Bir budama artığı parçalama makinasının farklı çalışma koşullarında işletme parametrelerinin belirlenmesi
Determining the operating parameters of a pruning residues shredder under different working conditions
Yazar: METE YİĞİT
Danışman: PROF. DR. MURAD ÇANAKCI
Akdeniz Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Tarım Makineleri ve Teknolojileri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Ziraat = Agriculture

Özet:
Türkiye coğrafi konumu ve iklimsel özellikleri sayesinde pek çok farklı tarımsal ürünün yetiştirilebildiği bir ülkedir. Son yıllarda meyve yetiştiriciliği yapılan alanlarda niteliksel ve niceliksel artış görülmektedir. Bu artışa bağlı olarak önemli miktarlarda bitkisel artık ortaya çıkmaktadır. Hem materyal özelliği hem de potansiyel açısından farklılıklar gösteren tarımsal artıkların değerlendirilmesinde materyal, bölge ve ekonomik koşulların dikkate alınarak uygun çözüm önerilerinin sunulması önemlidir. Bu kapsamda gündeme gelen konulardan birisi de budama artıklarının hangi yöntem veya yöntemlerle değerlendirileceği sorusudur. Değerlendirme yöntemlerindeki kritik işlemlerden birisi de artıkların parçalanmasıdır. Budama artıklarının istenilen boyut ve şekillerde ekonomik olarak parçalanması önemli bir konudur. Bu amaçla farklı özellikte makinalar kullanılmaktadır. Bu makinaların gerek imalatında gerekse kullanımında dikkate alınması gereken konularla ilgili araştırmaların yürütülmesinin yararlı olacağı düşünülmektedir.
Bu araştırmada, önceki çalışmalar ve uygulamadaki gereksinimler dikkate alınarak toplama ve elek ünitesine sahip bir budama artığı parçalama makinasının farklı çalışma koşullarında işletme parametrelerinin belirlenmesi amaçlanmıştır. Bu kapsamda, zeytin ve bağ budama artıklarıyla birbirinden bağımsız olarak yürütülen; üç farklı nem içeriği (N1, N2, N3), (zeytinde %45, %35, %20 ve bağda %55, %35, %25) üç farklı rotor devir sayısı (S1, S2, S3), (1200, 1500 ve 1800 1/min) ve iki farklı bıçak (B1 ve B2), (çekiç ve dişli çekiç bıçak) kullanılarak denemeler gerçekleştirilmiştir. Elde edilen veriler en uygun uygulama koşulları, enerji tüketimi ve parçalama etkinliği yönünden araştırılmıştır. Bununla beraber belirlenen birim kütle başına enerji tüketimi (kWh/ton) ve makina kapasitesi (ton/h) değerlerinden yararlanarak makine maliyetleri hesaplanmıştır. 
Araştırma bulgularına göre; zeytin budama artıklarının parçalanmasında, rotor devir sayısının artışı ve materyal nem içeriğin azalması; parçalama işleminin başarısını düşük enerji tüketimi, yüksek makina kapasitesi ve yüksek parçalama etkinliği açısından olumlu yönde etkilemiştir. Zeytin budama artıklarında, en başarılı parçalama işlemi kuru baza göre S3 rotor devrinde (1800 1/min) ve N3 nem içeriğinde (%25) elde edilmiştir.  Belirtilen koşullarda, en düşük toplam birim kütle başına toplam makina maliyeti değerleri B1 bıçağı için 166.8 TL/ton, B2 bıçağı için 159.9 TL/ton olarak hesaplanmıştır. B2 bıçağının B1 bıçağına göre ortalama %5.9 daha düşük maliyet oluşturduğu belirlenmiştir.
Bağ budama artıkları ile çalışmada, rotor devir sayısını artışı ile parçalama işleminde birim enerji tüketimi azalmış, makina kapasitesi ve parçalama etkinliği artmıştır. Zeytin budama artıkları ile yürütülen denemelerden elde edilen sonuçlardan farklı olarak bağ budama artıkları ile çalışmada nem içeriğinin N1'den N2'ye düşmesi özgül enerji tüketimini artırmış, makina kapasitesi değerini azaltmıştır. Nem değerinin N2'den N3 değerine düşmesiyle özgül enerji tüketimi azalmış ve makina kapasitesi artış göstermiştir. Bağ ile çalışmada en uygun makina performans S3 rotor devri (1800 1/min) ile beraber N3 nem içeriği (%20) koşullarında elde edilmiştir. Bağ budama artıklarının parçalanmasında kuru baza göre en düşük toplam birim kütle başına makina maliyeti S3 rotor devri ve N3 nem içeriğinde gerçekleştirilen parçalama işlemi sonunda B1 bıçağı için 179.6 TL/ton, B2 bıçağı için 174.8 TL/ton toplam makina gideri belirlenmiştir. Hesaplamalara göre, tüm denemeler için, B2 bıçağı B1 bıçağına göre, kuru bazda ortalama %7.7 daha düşük maliyettedir.

Abstract:
Türkiye is a country that can cultivate various agricultural products due to its geographical location and climatic features. In recent years, there has been an increase in both the quantity and quality of fruit production areas. Consequently, significant amounts of agricultural residues are generated. It is important to propose appropriate solutions considering the material properties, regional factors, and economic conditions for the utilization of agricultural residues to prevent environmental damage and contribute to the economy. One of the issues that has emerged is how pruning residues can be effectively utilized. It is necessary to evaluate pruning residues in a way that does not harm the environment and brings economic benefits. One critical step in the evaluation process is the shredding (size reduction) of residues. Depending on the purpose of utilization, different types of machines are used for the shredding of pruning residues. Conducting research on the aspects to consider in the manufacturing and operation of these machines would be beneficial.
This study aims to determine the operating parameters of a pruning residue chooper machine equipped with a collection and sieving unit, taking into account previous studies and practical requirements. Three independent experiments were conducted using olive and vineyard pruning residues, considering three different moisture contents (N1, N2, N3) (45%, 35%, 20% for olives and 55%, 35%, 25% for vineyards), three different rotor speeds (S1, S2, S3) (1200, 1500, and 1800 1/min), and two different blades (B1 and B2) (hammer and designed blade). The obtained data were analyzed in terms of the most suitable application conditions, energy consumption, and shredding efficiency. Additionally, using the determined specific energy requirements (kWh/ton) and machine capacity (ton/h), the operating costs of the machine were estimated.
According to the findings of the study, the increase in rotor speed and decrease in material moisture content positively affected the success of the shredding process in terms of low energy consumption, high machine capacity and high shredding efficiency in the shredding of olive pruning residues. In olive pruning residues, the most successful shredding process was obtained at S3 rotor speed (1800 1/min) and N3 moisture content (25%) for dry material.  The lowest total machine cost per unit mass values were calculated as 166.8 TL/ton for the B1 blade and 159.9 TL/ton for the B2 blade under the specified conditions. It was determined that the B2 blade generated an average cost of 5.9% lower than the B1 blade.
Regarding vineyard pruning residues, an increase in rotor speed resulted in a decrease in specific energy requirement, while increasing machine capacity and choopering efficiency. In contrast to the results obtained from olive pruning residue experiments, in the case of vineyard pruning residues, a decrease in moisture content from N1 to N2 increased specific energy consumption and decreased machine capacity. However, when the moisture content decreased from N2 to N3, specific energy requirement decreased, and machine capacity increased. The optimum machine performance for vineyard pruning residues was achieved with S3 rotor speed (1800 1/min) and N3 moisture content (20%). The lowest total machine cost per unit mass in the shredding of vineyard pruning residues compared to the dry base was determined as 179.6 TL/ton for B1 knife and 174.8 TL/ton for B2 knife at the end of the shredding process carried out at S3 rotor speed and N3 moisture content. According to the calculations, for all trials, the B2 blade cost 7.7% less than the B1 blade on average on dry material.