Vidalı pres tipi ahır gübresi separatörlerinde helezon aşınmalarının belirlenmesi
Determination of screw abrasions in screw press type manure separators
Yazar: MEHMET BAHADIR
Danışman: DOÇ. DR. OSMAN ÖZBEK
Selçuk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Tarım Makineleri ve Teknolojileri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Ziraat = Agriculture
Dizin: Aşınma = Wear ; Aşınma davranışı = Wear behavior

Özet:
Hayvancılık işletmelerinde zamanla biriken katı ve sıvı hayvan dışkıları; bertaraf edilme güçlüğü, kötü koku ve su kaynaklarının kirlenmesi gibi problemlere neden olmaktadırlar. Katı ve sıvı hayvan dışkılarının değerlendirilmeleri yönünden en uygun çözüm önerisi, bunların uygun ekipman ve yöntemlerle organik gübre olarak toprağa verilmeleridir. Bu amaçla işletmelerdeki atık hayvan gübresi bir separatör yardımıyla sıvı ve katı ahır gübresi olmak üzere ayrıştırılmaktadır. Hayvancılık işletmeleri sahipleri ve gübre seperatörü üreticileri ile yapılan ön görüşmeler sonucunda; bu makinelerde en büyük sorun ve maliyet kaleminin helezonda meydana gelen aşınma olduğu tespit edilmiştir. Bu aşınma sonucunda yeterli sıkıştırma işlemi yapılamadığından katı ahır gübresinde istenilen düşük nem değerleri alınamamaktadır. Sonuçta enerji tüketiminde ve işletme giderlerinde bir artış söz konusu olmaktadır. Bu amaçla, çözüm olarak düşünülen dört farklı geometriye sahip helezonla hem deneysel hem de bilgisayar ortamında Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği ve Ayrık Elemanlar Metodu (HAD+AEM) uygulanarak bir çalışma yapılmıştır. Deneysel çalışmalarda her bir helezonun kullanımı sırasında separatörün güç tüketimi ve kapasitesi her 45 saatte bir ölçülmüştür. Helezonlardaki aşınma miktarının tespitinde ise ağırlık farkı yöntemi uygulanarak üç şekilde değerlendirilmiştir. İlk olarak, deneyin başında ve sonunda helezonlar ayrı ayrı tartılmış ve ağırlık farkına göre karşılaştırılmıştır. Daha sonra hem ağırlık hem de boyutsal olarak, helezonlar deneyden önce ve sonra üç boyutlu tarama yapılarak taranmış ve karşılaştırılmıştır. Son olarak, helezonların ağırlık kaybı bilgisayar ortamında HAD+AEM birlikte kullanımı ile değerlendirilmiştir. Tüm sonuçlar dikkate alındığında, en az aşınma helezon_4 'te gözlemlenmiştir. Helezon_4 'ün deney sonuçlarına bakıldığında aşınma miktarı oranı %1.603, tarama verilerine göre aşınma miktarı oranı %1.013 ve bilgisayar simülasyon sonuçlarına göre aşınma miktarı oranı %1.060 olarak tespit edilmiştir. Diğer yandan en fazla aşınma helezon_2 'de meydana gelmiştir. Helezon_2 'nin deney sonuçlarına göre aşınma miktarı oranı %5.384, tarama verilerine göre aşınma miktarı oranı %5.610 ve bilgisayar simülasyon sonuçlarına göre aşınma miktarı oranı %5.771 olarak gözlemlenmiştir. Bu sonuçlara göre değerlendirme yapıldığında HAD ve AEM 'nun birlikte kullanımı mühendislik uygulamalarının birçok noktasında kolaylık sağlayacaktır.

Abstract:
In livestock farms, accumulated solid and liquid animal excreta lead to problems such as difficulty in disposal, foul odor, and contamination of water sources. The most suitable solution for using solid and liquid animal manure is to apply them to the soil as organic fertilizer using appropriate equipment and methods. To achieve this, waste animal manure in farms is separated into liquid (slurry) and solid barn manure through a separator. Based on preliminary discussions with livestock farm owners and manure separator manufacturers, it has been identified that the primary issue and cost factor in these machines (separators) is the wear occurring on the screw. Due to this wear, adequate compression cannot be achieved, resulting in the desired low moisture levels in solid barn manure not being attained. Consequently, there is an increase in energy consumption and operational costs. To address this issue, a study was conducted using four different geometries of screws, both experimentally and through computer simulations employing Computational Fluid Dynamics (CFD) and the Discrete Element Method (DEM). In the experimental studies, the power consumption and capacity of the separator during the use of each screw were measured every 45 hours. The wear amount on the screws was evaluated in three ways using the weight difference method. Initially, the screws were weighed separately at the beginning and end of the experiment and compared based on the weight difference. Subsequently, both in terms of weight and dimensions, the screws were scanned in three dimensions before and after the experiment and compared. Finally, the weight loss of the screws was evaluated using CFD and DEM together in a computer environment. Considering all results, the least wear was observed in Screw_4. According to the experimental results, the wear ratio of Screw_4 was determined to be 1.603%, according to the scanning data, it was 1.013%, and according to the computer simulation results, it was 1.060%. On the other hand, the most wear occurred in Screw_2. The wear ratio of Screw_2 was observed to be 5.384% according to the experimental results, 5.610% according to the scanning data, and 5.771% according to the computer simulation results. Based on these results, it can be concluded that the combined use of CFD and DEM will facilitate many aspects of engineering applications.