip homojen ve sürekli bir yoğunluğa ve kütleye sahip kabul edilirse, bu durumda 2-inci basamaktan bir diferensiyel denklem elde edilir. Bu Fizik

problemine daha yakından bakılırsa, bu durumda her n için 0=nq olacağından,

[ ] nnnn xwxp λ=∆∆− −− )( 11

olur. İpin ağırlığı ihmal edilirse, ipe iliştirilmiş parçacık ağırlıkları

110 ,...,, −mwww ve rw ile 1+rw parçacıkları arası uzaklık 1−

rp

)2,...,1,0( −= mr olur. Ayrıca, 1−rw parçacığından sonra ip uzunluğu 1

1

−mp ve

0w ’ın solunda ip uzunluğu 1

1

−p olur. İpin gerilimi 1 birimdir. Eğer nU değeri t

anında nw parçacığındaki yer-değiştirme ise, ip gerilmesi dolayısıyla ipte oluşan

kuvvetler )( 11 −− − nnn UUp ile )( 1 nnn UUp −− + olup, ipteki küçük titreşimler

için hareketin diferensiyel denklemi ''U 2-inci basamaktan türev olmak üzere,

)()('' 111 nnnnnnnn UUpUUpUw −−−=− +−−

veya

)('' 11 −− ∆∆= nnnn UpUw

(1.3)

şeklinde bulunur. nw parçacığının titreşiminin genliği nx olmak üzere,

)cos(ktxU nn =

şeklindeki çözümleri arıyorsak, )cos('' 2 ktxkU nn −= olacağından,

0)()( 2111 =+−−− −−+ nnnnnnnn xkwxxpxxp

(1.4)

şeklinde, (1.2) tipinde (2k=λ , )0=nq bir denkleme ulaşılır. Eğer, )(λnx

başlangıç koşulları 01 =−x ve 101 =− xp olan

0)()( 111 =+−−− −−+ nnnnnnnn xwxxpxxp λ

)1,...,2,1,0( −= mn (1.5)

denkleminin bir çözümü olarak düşünülürse, bu durumda, bir ucu duvara sabitlenmiş

bir ipin titreşiminin genliğinin denklemi elde edilir. Eğer aynı zamanda 0)( =λmx

olarak alınırsa, bu durumda da her iki ucu sabitlenmiş bir ipin titreşiminin genlik denklemi bulunur.

(1.5)’in ikinci bir çözümü olarak )(λmy , başlangıç koşulları 11 =−y , 00 =y

alınırsa, bu durumda 0w parçacığı sabitlenmiş olan ipin genlik denklemi temsil

edilmiş olur. Eğer, ek olarak 0)( =λmy alınırsa, bu durumda k=λ değeri,

0w parçacığı sabit ve diğer ucu sabit olan sistemin doğal frekansını verir. Daha

fazla ayrıntı için F.V.Atkinson’un [2] numaralı kaynağına bakılabilir. Ancak, bu çalışmada biz bu problemin matematik kısmı ile ilgileneceğiz.

Diferensiyel Denklemler teorisinde (1.1)’in karşılığı

[ ]qfpfwNf +−= − )''(: 1

diferensiyel ifadesi olup, buna ilişkin limit-çember (LC), limit-nokta (LP), güçlü

limit-nokta (SLP), Dirichlet (D), Koşullu Dirichlet (CD) ve zayıf Dirichlet (WD)

özelliklerinden sözedilir [1,3,4,5,6,8,9,10]. Biz burada bu özelliklerin kesikli

(discrete) hallerini tanımlayacak ve aralarındaki bazı ilişkileri vereceğiz.

(1.1) ifadesini içeren HELP (Hardy, Everitt, Littlevood ve Polya başharfleri) ve

Kolmogorov tipi eşitsizlikleri incelerken yukarıdaki özellikler oldukça önemlidir.

Bu çalışma, Race [10]’in diferensiyel denklemler için olan çalışmasının kesikli

halidir.

2. ÖNBİLGİLER

R , C ve N sırasıyla gerçek, karmaşık ve doğal sayı kümelerini temsil etsin.

z sembolü z karmaşık sayısının eşleniğidir. 1l kümesi “mutlak yakınsak seriler”

kümesi olup, her n için 0>nw olmak üzere,

∞<== ∑∞

−=

∞−

1

2

12 :}{

n

nn xxxl ve

∞<== ∑∞

−=

∞−

1

2

12 :}{

n

nnnw wxxxl

Hilbert uzayları üzerinde tanımlı iç-çarpımlar sırasıyla,

∑∞

−=

=1

),(n

nn yxyx ve n

n

nn wyxyx ∑∞

−=

=1

),(

şeklindedir. (1.1)’de tanımladığımız nMx ifadesinde nnn xxx −=∆ +1 ileri fark

operatörü olup; p, q ve w dizileri ,...2,1,0,1−=∀n için,

0≠np , 01 =−q ve 0>nw

(2.1) özelliklerine sahiptir. M fark ifadesi (1.1) şeklinde tanımlandığında

nn xMx λ= , ,...2,1,0=n )( C∈λ

(2.2) fark denklemi bir 3-terimli rekürans formülüne dönüşür.

{ }2)( ,:: wMT lTxxxD ∈=

(2.3)

olmak üzere, T operatörünü )(MTD ’den 2wl ’ye

[ ] nnn MxxMTxMT == :)()( , ,...2,1,0,1−=n

(2.4) olarak tanımlıyoruz. Parçalı integrasyona benzer olarak, parçalı toplama formülü

∑ ∑= =

+++ ∆−−=∆m

kn

m

kn

nnkkmmnn xyyxyxyx 111 , mk ≤ , +∈Nmk,

(2.5) şeklindedir. Bu formülden yararlanarak,

∑ ∑ ∑= = =

−−+ ∆+∆−∆∆+=m

n

m

n

m

n

mmmnnnnnnnnn xypxypxypxyqwMyx0 0 0

0111)(

(2.6)

ve her )(, MTDyx ∈ için,

( ) ( ) 011100

lim)( xypxypwyMTxxyqxyp mmmm

n

n

nn

n

nnnnnn −−+∞→

∞

=

∞

=

∆−∆+=+∆∆ ∑∑

(2.7)

şeklinde Dirichlet formülü elde edilir. Bu formülün sol tarafına Dirichlet toplamı

denir. Bunun sonucu olarak, her )(MTDx∈ için,

( ) ( ) 01110 0

22 lim)(|||| xxpxxpwxMTxxqxp mmmm

n

n

n

nnnnnn −−+∞→

∞

=

∞

=

∆−∆+=+∆∑ ∑

(2.8)

yazılabilir. Ayrıca, her )(, MTDyx ∈ için,

( ) )()(lim)()( 010

01111 xyyxpxyyxpwxMTyyMTxn

mmmmmm

nnnnn −

∞

=−−++

∞→∑ ∆−∆−∆−∆=− (

2.9)

yazılabilir. Bunun bir sonucu olarak da, her )(MTDx∈ için,

)(lim 11 ++∞→∆−∆ mmmmm

mxyyxp sonludur

(2.10) ifadesi yazılabilir. Dahası, x ile y dizileri (2.2) denkleminin çözümü olduklarında (2.10) limiti bir sabittir. Hatta, bu limitin 0 (sıfır) olması, x ile y’nin lineer bağımlı olması ile eşdeğerdir.

2.1 TANIM: (Limit-nokta/Limit-çember) 0)( ≠λim ve ,...2,1,0=n için

nn xMx λ= denkleminin biricik 2wl çözümü varsa (sabit çarpanları dışında),

M ’ye limit-nokta (LN), aksi halde M’ye limit-çemberdir denir.

NOT: Hinton&Lewis limit-nokta (LN) durumunun her )(, MTDyx ∈ için,

(2.10)’daki )(lim 11 ++∞→∆−∆ mmmmm

mxyyxp veya

)(lim 11 mmmmmm

xyxyp ++∞→−

(2.11) limitinin 0 (sıfır) olması ile eşdeğer olduğunu gösterirler.

2.2 TANIM: (Güçlü limit-nokta) Eğer, her )(, MTDyx ∈ için,

0lim 1 =∆ +∞→ mmmm

xyp

(2.12) ise, M’ye güçlü limit-nokta (GLN) denir.

2.3 TANIM: (Dirichlet) Eğer, her )(MTDx∈ için,

{ }∞−

∆1

2/1

nn xp , { } 2

1

2/1lxq nn ∈

∞

−

(2.13) ise, M’ye Dirichlet’dir (D) denir.

2.4 TANIM: (Koşullu Dirichlet) Eğer, her )(MTDx∈ için,

{ } 2

1

2/1lxp nn ∈∆

∞

− ve ∑

∞

=0

2

n

nn xq yakınsak

(2.14) ise, M’ye Koşullu Dirichlet’dir (KD) denir.

2.5 TANIM: (Zayıf Dirichlet) Eğer, her )(, MTDyx ∈ için,

( )∑∞

=

+∆∆0n

nnnnnn yxqyxp yakınsak

(2.15) ise M’ye Zayıf Dirichlet’dir (ZD) denir. NOT:

1. Güçlü limit-nokta (2.12) özelliğinin her )(MTDx∈ için,

0lim 1 =∆ +∞→ mmnn

xxp veya 0lim 1 =∆ +∞→ mmnn

xxp

(2.16) ile eşdeğer olduğu görülebilir.

2. Koşullu Dirichlet (2.14) özelliğinde her )(, MTDyx ∈ için,

{ } 2

1

2/1lxp nn ∈∆

∞

−⇔ { } 2

12)( lxp nn ∈∆

∞

− ⇔

{ } 21 lyxp nnn ∈∆∆ ∞− (2.17)

olduğu görülebilir.

3. Zayıf Dirichlet (2.15) özelliğinin her )(, MTDyx ∈ için,

1lim +∞→∆ mmm

mxyp limiti vardır ve sonludur

(2.18) ile eşdeğer olduğu görülebilir.

3. TEMEL SONUÇLAR

3.1 SONUÇ: Yukarıdaki tanımlar ışığında her )(, MTDyx ∈ için, aşağıdaki

gerektir-meler yazılabilir: (a) D⇒KD⇒ZD (b) GLN⇒ZD (c) GLN⇒LN Şimdi, p, q ve w üzerine olabildiğince zayıf koşullar koyarak, yukarıdaki

sonuçlara ek sonuçlar elde edeceğiz. Aşağıdaki teoremde, p ve q karmaşık değerli dizilerdir. 3.2 TEOREM: KD⇒GLN gerektirmesi aşağıdaki durumlardan herhangi birinin gerçeklenmesi durumunda doğrudur:

(a) 1lw∉ .

(b) 11l

p∉ .

İSPAT:

(a) Varsayalım ki, 1lw∉ ve M de Koşullu Dirichlet (KD) özelliğine

sahiptir. (2.7)’deki Dirichlet formülünden, her )(, MTDyx ∈ için,

∞<∆= +∞→ 1lim mmmm

xypα

olduğu görülmektedir. Biz 0=α olduğunu göstermeliyiz. Tersine 0≠α olsun.

Bu durumda, belli Nm ∈0 için,

21

α≥∆ +mmm xyp , 0mm ≥∀

ve

12 +

∆≥∆∆

m

m

mmmx

xxyp

α, 0mm ≥∀ , )(, MTDyx ∈∀

(3.1)

olur. Ancak, M Koşullu Dirichlet (KD) olduğundan, m üzerinden toplam alındığında (3.1)’in sol tarafı mutlak yakınsak olup, buradan,

∞<∆

∑∞

−= +1 1n n

n

x

x

yazılabilir. Bunun sonucu olarak, ∞→n için 01

→∆

+n

n

x

x olur. Böylece,

1)1log(

lim0

−=−

→ t

t

t

olduğundan, ∞→n için,

11

1 ~1loglog++

+ ∆

∆−−=

n

n

n

n

n

n

x

x

x

x

x

x

olacaktır. Buradan ve

∑∞

−=

+

1

1logn n

n

x

x∞< ⇒ ∑

∞

−=

+

1

1logn n

n

x

x yakınsak

olduğundan,

∑=

+

∞→

N

mn n

n

N x

x

0

1loglim vardır )( 0 Nm ∈ .

Böylece,

( )∑=

+∞→∞→−=∆

N

mn

mNN

nN

xxx0

0logloglim)(loglim 1 vardır.

Bu ise,

0lim ≠∞→ N

Nx

(3.2)

olmasını gerektirir. Oysa, 1lw∉ ve

2wlx∈ , yani, ∑

∞

−=∞<

1

2

n nn wx

olduğundan, 0lim ≠∞→ NN x olması bir çelişkidir. Bu çelişkiye 0≠α

olmasından vardık. O halde, 0=α olup, M GLN’dir.

(b) Varsayalım ki 11l

p∉ ve M Koşullu Dirichlet’dir. Yukarıdaki gibi,

)(, MTDyx ∈ için

0lim 1 ≠∆= +∞→ mmmm

xypα

olduğunu varsayalım. Böylece, görürüz ki 0lim ≠=∞→ m

mxβ olmaktadır. Bu

durumda 1lim −

∞→=∆ αβmm

myp

olup, belli Nm ∈0 için

1212

4

1)( −−≥∆ mmm pyp αβ , 0mm ≥∀

(3.3) bulunur. Oysa, m üzerinden toplam alındığında, M Koşullu Dirichlet olduğundan,

(3.3)’ün sol tarafı 1l ’in elemanı olup, sağ tarafı da 1l ’in elemanıdır. Bu ise,

hipotezdeki 11l

p∉ olması ile çelişir. O halde 0=α ’dır, yani, M GLN’dir.

Böylece teoremin ispatı biter. NOT: Bu teoremin koşulları altında KD ile ZD özellikleri, Sonuç:3.1 ışığında, denktirler. KAYNAKLAR [1] Amos, R.J. On a Dirichlet and limit-circle criterion for second-order ordinary differential expressions. Quaestiones Math. 3 (1978), 53-65. [2] Atkinson, F.V. Discrete and Continuous Boundary Problems. Academic Press, New York, (1964). [3] Brown, B.M. and Evans, W.D. On an extension of Copson’s inequality for infiniteseries. Proc. R. Soc. Edinb. 121A (1992), 169-183. [4] Delil, A. and Evans, W.D. On an inequality of Kolmogorov type for a second-order difference expression. J. of Inequal.&Appl., Vol. 3, (1999), 183-214. [5] Evans, W.D. and Everitt, W.N. A return to the Hardy-Littlewood integral inequality. Proc. R. Soc. London Ser. A 380 (1982), 447-486. [6] Everitt, W.N. A note on the Dirichlet condition for second-order differential expressions. Can. J. Math., Vol.XXVIII, No.2 (1976), 312-320. [7] Hinton, D.B. and Lewis, R.T. Spectral analysis of second-order difference equations. J. Math. Anal. and Appl. 63 (1978), 421-438. [8] Kwong, M.K. Conditional Dirichlet property of second-order differential expressions. Quart. J. Math. Oxford (2), 28 (1977), 329-338. [9] Kwong, M.K. Note on the strong limit-point condition of second-order differential expressions. Quart. J. Math. Oxford (2), 28 (1977), 201-208. [10] Race, D. On the strong limit-point and Dirichlet properties of second-order differential expressions. Proc. R. Soc. Edinb. 101A (1985), 283-296.

İNSANA UYGUN İŞ TASARIMINDAİKLİMLENDİRMEYE İLİŞKİN ERGONOMİK İLKELER VE OPTİMUM HAVA KOŞULLARI Ali Gülçubuk (Dipl.-Kfm. Dr.End.Müh.)15

Özet Çalışma ortamındaki iklim koşulları çalışanların bedensel ve zihinsel faaliyetlerini

önemli ölçüde etkiler. Uygun olmayan iklim koşullarında çalışma birey üzerinde yüklenmelere ve sonucunda da sağlık yakınmalarına, ve iş verimliliğini olumsuz etkileyen zorlanmalara neden olur. İklimlendirmeye ilişkin ergonomik ilkelere uyularak tasarımlanacak çalışma ortamlarında termal rahatlık (iklim konforu) bu olumsuzlukları önleyeceği gibi iş verimliliği artışını da beraberinde getirecektir. Anahtar Kelimeler : vücut ısı dengesi, termal rahatlık(iklim konforu), ısı stresi, ısı alış verişi

Abstract Climatic conditions in work environment significantly affects physical and

intellectual activities of workers. Working under inappropriate climatic conditions may cause excessive loading on individuals resulting health complaints and strain that lead to productivity losses. Thermal comfort designed by implementing ergonomic principles of air-conditioning promotes work productivity and terminates such undesirable developments in work environment Key Words: heat balance, thermal comfort, heat stres, heat exchange (thermoregulation) 4. GİRİŞ İnsan sağlığı ile hava koşulları arasında genelde önemli bir ilişki mevcuttur.

İnsanın iş ortamındaki sağlığını, rahatlığını, verim yeteneğini (performansını) sağlamasında iklim (hava) oldukça önemli bir yer tutar. Burada iklim kavramından “ insana etki eden, çevre ile sıcaklık alış verişini düzenleyen fiziksel büyüklüklerin tümü anlaşılmalıdır.” Bu büyüklükler sırasıyla havanın sıcaklığı (ısısı), havanın nemi, havanın hareketi ( rüzgar hızı), açık havada güneş ışınları, kapalı alanlarda ısı yansıması (ısı kaynaklarından yayılan ısı) yolu ile oluşan çevrenin yansıma sıcaklığıdır. [Gülçubuk,Ali 1996, Endüstri İşletmelerinde seçilmiş faktörlere göre

15Yrd. Doç. Dr. C.B.Ü. Salihli Meslek Yüksek Okulu Salihli-Manisa

çalışma koşullarının ergonomik değerlendirilmesi üzerine bir araştırma, yayınlanmamış Doktora Tezi, DEÜ Fen Bilimleri Enstitüsü İzmir, s.34]. İnsanın çalıştığı ortamda hava koşulları ne kadar uygun olursa, insan kendini o

ölçüde rahat ve sağlıklı hissedecektir. Çalışma ortamlarında iklim konforu veya rahatlık duygusunun sağlanabilmesi için vücudun ısı dengesinde olma hali çok önemlidir. Vücut ısı dengesini şu bileşenler oluşturmaktadır: a) vücudun ürettiği ısı (Qü) b) konveksiyon (ısı taşınımı yolu ile vücuda yayılan ısı (Qk) c) Radyasyon(ısı ışınımları) yolu ile vücuda yayılan ısı (Qr) d) Vücutta suyun buharlaşması yolu ile ısı kaybı (Qb) e) Vücutta depolanan ısı (Qd) Vücutta ısı dengesinin sağlanabilmesi için yukarıda tanımlanan bileşenlerin

toplamlarının sıfıra eşit olması gerekir ve bireyle çevresi arasındaki ısı alış verişi bu dengenin sağlanmasına kadar devam eder ve ısı dengesi oluşur. Yani Qü + Qk + Qr + Qb + Qd = 0 olur. [Wenzel, H./ Piekorski, C. 1982, Klima und Arbeit, Bayerisches Staatsministerium für Arbeit und Sozial- ordnung, 2.Bası s.18-21]. Vücut, çeşitli ortam koşullarında, çevresi ile gerçekleştirdiği bu ısı alış verişi sırasında, iç sıcaklığını 36,5 – 37o C dolayında tutmak için bazı koruyucu mekanizmalar geliştirmiştir. Örneğin, aşırı sıcak ortamda terleyerek; aşırı soğuk ortamda ise titreyerek vücut iç sıcaklığını ayarlar. Isı dengesinin oluşması insanların rahat çalışabilecekleri iklimsel ortamı hazır

ederken, iş görenlerin zihinsel, bedensel çalışma kapasitelerini ve iş verimliliklerini de olumlu etkiler. Bu nedenle, insanların rahat çalışabilecekleri ortam koşullarını iyi tanımlamak ve

tolerans sınırlarını bilmek iklimsel tasarım için oldukça önemlidir.[Erkan, Necmettin. 2001, Ergonomi –Verimlilik, Sağlık ve Güvenlik için İnsan Faktörü Mühendisliği s.115 ]. Hava kavramını oluşturan büyüklüklerin ve yan koşulların çokluğu nedeniyle her

ne kadar “ideal” olarak tanımlayabileceğimiz ve genel geçerliliği olan bir optimum hava koşulu var olmamakla birlikte, insan anatomisi ve organizması göz önünde tutularak çalışanların büyük bir çoğunluğunun ne daha sıcağı, ne de daha soğuğu arzu etmeyeceği iş ortamının sağlanması bu çalışmanın temel amacıdır. 2. İklimlendirmeye ilişkin Ergonomik İlkeler Çalışmamızın bu ayrımında yukarıda belirtilen amaç doğrultusunda

iklimlendirmeye ilişkin ergonomik ilkeler ana başlıklar halinde ve kısa açıklamalarla verilecektir. Bunlarda sırasıyla :

- Çalışma Ortamlarında sıcaklık düzeyi yapılan işe uygun olmalıdır Çalışma ortamlarında sıcaklık düzeyi yapılan işe uygun olmalı ve aşağıdaki

değerler ölçüt alınmalıdır.[Hettinger, T./ Kaminsky, G./ Schmale, H. 1980, Ergonomie am Arbeitsplatz, Daten zur Menschengerechten Gestaltung der Arbeit, s.101]. Genellikle Oturarak yapılan işler + 19 C Büro işi + 20 C Ayakta yapılan hafif işler + 17 C Ayakta veya oturarak yapılan ağır işler + 16 C Çok ağır işler + 12 C Çalışma saatlerinin başlangıcında çalışma ortamının sıcaklığı yukarıda öngörülen değerlere ulaşmış olmalıdır - Mevsimsel değişimler dikkate alınmalıdır Çalışma ortamı ısısı mevsimsel değişimlere uyum göstermelidir.Dışarıdaki yüksek

ısı ile içerideki düşük ısı arasındaki fark 4o C den daha büyük olmamalıdır. - Nisbi hava nemliliği oranı dikkate alınmalıdır Belirtilen hava sıcaklıklarında nisbi hava nemliliği oranı aşağıdaki değerleri

aşmamalıdır Hava sıcaklığı ( C 0 ) Nisbi nem oranı % olarak 20 80 22 70 24 62 26 55 15 35 - Çalışma ortamındaki hava değişimi işin yüküne uygun olmalıdır Çalışma ortamındaki hava değişimi a) hafif işler için kişi başına 45 m3/h b) ağır

bedensel işler için kişi başına 90 m3/h olmalıdır ve havalandırma doğal yoldan duvar veya tavan penceresi ile ya’da iklimlendirme ( klima) cihazı ile yapay yoldan gerçekleştirilmelidir. - Havalandırma iklimlendirme cihazı ile yapılıyorsa

Havalandırma iklimlendirme cihazı ile yapılıyorsa hava esintisi (cereyan) önlenmelidir. Bunun için hava akımı rüzgar yönünde 0.5 m/s altında olmalı. Pencere ve kapılar hava sızdırmayacak şekilde kapalı tutulmalı, hareketli ortamlarda kendinden kapanan kapılar tercih edilmelidir.

- Çalışma ortamı ısısında çalışanların istekleri dikkate alınmalıdır Çalışma ortamındaki hava sıcaklığı ayarında çalışan bireylerin istekleri de dikkate

alınmalıdır. Bu nedenle iklimlendirme cihazı, ısıtıcı, radyatör veya ısıtma elemanları ile temiz hava üfleyicisinin sistemden bağımsız olarak her iş istasyonu için ayrı ayrı havalandırma kapak veya pencereleri olmalı ve ortamda çalışanlarca da ayarlanabilmelidir.

- İnsan vücudunun ortama uyumu zorlaştırılmamalıdır Çalışma ortamının ısıtılması veya soğutulmasında insan vücudunun ortama uyum

sağlamasını zorlaştıracak sık ve kısa süreli değişiklikler engellenmelidir. - Farklı ısılardaki çalışma ortamlarında çalışanların uyum sorunu dikkate alınmalıdır İş gören işletme içinde farklı ısılardaki ortamlarda çalışmak zorunda kaldığında

intibak (uyum) sorunu dikkate alınmalıdır. - Soğuk çalışma ortamları ısıtılmalıdır Soğuk çalışma ortamlarında ısıtıcı bir sistem öngörülmelidir. Bu tüm alanın

merkezi sistem ısıtılması olabileceği gibi, lokal ısıtıcı ile de olabilir. İş parçası ve takımların önceden ısıtılması ile sıcak tutan giysilerin giyilmesi kullanılabilecek seçeneklerdendir. Dinlenme molaları sıcak ortamlarda olmalı ve iş görenler sıcak içeceklerle takviye edilmelidir. - Çok soğuk ortamlarda çalışma özel giysilerle olmalıdır Soğuk hava depoları gibi -25o C sıcaklıktaki çalışma ortamlarında çalışan kişiler

özel koruyucu elbise giymeli ve sürekli olarak koruyucu hekim gözetiminde tutulmalıdır. -25o C den daha soğuk ortamlarda kesintisiz çalışma süresi kısa tutulmalıdır. 2 saat çalışma ve en az 15 dakika dinlenme molası verilmelidir.[ MPM Yayın No ENÇ 150, 1979, Isıtma ve Soğutma, Fabrika,Atölye ve Büro için çalışma ortamı,s.37]. - Sıcak çalışma ortamları soğutulmalıdır

Sıcak çalışma ortamları doğal olarak veya iklimlendirme ve havalandırma sistemleri ile soğutulmalıdır. - İşgörenler çalışma ortamlarındaki ısı yayıcılarından yayılan ışın ısısı etkisinden uzak tutulmalıdır Çalışma ortamında herhangi bir ısı yayıcısından (ısıl işlem görmüş bir parça,

ergimiş metal, ocak ve güneş ışınları gibi ) yayılan bir ışın ısısı söz konusu ise, işgörenler bunların etkisinden uzak tutulmalıdır. Böyle bir çalışma ortamında, çalışan bireylerin korunabilmesi için ışın kaynağı yayılacak ışını yutacak veya azaltacak koruyucu maddeler ile perdelenmelidir Işın ısısının var olduğu çalışma ortamına serinletici ve kuru hava üfleyicisi yerleştirilmelidir. Dinlenme molaları bu bölge dışında yapılmalı çalışanlar alkolsüz hafif sıcak içeceklerle takviye edilmelidir. - İnsanın dayanabileceği iklim sınır değerleri belirlenmelidir İnsanın dayanabileceği iklim sınır değerleri, sürekli yüklenme altında :

a) ağır bedensel işler ( enerji tüketimi vardiya ortalama 4.0 kcal/dak) için 23.2 o C düzeltilmiş etkili sıcaklık veya 20 o C etkili sıcaklık b) orta ağırlıkta bedensel işler ( enerji tüketimi vardiya ortalama 2.5 kcal/dak) için 26.7o C düzeltilmiş etkili sıcaklık veya 23o C etkili sıcaklık c) hafif bedensel işler ( enerji tüketimi vardiya ortalaması 1.0 kcal/dak) için 29.5

o C düzeltilmiş etkili sıcaklık veya 26o C etkili sıcaklık olmalıdır.[Wenzel, H./ Piekorski, C. 1982, Klima und Arbeit, s. 23-25]. - Koruyucu elbiseler çalışanı zorlamamalıdır Soğuk veya aşırı sıcağa karşı koruyucu elbise kullanımında koruyucu elbise, işin

yapılmasında çalışanı engelleyerek zorlanmaya yol açmamalı ve elbisenin clo olarak tanımlanan giyim endeksi dikkate alınmalıdır. Burada clo 21o C sıcaklıktaki bir ortamda rahatlık sağlayan giyim özellikleri ünite clo olarak kabul edilir

3. SONUÇ “İdeal” olarak tanımlayacağımız ve genel geçerliliği olan bir optimum hava koşulu

olmamakla birlikte yukarıda belirttiğimiz ergonomik ilkeler ve çalışanların üzerindeki giysilerin yalıtım özellikleri (clo değerleri) ile yaptıkları işe bağlı olarak değişen metabolizma hızları dikkate alınıp uygulanacak olursa çalışma ortamında termal rahatlık = iklim konforu “çalışan bireyin iş ortamında kendini rahat, huzurlu ve sağlıklı hissetmesi ” başka bir deyişle çalışanın soğuk veya sıcak etkisi altında kalmadan iş görmesi sağlanmış olacaktır. İş görenler dayanabileceklerinden daha sıcak ve daha soğuk bir ortamda çalışmak zorunda kaldıklarında, bundan olumsuz etkilenirler. Sıcak ortamda aşırı terleme ve tuz kaybı, bitkinlik, ısı çarpması, soğuk ortamlarda titreme, donma ve vücudun aşırı yağlanması bu olumsuzluklara birer örnek olarak gösterilebilir. Bu nedenle Isı stresinden uzak kendini iş yerinde rahat, huzurlu ve sağlıklı hisseden çalışanların iş başarısı ve verimliliği de o ölçüde artış gösterecektir. 4. KAYNAKÇA 1. Erkan, Necmettin : Ergonomi, Verimlilik, Sağlık ve Güvenlik için İnsan Faktörü Mühendisliği, MPM Yayın No. 373 Ankara 2001 2. Gülçubuk, Ali : Endüstri İşletmelerinde seçilmiş faktörlere göre çalışma koşullarının ergonomik değerlendirilmesi üzerine bir araştırma, yayınlanmamış Doktora Tezi, DEÜ Fen Bilimleri Enstitüsü İzmir 1996 3.Hettinger, T/ Kaminsky, G/ Schmale, H. : Ergonomie am Arbeitsplatz, Daten zur Menschen gerechten Gestaltung der Arbeit, F.Kiehl Verlag GmbH , Ludwigshafen(Rhein) 2.Bası 1980 4. Milli Prodüktivite Merkezi : Isıtma ve Soğutma, Fabrika, Atölye ve Büro için çalışma ortamı Yayın No ENÇ 153 Ankara 1979 5. Wenzel, H/ Piekorski, C. : Klima und Arbeit, yayınlayan Bayerisches Staatsministerium für Arbeit und Sozialordnung, 2.Bası München 1982

ÇEKME KEPÇE SEÇIMINDE MATEMATIKSEL BİR BENZETIM MODELLEMESI IÇIN ETKEN FAKTÖRLER

EFFECTIVE FACTORS OF A SIMULATION MODEL FOR DRAGLINE SELECTION

Kadir ARTAN16

Özet

Yürüyen çekme kepçeler (Dragline) cevher damarı üzerindeki örtü tabakasının

kaldırılması için kullanılmaktadır. Çekme kepçeler ‘basit kazı (Side-casting)’ ve ‘genişletilmiş basama (Extended bench)’ gibi değişik metotlar kullanılarak çalıştırılmaktadırlar. Bir çekme kepçenin seçimi için birkaç standart mühendislik yöntemi vardır. Bu yöntemler jeolojik, mekanik ve madencilik faktörleri ve bunların makine üretkenliğine etkilerinin kompleks ilişkilerini içermektedir. Uygun çekme kepçe seçimi düzenli, sistematik deneyler ve çok sıkı analizler ile değerlendirilmek zorundadır. Matematiksel benzetim modeli çekme kepçe seçimi ve madencilik koşullarının

analizi için çok uygun ve çok yeni olmayan bir tekniktir. Özellikle bilgisayar

teknolojisindeki gelişmeler ve programlama tekniklerinin kolaylaşıp gelişmesi

sonucunda, benzetim modellemesi düşük maliyetli bir deneme yanılma metodu

haline gelmiştir. Bu çalışmada, değişik çalışma durumlarındaki modellemeler için

göz önünde bulundurulan faktörler incelenmiştir.

Anahtar Sözcükler : Yürüyen kepçe, benzetim modeli, basit kazı yöntemi, genişletilmiş basamak yöntemi.

Abstract

Draglines are commonly used to remove the overburden material covering on ore

seam deposit. They are operated in several methods, such as side casting, extended

16 Öğr. Gör. Celal Bayar Üniversitesi, SMYO, Soma, MANİSA

benching. There are several standard engineering procedures for the selection of dragline. These methods consist of interrelationship between geological, mechanical and mining factors and their effects on machine production. The dragline selection problem must be evaluated through regular, systematic experiments and very strict analysis. The mathematical simulation is well suited and conventional technique for the

selection of dragline and analysis of mining conditions. The simulation as a mathematical technique is not new. The simulation has been a

trial and error method with little cost, especially recent increase in digital computer speeds and the ease of programming techniques. In this study, the considered factors in various studies have been investigated.

Keywords : Dragline, simulation, side-casting model, extended-bench model.

1. GİRİŞ Makine seçimi genellikle jeolojik koşullar ve yerel işletme faktörleri tarafından

belirlenir. Jeolojik koşullar, makine özellikleri ve madencilik faktörleri arasında, iç içe geçmiş karmaşık ilişkiler vardır. Bu yüzden çekme kepçe seçimi problemi çok özenli bir biçimde değerlendirilmek zorundadır.

Şekil 1 Çekme kepçe çalışmasında genel görünüş

Makine seçiminde ve maden tasarımında genel olarak kullanılan yöntemler üç gruba ayrılabilir.

1. Deneysel yöntem 2. Analitik (çözümsel) yöntem 3. Benzetim modeli yöntemi

Deneysel yöntem, sistemin gerçek yaşamda denenmesidir. Genellikle pratik olmayan, hatta mümkün olmayan, pahalı ve sonuçlandırılamayan veriler oluşturabilir. Karmaşık sistemler için analitik(çözümsel) yaklaşım ise, birçok değişik sistem

birimi arasında etkileşim olduğu için analizi zor, aylar alan, çok fazla iş zamanı gerektiren bir sistemdir. Ayrıca bu sistem, problemin karmaşıklığının arttığı durumlarda, daha fazla kabullenme yapmayı gerektirmektedir. Bilgisayarda benzetim modellemesi yöntemi ile, birçok alternatif, fiziksel ve

madencilik açısından etkili bütün koşullar çok kısa bir sürede bilgisayara yüklenerek, uygun çekme kepçenin seçimi için, analiz edilebilir. Bilgisayarda benzetim modellemesi makine seçimi ve çalışma tasarımı için en

uygun çalışma yöntemidir. Bu yüzden çekme kepçe için bilgisayar ile benzetim modeli çalışmaları madencilik sektöründe özel bir önem taşımaktadır. Çekme kepçe seçimi için ilk modelleme 1955 yılında Dunlap ve Jacob tarafından

geliştirilmiştir(1). İlk çekme kepçe bilgisayar modellemesi ve analog bilgisayar için gerçek zamanlı benzetim modeli 1965 yılında Zoerb ve Nikiforuk tarafından yapılmış bir çalışmadır. 1961 yılında, Rumfelts, verilen gerekli üretim miktarı ve maden sahasındaki

özelliklerde, kazı aracının boyutlandırılması için bir matematiksel prosedür tanımlamıştır. Daha karmaşık madencilik yöntemleri için benzer prosedürler 1973 yılında Stefanco, 1977 yılında Finch ve 1979 yılında da Tomica tarafından tanımlanmıştır(2). 1967 yılında Loper Florida Fosfat madeninde sistem çalışmasının bir parçası

olarak, yürüyen çekme kepçenin benzetim modelinin oluşturulması işine giriştiğini bildirmiştir. Basamak genişliği, basamak şekli, dönme açısı ve çekme kepçenin kova boyutu gibi işlem değişkenleri model işleticisine veri olarak girilmekteydi. Chatterjee, Rowland ve Siller 1977 yılında işlem verileri Avusturalyadaki büyük bir maden işletmesinden toplanan gözlem verilerine dayanan bir model geliştirmişlerdir. Daha yakında 1978 yılında McDonnel Douglas Electronics Corporation çok daha belirleyici bir model ve program geliştirmiştir(3). Program, blok ölçüleri, döküm

uzaklığı, kova büyüklüğü, yerleşimi ve döküm geometrisi prosedürü gibi girdileri kullanarak makine çıktılarını belirleyebilmektedir. Yukarıda sözü edilen modellerin geliştirilmesinde üretimi ve makine seçimini

etkileyen kritik faktörler aşağıdaki gibi belirlenmiş ve hesaplanmıştır. 2. ÇEKME KEPÇE SEÇİMİNİ ETKİLEYEN FAKTÖRLER

2.1 Makine Üretkenliği Örtü kaldırma işleminde temel amaç, mümkün olan en kısa sürede örtünün

kaldırılarak olabildiğince büyük miktarda cevherin üzerinin açılmasıdır. Yürüyen çekme kepçenin üretkenliği, belirlenen zaman aralığında kaldırabildiği örtünün hacmi olarak tanımlanabilir. Maksimum üretkenlik tekrar yapılan kazı miktarının azaltılması ve fazladan yapılan yürümelerin ve dönmedeki fazlalıkların düzeltilmesiyle elde edilebilir. Makine üretkenliği iki faktörden etkilenmektedir. Bunlar; birim zamanda kaldırılan malzeme miktarı ve bu malzemenin yerindeki malzemeye oranı, yani kabarma faktörü.

2.2 Döngü Zamanı Çekme kepçe her işlem döngüsünde dört kısımdan oluşan belli bir yol izler.

1. Kovayı konumlandırmak 2. Kovayı doldurmak 3. Kovayı yukarı kaldırmak 4. Dönüp boşaltmak 5. Geri dönmek

Teorik döngü zamanı hesabı daha uğraştırıcıdır. Dönme miktarları göreceli olarak

kazı ve boşaltma yerine ve operatörün yetisine bağlıdır. Doldurma ve boşaltma işlemleri ise sadece operatörün yetisine bağlıdır. Bu yüzden döngü zamanının uzunluğu ağırlıklı olarak operatörün yetisine ve çalışma koşullarına bağlıdır. Optimum döngü zamanı, sahadaki zaman çalışmalarıyla elde edilebilir. Makine dönme verimliliği elektrik gücünün en uygun durumda kullanılması ile

arttırılabilir. Dönme gücünün arttırılması dönme zamanını birebir etkilemez. Örneğin dönme gücünün %50 arttırılması döngü zamanının %10 azalmasını sağlayabilir. Ancak kullanılan güç makinenin çalışma maliyetini ve güvenilirliğini olumsuz etkiler. Belirli bir uygulamada yukarı çekme zamanı, toplam döngü içinde, dönme zamanına göre çok daha kritik bir faktördür. Eğer yukarı çekme gücü %33 oranında arttırılırsa bu toplam döngü zamanının %10 azalmasına neden olmaktadır(4).

2.3 Çalışma Verimliliği Ayak genişliği, basamak yüksekliği ve blok uzunluğu değiştirilebilir temel

değişkenlerdir. Diğer etken faktör ise bir önceki alınan şeridin genişliğidir. En iyi tasarım için, bu dört faktör kazılacak derinlik üzerinde tanımlanmak zorundadır.

2.4 Makine Yararlılığı Makine elde edebilirliği makinenin ölçülebilen toplam zamanlarının, toplam işleme zamanlarına oranı olarak tanımlanır. Yada bir başka metot ile, işlem zamanının, kayıp zamanlar ile işlem zamanının toplamına oranı olarak açıklanabilir. Bu bir formülle açıklanırsa;

MY = Ti / (Ti + Tk) MY : Makine yararlılığı Ti : Toplam işlem zamanı Tk : Toplam kayıp zamanlar Normal kömür örtüsü kaldırma uygulamasında makine yararlılığı şu şekilde tanımlanmaktadır; MY = Ti / Tt (5) Tt : Toplam zaman Olası olan bir başka tanımlama ise aşağıdaki gibidir.

MY = Tb / (Tb + TBb) (6) Tb : Beklenen çalışma zamanı TBb : Beklenen tamir-bakım zamanı

2.5. Kayıp Zamanlar Çekme kepçenin arızalanma ve bu arıza için gereken servis zamanı rasgele

değişkenlerdir. Bu aşağıdaki gibi formülleştirilmiştir. 5

Kayıp zamanlar = ∑=

−n

i

yararlilikaniXÇalismazam1

)1/1(

n: Sürekli çalışma döngü sayısı Kayıp zamanların bir başka kullanım şekli, toplanan verilerin dağılım türlerinin, en

büyük, en küçük değerlerinin, ortalama ve standart sapmalarının girdi olarak kullanılmasıdır.

Alternatif bir yöntem ise kayıp zamanların sınıflandırılarak kullanılmasıdır. Elektriksel, bakım, makine tamiri, yemek ve dinlenme zamanları gibi. Bu veriler çalışan bir madenden alınır ve modelde kullanılır.

2.5 Kepçe Kapasitesi Çekme kepçenin kepçe boyutları makine üzerine dağılmış kaldırılabilir maksimum

yük ile belirlenebilir. 5 SKK = Gi x Yi x U x Df

SKK : Sıkıştırılmış kepçe kapasitesi Gi : İç genişliği Yi : İç yüksekliği U : Dişlerden arkaya kadar uzunluk x Düzeltme Faktörü (Üretici firma tarafından belirlenerek bildirilir) Örneğin, doldurulabilir kapasite tam dolum kapasitesinin %90’ı kadar olabilir.

2.7 Kepçe Dolumu Gözlemler ile alınan ve malzeme alımındaki deneyime dayandırılan, ortalama bir dolum ile kaldırılan gerçek malzeme miktarının ölçümü, kepçe dolma miktarını belirler.

2.8 Kabarma Kabarma yerinden kaldırılan malzemenin, yerindeki hacminin yerinden alınıp

serbestleştirildikten sonraki hacmine oranıdır. Malzemenin kabarması bir oran olarak aşağıdaki gibi hesaplanabilir.

KO = Ay / Ak KO : Kabarma oranı Ay : Birim hacim içindeki yerinde ağırlık Ak : Birim hacimdeki kabarmış malzemenin ağırlığı

2.9 Tekrar Kazı Tekrar kazılan malzeme, toplam maden ekonomisi temelinde değerlendirilmelidir.

Her durum için optimum bir sınır oranı belirlenmelidir. Elde edilecek cevher oranına göre maliyet/kar analizi yapılmak zorundadır. Toplam tekrar kazı miktarı, basamağı daraltarak azaltılabilir. Fakat toplamda geniş basamağın sağlayacağı daha düşük yürüme oranı ve dolum manevra oranı konusundaki kazançlar düşürülmüş olacaktır. Çekme kepçeyi kullanarak öncelikle üstten alınacak bir dilim, tekrar kazı oranını

arttıran bir yöntem olabilmektedir. Alınacak bu ilk dilim malzemesi daha geniş dönme açısı ve döngü zamanına neden olmaktadır. Toplam tekrar kazı hacminin belirlenmesinde iki önemli faktör vardır. Birincisi

basamaktaki tekrar kazılan miktar, döküm şeması ve daha sonra en az bir kez hareket ettirilmiş malzemenin tekrar kepçeye alınmasıdır. İkincisi ise hacimsel kabarmanın tekrar kazı oranını arttırmasıdır. Tekrar kazı miktarının belirlenmesinin problemli olması ve tekrar kazı işlemini

üretken bir işlev olmaması nedeniyle, malzeme hacminin belirlenmesi, kepçe kapasitesinin yıllık taşıdığı miktarla hesaplanır ki, bu çok doğru bir miktar olmamaktadır. Tekrar kazı miktarı geometrik yaklaşımla hesaplanabilir veya uygun

kabullenmeler yapılarak analitik metotta kullanılabilir. Tekrar kazı miktarı aşağıdaki gibi açıklanabilir5; Htk = Hym x ( 1 + Kf ) – Hdy

Htk : Tekrar kazı hacmi Hym : Malzemenin yerindeki hacmi Kf : Kabarma faktörü Hdy : Etkili erişim mesafesinde malzemenin dökülmesi için varolan hacim miktarı Alternatif bir yolla kazı yüzdesi aşağıdaki formülle hesaplanabilir; Ytk = Htk / Htopk Ytk : Tekrar kazı yüzdesi Htk : Tekrar kazı hacmi Htopk : Toplam kazı hacmi

2.10 Çekme kepçenin kazı miktarını etkileyen faktörler Çekme kepçenin kazı miktarını etkileyen bazı iş ve işletme faktörleri şöyle

sıralanabilir; İş özellikleri, kazı derinliği, topografya, malzeme özellikleri, hava durumu, su geliri, operatör, iş tasarımı, araç seçimi, araç bakım ve tamiri, yönetici.

3. ÇEKME KEPÇENIN TEMEL UYGULAMA YÖNTEMLERI Çekme kepçe için birkaç değişik uygulama yöntemi vardır. Bunlar basit kazı

yöntemi, genişletilmiş basamak yöntemi ve çoklu çekme kepçe uygulamaları diye

isimlendirilebilir. Bunlar önceden bir düzeltme dilimi alarak veya almaksızın

uygulanabilir.

3.1 Basit Kazı Yöntemi

Basit kazı yöntemi en çok bilinen tek damar kazı metodudur (Şekil 2). Basit kazı yönteminde çekme kepçe yüzeyden damarın üzerine kadar olan örtüyü kazarak bir yana döker. Bu yöntem

Şekil 2 Basit kazı yöntemi

düzgün ve düzenli tabakalar şeklindeki damarlara uygulanmaktadır. Bu yöntemin uygulanabilmesi için çekme kepçenin etkili döküm mesafesinde kazılan malzemenin dökümüne yetecek miktarda uygun boş alan gereklidir. Başka bir şekilde tanımlanırsa, çekme kepçenin etkili döküm mesafesini değiştirmeksizin, kazılan malzemenin döküldüğü noktadan itibaren oluşturduğu döküm yüzeyinin sınırı kömür damarının alt seviyesini geçmemelidir. Bu uygulamada kömür damarı, döküm alanının yan yüzündeki kazılan malzeme ile örtülmemelidir.

3.2 Genişletilmiş Basamak Yöntemi

Genişletilmiş basamak yöntemi çekme kepçenin kule uzunluğu döküm noktasına erişemediği veya oturduğu yer kendisini taşıyamayacak dayanıklılıkta olduğu zaman kullanılan bir yöntemdir (Şekil 3). Öncelikle kılavuz dilim oluşturularak, buradan alınan malzeme kazılacak basamağa destek olacak şekilde dökülür. Daha sonra çekme kepçe genişletilen basamakta uygun yere konumlanarak basamağın kalan kısmını ve daha önceki konumundayken basamağa yaslanan, ikinci kez kazılacak kısmı alarak, döküm yerine öteler. Tekrar kazı miktarı kule uzunluğu arttırılıp, kepçe

kapasitesi düşürülerek azaltılabilir. Geçmişteki araştırmalar tekrar kazı yöntemi kullanıldığında toplam üretkenliğin düştüğünü göstermiştir. Örneğin kazı yüksekliğindeki %17 lik bir artış, tekrar kazı hacminin %40 kadar artmasına neden olmuş ve bu da toplam maliyeti bu miktara orantılı olarak arttırmıştır.

Şekil 3 Genişletilmiş basamak yöntemi

3.3 Önceden Dilim Alma

Bu uygulamada çekme kepçe kazılacak yüzeyden daha aşağıda konumlanmaktadır. Bu yöntem kaldırılacak örtü tabakasının yüzeyi düzgün olmadığı veya yumuşak olduğu durumlarda uygulanır. Çekme kepçe önce bu ilk dilimi alır ve daha sonra bu

yüzeye oturarak çalışmasını sürdürür. Bu uygulama sırasında dönme açısı arttığı için çekme kepçenin performansı yaklaşık %50 kadar düşmektedir.

Şekil 4 Önceden dilim alma

5. SONUÇ Daha önce yapılan çalışmalardan elde edilen verilere göre benzetim modeli tekniği

bundan sonra daha çok kullanılacak ve daha da geliştirilecektir. Oluşturulacak modellerde yukarıda incelenen faktörler göz önüne alınmak ve matematiksel olarak tanımlanmak zorundadır. Oluşturulan programlarda bu faktörlerin tümü değişken olarak tanımlanıp kullanılmaktadır. 5. KAYNAKLAR 1. ER, F.G.(1967), “Simulation Techniques Pay Their Way As Management Tool”, Mining Engineering, January 1967, pp.50-55. 2. DOPADHYAY, S., Ramani, R.V.,(1965). “Simulation of a dragline operation in an Eastern Kentucky mine”, CIM Bulletin, October 1985 3. HOLAS, P. Chironis, “Amax to maximize dragline output”, Coal Age, October 1978, pp.114. 4. 2570-W tipi çekme kepçe katalogu. 5. RMONT, T.(1975), “Productivity improvement in large stripping machines”, AIME, Transactions, Vol.258, September, pp.239-258. 6. DOPADHYAY, S., SUNDARARAJAN, A., (1986). “Simulation of multi-seam dragline operation in sub-arctic mine”, CIM Bulletin, Vol.79, No.893, pp. 47-54.