BĐR TARLA PÜLVERĐZATÖRÜNÜN BASINÇ
VE DEBĐ KARAKTERĐSTĐKLERĐNĐN
MODELLENMESĐ VE SĐMÜLASYONU
Yunus KÜLTÜREL
Y. Lisans Tezi
Tarım Makinaları Anabilim Dalı
Yrd. Doç. Dr. Saadettin YILDIRIM
2008
Her hakkı saklıdır
T.C.
GAZĐOSMANPAŞA ÜNĐVERSĐTESĐ
FEN BĐLĐMLERĐ ENSTĐTÜSÜ
TARIM MAKĐNALARI ANABĐLĐM DALI
Y. LĐSANS TEZĐ
BĐR TARLA PÜLVERĐZATÖRÜNÜN BASINÇ VE DEBĐ
KARAKTERĐSTĐKLERĐNĐN MODELLENMESĐ VE SĐMÜLASYONU
Yunus KÜLTÜREL
TOKAT
2008
Her hakkı saklıdır
TEZ BEYANI
Tez yazım kurallarına uygun olarak hazırlanan bu tezin yazılmasında bilimsel ahlak kurallarına uyulduğunu,
başkalarının eserlerinden yararlanılması durumunda bilimsel normlara uygun olarak atıfta bulunulduğunu, tezin
içerdiği yenilik ve sonuçların başka bir yerden alınmadığını, kullanılan verilerde herhangi bir tahrifat
yapılmadığını, tezin herhangi bir kısmının bu üniversite veya başka bir üniversitedeki başka bir tez çalışması
olarak sunulmadığını beyan ederim.
Yunus KÜLTÜREL
i
ÖZET
Y. Lisans Tezi
BĐR TARLA PÜLVERĐZATÖRÜNÜN BASINÇ VE DEBĐ
KARAKTERĐSTĐKLERĐNĐN MODELLENMESĐ VE SĐMÜLASYONU
Yunus Kültürel
Gaziosmanpaşa Üniversitesi
Fen Bilimleri Enstitüsü
Tarım Makinaları Anabilim Dalı
Danışman : Yrd. Doç. Dr. Saadettin Yıldırım
Pülverizatörün görevi sıvı ilacı devamlı aynı konsantrasyonda ve sabit basınç altında
hedefe ulaştırarak bitki koruma işlemini gerçekleştirmektir. Çalışmada kullanılan tarla
pülverizatörünün santrifüj tip pompası bir hidrolik motor ile tahrik edilir. Pompada
basınçlandırılan sıvı sistemin iletim hattından geçerek konik hüzmeli memelerden
püskürtülür. Basınçlandırılan sıvının akış debisini ölçmek için pompadan sonra bir
debimetre mevcuttur. Đstenilen ilaç normunun başarılı bir şekilde uygulanması için
debi ve basıncın sabit bir değerde olması gerekmektedir. Bununla birlikte,
pülverizatör üreticileri uygulamada pompa çalışma başlangıcında debimetrenin
okuduğu debi miktarı ile ölçülen debinin aynı olmadığını bir sorun olarak ortaya
koymuşlardır. Bu farklılığın neden kaynaklandığını ortaya koyan hiçbir çalışmaya
rastlanmamıştır. Bu çalışmada bir tarla pülverizatöründe sıkışmış havanın basınç ve
debi üzerine etkileri araştırılmıştır. Pülverizatör teknik özellikleri kullanılarak seçilen
yerli üretim bir tarla pülverizatörünün debi ve basınç karakteristikleri Uyum ve
Süreklilik Yasalarından faydalanılarak modellenmiştir. Bu modeller bilgisayar
ortamında Matlab Simulink Toolbox kullanarak simule edilmiştir. Sonuçlar sistemde
sıkışmış havanın basınç ve debi karakteristiklerine etkili olduğunu ortaya koymuştur.
0, 1 ve 10 % sıkışan hava oranları için sistemin kararlı hale gelme süreleri sırasıyla
1,7 s, 2,6 s ve 21,6 olarak bulunmuştur.
2008, 35 sayfa
Anahtar kelimeler: Tarla pülverizatörü, modelleme, simülasyon, debi, basınç
ii
ABSTRACT
Ms Thesis
MODELLING AND SIMULATION OF PRESSURE AND FLOW
CHARACTERISTICS OF AN FIELD SPRAYER
Yunus Kültürel
Gaziosmanpaşa University
Graduate School of Natural and Applied Sciences
Department of Agricultural Machines
Supervisor : Asst. Prof. Dr. Saadettin Yıldırım
The task of agricultural sprayers is to apply the right amount of pesticide in a given
area therefore pressure supplied by the pump has to be constant. This study concerns
a sprayer system. The system consists of a hydraulic motor, which drives a
centrifugal pump. Pressurized fluid is passed to individual nozzles through a spray
boom. A flowmeter is placed inside the spray boom to measure the fluid flow rate.
The problem in the system is that the flowmeter shows possibly different value than
expected for some unknown reason when the pump is started. We need the model a
sprayer system, which will explain this unwanted behavior of the system. Therefore,
the objective of this study is to derive a mathematical model of the system in order to
find theoretical disharge in the spray boom when the pump is started. The effects of
trapped air in the system of an agricultural sprayer on fluid flow and pressure were
investigated. An agricultural sprayer produced locally was chosen and modeled in
terms of fluid flow and pressure using sprayer technical specifications. Compatibility
and Continuity laws were used for the model development. After the model
development, the system was simulated using Simulink Toolbox of Matlab with 0, 1
and 10 % air presence. The result showed that the system settling time increased to
1,7 sec, 2,6 sec and 21,6 sec for 0, 1 and 10 % air presence, respectively.
2008, 35 pages
Keywords : Chemical field sprayer, modelling, simulation, flow, pressure
iii
ÖNSÖZ
Tarımsal savaş bitkisel ürünü hastalıklar, zararlıların ve yabancı otların olumsuz etkilerinden
ekonomik ölçüler içinde korumak, ürün kayıplarını en aza indirmek ve kaliteyi yükseltmeyi
amaçlamaktadır.
Tarımsal savaşta pülverizatörle ilaçlama sırasında püskürtülen pestisitin basınç ve debisinin
kararlı olması istenmektedir. Ancak uygulamada durumun böyle olmadığı bilinmektedir.
Sebep olarak düşünülen, sistemde herhangi bir nedenle sıkışan havanın sistemin basınç ve
debi karakterisitiklerine etkisi matematiksel model kurulup simülasyon
yapılarak
araştırılmıştır. Bir başka çalışma ile sistemin deneysel testi yapılarak sonuçların bu çalışmada
kurulan model sonuçlarıyla uyum sağladığının görülmesi pülverizatör üreticilerine yeni
yapacakları imalatlar için yol gösterici olacaktır. Aksi durumda ise sistemin yeniden
modellenmesi için başka çalışmalar da yapılmalıdır.
Bu çalışmanın yürütülmesinde katkılarından dolayı danışman hocam Yrd. Doç. Dr. Saadettin
Yıldırım’a ve değerli arkadaşım Yüksek Tekstil Mühendisi Lütfullah Dağkurs’a ve ayrıca
çalışmanın son şeklini almasında katkılarından dolayı jüri üyeleri Doç. Dr. Bilal Cemek ve
Yrd. Doç. Dr. Selçuk Arslan’a teşekkür ederim.
Yunus Kültürel
Eylül / 2008
iv
ĐÇĐNDEKĐLER
Sayfa
ÖZET………………………………………………………………................
i
ABSTRACT………………………………………………………………….
ii
ÖNSÖZ ………………………………………................................................
iii
ĐÇĐNDEKĐLER……………………………………………………...............
iv
SĐMGE ve KISALTMALAR DĐZĐNĐ……………………………………...
v
ŞEKĐLLER DĐZĐNĐ………………………………………………................
vi
ÇĐZELGELER DĐZĐNĐ……………………………………………………..
vii
1. GĐRĐŞ……………………………………………………………...............
1
2. KAYNAK ÖZETLERĐ…………………………………………………...
3
3. MATERYAL ve YÖNTEM……………………………………................
6
3.1. Materyal……………………………………………………………….
3.2. Pülverizatörün Bölümleri……………………………………………...
3.2.1. Depo…………………………………………………………….
3.2.2. Debimetre……………………………………………………….
3.2.3. Pompa…………………………………………………………...
3.2.4. Boru Hattı……………………………………………………….
3.2.5. Konik Hüzmeli Meme…………………………………………..
3.3. Yöntem………………………………………………………………...
3.3.1. Pülverizatörün Modellenme Teorisi…………………………….
3.3.2. Akışkan Kapasitansı…………………………………………….
3.3.3. Akışkan Eylemsizliği(Đnertansı)………………………………..
3.3.4. Akışkan Direnci………………………………………...............
3.3.5. Pülverizatör Boru Hattının Modellenmesi……………………...
3.3.6. Pülverizatör Güç Ünitesinin Modellenmesi…………………….
3.3.7. Sistemin Modelenmesinde Yapılan Kabuller…………………..
6
6
6
7
9
10
13
14
14
15
15
17
19
24
25
4. BULGULAR……………………………………………………................
26
5. TARTIŞMA ve SONUÇ………………………………………………….
KAYNAKLAR………………………………………………....................
EKLER…………………………………………………………………….
EK 1……………………………………………………….........................
ÖZGEÇMĐŞ……………………………………………………….................
32
33
34
34
35
v
SĐMGE ve KISALTMALAR DĐZĐNĐ
Açıklama
Birim
A
Alan
m2
a
Đvme
m/s2
β
Hacim modülü
N/m2
C
Kapasitans sabiti
m5/N
Cc
Temas katsayısı
CD
Boşalma katsayısı
Cv
Hız katsayısı
ε
Boru ve kanal yüzeylerinin pürüzlülük değeri
f
Sürtünme faktörü
F
Kuvvet
N
g
Yerçekim ivmesi
m/s2
ρ
Yoğunluk
kg/m3
I
Đnertans sabiti
kg/m4
k
Direnç sabiti
m
Kütle
kg
µ
Mutlak vizkozite
Ns/m2
P
Basınç
N/m2
Pg
Güç
Watt
RE
Reynolds sayısı
R
Boru direnç katsayısı
Q, q
Debi
m3/s
V
Hacim
m3
v
Hız
m/s
t
Zaman
s
Simgeler
Kısaltmalar
Açıklama
KHM
Konik hüzmeli meme
vi
ŞEKĐLLER DĐZĐNĐ
Şekil
Sayfa
Şekil 3.1. Pülverizatörün şematik resmi…………………………………………..
6
Şekil 3.2. Pülverizatör deposu………………………………………………….....
7
Şekil 3.3. Debimetre şematik gösterilişi………………………………………….
7
Şekil 3.4. Pompa zaman-güç grafiği……………………………………………...
9
Şekil 3.5. Basınçlı depo…………………………………………………………... 10
Şekil 3.6. Basınç etkisi altındaki depo……………………………………………
11
Şekil 3.7. TP8001VK Tip konik hüzmeli meme basınç-debi grafiği…………….. 13
Şekil 3.8. Uyum yasası…………………………………………………………... 14
Şekil 3.9. Süreklilik yasası……………………………………………………….
15
Şekil 3.10. Boru sisteminin kapasitans olarak şematik gösterimi………………… 15
Şekil 3.11 Boru içinden akan akışkanın eylemsizliğinin şematik gösterimi…….. 16
Şekil 3.12 Akışa direnç etkisinin şematik gösterimi……………………………... 17
Şekil 3.13. Püskürtme memesi basınç – debi grafiği……………………………...
18
Şekil 3.14. Boru hattının elektrik benzeşimi biçiminde gösterimi………………... 19
Şekil 3.15. TP8001VK Tip KHM basınç-debi eğrisine uygun fonksiyon grafiği...
23
Şekil 4.1. Komple sistemin basınç ve debi karakteristiğinin simülasyonu………
26
Şekil 4.2. KHM borusunda (L1) kapasitans sabitinin (C) simulink modeli…….
27
Şekil 4.3. % 0, 1, 10 hava olması durumunda ana borudaki basınç değişimi……
27
Şekil 4.4. % 0, 1, 10 hava olması durumunda ana borudaki debi değişimi……...
28
Şekil 4.5. % 0, 1, 10 hava olması durumunda kollektör 2 P1 basıncı değişimi…..
28
Şekil 4.6. % 0, 1, 10 hava olması durumunda kollektör 2 Q2 debisi değişimi…...
29
Şekil 4.7. % 0, 1, 10 hava olması durumunda KHM’de basınç değişimi………..
29
Şekil 4.8. % 0, 1, 10 hava olması durumunda KHM’de debi değişimi………….. 30
Şekil 4.9. % 0, 2, 4, 6 , 8, 10 hava oranlarında KHM’den püsküren sıvı debisinin
kararlı hale gelme süreleri……………………………………………… 30
vii
ÇĐZELGELER DĐZĐNĐ
Çizelge
Çizelge 3.1. Reynolds sayılarının hesaplanması…………………………………..
Sayfa
20
Çizelge 3.2. Boru hattında basınç kayıpları ve boru dirençleri…………………… 21
Çizelge 3.3. Boruların alan, inertans sabiti ve hacim hesabı……………………...
22
Çizelge 3.4. Bazı boru ve kanal yüzeylerinin pürüzlülük değeri…………….........
23
1. GĐRĐŞ
Đnsanlar beslenmek, giyinmek ve barınmak zorunda olduklarından ekosistemin sağlayacağı
olanaklardan daha fazla yararlanma yollarını aramaya başlamışlardır. Artan nüfusla birlikte
tarımsal çalışmalar da geliştikçe, insanlar ekosisteme müdahale etmeye başlamışlardır.
Bozulan doğal denge nedeniyle hızla artış gösteren zararlı böcek, hastalık etmenleri ve
yabancı otlarla çeşitli yöntemlerden yararlanılarak mücadele etmek bir zorunluluk haline
gelmiştir (Çilingir ve Dursun, 2002).
Tarımsal savaşın amacı bitkisel ürünü hastalıkların, zararlıların ve yabancı otların
etkilerinden ekonomik ölçüler içinde korumak, ürün kayıplarını en aza indirmek ve kaliteyi
yükseltmektir. Tarımsal savaş yöntemleri içerisinde en fazla kullanılan yöntem kimyasal
savaştır. Kimyasal savaşın temelini ise, çoğunlukla sıvı haldeki ilaçlar ve bu ilaçların hedef
yüzeylere iletilmesinde kullanılan pülverizatörler oluşturmaktadır. Pülverizatörün görevi sıvı
ilacı devamlı aynı konsantrasyonda ve eşit basınç altında hedefe ulaştırarak bitki koruma
işlemini gerçekleştirmektir.
Pülverizatör üreticileri uygulamada debimetrenin ölçtüğü debi miktarı ile gerçek debinin aynı
olmadığını bir sorun olarak ortaya koydular. Bu farklılığın nedeni ise henüz bilinmemektedir.
Bu farklılığın kaynaklanma sebebi, sistem çalıştırıldığı anda pompaya iletilen gücün kararlı
hale gelme süresi ve herhangi bir nedenle sistemde sıkışan hava, sistemin basınç ve debi
karakteristiklerini etkilemesi olabilir.
Bu çalışmanın amacı, sistem elemanlarının bilinen özelliklerini veri olarak kullanıp tüm
sistemin matematiksel modelini oluşturup simülasyonunu yaparak, herhangi bir nedenle
sistemde sıkışan havanın, sistemin basınç ve debi karakteristiklerine etkisini araştırmaktır.
Sistemdeki sıkışmış havanın basınç ve debi üzerine etkilerini ortaya koyan bir çalışmaya
literatürde rastlanmamıştır. Kurulan model bize fiziksel sistemin matematiksel olarak
tanımlanmasını ve analizini sağlayacaktır. Sorunun çözümü için elde edilen matematiksel
modelin simülasyonu Matlab Simulink Toolbox kullanılarak yapılmıştır. Çalışma ana hatları
ile beş bölümden oluşmaktadır. Birinci bölümde çalışmanın amacı, önemi vurgulanmaya
çalışılmıştır. Đkinci bölümde pülverizatörlerle ilgili yapılan çalışmalar özetlenmiş, üçüncü
2
bölümde çalışmada kullanılan materyal ve uygulanan yöntem verilmiştir. Dördüncü bölüm
bulgular kısmını içermektedir. Bu kısımda sistem modelinin simülasyon sonucu elde edilen
debi ve basınç karakteristikleri grafiklerle ifade edilmiştir. Beşinci bölümde ise çalışmadan
elde edilen bulguların sonuçları değerlendirilip tartışılmıştır.
2. KAYNAK ÖZETLERĐ
Tarımsal savaşın amacı; bitkisel ürünü hastalıklar, zararlıların ve yabancı otların
olumsuz etkilerinden ekonomik ölçüler içinde korumak, ürün kayıplarını en aza
indirmek ve kaliteyi yükseltmektir. Bu amaçla ülkemizde ve Dünya’da yapılan bazı
çalışmalar aşağıda özetlenmiştir.
Speelman (1971), tarla pülverizatörlerinin sıvı ilaç dağılımının belirlenmesi için
fluorışıl iz maddesi tekniğinden faydalanmıştır. Araştırmada Fluorescein LTS., Sel
flourescent 3S, Urain A ve Rhodimine F.B. ile karıştırılan Uranin A kullanılmıştır.
Araştırma sonunda fluorışıl iz maddesi tekniğinin kantitatif dağılımın tespit edilmesinde
uygun olduğu tespit edilmiştir.
Dorries ve Gohlich (1984), yardımcı hava akımlı bahçe pülverizatörünün düşey sıvı
dağılımını incelemişlerdir. Pülverizatörün düşey sıvı dağılımını ölçmek için fanın
sağladığı hava hızı ile sıvının ayrılmasını sağlayan özel bir set geliştirilmiştir.
Mercan (1988), tarla pülverizatörlerinde hava akımının ilaç dağılımı ve biyolojik
etkinlikle ilişkisini araştırmıştır. Araştırmada Đsrail yapımı hava etkili Degania
pülverizatörü, püskürtme memesi olarak yapısal özellikleri aynı olan TX3 ve TX5 konik
hüzmeli memeler kullanılmıştır. Düşey yöndeki taşıyıcı hava akımının ilaçlamayı
olumlu yönde etkilediği belirlenmiştir.
Bayat ve Zeren (1991), hava akımlı bahçe pülverizatörlerinin düşey dağılımının
saptanması ve dağılım üzerine etkili faktörleri araştırmışlardır. Araştırmada hacimsel
dağılımın saptanması için geliştirilen düşey dağılım ölçme seti 0,33×0,8 m ölçülerinde
olup toplam 12 bölmeden ibarettir. Đki fazlı akışın bileşenleri (su ve hava) ayırmak için
30×25 cm ölçülerinde cam elyaflı polyester plakalar düşey olarak 2 cm aralıklarla
monte edilmiştir. Plakalar üzerinde toplanan sıvı damlaları, yerçekimi etkisi nedeniyle
aşağı doğru hareket ederek işaretlendirilmiş tüplere doldurulmuştur. Düşey dağılım seti
hacimsel dağılımın saptanması için önerilmiştir.
Bayat ve Zeren (1994), pamuk ilaçlamasında farklı ilaç uygulama yöntemlerinin ilaç
tutunması ve ilaç kayıpları açısından değerlendirilmesi üzerine yaptıkları araştırmada
4
klasik, yaprak altı memeli klasik, mekanik bitki yatırıcı, pnomatik, hava akımlı bitki
yatırıcı ve taşıyıcı hava akımlı uygulamaların etkinliğini saptamışlardır. Rüzgarla tarla
dışına sürüklenen ve bitkinin diğer kısımları üzerindeki kalıntı miktarı en çok pnomatik
uygulamada ortaya çıkmıştır. Bununla birlikte pnomatik uygulamada meydana gelen
damla çapı diğer yöntemlere göre daha küçük olması nedeniyle buharlaşmadan dolayı
ilaç kayıplarının fazla olduğu tespit edilmiştir.
Akkuş (1994), mikronneks püskürtme başlıklı sırt atamizörünün işletme karakteristikleri
ve ilaçlama etkinliğini araştırmıştır. Başlıktan uzaklaştıkça atomizör hava jetindeki hız
değerlerinde önemli oranda azalma ve değişik işletme şartlarında yatay düzlemdeki ilaç
miktarının merkeze yakın bölgelerde yüksek kenarlara doğru gittikçe azaldığı ortaya
konmuştur.
Aksoy (1995), çalışmasında mikromaks üç döner diskli meme ile farlı enjektör ve disk
devrelerinde karakteristik damla çapları ve büyüklüğüne bağlı olarak biyolojik etkinlik
değerleri saptanmıştır. Çalışma suçlarına göre, disk devir sayısı arttıkça hacimsel orta
çap(VMD) kısmen küçülmektedir. Pamuk yaprak kurdu kontrolünde en yüksek
biyolojik etkinlik değeri %77 olarak kırmızı enjektörün 4200 d/dak disk devrinde, 242
µm hacimsel orta çap değerinde elde edilmiştir. Döner diskli memenin bu işletilme
koşullarındaki damla sıklığı 39 adet/cm2 olmuştur.
Yarpuz (1997), yapmış olduğu çalışmada pnomatik pülverizasyon ile farklı uygulama
hacimlerinin, ilaç dağılım düzgünlüğü ve iş genişliği üzerindeki etkilerinin saptanması
amaçlanmıştır. Pnomatik pülverizatörün yönlendirme borusu hareketli ve sabit
konumlarda çalıştırılarak teorik iş genişliği boyunca yatay ve düşey düzlemlerden
örneklemeler alınmıştır. Araştırma sonuçlarına göre, tüm uygulama hacimlerinde en
fazla kalıntı miktarı düşey düzlemde, püskürtme memesinin sabit konumunda elde
edilmiştir. Ancak uygulamalarda en düşük %CV, memenin hareketli konumunda ve 15
l/da’lık uygulama hacminde, yatay düzlemde elde edilmiştir. Bütün uygulamalarda
memenin, hareketli ve sabit konumunda, iş genişliği boyunca kalıntı miktarı değişimi %
13,29 ile %56,38 sınırları arasında olmuştur. Efektif iş genişliği; uygulama hacmi ve
memenin işletilme konumuna göre farklılık göstermiştir.
5
Çelen(1998), tarla pülverizatörlerinde kullanılan yelpaze hüzmeli memelerin yeni ve
aşınmış durumlarındaki pülverizasyon karakteristiklerini incelemiştir. Ülkemizde
kullanılan Teejet, Lurmark 06f110, Lurmark 03f80, Tim 9006, Tim 06f110, Tim 03f80
ve Sesan firmalarının memeleri denenmiştir. Araştırma sonucunda denemeye alınan
yelpaze hüzmeli püskürtme memelerin aşınmaya göre dayanıklılık dikkate alındığında
en dayanıklı olanları sırasıyla Lurmark 06f110, Lurmark 03f80, Tim 06f110, Tim 9006,
Tim 03f80, Teejet ve Sesan firmalarına ait memeler olarak sıralanabilir.
Sağlam (1998), Şanlıurfa’da kullanılan pülverizatörlerin kullanımı sırasında karşılaşılan
sorunlar ve çalışma özellikleri, ayar ve kullanım durumları karşılaştırılmıştır. Aşı ve ilaç
kullanımının azaltılması amacı ile bölgede ilaçlama yapan seçilmiş çiftçilerin
kullandıkları 20 adet pülverizatör üzerinde yapılan ölçümlerle araştırma yapılmıştır.
Traktöre üç nokta askı sistemiyle bağlanarak çalıştırılan ortalama 7,5 metre püskürtme
çubuğu uzunluğuna sahip 400 lt depo kapasiteli pistonlu veya piston membranlı pompa
ile çalışan 20 adet pülverizatör incelenerek test edilmiştir. Aşırı ilaç kullanımına
pülverizatör ve memelerindeki aşınma, yıpranma, ayarsız ve bilinçsiz kullanımın neden
olduğu saptanmıştır.
Başman (1999), yapmış olduğu çalışmada gelişmiş turunçgil ağaçlarına ilaç
uygulamada kullanılabilecek bir yardımcı hava akımlı bahçe pülverizatörünün hava
ünitesini geliştirilip bahçede bazı etkinlik testleri yapılmıştır. Dizayn edilen hava
ünitesinin 40-50 m/s hava hızı ve debisi 50,000–70,000 m3/h’dir. Hava kapasitesi ve
ağaç başına 20-30 lt.’ye kadar uygulama hacmi sağlaması hedeflenmiştir. Ayrıca
uygulama hacminin ağaç üzerindeki farklı noktalarda sağlanan kaplama değerleri
üzerindeki etkisi araştırılmıştır. En yüksek uygulama hacmi ile yapılan uygulamada,
ağaç taç dış kısmında yaprak üst yüzeylerinde %96, yaprak alt yüzeylerinde %86
kaplama oranı sağlanırken bu değerler taç iç kısmında sırasıyla %87 ve %62 olmuştur.
3. MATERYAL
3.1. Materyal
Pülverizatör beş ana parçadan (depo, pompa, debimetre, boru ve KHM) oluşmaktadır.
Pülverizatör Şekil 3.1’de gösterilmiştir. Depodan emilen akışkan pompa ile
basınçlandırılıp debimetre ile akış debisi ölçülüp D1, D2, D3, D4 çapında ve L1, L2, L3,
L4 uzunluğunda olan borulardan Q1, Q2, Q3, Q4 debileriyle akarak 16 adet konik hüzmeli
memeden püskürtülür. Pülverizatörün boru sistemi simetrik olup, boru uzunlukları, boru
çapları ve debileri tüm kollarda eşittir.
DEPO
L3,Q3,D3
L2,Q2,D2
L4,Q4,D4
L1,Q1,D1
POMPA
DEBĐMETRE
KHM
Şekil 3.1. Pülverizatörün şematik resmi
3.2. Pülverizatörün Bölümleri
3.2.1. Depo
Tarımsal savaşta kullanılan sıvı ilacın depolandığı kısımdır. Çalışma sırasında içindeki
sıvının yüksekliğinin değişimi küçük olduğundan, sıvı kapasitansı ve eylemsizliğinin
ihmali kabul edildi.
Deponun tabanındaki basıncın hesaplanması için 3.1’de verilen eşitlik kullanılır.
P1 = Pa + ρ gh
(3.1)
7
Yukarıdaki eşitlikte;
P1
: Deponun tabanındaki basınç
(N/m2)
Pa
: Atmosfer basıncı
(N/m2)
ρ
: Akışkanın yoğunluğu
(kg/m3)
g
: Yerçekimi ivmesi
(m/s2)
h
: Deponun yüksekliği
(m)
Pa
h
Şekil 3.2. Pülverizatör deposu
3.2.2. Debimetre
Debimetrelerde debi ölçümü basınç farkına göre yapılabildiğinden dolayı, debimetrenin
sıvı geçen delikli plakası Şekil 3.3’te görüldüğü gibi orifis etkisi yapmaktadır (Steward,
2000). Aşağıda debimetreden geçen debinin, debimetrede oluşan basınç düşümüyle
bağıntılı
eşitliği
1
elde
0
2
edilir.
3
Şekil 3.3. Debimetre şematik gösterilişi
A2 = Cc Ao
(3.2)
8
1 ve 2 noktaları arasında Bernoulli Yasası yazılırsa,
1
∆P
∆ ( v2 ) +
=0
2
ρ
2
2
2
( v2 ) − ( v1 ) = ( P1 − P2 )
(3.3)
(3.4)
ρ
Süreklilik denkleminden,
A1v1 = A2 v2
A
v1 = 2 v2
A1
(3.5)
(3.6)
(A )
2
2
( v2 ) − 2 2 ( v2 ) = ( P1 − P2 )
ρ
( A1 )
2
2
−1/ 2
  A 2 
v2 = 1 −  2  
  A1  
Cv A2
Q=
2
A
1 −  2 
 A1 
Q = CD A0
CD =
∆p =
2
ρ
(3.7)
2( P1 − P2 )
(3.8)
ρ
2( P1 − P2 )
(3.9)
ρ
( P1− P2 )
(3.10)
Cv Cc
2 A
1 − ( Cc )  2 
 A1 
ρ Q 
(3.11)
2
2


2  CD AO 
Q = CD
(3.12)
2 A2 ∆p
(3.13)
ρ
Yukarıdaki eşitliklerde;
Q
: Debimetreden geçen debi
(m3/s)
P1
: Orifis plakası öncesi basınç
(N/m2)
P2
: Orifis plakası çıkışında basınç
(N/m2)
A0
: Orifis plakası deliği alanı
(m2)
9
A1
: Orifis plakası öncesi boru alanı
(m2)
A2
: Orifis plakası sonrası boru alanı
(m2)
v1
: Orifis plakası öncesi akışkan hızı
(m2)
v2
: Orifis plakası sonrası akışkan hızı
(m2)
ρ
: Akışkanın yoğunluğu
(kg/m3)
∆p
: Basınç farkı
(N/m2)
CD
: Boşalma katsayısı
Cv
: Hız Katsayısı
Cc
: Temas Katsayısı
3.2.3. Pompa
Sistemde kullanılan santrifüj pompaya etki eden güç 0,25 kw olup 3.14’te üstel
fonksiyon olarak temsil edilmiştir. Bu fonksiyonun zaman – güç eğrisi Şekil 3.4’te
gösterilmiştir.
Pg = e k (1 − e− at )
(3.14)
a=5
k = 5, 43
P
g
250
t(s)
1
Şekil 3.4. Pompa zaman – güç grafiği
3.2.4. Boru Hattı
2 3
4
5
6
7
10
Pülverizatör boru sistemi esnek plastik borulardan oluşmuştur. Sıkıştırılabilir
akışkanlarla çalışan sistemlerde basınçlı bir depo(Şekil 3.5) kapasitans görevi görür
(Ercan, 2003).
V=sabit
Q
P
2
Şekil 3.5. Basınçlı depo
Pülverizatör boru sistemi içindeki sıvı pompa tarafından basınçlandırıldığından boru
sistemi hidrolik kapasitans olarak kabul edilebilir. Şekil 3.5’te ki gibi sabit hacimli bir
depoya Q hacimsel debisi ile sıvı girdiğini düşünelim. Bu durumda süreklilik
denkleminden (maddenin korunumu),
ρQ =
d
dρ
bulunur.
( ρV ) = V
dt
dt
(3.15)
Sıvılar için Hacim Modülü,
dp21
β
=
dρ
(3.16)
ρ
olarak tanımlandığına göre, bu denklemden d ρ alınıp (3.14)’de yerine koyulursa,
Q=
V dp21
β dt
C=
V
β
elde edilir.
(3.17)
eşitliği sıvı akışkanlı tank için kapasitans sabiti olarak bulunur.
Yukarıdaki eşitliklerde;
Q
: Depo giren sıvı debisi
(m3/s)
(3.18)
11
V
: Depo hacmi
(m3)
P2
: Depo içindeki basınç
(N/m2)
P1
: Depo dışındaki basınç
(N/m2)
ρ
: Akışkanın yoğunluğu
(kg/m3)
β
: Hacim modülü
(N/m2)
C
: Basınçlı depo için kapasitans sabiti
(m5/N)
dρ
dt
: Akışkan yoğunluğunun zamana göre değişimi
dp21
dt
: Depo iç ve dış basınç farkının zamana göre değişimi
Pülverizatörün iletim sisteminde sıkışan hava (gaz) etkisini borunun genişlemesi ile
gösterir. Bu genişleme sisteminde hacim modülü olarak ifade edilebilir. Basınç
uygulanması durumunda sıvıyı içinde bulunduran depo Şekil 3.6’da görüldüğü gibi
hacimsel değişim gösterir (Steward, 2000).
∆Vt
∆Vg
∆Vc
Şekil 3.6. Basınç etkisi altındaki depo
Vt = Vl + V g
(3.19)
∆Vt = − ∆V g − ∆Vl + ∆Vc
(3.20)
βe =
1
βe
=
∆P
∆Vt / Vt
(3.21)
∆Vt
∆PVt
(3.22)
12
1
βe
1
βe
Vg
Vt
1
βe
=
=
−∆Vg − ∆Vl + ∆Vc
=
∆PVt
Vg  1

Vt  β g
 Vl
 +
 Vt
1

 βl
Vg  ∆Vg  Vl
−
+
Vt  Vg ∆P  Vt
 ∆Vl   ∆Vc 
−
+

 Vl ∆P   Vt ∆P 
 1
+
 βc
(3.24)
=x
=
(3.23)
(3.25)
x
βg
+
(1 − x ) +
βl
1
(3.26 )
βc
Sıvı içinde sıkışan havanın (gaz) adyabatik olarak sıkıştığı düşünülürse;
pV n = K
(3.27)
−n
p =V K
dP
d
βg = −
V =−
(V − n K )V = −(nV − n −1 K )V = nV − n K
dV
dV
(3.28)
(3.29)
Gazın hacim modülü aşağıdaki eşitlikle bulunur.
β g = np = 1, 4 P
(3.30)
Esnek hortumlar için hacim modülü katologdan bulunabileceği gibi, yaklaşık olarak 10
000 psi ≤ β c ≤ 50 000 psi arasında bir değer olarak ta alınabilir. Bu çalışmada 2,06.108
N/m2 olarak kabul edilmiştir (Steward, 2000). Suyun Hacim Modülü ise β l =21,995.108
N/m2 olarak alınmıştır.
Yukarıdaki eşitliklerde;
Vc
: Deponun hacmi
(m3)
Vl
: Depo içindeki sıvı hacmi
(m3)
Vg
: Depo içinde sıkışan gaz (hava) hacmi
(m3)
∆V
: Birim hacim artışı
(m3)
P2
: Depo içindeki basınç
(N/m2)
13
P1
: Depo dışındaki basınç
(N/m2)
ρ
: Akışkanın yoğunluğu
(kg/m3)
βe
: Efektif hacim modülü
(N/m2)
βl
: Suyun hacim modülü
(N/m2)
βg
: Havanın hacim modülü
(N/m2)
βc
: Deponun hacim modülü
(N/m2)
∆P
: Depoda birim basınç artışı
(N/m2)
P
: Adyabatik sıkışan gazın basıncı
(N/m2)
X
: Depodaki havanın yüzde oranı
n
: Adyabatik sıkışan gazın atom sayısına bağlı sabiti
3.2.5. Konik Hüzmeli Meme
Pülverizatör konik hüzmeli memesi TP 8001 VK tipli olup, memenin Teejet Katolog
50’den alınan verilerle, basınca göre püskürttüğü debi miktarı Excel Grafik Toolbox’ı
ile çizilerek Şekil 3.7’de ki grafikte gösterilmiştir.
0,000018
0,000016
0,000014
Debi (m³/s)
0,000012
0,00001
0,000008
0,000006
0,000004
0,000002
0
0
500 000
1 000 000
1 500 000
2 000 000
Basınç (N/m²)
Şekil 3.7. TP8001VK Tip konik hüzmeli meme basınç-debi grafiği
2 500 000
14
3.3. Yöntem
3.3.1. Pülverizatörün Modellenme Teorisi
Şekil 3.8’de görülen depo içindeki akışkan basınçlandırılarak boru içinden
geçirildiğinde, boru hattındaki her iki nokta arasındaki basınç düşümlerinin toplamı
Uyum Yasasına göre sıfıra eşit olur. Bu durum 3.31 eşitliğiyle ifade edilebilir (Anonim,
2008).
P1r + P12 + P2 r = 0
(3.31)
P
P
2
B
1
C
A
Pr
Şekil 3.8. Uyum yasası
Şekil 3.9’da görüldüğü gibi bir boru hattına giren debilerin toplamı, Süreklilik Yasasına
göre çıkan debiye eşit olarak yazılabilir. Bu durum 3.32 eşitliğiyle ifade edilebilir
(Anonim, 2008).
q1 + q2 = qç
(3.32)
15
q1
q2
qc
Şekil 3.9. Süreklilik yasası
3.3.2. Akışkan Kapasitansı
Şekil 3.10’da bir borudan geçen sıvının giriş ve çıkış debileri farkı , eşitlik 3.33’de
gösterildiği gibi iç ve dış basınç farkının zamana göre değişimi ile borunun kapasitans
sabitinin çarpımı olarak ifade edilir (Anonim, 2008).
C
.
d
( Pc − Pr ) = C Pcr = qg − qç
dt
(3.33)
P
r
+P cr
q
q
g
P
ç
c
q -q
g
C
ç
C
Şekil 3.10. Boru sisteminin kapasitans olarak şematik gösterimi
3.3.3. Akışkan Eylemsizliği (Đnertansı)
Akışkanlar da kütleye sahip olduklarından mekanik sistemlerdeki kütleler gibi
eylemsizlik özelliği ortaya koyarlar. Akışkan kütlesinin ivmelendirilmesi de Newton’
un 2. Yasasına uygun şekilde olur. Özellikle uzun borularda belirgin olarak görülen bu
davranışın modellenmesi için saf inertans denilen iki uçlu bir elemandan yararlanılır.
Şekil 3.11’de görüldüğü gibi L uzunluğunda sabit bir boru içinden sıkıştırılamayan bir
16
akışkanın aktığı düşünüldüğünde bu akışkanın hızı değişmektedir. Herhangi bir andaki
ivmesi ise a’dır. Borunun iç yüzeyi ile akışkan arasında sürtünme olmadığı ve boru
tarafından akışkana herhangi bir kuvvet uygulanmadığı varsayılırsa, boru içindeki (m)
miktarındaki kütleye bu ivmeyi vermek için gereken kuvvet (F), Newton’un 2. Yasası
gereğince aşağıdaki gibi bulunur (Ercan, 2003).
p P
P +
2
1
q
I
Şekil 3.11. Boru içinde akan akışkanın eylemsizliğinin şematik gösterimi
F = PA
∑ F = F1 − F2 = A( P1 − P2 ) = AP12
(3.34)
(3.35)
m = ρ lA
F = ma
AP12 = ρ Al
P12 =
(3.36)
(3.37)
dv
d q
= ρ Al  
dt
dt  A 
(3.38)
ρ l dq
(3.39)
A dt
ρl
I=
A
∆p = P12 = ( P1 − P2 ) = I
(3.40)
.
d
q=Iq
dt
(3.41)
Yukarıdaki eşitliklerde;
q
: Borudan akan akışkanın debisi
(m3/s)
P1
: Akışkanın boru girişindeki basıncı
(N/m2)
P2
: Akışkanın boru çıkışındaki basıncı
(N/m2)
F1
: Boru girişinde akışkana etki eden kuvvet
(N/m2)
F2
: Boru çıkışında akışkana etki eden kuvvet
(N/m2)
∆p
: Boru giriş ve çıkışı basınç farkı
(N/m2)
A
: Borunun kesit alanı
(m2)
m
: Borudan geçen akışkanın kütlesi
(kg)
17
l
: Borunun uzunluğu
(m)
ρ
: Akışkanın yoğunluğu
(kg/m3)
I
: Akışkanın inertans sabiti
(kg/m4)
dv
= a : Akışkanın hızının zamana göre değişimi
dt
(m/s2)
dq .
= q : Akışkanın debisinin zamana göre değişimi
dt
(m3/s)
3.3.4. Akışkan Direnci
Şekil 3.12’de görüldüğü gibi belli ortamlar, borular veya dar geçitler akışkanların
akışına karşı koyarlar. Bu davranış akışa karşı koyan eleman üzerinde akışkanın kaybı
şeklinde kendisini gösterir. Bu tür elemanların modellenmesinde akışkan direncinden
yararlanılır (Anonim, 2008).
P +
1
p -P
2
q
R
Şekil 3.12. Akışa direnç etkisinin şematik gösterimi
Eğer akışkan bir orifis veya valf gibi dar bir elemandan geçiyorsa debi, basınç
düşümüne bağlı olarak 3.44 eşitliği ile ifade edilir.
∆p = P12 = ( P1 − P2 ) = Rq
1
1
q = ∆p = P12
R
R
q = k P12
(3.42)
(3.43)
(3.44)
Elemanın debi basınç grafiği Şekil 3.13’de olduğu gibi biliniyorsa, herhangi bir çalışma
noktasında eğrinin eğimi alınarak R direnç katsayısı bulunabilir.
18
q
q
P
12
P
12
Şekil 3.13. Püskürtme memesi basınç – debi grafiği
1
dq
=
=
R dP12
−
k
(3.45)
−
2 P12
−
2 P12 2 q
R=
= 2
k
k
(3.46)
Yukarıdaki eşitliklerde;
: Borudan akan akışkanın debisi
(m3/s)
q
: Anlık debi
(m3/s)
P1
: Akışkanın boru girişindeki basıncı
(N/m2)
P2
: Akışkanın boru çıkışındaki basıncı
(N/m2)
P12
: Boru giriş ve çıkışı basınç farkı
(N/m2)
P12
: Anlık basınç farkı
(N/m2)
∆p
: Boru giriş ve çıkışı basınç farkı
(N/m2)
R
: Direnç sabiti
(kg/sm4)
k
: sürtünme sabiti
q
−
−
19
3.3.5. Pülverizatörün Boru Hattının Modellenmesi
Pülverizatörün boru hattı aşağıdaki Şekil 3.14’te görüldüğü gibi elektik benzeşimi
biçiminde gösterildi. Burada; boru kapasitans, akışkanın eylemsizliği indüktans ve
konik hüzmeli memedeki veya borulardaki basınç kayıpları da direnç olarak ifade
edilmektedir.
Qc = C
dP12
dt
kapasitans
(3.47)
P1L = I Q 2
indüktans
(3.48)
PL 2 = Q2 Rb
direnç
(3.49)
.
P ,Q
1
1
I
P
L
Q
2
Q
c
R
b
P
2
Şekil 3.14. Boru hattının elektrik benzeşimi biçiminde gösterimi
Uyum Yasasına göre boru hattındaki basınç kayıpları toplamı sıfır olacağından, sistemin
basınç kayıpları toplamı aşağıdaki 3.50 eşitliğiyle ifade edilebilir.
P1L + PLr − P12 = 0
(3.50)
.
P1 = P2 + Rb Q2 + I Q 2
(3.51)
Süreklilik yasasına göre ;
Q1 = Q2 + Qc
(3.52)
20
Konik hüzmeli memeden geçen debi q = k P12 = Q2 olacağından;
.
Q1 = C P1 + k P1
(3.53)
Yukarıdaki matematiksel ifadelerden yararlanılarak simülasyona konik hüzmeli
memeden başlanılıp, simülasyonda 3.53 eşitliğinden bulunan P1 basıncının, 3.51
eşitliğinde P2 basıncına eşit olacağı kabul edilerek Şekil 4.1’de görüldüğü gibi sistemin
bütününün debi ve basınç karakteristikleri simüle edilir.
C=
I=
V
(3.54)
βe
ρl
(3.40)
A
Boru sürtünme kayıpları ( Rb ), borulardaki debiye göre Reynolds sayıları (R E )
bulunarak borudaki akışın laminar veya türbülanslı oluşuna göre aşağıda belirtilen
Hagen-Poseuille Eşitliği ve Darcy Eşitliği kullanılarak hesaplanıp Çizelge 3.1 ve
Çizelge 3.2’de gösterilmiştir. Boruların inertans sabitleri Çizelge 3.3’te gösterilmiştir.
Çizelge 3.1. Reynolds sayılarının hesaplanması
ρ
µ
L
Q
D
V
(m)
3
(m /s)
(m)
(m/s)
(kg/m )
(Ns/m )
0,25
11,36.10-6
0,0125
0,093
998,213
0,001
1 156,14
0,75
22,73.10-6
0,0125
0,185
998,213
0,001
2 312,29
3,5
45,46.10-6
0,0191
0,371
998,213
0,001
7 047,87
1,5
18,18.10-5
0,0254
0,741
998,213
0,001
37 588,6
3
RE
AÇIKLAMA
2
Laminer akış
Kritik akış
Türbülanslı akış
Türbülanslı akış
21
RE < 2 000
ise akış laminer,
(3.55)
2000 < RE < 4 000 ise akış geçiş bölgesinde,
(3.56)
RE > 4 000
(3.57)
RE =
ise akış türbülanslı,
ρ vD 4 ρ Q
=
µ
πµ D
(3.58)
Yukarıdaki eşitliklerde;
RE
: Reynolds sayısı
(m3/s)
Q
: Borudan akan akışkanın debisi
(m3/s)
µ
: Akışkanın dinamik vizkozitesi
(Ns/m2)
ρ
: Akışkanın yoğunluğu
(kg/m3)
D
: Boru çapı
(N/m2)
Çizelge 3.2. Boru hattında basınç kayıpları ve boru dirençleri
L
Q
D
(m)
(m3/s)
(m)
A
B
f
ε
∆p
R=
∆p
q
(N/m2)
(Ns/m5)
4,74
4,2.105
0,25
11,36.10-6
0,0125
0,75
22,73.10-6
0,0125
5,26.1017
3,34.1014
0,049
0,015
50,13
2,2.106
3,5
45,46.10-6
0,0191
8,68.1018
5,2.108
0,034
0,015
659,15
1,4.107
1,5
18,18.10-5
0,0254
7,14.1019
4019,96
0,026
0,015
2 946.74
16,28.106
22
Çizelge 3.3. Boruların alan, inertans sabiti ve hacim hesabı
L
Q
D
Alan
I
V
(m)
(m3/s)
(m)
(m2)
(kg/m4)
(m3)
0,25
11,36.10-6
0,0125
1,23.10-4
2,04.106
3,06.10-5
0,75
22,73.10-6
0,0125
1,23.10-4
6,13.106
9,2.10-5
3,5
45,46.10-6
0,0191
2,85.10-4
1,2.107
9,9.10-4
1,5
18,18.10-5
0,0254
5,06.10-4
2.96.106
7,6.10-4
Hagen-Poseuille Eşitliği (Laminer akım için)
∆p =
128µ LQ
π D4
(3.59)
Darcy Eşitliği (Türbülanslı akım için)
∆p = f
l ρ v2
D 2
(3.60)
f : Sürtünme Faktörü
 8 12

1

f = 8 
+

3/ 2
 RE 
( A + B ) 
1/12



1
A =  2, 457 ln 

0.9
 ( 7 / R ) + 0, 27 ( ε / D )  

E


 37530 
B=

 RE 
(3.61)
16
(3.62)
12
(3.63)
23
ε pürüzlülük değeri Çizelge 3..4’den 0,0015 olarak alınır.
Çizelge 3.4. Bazı boru ve kanal yüzeylerinin pürüzlülük değeri (Genceli ve
Parmaksızoğlu, 2004).
Malzeme Cinsi
ε (mm)
Ticari olarak satılan bronz, kurşun, bakır
0,0015
veya plastik boru
Çelik veya dökme demir
0,045
Galvaniz demir veya çelik
0,15
Dökme demir
0,25
Teejet Katolog 50’den TP8001VK Tip konik hüzmeli memenin basınca göre
püskürttüğü debiler alınıp Excel Grafik Toolbox kullanılarak Şekil 3.15 grafiği çizildi.
0,000018
0,000016
0,000014
Debi (m³/s)
0,000012
Gerçek Eğri
y Eğrisi
0,00001
0,000008
0.4943
y = 1E-08*P
2
0,000006
R = 0.999
0,000004
0,000002
0
0
500 000
1 000 000
1 500 000
2 000 000
2 500 000
Basınç (N/m²)
Şekil 3.15. TP 8001VK Tip KHM basınç- debi eğrisine uygun fonksiyon grafiği
y = 1E − 08 × P 0,4943
(3.64)
y = 1.10−8 × P 0,4943 eşitliği konik hüzmeli memenin q = k P12 eşitliğine benzediğinden,
memenin k katsayısı k = 1.10-8 olarak bulundu.
24
3.3.6. Pülverizatör Güç Ünitesinin Modellenmesi
Pompa güç – zaman grafiği eğrisi Şekil 3.4’te görüldüğü gibi Pg = ek(1-e-at) eşitliğiyle
ifade edilebilir. Bu güç eğrisinin pompanın basınç eğrisiyle benzer olduğu kabul edilir.
Q = CD
2 A2 ∆p
(3.13)
ρ
eşitliğiyle pompa çıkışındaki debinin hesabı yapılır.
Pg n = Q1 P1
(3.65)
eşitliğiyle pompa basış hattı net gücü bulunur.
∆p = ( ρ gh + Pg − PQ
1 1)
(3.66)
Debimetrenin basınç farkı 3.66 eşitliğiyle ifade edilirse,
Q1 = CD
2 A2 ( ρ gh + Pg − PQ
1 1)
(3.67)
ρ
Pompa çıkışındaki debinin hesabı 3.67 eşitliğinde görüldüğü gibi olur.
Yukarıdaki eşitliklerde;
Q1
: Ana boruda (pompa basış borusu) debi
(m3/s)
P1
: Ana boruda basınç(pompa basış borusu)
(N/m2)
CD
:
h
: Tankın üst noktası ile pompa girişi arasındaki yükseklik
Boşalma katsayısı
(m)
ρ .g .h : Pompa girişindeki basınç
(N/m2)
A
(m2)
: Ana borunun alanı
25
3.3.7. Sistemin Modellenmesinde Yapılan Kabuller
1. Sistemde basınçlandırılan sıvının su olduğu kabul edildi.
2. Sistemdeki debimetre ve konik hüzmeli memenin orifis etkisi yaptığı kabul edildi.
3. Sisteme etki eden gücün zamana göre değişiminin Pg = e k (1 − e− at ) eşitliği ile ifade
edildiği ve verimin % 92 olduğu kabul edildi.
4. Sistemin iletim hattındaki fittings parçalarda oluşan basınç kayıpları ihmal edildi.
5. D=0,0125 mm çapındaki boruda akış kritik olarak bulundu. Ancak türbülanslı akış
kabul edilerek borunun basınç kayıpları hesap edildi.
6. Ana depoda sıvı kapasitansı ve eylemsizliği ihmal edildi.
7. Sistemde hava deposu olmadığı kabul edildi.
4. BULGULAR
Sistemin basınç ve debi karakteristiği Şekil 4.1 ve Şekil 4.2’de
Matlab Simulink
Toolbox kullanılarak simüle edilmiştir. Ek 1’de gösterilen M-File dosyası ile
simülasyon sonucu elde edilen basınç ve debi karakteristik eğrileri grafik olarak
çizdirilmiştir. Şekil 4.3 ve Şekil 4.4’de ana borudaki basınç ve debi grafiği, Şekil 4.5 ve
Şekil 4.6’da 2. kolektördeki basınç ve debi grafiği, Şekil 4.7 ve Şekil 4.8’de KHM’de ki
basınç ve debi grafikleri gösterilmiştir. Bu grafikler sistemde %0, %1 ve %10 hava
sıkıştığı düşünülerek çizilmiştir. Şekil 4.9’da çeşitli hava oranlarında konik hüzmeli
memeden püsküren sıvı debisinin kararlı hale gelme süreleri grafik olarak çizilmiştir.
Şekil 4.1. Komple sistemin basınç ve debi karakteristiğinin simülasyonu
27
Şekil 4.2. KHM borusunda (L1) kapasitans sabitinin (C) Simulink modeli
Şekil 4.3. % 0, 1, 10 hava olması durumunda ana borudaki basınç değişimi
Şekil 4.3’de sistemde %0, %1 ve %10 hava olduğu düşünülerek çizilen zaman basınç
grafiği görülmektedir. Basıncın %0 hava oranı için 1,5 saniyede, %1 hava oranı için 2,3
saniyede ve %10 hava oranı için 18,7 saniyede kararlı hale geldiği görülmektedir.
28
Şekil 4.4. % 0, 1, 10 hava olması durumunda ana borudaki debi değişimi
Şekil 4.4’de sistem çalıştırıldığı andan başlayarak sistemde %0, %1 ve %10 hava
olduğu düşünülerek çizilen zaman debi grafiği görülmektedir. Debinin %0 hava oranı
için 2,2 saniyede, %1 hava oranı için 2,2 saniyede ve %10 hava oranı için 17,9 saniyede
kararlı hale geldiği görülmektedir.
Şekil 4.5. % 0, 1, 10 hava olması durumunda kollektör 2 P1 basıncı değişimi
Şekil 4.5’te sistemde %0, %1 ve %10 hava olduğu düşünülerek çizilen zaman basınç
grafiği görülmektedir. Basıncın %0 hava oranı için 1,5 saniyede, %1 hava oranı için 2,3
saniyede ve %10 hava oranı için 18,7 saniyede kararlı hale geldiği görülmektedir.
29
Şekil 4.6. % 0, 1, 10 hava olması durumunda kollektör 2 Q2 debisi değişimi
Şekil 4.6’da sistemde %0, %1 ve %10 hava olduğu düşünülerek çizilen zaman debi
grafiği görülmektedir. Debinin %0 hava oranı için 1,6 saniyede , %1 hava oranı için 2,3
saniyede ve %10 hava oranı için 18,5 saniyede kararlı hale geldiği görülmektedir.
Şekil 4.7. % 0, 1, 10 hava olması durumunda KHM’de basınç değişimi
Şekil 4.7’de sistemde %0, %1 ve %10 hava olduğu düşünülerek çizilen zaman basınç
grafiği görülmektedir. Basıncın % 0 hava oranı için 1,9 saniyede, %1 hava oranı için 2,8
saniyede ve %10 hava oranı için 23,2 saniyede kararlı hale geldiği görülmektedir.
30
Şekil 4.8. % 0, 1, 10 hava olması durumunda KHM’de debi değişimi
Şekil 4.8’de sistemde %0, %1 ve %10 hava olduğu düşünülerek çizilen zaman debi
grafiği görülmektedir. Debinin %0 hava oranı için 1,7 saniyede , %1 hava oranı için 2,6
saniyede ve %10 hava oranı için 21,6 saniyede kararlı hale geldiği görülmektedir.
Şekil 4.9. % 0, 2, 4, 6 ,8, 10 hava oranlarında KHM’den püsküren sıvı debisinin kararlı
hale gelme süreleri
31
Şekil 4.9’da konik hüzmeli memeden püskürtülen debinin sistemde var olduğunu kabul
ettiğimiz % 0, 2, 4, 6, 8 ve 10 hava oranları için kararlı duruma gelme süreleri grafik
olarak Excel Grafik Toolbox kullanılarak gösterilmiştir. Elde edilen eğriye uygun olan
y=4,05114x10-2,9467 fonksiyonu çizilmiş ve regrasyonu R2=0,9974 olarak bulunmuştur.
5. TARTIŞMA ve SONUÇ
Bu çalışmada yerli imalat bir tarla pülverizatörü esas alınarak bu pülverizatörün basınç
ve debileri Uyum ve Süreklilik Yasalarından faydalanılarak modellenmiştir.
Modellemede hidrolik sistem elektrik sistem ile benzeşim yapılarak sistemdeki borular
kapasitans, sıvının eylemsizliği indüktans ve borudaki sürtünme kayıpları ise direnç
olarak modellenmiştir. Elde edilen model Matlab Simulink Toolbox’dan faydalanılarak
simule edilmiştir. Sonuçlar sistemdeki havanın, basınç ve debi karakteristiklerini
etkilediğini ortaya koymuştur. Sistemde hiç hava olmadığı durumla %10 hava olduğu
durum karşılaştırıldığında konik hüzmeli memeden püskürtülen debi kararlı duruma
19,9 saniye sonra gelmiştir.
Şekil 4.9’da konik hüzmeli memeden püskürtülen debinin, sistemde var olduğu kabul
edilen hava oranlarına göre kararlı duruma gelme süresinin doğrusal olduğu
belirlenmiştir. Grafikte %2 hava oranına kadar farklı eğimli bir doğrusallık, %2 hava
oranından sonra ise farklı eğimde başka bir doğrusallık görülmektedir. Bu iki
durumdaki doğrusallıkların eğimleri dikkate alındığında sistemdeki hava oranının %
2’den daha büyük değerlerinde debinin kararlı duruma gelme süresinin, %2’den az
olduğu durumlara göre daha uzun sürdüğü görülmektedir. Grafiğe göre R2=0,9974
regrasyon ile elde edilen y=4,0511410-2,9467 fonksiyonu sitemin çalışma şartlarında hava
oranına bağlı olarak püskürtülen debinin kararlı duruma gelme süresini büyük bir
yaklaşıklıkla hesap etmemizi sağlayacaktır.
KAYNAKLAR
Akkuş, Ş., 1994. Mikroneks püskürtme başlıklı sırt atomizatörünün işletme
karakteristikleri ve ilaçlama etkinliğinin sağlanması üzerinde bir araştırma.
Ç.Ü.Fen Bilimleri Enstitüsü, Tarım Makinaları Anbilim Dalı,Yüksek Lisans
Tezi. Adana, 60 s.
Aksoy, A., 1995. Micromax döner diskli memeye ait işletme karakteristikleri ve ilaç
uygulama etkinliğinin saptanması. Ç.Ü.Fen Bilimleri Enstitüsü, Tarım
Makinaları Ana Bilim Dalı,Yüksek Lisans Tezi. Adana, 30 s.
Anonim, 2008. Courses Notes. Purdue Ünv., ME 375 Reference Notes,
http://meweb.ecn.purdue.edu/~me375/OtherMaterial/OldNotes/ME375_Hydraul
ic.pdf. 11 s.
Başman, Đ.H.,1999. Trunçgil ağaçlarına ilaç uygulamada kullanılan pülverizatörün
yardımcı hava akımı ünitesinin geliştirilmesi ve bahçe denemeleri. Ç.Ü.Fen
Bilimleri Enstitüsü, Tarım Makinaları Anabilim Dalı,Yüksek Lisans Tezi.
Adana, 42 s.
Bayat, A. ve Zeren, Y., 1991. Hava akımlı bahçe pülverizatörlerinde düşey dağılım
üzerine etkili faktörler.Tarımsal Mekanizasyon 13. Ulusal Kongresi. 25-27 Eylül
1991, Konya Bildiri Kitabı. Konya, 283-291 s.
Bayat, A. ve Zeren, Y., 1994. Pamuk ilaçlamasında farklı ilaç uygulama yöntemlerinin
ilaç tutunması ve ilaç kayıpları açısından değerlendirilmesi. Tarımsal
Mekanizasyon 15. Ulusal Kongresi 20-22 Eylül 1994. Antalya.
Çelen, Đ.H., 1998. Yelpaze hüzmeli püskürtme memelerinde aşınmanın pülverizasyon
karakteristiklerine etkisi üzerine bir araştırma. Trakya Ünv. Fen Bil. Enst. Tarım
Makinaları Ana Bilim Dalı Doktora Tezi. Tekirdağ, 105 s.
Çilingir, Đ. ve Dursun, E., 2002. Bitki koruma makinaları. Ankara Üniv. Zir. Fak. Yayın
No: 1531, Ders Kitabı 484, Ankara.
Dorries, U. ve Gohlich, H., 1984. Prüfstand für geblasesprühgerate. (vertical
Distribution Analyser). Technische Universitat Berlin. 7.
Ercan, Y., 2003. Mühendislik Sistemlerinin Modellenmesi ve Dinamiği.Genişletilmiş 2.
basım, Literatür Yayınları: 97,425 s, Đstanbul
Genceli, O. F ve Parmaksızoğlu, Đ.C., 2004. Kalorifer Tesisatı,TMMOB Makine
Mühendisleri Odası,Yayın No:352/2,Đstanbul
Mercan, S., 1998. Tarla pülverizatörlerinde hava akımının ilaç dağılımı ve biyolojik
etkinlikle ilişkisinin araştırılması. Ç. Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü. Tarımsal
Mekanizasyon Anabilim Dalı Yüksek Lisans Tezi. Adana, 62 s.
Sağlam, S., 1998. Şanlı Urfa’da kullanılan pülverizatörlerin teknik özelliklerinin
belirlenmesi ve kullanımında karşılaşılan problemlerin saptanması üzerine bir
araştırma. Harran Ünv. Fen Bilimleri Enstitüsü, Tarım Makinaları Anbilim
Dalı,Yüksek Lisans Tezi. Şanlı Urfa,76 s.
Speelman, L., 1971. A fluorescent tracer technique for determination of the liquid
distrubition of field crop sprayers, J. Agric. Enging Res. (1971). 16 (3)), 301306.
Stevard, B.L., 2000. Aplication of Hydraulic Power AE 447 Course Notes, Agricultural
and Biosystems Emgineering Department, Iowa State University 2000.
Yarpuz, N., 1997. Pnomatik pülverizasyonlarda ilaç uygulama hacminin dağılım
düzgünlüğü ve iş genişliği üzerindeki etkilerinin saptanması. Ç.Ü. Fen Bilimleri
Enstitüsü, Tarım Makinaları Ana Bilim Dalı,Yüksek Lisans Tezi. Adana, 40 s.
EKLER
34
EK 1
Sistemin Basınç ve Debi Karakteristiğini Gösteren Grafik M-File Dosyası
Pa=101325; Atmosfer basıncı
hava=0.1; hava oranı
bc=21.995e8;
sim('sistem',20);
% Plot the results;
time=a.time;
a = a.signals.values; %ana basinc
a1 = a1.signals.values;
a2 = a2.signals.values;
a3 = a3.signals.values;
g = g.signals.values; %ana debi
qc1 = qc1.signals.values
qc2 = qc2.signals.values
qc3 = qc3.signals.values %kollektor 4 debi
qc4 = qc4.signals.values
nozzle = nozzle.signals.values;
pow = pow.signals.values;
figure(1);
plot(time,a,'b');
title('Ana borudaki basınç (N/m2)')
xlabel('zaman-->')
ylabel('Debi(m3/s)')
figure(2);
plot(time,q,'b');
title('Ana borudaki debi ')
xlabel('zaman-->')
ylabel('Debi(m3/s)')
figure(3);
plot(time,a2,'b');
title('Kollektör 2 Basınç (N/m2)')
xlabel('zaman-->')
ylabel('Basınç(N/m2)')
figure(4);
plot(time,qc3,'b');
title('Kollektör 2 Debi (m3/s)')
xlabel('zaman-->')
ylabel('Debi(m3/s)')
35
ÖZGEÇMĐŞ
Kişisel Bilgiler
Adı Soyadı
: Yunus KÜLTÜREL
Doğum Tarihi ve Yer
: 17/12/1970 - Tokat
Medeni Hali
: Evli
Yabancı Dili
: Đngilizce
Telefon
: 0 542 5841390
e-mail
: [email protected]
Eğitim
Derece
Yüksek Lisans
Lisans
Lise
Eğitim Birimi
Mezuniyet
Tarihi
DEÜ. Denizli Müh. Fak. Makina
Bölümü
GOP.Lisesi-Tokat
1993
1987
Đş Deneyimi
Yıl
2005-2008
2004-2005
2002-2003
1997-2001
Yer
Meslek
Görev
Yüksek Öğretim Görevlisi
GOÜ.
Okulu
Opel Đce Mot.Araçlar A.Ş. Servis Müdürü
Tokat
Serbest Ticaret
Sena Tekstil San. Ve Yardımcı Đşletmeler Müdür Yardımcısı
Tic.A.Ş.
Yayınlar
1. ………………………………………………………………………
2. ………………………………………………………………………
Hobiler
Kitap okumak, Spor yapmak
Download

BĐR TARLA PÜLVERĐZATÖRÜNÜN BASINÇ VE DEBĐ