Fındık, ayçiçeği ve çay üretim atıklarının sıkıştırma yükü altında mekanik davranışlarının belirlenmesi
Determination of mechanical behavior of hazelnut, sunflower and tea production wastes  under compression loading
Yazar: ÇİMEN DEMİREL
Danışman: DOÇ. DR. GÜRKAN ALP KAĞAN GÜRDİL
Ondokuz Mayıs Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Tarım Makineleri ve Teknolojileri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2019
Konu: Ziraat = Agriculture

Özet:
Bu çalışmada, Karadeniz Bölgesi'nde tarımsal üretimi yapılan fındık, ayçiçeği ve çay ürünlerinin hasat ve harman işleminden sonra açığa çıkan atıkların katı biyoyakıt olarak değerlendirilebilme olanaklarının araştırılması amaçlanmıştır. Tarımsal ürünler üniversal sıkıştırma test makinası (ZDM, model 50, Almanya) kullanılarak materyallerin başlangıç yüksekliği 100 mm, 60 mm çapındaki presleme kabı kullanılarak 4 farklı sıkıştırma kuvvetinde (100, 200, 300 ve 400 kN; eşdeğer basınçlar 35.37, 70.74, 106.10 ve 141.47 MPa) ve 5 mm.min-1 sıkıştırma hızında briketleme işlemleri yapılmıştır. Daha sonra elde edilen briketlerin 4 farklı parçacık boyutuna (fındık zurufu için öğütülmemiş, 0-3, 3-6 ve 0-6 mm; ayçiçeği sapı ve çay atığı için 0-3, 3-6, 6-10 ve 0-10 mm) ve 3 farklı nem içeriğine (fındık zurufu için %12.64, %14.83 ve %17.34; ayçiçeği sapı için %11.23, %14.44 ve % 16.89; çay atığı için %9.64, %12.34 ve %16.24) bağlı olarak mekaniksel davranışları belirlenmiştir. Briketlerin farklı parçacık boyutlarındaki ve farklı nem içeriklerindeki hacimsel kütle değerleri 653.29-1056.69 kg.m-3 olarak ölçülmüştür. Materyal hacimsel kütlelerine bağlı olarak en yüksek sıkıştırma oranı ayçiçeği sapı tarımsal atığı briketlerinde görülmüştür. Tarımsal atıklardan elde edilen briketlerin farklı sıkıştırma kuvvetlerine bağlı olarak farklı parçacık boyutlarında ve farklı nem içeriklerindeki kuvvet-deformasyon değişimleri izlenmiştir. Briket sertliği değerlerinin farklı sıkıştırma kuvvetlerindeki briketleme işleminde parçacık boyutları ve nem içerikleri değerlerine bağlı olarak sıkıştırma kuvveti arttıkça briket sertlik değerlerinin de arttığı, briket kalınlık değerlerinin ise azaldığı görülmüştür. Deformasyon enerjisi değerleri (ölçülen ve tahminlenen) farklı sıkıştırma kuvvetlerinde parçacık boyutları ve nem içerikleri değerleri birbirine yakın olduğu ve tahminleme işleminin başarılı olduğu görülmüştür. Briketlerin mekaniksel davranışlarının tahminlenmesinde kullanılabilecek bir model oluşturulmuştur. MathCAD 14 programı kullanılarak yapılan istatistiksel analiz 0.05 önem düzeyinde anlamlı olduğu görülmüştür. MathCAD 14 programı ile elde edilen katsayıların parçacık boyutları ve nem içeriği değerleri 0.999 doğrulukla tahminlenmiştir. Briketleme işleminde üst düzey doğruluk ve hassasiyetle çalışan Tepki Yüzeyleri Metodolojisi (TYM) kullanılarak ve Box-Behnken Dizaynı (BBD) deneme deseninden yararlanılarak çay atığı materyali için polinomiyal formda çalışılan modeller geliştirilmiştir. Ölçülen enerji değerleri için optimum koşullarda çay atığı için en uygun sıkıştırma kuvveti 300 kN, parçacık boyutu 0-3 mm ve nem içeriği %14.29 olarak bulunmuştur. Briketlerin iki yönlü varyans analizi sonuçları uygulanan sıkıştırma kuvveti, parçacık boyutu, nem içeriği, kuvvet*parçacık boyutu ve kuvvet*nem içeriği interaksiyonlarının briketler üzerinde önemli bir etkiye sahip olduğu (P-value <0.05 veya F-ratio> F-critical) görülmüştür.

Abstract:
In this study, it is aimed to value the wastes as solid biofuel released after harvesting and threshing of hazelnut, sunflower and tea products which are part of agricultural production in the Black Sea Region. The universal compression-testing machine (ZDM 50, Germany) was used for the densification process by applying the compression forces from 100, 200, 300 to 400 kN of equivalent pressures from 35.37, 70.74, 106.10 to 141.47 MPa at a constant speed of 5 mm.min-1. The initial height of the samples was measured at 100 mm using the pressing vessel of diameter 60 mm. Then The briquettes mechanical behaviors were determined by 4 different particle sizes (0-3, 3-6 and 0-6 mm, not ground for hazelnut husk; 0-3, 3-6, 6-10 and 0-10 mm for sunflower stalk and tea waste) and 3 different moisture content (for hazelnut husk, 12.64%, 14.83% and 17.34%,  for sunflower stalk, 11.23%, 14.44% and 16.89%; for tea waste 9.64%, 12.34% and 16.24%). The briquetes are measured under the different particle sizes and the different moisture contents volume weight of the particles. These values are 653.29-1056.69 kg.m-3. Depending on material volume weights, the highest pressing ratio has seen in sunflower stalk agricultural waste briquettes. The briquettes obtained from agricultural wastes under different compression forces have been observed force-deformation changes at different particles sizes and different moisture contents. It was observed that while the force increased on briquets, stiffness values increased and briquette thickness values decreased depending on particle size and moisture content values. Deformation energy values (numerical and theoretical) of particle sizes and moisture content were found to be close to each other under different compression forces and the estimation process was found to be successful. A model has been developed that can be used to estimate the mechanical behavior of briquettes. MathCad 14 was used for the Statistical analysis. This statistical analysis was found to be significant at 0.05 significance level.  The coefficients obtained from Math CAD 14 program were estimated with an accuracy of 0.999 for the particle size and moisture content values. In the briquetting process, the polynomial form models have been developed for the tea waste material by  using Response Surface Methodology (RSM) work with high accuracy and precision by benefiting from the trial of Box Behnken Design.  The measured energy values under the optimum conditions for tea residual were found under the pressure force was 300 KN, the particle size was 0-3 mm and the moisture content was 14.29%. The results of two-way variance analysis of the briquettes showed that the applied compressive force, particle size, moisture content, force*particle size and force*moisture content interaction has a significant effect on the briquettes (P-value <0.05 or F-ratio> F-critical).