· MÜHENDİSLİK ve MULTİDİSİPLİNER YAKLAŞIMLAR. EDİTÖRLER. PROF. DR. Ayşegül AKDOĞAN EKER. PROF. DR. Adnan DİKİCİOĞLU. Güven Plus Grup A.Ş. Yayınları

MÜHENDİSLİK ve MULTİDİSİPLİNER

YAKLAŞIMLAR

EDİTÖRLER

PROF. DR. Ayşegül AKDOĞAN EKER

PROF. DR. Adnan DİKİCİOĞLU

MÜHENDİSLİK ve MULTİDİSİPLİNER YAKLAŞIMLAR

EDİTÖRLER PROF. DR. Ayşegül AKDOĞAN EKER PROF. DR. Adnan DİKİCİOĞLU Güven Plus Grup A.Ş. Yayınları: Aralık 40 / 2019 Yayıncı Sertifika No: 36934 E-ISBN: 978-605-7594-39-6 Güven Plus Grup A.Ş. Yayınları Bu kitabının/derginin/kongrenin her türlü yayın hakkı GÜVEN PLUS GRUP DANIŞMANLIK A.Ş. YAYINLA-RI’na aittir. Yayınevinin yazılı izni olmadan, kitabın/derginin tümünün veya bir kısmının elektronik, mekanik ya da fotokopi yoluyla basımı, yayını, çoğaltımı ve dağıtımı yapılamaz. Kitapta yer alan her bölüm/makale sorumlu-luğu, görseller, grafikler, direkt alıntılar ve etik/kurum iznine yönelik sorumluluk ilgili yazarlara aittir. Oluşabi-lecek Herhangi Hukuki bir olumsuzlukta Yayınevi başta olmak üzere kitabın hazırlanmasına destek sağlayan kurumlar, kitabın düzenlenmesi ve tasarımından sorumlular kurum(lar) ve kitap/dergi editörler/hakemler hiçbir konuda “maddi ve manevi” bir yükümlülük ve hukuki sorumluluğu kabul etmez, hukuki yükümlülük altına alı-namaz. Her türlü hukuki yükümlülük ve sorumluluk “maddi ve manevi” yönden ilgili bölüm yazar(lar)ına aittir. Bu yöndeki haklarımızı maddi ve manevi yönden GÜVEN GRUP DANIŞMANLIK “YAYINCILIK”A.Ş. olarak saklı tutarız. Herhangi bir hukuki sorunda/durumda İSTANBUL mahkemeleri yetkilidir. Güven Plus Grup Da-nışmanlık bünyesinde hazırlanan ve yayınlan bu eser ISO: 10002:2014-14001:2004-9001:2008-18001:2007 belgelerine sahiptir. Bu eser TPE “Türk Patent Enstitüsü” tarafından “Güven Plus Grup A.Ş.2016/73232” ve “2015/03940” nolu tescil numarası ile markalı bir eserdir. Bu bilimsel/akademik kitap/dergi ulusal ve uluslararası nitelikte olup, akademik teşvik kriterlerini karşılamaktadır. Çok bölümlü/yazarlı olan bu kitap/dergi E-ISBN’li olup Kültür Bakanlığı Milli Kütüphaneler tarafından ve 18 Farklı Dünya Ülkesiyle Anlaşmalı olan Milli Kütüphanenin E Erişim sistemi tarafından da taranmaktadır. Bu kitap/dergi maddi bir değer ile alınıp satılamaz. Kitap/dergi bö-lüm/makale yazarlarından, destekleyenlerden, kitap/dergiye emeği geçenlerden Güven Plus Grup A.Ş. Yayıncılık herhangi bir maddi bir gelir elde etmemiş ve talepte bulunmamıştır. Kitap/Dergide yer alan bölüm/makalelerden alıntı yapmak ve ilgili bölüm/makaleye atıf yapılmak koşulu ile kaynak gösterilmek üzere bilimsel ya da ilgili araştırmacılar tarafından kullanılabilir. Metin ve Dil Editörü Doç. Dr. Gülsemin HAZER Dr. Öğr. Üyesi Gökşen ARAS Dr. Öğr. Üyesi Mehmet Hayrullah AKYILDIZ Dr. Öğr. Üyesi Senai YALÇINKAYA Kapak Tasarımı Öğr. Gör. Ozan KARABAŞ Sayfa Düzeni Burhan Maden Baskı-Cilt GÜVEN PLUS GRUP DANIŞMANLIK A.Ş. YAYINLARI® Kayaşehir Mah. Başakşehir Emlak Konutları, Evliya Çelebi Cad. 1/A D Blok K4 D29 Başakşehir İstanbul Tel: +902128014061- 62 Fax:+902128014063 Mobile:+9053331447861 KONGRE/KİTAP/DERGİ İMTİYAZ SAHİBİ GÜVEN PLUS GRUP DANIŞMANLIK A.Ş. YAYINLARI® Kayaşehir Mah. Başakşehir Emlak Konutları, Evliya Çelebi Cad. 1/A D Blok K4 D29 Başakşehir İstanbul Tel: +902128014061-62-63 - +905331447861 [email protected], www.guvenplus.com.tr

İçindekiler

KÜRESEL ISINMANIN ENERJİ, FOSİL YAKITLAR VE TARIMSAL ÜRETİMDEKİ OLASI ETKİLERİ 8 Gülcan DEMİROĞLU TOPÇU, A. Engin ÖZÇELİK, Tuğba TUTAR

BİYOMEDİKAL UYGULAMALARDA KULLANILAN CO-CR-W VE CO-CR-MO METAL ALAŞIMLARININ EKLEMELİ İMALAT YÖNTEMİ İLE ÜRETİLMESİ 30 Arş. Gör. Ebuzer AYGÜL, Dr. Öğr. Üyesi Senai YALÇINKAYA, Prof. Dr. Yusuf ŞAHİN

TASARIM SÜRECİNDE RENK, MALZEME VE IŞIK- BİR YAZILIM KAVRAMI 42 Murat KORKMAZ

MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ TASARIMINDA MALZEME SEÇİMİ İÇİN BİLGİ TABANLI BİR SİSTEM 55 Murat KORKMAZ

AC VE DC YÜKLÜ GÜNEŞ EV AYDINLATMA SİSTEMİ 72 Murat KORKMAZ

KAYNAKTA YANMA OLUKLARININ MALZEMENİN MEKANİK ÖZELLİKLERİNE ETKİSİNİN İNCELENMESİ 84 Doç.Dr. Memduh KURTULMUŞ, Dr.Öğr.Üyesi Senai YALÇINKAYA, Ezgi DOĞAN3

REKREASYONEL KULLANIMLARDA KULLANICI MEMNUNİYETİ ÜZERİNE ARAŞTIRMALAR 113 Doç. Dr. Nilüfer KART AKTAŞ

BİYOBOZUNUR TARIMSAL ÖRTÜ FİLMLERİ VE TERMOPLASTİK NİŞASTA KARIŞIMLARININ KULLANILMASI 131 Mithat ÇELEBİ

ZEMİN İYİLEŞTİRME YÖNTEMLERİ 147 Dr. Öğr. Üyesi Mehmet Hayrullah AKYILDIZ

ŞEV STABİLİZASYONUNUN PLAXSIS PROGRAMI İLE ANALİZİ 166 Dr. Öğrt. Üyesi Mehmet Hayrullah AKYILDIZ

3 EKSENLİ HASSAS KESME CİHAZININ MEKANİK TASARIMI VE ADAPTİF KONTROLÜ İLE İDEAL KESİM PARAMETRELERİNİN BELİRLENMESİ 188 Kağan TELEK, Hasan Basri ULAŞ

TÜRKİYE’DE AKILLI EVLER 198 Melek TOMAŞ

İNŞAAT SEKTÖRÜNDE MOBBING’İN İŞ KAZALARI VE MESLEK HASTALIKLARINA ETKİLERİ 216 Alican KUTKAN1, Şenay ATABAY2

MOTOR HARAKET HAYALİ İÇEREN EEG SİNYALLERİNİN SINIFLANDIRILMASI 248 Dr. Öğr. Üyesi Nebi GEDİK

FARKLI AÇILARDA GÜNEŞ PANELLERİNDEN ELDE EDİLEN ELEKTRİK ENERJİSİNİN SAATLERE GÖRE KIYASLANMASI 266 Dr. Öğr. Üyesi Süleyman ŞİMŞEK, Dr. Öğr. Üyesi Hatice ŞİMŞEK

FARMASÖTİK MİKROKİRLETİCİLERİN ADSORPSİYON YÖNTEMİ İLE GİDERİMİNE GENEL BAKIŞ 283 Doç. Dr. Didem SALOGLU

FDM TEKNOLOJİSİ KULLANILAN 3B YAZICILARDA BASKI PARAMETRELERİ 305 Seval ÖZGEL FELEK

TARİHİ ÇEVREDE YENİ YAPI TASARIMINDA BİRLEŞİM BİÇİMLERİ BAĞLAMINDA MODERN YAKLAŞIMLAR 323 Prof. Dr. Gonca BÜYÜKMIHÇI, Arş. Gör. Ayşegül AKŞEHİRLİOĞLU, Kübra GÜL MENGÜÇ

GÜRBÜZ UYARLAMALI KONTROL KURALININ ESNEK UZUVLU ROBOT MANİPULATÖRÜNE UYGULANMASI 351 Dr. Ömür Can ÖZGÜNEY, Prof. Dr. Recep BURKAN

SKİ İLE SİC VE BN PARÇACIK TAKVİYE EDİLEN AA 5182’NİN MİKROYAPISAL, MEKANİK VE TRİBOLOJİK İNCELEMESİ 374 Arş. Gör. Yaşar SERT, Serkan KARAKAŞ, Prof. Dr. Tevfik KÜÇÜKÖMEROĞLU

MEMS & NEMS BASINÇ SENSÖRLERİN TIBBİ UYGULAMALARI 395 Dr. Öğr. Üyesi Osman ÜLKİR, Dr. Öğr. Üyesi İshak ERTUĞRUL, Arş. Gör. Ebuzer AYGÜL, Dr. Öğr. Üyesi Senai YALÇINKAYA

HAVACILIK VE UZAY SEKTÖRÜNDE KULLANILAN 7075 – T651 ALÜMİNYUM ALAŞIMININ DELİNMESİ İÇİN KULLANILAN FARKLI MATKAP UÇLARININ PERFORMANS ANALİZİNİN DENEYSEL İNCELENMESİ 408 Dr. Öğr. Üyesi Senai YALÇINKAYA, Yağız ÖZBEK

BİR STEAM UYGULAMA SÜRECİ: RUBE GOLDBERG MAKİNE TASARIMLARI 443 Dr. Öğr. Üyesi Mustafa TÜYSÜZ, Dr. Ümmüye Nur TÜZÜN

İNSAN KAYNAKLARI YÖNETİMİNDE İŞ SAĞLIĞI VE GÜVENLİĞİNİN ÖNEMİ KARGO ŞİRKETİNDE BİR ARAŞTIRMA 468 Coşkun CANBAZ, Dr. Öğr. Üyesi Reşit ERÇETİN

SÜRDÜRÜLBİLİR KENTSEL TASARIMDA SÜREKLİLİK VE KAPALILIK 489 Doç. Dr. Ufuk Fatih KÜÇÜKALİ

MİNERAL RADON FİLTRELERİ SOĞURUM KAPASİTELERİ 511 Prof. Dr. Ahmet Erdal OSMANLIOĞLU

DONDURARAK KURUTMA, MİKRODALGA KURUTMA VE SICAK HAVADA KURUTMA İŞLEMLERİNİN MUZ DİLİMLERİNİN ANTİOKSİDAN AKTİVİTE VE BAZI FİZİKOKİMYASAL ÖZELLİKLER ÜZERİNE ETKİLERİNİN KIYASLANMASI 511 Sibel BÖLEK

ÖNSÖZ

Değerli okurlar,

Yayınlarının önemli bir bölümünü akademik kitapların oluştur-masının yanı sıra ulusal ve uluslararası nitelikte göstermiş olduğu faali-yetlerle oldukça prestij kazanmış Güven Plus Grup A.Ş. Yayınları tara-fından çıkarılan bu kitap, mühendislik alanına multidisipliner bir yakla-şımla çeşitli konuları ele alan, birbirinden kıymetli akademisyenlerin araştırmalarını kapsayan yirmi altı farklı bölümden oluşmaktadır.

Küresel ısınmadan akıllı evlere, yapı tasarımlarından imalat yön-temlerine, aydınlatma sistemlerinden basınç sensörlerine kadar geniş bir yelpazede birçok ilgi çekici temaya değinilen bölümlerin yer aldığı kita-bın, sayısız araştırmacının akademik çalışmalarına ışık tutacağına ve ge-rek Yükseköğretim Kurumu kataloglarında, gerek kamu kütüphanele-rinde, gerekse kişisel arşivlerde oldukça değerli bir yer bulacağına ina-nılmaktadır.

Uzun zaman alan ve büyük bir titizlikle yapılan çalışmaların so-nucu olarak ortaya koyulan bu eserin gerçekleşmesinde emeği geçen saygı değer editörlerimize, yazarlarımıza, hakemlerimize ve kitabımızı edinen siz sevgili okurlarımıza teşekkürlerimizi sunarız.

Aralık 2019

KÜRESEL ISINMANIN ENERJİ, FOSİL YAKITLAR ve TARIMSAL ÜRETİMDEKİ OLASI ETKİLERİ

Gülcan DEMİROĞLU TOPÇU1, A. Engin ÖZÇELİK2, Tuğba TUTAR2

1Ege Üniversitesi, Ziraat Fakültesi, İzmir / Türkiye 2Selçuk Üniversitesi, Teknoloji Fakültesi, Konya / Türkiye

Öz: Küresel ısınma 21. yüzyılın en acil çevre sorunudur. Dünyanın bir enerji kaynağı olarak fosil yakıtlara olan bağımlılığının devam etmesi nedeniyle, atmosferde sera gazı seviyeleri sürekli artmakta ve Dünya'yı ısıtmaktadır. Önlemler alınmazsa, sıcaklıklar artmaya devam edecek ve dünyadaki ekosistemlerin yok olmasına ve türlerin yok olmasına neden olacaktır. Atmosferi ısıtmaya en büyük katkısı fosil yakıtların enerji için aşırı kullanımıdır. Daha verimli teknolojiler kullanılmaz ve rüzgar enerji-si, güneş enerjisi, yakıt hücreleri veya jeotermal enerji gibi yenilenebilir enerji kaynakları fosil yakıtların yerini alamaması durumunda, küresel ısınmayı kontrol altına alma umudu olamayacaktır. Çalışmanın amacı; öncelikle enerjinin küresel ısınmaya olan bağlantısını ve fosil yakıtların soruna neden bu kadar büyük katkıda bulunduğunu tartışmak ve iklim değişikliğinin tarımdaki olası etkilerinin belirlenmesidir.

GİRİŞ ve KURAMSAL ÇERÇEVE

Enerji Kaynakları-Fosil Yakıtlar: Fosil yakıtlar, kömür ve petrolden (akaryakıt veya doğal gaz) türetilen hidrokarbonlardır. Yüz milyonlarca yıl boyunca Dünya'nın kabuğundaki ısı ve basınca maruz kalan gömülü bitki ve hayvanların fosilleşmiş kalıntılarından oluşurlar. Fosil yakıtlar, yalnızca biyolojik kaynaklardan türetilmemiş hidrokarbonlar içeren, pet-rol şist ve katran kumu gibi maddeleri de içerir. Bunlara mineral yakıtlar denir. Bugün, gelişmiş dünya endüstrisinin çoğu, mal ve hizmetlerin


9

üretiminde ihtiyaç duyulan enerjiyi üretmek için büyük ölçüde fosil ya-kıtlara dayanmaktadır. Yanan fosil yakıtlardan elde edilen ısı da ısıtma için kullanılır ve araçlar ve elektrik enerjisi üretimi için mekanik enerjiye dönüştürülür.

Artık fosil yakıtların yakılmasının en büyük karbondioksit (CO2) emisyonu kaynağı olduğunun farkındayız. Ne yazık ki, kullanımları gi-derek artıyor. Bugün karşı karşıya olduğumuz en büyük ikilemlerden biri, Çin'in modernleşme ve sanayileşme yarışında yüzlerce kömür yakıt-lı elektrik santrali inşa etmesi ve CO2 emisyonlarını arttırmasıdır. Fosil yakıtlar neredeyse tamamen karbondan oluştuğu için, yakıldıklarında - kömürle çalışan bir tesiste veya benzin formunda olduğu gibi - oluştur-dukları karbon atmosfere CO2 şeklinde geri salınır. En yaygın fosil yakıt-lar kömür, doğal gaz ve petroldür.

Kömür: Kömür, ağırlıkça %90'a kadar karbondan oluşan tortul orga-nik bir kayadır. Dünya'nın kömürünün büyük kısmı, 354 ila 290 milyon yıl önce Üst, Orta ve Alt Mississippian ve Pennsylvanian dönemlerinde Paleozoik jeolojik zamanın Karbonifer döneminde oluşmuştur. Bitkiler ve hayvanlar çürümesi ile bataklık bölgelerine gömülmeleri ve nemli turba bataklıklardan toplandıktan ve bir kez gömüldükten sonra, zaman-la ve ısı ve basınç altında, bu organik kalıntılar yavaşça kömüre dönüştü - üç fit (1 m) turbanın birikmesi 4.000 ila 100.000 yıl sürdü. Bu organik tortular artan basınca maruz kaldıkça, kömürün karbon içeriği daha kon-santre hale geldi. Zamanla kömür sertleşir ve kararır ve yaşlandıkça bir dizi aşamaya dönüşür. Dört kömür türü linyit (en düşük rütbe), alt bi-tümlü, bitümlü ve antrasittir (en yüksek rütbe). Daha ilkel kömür form-ları daha düşük karbon içeriğine ve müteakip olarak daha düşük bir enerji seviyesine sahipken, sıralamada ne kadar yüksek olursa, karbon içeriği ne kadar yüksek olursa, enerji seviyesi o kadar yüksek olmaktadır.

Aşama 1: Turba. Gerçek bir kömür bile değil, turba bugün dün-yanın çeşitli yerlerinde kullanılan bir yakıttır. Bataklıkların yaygın oldu-ğu yerlerde (İrlanda gibi), turba topraktan kesilebilir, kurutulabilir ve ısı değeri için yakılabilir - ancak enerji verimli değildir.

Gülcan DEMİROĞLU TOPÇU, A. Engin ÖZÇELİK, Tuğba TUTAR

10

Aşama 2: Linyit. Bu kömür yumuşak ve kahverengidir ve turbaya benzer. Düşük enerji çıkışına sahiptir ve yaklaşık % 40 karbondan oluşur. Başka bir şey olmadığı sürece linyit yaygın olarak kullanılmaz.

Aşama 3: Subbitüminöz. Bu kömür ton başına yaklaşık 18 milyon İngiliz ısı birimi (Btu) enerji içeriğine sahiptir ve kömürle çalışan elektrik santrallerinde yaygın olarak kullanılmaktadır.

Aşama 4: Bitümlü. Bu Amerika Birleşik Devletleri'nde kullanılan en yaygın kömürdür. Esas olarak yaklaşık 300 milyon yıl önce Karboni-fer döneminden itibaren, yüksek enerji içeriğine sahiptir - ton başına yak-laşık 24 milyon Btu.

Aşama 5: Antrasit. Bu en zor kömürdür ve Pennsylvania'da yay-gın olarak bulunur, ancak çoğunluğu zaten çıkarılmıştır. %90'dan fazla karbon içeren, çok yüksek bir enerji içeriğine sahiptir - ton başına yakla-şık 23 milyon Btu - ancak maalesef yüksek bir kükürt içeriğine sahiptir.

Kömür yatakları birçok ortamda mevcuttur. Bir zamanlar deniz suyu ile kaplı tuzlu su bataklıklarında yüksek kükürtlü kömür oluşmuşturr. Tatlı su alanlarında kükürt içeriği düşük kömür birikintileri oluşmuştur. Kömür dikişleri Dünya yüzeyine yakın olabilir veya yeraltına gömülebi-lir. Kömür yatakları yeraltına gömüldüğünde, onlar için madencilik son derece enerji yoğun ve madenciler için tehlikeli olabilmektedir.

Enerji Ölçümü: Enerji, çok az miktarda enerji olan joule olarak ölçü-lür. Oda sıcaklığında soğuyan bir fincan sıcak çikolata yaklaşık 100.000 joule bırakacaktır. Kalori, genellikle yiyeceklerde bulunan enerjiyi ölç-mek için kullanılan eski moda bir birimdir. Bir dilim ekmek yaklaşık 70 kalori içerir. Bir kalori yaklaşık 4.000 joule eşittir. Güç, enerjinin verilme veya kullanılma hızıdır ve watt olarak ölçülür. Saniyede bir joule enerji kullanımı bir watt'tır. 60 watt'lık bir ampul, ısı ve ışık vermek için sani-yede 60 joule enerji kullanmaktadır. Fiziksel birimler mesafe, alan, ha-cim, boy, ağırlık, kütle, kuvvet, dürtü ve enerji ölçülerini yansıtır. Farklı enerji türleri farklı fiziksel birimlerle ölçülür: petrol için varil veya galon; doğal gaz için fit küp; kömür için ton; ve elektrik için kilowatt saat. Farklı yakıtları karşılaştırmak için, ölçümleri aynı birimlere dönüştürmek gere-kir. Amerika Birleşik Devletleri'nde, yakıtları karşılaştırmak için en yay-gın olarak kullanılan ölçü birimi İngiliz ısı birimidir, bu da bir kilo suyun


11

sıcaklığını bir derece Fahrenheit'e yükseltmek için gereken enerji mikta-rıdır. Bir Btu yaklaşık olarak odun kibritinin yakılmasında açığa çıkan enerjiye eşittir.

Aşağıdaki tablo, ortak enerji birimlerinin Btu içeriğini göstermekte-dir.

Ortak Enerji Birimlerinin Btu İçeriği

1 varil ham petrol (42 galon) 5.800.000 Btu 1 galon benzin 124.000 Btu 1 galon ısıtma yağı 139.000 Btu 1 galon dizel yakıt 139.000 Btu 1 varil artık fuel oil 6,287,000 Btu 1 feet küp doğal gaz 1,026 Btu 1 galon propan 91.000 Btu 1 kısa ton kömür 20.681.000 Btu 1 kilovat saat elektrik 3.412 Btu

Çoğu insan bugünlerde enerji tasarrufu yapmak istiyor. Btu eşdeğer-leri farklı enerji kaynakları kullanmanın artılarını ve eksilerini karşılaş-tırmak için kullanılabilir. Her bir enerji türü için toplam enerji kullanımı-nı tahmin ederek, karşılık gelen Btus hesaplanabilir ve bir verimlilik öl-çüsü için birbirleriyle karşılaştırılabilir.

Bir elektrik santralinde kömür kullanıldığında, toz haline getirilmiş kömür, yandığında fırına üflenir. Fırındaki borulardan akan su basınç altında kaynama noktasına ısıtılır, bu da bir türbin içinden patlar ve bir jeneratörü elektrik üretmek için döndürür. Buhar türbinden geçtikten sonra soğutulur ve tekrar suya kondanse edilir ve tekrar Rankine çevrimi adı verilen bir yolu tamamlayarak fırına geri dönmektedir.

Kömür yandığında, kükürt dioksit, azot oksit, CO2 ve diğer gazlar açığa çıkmaktadır. Sülfür parçacıkları kısmen yıkayıcılar veya filtrelerle çıkarılır. Yıkayıcılar, sülfürü emmek için ıslak bir kireçtaşı bulamacı kul-lanır. Filtreler, parçacıkları yakalayan büyük bez torbalardır. Kükürt emisyonlarının %90'ına kadarı yakalanırken, geri kalanı bacalardan at-mosfere fırlatılabilir.


12

Yüksek karbon içeriği nedeniyle kömür yakıldığında diğer fosil ya-kıtlardan daha fazla CO2 yayar. Aynı zamanda dünya çapında elektrik üretimi için kullanılan ana kaynak yakıttır. ABD'de türlerin hayatta kal-masını sağlamak için dünyanın topraklarını, suyunu ve iklimini koru-mak amacıyla bilim, hukuk ve medya aracılığıyla çalışan bir kuruluş olan Biyolojik Çeşitlilik Merkezi'ne göre kömür, elektrik enerjisi sektö-ründeki emisyonlar sera gazının % 83'ünü oluşturmaktadır.

Kömür madenciliği en tehlikeli madencilik türlerinden biridir. Yeral-tı madenciliği genellikle madencilerin yakın, dar alanlarda çalışmasını gerektirir.

Küresel olarak, kömür yanması antropojenik sera gazı etkisine önde gelen katkıda bulunmaktadır. CO2'ye ek olarak, metan kömürü bir başka yan üründür. Ayrıca bir sera gazı olan metan, 100 yıllık bir sürede CO2'den 25 kat daha büyük bir küresel ısınma potansiyeline (GWP) sa-hiptir.

İlgili Bilim Adamları Birliği (UCS) tarafından yapılan bir araştırmaya dayanarak, aşağıdakiler, her yıl 3.5 milyar kilovat saat üreten ve 500.000 kilovat saat üretim yapan - 140.000 şehre güç sağlayacak kadar yan etki-leri listeliyor. Her yıl 1.430.000 ton kömür yakıyor, 2.2 milyar galon su ve 146.000 ton kireç taşı kullanıyor. Her yıl Dünya atmosferine :

10.000 ton (9.072 metrik ton) kükürt dioksit (SOx). Sülfür dioksit, ormanlara, göllere ve binalara zarar veren asit yağmurunun ana nedeni-dir.

10.200 ton (9.253 metrik ton) azot oksit (NOx). Azot oksit duma-nın ana sebebi ve aynı zamanda asit yağmuru nedenidir.

Birincil sera gazı ve küresel ısınmanın önde gelen nedeni olan 3,7 milyon ton (3,4 milyon metrik ton) CO2.

500 ton (454 metrik ton) küçük parçacıklar. Küçük partiküller, sağlığa zarar veren ve akciğer hasarına neden olan bir tehlikedir.

220 ton (200 metrik ton) hidrokarbon. Fosil yakıtlar hidrokarbon-lardan yapılır; tamamen yanmadıklarında havaya salınırlar ve buğulan-maya neden olurlar.


13

Zehirli bir gaz olan ve küresel ısınmaya katkıda bulunan 720 ton (653 metrik ton) karbon monoksit (CO).

Baca yıkayıcısından 125.000 ton (113.000 metrik ton) kül ve 193.000 ton (175.000 metrik ton) çamur. Kül ve çamur kömür külü, kireç-taşı ve kurşun ve cıva gibi toksik metaller gibi birçok kirleticiden oluşur.

225 kilo (102 kg) arsenik, 114 kilo (52 kg) kurşun, 4 kilo (2 kg) kadmiyum, cıva, eser miktarda uranyum ve diğer birçok toksik ağır me-tal

salınmaktadır UCS'ye göre, yıllık kömür üretiminin önümüzdeki yüzyıla kadar

yaklaşık 2 milyar ton (900 milyon mt) kalması bekleniyor. Araştırmacılar, kararlı bir kullanım oranında kömür kaynaklarının 265 yıl daha tüken-meyeceğini tahmin ediyorlar. Bununla birlikte, büyüme oranı yılda % 2 artmaya devam ederse, kömür kaynakları 93 yılda tükeneceği; % 3'lük bir büyüme oranıyla 73 yıl içinde tükeneceği öngörülmektedir.

Ancak UCS, kömürün fiziksel arzının bol olmasına ve üretim mali-yetlerinin şu anda nispeten düşük olmasına rağmen, çevresel etkilerin çok büyük olduğunu vurgulamaktadır. Günümüzde birçok yenilikçi kömür yakma teknolojisi geliştirilmekte ve makul çevresel alternatifler olarak lanse edilmesine rağmen, kömürden kaynaklanan CO2 emisyonla-rını azaltmanın tek pratik yolu, her bir kilogram kömürden daha fazla enerji elde ederek verimliliğini arttırmaktır. Günümüzde, tipik kömür santrallerinin verimliliği, yalnızca buhar türbinlerinin yetenekleri ile sı-nırlı olarak %33 civarındadır. UCS, kömürü elektriğe dönüştürmenin verimliliğini artırmanın ilk yolunun, kojenerasyon adı verilen bir süreçte atık ısıyı yakalamak olduğuna inanıyor. Kojenerasyon birlikte ısı ve gü-cün üretilmesidir. İyi bilinen ancak yaygın olarak kullanılmayan bir tek-nolojidir. Bir kojenerasyon yöntemi, yakındaki binaları ısıtmak için atık ısıyı kullanmaktır. ABD'de nadiren kullanılırken, bölgesel ısıtma adı ve-rilen bir süreç, kuzey Avrupa'da yaygın olarak kullanılmaktadır.

Daha düşük karbon emisyonlarına sahip başka bir yaklaşım, kömür gazını, metan gibi hidrojen açısından zengin gazları yanma olmadan elektriğe dönüştüren bir yakıt hücresinden geçirmektir. Şu anda araştırı-lan bir başka yöntem de manyetohidrodinamik veya MHD olarak adlan-


14

dırılan bir kavramdır. MHD ile, kömür yanmasından gelen aşırı ısıtılmış gazlar, süper iletken mıknatısların oluşturduğu manyetik alandan geçer ve geçerken bir elektrik yükü üretir. Gazlar daha sonra geleneksel bir gaz türbinine güç vererek ısıdan mümkün olduğunca fazla enerji çeker. Bu yöntemle verimlilik seviyelerinin %50 ila 60 arasında olduğu tahmin edilmektedir.

Bununla birlikte UCS, kömür kullanımını daha verimli ve çevreye daha az zarar veren birkaç tekniğe rağmen, karbon emisyonu olmadan kömürden enerji üretmenin asla mümkün olmayabileceği konusunda uyarmaktadır. Kömürden üretilen ısının çoğu, enerji içeriğinin %70'inden fazlasını sağlayan karbondan üretilir. Şu anda dünyada bu kadar büyük kömür rezervleri bulunduğundan ve bu kömürü çıkarma-nın maliyeti çok düşük olduğundan, büyük karbon emisyonlarından kaçınmak için uyumlu bir çaba harcanacaktır. Daha verimli kullanım iyi bir başlangıçtır, ancak kömürün yenilenebilir enerji ile değiştirilmesi, küresel ısınmanın kontrolüne yönelik daha iyi bir çözümdür.

Doğal gaz: Doğal gaz bir hidrokarbondur, ancak kömür ve petrole kıyasla nispeten temizdir. Doğal gaz, ayrışmış organik malzemenin bir ürünüdür. Kömür gibi, su altında oksijen bulunmadan bataklık ve batak-lıklarda sıkışmış eski bitki ve hayvanların bir ürünüdür. Jeolojik zamanla bu yataklar kaplandı ve tuzağa düştü. Doğal gaz, kumtaşı gibi geçirimsiz kaya örtüsünün altına hapsolmuş gözenekli kaya oluşumlarında oluşur (böylece atmosfere erken kaçamaz). Doğal gaz genellikle petrolle karış-mış veya yeraltı petrol rezervuarlarında yüzer halde bulunur. Gazın var-lığı, yağı yüzeye çıkarmak için gerekli basıncı sağlamaktadır.

Doğal gaz yatakları dünya çapında sürekli olarak keşfedilmektedir. UCS'ye göre, şu anda ABD'de bilinen gaz rezervleri ülkeye yaklaşık 60 yıl veya daha fazla tedarik edebilecek. Rusya, Endonezya, Meksika ve Kuzey Afrika'da da daha fazla doğal gaz rezervi var. Dünya rezervleri-nin tahminleri 120 ila 175 yıl arasında değişmektedir. Ekstraksiyon yön-temleri iyileştirildikçe ve daha verimli hale geldikçe, rezervler üç kat daha yüksek olabilmektedir.


15

1900'lü yılların başında, doğalgaz büyük ölçüde hafif evlere ve bina-lara kullanıldı. 1900'lü yılların ortalarında, Amerika Birleşik Devletleri genelinde geniş boru hatları inşa edildi. Bugün Amerika Birleşik Devlet-leri'nde 1 milyon milden (1,6 milyon km) fazla gaz hattı var. Amerika Birleşik Devletleri'nde doğal gazın yaklaşık yarısı sanayi, dördüncüsü konut sektörü, geri kalanı da ticari kullanıcılar ve elektrik hizmetleri ta-rafından kullanılmaktadır. Endüstri tarafından temel olarak ısı, kombine ısı ve elektrik (kojenerasyon olarak adlandırılır) ve plastik, kimyasallar ve gübre için bir girdi olarak kullanılır. Evlerde gaz kullanımı esas olarak ısıtma amaçlıdır. Doğal gaz fosil yakıt olmasına ve çoğunlukla karbon-dan oluşmasına rağmen, küresel ısınmaya neden olan emisyonlar kömür ve petrolden daha azdır. Doğal gaz kömürden %43, petrolden %30 daha az karbon emisyonu üretmektedir. Gaz, kömür santrallerinden gelen büyük miktardaki kül gibi katı atık üretmez. Aynı zamanda çok az kü-kürt dioksit (SO2) ve partikül emisyonu üretir. Ancak doğal gazın yan-ması NOx üretir ve kendi içinde çok güçlü bir sera gazıdır. Doğal gaz (metan) atmosferdeki ısıyı hapsetmede CO2'den çok daha etkilidir — 58 kat daha güçlüdür. Şu anda, doğal gaz kullanımı tüm küresel ısınma emisyonlarının yaklaşık % 10'unu oluşturmaktadır.

Gaz türbinleri kullanarak elektrik üretmek için gaz kullanımı ABD'de büyüyor çünkü gaz türbinleri kömür santrallerinden daha ucuz ve kullanımı daha kolay. Benzini elektriğe dönüştürmek için başka bir teknoloji artık kullanıma sunuluyor: Yakıt hücresi. Yakıt hücreleri gazı yanmadan doğrudan güce dönüştürür. Doğal gaz molekülü karbon ve hidrojenden oluşur. Hidrojen karbondan ayrılıp bir yakıt hücresine bes-lendiğinde, su, elektrik ve ısı üretmek için oksijenle birleşir. Karbon, kar-bondioksit olarak salınır, ancak gaz türbinlerinden çok daha küçük mik-tarlarda salınmaktadır. Yakıt hücreleri yüksek verimlidir ve gazdaki enerjinin yaklaşık %60'ını elektriğe dönüştürür. Ancak UCS'ye göre, do-ğal gaz kullanımı arttıkça, daha önemli bir sera gazı kaynağı haline gele-cektir. Küresel ısınma etkilerini azaltmak için yakıt hücrelerinde müm-kün olan en temiz şekilde kullanılması giderek daha önemli hale gelecek-tir. Biyolojik Çeşitlilik Merkezi'ne göre, sıvılaştırılmış doğal gaz (LNG) - aşırı soğutulmuş ve depolama veya nakliye kolaylığı için sıvıya dönüştü-


16

rülen doğal gaz - iklime aşırı zarar vermektedir. Şu anda LNG'yi sıvılaş-tırmak, taşımak ve yeniden gaz haline getirmek için muazzam miktarda enerji gerekiyor. Sadece bir tesisten işlenmesi yılda yaklaşık 4,4 milyon arabadan kaynaklanan yıllık sera gazı kirliliğine eşit olmak üzere yılda 24 milyon tondan (22 milyon metrik ton) daha fazla sera gazı üretebil-mektedir. Carnegie Mellon Üniversitesi'ndeki bilim adamları, LNG'nin aslında kömür kadar neredeyse sera gazı kirliliği üretebileceği sonucuna vardı. LNG, doğal gazın bir sıvı halinde yoğunlaştırılması için soğutul-masıyla üretilir. Doğal gazın yoğunlaşması için -162 °C'ye kadar soğu-tulması gerekir. LNG %98'den fazla saf metan. LPG, sıkıştırıldığında sıvı duruma dönüştürülen propan ve diğer benzer hidrokarbon gazlarının bir karışımıdır. Sıvılaştırmak için aşırı basınç altında (inç kare başına ~ 200 pound) saklanmalıdır.

Petrol: Petrol 20. yüzyılın temel enerji kaynağı olmuştur - bazen si-yah altın olarak da adlandırılır. Dünya çapında, rezervler mevcut oran-larda 40 ila 60 yıllık tüketim sağlayabilir. UCS'ye göre, 21. yüzyılın orta-larında dünya petrol kaynakları azalmaya başlayacağı öngörülmektedir. Aynı zamanda bir hidrokarbon olan petrol, 500 milyon yıl önce Kambri-yen döneminden bu yana büyük ısı ve baskı altında gömülü olan eski bitki ve hayvanların ayrıştırılmış kalıntılarından oluşur. Jurassic (180 ila 140 milyon yıl önce) ve Kretase (140 ila 65 milyon yıl önce) de petrol olu-şumu için iyi jeolojik zaman dönemleridir. Organik madde, kumtaşı ve kireçtaşı gibi tortul kayaçlarla karışarak ve bunlarla kaplanarak okyanus tabanlarında hapsolmuştur. Doğal gaza benzer şekilde, petrol yatakları geçirimsiz bir taş veya çamur tabakasının altına gömülüdür. Ölü bitki ve hayvanlar oksijen olmadan yüksek basınç altında hapsedildiklerinden, bakteriler onları hidrokarbonlara ayırabilmektedir. Petrol genellikle ka-pak kaya tabakası altında yüksek noktaların (jeolojik kaya kubbeleri gibi) olduğu bölgelerde yoğunlaşma göstermektedir. Petrol, bir petrol kulesi ile karadan pompalanır. Vahşi doğa, hayvan habitatları veya estetik veya tarihi değerlere sahip kamu arazilerinde petrol bulunduğunda ve petro-lün pompalanması çevreye zarar verecekse, koruma uzmanlarıyla çatış-malar ortaya çıkar. Yağ yüzeye getirildikten sonra, yağ teçhizatından bekleyen teknelere veya rafinerilere borulanır. Tanker, dünya çapında


17

Orta Doğu kaynaklı ham petrol gemileri gönderiyor. Şimdiye kadar ya-pılmış en büyük hareketli araç olan 400 metre uzunluğundaki süper tan-kerlerin 500.000 ton (454.000 metrik ton) yük kapasitesi var. Dünya ça-pında faaliyette olan 6.600 süper tankeri her yıl 524 milyar galon (2 tril-yon litre) petrol taşımaktadır.

Petrol sızıntılarından yıllar içinde meydana gelen çevresel felaketlere ek olarak, petrol kaynaklı hava kirliliği de önemlidir. UCS'ye göre ula-şım, ABD'deki NOx emisyonlarının yarısını ve CO2 emisyonlarının üçte birini ve ayrıca CO, ozon, SOx, parçacıklar, uçucu organik bileşikler, me-tan ve toksik metal emisyonlarını oluşturmaktadır. Bu emisyonlar küre-sel ısınmaya, kentsel duman ve asit yağmuruna katkıda bulunmaktadır. Yanan petrol, yanan kömür kadar yaklaşık dörtte üç oranında CO2 yayar ve önde gelen sera gazı üreticilerinden biridir. Arabaların sürülmesi ile büyük miktarlarda CO2 salınmasının yanı sıra, petrol arıtma işleminde yüz milyonlarca ton salınmaktadır.

Siyah Karbon: 24 Mart 2008 tarihinde Science Daily Web sitesinde yer alan bir araştırmaya göre, biyokütlenin yakılması, katı yakıtlarla pi-şirme yoluyla üretilen parçacık hava kirliliği olan siyah karbon ve dizel egzoz ile, çevre üzerinde önceden düşünülenden üç ila dört kat daha fazla ısınma etkisi vardır. CO2'nin mevcut küresel ısınma etkisi - CO2'nin yanı sıra herhangi bir sera gazından daha fazla. Ayrıca siyah karbonun varlığının, arktik deniz buzu ve Himalaya buzullarının mevcut aktif geri çekilmesinde rol oynadığına inanmaktadırlar. Carmichael ve Ramanat-han uydulardan, uçaklardan ve yer enstrümanlarından toplanan verileri kullandılar ve atmosferdeki siyah karbonun ısınma etkisinin metrekare başına kabaca 0.9 watt (W/m2) olduğunu belirlediler. Bu tahmin, 2007 yılında yayınlanan ve 0,2 ile 0,9 W / m2 arasında tahmin edilen bir ra-porda Hükümetlerarası İklim Değişikliği Paneli (IPCC) tarafından belir-lenen tahminlerden daha yüksektir. Carmichael ve Ramanathan tahmin-lerinin daha doğru olduğuna inanıyorlar çünkü bilgisayar modeli simü-lasyonları, sülfatlar ve diğer aerosollerle karıştırıldığında siyah karbonun ısınma etkisinin amplifikasyonunu hesaba katmıyor. Atmosferdeki siyah karbon içeriğinin yaklaşık dörtte biri, öncelikle yemek pişirmek için evde odun ve inek gübrelerinin yakılmasından ve evleri ısıtmak için kömür


18

kullanımından kaynaklanan Çin ve Hindistan'dan kaynaklanmaktadır. Kahverengi bulut olarak da adlandırılan kahverengimsi bir pus ön plana çıkmakta ve atmosfer sıcaklığını ısıtmakta ve milyarlarca insana Asya'da içme suyu sağlayan Himalaya buzullarının erimesini hızlandırmaktadır. Siyah karbon sadece küresel ısınmaya katkıda bulunmakla kalmaz, aynı zamanda bir halk sağlığı tehlikesidir. Siyah karbon seviyelerini önemli ölçüde azaltmak için mevcut teknolojiler vardır. Bu sorunun olumlu bir yönü, siyah karbon parçacıklarının bir asırdan fazla bir süre havada ha-vada kalan CO2'den farklı olarak yalnızca birkaç hafta havada kalması-dır.

Fosil Yakıtlar ve Küresel Isınma: Petrol ve kömür genellikle fosil yakıtlar olarak adlandırılır. Fosil yakıtların yakılması, küresel ısınmaya katkıda bulunan liderlerden biridir. Fosil yakıtlar neredeyse tamamen karbondan yapılır. Yağ durumunda, yandığında veya dumanlar solun-duğunda insanlarda kansere neden olduğu bilinen diğer toksik malze-meler vardır. Kömür elektrik üretmek için yakıldığında veya petrol nak-liye için benzin veya dizel yakıt şeklinde yakıldığında, karbon atmosfere CO2 şeklinde salınır. ABD gibi gelişmiş ülkelerde, fosil yakıtlar yakıt, elektrik, ısı ve iklimlendirme için kullanılan başlıca enerji kaynaklarıdır. Aslında, dünya çapında kullanılan enerjinin %86'sından fazlası fosil ya-kıt yanmasından kaynaklanmaktadır. Yıllardır fosil yakıtlar kolayca bu-lunabilmelerine ve elverişli olmalarına rağmen, iklim değişikliği ve küre-sel ısınmada da önemli bir rol oynamışlardır. Biyolojik Çeşitlilik Merke-zi'ne göre, ABD'de fosil yakıt kullanımı sera gazı emisyonlarının %80'inden fazlasına neden olmaktadır. Bu, atmosfere her yıl yaklaşık 4,5 milyar ton (4,1 milyar metrik ton) CO2 ekliyor ve bu, Dünya'nın doğal karbon tutma işlemleri olmasaydı daha da fazla olurdu. Doğa, CO2'yi emmek için karbon lavabo veya sünger görevi gören ağaçlar, toprak, okyanuslar ve hayvanlar sağlamıştır. Küresel ısınma devam ediyor ve birçok sera gazının uzun ömürleri gibi uzun doğal süreçler nedeniyle önümüzdeki birkaç yüzyıl boyunca devam edecek. Bununla birlikte, in-sanların potansiyel etkileri azaltmaya yardımcı olabileceği yollar vardır. Herkes her gün enerji kaynaklarını kullandığından, küresel ısınmanın olumsuz etkilerini azaltmanın en iyi yolu daha az enerji kullanmaktır.


19

Elektrik kullanımı, yanmalı motor, ormansızlaşma, tarım ticareti ve sa-vurgan yaşam tarzlarını azaltarak fosil yakıtlar azaltılabilir. Hidroelekt-rik enerji, güneş enerjisi, hidrojen motorları ve yakıt hücreleri gibi fosil olmayan yakıt enerji kaynaklarının benimsenmesi, sera gazlarının emis-yonunu yarıya indirmeyi vaat etmektedir. Kükürt dioksit, kurum ve kül gibi fosil yakıtların bazı yan ürünleri kirleticilerdir. Bu kirleticiler atmos-fere girdiğinde bulutların özelliklerini değiştirirler. Kirleticiler bulutlara karışır ve kirlenmemiş bulutlardan daha fazla sayıda damlacık içeren bulutlara neden olur, bu da onları daha yansıtıcı hale getirir. Bu, Gü-neş'in daha fazla ısı ve enerjisinin uzaya yansıtılmasına neden olarak Dünya'ya ulaşan ısıyı azaltır. Bu fenomene küresel karartma denir. Du-man ve asit yağmuru gibi çevresel sorunlara ek olarak, milyonlarca insa-nın ölümüne katkıda bulunmak için karartma da suçlandı. Kirli bulutlar Güneş'in ısısının Dünya'nın yüzeyine ulaşmasını engellediğinden, Kuzey Yarımküre'deki suları daha serin hale getirdi ve bu da kilit alanlarda daha az yağmur oluşmasına neden oldu. Bu nedenle, Kuzey Afrika'daki Sahel ihtiyaç duyduğu yağış miktarını almadı. 1970'lerde ve 1980'lerde, büyük kıtlıklar uzun süren kuraklıklar nedeniyle Kuzey Afrika'yı etkile-di. Columbia Üniversitesi'ndeki Beate Liepert'in 2005'te karartma konu-sundaki küresel bir karartma belgesine göre, bu on yıllardan gelen veri-ler küresel karartma modelleri aracılığıyla çalıştırıldığında, bilgisayarlar Sahel'de yaşanan kıtlıkları çoğalttı. Sonuç olarak “Avrupa ve Kuzey Amerika'dan egzoz borularımızdan ve elektrik santrallerinden çıkan şey, Afrika'da bir milyon insanın ölümüne katkıda bulundu ve açlık ve açlık-tan 50 milyon insanı daha fazla etkilemiştir.

Şehirlerde havada hapsolmuş yüksek konsantrasyonda partikül fosil yakıtların yakılmasının bir sonucudur Küresel karartma, Dünya'nın sı-caklığını biraz daha soğuk tutma yeteneğine sahip olduğundan, küresel karartmanın aslında küresel ısınmanın gerçek gücünü gizleyebileceğine dair endişeler mevcuttur. İklim modelleri bugün önümüzdeki yüzyılda sıcaklıkta 5 ° F (5 ° F) artış olduğunu tahmin ediyor - sıcaklıkta ciddi bir artış. Daha ürkütücü olsa da, küresel karartma küresel ısınmanın tüm etkisini maskeleyebileceğinden, sıcaklık artışı 3 °C'den (5 °F) yüksek ola-bilmektedir. Jet kontrailler bir başka küresel karartma kaynağıdır


20

Bu bir bilinmezlik göstergesi olabilmektedir. Küresel karartma, emisyonların temizlenmesiyle hafifletilebilir ve kontrol edilebilir. Bunun-la birlikte, küresel karartma ele alınsa da, küresel ısınma söz konusu de-ğilse, küresel ısınmanın etkileri artabilir. BBC karartma belgeseli, yalnız-ca küresel karartmanın ele alınmasının küresel ısınmanın olumsuz etkile-rini hızla artıracağını öne sürdü. Bu durumda, geri döndürülemez hasa-rın sadece yaklaşık 30 yıl uzakta olduğu düşünülebilir. Küresel etkiler arasında, deniz seviyesinin yükselmesine katkıda bulunacak ve dünya genelinde kıyı bölgelerinin sular altında kalacağı Grönland'da buz eri-mesi; tropikal yağmur ormanlarının kurutulması; ve atmosfere daha faz-la CO2 salacak olan yangınların artması. 3 °C (5 ° F) sıcaklık artışından ziyade, potansiyel olarak 6 °C (10 ° F) artış olabilir. Eğer bu olsaydı, tari-hin diğer zamanlarından daha hızlı bir ısınma olurdu ve aşağıdaki olum-suz etkiler meydana gelmekteydi

büyük bitki örtüsü kalıpları gıda üretiminde dramatik bir azalma artan toprak erozyonu artan çölleşme sıcaklık artar okyanusların diplerinden metan hidrat salınımı - sera gazı CO2'den sekiz kat daha güçlü

BBC belgeseline göre, “Bu bir tahmin değil, sera gazları hakkında hiçbir şey yapmazken kirliliği temizlersek ne olacağının bir uyarısıdır.” Ancak küresel karartmanın küresel ısınmanın etkilerini azaltmanın bir yolu olarak kullanılması, geçerli bir seçenek değildir. Kirleticilerin at-mosferde kalmasına izin vermek, solunum hastalıkları gibi kurum ve dumandan kaynaklanan sağlık sorunlarına neden olacaktır. Ayrıca, asit yağmuru gibi çevresel sorunların yanı sıra, milyonlarca insanın kuraklık ve başarısız tarım sistemlerinde ölümüne yol açabilecek yağış düzenle-rindeki değişiklikler gibi ekolojik sorunlara yol açacaktır. Sadece biri ya da diğeri ile uğraşmak yerine, hem küresel ısınma hem de küresel ka-rartma birlikte ele alınmalıdır. Fosil yakıtların muhtemelen %66 emin olduğunu söyledikleri 2001 raporlarından önemli bir artış. Yükseltilmiş değerlendirme, 2.500'den fazla bilim adamı tarafından derlenen 1.600


21

sayfadan fazla yeni araştırma verisinin iki aylık yoğun incelemesinin bir sonucudur. Mahlman, “Karbondioksitin çoğu hala orada oturuyor ve önümüzdeki yüzyıl boyunca bize bakıyor” dedi. Piyasaya sürülmesin-den bu yana geçen iki yıl içinde çeşitli başarılar ve ilerlemeler kaydedildi. Araştırma seviyeleri arttı, kamuoyu bilinci arttı, konu dünya çapında birçok okul müfredatına dahil edildi ve yerel, ulusal ve uluslararası mevzuat kabul edildi ve şu anda dünyadaki hükümetlere tanıtılıyor. Al Gore ve IPCC'nin paylaştığı Artan halk eğitimi ve farkındalığı tüm so-runları çözmedi. Her ne kadar halk daha eğitimli olsa da, şüpheciler pro-testolarda seslerini yükseltiyor, meseleleri bulanıklaştırmaya devam edi-yor ve insanların gerçeklere dikkat etmesini önemli hale getiriyor. Dün-yadaki birçok şehir, yabancı ülkeler ve ABD'deki tek tek devletler fosil yakıt emisyonlarını azaltmak için harekete geçiyor. Örneğin California valisi Arnold Schwarzenegger, dünyanın en kalabalık eyaletteki binek otomobil yakıtlarına ilişkin ilk düşük karbon limitlerini sipariş etti. Yeni standart, 2020 yılına kadar nakliye yakıtlarının karbon içeriğini en az %10 azaltmaktadır.

Kaliforniya'daki Lawrence Livermore Ulusal Laboratuvarı'ndaki klimatologlar, küresel iklim ve karbon döngüsü değişikliklerini incele-mek için bir iklim ve karbon döngüsü modeli oluşturdular. Mevcut at-mosferik CO2 seviyeleri milyonda 380 kısım (ppm) iken, model 2300'e kadar seviyenin 1.423 ppm'e çıkacağını tahmin etti - yaklaşık % 400 artış. Model, toprağı ve biyokütleyi önemli karbon lavabolar olarak tanımladı. Ancak Bala'ya göre, “Arazi ekosistemi model kadar karbon dioksit al-mazdı.

Aslında, modelde, gerçek dünyada olduğundan çok daha fazla kar-bon alır, çünkü modelin alım için azot / besin sınırlamaları yoktu. Arazi kullanımındaki değişiklikleri de dikkate almadık.” Modelin sonuçları, okyanus yüzeyi ısındıkça okyanusun CO2 alımının 22. ve 23. yüzyıllarda azalmaya başladığını gösterdi. Okyanusun CO2'yi emmesi bitki örtüsü ve toprak için olduğundan daha uzun sürer. 2300 yılına gelindiğinde, arazi fosil yakıtların yakılmasından kaynaklanan CO2'nin %38'ini emecek ve %17'si okyanuslar tarafından emilecek. Geriye kalan %45'i atmosferde kalacak. Zamanla, tüm CO2'nin yaklaşık % 80'i okyanuslarda fiziksel


22

süreçlerle sonuçlanacak, asitliğini artıracak ve sudaki yaşama zarar vere-cektir. Küresel ısınma kuşkucularına atıfta bulunan Bala, “İnsanlar bu-gün buna inanmasa bile, kanıtlar 20 yıl içinde orada olacak. Bunlar uzun vadeli problemlerdir. Önümüzdeki 300 yıl boyunca ısınacağımızı kesin-likle biliyoruz. Gerçekte, tahmin ettiğimizden daha kötü durum sözko-nusu olabilmektedir.

Global Enerji Kullanımı: Bireysel yaşam tarzlarını, endüstrileri ve ekonomileri desteklemek için gereken enerji, geçmişten farklı olarak, bugün kolaylık sağlamaktadır. Ancak, bu enerji kaynakları nedeniyle bugün elde edilen tüm faydalar ve konforlar için, insan sağlığı ve Dün-ya'nın doğal ekosistemleri üzerindeki muazzam maliyetler aşılmaktadır. Nüfus artmaya devam ettikçe, gelişmekte olan ülkeler daha gelişmiş ve sanayileşmeye devam ediyor ve gelişmiş ülkeler teknolojik olarak büyü-yor ve ilerliyor, muazzam miktarda enerji gerektirmektedir. Son birkaç on yılda enerji verimliliğinde teknolojik olsa da, dünya çapında enerji tüketiminin seviyesi artmaya devam etmiştir. Worldwatch Enstitüsü'ne göre, 1850 ve 1970 arasında Dünya'da yaşayan insan sayısı üç kattan faz-la, ancak tükettikleri enerji 12 kattan fazla arttı. 2002 yılında dünya nüfu-su % 68 daha artmış ve fosil yakıt tüketimi % 73 oranında artmıştır. Son on yılda, ABD petrol kullanımı günde yaklaşık 2,7 milyon varil arttı. Bir karşılaştırma için, ortalama bir Amerikalı, dünyadaki ortalama bir in-sandan beş kat daha fazla enerji tüketir. 1970 yılından bu yana petrol kullanımının dört katına çıktığı gelişmekte olan ülkelerde enerji tüketimi şu anda en hızlı artıyor. Çin, dünyanın en büyük kömür tüketicisi ve üçüncü en büyük petrol kullanıcısı olarak yerini koruyor. Küresel enerji kullanımı azaltılmalıdır; şu an için sürdürülebilir değildir. Gelecekte, örneğin, ortalama bir Çinli tüketici bugün ortalama Amerikalıların kul-landığı yağ kadar petrol kullanıyorsa, Çin günde 90 milyon varile ihtiyaç duyacaktır. 2001'de her gün üretilen tüm dünyadan 11 milyon daha faz-ladır. Ulaşım, dünyanın enerji kullanımının %30'unu oluşturuyor ve dünyanın en hızlı büyüyen enerji kullanımı biçimidir. Küresel petrol tüketiminin %95'ini azaltıyor. Dramatik bir resim için, 2002 yılında, 1950'de üretilenin beş katı olan 40,6 milyon binek otomobil üretildi. Bu-gün dünya çapında 531 milyondan fazla otomobil var ve bu sayı her yıl


23

yaklaşık 11 milyon otomobil artıyor. Ve bunların dörtte biri ABD'nin otomobil ve hafif kamyonların ülkenin petrol kullanımının yaklaşık %40'ından sorumlu olduğu ve Japonya'daki tüm ekonomik faaliyetler kadar iklim değişikliğine katkıda bulunduğu Amerika'da bulunmakta-dır. Dünya çapında, üretilen enerjinin yaklaşık üçte biri binalarda ısıtma, soğutma, aydınlatma, pişirme ve çalışan cihazlar, ekipman ve makineler için kullanılmaktadır. Şu anda, bina ile ilgili enerji talebi hızla artmakta-dır - özellikle evlerde. Evlerde enerji kullanımı ülkeden ülkeye değişir. Amerika Birleşik Devletleri ve Kanada'daki nüfus evde Batı Avrupa'da-kinden 2,4 kat daha fazla enerji tüketiyor. Ev boyutları da büyüyor. Sa-dece Amerika Birleşik Devletleri'nde, yeni evlerin ortalama büyüklüğü 1975 ve 2000 arasında neredeyse %38 büyüdü, Avrupa ve Japonya'daki tipik evlerin iki katı ve Afrika'da yaşayanların 26 katından fazla büyüdü. Evler büyüdükçe, cihazları ısıtmak, soğutmak, hafifletmek ve çalıştırmak için daha fazla enerjiye ihtiyaç duyarlar. Ev aletleri, otomobillerden son-ra dünyanın en hızlı büyüyen enerji tüketicileridir ve sanayi ülkelerinin elektrik tüketiminin %30'unu ve sera gazı emisyonlarının %12'sini oluş-turmaktadır. Grafikte yalnızca ticari olarak satılan büyük yakıtlar bu-lunmaktadır. ilerlemeler kaydedilmiş

Grafik 1. Yakıt türüne göre dünya enerji kullanımı (BP Dünya Enerjisi

İstatistiksel İncelemesi, 2004)


24

Grafik 2. Bölgelere göre dünya petrol tüketimi ve öngörülen gelecek-

teki tüketim miktarları ( Zirve Petrolü Araştırma Derneği)

Bir tüketici tarafından satın alınan her malın, onunla ilişkili enerji girdileri vardır. Küresel enerji tüketiminin en büyük payı taşıtlar, binalar, ev aletleri, kıyafetler ve yiyecek üretmektir. Worldwatch Enstitüsü'ne göre, “İnsanlar, içinde kullandıkları enerjinin bileşenlerinin (çelik kiriş-ler, çimento temeli, pencereler, alçıpan, karo zeminler, halı ve inşaatı). ” Üretim tesisleri de enerjiye büyük bir talepte bulunmaktadır ve sonuçta ortaya çıkan sera gazları üreterek küresel ısınmanın olumsuz etkilerini arttırmaktadır. Gıda üretimi de önemli miktarda enerji gerektirir. Aslın-da, her yıl tüketilen fosil enerjisinin yaklaşık % 21'i küresel gıda siste-minde kullanılmaktadır. üresel ısınmanın böyle bir durum yaratmasını önlemenin önemli bir yolu, fosil yakıtların kullanımını derhal azaltmak-tır. Ancak etkili olmak için küresel bir çaba olması gerekmektedir.

Küresel İklim Değişikliğinin Tarımsal Üretime Etkileri: İklim, ta-rımsal verimlilik üzerinde önemli bir faktörüdür. Tarımın insan refahın-da ki asıl rolü, iklim değişikliğinin tarımsal üretim üzerindeki potansiyel etkileri birçok kuruluş tarafından dile getirilmiştir. Bu konuya olan ilgi-nin artmasıyla birlikte geçtiğimiz son on yılda iklim değişikliği ve tarım


25

konuları üzerine araştırmalar yoğunlaşmaya başlamıştır. İklim değişikli-ğinin olası etkilerinin tarım ve hayvancılık, hidrolojik dengeler, girdi arzları ve tarım sistemlerinin diğer alanları üzerinde gerçekleşmesi bek-lenmektedir.

İklim değişikliği, karbondioksit "sera" gazları aracılığıyla küresel ısınmaya neden olan atmosfere salınmasından kaynaklanmaktadır. Bu gazlar atmosferde birikerek küresel ısınmaya neden olmaktadır. küresel iklim değişikliğinde ki değişimler sıcaklık, yağış, toprak nemi ve deniz seviyesi gibi parametreler ile ilişkilidir. Fakat, iklim değişikliği tahminle-rinin güvenilirliği kesin değildir. Atmosferdeki sera gazlarının konsant-rasyonundaki artışların kesin olarak ne olacağına dair belirli bir gerçek bulunmamakla birlikte ve kesin bir zaman çizelgesi de bilinmemektedir. Tarım, iklim değişikliği açısından dikkate alınması gereken önemli bir sektördür. Tarım sektörü hem iklim değişikliğine katkıda bulunmakta hem de değişen iklimden etkilenmektedir. Günümüzde iklim değişikliği, sera gazı birikimlerini arttıran insan etkinlikleri dikkate alınarak da ta-nımlanabiliyor. Tarımsal tesisler, antropojenik sera gazı emisyonlarında yıllık yaklaşık olarak %20 civarındadır. Tarım sektörü karbondioksit (CO), metan (CH) ve azot oksit (NO) gaz emisyonları yoluyla küresel ısınmaya sebep olmaktadır. Küresel ısınmaya yol açan sera bu gazları; esas olarak, fosil yakıtların yakılması (enerji ve çevrim), sanayi (enerji ilişkili ve kimyasal süreçler, çimento üretimi, vb. gibi enerji dışı), ulaş-tırma (kara ve hava taşıtları, deniz taşımacılığı vb. gibi), arazi kullanımı değişikliği, katı atık yönetimi ve tarımsal (enerji ilişkili ve anız yakma, çeltik ekimi, hayvancılık, gübreleme gibi enerji dışı) etkinliklerden kay-naklanmaktadır. Dünya nüfustaki artış ve insan refahının yükselmesi neticesinde, iklim değişikliği tarımsal üretimi ve gıda güvenliğini tehdit eder duruma getirmiştir Küresel ısınma ve iklim değişikliğinin bir sonu-cu olarak, dünyanın bazı bölgelerinde ciddi boyutlarda kuraklıkların yaşanacağı ve buna bağlı bitkisel üretim deseni ve hayvancılık üzerinde önemli ölçüde değişikliklerin meydana geleceği tahmin edilmektedir. Nitekim, 2005 yılında gelişmekte olan ülkelerdeki 2,5 milyar insanın (dünya nüfusunun yaklaşık yarısını oluşturmaktadırlar) hayatlarını ta-rımdan kazandıkları düşünüldüğünde iklim değişikliğinin insan refahı-


26

na ne derece etki edebileceği de gözler önüne serilmiş olacaktır. Ayrıca bugün dünya yoksul nüfusunun %75’i kırsal alanda yaşamaktadır (IFPRI, 2009). Bu nedenle tarımsal üretim ve gıda güvenliği iklim deği-şikliği ile önem derecesini arttırarak daha da ön plana çıkmaktadır. İler-leyen sulama teknikleri ve gelişmiş gıda teknolojilerine rağmen iklim ve yağış-sıcaklık değerleri tarımsal üretim açısından önemli faktörler olma-ya devam etmektedir. Bitki fizyolojisinin; ısı, yağış ve toprak nemindeki değişimlerden ne şekilde etkilendiği bilinmekle birlikte tarım zararlıları-nın ve patojenlerin etki düzeylerinin tarımsal üretimi ne kadar etkileye-ceği konusunda net tahminler yapılamamaktadır.

İklim değişikliği nedeniyle yağışlarda yaşanacak değişimlerin, tarım üzerinde etkilerinin olacağı muhakkaktır. Yağış rejimlerindeki düzensiz-liklerden dolayı, gelişmekte olan ülkelerin bulunduğu güney enlemleri-nin, kuzey enlemlerine göre daha dezavantajlı konumda olması beklene-bilir. Atmosferde biriken karbondioksit konsantrasyonunun ise, belli tarım ürünlerinin yetişmesinde olumlu yönde katkısının olması umul-maktadır. İçinde pirinç ve buğdayın bulunduğu C3 sınıfı olarak nitele-nen bitkiler (yüksek karbondioksit konsantrasyonuna ve düşük sıcaklığa ihtiyaç duyan, ışık şiddetini kullanma yeteneği düşük, ılıman bölge bitki-leri), artan karbondioksit miktarından olumlu etkileneceklerdir. Bunun yanı sıra, büyük ölçüde Afrika ve Latin Amerika ülkelerinde yetişen mı-sır, şeker kamışı gibi C4 sınıfı bitkiler (düşük karbondioksit konsantras-yonuna, yüksek sıcaklığa ve daha düşük oranda suya ihtiyaç duyan, mevsimsel kuraklığa dayanıklı, başlangıçta 4 karbon atomu içeren orga-nik molekülleri bağlayan, ışık şiddetini kullanma yetenekleri yüksek bitkiler), artan karbondioksit miktarından olumsuz yönde etkilenecek-lerdir (Doğan, Tüzer, 2011). Atmosferdeki sera gazı birikimlerinin artışı-na bağlı olarak önümüzdeki yıllarda gerçekleşebilecek bir iklim değişik-liğinin Türkiye üzerinde de bazı etkileri söz konusudur. Bu etkiler doğ-rultusunda, Türkiye'nin kurak ve yarı kurak alanlarındaki, özellikle kentlerdeki su kaynakları sorunlarına yenileri eklenecek; tarımsal ve iç-me amaçlı su gereksinimi daha da artabilecektir. Böylece kurak ve yarı kurak alanların genişlemesine ek olarak, yaz kuraklığının yaşandığı süre ve şiddetindeki artışlar, çölleşme süreçlerini, tuzlanma ve erozyonu hız-


27

landıracağı ön görülmektedir (Türkeş, 2002). Türkiye için yapılan küresel iklim modelleri ile yapılan araştırmalara göre; 2030 yılında büyük bir kısmı oldukça kuru ve sıcak bir iklimin etkisine gireceği tahmin edilmek-tedir. Yine yağışların mevsimsel dağılım ve şiddetinin değişeceği, Ege, Akdeniz ve Güneydoğu Anadolu Bölgelerinde kış yağışlarında çok önemli düşüşler (%20-50) ortaya çıkacağı, sonbahar mevsiminde Güney-doğu Anadolu Bölgesinde ise yağışlarda %50’lere kadar artan yağışlar olacağı hesaplanmıştır. Aynı şekilde Türkiye’de yıllık ortalama sıcaklık-taki artışın 2.5-4 °C, Ege Bölgesi ve Doğu Anadolu da artış 4 °C, sonbahar mevsiminde sıcaklık artışının 4 °C’nin biraz üzerine ve kış mevsimindeki sıcaklık artışının ise 2-3 °C’ye ulaşması tahmin edilmektedir (Önol, Ünal, Dalfes, 2009). Küresel iklim değişikliğinin sonucu olarak; yüksek sıcak-lıkların yaşandığı bölgelerde süt ve hayvansal üretimde düşüşler ve canlı hayvan ağırlığında azalmalar görülürken, ılık bölgelerde ise yem dönü-şüm verimliliğinin düşmesi beklenmektedir.

SONUÇ ve ÖNERİLER

Sera gazları emisyonlarında doğal olmayan artışla beraber gelen kü-resel ısınma ve küresel iklim değişikliğinin özellikle sıcaklık, yağış eği-limlerini etkilemesi insanlığı kuraklık, çölleşme veya sel gibi felaketlerle karşı karşıya bırakmaktadır. İklim değişikliğinin yarattığı veya yarataca-ğı bu olumsuz koşullar yalnızca insanı etkilemekle kalmamakta, tüm canlı sistemlerini etkilemektedir. kullanımının artması; rüzgar enerjisi, güneş enerjisi veya jeotermal enerji gibi yenilenebilir enerji kaynaklarının daha verimli kullanılması ile küresel ısınmanın kontrol altına alınabile-ceği düşünülmektedir.

KAYNAKÇA

Aydinalp, C., Cresser, M. S. (2008). The effects of global climate change on agriculture. American-Eurasian Journal of Agricultural & En-vironmental Sciences, 3(5), 672-676.

Doğan, S., Tüzer, M. (2011). “Küresel İklim Değişikliği Ve Potansiyel Etkileri”, C.Ü. İktisadi Ve İdari Bilimler Dergisi, Cilt 12, S.1, Ss: 25.


28

Holzkaemper, A., Calanca, P., Fuhrer, J. (2011).“Analyzing Climate Effects On Agriculture In Time And Space”. Procedia Environmental Sciences, 3, 58-62

Houghton, R.A. ( 2003). “Why Are Estimates of The Terrestrial Car-bon Balance So Different?”, Global Change Biology, Vol.9, Pp.500-509.

Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC), (1996). Climate change 1995: Impacts, adaptations and mitigation of climate change: Sci-entific-Technical Analyses. Contribution of Working Group II to the Se-cond Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change.

Korkmaz, K. (2007). “Küresel Isınma Ve Tarımsal Uygulamalara Et-kisi”. Alatarım, 6(2), 43-49

Kurukulasuriya, P., Shane, R. (2003). Climate Change And Ag-ri¬culture A Review Of Impacts And Adaptations, The World Bank Envıronment De¬partment June.

Lane, A., Jarvis, A. (2007).“Changes In Climate Will Modify The Ge-ography Of Crop Suitability: Agricultural Biodiversity Can Help With Adaptation”. Sat Ejournal, 4(1), 1-12

Mcmicmael, A., Githeko A. (2007). Health, Executive Summary, Working Group Adaptation And Vulnerability, Ipcc, Pp.473.

Moore, F. C. (2008). “Carbon Dioxide Emissions Accelerating Ra-pidly.” Earth Policy Institute. Available online.

Önol, B.,.Ünal, Y.S., Dalfes, H.N. (2009). İklim Değişimi Senaryosu-nun Türkiye Üzerindeki Etkilerinin Modellenmesi, İTÜ Dergisi / Mü-hendislik, Cilt 8, Sayı 5, 169-177, Istanbul

Özçatalbaş, O. (2014). Aile Çiftçiliği, Uluslarası Bölge Aile Çiftçili Ça-lıştayı Bildirisi, Çorum.

Pathak, H., Wassmann, R. (2007). “Introducing Greenhouse Gas Mi-tigation As A Development Objective İn Rice-Based Agriculture: I. Gene-ration Of Technical Coefficients”, Agricultural Systems, Vol.94, Pp.807–825.


29

Ruddiman, W. F. (2001). Earth’s Climate: Past and Future. New York:W. H. Freeman and Company

Stark, A. M. (2005). “Modeling of Long-term Fossil Fuel Consump-tion Shows 14.5-degree Hike in Earth’s Temperature.” Lawrence Liver-more National Laboratory

Türkes, M. (2003). Sera Gazı Salımlarının Azaltılması İçin Sürdürüle-bilir Teknolojik Ve Davranıssal Seçenekler (Sustainable Technological And Behavioral Options For Reducing Of Greenhouse Gas Emissions). V. Ulusal Çevre Mühendisligi Kongresi: Çevre Bilim Ve Teknoloji Küresel-lemenin Yansımaları, Bildiriler Kitabı, 267-285, Ankara

Türkeş, M., (2002). İklim Değişikliği: Türkiye - İklim Değişikliği Çer-çeve Sözleşmesi ilişkileri Ve İklim Değişikliği Politikaları Devlet Meteo-roloji İşleri Genel Müdürlüğü, Pk 401, Ankara Vizyon 2023: Bilim Ve Teknoloji Stratejileri Teknoloji Öngörü Projesi, Çevre Ve Sürdürülebilir Kalkınma Paneli Vizyon Ve Öngörü Raporu İçin Hazırlanmıştır.

Türkeş, M. (2008). İklim Değişikliği Ve Küresel Isınma Olgusu: Bi-limsel Değerlendirme,S:21-57

Wald, M. L. (2009). “Cleaner Coal Is Attracting Some Doubts.” New York Times

Yaldız, G., Şekeroğlu, N. (2013). Küresel iklim değişikliğinde Tıbbi ve Aromatik Bitkilerin Önemi, Türk Bilimsel Derlemeler Dergisi 6 (1): 85-88, 2013 ISSN: 1308-0040, E-ISSN: 2146-0132

BİYOMEDİKAL UYGULAMALARDA KULLANILAN Co-Cr-W ve Co-Cr-Mo METAL ALAŞIMLARININ EKLEMELİ İMALAT YÖNTEMİ İLE ÜRETİLMESİ

Arş. Gör. Ebuzer AYGÜL1, Dr. Öğr. Üyesi Senai YALÇINKAYA2, Prof. Dr. Yusuf ŞAHİN3

1-2Marmara Üniversitesi Teknoloji Fakültesi, İstanbul / Türkiye 3Yakın Doğu Üniversitesi, Mersin / Türkiye

Öz: İnsan vücudunda bulunan doku ve organların işlevlerini kısmen veya tamamen yerine getiren doğal ya da yapay malzemelere biyomal-zemeler denir. Biyomalzemelerden beklenen temel özellikler şöyle sıra-lanabilir; korozyona kaşı yüksek direnç, insan vücudu ve dokusuna uy-gun mekanik özellikler, yüksek ömür, biyoaktiflik ve doku ve organlarla reaksiyona girmeme olarak başlıca sıralanabilir. Kobalt-Krom (Co-Cr) alaşımları biyomedikal uygulamalarda iyi aşınma ve korozyon direnci ile bilinirler ayrıca yüksek mukavemet gerektiren yükler altında çalışmaya uygundurlar. Eklemeli imalat üretim tekniği biyomedikal alaşımları üretmede yüksek verimli ve ucuz maliyetli bir üretim tekniği olarak kar-şımıza çıkmaktadır. Kobalt-Krom alaşımlarının eklemeli imalat üretim tekniğine uygun mekanik özellikleri ve üretilebilirliliği bu alaşımların biyomedikal alanda kullanımını oldukça artırmıştır.


Biyomedikal uygulamarda kullanılan alaşımlardan beklenen temel özellik biyouyumlu olmalarıdır. Biyouyumluluk özeliği ile bilinen Co-Cr bazlı metalik alaşımlar korozyon, sıcaklığa karşı gösterdiği yüksek etki ve iyi aşınma direnci ile bilinirler (Cook, Walsh ve Haddad, 1985). Genel olarak döküm yöntemi ile elde edilen Co-Cr bazlı alaşımlar, medikal alanda ilk önce diş implantı olarak kullanılarak girmiştir. Bunun akabin-de vücut ortamında yapılan birçok mekanik ve dinamik test, Co-Cr bazlı

TASARIM SÜRECİNDE RENK, MALZEME VE IŞIK- BİR YAZILIM KAVRAMI

31

alaşımların biyouyumlu olduğunu ve biyoimplantlar olarak kullanılabi-leceğini göstermiştir (Yan, Neville ve Dowson, 2007). Co-Cr bazlı alaşım-lar Krom (Cr) ilavesi ile dayanımı artırılmakta ayrıca Molibden (Mo) ila-vesi ile de mekanik özelliklerinde iyileşme gösteren ince taneli bir yapı elde edilmektedir. Başlıca Co-Cr ve Co-Cr-Mo dişçilikte, yeni geliştirilen yapay eklemlerde, kalça ve diz eklemlerinde protez sapı malzemesi ola-rak kullanılmaktadırlar (Okazaki ve Gotoh, 2005). Döküm ve çeşitli yön-temler ile üretilen Co-Cr bazlı alaşımlar soy metallerin üstün özellikleri-ne rağmen yüksek maliyeti sebebi ile kullanım kısıtlılığına bir avantaj olarak üretilmektedirler. Geleneksel yöntemler ile üretilen başlıca Co-Cr bazlı alaşımlar. Co-Cr-Ga-Nb, Co-Cr-Ni-Mo, Co-28Cr-6Mo-0.7Mn-0.5Si-0.5C, Co-Cr-Mo, Co-Cr-Ni-Mo, Co-Ni-Cr-Mo-W-Fe, Co-Cr-W-Ni, Ni- Cr-Si-Mo şeklinde verilebilir. Bu alaşımlar kendi aralarında suni-eklem ya-pımı yükün fazla gerektirdiği kol, kalça ve bacak yapımı, yorulma ve çekme dayanımı yüksek direnç gösteren diz eklemlerinde protez sapı malzemesi olarak kullanılmaktadırlar. Biyometal alaşımlarda üretim tekniğinin metallerin mikroyapısı ve tane boyutu üzerinde önemli etkile-ri olduğu belirtilmiştir (d’Oliveira, Vilar ve Feder, 2002). Mikroyapı ve tane boyutu ise metallerin mekanik özelliklerini önemli derecede etkile-diği araştırmacılar tarafından ileri sürülmüştür. Metal ve alaşımlarını üretmede; karmaşık bileşen üretimi, hafif parça imkânı, malzemenin ve-rimli kullanımı, kişiye uygun tasarım, düşük maliyet, üretilebilirlik, ge-niş tasarım imkânı ve tekrarını sağlayan yöntem kuşkusuz en iyi yön-temdir. Bütün imkânları bir arada sunan eklemeli imalat üretim teknikle-ri son yıllarda birçok sektörde olduğu gibi medikal sektörde de bir üre-tim metodu olarak kendini göstermeye başlamış ve günümüz biyometal-lerin üretiminde çokça tercih edilen bir üretim metod olarak kaşımıza çıkmıştır. Eklemeli imalat yöntemleri ile medikal sektörde birçok alaşım türü üretilebilmektedir; aşağıda sırası ile verilen biyometaller başarılı bir şekilde üretilmiş ve medikal implantlar pazarındaki yerini çoktan almış-ladır (Guo ve Leu, 2013;Frazier, 20014)

• Çelik türleri: 316L, 17-4PH.

• Kobalt krom bazlı alaşımlar: Co-Cr/Co-Cr-Mo.

Arş. Gör. Ebuzer AYGÜL, Dr. Öğr. Üyesi Senai YALÇINKAYA, Prof. Dr. Yusuf ŞAHİN

32

• Saf titanyum ve alaşımları: Ti6Al4V, CPTi.

• Alüminyum alaşımları: AlSi10Mg

Ayrıca aşağıda verilen metallerin üretilme ve geliştirilme çalışmala-rının devam ettiği üretici firmalar tarafından belirtilmektedir.

• Saf bakır ve alaşımları.

• Saf Magnezyum ve alaşımları.

• Altın, gümüş, platin gibi metaller.

• Mo alaşımları.

• Metal Matriks Kompozitler

Co-Cr alaşımları yukarıda sayılan kullanım alanlarının yanı sıra me-tal-seramik restorasyonların kuron, köprü, parsiyel protez ve sekonder kalıp yapılarının imalatına da uygundur. Kobalt-Krom (Co-Cr) alaşımları başlıca üç elementten oluşmaktadır: Kobalt (Co), krom (Cr) ve molibden (Mo). Eklemeli imalat yöntemleri ile üretilen başlıca Co-Cr alaşımları Co-Cr-W-Si Co-Cr-W-5.4Mo-Si Co-Cr-W-3.5Mo-Si Co-Cr-W-5Mo-Si olarak verilebilir. Co-Cr alaşımlarında katkı maddesi olarak kullanılan W-Mo-Si metallerinden, alaşımdan beklenen özelliğe göre miktarları değişik ölçek-lerde katlandırılarak kullanılabilir ama genel olarak toz sağlayıcı firmala-rın belirlemiş olduğu kimyasal kompozisyon endüstriyel ürünlerde kul-lanılarak yerini alır. Eğer eklemeli imalat üretim yöntemi ile üretilen Co-Cr metal tozlarının kimyasal komposizyonları hakkında bir genelleme yapılacak olunursa üretici firmalar ve akademik yayınlarda kullanılan tozların alaşımdaki ağırlıkça katkıları aşağıdaki gibi olduğu görülmüştür (Liverani ve arkadaşları, 2016).

58<=Co <= 64.00, 24<= Cr <=33, 4<=W <= 9, 1<= Si <= 3, 3<= Mo <=6

Metal tozlarının katmanlı üretimi eklemeli imalat üretim sürecinin önemli bir işlem adımıdır. Biyometal alaşımlarının üretilmesinde kullanı-lan metal tozlarının büyüklüğü, geometrik yapısı ve kalitesinin, malze-menin mekanik özellikleri üzerinde önemli bir etkisi olduğu görülmüş-tür (Bourell, Stucker, Spierings, Herres ve Levy, 2011). Geleneksel yön-temler ile üretilen metal alaşımları ve eklemeli imalat üretim teknikleri


33

ile üretilen alaşımlarda geleneksel yöntemlerle üretilecek numunelerde görülebilecek kontaminasyonlar eklemeli imalat yönteminde neredeyse yok denecek kadar azdır. Ayrıca verim maliyet ve kalite arasında çok büyük bir fark mevcut olduğu için kısa bir süre içerisinde eklemeli ima-lat yöntemlerinin biyometal alaşımlarını üretmede piyasaya hâkim ola-cağı öngörülmektedir. Yine eklemeli imalat yöntemi ile üretilen numune ve geleneksel üretim teknikleri ile üretilen numunelere bakıldığında ek-lemeli imalat yönteminde daha iyi toz morfolojisi tozun akıcılığı ve ya-yılma kabiliyeti toz ve yatak yoğunluğunun iyileşmesinin daha iyi oldu-ğu görülür (Salmi, Paloheimo, Tuomi, Wolff, ve Mäkitie, 2013).

Eklemeli imalat üretim yöntemleri arasında Lazer Ergitme ile tozla-rın katman katman üretildiği yöntemin (SLM); Co-Cr/Co-Cr-Mo biyo-metal alaşımlarını üretmede en çok kullanılan yöntemdir. Yapılan çalış-malarda kullanılan döküm alaşımına kıyasla, SLM ile üretilen alaşımın gelişmiş mekanik özelliklere ve benzer porselen bağ dayanımına sahip olduğu görülmüştür (Wu, Zhu, Gai, ve Wang, 2014). Yine eklemeli ima-lat üretim yöntemi ile hazırlanan numunelerde yüzey mikro yapı ve ko-rozyon önleyici özelliklerin diş kliniklerinin taleplerini karşılayan yapıda oldukları kanıtlanmıştır. Sonuç olarak geleneksel üretim teknikleri ile karşılaştırılan eklemeli imalat üretim örneklerinin daha homojen mikro yapılar oluşturduğu mikro sertlik değerlerinde bir iyileşme olduğu gö-rülmüştür. Eklemeli imalat üretim yöntemleri Co-Cr ve Co-Cr-Mo ala-şımlarının diğer üretim tekniklerine benzer veya daha iyi dinamik ve mekanik özelliklere sahip biyomedikal uygulamalarda kullanılan metal-leri sağlayabilir (Barucca ve arkadaşları, 2015).

EKLEMELİ İMALAT ÜRETİM TEKNİKLERİ

Eklemeli imalat üretim teknikleri son yıllarda havacılık-uzay, otomo-tiv sanayi, biyoloji bilimi, tıp, tüketici endüstrisi ve özellikle medikal alanda kullanılan üretim tekniği olarak karşımıza çıkmaktadır. Eklemeli imalat üretim tekniği 3-boyutlu karmaşık geometrili parçaları da bilgisa-yar destekli üretim modeline bağlı olarak hızlı ve güvenilir olarak üret-me imkanı sunmaktadır. Eklemeli imalat üretim teknikleri saf-metal ve alaşım çeşitlerine yönelik birçok üretim tekniği ve isim ile literatür de yer


34

edinmiştir. 3B-baskı, katmanlı üretim, hızlı protatipleme ve hızlı imalat gibi birçok isimle anılmış olsa da en yaygın kanı ile araştrımacılar tara-fından eklemeli imalat ismi yaygın olarak kabul görmüştür. Bu üretim teknolojisi çeşitleri aşağıda verilmiştir.

Katmanlı Tabaka Üretim (ALM)

Bağımsız Form Üretim (FFF)

Katı Bağımsız Form üretim (SFF)

Seçici Lazer Ergitme (SLM)

Seçici Lazer Sinterleme (SLS)

Doğrudan Lazer Metal Sinterleme (DMLS)

Elektron Işın Ergitme (EBM)

Toz Yatak Kaynaştırma (PBF)

Lazer Metal Biriktirme (LMD)

Lazer Kaplama (LC)

Doğrudan Metal Biriktirme (DMD)

Kobalt (Co), Krom (Cr), Molibden (Mo), Wolfram (W) ve Silisyum (Si) gibi metallerin kombinasyonundan oluşan Co-Cr bazlı implantlar vücudun enzimatik ve mikrobiyolojik aktivitelerine karşı mekanik özel-liklerinin kararlı olması gerekmektedir. Bu implantların yapısında bulu-nan ağır metallerin neden olucağı iyon salınımı ciddi sağlıksal problem-lerin oluşmasına sebebiyet vermektedir. Bu yüzden implantların üretim tekniğide en az katkı maddesi olarak seçilen metaller kadar önem arz etmektedir.

CO-CR BAZLI İMPLANTLAR

Biyomedikal kullanım alanları

Cerrahi alanda implant olarak ilk kullanılan biyomalzeme paslan-maz çeliktir. Sonrasında kobalt-bazlı bir metal olan vitalyum (Co-Cr-W) kullanılmıştır (Binyamin, Shafi, and Mery, 2006; Black, 1988). Co-Cr-W


35

alaşımının mikro yapısal özelliklerini geliştirmek ve daha ince yapılı bir alaşım elde etmek adına Co-Cr-W alaşımına Mo (Molibden) eklenerek Co-Cr-W-Mo-Si alaşımı elde edilmiştir (Lemons, Niemann, ve Weiss, 1976). Bu iki alaşım Co-Cr bazlı alaşım ailesinin en önemli iki bireyi olup dişçilikte ve yapay eklem yapımında sıkça kullanılmaktadırlar. Ayrıca Mo katkısı alaşımın mukavemetini artırdığı gibi fazla yük altındaki ek-lemlerde de alaşımı kullanmaya uygun hale getirmektedir. Co-Cr bazlı alaşımlar paslanmaz çelik ve titanyum alaşımlarına kıyasla daha yüksek aşınma direncine sahiptirler. Ayrıca korozyon ve sıcaklığa karşıda yük-sek etki gösterdikleri bilinir. Şekil 1 Co-Cr alaşımları sıklıkla kalça eklemi protezi, çıkarılabilir kısmi protez ve seramik restorasyonlar olarak kulla-nılmaktadır.

Şekil 1. Co-Cr bazlı implantların kullanım alanları; a-) kalça eklemi protezi, b-) çıkarılabilir kısmi protez ve c-) seramik restorasyonlar

Eklemeli imalat üretim tekniğine bağlı olarak üretilen Co-Cr bazlı implantların tane büyüklükleri ve yüzey morfolojisi şekil 2’de verilmiş-tir. Küresel yapılı ve homojen dağılımlı tane yapıları göze çarpmaktadır. Co-Cr alaşımlarının difraktometreleri hem yüzey merkezli kübik yapı (f.c.c) hem de hekzagonal sıkı paket (h.c.p) yapıda oldukları bilinmekte-dir.


36

Şekil 2. Co-Cr baz lı alaşımların mikroyapı analizi ve bu alaşımlara ait

genel toz morfolojisi , (Wang, 2019; Zhou, 2018).

Genel itibari ile (f.c.c) kafes yapısında bulunan Co-Cr bazlı alaşımlar yüksek sinterleme sıcaklıklarında veya yapısına Molibden (Mo) ilavesi ile kristal yapılarında (h.c.p) kafes yapısı da görülür Şekil 3’de Co-Cr baz lı alaşımların mikroyapı analizi Co-Cr alaşımlarının XRD faz yapıları gösterilmiştir.(Wang, 2019; Zhou, 2018)

Şekil 3. Co-Cr baz lı alaşımların mikroyapı analizi Co-Cr alaşımlarının

XRD faz yapıları,


37

YÖNTEM

Yüzey ve Korozyon Davranışları

Diğer üretim teknikleri ile karşılaştırıldığında eklemeli imalat üretim teknikleri Co-Cr alaşımlarını üretmede olası üretim hatalarını azaltır ve yüksek hassaslıkta malzeme üretme imkânı sunar. Ayrıca alaşımların korozyon ve yüzey özelliklerini iyileştirirken yüksek yoğunlukta da malzeme üretme imkânı sunar. Tüm bu özellikler yüzünden dental Co-Cr alaşımlarını üretmede en çok kullanılan yöntem haline gelmiştir.

Metaller ve alaşımlar, vücudun düşman ortamına maruz kaldıklarında elektrokimyasal saldırılarla bozulur. İnsan vücudundaki girişken sulu ortam, klorür, fosfat ve bikarbonat iyonları gibi çeşitli an-yonları içerir. Kolodik ve anodik reaksiyonlar nedeniyle, alaşımın met-alik bileşenleri iyonlarına oksitlenir ve çözünmüş oksijen hidroksit iyon-larına indirgenir. Korozyona dayanıklı metalik implantlar pasif haldedir. Pasif metaller yüzeylerinde iyon salınımını ayıran ince, kompakt bir oksit katmanına sahiptir. Bu salıverme vücutta alerjik ve toksik reaksiyonlara neden olabilir (Aparicio ve arkadaşları, 2003).

Co-bazlı alaşımların en temel özelliği yapısındaki yüksek krom oranı sayesinde sahip olduğu klor ortamındaki yüksek korozyon direncidir. Yüzeyde oluşan krom oksit tabakası (genelde Cr2O3) Co-bazlı alaşımların temel korozyon direncini sağlayan öğedir (Bolton ve Hu, 2002). Ayrıca Mo, W ve Si metalleri alaşımın yapısına eklenerek aşınma ve korozyon özelliklerinin de iyileştirildiği bilinmektedir. X-Işını foto elektron Spektroskopisi (XPS) analizinde Co-Cr bazlı alaşımların yüzey-inden Co, Cr, Mo, C ve O elementlerine ait elektron pikleri tespit edilmiş bu alaşıma ait oksit filim tabakasının 3,6 nm ölçülmüş, malzemenin tafel extrapolasyon eğrinde görülen pasifleşmenin malzemenin kararlı oksit tabakası oluşturma eğiliminden kaynaklandığının sonucuna varılmıştır (Zeng, Xiang ve Wei, 2014).

BULGULAR VE TARTIŞMA

Geleneksel üretim teknikleri uzun yıllardan beridir Co-Cr alaşımla-rını üretmede kullanılmasına rağmen, eklemeli imalat üretim teknikleri


38

bu alaşımların üretim tarihi için oldukça yeni bir metottur. Bu yüzden eklemeli imalat üretim tekniğinin klinik uygulamalarında kullanımının uygunluğunu ispatlamak oldukça elzemdir. Eklemeli imalat üretim tek-niği ve geleneksel döküm yöntemi kullanılarak üretilen Co-Cr bazlı ala-şımların, korozyon ve yüzey davranışı incelemelerinde (tafel axtrapolas-yon yöntemi ve XPS, PH 5 ve 2,5) malzememelerin benzer özellikler gös-terdiği ileri sürülmüştür (Zeng, Xiang ve Wei, 2014). Fakat aynı malze-meler ile yapılan çalışmada eklemeli imalat üretim işleminden sonra ya-pılan ikincil bir ısıl işlemin malzemenin korozyon ve yüzey özelliklerinin PH 5’te aynı kaldığı fakat PH 2,5’ta eklemli imalat ile üretilen numune-nin korozyon özelliklerinin daha iyi olduğu tespit edilmiştir (Xin ve ar-kadaşları, 2014). Eklemeli imalat ile üretilen Co-Cr dental alaşımlarının Vickers sertlik ve mikro yapılarının geleneksel yöntemler ile üretilen alaşımlardan tamamen farklı olduğu belirtilmiştir (Jabbari ve arkadaşla-rı, 2014). Geleneksel yöntemler ile üretilen malzemede görülen heterojen yapılar eklemeli imalat yöntemi ile üretilen numunelerde yerini homojen yapılara bırakmıştır, bu mikro yapısal farklılığın farklı Co ve Cr metal iyonlarının salınımından kaynaklandığı belirtilmiştir (Xin ve arkadaşları 2012).

SONUÇ

Eklemeli imalat üretim tekniği yüksek verimliliği ve düşük maliyeti ile döküm ve CAD/CAM frezeleme üretim tekniklerine benzer veya daha iyi özelliklere sahip Co-Cr yapay kalça protezi, çıkarılabilir protez-ler veya restorasyonların üretimini sağlayabilir. Halen kullanılan zor ve zahmetli döküm tekniğine karşın eklemeli imalat üretim tekniği dental Co-Cr alaşımlarını üretmek için umut verici bir alternatif olabilir.

KAYNAKÇA

Cook, S. D., Walsh, K. A., & Haddad, J. R. (1985). Interface mechanics and bone growth into porous Co-Cr-Mo alloy implants. Clinical orthopae-dics and related research, (193), 271-280.


39

Yan, Y., Neville, A., & Dowson, D. (2007). Tribo-corrosion properties of cobalt-based medical implant alloys in simulated biological environ-ments. Wear, 263(7-12), 1105-1111.

Okazaki, Y., & Gotoh, E. (2005). Comparison of metal release from various metallic biomaterials in vitro. Biomaterials, 26(1), 11-21.

d’Oliveira, A. S. C. M., Vilar, R., & Feder, C. G. (2002). High tempera-ture behaviour of plasma transferred arc and laser Co-based alloy coa-tings. Applied Surface Science, 201(1-4), 154-160.

Guo, N., & Leu, M. C. (2013). Additive manufacturing: technology, applications and research needs. Frontiers of Mechanical Engineering, 8(3), 215-243.

Frazier, W. E. (2014). Metal additive manufacturing: a review. Journal of Materials Engineering and Performance, 23(6), 1917-1928.

Liverani, E., Fortunato, A., Leardini, A., Belvedere, C., Siegler, S., Ceschini, L., & Ascari, A. (2016). Fabrication of Co–Cr–Mo endoprosthe-tic ankle devices by means of Selective Laser Melting (SLM). Materials & Design, 106, 60-68.

Bourell, D., Stucker, B., Spierings, A. B., Herres, N., & Levy, G. (2011). Influence of the particle size distribution on surface quality and mechanical properties in AM steel parts. Rapid Prototyping Journal.

Salmi, M., Paloheimo, K. S., Tuomi, J., Wolff, J., & Mäkitie, A. (2013). Accuracy of medical models made by additive manufacturing (rapid manufacturing). Journal of Cranio-Maxillofacial Surgery, 41(7), 603-609.

Wu, L., Zhu, H., Gai, X., & Wang, Y. (2014). Evaluation of the mec-hanical properties and porcelain bond strength of cobalt-chromium den-tal alloy fabricated by selective laser melting. The Journal of prosthetic den-tistry, 111(1), 51-55.

Barucca, G., Santecchia, E., Majni, G., Girardin, E., Bassoli, E., Denti, L., ... & Mengucci, P. (2015). Structural characterization of biomedical Co–Cr–Mo components produced by direct metal laser sinte-ring. Materials Science and Engineering: C, 48, 263-269.


40

Binyamin, G., Shafi, B. M., & Mery, C. M. (2006, November). Bioma-terials: a primer for surgeons. In Seminars in pediatric surgery (Vol. 15, No. 4, pp. 276-283). WB Saunders.

Black, J. (1988). Invivo Corrosion of a Cobalt-Base Alloy and Its Bio-logical Consequences. In Biocompatibility of Co-Cr-Ni alloys (pp. 83-100). Springer, Boston, MA.

Lemons, J. E., Niemann, K. M. W., & Weiss, A. B. (1976). Biocompati-bility studies on surgical‐grade titanium‐, cobalt‐, and iron‐base al-loys. Journal of biomedical materials research, 10(4), 549-553.

Wang, B., An, X., Huang, Z., Song, M., Ni, S., & Liu, S. (2019). Nitro-gen doped Co-Cr-Mo-W based alloys fabricated by selective laser mel-ting with enhanced strength and good ductility. Journal of Alloys and Compounds, 785, 305-311.

Zhou, Y., Li, N., Yan, J., & Zeng, Q. (2018). Comparative analysis of the microstructures and mechanical properties of Co-Cr dental alloys fabricated by different methods. The Journal of prosthetic dentistry, 120(4), 617-623.

Aparicio, C., Gil, F. J., Fonseca, C., Barbosa, M., & Planell, J. A. (2003). Corrosion behaviour of commercially pure titanium shot blasted with different materials and sizes of shot particles for dental implant applica-tions. Biomaterials, 24(2), 263-273.

Bolton, J., & Hu, X. (2002). In vitro corrosion testing of PVD coatings applied to a surgical grade Co–Cr–Mo alloy. Journal of Materials Science: Materials in Medicine, 13(6), 567-574.

Zeng, L., Xiang, N., & Wei, B. (2014). A comparison of corrosion re-sistance of cobalt-chromium-molybdenum metal ceramic alloy fabricated with selective laser melting and traditional processing. The Journal of prosthetic dentistry, 112(5), 1217-1224.

Xin, X. Z., Chen, J., Xiang, N., Gong, Y., & Wei, B. (2014). Surface cha-racteristics and corrosion properties of selective laser melted Co–Cr den-tal alloy after porcelain firing. Dental Materials, 30(3), 263-270.


41

Al Jabbari, Y. S., Koutsoukis, T., Barmpagadaki, X., & Zinelis, S. (2014). Metallurgical and interfacial characterization of PFM Co–Cr den-tal alloys fabricated via casting, milling or selective laser melting. Dental Materials, 30(4), e79-e88.

Xin, X. Z., Xiang, N., Chen, J., & Wei, B. (2012). In vitro biocompatibi-lity of Co–Cr alloy fabricated by selective laser melting or traditional casting techniques. Materials Letters, 88, 101-103.


Murat KORKMAZ Güven Plus Grup Danışmanlık A.Ş. İstanbul / Türkiye

Öz: Bu makale, mimari tasarım sürecinde renk, malzeme ve ışık ile verimli ve makul planlamanın BT desteği için bir kavramı açıklamakta-dır. Makalede açıklanan “Renkli Mimari” yazılım prototipi, üniversite-mizdeki mevcut araştırma faaliyetlerinin modüler bir parçasıdır. Özel araç ve görselleştirme biçimlerine ek olarak, makale mimari modelleme-de renk, malzeme ve ışık faktörlerinin hızlı, gerçekçi, parametreli olarak değerlendirilmesine yönelik bir kavramı açıklamaktadır. Radyasyon ışığı görselleştirmesi kullanılarak geleneksel mimari modellerin oluşturulma-sı, tasarım sürecinde kullanılmak için genellikle çok zaman alıcıdır. İş akışını iyileştirmek için, açıklanan radyasyon görselleştirmesi, renk, mal-zeme ve ışık parametrelerinin etkileşimli olarak ayarlanmasına izin ve-rirken, malzemenin fiziksel olarak doğru bir görselleştirilmesini sağlar. “Renkli Mimari” prototipi, Bina Bilgi Modelinin entegre bir bileşenidir ve mimari tasarımda renk, malzeme ve aydınlatma konseptlerinin pro-fesyonel planlamasını destekler.

GİRİŞ

Profesyonel renk ve iç mimarlar tarafından kullanılan araçlar, BT or-tamında henüz yeterince desteklenmemektedir. Bunun yerine sadece mimari görselleştirme, sunumlar veya karmaşık fiziksel ışık simülasyonu için insüler çözümler mevcuttur. “Renkli Mimari” yazılım prototipi bu açığı giderir ve başlangıç tasarımından planlama aşamasından spesifi-kasyona kadar renk ve malzeme ile dijital planlamayı destekler. Pratik ortamlarda, dijital renk henüz yeterince doğru veya güvenilir olarak ka-bul edilmez, sonuç olarak renk veya malzeme tasarımı için araçlar nadi-


43

ren kullanılır. Ancak, monitörler için yeni uygun fiyatlı renk kalibrasyon araçlarının (ör. ColorVision Inc. “Spyder2” 2004), ışınlayıcıların (örn., Bimber ve ark. 2005) ve yazıcıların (ör. Richter 2005) IT destekli renk ta-sarımı ile ve materyaller gerçekçi bir teklif haline geldi.

Renk ve malzeme kavramlarının planlanması, önemli deneyim, arka plan bilgisi ve vizyon gerektirir ve genellikle uzmanlar tarafından üstle-nilir. Işığın, malzemenin ve rengin birbiriyle nasıl etkileşime girdiğine ve bunun sonucunda ortaya çıkan uzamsal izlenime dair iyi bir bilgi gerek-tirir. Özellikle genç planlayıcılar, öğrenciler ve profesyonel insanlar, renklerin ve malzeme yüzeylerinin görsel ve estetik özellikleri hakkında çok az deneyime sahiptir. Beyazın iç mekanlarda yaygın kullanımı, be-yazın gerçekte yaşayanların veya iç tasarımcının ruhunu gerçekten tem-sil edip etmediği veya bunun renk tasarımının karmaşıklığının dolaylı bir sonucu olup olmadığı sorusunu akla getiriyor. Uygulamada benim-senmesi için bir araç basit, makul ve her şeyden önce bir planlama görevi için güvenilir bir destek sunmalıdır. Bu çalışma, bu alanın özel IT desteği ile mimari ortamlardaki renk ve malzemelerin tasarımının daha güvenle yapılabileceğini göstermeyi amaçlamaktadır.

RENK ve MALZEME TASARIMI

Bu yaklaşımda mimari ortamlarda renk ve malzeme seçimi üç aşa-malı bir süreçtir:

• renk ve malzeme tasarım konsepti,

• ölçme ve değerlendirme ve

• gerçekleşme / uygulama.

Renk ve malzeme tasarım sürecinin bu aşamaları için birtakım farklı kavramlar zaten hazırlanmıştır (örneğin, Donath ve ark. 2004).

Tasarım süreci büyük ölçüde tasarımcının uzmanlığına, deneyimine ve bilgisine bağlıdır. Bu nedenle, bu sürecin dijital desteği mevcut strate-jileri, araçları ve sunumları, ör. alternatif varyantlar, renk çalışmaları ve armoniler ve kontrastlar gibi renk ilişkileri.

Murat KORKMAZ

44

Tasarımın değerlendirilmesi, 3 boyutlu modelden yükseklik ve pers-pektifler kullanılarak gerçekleştirilir. Özellikle düzenleme için bir başka yararlı temsil, zemin ve tavan da dahil olmak üzere bir odanın 'katlan-mamış' 2B iç yükseltileridir. Renk ve malzeme seçimlerinin sonuçlarını güvenilir bir şekilde değerlendirmek ve değerlendirmek için, farklı yü-zeyler arasındaki etkileşimleri temsil edebildiği için entegre ışınsallık görselleştirmesi kullanılır. Burada özellikle önemli olan gün ışığının gör-selleştirilmesidir. Güneş sadece tek bir ışık kaynağı olarak değil, dağınık bir kaynak olarak kabul edilir- gökyüzü modeli her yönden aydınlatır. Güneşe, bulut örtüsüne ve atmosfere bağlı olarak farklı ışınlama özellik-leri gösteren yazılıma önceden tanımlanmış 15 CIE gökyüzü türü dahil-dir. Uygulamada renk ve malzeme konseptlerinin gerçekleştirilmesi için, SmartProjectors (örn., Bimber ve ark. 2005) kullanılarak oda renk kartları, örnek çıktılar ve yerinde renk projeksiyonu desteklenmektedir.

RENK ve MALZEME DEĞERLENDİRMESİ

Renk ve malzeme tasarım sürecini desteklemek için “Renkli Mimari” yazılım prototipi geliştirilmiştir (Tonn 2005 ve Tonn ve ark.2006). İlk test-ler, renk ve malzemelerin değerlendirilmesinin en iyi şekilde, radyasyo-na dayalı görselleştirmeler kullanılarak elde edildiğini gösterdi, çünkü yapılı ortamlarındaki ışık, malzeme ve renklerin etkisini, kataloglardaki saf renkleri veya malzemeleri değerlendirmekten çok daha iyi veya Bez parçaları.

Temel bir sorun, mevcut donanımı kullanarak radyo frekansı görsel-leştirmelerinin hesaplanmasının çok zaman alıcı olabilmesidir. Renk konseptlerinin tasarım ve değerlendirmesinin deneysel sürecinde, bu tür gecikmeler iş akışına ters etkindir.

Radyasyon hesaplaması, ışık, geometri, renk ve malzeme özellikleri parametrelerini dikkate alarak ortamın izlenimini görselleştirmek için kullanılır. Bir sahnedeki nesneler arasındaki karşılıklı etkileşimlerin he-saplanması, görselleştirmenin en çok zaman alan yönüdür. Bununla bir-likte, renk ve malzeme tasarım sürecinde, mimari modelin geometrisi nadiren değiştirilir. Sonuç olarak, işlem geometrik bağımlılıkların önce-den hesaplanmasıyla optimize edilebilir. Bu makalede, ios güneşin ko-


45

numu ’,‘ aydınlatma ’ve‘ önemlilik 'parametrelerinin, ilk radyosluk he-saplaması yapıldıktan sonra değiştirilmesine izin veren ve böylece renk ve malzeme konseptlerinin etkileşimli tasarımını ve değerlendirmesini sağlayan bir radyosluk yaklaşımı incelenmektedir.

İLGİLİ ÇALIŞMALAR:

Işık dağılımı hesaplaması, Cinema4D (Maxon Computer Inc.) veya 3D-Studio (Autodesk Inc.) gibi ticari olarak satılan görüntüleme prog-ramlarının ayrılmaz bir bileşenidir. Bununla birlikte, malzeme veya ay-dınlatma koşulları ayarlandığında, bu sistemlerin güvenilir sonuçlar elde etmek için tüm radyosite hesaplamasını baştan yapması gerekir.

“Relightning” (örneğin, Pellacini ve ark. 2005) veya “Önceden hesap-lanmış radyosite” (örn. Sloan ve ark. 2005) kullanılarak hızlı gerçek za-manlı görselleştirmeler şu anda bilgisayar grafikleri alanında çok fazla araştırmanın konusudur. Özellikle film ve bilgisayar oyunları endüstri-sinde, donanım hızlandırmalı 3D grafik görselleştirme ile modern grafik kartlarının artan performansından yararlanan yeni teknikler geliştiril-mektedir. Yüksek performanslı grafik kartlarının pazardaki kullanılabi-lirliği daha uygun hale gelmektedir ve bu nedenle mimari ofisteki gün-lük planlama görevleri için uygun hale gelmektedir.

Gökyüzü mimari görselleştirme için bir ışık kaynağı olarak temsil etmenin bir aracı olarak güneş, bulut örtüsü ve atmosferin pozisyonun-daki değişiklikleri yansıtan bir “skydome” kullanımı 1994 yılında Do-bashi ve ark. iç ve dış ortamlar için (1996). İlk görselleştirmeden sonra, ışık ve yüzey rengi parametreleri yüksek işleme gereksinimlerine gerek kalmadan değiştirilebilir ve görüntülenebilir. Dobashi’nin örnek özellik-lerinde malzeme özelliklerindeki değişiklikler, yansıyan ışık ve renk açı-sından çevreyi etkilemez.

Dobashi’nin çalışmalarına dayanarak, burada açıklanan sistem sade-ce aydınlatma koşullarındaki değişiklikleri değil, aynı zamanda renk, yansıtıcılık ve şeffaflık gibi malzeme özelliklerindeki değişiklikleri de hedeflemektedir. Bu değişikliklerin etkileri, renk değerlendirmesi ama-

Murat KORKMAZ

46

cıyla uzun bir gecikme olmaksızın gerçek zamanlı olarak görselleştiril-melidir.

AYDINLATMA MODELLERİ ve RENK SİSTEMLERİ

Malzemeleri ve optik özelliklerini tanımlamak için bir dizi farklı ay-dınlatma modeli vardır,

Örneğin. Lambert ve farklı BRDF hafif modelleri (ör. Schlick). “İki Yönlü Yansıtma Dağılım Fonksiyonu” (BRDF) fiziksel olarak en doğru tanımlayıcı modeldir. Bu modele göre, ışığın yansıtıcı davranışı, ışık in-sidansı açısı, ışığın dalga boyu, malzemenin yüzeyindeki kesin konum ve bir dizi optik olarak tanımlanan yüzeyin önemliliği gibi fiziksel bileşen-ler tarafından belirlenir.

Aydınlatmada olduğu gibi, bir malzemenin rengini temsil etmek için bir dizi renk sistemi mevcuttur. En iyi bilinenleri RGB, sRGB, CMYK, CIE-Lab, CIE-XYZ ve fiziksel renk spektrum diyagramlarıdır. Birçok üre-tici, dijital planlama araçlarında kullanımlarına yardımcı olmak için ge-nellikle bu renk sistemlerinden birinde renk örnekleri sağlar. Renkler, renk alanı boyutu gibi bazı sınırlamalarla veya görüntülendikleri ışığın koşulları gibi ek parametreler yardımıyla renk modelleri arasında dönüş-türülebilir. Hall (1999) “Spektral Renk Hesaplama Yöntemlerini Karşılaş-tırma” başlıklı makalesinde, sRGB'yi (“normalize RGB”) radyosite gör-selleştirmeleri için daha iyi modellerden biri olarak tanımlamaktadır. Bu renk sistemi, D65 beyaz dengesine ve 2,4 standart gamaya göre normali-ze edilmiş Kırmızı, Yeşil ve Mavi renk kombinasyonlarına dayanmakta-dır. Bu standart çoğu bilgisayar işletim sistemi tarafından kullanılır ve bu nedenle renk dönüşümü ihtiyacını ortadan kaldırır. Bu nedenle sRGB renk sistemi aşağıdaki görselleştirme hesaplaması için seçilmiştir.

HESAPLAMA KAVRAMI

Radyosite hesaplaması ilk kez 1984 yılında (Goral ve ark.) yapılmış-tır. Bir yüzeye vuran ışık ışınları sadece yansıtılmaz, aynı zamanda pü-rüzlü yüzeylerden yayılır. Goral’ın yaklaşımı, yansımaların her yöne eşit olarak yayıldığı “Lambertian reflektörler” olarak kullanıyordu. Üç bo-yutlu geometrik modellerin yüzeyleri, gölgeler, kapalı alanlar ve diğer


47

komşu yüzeylerden gelen yaygın ışınlama nedeniyle eşit olarak aydınla-tılmadığından, yüzeyler boyutu istenen hassasiyet derecesi ile belirlenen birçok küçük “yamaya” ayrılır. Hesaplama problemi, bir denklem ve yama başına bilinmeyen bir türetmekten oluşur.

Tüm hesaplamanın doğrudan çözümlenmesi, tüm yamalar arasında Fij form faktörlerinin hesaplanmasını gerektirir. Modern radyoloji algo-ritmaları, süreci hızlandırmak için “aşamalı arıtma” (örneğin Cohen ve ark. 1988) ve “hiyerarşik radyoloji” (örn. Hanrahan ve ark. 1991) gibi farklı yaklaşım yaklaşımları kullanmaktadır. Radyasyon görselleştirme-sinin en karmaşık kısmı, farklı yamaların karşılıklı görünürlüğü di, j'nin hesaplanmasıdır.

Yukarıda açıklandığı gibi, renk ve malzeme tasarım sürecinin radyo-site hesaplaması optimize edilebilir. İlk radyosite hesaplaması, mutlak parlaklık ve renk değerleri hariç olmak üzere, radyosite örüntüsünü oluşturmak için kullanılır. Bu ön görselleştirme, radyosite denklemlerini belirler ve bunları hesaplama yoğunluğu olan geometriye bağımlı yönle-ri ve malzeme ve ışık kaynağı değişkenleri için referanslarıyla kaydeder. İkinci bir süreçte (tasarım ve değerlendirme süreci) bu değişkenler çeşit-lidir ve nispeten kısa bir sürede hesaplanabilir.

Anlatılan yaklaşımda “Lambertian Reflektör” yüzeyleri ile uğraştı-ğımızı varsaydık. Mimari tasarım sürecinde, yüzeyler genellikle dağınık yansıtıcı özelliklere sahiptir; sıva, mat boya, duvar kağıdı, halı, ahşap veya beton. Bu makalenin ilerleyen bölümlerinde, daha hassas malze-meyle ilgili BRDF aydınlatma modelinin yukarıdaki yaklaşımla kullanı-mını tartışacağız.

ÖNERİLEN ALGORİTMA

Hesaplama süreci aşağıdaki gibi yapılandırılabilir:

1. Hiyerarşik gökyüzü aydınlatmasının oluşturulması.

2. Mimari modelin geometrisinden yamaların oluşturulması.

3. Tüm yamaların doğrudan aydınlatılması.

4. Yinelemeli ışık değişimi.

Murat KORKMAZ

48

GÖKYÜZÜ AYDINLATMA

Radyosite hesaplaması, gün ışığı koşullarında iç mekanların tasarımı için gereklidir. İç kısım, bulut örtüsüne, atmosfere ve güneşin konumuna bağlı olarak “gök kubbesi” nin tüm yönlerinden (ör., Dobashi ve ark. 1994) renkli ışıkla aydınlatılır. Bununla birlikte, Dobashi’nin önerdiği yaklaşımın aksine, model içindeki yüzeyler arasındaki ışık yansımaları-nın renk ve malzeme bileşeni de mimari iç mekanların doğru tasviri için önemlidir. Güçlü ışık pencereden bir odaya parlarsa, zemine veya duva-ra düşen ışığın yansıması odanın geri kalanını aydınlatır. Malzemelerin rengi ışıkların nasıl yansıtıldığını etkiler ve iç mekânın genel görünümü üzerinde önemli bir etkisi olabilir. Bu etki özellikle renkli pencere sövele-rinde görülebilir (Şekil 1).

Şekil 1: Renkli pencere söveleri ışığı yansıtır ve iç mekânın genel gö-

rünümünü etkiler Küresel aydınlatma için gereken hassasiyete göre, "skydome" matematiksel olarak her biri bir nokta ışık kaynağı olarak temsil edilen ayrı alt yüzeylere bölünür. Güneşin, bulut örtüsünün veya atmosferin konumu değişirse, nokta kaynağının koordinatları aynı kalır- sadece kaynağın ışık özellikleri değişir, geometri sabit kalır. Güneş hare-ketinin etkisini simüle etmek için, “skydome” un çözünürlüğü bu neden-le yeterince iyi olmalıdır.

Yaklaşık 1° 'lik bir çözünürlükte “skydome” 15440 ayrı ışık kaynağı olarak temsil edilir. Bununla birlikte, tek bir yüzeyin bir bütün olarak gökyüzüne maruz kaldığı durumlarda, aydınlatmasının 15440 kaynağın tümü tarafından hesaplanması gereksiz yere karmaşık olacaktır. “Gök-


49

yüzü kubbesini” alt bölümlere ayırmak için hiyerarşik bir yaklaşım oluş-turarak, işlem yükü önemli ölçüde azaltılabilir. “Skydome” icosahedra-yarım kürenin üçgen alt bölümleri, hiyerarşi seviyesine göre giderek daha ince bir şekilde bölünmektedir. Belirlenen hata tolerans seviyelerine göre, tutarlı "skydome" ışık kaynakları grupları, matematiksel olarak bir sonraki daha yüksek hiyerarşik seviyenin tek bir ışık kaynağında grup-landırılabilir (örneğin, Hanrahan ve ark.1991) (Şekil 2). Sonuç olarak, her bir yamanın doğrudan aydınlatmasını hesaplamak için sadece birkaç nokta ışık kaynağı gereklidir. Benzer şekilde, “küresel harmonikler” (ör. Sloan ve ark. 2002) gibi diğer yaklaşımlar aydınlatmayı tanımlamak için kullanılabilir.

Şekil 2. Tutarlı “skydome” ışık kaynakları grupları hiyerarşik olarak

gruplandırılabilir

YAMA ÜRETİMİ

Yaklaşımımızda, 3D modelin geometrisinden yamaların oluşturul-ması nispeten basit tutulur. Tek bir global boyutun ve yamalar için farklı yerel geometrik boyutların tanımlanmasıyla, modelin tüm geometrisi eşkenar üçgenlere bölünür. Birçok yaklaşım, oda köşeleri ve doğrudan güneş ışığı veya gölgede alan kenarları gibi karmaşık alanlarda kaliteyi arttırmak için diğer alanlarla ışık değişimine bağlı olarak yama boyutu-nun sürekli olarak iyileştirilmesi sürecini kullanır. Aydınlatmanın az çok düzgün olduğu diğer alanlar büyük yamalar halinde gruplandırılır. Sabit ışık koşullarında bu hesaplama gereksinimlerini azaltır. Bununla birlikte, değişen ışık koşullarına cevap verebilmek için, yani aydınlatmanın sabit olmadığı (ışığın odaya hemen hemen her yerde parlayabildiği), tüm yü-zeylerde eşit bir yama dağılımı seçilmiştir.

Murat KORKMAZ

50

DOĞRUDAN AYDINLATMA

Bir ışık kaynağı tarafından aydınlatılan her bir yama için, formun bir radyolojik denklemi belirlenir ve bu yama için kaydedilir. Bu durumda, yansıma ρj, BRDF yerine bağımsız bir değişken olarak seçilir, böylece ışığın ideal, dağınık bir yansıması simüle edilebilir. Işık kaynağı Bi'nin radyolojisi de bir değişken olarak saklanır, böylece ilk radyoloji hesap-laması için sadece Fij'in form faktörlerinin yoğun geometriye bağlı he-saplaması yapılmalıdır. Sonuç olarak, her bir yama için doğrudan aydın-latmasını tanımlayan bir dizi denklem saklanır. Şekil 3, bu hesaplama aşamasının bir görselleştirmesini göstermektedir.

IŞIK DEĞİŞİMİ

Bu hesaplama aşamasında, tüm yamalar arasındaki karşılıklı radyo-loji değiştirilir. Cohen ve arkadaşlarına göre bir tür “aşamalı arıtma”. (1988) ve Hanrahan ve ark. (1991) uygulanır. En yüksek aydınlatma yo-ğunluğunu alan, yani doğrudan ışık kaynaklarının sayısı ve hesaplanan form faktörlerinin toplamı en yüksek olan yamalar, radyasyonlarını (denklemlerini) odaya ilk dağıtanlardır. Ek olarak, yamalar, hesaplanma-sı gereken form faktörlerinin sayısını azaltmanın bir yolu olarak, yine belirli bir hata toleransına göre, büyük yamalar (ortak yoğunlukta) hiye-rarşik olarak toplanabilir. Tüm yamalar için radyosite denklemlerinin sayısı, her yeni hesaplama yinelemesiyle, tüm birbirine bağlı yamalar için yeni radyosite denklemlerinin sayısı ile artar. Her bir yama için, ori-jinal aydınlatma denklemi, o yamanın ışıma yoğunluğunu (radyolojisi) belirlemek için Fij form faktörü ve yansıma ρj ile çarpılır.


51

Şekil 3. Doğrudan aydınlatma aşamasından sonra “Renkli Mimari”

ekran görüntüsü

OPTIMIZATION

Yama başına maksimum radyoloji denklemi sayısı, ışık kaynakları-nın sayısı, radyoloji yansımalarının sayısı ve 3D modeldeki (oda) tüm görünür yüzeyleri ile kendi önemlilikleriyle orantılıdır. Malzemelerin yansıtıcı kapasitesi ρj için değişken ve açı veya dalga boyuna bağlı bir fonksiyonun kullanılmasıyla, her bir hesaplama yinelemesinden sonra aynı değişkenlere sahip denklemlerin toplanması mümkündür. Denklem sayısı ışık kaynakları hiyerarşisi ve hata toleransı ayarlaması ile daha da azaltılabilir. Sonuç olarak, denklem sayısının ışık kaynağına bağımlılığı azaltılabilir. Benzer şekilde, yamaların aydınlatılmasının açıklamasını optimize etmek için “küresel harmonikler” (örneğin, Sloan ve ark.)

Yama başına denklem sayısı için özellikle önemli olan, radyoloji al-goritmasının özyineleme derinliği ve odada bulunan farklı malzeme sa-yısıdır. Mimari görselleştirmeler için, radyitenin 3 ila 5 yansıması genel-likle yeterlidir ve iç mekanlarda kullanılan malzeme sayısı genellikle sınırlıdır, böylece yama başına denklem sayısının elden çıkmasını önler. Tüm hesaplamanın sonucu, belirli bir aydınlatma ve malzeme senaryosu

Murat KORKMAZ

52

için doğrudan çözülebilen yama başına bir dizi radyoaktif denklemdir. İlgili yama denklemlerinin toplamı, o yamanın rengini ve parlaklığını üretir.

Hesaplanan radyosite denklemleri sadece değişken aydınlatma ve malzeme özelliklerine bağlıdır. Ek olarak, denklemler birbirinden tama-men bağımsızdır. Sonuç olarak, bir grafik kartı donanım gölgelendirici-sinin gerçek zamanlı olarak üstlenebileceği bir görev olan seçilen değiş-kenler için hızla paralel olarak hesaplanabilirler.

BRDF AYDINLATMA MODELİNİN KULLANIMI

Tarif edilen yaklaşımda, tüm yüzeylerin ideal, yaygın “Lambertian reflektörler” olduğu varsayılmıştır. Bu aydınlatma modeli Cinema4D (Maxon Computer Inc.) ve 3D-Studio (Autodesk Inc.) tarafından kullanı-lanlar gibi birçok radyoloji algoritmasında kullanılmaktadır. Sınırlı işle-me gereksinimlerine sahiptir ve çeşitli şekillerde optimize edilebilir. Bu-nunla birlikte, malzemelerin daha hassas ve fiziksel olarak doğru bir gör-selleştirilmesi için, BRDF aydınlatma modeli kullanılmalıdır. Bir mater-yalin yansıtıcı özellikleri, rengi ve bir dizi başka özellik de dahil olmak üzere, ışığın dalga boyundan (örneğin sedef için kırılma), ışının insidans açısı ve yansımasından (yansıma) belirlenebilir. Bu özellikler benzer şe-kilde yamanın bir odadaki konumuna ve aydınlatmasına bağlıdır, böyle-ce her denklem için önceden hesaplanmış geometriye bağlı değerler ve değişken parametreler belirlenebilir. Sonuç olarak bu aydınlatma modeli kullanılarak radyosite denklemleri de geliştirilebilir.

SONUÇ

Karşılıklı malzeme yansımalarını dikkate alan ve bu nedenle renk ve malzeme kavramlarının tasarımında ve değerlendirilmesinde kullanımı-nın mümkün olduğu hızlı ve etkileşimli bir radyosite görselleştirme sis-teminin geliştirilmesinin mümkün olduğu gösterilmiştir. Sistem, bir BRDF modelinin fiziksel malzeme parametrelerini içerebilir. Radyasyon hesaplamasını daha az tasarım değişkeni, bu durumda renk, malzeme ve gün ışığı için optimize ederek, mimari bir ortamda renk ve malzeme kompozisyonlarının tasarımını ve değerlendirmesini sağlayan bir araç


53

geliştirilmiştir. Bu yöntem, mimari planlamada yüzey tasarımının gelişti-rilmesine önemli ölçüde katkıda bulunur.

Üniversitemizdeki paralel araştırma faaliyetleri, mimari planlama sürecinde malzeme ve ürün seçimlerinin BT desteğini araştırıyor. Yazı-lım konseptinin daha da geliştirilmesi amacıyla “Renkli Mimari” yazılım prototipinin daha ileri deneysel testleri de yapılacaktır. Bu, dijital olarak tasarlanan renk ve malzeme konseptlerinin sahada uygulanması, kalitesi ve hassasiyeti ile ilgili araştırmaları da içerir. Renk ve malzeme kavram-larının tasarımı, kavranması, değerlendirilmesi, gerçekleştirilmesi ve değerlendirilmesi için etkin dijital kavramlar ve planlama araçları ekibi-miz tarafından daha da geliştirilecektir. Bu makalede açıklanan radyas-yon kavramı bu araştırma faaliyetlerinin bir parçasıdır. BRDF ışık model-lerinin kullanımı ve validasyonu, mimarinin tasarımı ve planlamasında fiziksel malzeme parametrelerini daha iyi uygulamak için daha fazla araştırma potansiyeli olan bir alandır.

KAYNAKÇA

Bimber, O., Emmerling, A., and Klemmer, T. (2005). "Embedded En-tertainment with Smart Projectors." IEEE Computer, 56-63, January issue.

Cohen, M. F., Chen, S. E., Wallace, J. R., Greenberg, D. P. (1988). "A progressive refinement approach to fast radiosity image generation." ACM SIGGRAPH Computer Graphics, ACM, New York, NY, USA, 22 (4) 75-84.

Dobashi, Y., Kaneda, K., Nakashima, E., Yamashita, H., Nishita, T., Tadamura, K., (1994). "Skylight for Interior Design," Computer Graphics Forum, Oslo, Norway, 13 (3) 85-96.

Dobashi, Y., Kaneda, K., Yamashita, H., Nishita, T. (1996). "Method for Calculation of Sky Light Luminance Aiming at an Interactive Architectural Design." Computer Graphics Forum, Poitiers, France, 15 (3) 112-118.

Donath, D., Tonn, C. (2004). "How to Design Colour Schemes? Con-ceptual Tools for the Architectural Design." Proc. of the 22th eCAADe 2004, Copenhagen, Denmark, 333-341.

Murat KORKMAZ

54

Goral, C., Torrance, K., Greenberg, D., and Battaile, B. (1984). "Mode-ling the Interaction of Light Between Diffuse Surfaces. " ACM SIGGRAPH Computer Graphics, ACM, New York, NY, USA, 18 (3) 213-222.

Hall, R. (1999). "Comparing Spectral Color Computation Methods." IEEE Computer Graphics and Applications, 19 (4) 36-45.

Hanrahan, P., Salzman, D., Aupperle, L. (1991). "A rapid hierarchical radiosity algorithm."

ACM SIGGRAPH Computer Graphics, ACM, New York, NY, USA, 25 (4) 197-206.

Lambert, J. H. (1760). Photometria Sive de Mensure de Gradibus Luminis, Colorum et Umbræ. Eberhard Klett, Augsburg.

Pellacini, F., Vidimče, K., Lefohn, A., Mohr, A., Leone, M., Warren, J. (2005). "Lpics: a hybrid hardware-accelerated relighting engine for com-puter cinematography." ACM SIGGRAPH Computer Graphics, ACM, New York, NY, USA, 24 (3) 464-470.

Richter, K. (2005). Material Efficiency for Image Output on Colour Prin-ters. Federal Institute for Materials Research and Testing (BAM). Berlin, Germany.

Schlick, C. (1993). "A Customizable Reflectance Model for Everyday Rendering." Fourth Eurographics Workshop on Rendering, Paris, France, 73-83.

Sloan, P.-P., Kautz, J., Snyder, J. (2002). "Precomputed radiance trans-fer for real-time rendering in dynamic, low-frequency lighting, environ-ments." ACM SIGGRAPH Computer Graphics, ACM, New York, NY, USA, 21 (3) 527-536.

Tonn, C. (2005). Computergestütztes dreidimensionales Farb-, Material- und Lichtentwurfs- werkzeug für die Entwurfsplanung in der Architektur. Dip-loma Thesis, Chair for Computer Science in Architecture, Bauhaus-Universität Weimar, D. Donath, 88 pp.

Tonn, C., Donath, D. (2006). Colored Architecture. Software Prototype, Chair for Computer Science in Architecture, Bauhaus-Universität Wei-mar, D. Donath.

MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ TASARIMINDA MALZEME SEÇİMİ İÇİN BİLGİ TABANLI BİR SİSTEM


Öz: Malzeme seçimi normalde tasarım ve malzeme mühendisleri ta-rafından gerçekleştirilen bir görevdir. Gutteridge ve Waterman, malzeme seçiminin amacını, uygun üretim işlemlerinden sonra, ürünün veya bile-şenin gerekli işlevini en düşük maliyetle göstermesi için gerekli boyutla-ra, şekle ve özelliklere sahip olacak malzemelerin tanımlanması olarak tanımlamıştır. Malzeme seçimi amacıyla, tüm malzeme kalitelerini ka-rakterize etmek için binlerce veri gerekecektir. Tasarım mühendislerinin en uygun malzemeleri seçmesine yardımcı olmak için birçok seçim sis-temi mevcuttur. En temel düzeyde, tasarım mühendisleri veri kitapla-rında malzeme özellikleri tablolarını kullanabilirler. Ancak, veri sayfaları eksiktir ve yayınlandıktan sonra güncellenmesi zordur. Dodd ve Fairfull mühendislik malzemeleri hakkındaki bilgilerin nasıl iki ana kategoriye, yani veri ve bilgiye ayrılabileceğini anlattı. Veriler, ölçümlerin sonuçları olarak tanımlanırken, bilgi, verilerin anlaşılması için bu bilgilerin kayna-ğı olan veri öğeleri arasındaki bağlantıları temsil eder. Hem bilgisayarlı veritabanı hem de malzeme seçimi KBS'si aşağıdaki bölümlerde açıkla-nacaktır.


Malzeme Seçimi İçin Malzeme Veritabanı

Son yıllarda, malzemelerin özelliklerine ilişkin verileri depolamak ve işlemek için bilgisayar sistemlerinin kullanımına dikkat edilmektedir. Bu, tasarımcıların malzeme verilerine kolay erişim sağlamak için bir bilgisa-yar veritabanından büyük kapasite ve hızlı erişim elde etmelerini sağlar.

Murat KORKMAZ

56

Prasad'e göre, malzemeler yaygındır bir ürün gerçekleştirme süre-cinde parçaları numaralandıran elemanlar vardır. Günümüzde tasarım mühendisleri normalde aşina oldukları malzemelere güvenmektedir. Bununla birlikte, tasarım gereksinimleri bu tür malzemelerin kısıtlamala-rını aştığında veya malzeme özellikleri üzerindeki kısıtlamaları aştığın-da, eşzamanlı mühendislik ekipleri alternatif malzemeleri dikkate alma-lıdır. Bir malzeme veritabanına doğrudan çevrimiçi erişim sayesinde, eşzamanlı mühendislik ekipleri daha hafif, daha güçlü ve daha düşük maliyetli malzemeleri seçebilir. Bu tür ikamelerin etkisinin analiz edilebi-leceği veya simüle edilebileceği varsayılarak, takımlar mevcut işlemler için kolayca optimum malzeme seçimi yapabilir, her işlem için malzeme-leri koruyabilir ve böylece malzeme israfını azaltabilir.

Kiitap olarak yardımcı malzeme seçiminin, kitap raflarına ulaşma-dan önce genellikle eski oldukları için çeşitli dezavantajları vardır. Ce-vapları bulmak veya verileri istediğiniz şekilde sıralamak için onları di-zine eklemek çok zordur. Malzeme verilerine erişim sağlayan bilgisayarlı bir sistem mutlaka bir malzeme seçim sistemi değildir, ancak verilere erişim kolaylaştırmak için gereklidir

Eleştirel İnceleme

Bu bölüm, tasarımcıların mekanik mühendislik tasarım uygulamala-rındaki malzemeleri seçmelerini sağlayan bilgisayarlı malzeme verita-banlarının gelişimini gözden geçirmektedir. Maddi veri tabanlarının ge-lişimi Harmer Breuer ve ark. Harmer, Cambridge Materials Selector gibi plastikler, elastomerler ve kauçuklar için çeşitli veritabanı sistemlerinin geliştirildiğini bildirdi

CAMPUS, uzun elyaf takviyeli plastiklerin seçimi ile ilgili bir verita-banıdır. Bu sistem FUNDUS olarak adlandırılır ve malzeme bilgilerinin üreticiden tasarımcıya / son kullanıcıya dağıtılmasını sağlar. Bu haliyle, levha kalıplama bileşiği, dökme kalıplama bileşiği ile çalışan herkesin ilgisini çekmektedir. KAMPÜS ve FUNDUS, kullanıcının listelenen her-hangi bir ürünün tüm özelliklerini görüntülemesine, belirli özellik gerek-sinimlerini karşılayan ürünler için veritabanında arama yapmasına, kar-şılaştırma için özellikleri seçmesine ve görüntülemesine ve belirli bir ge-


57

reksinime göre sıralamasına izin veren özelliklere sahiptir. Sistem, opti-mizasyon prosedürlerini kullanarak malzeme özellik verilerini görüntü-lemenin bir yolu olan malzeme seçim grafiklerini kullanır. Seçim süreci, performans endekslerinin uygulanmasına bağlıdır; bu, maksimize edil-diğinde performansı optimize eden malzeme özelliklerinin bir kombi-nasyonudur. Grafikler, malzemeleri ve performans indekslerini sunmak için geliştirilmiştir, böylece en uygun malzeme ve şekil seçimi yapılabilir.

Bilgi Paylaşım Örüntülerinin Resmileştirilmesi Veya Açıklanması

Reynard malzeme veri tabanının önemini vurguladı ve mühendisler tarafından ya da bilgisayarlı veri tabanından hizmet olarak malzeme seçiminin gerekli olmadığını belirten bazı kişilerin tutumunu eleştirdi. Malzeme veri tabanının, çevrimiçi sistemler, ana bilgisayar sistemleri, masaüstü kullanımı için disket ve WORMS ve CD-ROM'lar gibi "kullanı-cıların ihtiyaçlarına en uygun biçimde" sunulmasını önerdi.

Waterman ve diğ. bilgisayarlı tasarım, üretim ve malzeme mühen-dislerinin gereksinimlerini karşılamak için özellik veri sistemleri gelişti-rilmiştir. Bilgisayarlı veri ve materyal hakkındaki bilgiler iki şekilde mevcuttur; Birincisi, sistem abonesinin yerel bir terminal-modem-telefon bağlantısı aracılığıyla merkezi bir bilgisayarla iletişim kurabileceği çev-rimiçi sistemler ve ikincisi, abonenin disketler üzerine veri aldığı ve bun-lara uyumlu bir şekilde eriştiği kişisel bilgisayar tabanlı sistemler vardır.

Bittence [20] en büyük caydırıcılığın bilgisayar destekli malzeme se-çiminin geliştirilmesi projenin yüksek maliyetidir; sadece daha güvenilir veri üretmek için yapılan araştırmaların maliyeti değil, aynı zamanda bilgisayar maliyetleri.

Karar Yöntemlerinin Geliştirilmesine Katkı

Bir veri kaynağını etkin bir şekilde kullanmak için, kullanıcının ara-maya akıllı bir yaklaşım formüle etmek ve verilerin kullanılabileceği bir çerçeve sağlamak için kullanılabilecek bir bilgi tabanı olmalıdır. "Seçim", "karar" anlamına gelir ve yalnızca verilerin akıllı bir şekilde kullanılma-sını sağlayacak kararlar alınabilir.

Murat KORKMAZ

58

KBS, çeşitli sorunları veya sorguları çözmek için kullanıcıya etkile-şimli bir şekilde yardımcı olabilecek uzman bilgileri içerir. KBS, pratik ve kullanışlı bir şekilde hızlı ve kolay erişilebilir bilgi sağlamak için insan bilgilerini veya uzmanlığını temsil etmeye çalışan bir bilgisayar sistemi-dir. KBS'ler şu anda bir insan uzmanı gerektiren bilişsel görevleri yerine getirme yeteneğine sahiptir. Mevcut uzman bilgilerinin gerçek zamanlı kullanımını otomatikleştirebilir, akıl yürütme sürecini açıklayabilir ve kolayca genişletilebilir.

Yaşam Döngüsü Niyet Yakalama

Eşzamanlı mühendislik, Prasad tarafından tarif edildiği gibi yöneti-me dayalı ürün tasarımı, geliştirilmesi ve teslimat felsefesi olarak kabul edilmektedir. Eşzamanlı mühendislik için PD3'ün tam potansiyelini ger-çekleştirmek, bilgisayar destekli sistem aracılığıyla elde edilebilir. PD3 süreci veya yaşam döngüsü amacı hakkında bilgi CE kullanılarak elde edilebilir. Modifikasyon kolaylığı ile bir PD3 işlemi sırasında tasarım amacı için yakalama araçları tanıtılır.

Bilgi Tabanlı Mühendislik (KBE)

KBS'ler, problemleri çözmeyi kolaylaştırmak için alana özgü bilgi ve uzmanlığı yakalamak ve uygulamak için tasarlanmış yazılım programla-rıdır. Diller KBS oluşturmak için bir araç olarak kullanılabilir. Bilgi ta-banlı mühendislik, bilginin işlenmesi ile ilgilenir. KBE, bir sürecin bir kısmıyla ilgili alana özgü bilginin diğer özelliklerle birlikte depolandığı KBS'lerin uygulanması sürecidir.

Diğer Muhakeme Yaklaşımlarının Karşılaştırılması

Diller, bir ürünün tasarımı ve geliştirilmesi için bilgiyi yakalama ara-cıdır. Yaşam döngüsü amacını yakalamak için kullanılabilecek üç tür dil vardır.

Geometri tabanlı dil;

Kısıtlamaya dayalı dil; ve

Bilgi tabanlı dil.


59

Prasad'a göre [3], 601960'lar-1990'lar arasında 30 yıl boyunca, bilgi yakalamak için dillerde büyük bir yenilik olmuştur.

İkinci nesil C4 dilleri, yüzeyler ve 3-D katı maddeler ile ilgiliydi.

Üçüncü nesil C4 dilleri kısıtlamaya dayalıydı, ancak çoğunlukla ge-ometriyle ilgilendi. Örnekler arasında vaka tabanlı tasarım, parametrik şema, varyasyon şeması ve diğerleri sayılabilir.

Son olarak dördüncü nesil diller. Bugün dördüncü nesil C4 dillerinin yaşı. Bunlar, CE tasarım çalışma gruplarına hem geometrik hem de geo-metrik olmayan bilgileri yakalama yeteneği veren bilgi tabanlı teknikler-dir.

Geometriye Dayalı Dil ile Bilgiye Dayalı Dilin Karşılaştırılması

Katı, tel kafes ve yüzey modelleri gibi çoğu geleneksel dil geometri tabanlı sistemlerdir. Bilgiye dayalı dilde, çalışma grubu üyeleri ürünün akıllı bir modelini oluşturmak için bir tasarım dili kullanır. Akıllı model-leri tanımlamak için biçimcilik yaşam döngüsü alanı bilgisini tanımla-mak için bilgiye dayalı bir sunum şemasıdır. Geometri tabanlı bir sistem, nesnenin ne olduğu, diğer nesneler veya bileşenlerle ilişkisi veya yaşam döngüsü yönleri hakkında bilgi sahibi olamıyor.

Kısıtlamaya Kayalı Dil ile Bilgiye Dayalı Dilin Karşılaştırılması

Kısıtlamaya dayalı dil, kısıtlamaları tanımlamayı kolaylaştırır. Kısıt-lamaya dayalı dillerin çoğu, aritmetik, mantıksal fonksiyonlar ve mate-matiksel ifadeleri bir prosedüre dahil etme yöntemleri sağlar. Bir örnek sonlu elemanlar sistemidir. Kısıtlamaya dayalı dil, karmaşık ve son dere-ce uzmanlaşmış analiz ve tasarım görevlerini entegre etmeye ve özel giriş formatları ve çıktı görüntüleme oluşturmaya da uzanır. Bilgi tabanlı dil, özellik tabanlı dilin ötesinde, bilgi tabanlı yaşam döngüsü yakalama moduna geçer. Bilgi tabanlı dil, geometri ve geometrik olmayan nitelikle-ri yakalamak ve montaj oluşturma sürecini tanımlayan kurallar yazmak için yollar sağlar.

Murat KORKMAZ

60

KBS'nin Eşzamanlı Mühendisliğe Malzeme Seçimine Katkısı

Şaron'a göre, eş zamanlı mühendislikte üç darboğazın önemli oldu-ğu tespit edildi. Bunlar insanlar, erken karar verme yeteneği ve geribildi-rimi kolaylaştıran teknolojiler. Erken karar verme önemlidir, çünkü nor-malde mühendislik çalışmaları yeterli bilgi olmadan başlar. Mevcut ka-rarlar erken tasarım aşamalarında alınmalıdır. Bu nedenle, bilgisayar sistemleri tasarım mühendislerine bilgi sağlamada önemli bir rol oyna-maktadır. Malzeme seçimi için KBS, eşzamanlı mühendislikte gerçekten çok önemlidir.

Prasad, eşzamanlı mühendisliğin bileşenlerinin disiplinli kurulum, sinerji ve ekip çalışması ve küresel katılımı içerdiğini belirtmektedir. Kü-resel katılım söz konusu olduğunda, dış ticaret ortaklarının dahil edilme-si ve alt yükleniciler ve tedarikçilerle koordinasyon yapılması önemlidir. Dış ticaret ortaklarının dahil edilmesi, çeşitli şirketlerin çeşitli uzmanlık alanlarında uzmanlık, hizmet ve ürünler sunmak için ortaklık kurmaları anlamına gelir. Bu iş birliğinin tipik katılımı Şekil 1'de gösterilmiştir.

Şekil 1. Küresel şirkete tipik katılım


61

Önemli şirketlerden biri malzeme tedarikçisidir. Ancak, eşzamanlı mühendislik ekiplerinin en iyi malzemeleri seçmesi için bir bilgisayar aracına ihtiyaç vardır. Malzemeyi daha kısa sürede seçmek için KBS gibi kapsamlı bir araç gerektirirler. Böylece, KBS'ye eşzamanlı mühendislik ekibindeki diğerleri tarafından çevrimiçi bir ağ üzerinden erişilebilir.

KBS gibi Bilgi Teknolojilerindeki yeni gelişmeler artık muazzam miktarda veri sunma olanağı sağlıyor. Yeni veya iyileştirilmiş artefaktlar geliştirmek için güvenilir ve rasyonel bir malzeme seçimi yapma sorunu, alışılmadık özelliklere sahip yeni malzemelerin sayısı arttıkça ve KBS bu görevi yerine getirme kabiliyetine sahip olduğundan giderek daha önemli hale gelmektedir.

Gubiotti, bilgisayarlı uzmanların veya KBS'lerin alanının karmaşık bir durumu analiz etmeye yardımcı olabileceğini ve sorunu çözmede kullanıcıya yardım sunabileceğini bildirdi. Bu kavram bir mühendis ve-ya bilim insanının karşılaştığı tüm problemler için aynı derecede geçerli olmasa da, bir malzeme seçimi veya veri analizi içinde bu tür teknikler kullanılarak başarıyla iyileştirilen belirli alanlar vardır.

Evbauomwan ve diğ. malzeme seçimini belirleyen faktörlerin aşağı-dakilere ihtiyaç olduğunu bildirmiştir: malzeme seçimini "konfor bölge-si" malzemeleri ile sınırlamaktan kaçının, yani tasarımcının sadece aşina olduğu malzemeler; tasarımda yeniliği sağlamak için yeni malzemeler ve süreçler kullanmak; tasarım sürecinde malzeme bilgilerini tasarımcılar tarafından kolayca kullanılabilir hale getirmek; belirtilen ürün perfor-mansını elde etmek veya geliştirmek veya malzemeleri veya servis arıza-sını ortadan kaldırmak; bileşen işlevinde bir değişikliği barındırmak; işleme zorluklarını çözme ve / veya yeni işleme tekniklerinden fayda-lanma, malzeme ve / veya üretim maliyetlerini azaltma ve malzeme stoklamada rasyonalize etme, bir malzemenin mevcudiyetinde bir deği-şiklik öngörme veya kullanma; yeni bir ürünün tanıtımından yararlanın veya pazardaki düşüşe uyum sağlayın; yeni ve / veya olumsuz çevresel koşullarla başa çıkmanın yanı sıra tasarım, moda veya mevzuatta bir değişikliğe uyum sağlamak.

Murat KORKMAZ

62

KBS'nin malzeme seçiminde eşzamanlı mühendislik ekiplerinin verimli çalışmasını sağlamak için kullanılması çok önemlidir.

Prasad, eşzamanlı mühendislik alanını etkileyen güçleri yedi temsil-ciye ayırmayı seçti. Bunlar görevleri, takım çalışmasını, teknikleri, tekno-lojiyi, zamanı, aracı ve yetenekleri içerir.

Malzeme seçimi için KBS, en uygun malzemeleri seçme süresini azaltmak için malzeme seçimi görevinin yetenekli eşzamanlı mühendis-lik ekibi üyeleri arasında dağıtılmasını sağlar. KBS malzeme seçimi, do-nanım şeklinde önemli araçlar içerir. KBS'de, multimedya gibi gelişmiş teknoloji, kullanıcıların sistemle ilginç grafik kullanıcı arayüzü ile etkile-şimli olarak iletişim kurmasını sağlar. Sistem, Pugh seçim yöntemi, FMECA, QFD ve diğerleri gibi diğer önemli eşzamanlı mühendislik tek-nikleri ile birlikte kullanılabilir.

Makine mühendisliği tasarımı, tasarım modifikasyonu ve gelişti-rilmesinde KBS'nin malzeme seçimi için önemi

Malzeme seçimi, bir ürün geliştirme süreci için en önemli faaliyetler-den biridir. Yeni geliştirilen eşzamanlı mühendislik metodolojisi gibi modern tasarım üretim ortamında, malzeme seçimi, piyasa tasarımı, ürün tasarım özellikleri, bileşen tasarımı, tasarım analizi, imalat ve mon-taj gibi toplam tasarım modelindeki diğer faaliyetler kadar önemli bir rol oynamaktadır. Şekil 2.


63

Şekil 2. Ürün seçiminde malzeme seçiminin önemi

CE / Pugh alternatif tasarım seçim süreci bağlamında malzeme se-çim süreci için KBS kullanımı

Toplam tasarım modeli, herhangi bir ürün geliştirmede, pazar araş-tırması, ürün tasarım spesifikasyonu, kavramsal tasarım, detay tasarımı, üretim ve satış olmak üzere aşağıdaki adımların gerçekleştirilmesi gerek-tiğini belirtmiştir. Benzer bir model Pahl ve Beitz tarafından da geliştiril-di ve Prasad tarafından Alman yöntemi olarak adlandırıldı.

Malzeme seçimi, belirli bir tasarım için en iyi malzemeyi seçme işle-midir; mekanik tasarımda, malzeme seçimi toplam tasarım sürecinin her aşamasında girer. Charles [33] bir ürünün geliştirilmesinde malzeme seçiminin tasarım ve imalat kadar önemli bir rol oynadığını ve tüm bu faaliyetlerin birbiriyle ilişkili olduğunu vurgulamıştır.

Ashby, Şekil 3'te gösterildiği gibi ürün tasarımında malzeme seçimi işlevini açıklayan bir model geliştirdi

Tasarım sürecinin her aşamasında gerekli olan malzemeler çok fark-lıydı. Şekil 3'teki sol sütundaki ürün tasarımı için toplam tasarım modeli, Pugh tarafından geliştirilen modelle benzerdir.

Murat KORKMAZ

64

Kavramsal tasarım aşamasında, Pugh, en iyi konsepti seçmek için Pugh alternatif tasarım seçim süreci adı verilen bir matris değerlendirme çizelgesi sunmuştur. Bu yöntemde, az sayıda kavram geliştirilmiş ve 'datum' adı verilen yerleşik bir kavram ile karşılaştırılmıştır. Kavramlar sıfırdan daha iyi ise, + ve puanları, aksi takdirde -ve puanları verilir. Kavramların performansı bir veri ile aynı ise, Ss atanır. + Ves ve –es ara-sında en yüksek fark bulunan konsept, en iyi konsept olarak kabul edilir.

Şekil 3. Her aşamada gereken hava ve malzeme verilerinin çok farklı

olduğunu gösteren tasarım süreci


65

CE / Pugh alternatif tasarım seçim süreci bağlamında malzeme se-çim süreci için KBS kullanımı

Toplam tasarım modeli, herhangi bir ürün geliştirmede, pazar araş-tırması, ürün tasarım spesifikasyonu, kavramsal tasarım, detay tasarımı, üretim ve satış olmak üzere aşağıdaki adımların gerçekleştirilmesi gerek-tiğini belirtmiştir. Benzer bir model Pahl ve Beitz tarafından da geliştiril-di ve Prasad tarafından Alman yöntemi olarak adlandırıldı.

Malzeme seçimi, belirli bir tasarım için en iyi malzemeyi seçme işle-midir; mekanik tasarımda, malzeme seçimi toplam tasarım sürecinin her aşamasında girer. Charles [33] bir ürünün geliştirilmesinde malzeme seçiminin tasarım ve imalat kadar önemli bir rol oynadığını ve tüm bu faaliyetlerin birbiriyle ilişkili olduğunu vurgulamıştır.

Ashby, Şekil 3'te gösterildiği gibi ürün tasarımında malzeme seçimi işlevini açıklayan bir model geliştirdi. Tasarım sürecinin her aşamasında gerekli olan malzemeler çok farklıydı. Şekil 3'teki sol sütundaki ürün tasarımı için toplam tasarım modeli, Pugh tarafından geliştirilen modelle benzerdir.

Kavramsal tasarım aşamasında, Pugh, en iyi konsepti seçmek için Pugh alternatif tasarım seçim süreci adı verilen bir matris değerlendirme çizelgesi sunmuştur. Bu yöntemde, az sayıda kavram geliştirilmiş ve 'datum' adı verilen yerleşik bir kavram ile karşılaştırılmıştır. Kavramlar sıfırdan daha iyi ise, + ve puanları, aksi takdirde -ve puanları verilir. Kavramların performansı bir veri ile aynı ise, Ss atanır. + Ves ve –es ara-sında en yüksek fark olan konsept, en iyi konsept geliştirme olarak kabul edilir; piyasa araştırması, ürün tasarım spesifikasyonu, kavramsal tasa-rım, detay tasarımı, üretim ve satış olmak üzere aşağıdaki adımların ger-çekleştirilmesi gerekir. Benzer bir model Pahl ve Beitz tarafından da ge-liştirildi ve Prasad tarafından Alman yöntemi olarak adlandırıldı.

Malzeme seçimi, belirli bir tasarım için en iyi malzemeyi seçme işle-midir; mekanik tasarımda, malzeme seçimi toplam tasarım sürecinin her aşamasında girer. Charles, bir ürünün geliştirilmesinde malzeme seçimi-nin tasarım ve imalat kadar önemli bir rol oynadığını ve tüm bu faaliyet-lerin birbiriyle ilişkili olduğunu vurguladı. Ashby, Şekil 3'te gösterildiği

Murat KORKMAZ

66

gibi ürün tasarımında malzeme seçimi işlevini açıklayan bir model geliş-tirdi.

Tasarım sürecinin her aşamasında gerekli olan malzemeler çok fark-lıydı. Şekil 3'teki sol sütundaki ürün tasarımı için toplam tasarım modeli, Pugh tarafından geliştirilen modelle benzerdir.

Kavramsal tasarım aşamasında, Pugh, en iyi konsepti seçmek için Pugh alternatif tasarım seçim süreci adı verilen bir matris değerlendirme çizelgesi sunmuştur. Bu yöntemde, az sayıda kavram geliştirilmiş ve 'datum' adı verilen yerleşik bir kavram ile karşılaştırılmıştır. Kavramlar sıfırdan daha iyi ise, + ve puanları, aksi takdirde -ve puanları verilir. Kavramların performansı bir veri ile aynı ise, Ss atanır. + Ves ve –ves arasındaki farkın en yüksek olduğu kavram en iyi kavram olarak kabul edilir.

Evbauomwan ve diğ. Şekil 4'te gösterildiği gibi Ashby ile benzer bir model geliştirmiştir. Modelin amacı Ashby ile aynıdır.

Su, Pugh seçim yöntemini içerebilecek toplam tasarım yöntemini en-tegre eden bir model geliştirdi. ve KBS [açıkça malzeme seçimi için KBS'yi içerebilir. Şekil 5. Aslında Sapuan, malzeme seçimi için KBS'yi geliştirmiştir; burada entegrasyon, toplam tasarım yöntemi matris değer-lendirme yöntemi ile yapılmıştır. Bu çalışmanın ayrıntıları bu makalenin 6.3 bölümünde açıklanmıştır.

Malzeme seçiminde KBS, Prasad tarafından geliştirilen bilgi pay-laşım modellerinin gözden geçirilmesi

Karar alma, bir dizi gereksinim olarak belirtilmesi beklenen şeyi ger-çekleştiren bir eser yaratma süreci olarak görülebilir. İki tür durum var-dır. Bilişsel tip durumlar: eşzamanlı bir ekip, ürünlerin işlevlerine yakın olan herhangi bir ekip üyesinin yaşadığı olası sonuçların sonlu bir setin-den bir sonuç, kalıp veya hipotez tanımlar. Aşamalı tip durumlar: ürün ve davranışı hakkında bilgi bilinmiyor.

Ürün yaşam döngüsü işlevlerinin ilerici ve bilişsel yönlerini birleşti-rerek, 'akıllı rejeneratif sistem' adı verilen yeni konsept ortaya çıktı. Biliş-


67

sel yönler bilgiyi yakalar ve ilerici yönler yeni tasarım evrimine sistema-tik bir yapı kazandırır. Akıllı burada bilgi tabanlı mühendislik, güçlü uygulama veya bilgisayar modülü anlamına gelir. Bir KBE ortamında katkıda bulunan mühendislik disiplinlerinden mühendislik kuralları, harici veritabanlarından bilgi çıkarmak için karar kriterleri vb. Gibi çeşitli kural türleri oluşturulmaktadır.

Şekil 4. Malzeme ihtiyaçları ve tasarım yaşam döngüsü

Murat KORKMAZ

68

Şekil 5. Toplam tasarım modeli ile KBS modeli arasındaki ilişki

Malzeme seçimi için KBS kullanımı söz konusu olduğunda, Zucker ve Demaid, Demiad ve Zucker, Hopgood, Robinson ve ark. , Simp-kin ve Oldham, Thurston ve Crawford, Nitsche ve ark., Bullinger ve ark. Feh-senfeld ve ark., RAPRA Technology Limited nonAnon, Simms, Harmer., Kaelble, Boose, Nielsen ve ark., Bergamaschi ve ark., Sapuan, Sapuan ve ark. Ve Sapuan ve Abdalla çeşitli yaklaşımlar ve yazılım paketleri kulla-narak KBS geliştirmiştir.

Yukarıdaki araştırmacıların çoğu polimerik bazlı kompozit malze-melerde KBS malzeme seçimini gerçekleştirdiler. Robinson ve diğ. yüzey kaplamaları uygulaması için malzeme seçimi için KBS geliştirdi. Benzer şekilde Simpkin ve Oldham, aşınma, korozyon ve mekanik yükleme alanlarında malzeme seçimi için KBS'yi kullandı.

Polimerik bazlı kompozit, kullanıcıların büyük ilgisini çeken ve özel-likle havacılık ve otomotiv endüstrilerinde metaller gibi geleneksel mal-


69

zemelerin yerini alan gelişmiş malzemelerden biridir. Diğer materyal sınıfları için ayrıntılı malzeme seçim işlemleri, kısaca, bu makalede sağ-lanamaz.

Malzeme seçimi örnekleri

Son zamanlarda Sapuan ve ark. [27-30] ve Abdalla [28], otomotiv bi-leşenleri için, özellikle pedal kutusu sistemi için kural tabanlı muhakeme kullanarak polimerik bazlı kompozitlerin malzeme seçimi için bir KBS sistemi geliştirmişlerdir. Kullanılan paket KEE. Sistemin genel mimarisi Şekil 6'da gösterilmektedir. Bilgi tabanı, malzeme veritabanı ve katı mo-delleme sistemi Mühendisi dahil olmak üzere malzeme seçiminde kulla-nılan çeşitli araçlar arasındaki ilişkiyi gösterir. KBS bir Sun Sparc istas-yonunda donanım platformu olarak geliştirildi. Otomotiv pedal kutusu sistemleri için uygun malzemelerin seçilmesi bu araştırmanın en büyük vurgusu idi. Malzeme seçimi sürecinde mekanik, fiziksel ve kimyasal özellikler ile ekonomik ve imalat hususları dikkate alınmıştır. Bu faktör-ler ve diğerleri kısıtlama olarak temsil edildi ve KBS'de sezgisel kurallar şeklinde tercüme edildi. Malzeme seçim işlemini gerçekleştirmek için kurala dayalı "If-Then" tekniği uygulanır. Tüm kısıtlamaları karşılayan bir malzeme, belirli bir bileşen için uygun bir aday haline gelir. Kısıtla-malardan herhangi biri ihlal edilirse, sistem söz konusu malzemenin uygunsuzluğuna ilişkin bir mesaj verir.

Murat KORKMAZ

70

Şekil 6. Malzeme seçimi için KBS'nin genel mimarisi

SONUÇ

Çalışma, KBS'nin malzeme seçim sürecinde çok uygun bir araç oldu-ğunu göstermektedir. Malzeme veritabanlarının bazıları ayrıca malzeme seçim sistemleri olarak da kullanılabilir, ancak temel olarak veri depola-ma için geliştirildiklerinden, bir malzeme veritabanı kullanan malzeme seçim süreci çok güvenilir değildir. Bu nedenle, KBS kullanılarak mal-zeme seçim sürecine dikkat edilmelidir.

KAYNAKÇA

Breuer, H., Tiba, M.H., Shastri, R., Kennedy, J.S., Baur, E., Mehta, K.S., Sarnacke, P.M., et al., (1994). CAMPUS® — standardized presenta-tion of data on plastics. Proceedings of the SPE Fifty Second Annual Tech- nical Conference and Exhibit. USA.

Breuer, H., Dean, G., Tiba, M.H., Shastri, R. (1994). International standards for the acquisition and presentation of comparable data on plastics. J Vinyl Technol 164.:213–218.


71

Breuer, H., Tiba, M.H., Shastri, R., et al., (1994). Global standardiza-tion of plastics data. Automot Eng, 1028.:13–15.

Dodd, G.S., Fairfull, A.H. (1989). Knowledge-based systems in ma-terials selection. In: Dyson BF, Hayhurst DR, editors. Materials and engi-neering design: the next decade. London: The Institute of Metals.

Harmer, S. (1997). Materials databases I. London: Materials Informa-tion Service, The Institute of Materials.

Prasad, B. (1997). Concurrent engineering fundamentals, integra-ted product development, volume II. New Jersey: Prentice Hall, Inc.

White, P.J. (…..). Materials selection: is the machine really smart eno-ugh? Proceedings of Society of Plastics Engineers Confer- ence. Hartfort, Connecticut.

AC VE DC YÜKLÜ GÜNEŞ EV AYDINLATMA SİSTEMİ


Öz: Çalışmanın temel amacı güneş enerjisini kullanarak alternatif ışık sistemi sağlamaktır. Çalışma için alınan sistem, 10W'lık bir Güneş paneli, 12 V'luk bir pil, bir Solar şarj kontrolörü, Çoklu vibratör IC (CD 4047), MOSFET (IRF Z44N), Küçültme trafosundan (12-0-12) oluşur. Enerji talebi ve enerji mevcudiyeti arasındaki boşluğa çözüm sağlar. Şarj kontrolörü aküye şarj akışını korur, yani akünün aşırı şarjına ve derin deşarjına karşı koruma sağlar. Aynı zamanda PV teknolojisi, küresel ısınmaya da bir çözüm sağlayan en güçlü büyüyen elektrik üretim tekno-lojisidir. Tropikal Hindistan'ın hemen hemen her bölümü bu teknolojiyi benimsemek için elverişlidir. PV enerjisi, otonom güç paketleri ve şebe-keye entegre sistemler olarak farklı dönüşüm teknolojileriyle dünya ge-nelinde kullanılmaktadır. Konvertör tipi ve yük, amaçlanan uygulamaya bağlıdır. Çalışma, güneş enerjisiyle çalışan ev aydınlatma sisteminin pra-tikte analizini sunar ve güvenilir ve optimum performans için sistemin tasarımını doğrular.

GİRİŞ

Güneş ev aydınlatma sistemi, uzak off-grid alanlarına enerji sağla-mak için uygun maliyetli çözüm sunan fotovoltaik sistemlerdir. Güneş enerjisi tüm bitkiler, hayvanlar ve insanlar için Dünya üzerindeki yaşamı sürdürür, çünkü gelecekte tüm toplumların temiz, bol enerji kaynakları-na olan ihtiyaçlarını karşılamaları için heyecan verici bir çözüm sunar. Güneş enerjisinin ana kaynağı, enerjinin hidrojenin helyuma dönüşme-sinden geldiği, Güneş'in çekirdeğindeki nükleer tepkidir. Güneş enerjisi Dünya'ya fotonlarla da temsil edilebilen elektromanyetik dalgalar şek-linde iletilir. Bu nedenle Dünya, esasen, bitki fotosentezi ve nehirleri oluşturan ve hidroelektrik enerji sağlayan yağmur olarak ortaya çıkan


73

yağmurların ortaya çıkması gibi çeşitli formlarda görülebilen büyük mik-tarlarda güneş enerjisi alan büyük bir güneş enerjisi toplayıcısıdır.

Bazı kırsal alanlarda elektrifikasyon mümkün değildir, bu nedenle SHS bir evin temel elektrik ihtiyaçlarını karşılayan enerji talebini karşı-lamak için kullanılabilir. [9] Küresel olarak SHS, şebekeden elektrifikas-yonun çok maliyetli olduğu veya mümkün olmadığı uzak yerlerde yüz binlerce haneye güç sağlar. SHS genellikle kurşun asit bataryadan aldı-ğımız ve günde üç ila beş saat boyunca ışık, radyo ve küçük TV gibi dü-şük güçlü DC cihazlarına güç sağladığımız 12 V doğru akım (DC) volta-jında çalışır. Ayrıca SHS, multivibratör IC ve iki MOSFET kullandığımız invertör gibi cihazları kullanır, bu nedenle invertör kullanarak 12/24 V gücünü daha büyük cihazlar için 240VAC gücüne değiştirebiliriz.

Bir SHS tipik olarak, güneş pillerinden oluşan bir veya daha fazla PV modülü, güç dağıtan ve pilleri ve cihazları hasardan koruyan bir şarj kontrolörü ve güneş parlamadığında kullanmak için enerji depolamak için en az bir pil içerir, çünkü geceleri yoktur paneldeki çıkış voltajı sıfır olur. [1] Çalışma, güneş enerjisi ile enerji kaynağından oluşmaktadır. Fotovoltaik panel güneş enerjisini doğrudan elektrik enerjisine dönüştü-rür. Elektrik enerjisi şarj kontrolörüne verilir. Şarj kontrolörü gücü dü-zenler ve aküye aşırı şarj koruması ve derin deşarj koruması sağlar. [7] Düzenlenen güç kurşun asit aküde depolanır. Depolanan enerji, bir orta güç çevirici vasıtasıyla AC'ye dönüştürülen DC biçimindedir.

Metodoloji: Önerilen sistem monokristal güneş paneli kullanır, çün-kü polikristal panelden daha verimlidir, bu nedenle ışık panelin yüzeyi-ne çarptığında voltaj regülatörü IC ile 5V'ye dönüştürülebilen 12 V çıkış alır ve bu 5V bir şarj kontrolörüne giriş. [3] Pil, aralarında şarj kontrolörü bulunan bir güneş paneli kullanılarak şarj edilir. Şarj kontrolörü, pili aşırı şarjdan ve derin deşarjdan korumak için kullanılır. Akü şarj edildikten sonra, doğrudan aküye bir D.C. yükü bağlanabilir. Buna ek olarak, sürü-cüye doğrudan şarj kontrolörüne bağlı olan bir A.C. yükü bağlanabilir. İnverter, akü tarafından sağlanan D.C. gücünü A.C. yükünü çalıştırmak için A.C. gücüne dönüştürmek için kullanılır.

Murat KORKMAZ

74

Şekil 1. Çalışmanın blok şeması

Donanım Tanımı

Güneş Paneli

Güneş panelleri veya daha teknik olarak fotovoltaik (PV) paneller, bir güneş enerjisi ev elektrik sisteminin etkin bileşenidir. Çeşitli güneş paneli türleri olabilir, ancak esas olarak sadece üç tip güneş paneli vardır, yani monokristalin, polikristalin ve amorf ince film tipi güneş paneli. Monokristal hücreler saf kristalin külçeden dilimleniyor. Siyah renklidir-ler ve doğru açıya getirildiklerinde yüzeye düşen maksimum güneş ışı-ğını emebilirler. [8] Monokristalin hücre verimliliği% 19-20 civarındadır. Polikristalin hücreler saf silikon kesiklerden yapılır, monokristalin aksine hücreleri bir yönde mükemmel bir şekilde birleşmez ve bu nedenle ve-rimliliğini% 13-15'e düşüren ara bağlantı kayıpları meydana gelebilir. Amorf ince film verimliliği% 6-10 civarındadır. Paneller, doğru akım (DC) elektriği üretmek için güneş ışığı (fotonlar) ve fotovoltaik etki kul-lanan yarı iletken malzemeden yapılmış gofret veya hücrelerden oluşur.


75

Şekil 2. Güneş paneli tipleri: (a) mono-kristal silikon, (b) poli-kristal

silikon ve (c) amorf

Farklı hücre teknolojileri, fotovoltaik üretilen elektriğin maliyetini düşürmeye çalışırken kullanılan farklı enerji dönüşüm verimliliklerini ve üretim tekniklerini temsil etmek için kullanılır. Fotovoltaik teknolojisi, daha iyi dönüşüm verimliliği ve daha düşük maliyet doğrultusunda her geçen gün sürekli olarak gelişmektedir. Her güneş pili, belirli imalat ve fiziksel kısıtlamalar altında önceden belirlenmiş bir voltaj ve akım ürete-bilir. Güneş paneli, istenen güç çıkışını (akım ve voltaj) oluşturmak için özdeş hücrelerin seri ve paralel kombinasyonlarıdır. Panele, ideal güneş ve sıcaklık koşullarında üretebilecekleri maksimum güce bağlı olarak watt cinsinden bir güç derecesi atanır. Nominal güç çıkışını bilerek, elektrik yükü taleplerini karşılamak için kaç panele ihtiyaç duyulduğunu belirleyebiliriz. Bir araya getirilen birden fazla panele güneş dizileri de-nir. Güneş paneli maliyeti ve çıkış gücü arasında doğrudan bir orantısal-lık vardır. Güneş paneli, bir SHS'nin toplam başlangıç ekipman maliyeti-nin yaklaşık %50'sidir.

Murat KORKMAZ

76

Şekil 3. Karşılaştırıcı IC

Bir voltaj karşılaştırıcı, iki giriş voltajını karşılaştıran ve daha büyük voltaj çıkışını veren elektronik bir cihazdır. Bir op-amp'den bir voltaj karşılaştırıcısı oluşturmak kolaydır, çünkü op-amp'in çıkış devresinin polaritesi, iki giriş voltajı arasındaki farkın polaritesine bağlıdır. Bir Op amp'de iki giriş setini karşılaştırabiliriz.

Zener Diyot

Zener diyotunun ana uygulaması bir voltaj regülatörü ve aşırı voltaj korumasıdır. Aşırı gerilim koruması, Zener diyotları kullanılarak elde edilir, çünkü ters eğilim voltajı belirli bir değerden çok fazla olsa bile Zener diyotundan akan bir akım vardır.

Voltaj Regülatörü Olarak Zener Diyot

Regülatör terimi, regülasyonları veya kontrolleri ifade eder. Zener diyot aşağıda gösterildiği gibi bir devreye sokulursa voltaj regülatörü olarak çalışabilir, böylece diyot boyunca sabit bir çıkış voltajı elde ederiz. Devre bir akım voltaj kaynağı tarafından tahrik edilir. Diyot üzerindeki voltaj belirli bir değeri aşarsa Zener diyotunun beslemeden aşırı miktar-da akım çekeceğini biliyoruz. Bir voltaj regülatörü olarak zener diyotun temel diyagramı gösterilmiştir.


77

Şekil 4. Voltaj regülatörü olarak Zener diyotu

Şarj kontrol cihazı

Şarj kontrolörünün işlevi, güneş panelleri tarafından pilin aşırı şarj edilmesini ve elektrik yüklerinin derin deşarj olmasını önleyerek pil öm-rünü korumaktır. Her iki durum da pil ömrünü ciddi şekilde azaltır veya ona zarar verir. Şarj kontrolörleri, farklı boyutlar, koruma ve izleme özel-likleri gibi tüm formlarda gelir. Şarj kontrolörünün seçimi, takılı güneş panellerinin büyüklüğüne ve yüklerin karmaşıklığına ve gelecekteki ge-nişleme olasılığına bağlıdır. Kullanılan pilin durumuna ve türüne bağlı olarak farklı şarj ve bakım algoritmaları veya teknikleri kullanılır.

Murat KORKMAZ

78

Pil

Hemen hemen tüm güneş elektrik uygulamaları enerji depolamak için kurşun-asit tipte bir pil kimyası kullanır. [6] Bunun nedeni, pilin depolama kapasitesinin maliyet oranına, geniş kullanılabilirlik düzeyle-rine, teknik basitliğine ve destek altyapısına bağlıdır.

Şekil 6. Pilin şarj ve deşarj işlemleri

Kurşun-asit batarya, kimyasal enerjiyi depolayan ve talep üzerine elektrokimyasal işlemle elektrik enerjisi olarak dönüştüren bir elektro-kimyasal cihazdır. Bir pil, ışık, fan veya motor gibi harici bir yüke bağ-


79

landığında, kimyasal enerji elektrik enerjisine dönüştürülür ve doğru akım, devreden katottan pilin anotuna akar ve bir elektron ters yönde hareket eder akıma yani anottan katoda.

YÜKLER

Yükler aküden güç çeken elektrikli cihazlardır. Maksimum ev tipi elektrikli cihazların AC gücü olduğunu ve bir SHS'de AC ile çalışan ci-hazları kullanmak için bir DC-AC güç çevirici gerekecektir. Sürücünün kendisi bir yük görevi görür, çünkü güç çekebilir (bekleme güç tüketimi) ve bir invertörde dönüşüm verimliliği kayıpları da meydana gelir. Bu durumda, eviriciye bağlanan tüm AC cihazları da gücünü bataryadan alabilir. Birçok SHS projesinde, maliyet kısıtlamaları ve sistem karmaşık-lığı nedeniyle bir inverter dahil değildir. Bu durumda, CFL ve LED ışık-ları, küçük radyolar ve küçük DC destekli TV'ler gibi DC cihazlarını doğ-rudan 12v DC SHS devresine bağladık. DC cihazlarının tipik düşük güç gereksinimlerinden ötürü, yalnızca DC SHS kullanımı çok uygun mali-yetlidir ve ayrıca sistem karmaşıklığını azaltır.

N kanal MOSFET (IRFZ44N)

Bipolar transistörlerin aksine, MOSFET voltaj kontrollüdür. BJT du-rumunda, taban direncini anahtarlanan akım miktarına göre çok dikkatli bir şekilde hesaplamamız gerekir, çünkü akım kontrollüdür, ancak bu bir MOSFET ile böyle değildir. Sadece kapıya yeterli voltaj uygulamalıyız ve anahtar çalışır. MOSFET'in giriş empedansı çok yüksektir. MOSFET'in yüksek giriş engeli vardır. Bir MOSFET'i anahtar olarak kullanmak için, geçit voltajını (Vgs) kaynak voltajından daha yüksek tutmalısınız. Kapıyı kaynağa bağlarsanız (Vgs = 0) kapatılır. Örneğin, Vgs 10V ile 20V ara-sında olduğunda açılan “standart” bir MOSFET IRFZ44N'miz var. N-kanal MOSFET için yükü genellikle Tahliye tarafına koymamızın nedeni iki nedendir. Birincisi, Kaynak genellikle GND'ye bağlıdır. İkinci olarak, yük kaynak tarafına bağlanırsa ve zemini drenaj taraflarına koyarsak, MOSFET'i daha yüksek Vgs'de tetiklemeliyiz, böylece kaynak ile drenaj arasında beklenenden daha az veya çok daha az akım akışı olur.

Murat KORKMAZ

80

Çevirici

Bir invertörde, Multivibrator IC (CD4047), iki MOSFET, Step Up Transformer, Zamanlama Bileşenleri vb.Gibi çeşitli bileşenler kullanıyo-ruz. Birincisi, IC'nin 13 numaralı piminde temel frekans, İkinci pim 11'in temel frekansların yarısı olacaktır ve üçüncü olarak 10 numaralı pimde temel frekansın yarısıdır. ancak irade sinyali 180 dereceye çevirmek zo-rundadır. İkinci çıktının tersi bir özellik var.

Şekil 7. Çevirici

Şekil 8. Multivibratör


81

Bu test edilmiş tasarım, 12V DC'yi herhangi bir güneş enerjisi siste-minin akümülatöründen enerji tasarruflu CFL'ler gibi çeşitli AC Yükleri-ni çalıştırabileceğimiz 230V AC'ye dönüştürür. CFL yükleri için optimize edilmiş güneş enerjili inverter devresi, IC CD4047'yi daha serbest çalışan bir osilatör olarak kullanır. Pim 1 ve 2'deki kapasitör ve direnç zamanla-ma bileşenleridir. IC'nin nabız tekrarlama oranı 4.4xC2xR2 değeri ile be-lirlenir. IC, çıkış pimleri 10 ve 11'de tamamlayıcı kare dalga sinyalleri üretir. İki MOSFET, yükseltici transformatör kullanılarak gerçekleştirilen yüksek voltaj jeneratörü için sürücü görevi görür. Burada ters fonksiyon (kademeli) için sıradan (AC 230V ila 12-0-12 / 5Amp) kademeli bir trans-formatörün kullanıldığını ve çıkışının AC şebeke çıkışında mevcut oldu-ğunu unutmayın. Bu taşınabilir güneş enerjisi inverter devresini kullana-rak iki ila dört düşük watt (yani AC 230V'de 11W) hazır Kompakt Flore-san Lambaları (CFL) yakabilirsiniz.

A.Çalışma sırasında

Fotovoltaik panel böylece doğrudan güneş enerjisi mevcut olduğun-da pili aynı anda yükler ve şarj eder. Akü doğrudan DC yüklerini sür-mek için kullanılabilirken, Akü ile yük arasına bir invertör takılarak A.C. yükleri getirilebilir.

B.İç direnç testi sırasında

Fotovoltaik panelin her zaman bir iç direnci vardır. Bu direnç, yük direnci ile birlikte, yük panel boyunca uygulandığında voltajın düşmesi-ne neden olur. Panelin performansı hakkında sadık bir çalışma yapmak için iç Dirençini bilmek gerekir. Böylece, çeşitli özellikleri incelerken aynı şey dikkate alınabilir. Panelin iç direnci 13,6 ohm olarak çıkıyor. Bu iç direnç nedeniyle 8.29 voltluk bir düşüş var. İç direnç mevcut olmasına rağmen, güneş panelinin optimum performansını elde etmek için müm-kün olduğunca düşük tutulmalıdır.

Şarj şarjı sırasında

Şarj süresi, gösterildiği gibi hesaplanabilir: 10W güneş paneli, opti-mum koşullar altında yaklaşık 10W / 12V = 0.83A koyar Bu tür optimum

Murat KORKMAZ

82

koşulların varlığının günde yaklaşık 6 saat olduğu varsayılır. Teslim edi-len ücret günlük 0.83A * 6 Saat = 5A Saat olacaktır. Şimdi, pil derecesi 7A saattir. Böylece, şarj süresi 7A Saat / 0.83A = 8.4 Saat olacaktır.

Deşarj testi sırasında

Çalışmadan, geliştirilen sistemin dokuz sürekli saat boyunca güç sağlayabileceği bulunmuştur.

SONUÇ

Aşırı şarj ve düşük korumalar, bu koşullar altında kullanıcıyı bu ko-şullardan haberdar etmek için kullanılır. Bu korumaların ayarlanması potansiyometre ile sağlanır. Sadece LED ampuller ile Güneş Ev Sistemi güneş panelleri üretmek için enerji tüketimi değil, tüp ışıkları ile Güneş Ev Sistemi (SHS)% 25 daha düşük olan 1.44 MWht, aynı zamanda fikstür başına 3W güç tasarrufu elde edilir. Fotovoltaik teknoloji, gelecekte dün-yanın enerji açığı sorununu çözmek için en umut verici kaynaktır. 2050 yılına kadar PV, dünyadaki elektrik kullanımının yaklaşık% 10 ila 15'i arasında bir üst sınır sağlama potansiyeline sahiptir. Bu, geleneksel yön-temlere bağımlılığı azaltacaktır ve bir güneş panelinin ömrü 20 yıldan fazla olduğu için uzun vadede ekonomik olacaktır. Yukarıdaki tüm ça-lışmalardan, güneş PV LED'lerinin aydınlatma sisteminin diğer aydın-latma kaynaklarından daha iyi olduğu sonucuna varılmıştır, çünkü bu sistem bazı anahtarlama cihazları ve bazı kontrol ekipmanlarıyla ev alet-leri, konut ve ticari süreç olarak kullanılabilir. Bu sistemin güç perfor-mansı iyidir, çünkü diğer aydınlatma sistemlerine kıyasla daha fazla güç gerektirmez.

KAYNAKÇA

Alkos, Baldauf, (2015). “A smart home demand-side management system considering solar photovoltaic generation”, IEEE 2015 5th Inter-national Youth Conference on the Development in the Renewable Energy Technology (ICDRET).

Biswajit, B., Sujoy, M. (…..). “A Comparative Study of Low Cost So-lar Based Lighting System and Fuel Based.


83

International Journal of Computer Applications, Volume 18– No.2, March, 2011,0975 – 8887

Lighting System (2013). for Remote off Grid Location in India”, In-ternational Journal of Modern Engineering Research(IJMER),Vol. 3, Is-sue. 5, September,2249- 6645.

Taoufiku Islam; M. Abdul Awal.”Efficient Load and Charging Met-hod for Solar Powered Home Lighting System”, IEEE 2014 3rd Interna-tional Conference on the Developments in Renewable Energy Techno-logy(ICDRET), Pages:1-3.

Tarujyoti Buragohain, “Impact of Solar Energy in Rural Develop-ment in India”, International Journal of Environmental Science and Development, Vol. 3, No. 4, August 2012, 334-338.

Savitha G. Kini. “Design and development of energy efficient retrofit LED fixture for solar powered home lighting system”,Annual IEEE India Conference, Pages: 1 – 4.

Suresh, L., at al., (……).Design, Development & Simulation of Solar Lighting System, International Journal of Engineering Research and Applications, Vol. 1, Issue 3, 991-996

Sree Manju, B Ramaprabha, R Mathur B.L, Design and Modeling of Standalone Solar Photovoltaic Charging System.

Werulkar, A. S., Kulkarni, P. S., and Sahusakde, A., 2010, “Simula-tion and Energy Balance Study in Solar Home Lighting System,” All India Seminar on Power System: Control, Operation and Maintenance (PSCOM-2010), Chandrapur, India, December 4–5, pp. 83–88.

Werulkar, A.S., Kulkarni. P.S. (2012). “Design of a solar charge cont-roller with microcontroller based soft switching buck converter”, IEEE 2012 International Conference on Power Electronics, Drives and Energy Systems (PEDES).

KAYNAKTA YANMA OLUKLARININ MALZEMENİN MEKANİK ÖZELLİKLERİNE ETKİSİNİN İNCELENMESİ

Doç.Dr. Memduh KURTULMUŞ1, Dr.Öğr.Üyesi Senai YALÇINKAYA2*, Ezgi DOĞAN3

1Marmara Üniversitesi Uygulamalı Bilimler Yüksekokulu, İstanbul / Türkiye 2*Marmara Üniversitesi Teknoloji Fakültesi, İstanbul / Türkiye

3Özmetal A.Ş. – ESAB Türkiye Distribütörü, İstanbul / Türkiye

Öz: Yanma olukları, ana metalde doğrudan kaynak metalin kenarla-rı boyunca bir oluk gibi görünen bir kaynak hatasıdır. Operasyonda uy-gun olmayan kaynak parametreleri kullanılıyorsa, dolgu ve alın kaynak-larında kaçınılmazdır. Kaynakta gerilme yığılması üreten ve kaynağın mukavemetini düşüren bir süreksizliktir. Bir yanma oluğunun gerilme yığılma faktörünü etkileyen ana unsurlar, dolgu metalinin ana metal ile açısı, yanma oluğu genişliği, yanma oluğu derinliği ve yanma oluğu kök yarıçapıdır. Bu çalışmada 20 mm kalınlığındaki çelik plakalar tozaltı ark kaynağı işlemi ile kaynaklanmıştır. Kaynak işleminden önce, test plakası boyuna taşlanarak tek bir eğim kaynak ağız açısı elde edildi. İki plaka bir geçişle kaynaklanmıştır. Kaynak yapıldıktan sonra kaynak radyografik NDT işlemi ile test edildi. Kusursuz bir kaynak elde edildi. Daha sonra standart çekme test numuneleri kaynak işleminden geçirildi. Isıdan etki-lenen bölgede, her çekme testi numunesinde kaynak metal sınırına biti-şik bir suni oluk açılmıştır. Her oluk bir orijinal yanma oluğuna benze-mektedir. Uzunluk, kök yarıçapı ve olukların derinliği değişmiştir. Daha sonra numuneler bir çekme test cihazında kırıldı. Test sonuçlarından, her oluğun statik stres konsantrasyon faktörü hesaplandı. Oluk geometrisi-nin stres konsantrasyon faktörleri üzerindeki etkileri belirlenmiştir.


Günümüz üretici firmaları rakiplerinin rekabeti ile baş edebilmeleri için sürekli olarak ürünlerinin kalitesinden ödün vermeden üretimlerini geliştirmek zorundadır. Üretimlerinin hızını arttırmak ve maliyetlerini


85

düşürmek suretiyle üretimlerinde gelişme elde edebilirler. Çelik konst-rüksiyon, gemi imalatı, otomotiv, petrokimyasal, uzay, basınçlı kaplar, nükleer enerji birimleri ve elektronik gibi üretim yapan sanayi kolları kaynak yöntemlerini yaygın olarak kullanmaktadır. Bu iş kollarında uy-gulanan kaynak yöntemlerinde kaynak verimliliğin arttırılması ile üre-tim maliyetlerinde düşmeler gerçekleştirilmektedir.

Belli bir kaynak yönteminde verimliliğin geliştirilmesinde birçok de-ğişiklikten yararlanılmaktadır. İş kolunda uygulanmakta olan bir kaynak yönteminin optimum hale gelmesinde en basit çözüm kaynak süresinin kısaltılmasından geçmektedir (Yükler,A.İ.,Pazarçeviren,S.,2000). Bu da kaynak yapma hızının arttırılması ile elde edilir. Verimliliği arttırmanın diğer bir yöntemi uygulanan kaynak tekniğinde otomasyona gitmektir. (Juha L. J., 2005). Üretimde kullanılan kaynak yönteminin otomatik hale getirilmesi sonucunda sürekli kaliteli ve verimli kaynak elde edilmesi mümkün olmaktadır (Ferreira M., Lobato M., Morano C.,2018). Mevcut kaynak yönteminden daha hızlı olan kaynak yöntemlerinin uygulanması sonucunda üretim verimliliğinde önemli artışlar sağlanmaktadır. Mevcut yöntemde yapılan dönüşümler ile yüksek kaynak hızı sağlanabildiği gibi yeni kaynak yöntemlerinin icat edilmesi ile hızlı kaynak yöntemleri elde edilmektedir Yüksek hızlarda dikiş çekebilen kaynak yöntemleri, kay-nakta kullanılan enerjinin yüksek oranda dikiş üretiminde kullanılmasını sağladığından ısının sıvı kaynak havuzuna komşu katı ana malzemeye iletilmesine engel olmakta ve eriyen metal oranını arttırmaktadır. Bu durum üretim veriminde artış sağlamasının yanı sıra kaynakta enerji tasarrufu sağlamakta ve kaynakta daha az çarpılma oluşturarak ilave avantajlara sebep olmaktadır. (Emmelmann C.,Kirchhoff M., Petri N.,2011).

Yanma olukları ergimeli kaynaklarda görülen bir kaynak süreksizli-ğidir. Bu süreksizlikler genellikle kaynak dikişi ile kaynak ana metalinin birleşme bölgelerine yakın bölgelerde (dikiş ayak ucunda) ve kaynak dikişine paralel olarak meydana gelen oluk ve çentiklerdir. Katılaşma sırasında bu bölgeler sıvı kaynak metali ile doldurulamadığından yanma olukları oluşmaktadır. Şekil 1’de alın kaynak birleştirmelerinde oluşan yanma olukları şematik olarak görülmektedir (Türker, A.,2006). Bu gö-

Doç.Dr. Memduh KURTULMUŞ, Dr.Öğr.Üyesi Senai YALÇINKAYA, Ezgi DOĞAN

86

rüntüler kaynak ilerleme yönüne dik olan kesitlere ait görüntülerdir. Kesitlerde görüldüğü gibi kaynağın üst yüzeyinde olduğu gibi altta kök tarafında da yanma oluğu meydana gelebilmektedir. Yüzeydeki yanma olukları dikişin tek tarafında veya iki tarafında da oluşabilmektedir. Kök yanma olukları ise kök pasosunun en alt tarafında olduğu gibi kök paso-su ile ana metalin birleştiği noktada olabilmektedir. Bu süreksizlikler kaynak parametrelerinin düzgün seçilmemesinden kaynaklanmaktadır.

Şekil 1. Alın kaynaklarında oluşan yanma oluklarının şematik

görünümü

Alın kaynak birleştirmelerinin yüzeyinde kaynak dikişi ucunda 3 ay-rı tipte yanma oluğu oluşmaktadır: (1) Geniş ve kavisli, (2) Çatlak şeklin-de çok dar ve (3) Mikro çatlak şeklinde sığ ve dar olan. Mikro çatlakların derinliği 0,25 mm’yi geçmez. Geniş ve kavisli olanlar en yaygın olan kaynak oluklarıdır. Yüksek kaynak enerjisi ile yatay ve düşey pozisyon-da otomatik yöntemle uzun çekilen dikişlerde oluşur. Bu yanma oluk tipi örtülü elektrotlar ile yapılan kaynaklarda da meydana gelir. Bu kaynak-larda dikiş ayak ucuna yeterli sıvı metal beslenemediğinden bu süreksiz-likler oluşur. Kaynak dikişi ucuna gereğine yakın fakat gereğinden az


87

sıvı metal beslenirse tip 1 ve tip 2 yanma olukları meydana gelir. Kaynak ucuna inklüzyonlar birikirse ve ITAB’ın sünekliği yetersiz kalırsa tip 3 yanma oluğu oluşur.

Şekil 2. Alın kaynak birleştirmelerinde parça yüzeyinde kaynak

oluşan yanma oluk tipleri

Şekil 3. Tipik bir iç köşe kaynak birleştirmesinde oluşan yanma

olukları

Yanma olukları Şekil 3’de görüldüğü gibi iç köşe kaynak birleştir-melerinde de oluşabilmektedir. Bindirme kaynak birleştirmelerinde de yanma olukları oluşmaktadır. Yanma olukları kaynaklı parçada bir mekanik çentik oluşturarak gerilme yığılmalara sebep olmaktadır. Bu


88

gerilme yığılmaları kaynağın statik ve yorulma kırılma dayanımını düşürmektedir (Nguyen, N.T., Weckman, D., Johnson, D., Kerr,H., 2006). Keskin kaynak geometri açıları çatlak başlama riskini arttırmaktadır. Yeterli uzunlukta çatlak elde edildikten sonra çatlak hızla ilerlemekte ve kırılmaya yol açmaktadır. Bir çok gelişmiş ürün uygulamalarında, örneğin kaynakla üretilmiş karma malzemeli saçlarda, yanma olukları malzemenin şekillendirilebilme kabiliyetini azaltır. Yüksek mukavemetli çelik levhaların gemi ve diğer konstrüksiyonlarda hafiflik sağlamak üzere kullanımı her gün artmaktadır. Bu malzemelerin bilhassa yorulma dayanımları çentiklere karşı çok hassastır. Bu malzemelerin kaynaklı birleştirmelerinde yanma oluk hatalarının teşekkül etmemesi gerek-mektedir. Şekil 4’te gazaltı kaynaklarında elde edilen iki yanma oluk tipi görülmektedir (Zong, R., Chen, J., Wu, C., Chen, M., 2016). Bu iki kaynaktada kaynak akımı 250 Amper, ark gerilimi 30 volt, kaynak iler-leme hızı 1 metre/dakika ve gaz üfleme debisi 20 litre/dakika olmuştur. Şekil 4a kaynağında argon koruma gazına hacım olarak %30 es ilave edilmiştir. Şekil 4b kaynağında saf argon koruma gazı kullanılmıştır. Karma korumalı gaz kaynağında yanma oluğunun profili kararlı ol-mamıştır. Bu kaynakta yanma oluğunun profili süreksiz dağılım göstermiştir. Bu tür yanma olukları oksitleyici koruma gazı kullanılması veya 240 Amperden daha düşük akım şiddeti ile yapılan kısa devre met-al taransferli gazaltı kaynaklarında da elde edilmektedir Şekil 4.’te gazaltı kaynakları ile gerçekleştirilen alın kaynak birleştirmelerinde oluşan iki farklı yanma oluk süreksizliği görülmektedir(Pires, L.Quintino, L.,Mirzuda, R., 2007). Saf argon korumalı gazda ise yanma oluğu profili kararlı olup kaynak boyunca yanma oluğu profili sürekli sabit kalmaktadır.


89

Şekil 4. Gazaltı kaynakları ile gerçekleştirilen alın kaynak birleştir-

melerinde oluşan iki farklı yanma oluk süreksizliği

Alın kaynak birleştirmelerinde oluşan tipik bir yanma oluğunun kesiti Şekil 5’de görülmektedir (Cerit, M., Kokumer, O, Genel, K., 2010). Bu süreksizliğin kaynak mekanik özellikleri üzerinde etkili olan para-metreleri aynı şekilde tanımlanmıştır. Bu parametreler yanma oluğunun genişliği, derinliği, dipteki radyusu ile uzunluğudur. Dikişin taşan metal ile yaptığı temas açısı da önemli bir parametredir. Şekil 5.’te alın kaynak birleştirmesinde oluşan yanma oluğunun önemli kesit parametreleri gösterilmiştir (Cerit, M., Kokumer, O, Genel, K., 2010).


90

Şekil 5. Alın kaynak birleştirmesinde oluşan yanma oluğunun önemli

kesit parametreleri.

Düşük üretim maliyeti, yüksek dikiş kalitesi, yüksek kaynak verimi ve otomasyon yatkınlığı gazaltı kaynak yöntemini dünyanın en fazla kullanılan kaynak yöntemi haline getirmiştir. Kaynağın verimini daha da arttırmak için kaynak ilerleme hızının arttırılması gerekmektedir. Ancak kaynak ilerleme hızının arttırılması kambur dikiş teşekkülüne veyanma oluk oluşumuna sebep olmaktadır. Şekil 6’da AISI 1020 alaşımsız çelik levhaların gazaltı kaynağında meydana gelen kambur dikişler görülmektedir. Kambur dikişi kaynak dikişinin periyodik olarak dal-galanması olarak tanımlayabiliriz.


91

Şekil 6. AISI 1020 alaşımsız çelik levha üzerinde meydana gelen kam-

bur dikiş

Dikişte aşırı taşan metal içeren bir kısım meydana gelmektedir. İşte buna kambur adı verilmektedir. Kaynak dikişinin kambur olan ve olma-yan kısımlarında dikiş nufuziyet derinliğinin aynıdır. Dikişlerin temas açıları önemli farklılık göstermektedir. Bazı kambur dikişlerin yanma oluğu da içerdiği Şekil 7’de görülmektedir. Yanma oluğu ve kambur dik-iş kaynağın statik ve bilhassa dinamik dayanımını azaltır. Çelik saçların klasik MAG kaynağında yanma oluğu veya dikiş kamburlaşması gibi kaynak hatalar meydana gelmemesi için maksimum kaynak ilerleme hızı 1,50 m/dakika olmalıdır. Bazı araştırmacılar maksimum hızın 0,70 m/dak altında olması gerektiğini söylemişlerdir (Zong, R.,Chen, J.,Wu,C.,Padhy,G., 2016). Şekil 7.’de AISI 1020 alaşımsız çelik levha üzerinde gerçekleştirilen kaaynak dikişte meydana gelen kambur dikiş kesiti görülmektedir.


92

Şekil 7. Tipik bir kambur dikişin kesiti

Gazaltı kaynaklarında kaynak torçundan kaynak bölgesine üflenen koruma gazı sıvı kaynak havuzu üzerinde şemsiye görevi yaparak havanın oksijenin, azotun ve su buharının etkilerinden korumaktır (Cary, H.B., Helzer, S.C., 2011). Koruma gazının kimyasal bileşimi ve üfleme debisi ark kaynaklarında ark özelliklerini etkilediğinden kaynak dikişi geometrisini ve hata oluşumunu etkilemektedir. Koruma gazının kimyasal bileşimi kaynak telinden sıvı havuzuna düşen sıvı damlaların hızını ve boyutunu yani momentumunu tayin etmektedir. Gazaltı kaynaklarında başlıca iki gaz kullanılır: (1) CO2 ve (2) Argon gazı ve karışımları. CO2 kullanan yönteme MAG ve diğerine MIG adı verilmiştir. Argon soy gazdır ve havadan 1,4 misli ağırdır. Bu gaz elementler ile kimyasal reaksiyon oluşturmaz. Ancak içerisine oksijen ve/veya CO2 karıştırılırsa, bu gazlar kimyasal bakımdan aktif olduklarından kimyasal reaksiyonlar yapar. CO2 ise oksitleyici bir gazdır ve havadan 1,5 misli ağırdır. MIG kaynaklarında hatalı seçilen parametreler ile kaynak yapılırsa yanma oluğu hataları oluşmaktadır. MAG yönteminde hatalı parametreler ile kaynak yapıldığında, kaynak dikişlerinde yanma oluğu pek olmamakta fakat porozite, yetersiz ergime hataları oluşmaktadır. 10 mm kalınlıktaki alaşımsız çelik levhalara 60o V alın kaynak birleştirmesi MAG (CO2 korumalı) ve MIG (Argon gaz korumalı) gazaltı kaynakları yapılmıştır (Kahlid,N.,Zamanhuri,P.,Baharin,F., 2017). Bütün kaynak parametreleri aynı tutularak koruma gaz cinsinin yanma oluğu üzerin-deki araştırılmıştır. Gözle muayene, penetran sıvı ve radyografik tahri-batsız muayeneler sonunda muayene MAG kaynaklarında hata


93

oluşmazken MIG kaynaklarında yanma olukları tespit edilmiştir. Yani CO2 gazının yanma oluğu meydana getirmediği fakat argon gazının yanma oluşturduğu kanıtlanmıştır (Kahlid,N.,Zamanhuri,P.,Baharin,F., 2017).

Saf argon gazı ile gazaltı kaynağı yapılması halinde taşan metal yüksekliği ve hacmi artmaktadır. Ayrıca sıvı metalin ana metali ıslatması azaldığından yanma oluk oluşumu artmaktadır. Gazın bileşimi arkın basıncı ve havuzun boyutları üzerinde önemli rol oynamaktadır. Saf ar-gon ve argon bazlı karışım gazlarında belli bir akım şiddeti üzerinde kaynak yapılırken eriyen telden düşen damlaların kütlesi azalırken hızları artar. Yani metal transferi iri damladan ince taneye dönüşür. Bu durumda sıvı damlasının momentumu arttığından kaynak basıncı artar. Bu nedenle yanma oluğu teşekkülü teşvik edilmiş olur. Argon-CO2 gaz karışımlı koruma gazları ile gazaltı kaynağı yapılırken gaz kimyasal bileşiminin yanma oluğu meydana gelmesindeki etkisi Şekil 8’de görülmektedir (Mvola,B.,Kah,P.,Martikainen,J.,Hiltunen,E, 2013). MIG kaynaklarında MAG’a nazaran daha çok yanma oluğu meydana geldiği görülmektedir. Meydana gelen süreksizliğin uzunluğu, hacmi, derinliği ve genişliği karışımdaki CO2 oranı ile azalma göstermektedir. Argona katılan oksijen gazı da CO2 gibi yanma oluk hatasının azalmasına sebep olmaktadır. Argon-CO2 gaz karışımlı koruma gazları ile gazaltı kaynağı yapılırken gaz kimyasal bileşiminin yanma oluğu meydana gelmesindeki etkisi 13’de görülmektedir. MIG kaynaklarında MAG’a nazaran daha çok yanma oluğu meydana geldiği görülmektedir. Meydana gelen sü-reksizliğin uzunluğu, hacmi, derinliği ve genişliği karışımdaki CO2 oranı ile azalma göstermektedir. Argona katılan oksijen gazı da CO2 gibi yanma oluk hatasının azalmasına sebep olmaktadır.


94

Şekil 8. Gazaltı kaynaklarında CO2 gaz hacım oranının yanma oluk

teşekkülü üzerindeki etkisi

Makine parçalarında süreksizlik (Delik, boşluk, çentik, çatlak v.b. hatalar) ile kesit değişiminin olduğu bölgelerde gerilme yığılması mey-dana gelir. Bu bölgelerde dış kuvvetlerin parça içerisinde meydana getirdiği iç kuvvetlere bağlı gerilmelerin şiddeti daha yüksek olur. Bu olay iş parçasına etki eden statik, dinamik ve darbe şeklindeki dış kuvvetlerin hepsinde oluşur. Bu gerilme yığılması normal gerilmede ve kayma gerilmesinde meydana gelir. Kritik bölgede gerilme dağılımı het-erojen olur. Bölgede oluşan en büyük gerilmenin şiddeti, parçada izin verilen en büyük gerilmeden yani emniyet gerilmesinden daha küçük değerde olması gerekir. Aksi halde iş parçasında hasar meydana gelir.

Statik yük altındaki cisimlerin çentiklerinde ve süreksizliklerinde elastisite teorisinden faydalanılarak yapılan hesaplamalara ve foto-elastisite tekniğinden faydalanılarak yapılan ölçümlerle oluşan maksi-mum gerilmeler tespit edilmektedir. Ayrıca çentik veya süreksizlik ol-masaydı o kesitte oluşacak gerilme hesaplanmaktadır. Bu gerilmeye iş parçasının nominal gerilmesi adı verilmektedir. Maksimum gerilmenin nominal gerilmeye bölünmesi ile o cisimde statik kuvvet için gerilme yığılma katsayısı (gerilme konsantrasyon faktörü), Kt, bulunur:


95

Statik gerilme yığılma katsayısı her zaman 1’den büyük olur. Bu

katsayı statik dış kuvvet altında elastik şekil değişimi için geçerlidir. Bu parçalarda hasar oluşmaması için cisimde oluşan maksimum gerilme parçanın emniyet gerilmesini aşmaması gerekir. Çeşitli geometrideki parçalarda Statik gerilme yığılma faktörlerini gösteren kitaplar vardır. Şekil 9’da AISI 4340 çelik çubuğundan çıkarılan çevresel çentiği olmayan ve çentiği olan numunelere ait numunelerin aynı koşullarda yapılan yorulma deneylerinden elde edilen S-N eğrileri görülmektedir. Çentiksiz numunenin yorulma dayanımı daha fazla olmaktadır. Çentiğin yorulma dayanımını düşürdüğü diyagramlarda açıkça görülmektedir. Çentiksiz yorulma dayanımının Çentikli yorulma dayanımına olan oranına yorulmada gerilme yığılma katsayısı veya faktörü (KF) adı verilmektedir:

Şekil 9’daki çentiksiz çubuğun yorulma dayanımı 345 MPa ve çenti-

kli çubuğun yorulma dayanımı 130 MPa bulunmuştur. Çentikli nu-munenin yorulma gerilme yığılma katsayısı ise 345/130 = 2,65 olarak hesaplanmıştır. Parçanın mukavemeti, parçanın sünekliği (% Uzaması), çentik geometrisine, gerilme türüne ve gerilme şiddetine bağlı olarak bu iki gerilme yığılma faktörü farkı değişmektedir. Aynı geometrideki par-çalarda genellikle KF ile Kt değerleri birbirinden farklı olur.


96

Şekil 9. 860 MPa çekme mukavemeti olan AISI 4340 çeliğinin çentiksiz

ve çentikli numunelerinin S-N eğrileri

Metallerde statik ve yorulma gerilme yığılma katsayılarından (Kt ve Kf) faydalanılarak malzemelerin çentik hassasiyet indeksi (q) tanımlan-maktadır. Bu hesaplamada aşağıdaki formülden yararlanılmaktadır:

KF = 1 durumunda q = 0 olur. Bu durum malzemenin çentikten etki-

lenmediğini ifade eder. Genellikle KF 1’den büyüktür. Kt = KF ise q = 1 olur. Bu durum ise malzemenin çentiğe aşırı hassas olduğunu gösterir. Yorulmaya karşı tasarım yapılırken parça geometrisinden ve parçaya uygulanan dış yüklere bağlı olarak Kt bulunur. Parçanın çentik hassasi-yeti biliniyorsa üstteki denklemden faydalanılarak KF hesaplanır.

Yıllardır çelik konstrüksiyonlar kaynak yöntemleri ile üretilmektedir. Bu kaynaklı konstrüksiyonlar hizmet ömürleri boyunca dinamik yüklere çalışmaktadırlar. Bu konstrüksiyonlara örnek olarak gemileri, köprüleri, vinçleri, boru hatlarını, uçakları ve yer taşıtlarını gösterebiliriz. Kaynaklı birleştirmelerde inklüzyon, gaz boşluğu, çatlaklar ve yanma olukları ola-bilmektedir. Bu kaynak hataları bir nevi çatlak etkisi yaparak çevrelerin-


97

de gerilme yığılmalarına sebep olurlar. Kaynaklarda ayrıca kalıntı geril-meleri meydana gelmektedir. Bunlardan çekme kalıntı gerilmeleri kay-nağın yük taşıma kapasitesini düşürmektedirler. Kaynaklı birleştirmele-rin sadece yorulma özellikleri değil statik yük taşıma kapasiteleri de azalmaktadır.

Kaynaklı konstrüksiyonlarda kaynak kırılması iki aşamada meydana gelmektedir: (1) Çatlak oluşması ve (2) çatlağın ilerlemesi. Kaynak edil-memiş parçaların yüzeylerinde çatlak benzeri hata mevcut değilse yo-rulma çatlaklarının meydana gelmesi çok uzun bir çalışma süresi gerekti-rir. Ancak kaynaklı parçaların yüzeylerinde çatlak benzeri hatalar (çat-lak, yanma oluğu, inklüzyon veya gaz boşluğu) mevcut olduğundan hareket eden çatlak oluşumu için çok kısa bir süre yeterli olur. Kaynaklı birleştirmelerde en önemli safha çatlağın ilerleme safhasıdır. Çatlak iler-leme hızı ne kadar düşük olursa konstrüksiyonun ömrü o kadar uzun olur. İstanbul 1. Boğaz köprüsünün hizmete girmesinden 25 yıl sonra yapılan bakım onarım çalışmaları sırasında kaynaklı birleştirmelerde 1,5 metre uzunluğunda yorulma çatlakları bulunmuştur. Kaynak kök ve uçlarından çıkan çatlaklar dinamik yüklerin etkisi ile ilerlemiştir. Bakım onarım sırasında hatalı kaynaklar ve oluşan çatlaklar tamir edilmiştir.

Şekil 10. V alın kaynak birleştirmesi yapılan parça ve içerdiği kaynak

hataları


98

Kaynak hatalarının yorulma üzerindeki etkilerini tespit etmek üzere V alın kaynak birleştirmesi ve yorulma deneyleri yapılmıştır (Wa-hab,M.,Alam,M. 2004). Şekil 10’da üretilen kaynaklı parça ve bu parça-lardaki kaynak hataları görülmektedir. Bu kaynak hatalarını S-N yorul-ma eğrisi üzerindeki etkileri Şekil 11’de görülmektedir.

Şekil 11. Hatasız ve hatalı kaynaklı parçaların S-N eğrileri

Hatasız kaynak en yüksek yorulma dayanımına sahip olmuştur. Kaynak hataları yorulma dayanımını olumsuz olarak etkilemiştir. En az etkiyi gaz boşluğu yaparken en büyük etkiyi katılaşma çatlağı yapmıştır. Yanma oluklarının derinliği, genişliği ve dip yarıçapı çatlak ilerleme hızı üzerinde etkili olduğu tespit edilmiştir (Mashiri,F.,Zhao,X.,Grundy,P., 2001). Yanma oluğunun dip yarıçapı ufaldıkça statik ve dinamik gerilme yığılma katsayısı arttığından parçaların S-N eğrisi sağa kayar. Yani kay-nağın yorulma özelliği azalır. Diğer bir çalışmada alın kaynak birleştir-mesi yapılan çelik parçalarda taşan metal yüksekliği ve temas açısının yorulma gerilme yığılma katsayısı üzerinde etkili olduğu hesaplanmıştır.

Kaynaklı konstrüksiyonlarda hasar riskini minimuma indirmek için kaynak standartlarında kaynak süreksizliklerinin ve hatalarının sınırları tanımlanmıştır (Steimbreger,C.,Chapetti,M., 2018). Kaynaklarda mutlak


99

olarak hatasız birleştirme gerçekleştirilemediğinden bu yola gidilmiştir. Bütün dünyada bilinen ve uygulanan bazı standartlar mevcuttur (AWS1.1., 2015; ASME,2015; API 1104, 2013; EN-ISO 5817, 2014; BS 7608, 2014; DNVGL-RP-C203, 2016). Ancak uluslararası geçerliği olan bu stan-dartlar arasında bile %100 bir bütünlük yoktur. Kaynak standartları esas olarak statik dış yükler için hazırlanmıştır. Yorulma ile ilgili kısımlar daha sonra tespit edilmiştir (Johnsson,B.,Samuelsson,J.,Marquis,G., 2011). Mevcut standartların bazılarında hata sınırları gereğinden daha fazla yüksek bulunduğundan kriterlerde iyileştirme çalışmaları devam etmektedir (Steimbreger,C.,Chapetti,M., 2018). Mevcut standartların bazılarındaki kaynak yanma oluğu süreksizliği sınırlamaları aşağıda açıklanmıştır:

Amerika Kaynak Derneği (AWS) AWS D1.1 standartında statik dış yüklere çalışan dolu kesitli parçaların kaynağında yanma oluk derinliği genelde 0,8 mm’yi geçmemelidir. Ancak herhangi 300 mm uzunluktaki dikişte toplam yanma oluk uzunluğu 50 mm’nin altıda kalırsa derinlik sınırı 1.60 mm değerine çıkabilmektedir.

Dinamik dış yüklere çalışan parçalarda kaynak dikişi normal çekme çekme gerilmesine enine ise yanma oluk derinliği 0,25 mm altında kal-malıdır. Amerika Malzeme Muayene Cemiyeti Kazanlar ve Basınçlı Kap-lar Standartında (ASME BPVC) ısı kazanlarının boylamasına ve çevresel kaynaklarında yanma oluğu derinliği 0,8 mm veya kazan kalınlığının %10 değerinin altında kalmalıdır. Amerika Petrol Enstitüsü (API) boru hatlarının kaynakları kaynağında yanma olukları ile ilgili sınırlamaları Tablo 1’de özetlenmiştir. Bu tabloda gözle ve mekanik tahribatsız mua-yenede tespit edilen yanma oluklarının sınırlamaları görülmektedir.


100

Tablo 1. Gözle ve mekanik muayene yöntemlerinde boru hatlarında yanma oluk hatalarının derinlik ve toplam uzunluk sınırlamaları

Yanma oluk derinliği, D Yanma oluk uzunluğu, L

D > 0.8 mm veya D > 0.125 t (Bo-ru et kalınlığı)

Limite bakılmadan ret edilir

0,4 mm < D ≤ 0.8 mm veya 0.06t < D ≤ 0.125t

Sürekli 300 mm dikişte L ≤ 50 mm veya daha kısa dikişlerde L<1/6 Dikiş uzunluğu olmalıdır

D ≤ 0.4 mm veya D ≤ 0.06 t Uzunluğa bakılmadan dikiş ka-bul edilir

Bilhassa yüksek alaşımlı çeliklerin kaynak dikiş ucunda oluşan yan-ma oluğu, çatlak ve diğer hataları yok etmek için kaynak dikiş ucuna otojen TIG kaynağı yapılır (Haagsensen,P.,Maddox,S., 2001). Bu kayna-ğın amacı kaynak dikişi ucunda tekrardan ergime yapılarak bu bölgede-ki kaynak hataları yok edilir. Yanma oluğu ve çatlak çatlakları yok edilir. Bu işlem sırasında kaynak dikiş profilinde gerilme yığılmasını azaltacak bir geometrik düzeltme de gerçekleştirilir (Es,S., Kolstein, M.,Piipers, R.Bijlaard, F., 2013). Kaynak yüzeyinden ana metale geçiş pürüzsüz bir geçiş sağlanarak kaynak ucunda gerilme yığılması önlenir. Şekil 12’de TIG kaynağının nasıl yapılacağı, kaynak dikiş ucundaki radyüsün nasıl arttırılarak çentik etkisinin azaltıldığı şematik ve endüstriyel uygulama örneği ile açıklanmıştır. Hatasız TIG uygulaması yapıldığında istenen kaynak dikiş profili ve yorulma özellikleri elde edilmektedir. Uygun ol-mayan parametreler ile kaynak yapıldığında optimum kaynak dikiş pro-fili elde edilemediğinden yorulma özelliklerinde yeterli iyileştirme elde edilemez.


101

Şekil. 12. Tavsiye edilen otojen TIG kaynak uygulaması ve elde edilen

optimum kaynak dikiş profili

YÖNTEM

Araştırma Modeli

Kaynakta yanma oluğu kusurları üzerinde büyük çalışmalar yapılsa da, kaynak yanma oluğu geometrisinin kaynaklarda statik gerilme yı-ğılma faktörü üzerindeki etkilerinden bahseden sadece iki çalışma var-dır. Bir çalışmada, bir dizi iki boyutlu Sonlu Eleman (FE) modelini siste-matik olarak gerçekleştirerek, tam penetrasyon için tek eksenli gerilim altında, çeşitli miktarlarda ilave metal ve yanma oluğu hatası ile alın kaynaklı bağlantıların stres dağılımı araştırılmıştır. Bu çalışmada yanma oluğunun uzunluk ölçüsünün etkisi ihmal edilmiştir. Son olarak, yanma oluğu kusuru olan ve olmayan bağlantılar için statik gerilme yığılma faktörünü tahmin etmek için aşağıdaki güç yasası ilişkileri sunulmuştur:

K: Statik gerilme yığılma faktörü

h: Yanma oluğu derinliği

r: Yanma oluğu kök radyüsü

İkinci araştırmada, etki eden kaynak geometrisi parametrelerinin sta-tik gerilme yığılma faktörü (K) üzerindeki genel etkisini tahmin etmek için matematiksel bir denklem geliştirilmiştir: yanma oluğu derinliği, kök yarıçapı ve genişliğinin etkileri denklemlere dahil edilmemiştir.


102

f (H/t) = 1.0 – exp [-10.4 . (H/t)0,70]

f ( w/t ) = 1.0 - exp [-4.92 . (w/t)1.13]

f (ϴ) = 1-exp[-4.10 . (R/t) 0.1 . (π/180)/1-exp[-4.10 . (R/t) 0.1 . (π/2)

K: Statik gerilme yığılma katsayısı

R : Kaynak dikişi radyüsü

t: Plaka kalınlığı

w: Kaynak dikişinin genişliği

H: Kaynak metalinin yüksekliği

G: Kaynak metali açısı

ARAŞTIRMA GRUBU

Bir adet 1000 mm x 300 mm x 20 mm ebadında, düşük karbonlu çelik levha, deneyler için kullanılmıştır. Levha, boyuna iki eşit parçaya kesil-miştir ve kesme işlemi lazer kesme makine ile yapılmıştır. Parçaların her biri 30o’lik kaynak ağız açısına sahip olacak şekilde işlenmiştir. İki parça düz kaynak pozisyonunda, otomatik gaz altı kaynak makinesi ile kay-naklanmıştır. ER70S-6 kaynak teli, kaynak bağlantısı için sarf malzeme olarak kullanılmıştır. Koruyucu gaz olarak CO2 gazı kullanılmıştır. Şekil 13’de kaynak işlemi bitmiş test plakası gösterilmiştir. Her kaynak paso-sundan sonra, kaynak dikişi sıvı günışığında görülebilir-sıvı Penetrant testi ile kontrol edilerek, kusur içermeyen kaynak bağlantısı eldesi sağ-lanmıştır.


103

Şekil 13. Kaynaklanmış test plakası

Çekme deneyi için test numuneleri, kaynaklanmış plakadan lazer kesim makinesi ile kesilmiştir. Çekme numunesi standardı ASTM stan-dardına uygun olacak şekilde belirlenmiştir. ASTM standardına göre numune ölçüleri 20 mm. kalınlıkta malzeme için şekil 14’de verişmiştir.


104

Şekil 14. ASTM standardına göre 20 mm kalınlıkta malzeme için çek-me numunesi hazırlama standardındaki ölçülerin şematik gösterimi

Deneysel çalışmada elde edilen numune görüntüleri Şekil 15’de gö-rülmektedir. Kesme yüzeyleri taşlanmış ve kaynak ana hatlarını ortaya çıkarmak için makro dağlama yöntemi ile dağlanmıştır.


105

Şekil 15. Hazırlanan numune görüntüleri

Şekil 16. 4 numaralı numune üst ve kesit görünümleri

Deneyde kaynakta yanma oluklarına benzer bir yapı unsuru oluş-turmak amacı ile çekme için hazırlanan numunelere, dalma erozyon ma-kinesinde kaynak dikişi kenarlarına çentik açılmıştır. Açılan çentik bo-yutları Tablo 2’de verilmiştir. 4 ve 5 numaralı numunelerin üst ve kesit görünümleri Şekil 16’da verilmiştir. Beş farklı numune grubu oluşturul-muştur. Her grup 5 aynı numuneden oluşmaktadır.


106

Tablo 2. Çekme test numunelerinin yanma oluğu ölçüleri

Numune No.

Yanma oluğu kök radyüsü,

mm

Yanma oluğu der-inliği, mm

Yanma oluğu uz-unluğu,

mm

1 0.0 0.0 0.0

2 0.5 1.0 5.0

3 2.0 1.0 5.0

4 0.5 1.0 20.0

5 0.5 3.0 5.0

Veri Toplama Araçları

Çekme testleri, elektronik kontrollü, 50 ton kapasiteli çekme makine-si ile yapılmıştır. Her testin gerilme-dayanım diyagramları elektronik test cihazı tarafından çizilmiştir. Test sonuçları her grup içerisindeki beş nu-munenin ortalama değerleri hesaplanarak elde edilmiştir.

Verilerin Toplanması

Örneklerin çekme test sonuçları Tablo 3'de gösterilmiştir. Çentik açılmamış olan 1 numaralı numune, en yüksek mukavemet ve sünekliğe sahiptir. Yanma oluğu kusuru, mekanik özellikleri düşürmüştür. Her yanma oluğu geometri parametresi, malzemenin çekme özellikleri üze-rinde farklı bir etkiye sahiptir.

BULGULAR

Verilerin Analizi 4 numaralı numune, çekme deney sonuçlarının detaylı olarak veril-

diği Tablo 3. incelendiğinde çekme deneyi sonuçlarına bağlı olarak me-kanik özellikleri en düşük değerlere sahip olan malzeme olarak görül-mektedir.


107

Tablo 3. Çekme Deney Sonuçları

Numune no. Çekme kuvveti, MPa

Uzama, %

1 508 30

2 477 20

3 497 22

4 422 8

5 444 12

1 ve 4 numaralı numunelerin çekme test eğrileri Şekil 17’de görül-mektedir. 1 numaralı numune çentiksiz numune ve 4 numaralı numune en yüksek yanma oluğu/çentik uzunluğuna sahip numunedir.

Şekil 17. (a) 1 numaralı numune ve (b) 4 numaralı numunenin mü-

hendislik çekme test eğrileri


108

Çekme deneyi yapıldıktan sonra kırılmış olan numune parçaya ait (üst görününüz ve altan görününüşleri) kırık yüzey görüntüleri Şekil 18’de gösterilmiştir.

Şekil 18. 4 numaralı numunenin çekme deneyi sonrası (a) üstten, (b)

alttan görünüşleri

Kırılma, çentik çevresinde başlamış ve ana metal üzerinde yayılmış-tır. Kırılma yüzeyleri incelendiğinde, sünek kırılma oluştuğu görülmek-tedir. Ayrıca kırılmış numune ve kırık yüzey görüntüleri Şekil 19’da gösterilmiştir.

Şekil 19. 4 numaralı numunenin kırılma yüzey görüntüsü


109

TARTIŞMA

Tablo 3’deki sonuçları kullanarak, her numune için statik gerilme yı-ğılma faktörü hesaplanmıştır. Elde edilen sonuçlar Tablo 4’de gösteril-miştir. İlk sütun, Denklem 1.’e göre hesaplanan sonuçları içermektedir. Denklem 1, gerçek çekme testi sonuçlarına dayanmaktadır. İkinci sütun, Denklem 2.’ye göre hesaplanan sonuçları içermektedir. Denklem 2, ma-tematik modellemeyi esas almaktadır. Teorik ve deneysel sonuçlar ara-sında büyük fark bulunmuştur. Örnek olarak, çekme testi ile K değeri 1.14 olarak bulunurken, teorik hesaplamalara göre sonuç, 7.42 olarak bulunmuştur.

Tablo 4. Statik Gerilme Yığılma Faktörü

Numune No. Denklem 1’e göre hesaplan-

an sonuçlar

Denklem 2’ye göre hesaplanan

sonuçlar

1 1.00 1.00

2 1.06 4.39

3 1.02 2.52

4 1.20 4.39

5 1.14 7.42

Numunelerin statik gerilme yığılma faktörü hesaplama sonuçları karşılaştırıldığında, numune üzerindeki yanma oluğu çentiğinin etkisi açıkça görülmektedir.

2 ve 3 numaralı numuneler için sonuçlar kıyaslandığında, kaynakta yanma oluğu kök radyüsünün etkisi görülmektedir. Statik gerilme yı-ğılma faktörü, kök radyüsü küçüldükçe yükselmektedir. Her iki denkle-min sonuçları, benzer eğilim göstermiştir.

2 ve 5 numaralı numunelerin sonuçlarının kıyası yapıldığında ise, yanma oluğu derinliğinin etkisi ortaya çıkmaktadır. Gerilme yığılma faktörü, çentik derinliğinin yükselmesi ile artmaktadır.


110

En büyük K değeri, 4 numaralı numunede elde edilmiştir. Kaynakta yanma oluğunu uzunluğu, statik gerilme yığılma faktörünü en çok etki-leyen unsurdur. Çentik uzunluğu Denklem 2.’de dikkate alınmamıştır, bu sebeple çentik uzunluğunun etkisi denklem ile hesaplanmamıştır.


Bu çalışmada aşağıdaki sonuçlar elde edilmiştir:

1. Yanma oluğu uzunluğu, statik gerilme yığılma faktörü üzerinde en baskın faktördür.

2. Statik gerilme yığılma faktörü, yanma oluğu derinliği ile artar. 3. Yanma oluğu yarıçapının artmasıyla statik gerilim yığılma faktö-

rü azalmaktadır. 4. Yanma oluklarının statik gerilim yığılma faktörünü, tam olarak

tahmin ve tayin edebilmek için daha iyi bir denkleme ihtiyaç vardır

KAYNAKÇA

Yükler,A.İ., Pazarçeviren, S., (2000). Kaynak Prosesinin Standart Maliyetinin Hesaplanması, MUTEF Y.L. Ders Notları, İstanbul, Turkey.

Juha L. J., (2005). Light Mechanisation, Easy and Cost-efficient with ESAB, ESAB Welding and Cutting Journal, 60, 7-10.

Ferreira M., Lobato M., Morano C., (2018). Welding Productivity In-dicators: A critical analysis, Journal of Mechanical and Civil Engineering, 15(5), 22-32.

Emmelmann C.,Kirchhoff M., Petri N.,(2011).Development of Plas-ma-Laser-Hybrid Welding Process, Physics Procedia, 12,194-200.

Türker A.,(2006). Kaynak Hataları, Marmara Üniversitesi Fen Bilim-leri Enstitüsü Yiksek Lisans Tezi.

Nguyen N.T.,Weckman D.,Johnson D., Kerr H.,(2006).High Speed Fusion Weld Bead Defects, Science and Technology of Welding and Join-ing, 11, 618-633.

Zong R., Chen J., Wu C., Chen M.,(2016).Undercutting Formation Mechanism in gas Metal Arc Welding, Welding Journal, 95, pp.174-184.


111

Pires I., Quintino L., Mirzuda R.,(2007).Analysis of the Influence of Shielding Gas Mixtures on the Gas Metal Arc Welding metal Transfer Modes and Fume Formation, Materials Design, 28,1623-1631.

Cerit M., Kokumer O., Genel K.,(2010). Stress Concentration Effects of Undercut Defect and Reinforcement Metal in Butt Welded Joint, Engi-neering Failure Analysis, 17, 571-578.

Zhu C., Tang X., He Y., Lu F., Cui H.,(2018). Effect of Preheating on the Defects and Microstructure in NG-GMA Welding of 5083 Al-alloy, Journal of Materials Processing Technology, 251, 214-224.

Zong R., Chen J., Wu C., Padhy G.,(2016). Influence of Molten Metal Flow on Undercutting Formation in GMAW, Science and Technology of Welding and Joining, 22, 196-207.

Khalid N., Zamanhuri P., Baharin F.,(2017). A Sudy of Weld Defects of Gas Metal Arc Welding with Different Shielding Gases, Journal of En-gineering and Applied Sciences, 12, 2006-2011.

Mashiri F., Zhao X., Grundy P., (2001). Effects of Weld Profile and Undercut on Fatigue Crack Propagation of Thin Walled Cruciform Joint, Thin Walled Structures, 39, 261-285.

Steimbreger C., Chapetti M., (2018). Undercut Tolerances in Industry From a Fracture Mechanic Perspective, 12th International Fatigue Con-gress (FATIGUE 2018), France, 27/05 – 01/06.

AWS Structural Welding Code-Steel, AWS1.1, 2015

ASME BPVC Section I, III AND VIII, 2015

API, API 1104: Welding of Pipelines and Related Facilities , API Publishing Services, Washington, DC, 2013.

EN-ISO 5817, Welding. Fusion-Welded Joints in Steel, Nickel, Titani-um and Other Alloys. Quality Levels for Inspection, 2014.

BS 7608 Guide to Fatigue Design and Assesment of Steel Parts, 2014.

DNVGL-RP- C203 Fatigue Design of Offshore Steel Structures, 2016.


112

Jonsson B., Samuelsson J., Marquis G.,(2011). Development of Weld Quality Criteria based on Fatigue Performance Welding in the World, 55, 79-88.

Haagsensen P., Maddox S.,(2001). IIW Recommendations on Post Weld Improvement of Steel and Aluminium Structures, IIW Doc. XIII-1815-00.

Es S., Kolstein M., Pijpers R., Bijlaard F., (2013). TIG-Dressing of High Strength Steel Butt Welded Connections – Part 1: Weld Toe Geome-try and Local Hardness, Procedia Engineering, 66, 216-225.

Es S., Kolstein M., Pijpers R., Bijlaard F., (2013). TIG-Dressing of High Strength Steel Butt Welded Connections – Part 2: Physical Testing and Modelling, Procedia Engineering, 66, 126-137.

REKREASYONEL KULLANIMLARDA KULLANICI MEMNUNİYETİ ÜZERİNE ARAŞTIRMALAR

Doç. Dr. Nilüfer KART AKTAŞ İstanbul Üniversitesi Cerrahpaşa, Orman Fakültesi Peyzaj Mimarlığı Bölümü,

İstanbul / Türkiye

Öz: Kentler, aşırı nüfus artışı ve beraberinde yaşanan hızlı kentleşme ile sağlıksız, plansız ve sorunlu bir biçimde büyümesine, gelişmesine ve yapılaşmasına neden olmaktadır. Yoğun kentleşme baskısı altında kalan kent halkının doğa ile olan ilişkisi gittikçe azalmakta ve aynı oranla da doğaya olan ihtiyacı artmaktadır. Bu nedenle, kentsel yeşil alanlar, en küçük ölçekten en büyük ölçeğe kadar kent ve kentli için çok önemli alanlardır. Kentsel ekoloji sisteminin büyük bir parçası olan sahil parkla-rı, kentler için çok önemli alanlardır. Sahil parkları, kent halkının giderek artan rekreasyon ihtiyacını karşılamanın yanında kıyı-insan ilişkisini kuran önemli kaynak değerleridir. Özellikle bu alanlar suyun etkisi ile önemli çekim noktalarıdır. Bu çalışmada araştırma alanı olarak İstanbul Kadıköy İlçesi’nde bulunan Moda Sahil Parkı belirlenmiştir. Moda Sahil Parkı, özellikle Anadolu Yakası’nda yaşayan halkın tarafından yoğun bir kullanıma sahiptir. Bu çalışma ile parkın kullanıcılarının memnuniyet düzeylerinin belirlenmesi amaçlanmıştır. Alanda rastgele ve yüz-yüze görüşme tekniği ile yapılan anketler sonucunda kullanıcı memnuniyeti ve beklentileri tespit edilmiştir.

GİRİŞ Kentler, aşırı nüfus artışı ve beraberinde yaşanan hızlı kentleşme ile

sağlıksız, plansız ve sorunlu bir biçimde büyümesine, gelişmesine ve yapılaşmasına neden olmaktadır. Yoğun kentleşme baskısı altında kalan kent halkının doğa ile olan ilişkisi gittikçe azalmakta ve aynı oranla da

Doç. Dr. Nilüfer KART AKTAŞ

114

doğaya olan ihtiyacı artmaktadır. Açık ve yeşil alanlar kentlilerin nefes aldığı, rahatladığı, çalışma dışı, serbest zamanlarını çeşitli aktivitelerle değerlendirmesine olanak sağladığı ve özellikle de insan-doğa ilişkisini canlı tutmaya yardımcı olan mekanlardır. Bu alanlar, ekolojik, estetik, psikolojik, rekreasyonel ve ekonomik açıdan kent peyzajına olumlu kat-kıda bulunmaktadır. Bu nedenle, kentsel yeşil alanlar, en küçük ölçekten en büyük ölçeğe kadar kent ve kentli için çok önemli alanlardır (Kart Aktaş ve Çınar, 2018).

Kıyı alanları kamusal açık alanlar arasında önemli bir yere sahiptir. T.C. Çevre ve Şehircilik Bakanlığı’na göre (2018) kıyı alanları; zengin doğal kaynak potansiyeli ve biyoçeşitlilik barındıran, toplum için önemli ekonomik fırsatlar sunan, gelişme baskısı altında olan duyarlı alanlardır (Henden Şolt, 2018). Sahil parkları, kentsel ekoloji sisteminin büyük bir parçası olup, kentler için çok önemli alanlardır.

Kıyı alanları kullanımında en önemli husus kamu yararıdır. Bu ne-denle rekreasyonel faaliyetler kıyılar için temel faaliyet olmaktadır. Rek-reasyon insanların işten arta kalan zamanlarda eğlence ve dinlenme faa-liyetleri ile kendilerini tazelemelerine yardımcı olmaktadır. Özellikle büyük şehirlerde rekreasyonel faaliyetlere olan ihtiyaç daha yoğundur. Giderek artan nüfus ve beraberinde getirdiği sorunlar ile teknolojinin getirdiği yorgunluklar insanları rekreasyonel faaliyetlere itmektedir. İşte bu noktada kıyı alanları, rekreasyonel faaliyetlerin önemli bir parçası olan su olanağıyla bu faaliyetlerin yoğunlaştığı alanlar olarak karşımıza çıkar (Döker, 2006).

Buna göre özellikle sahil boyunca kesintisiz yaya erişimi mutlaka sağlanmalıdır. Ayrıca sahil parkına erişimin güçlendirilmesi de dikkate alınması bir diğer konudur. Tüm kent halkına hitap eden sahil parkla-rında her yaştan ve kültürden insanlar için aktiviteler düzenlenmelidir.

Kentsel yeşil alan sisteminde önemli bir yer tutan sahil parkları, kent halkının giderek artan rekreasyonel ihtiyaçlarını (yürüyüş, koşu, gezinti ve çeşitli spor aktiviteleri, dinlenme, yeme-içme, hafta sonu etkinlikleri, vb.) karşılamanın yanında kıyı-insan ilişkisini kuran önemli kaynak de-ğerleridir. Bu alanlar, özellikle suyun etkisi ile önemli çekim noktalarıdır.


115

Bu nedenle yoğun bir kullanıma sahiptirler. Bu yoğun kullanım dolayı-sıyla, parkların planlanması ve tasarımında halk katılımı çok önem ka-zanmaktadır.

Halkın bir parkı kullanım sıklığı, yüklediği anlamlar, yaşadığı dene-yimler, mekanın sahiplenilmesi ve sürdürülebilirliği açısından oldukça önemlidir. Parklarda yapılacak olan memnuniyet ölçüm araştırmaları parkın korunması, geliştirilmesi ve yönetimi açısından önemli katkılar sağlayacaktır. Kullanıcıların mekân hakkındaki beğenileri, eleştirileri, önerileri, istekleri, beklentileri yani memnuniyet ve memnuniyetsizliğine yönelik tepkileri planlamaya dönük kararlar üretilmesinde mutlaka göz önünde bulundurulmalıdır. Parkların korunması ve sürdürülebilirliğinin sağlanması, kullanıcı odaklı planlama ve tasarım yaklaşımları ile müm-kün olabilecektir.

Sosyal aktiviteleri yönlendiren uyarıcılardan olan kişisel ve toplum-sal davranışlar, kişinin yaş, cinsiyet, eğitim, gelir düzeyi vb. kişisel veri-ler olduğu kadar aile çevresi, ortak kültür, ahlak değerleri ve geçmişteki deneyimleri gibi sosyo-psikolojik, sosyo-kültürel veriler de bağlıdır (Yaş-lıca, 1991). Sosyal uyarıcılar yanında tüm kent mekanlarının algılanması-nı yönlendirecek ve beraberinde memnuniyetini ya da memnuniyetsizli-ğini getirecek fiziksel uyarıcılar da vardır. Bunlar; topografya, bitki örtü-sü, toprak ve iklim gibi fiziksel özellikler, biçim, boyut, renk ve ışık, kot farkları, malzeme ve doku, kentsel donatılar gibi mimari özellikler ile sınırlar, gürültü, kir, toz, duman, koku gibi çevresel faktörlerdir (Aktürk, 1991).

YÖNTEM

Sahil parklarının rekreasyonel bakımdan mevcut durumunun ve kul-lanıcıların memnuniyet düzeylerinin belirlenmesi amacı ile yapılan bu çalışmada, araştırma alanı olarak İstanbul İli Kadıköy İlçesi Moda Sem-ti’nde bulunan Moda Sahil Parkı belirlenmiştir. Park, Anadolu yakası için oldukça merkezi konumunda bulunması, nüfus yoğunluğunun ol-dukça fazla olduğu bir bölge olması ve yoğun bir kullanıma sahip olması nedeniyle araştırma alanı olarak belirlenmiştir.


116

Bu çalışma ile yoğun kullanıma sahip Moda Sahil Parkı’nın, doğal ve kültürel peyzaj özelliklerinin incelenmesi ile parkın kullanıcı beklenti ve gereksinimlerini ne derece karşıladığını, kullanıcı memnuniyet derecele-rinin ne olduğunun belirlenmesi amaçlanmıştır.

Bu kapsamda Moda Sahil Parkı kullanıcılarının sosyo-ekonomik yapı özelliklerini, kullanıcı istek ve beklentilerini saptamak amacıyla anket çalışması yapılmıştır. Yanıt veren kişilerin rasgele seçildiği ve karşılıklı görüşme ile yürütülen anket çalışmasında örneklem büyüklüğü 120 ola-rak alınmıştır. Anketler, yoğun kullanımının olduğu ilkbahar ve yaz dö-nemlerinde, hafta içi ve hafta sonlarında yapılmıştır.

Tüm sorular için frekans analizleri yapılmış olup, analizlerin yapıl-masında SPSS (Statistical Package for the Social Sciences- Sosyal Bilimler İçin İstatistiksel Paket) programı kullanılmıştır.

BULGULAR

Araştırma Alanının Tanıtımı

Moda Sahil Parkı, İstanbul Anadolu Yakası’nın Kadıköy İlçesi Cafe-rağa Mahallesi’nde Moda sahili boyunca uzanan bir sahil parkıdır (Şekil 1). Yoğurtçu Parkı ile Tarihi Moda İskelesi arasında yer alan parkın ko-ordinatları 40° 58’ kuzey enlemleri ile 29° 01’ doğu boylamlarıdır.


117

Şekil 1. Moda Sahil Parkı’nın Konumu1

Moda Parkı’nın içerisinde önemli bir eser olan tarihi Moda İskelesi bulunmaktadır. 1916-1917 yılları arasında dönemin ünlü mimarlarından Mehmet Vedat Tek tarafından yapılan bu iskelede, Zarif Kütahya çinile-riyle süslü olan iskele 1937 yılındaki çok şiddetli bir lodos fırtınasında ciddi hasar görünce, üst katı yıktırılarak ortadan kaldırılmıştır. 1986 yı-lında yeterli yolcu sayısının bulunmaması nedeniyle vapur seferleri iptal edilmiştir. 2000 yılında TDİ ile Türkiye Deniz Ticaret Odası Başkanlı-

1https://www.google.com/maps/place/Cafera%C4%9Fa,+Moda+Park%C4%B1,+34710+Kad%C4%B1k%C3%B6y%2F%C4%B0stanbul/@40.981005,29.0191383,17z/data=!3m1!4b1!4m5!3m4!1s0x14cab8f53d41d94f:0x148e9d32a0db9172!8m2!3d40.981005!4d29.021327


118

ğı’nın ortaklaşa çalışarak restore ettirdiği Tarihi Moda İskelesi, 1 Tem-muz 2001 yılında yeniden hizmete açılmıştır. Günümüzde cafe-restaurant olarak kullanılmaktadır.2 (Şekil 2).

Şekil 2. Moda İskelesinin Parktan Görünümü

Şekil 3. Parktan Bir Görünüm 3

2 (https://www.istanbul.net.tr/istanbul-rehberi/tarihi-eserler/tarihi-moda-iskelesi/157/6) 3 https://mapio.net/pic/p-12860224/


119

Moda Sahil Parkı’nın içerisinde bir önemli kültürel değer daha bu-lunmaktadır. Aya Ekaterini Ayazması, parkın girişinde yer alan Moda Park Lokantası (Koço)’nın hemen altında bir Rum Kilisesi mevcuttur. 1924 yılında Rum balıkçılar tarafından bulunan bu ayazmayı ziyaret et-mek için lokantanın içinden geçilmesi gerekmektedir.

Anket Sonuçlarının Değerlendirilmesi

Moda Sahil Parkı’nda yapılan anketlerin sonucunda, bu sahil parkı kullanıcılarının cinsiyet, yaş, eğitim durumu, meslek grubu, gelir duru-mu, yaşadığı yer gibi sosyal yapıları hakkında bilgiler edinilmeye çalı-şılmıştır.

Sosyo-ekonomik yapıya ilişkin bilgiler aşağıdaki gibidir:

• Ankete katılanların % 52’si erkek, % 48’i de kadın olarak belir-lenmiştir.

• Yaş grubuna göre dağılımında, % 17’si 15-18 yaş grubu, % 38’i 19-25 yaş grubu, % 32’si 26-40 yaş grubu, % 9’u 41-60 yaş grubu ve % 4’ü ise 61 yaş ve üzeri olarak belirlenmiştir.

• Ankete katılan kullanıcıların % 45’i lise mezunu, % 38’si üniversi-te mezunu, % 13’ü master/doktora mezunu, % 4’ü de ilköğretim mezu-nu olarak belirlenmiştir. Moda Sahil Parkı’nda okuryazar olmayan kul-lanıcıya rastlanmamıştır.

• Ankete katılan kullanıcıların çoğunluğu % 38 oranı ile öğrenci olarak belirlenmiştir. Diğer dağılımlara bakılacak olursa % 12 oranı ile serbest meslek, % 12 oranı ile işsiz, % 9 oranı ile memur, % 8 oranı ile ev hanımı, % 7 oranı ile emekli, % 3 oranı ile işçi ve % 11 oranı ile diğer mes-lek grupları olarak belirlenmiştir.

• Park kullanıcılarının aylık ortalama gelir durumuna bakıldığında en çok % 59 oranı ile 1.001-3.000 TL aylık geliri olanlar, ikinci olarak % 36 oranı ile 3.001- 5.000 TL gelir grubundakiler, üçüncü olarak % 5 oranı ile 1000 TL veya daha düşük gelir düzeyine sahip olanlar olarak saptanmış-tır.


120

• Yapılan ankete katılan halkın % 52’si 20 yıl ve üzeri İstanbul’da yaşadığını belirtirken, % 19 oranı ile 0-5 yıl, % 15 oranı 16-20 yıl, % 8 ora-nı ile de 11-15 yıl, % 6 oranı ile de 6-10 yıldır İstanbul’da yaşadığını be-lirtmişlerdir.

• Ankete katılanların % 88’i Anadolu yakasında, % 12’si ise Avrupa yakasında oturmaktadır.

• Ankete katılan kullanıcıların % 12’si 0-5 yıl, % 27’si 6-10 yıl, % 12’si 11-15 yıl, % 24’ü 16-20 yıl, % 25’i 20 yıldan fazla bir süredir şu an bulundukları semtte yaşamakta olduklarını belirtmişlerdir.

• Ankete katılan kullanıcıların % 56’sı apartman dairesinde, % 35’i toplu konut (site) apartman dairesinde, 6’sı müstakil evde, % 1’i gece-kondu ve % 2’si de diğer konut tipinde oturmakta olduklarını belirtmiş-lerdir.

Moda Sahil Parkı’nın kullanımlarına ilişkin bilgiler aşağıdaki gibidir:

• Birden fazla seçeneğin tercih edilebileceği bu soruda, ankete katı-lan kişilerin %62’si Moda Sahil Parkı’nı arkadaşlarıyla buluşmak ve soh-bet etmek için seçerken, %42’si dinlenmek ve yürümek, %26’sı manzara seyretmek, %18’i spor yapmak, % 16’sı piknik yapmak, % 5’i kitap oku-mak, %4’ü insanlarla birarada olmak, köpek gezdirmek ve diğer faaliyet-ler için tercih etmektedirler (Şekil 4).


121

Şekil 4. Parkın Kullanım Amacı

• Parka gelinen mevsimlere bakıldığında ise son derece homojen bir dağılım gözlenmektedir. İlkbahar mevsiminde % 28, yaz mevsiminde % 25, sonbahar mevsiminde % 24 ve kış mevsiminde % 23 oranı ile tercih edilmektedir. Bu da parkın dört mevsim kullanıldığını göstermektedir.

• Kullanıcılar, % 35 oranı ile parka en çok öğleden sonra gelmekte-dir. % 25 belirli bir saatim yok, % 10 akşam, % 17 oranı ile sabah, % 4 öğlen ve % 9 oranı ile diğer seçeneğini seçmişlerdir.

• Kullanıcılar, parka % 69 oranı ile arkadaşları ile gelmeyi tercih ederken, %18 oranı ile aile ile, % 8 yalnız başına ve % 5 oranı ile diğer kişilerle gelmeyi tercih etmektedirler.

• Kullanıcılar, parkta % 54 oranı ile 1-3 saat, % 30 oranı ile 3-5 saat, % 13 oranı ile 1 saatten az ve %3 oranı ile de 5 saatten fazla bir süre park-ta vakit geçirdiklerini belirtmişlerdir.

• Kullanıcılara parkın en sevilen mekanları sorulduğunda, % 58 oranı ile yeşil alanlar ve çocuk oyun alanlarını barındıran iç taraf, % 42


122

oranı ile çay bahçesi, yürüyüş yolu, sahil gezinti yolunu ve kayalıkları içeren sahil tarafı tercih edilmiştir.

• Kullanıcıların %42’si parkı doğal güzelliği, %38’i sessiz-sakin olu-şu ve %37’si ise yakın oluşundan dolayı tercih etmektedir (Şekil 5).

0102030405060 45

27

12 715

47 51

3 1

Parkı tercih etme sebebi

Şekil 5. Parkın Tercih Edilme Sebebi

• Birden fazla seçeneğin tercih edilebileceği ve kullanıcılara parkta bulunmasını istediği fonksiyonların sorulduğu bu soruda, basket-bol/voleybol alanı % 72 oranı ile en yüksek oranla tercih edilmiştir (Şekil 6).


123

2938

2412

25 21 26

72

Parkta bulunması istenilen fonksiyonlar

Şekil 6. Parkta Bulunması İstenilen Fonksiyonlar

• Birden fazla seçeneğin tercih edilebileceği ve kullanıcılara parkta rahatsız eden faktörlerin sorulduğu bu soruda, % 55 oranı ile donatı ye-tersizliği olduğu belirtilmiştir. (Şekil 7).


124

Şekil 7. Parkta Rahatsız Eden Faktörler

Moda Sahil Parkı’nın ulaşım özelliklerine ilişkin bilgiler ise aşağıdaki gibidir:

• Yakın çevre ile park arasındaki ulaşım yeterliliğinin sorulduğu bu soruda kullanıcılar, % 81 oranı ile ulaşım yeterli, % 19 oranı ile yetersiz şeklinde cevap vermişlerdir.

• Parkta yaya dolaşım rahatlığının sorulduğu soruda da kullanıcı-lar, % 86 oranı ile evet, % 14 oranı ile hayır şeklinde cevap vermişlerdir.

• Kullanıcılar, parka % 51 oranı ile yaya olarak , % 27 oranı ile toplu taşıma ile, % 11 oranı ile özel oto ile, % 5 oranı ile bisiklet, % 2 oranı ile motosiklet ve taksi ile geldiklerini belirtmişlerdir.

• Moda ve çevresi içim otopark sorununun olup olmadığı soruldu-ğunda, kullanıcılar % 80 oranı ile evet otopark sorunu var, % 20 oranla ise de hayır sorun yok diye cevap vermişlerdir.


125

Moda Sahil Parkı’nın donatı yeterliliği ve memnuniyet durumlarına ilişkin bilgiler ise aşağıdaki gibidir:

• Kullanıcılar, parktaki bakım çalışmalarından % 62 oranı ile hayır memnun değilim, % 38 oranı ile evet memnunum şeklinde yanıt vermiş-lerdir.

• Kullanıcılar, parktaki güvenlik hizmetlerinden % 88 oranı ile ha-yır memnun değilim, % 12 oranı ile evet memnunum şeklinde yanıt vermişlerdir.

• Donatı yeterliliğinin sorulduğu soruda, kullanıcılar, % 77 oranı ile yeterli değil, % 23 oranı ile yeterli şeklinde yanıt vermişlerdir.

• Birden fazla seçeneğin tercih edilebileceği ve kullanıcılara parkta eksik buldukları donatıların sorulduğu bu soruda, kullanıcılar, % 62 ora-nı ile işletmeler ve güvenlik, daha sonra sırasıyla % 60 oranı ile WC ve % 57 oranı ile oturma grupları, banklar olarak belirtmişlerdir (Şekil 8).

Şekil 8. Eksik Görülen Donatı Elemanları


126

Kullanıcılara parkta bulunan donatılardan memnuniyet durumları-nın sorulduğu bu soruda, kullanıcılar, Plastik objeler (Heykel vb.) için % 47 oranı fikrim yok, oturma grupları ve banklar için %49 oranı ile mem-nun değil, çöp kutuları için % 40 oranı ile memnun, İşletmeler ve güven-lik için %37 oranı ile memnun değil, WC için % 65 oranı ile memnun de-ğil, çocuk oyun alanı için %34 oranı ile memnun değil, çeşme için % 37 oranı ile fikrim yok, su ögesi için %37 oranı ile memnun değil ve yönlen-dirici levhalar için ise% 44 oranı ile memnun değilim şeklinde yanıtla-mışlardır (Tablo 1).

Tablo 1. Kullanıcıların Donatılardan Memnuniyet Durumları

Çok memnun

Memnun Fikri yok

Memnun değil

Hiç memnun

değil

Plastik objeler (Heykel vb.)

3 14 47 21 15

Oturma grup-ları, banklar

3 30 9 49 9

Aydınlatma elemanları

9 30 26 32 3

Çöp kutuları 5 40 18 32 5

İşletmeler ve güvenlik

3 8 25 37 27

WC 4 11 12 65 8

Çocuk oyun alanı

13 15 33 34 5

Çeşme 4 6 37 29 24

Su öğesi 5 9 30 37 19

Yönlendirici levhalar

4 9 20 44 23


127

TARTIŞMA

Kentsel yeşil alan sistemi içerisinde çok büyük öneme sahip kıyı alanları, kentlerin en çekici ve en yoğun kullanım talebi olan alanlarıdır. Kıyı-insan ilişkisinin kurulması gibi çok büyük bir görevi olan kıyı park-larının planlama ve tasarımlarında kullanıcı istek ve ihtiyaçlarının iyi analiz edilmesi ve planlama kararlarında bunların dikkate alınması ge-reklidir. Mevcut parkların iyileştirilmesi ve sürekliliğinin sağlanmasında ise yine kullanıcı isteklerinin dikkate alınması parkın sürdürülebilirliği açısından oldukça önemlidir. Bunun yanında kentlerdeki yeşil alan sis-temlerinin bütünlüğünün sağlanması, kıyı-kent ilişkisinin kurgulanması sağlıklı kıyı planlamaları ile mümkün olacaktır.

Dünyada son yıllarda yürütülen kıyı alanları planlama çalışmaları incelendiğinde, özellikle kıyı alanlarında kamu mekânlarının güçlendi-rilmesi yönündeki ilkelerin odak noktası olduğu görülmektedir (Henden Şolt, 2018).

Ülkemizde son yıllarda yapılan çalışmalar incelendiğinde ise, alan-larda görülen sorunlar, problemler ile kullanıcıların parklarda rahatsızlık duyduğu konular, istedikleri fonksiyonlar veya donatılar paralel olmak-tadır. Bakımsızlık ve güvenlik sorunları ile donatı yetersizliği, en büyük rahatsızlıkları oluşturmaktadır.


Anket sonuçlarına göre; % 38 oranı ile 19-25 yaş grubu bu parkı en çok kullanan gruptur ve alanı en çok kullanan meslek grubu yine % 38 oranı ile öğrenciler olarak belirlenmiştir. Park, anket sonuçlarına göre çoğunlukla gençlere hitap etmektedir. Ancak kent bütününe hitap etmesi nedeniyle tüm yaş gruplarının kullanımlarına yönelik düzenlemeler önem taşımaktadır. Bu sayede kullanımlarda her yaş grubu için homojen bir dağılım sağlanabilir.

Ankete katılan kişilerin % 62’si Moda Sahil Parkı’nı arkadaşlarıyla buluşmak ve sohbet etmek için seçerken, % 42’si dinlenmek ve yürümek


128

ve % 26’sı ise manzara seyretmek için kullanmaktadır. Kullanıcıların % 51’i parkı doğal güzelliğe sahip olduğu için ve %47’si de sakin, sessiz oluşu sebebiyle tercih etmektedir. Bu nedenle yapılacak düzenlemelerde doğal güzelliğin korunması ile huzurlu ve sessiz ortamların planlanması önemlidir. Çocuk oyun alanı gibi daha aktif, daha gürültülü fonksiyonla-rın, diğer fonksiyonlardan olabildiğince daha uzakta tasarlanmalıdır.

Park hafta içi ve hafta sonunda en çok öğleden sonra tercih edilmek-tedir. Bu amaçla, yeşil alanlardaki ağaçlar artırılarak ve/veya pergola gibi donatı elemanları ile kullanıcılara gölge alanlar oluşturulmalıdır.

Ankete katılan kullanıcıların %72’si basketbol/voleybol alanının parkta bulunması istenilen fonksiyon olduğunu belirtmiştir. Kent parkla-rının özellikleri de göz önünde bulundurulduğunda, parka bir spor ala-nının yapılması gerekli görülmektedir. Kullanıcılar, alanda en rahatsız eden faktör donatım yetersizliği (% 55 oranı ile) ve güvenlik ve kontrol yetersizliğini (% 47 oranı ile) belirtmişledir. Eksik görülen donatılar ise % 62 oranı ile işletmeler ve güvenlik, % 60 oranı ile WC ve % 57 oranı ile oturma grupları, banklar olarak belirlenmiştir. Birbirine paralel sonuçla-nan bu iki soruya göre alanda bir güvenlik eksikliği söz konusudur. Bu sorunun ivedilikle çözülmesi gerekmektedir. Ayrıca, yoğun kullanıma sahip bu parkta, anket sonuçlarına göre yeterli miktarda oturma bankları ve dinlenme alanları bulunmamaktadır. Bu sorunun da ivedilikle çözü-me kavuşturulması gereklidir.

Parkın bakımından ve güvenlik hizmetlerinden memnuniyet duru-mu son derece zayıftır. Bu amaçla parkta bakım çalışmalarının yapılması ve güvenliğin sağlanması son derece önemlidir.

Özellikle Anadolu yakası için önemli bir rekreasyonel alan olan Mo-da Sahil Parkı, kullanıcıların memnuniyet ve beklentileri doğrultusunda revizyon yapılması gerekmektedir. Ayrıca, alanda yapılan gözlemler sonucunda, sert zeminlerde yoğun ve uzun süreli kullanımdan dolayı bozulmalar olduğu, yeşil alanlar da ise drenaj problemleri olduğu tespit edilmiştir. Bu anlamda da Moda Parkı bir yenilenme ihtiyacı içerisinde-dir.


129

Sonuç olarak, kent peyzajı içerisinde önemli bir yere sahip bu alanla-rın koruma-kullanma dengesi içinde sürdürülebilirliğinin sağlanması gerekmektedir. Alanda belirlenecek sorunların yanında, kullanıcıların şikayet, öneri, talep ve beklentileri göz önüne alınarak yani kullanıcı odaklı planlama yaklaşımıyla planlama, tasarım ve revizyonlar yapıldı-ğında daha büyük başarılar elde edilecektir.

KAYNAKÇA

Aktürk, D. (1991). Kentsel Tasarımda Psikolojik Boyut. 1. Kentsel Ta-sarım ve Uygulamalar Sempozyumu. 23-24 Mayıs 1991. Mimar Sinan Üniversitesi Mimarlık Fakültesi Şehir ve Bölge Planlama Bölümü, İstan-bul.

Henden Şolt, H. B. (2018). Kentlilerin Kıyı Alanı Düzenlemesine Ba-kışı: Alaplı Örneği. Aksaray Üniversitesi İktisadi ve İdari Bilimler Fakül-tesi Dergisi. 10 (2): 55-62.

Kart Aktaş, N. ve Çınar, H.S. (2018). Sorunlar, Beklentiler, Potansi-yeller Koca Mustafa Paşa Sahil Parkı. International Journal of Landscape Architecture Research Uluslararası Peyzaj Mimarlığı Araştırmaları Der-gisi E-ISSN: 2602-4322, 1 (1): 15-21.

Yaşlıca, E. (1991). Kamu Alanlarındaki Kullanıcı Katılımı ve Anka-ra’da Konur Sokakta Çevre Tasarımı için Kullanıcıya Dönük Bir Araştır-ma. Kamu Mekanları Tasarımı ve Kent Mobilyaları Sempozyumu 15-16 Mayıs (1989). Mimar Sinan Üniversitesi Mimarlık Fakültesi, 1991, İstan-bul.

Döker, M.F. (2006). İstanbul İli Marmara Denizi Kıyı Dolgu Alanları-nın Tespiti ve Bu Alanlarda Arazi Kullanımı, T.C. İstanbul Üniversitesi Sosyal Bilimler Enstitüsü Coğrafya Anabilim Dalı Yüksek Lisans Tezi, S:7.

İNTERNET KAYNAKLARI

https://www.istanbul.net.tr/istanbul-rehberi/tarihi-eserler/tarihi-moda-iskelesi/157/6

(ET: 25.12.2019).




130

https://www.google.com/maps/place/Cafera%C4%9Fa,+Moda+Park%C4%B1,+34710+Kad%C4%B1k%C3%B6y%2F%C4%B0stanbul/@40.981005,29.0191383,17z/data=!3m1!4b1!4m5!3m4!1s0x14cab8f53d41d94f:0x148e9d32a0db9172!8m2!3d40.981005!4d29.021327

(ET: 25.12.2019).

https://mapio.net/pic/p-12860224/ (ET: 25.12.2019).





https://mapio.net/pic/p-12860224/

BİYOBOZUNUR TARIMSAL ÖRTÜ FİLMLERİ VE TERMOPLASTİK NİŞASTA KARIŞIMLARININ

KULLANILMASI

Mithat ÇELEBİ

Yalova Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Yalova / Türkiye

Öz: Tarımsal örtü filmleri, çoğunlukla bitki ve toprak ortamının bir-çok faktörünü etkileyen bitkisel mahsullerin üretiminde kullanılır. Bitki ekiminden sonra veya ekiminden önce, bir toprağa plastik bir film seril-mesi, öncelikle sisteminin enerji ve kütle dengesini değiştirir. Malç mal-zemelerinin özelliklerine (spektral-radyometrik, su buharı ve CO2 geçir-genliği; mekanik ve biyobozunurluk) ve malçın güneş radyasyonu, top-rak ve mahsul ile etkileşime bağlı olarak etkileri büyük ölçüde değişir. Malçlama için kullanılan malzemenin, genellikle polietilen (PE), biyolojik olarak parçalanabilen bir malzemeye değiştirilmesi, etkilerini de değişti-rebilir. Bu çalışmada malçlamanın sebzeler üzerindeki etkileri ve kullanı-lan malçlama malzemeleri konu edilmiştir.

GİRİŞ

Biyobozunur malç filmler uzun yıllardır Avrupa pazarında satılmak-tadır ve çiftçiler tarafından da kabul görmektedir. Malç filmler, modern tarımda önemli bir rol oynayarak, verimin arttırılması, kalitesinin gelişti-rilmesi, zararlı otlarının kontrolünün daha iyi yapılması, sulama verimi-nin ve pestisit kullanımının azaltılması gibi konularda fayda sağlamak-tadır. Daha da önemlisi, diğer malç filmlerden farklı olarak, ekin döngü-sünün sonunda tarlada bırakılıp toprağın altına sürülebilmekte ve kısa sürede parçalanıp toprağa karışabilmektedir. Bu sayede toplama maliyeti açısından da katma değer oluşturmaktadır (Malinconico, 2017).

Geleneksel malçlama filmlerinin yarattığı kirliliğin önüne geçilmesi için biyobozunur filmlerin kullanılması ön plana çıkmıştır. İdeal malçla-

Dr. Öğr. Üyesi Mithat Çelebi

132

ma filmini, mahsul mevsiminin sonunda bozulacak ve toprağa gömül-düğünde kısa sürede tamamen bozulacak bir film olarak nitelendirdi. Bazı incelemeler, biyolojik olarak parçalanabilen malçlamanın agrono-mik etkileri hakkında genel bir fikir vermektedir (Malinconico, 2017).

Biyolojik olarak parçalanabilen filmlerin mevcut ana uygulaması sebzeler olsa da, yakın gelecekte, özellikle meyve mahsulü üretiminde ve yoğun mahsullerde, diğer tarımsal uygulamalar için uygulanması muh-temeldir. Ayrıca, üretimin çevre kısıtlamaları (su kıtlığı, toprak erozyo-nu, vb.) ile sınırlı olduğu alanların tarımsal kullanımını kolaylaştırabilir-ler. Bu arada, biyolojik olarak parçalanabilen maddelerin kullanımı hem organik tarımda hem de geleneksel alanlarda büyümeye devam ediyor. Kullanıcılar, çevrenin önündeki sorumluluğunun giderek daha fazla far-kındalar ve daha fazla öğrenmeye ilgi gösteriyorlar (Malinconico, 2017)

MALÇLAMA ve MALZEMELERİ

Toprak yüzeyini örtmek amacıyla kullanılan doğal veya yapay mal-zemelere malç ve yapılan bu işlemede malçlama adı verilir. Malç etkileri çevreye ve belirli mahsullere bağlıdır. Doğrudan güneş ışığının baskın olduğu yerlerde, örneğin Güney Avrupa’da malç etkisi, dağınık radyas-yonun hâkim olduğu bölgeden önemli ölçüde daha büyük olacaktır. Orta Avrupa’da sıcaklıklar yeterince sıcak olmadığında malçlı bir yaz mevsi-mi mahsulünün gelişimi artırabilir; ancak malç, ılık sıcaklıklarda büyü-yen aynı ürün için kullanıldığında zararlı olabilir. Toprak hazırlığı, malç döşeme, bitki yoğunluğu, ürün mevsimi, sulama sistemi vb gibi kültürel uygulamaların çeşitliliği de ilgili ürün etkileriyle malç performansına katkıda bulunur (Malinconico, 2017). Malçlamanın avantajları maddeler halinde aşağıdaki gibi sıralanabilmektedir (Ekinci ve Dursun, 2006; Ga-zan ve ark. 2017).

-Nem ve sıcaklık kontrolü (gece gündüz sıcaklık farkının azaltılması)

- yabancı ot kontrolü

- İş gücü ihtiyacının azaltılması

- Maliyetin azaltılması

BİYOBOZUNUR TARIMSAL ÖRTÜ FİLMLERİ VE TERMOPLASTİK NİŞASTA KARIŞIMLARININ KULLANILMASI

133

- Ürünün toprak ile kirlenmemesi

- Toprak yapısının korunması

- toprak yapısının gelişmesi

- Erken hasat ve verimin artması

-Hastalık ve zararlıların kontrolü

-Yüksek kalite

Tarım sektöründe plastik malzemelerin kullanım alanları aşağıdaki şekilde özetlenmektedir (Malinconico, 2017).

Sulama alanında kullanılan plastikler: Su deposu, kanal kaplama, sulama bantları ve boruları, drenaj boruları, mikro sulama ve damlatıcı-lar.

Koruma amaçlı filmler: sera ve tünel, düşük tünel, malçlama, fidan-lık filmi, doğrudan kaplama, üzüm bağları ve meyve bahçelerinin örtül-mesi.

Ambalaj: gübre torbaları, zirai ilaç kutuları, konteynerler, sıvı depo-lama tankları ve kasalar.

Ağlar: anti-ağ, anti-kuş, rüzgar kırma, gölgelendirme ve hasat

Diğer: silaj filmleri, fümigasyon filmleri, balya sarma, fidanlık kapla-rı, teller ve ipler.

TERMOPLASTİK NİŞASTA ve MATER-Bİ UYGULAMALARI

Nişasta yenilenebilir, biyobozunur ve düşük maliyete sahip olması, mekanik ve termal özellikler açısından polimerlerden farklı olmayan işleme koşulları gibi avantajları nedeniyle ambalaj uygulamalarında yo-ğun bir şekilde tercih edilmektedir. Ekstrüzyon ile üretim esnasında sı-caklık ve plastikleştiriciler yardımıyla, nişastanın doğal yarı kristalin yapısının bozulmasıyla termoplastik nişasta (TPS) üretilir. Termoplastik nişasta enjeksiyon ile kalıplama ve termoform uygulamalarında kullanı-labilmektedir. Ancak nişastanın bazı zayıf özellikleri ambalaj uygulama-larında termoplastik nişastanın kullanımını sınırlamaktadır. Bu sınırla-


134

maya neden olan dezavantajlar; zamanla mekanik özelliklerinin değişi-mi, su hassasiyeti, sentetik polimerlere oranla daha karmaşık bir yapıya sahip olması, yaşlanmaya bağlı kristalizasyon, su adsorpsiyonu ile plas-tikleştirme ve düşük darbe dayanım direncidir (Pilla, 2011).

Malçlamanın temel çevresel etkisi, toprak-mahsul-hava ortamının mikro iklimidir. Hava ve toprak sıcaklıklarını, toprak yüzeylerine ulaşan güneş ışınımını, topraktan suyun buharlaşma hızını ve toprak ile hava arasındaki gaz değişimini değiştirir. Mahsul ortamındaki tüm bu deği-şikliklerin agronomik sonuçları vardır. Toprak sıcaklığının yükselmesi, mahsulün gelişimini hızlandırırken, toprak soğutmanın ters sonucu var-dır; mahsulü çevreleyen havadaki sıcaklık artışı, hava kısmının büyüme-sini arttırır, yaprak bölgesini ve üretimi arttırır. Aynı şekilde, toprağa ulaşan ışığı sınırlamak yabani otların büyümesini önler ve güneş ışınımı için mahsulle rekabet edebilme yeteneklerini azaltır. Toprak su içeriğinin dengelenmesi, bitkilerde hidrik stresi önler ve kökler tarafından su ve besin alımı için daha uygun bir ortam sağlar (Malinconico, 2017).

Yunanistan'da bir karpuz bitkisinde (orta ilkbahar-yaz) tarla koşulla-rında Mater-Bi filmler kullanmış ve bu malçların kullanım ömrü boyunca mekanik performansları, çekme dayanımı açısından geleneksel kalın PE filmlerin (25 µm) performansı kadar iyi bulunmuştur. Bununla birlikte, enlemesine yönde, kopma sırasında çok düşük uzama sergilemişlerdir (Malinconico, 2017). Nişasta granülleri plastikleştirici varlığında daha kolay işlenebilen termoplastik nişastaya dönüştürülür (Yachuan, 2014; Dursun ve ark., 2010).

Nişastanın plastikleştirilmesi süreci üç aşamadan oluşmaktadır. Bi-rinci aşamada, plastikleştiriciler, amiloz ve düzensiz amilopektin ile hid-rojen bağları oluşturur ya da nişasta tanecikleri tarafından absorblan-maktadır. Bunun sonucu olarak amorf bölgelerde amiloz ve amilopektin hareketliliği artar. Moleküller arası etkileşimlerde amiloz ve amilopektin yeniden düzenlenir. İkinci adımda, ısı uygulandığında kayma kuvveti-nin etkisiyle, amiloz ve amilopektin hareketliliğinin artmasıyla, molekül-ler arası etkileşim ve kristal yapıların bozunmaya başlamasıyla granüler yapı kaybolur. Nişasta ve plastikleştirici arasında yeni bağların oluşumu


135

kolaylaşacaktır. Üçüncü adımda; malzemeler ergime sıcaklığının altına soğutulduğunda yeniden kristalleşmektedir. Yeniden kristalleşme esna-sında nişasta zincirleri granül yapılarından farklı bir dizilim sergilerler. Amilopektin moleküllerinin yeniden düzenlenmesi birkaç gün sürecek şekilde yavaş ilerlerken, amiloz molekülleri daha hızlı bir şekilde düzene girer (Yoruç&Uğraşkan, 2017).

Mahsul yetiştiriciliği, erkencilik, yabani ot kontrolü, üretim ve kalite, malç kullanıldığında hedeflenen ana unsurlardır. Biyobozunur malçların bozunma dinamikleri belirleyicidir. Daha önce bildirildiği gibi, mevcut bilgilerin çoğu Mater-Bi'yi içerir. Mater-Bi, 15 yıldan fazla bir süredir geliştirilmiş ve farklı sınıflarda üretilmiş bir malzeme ailesidir (Malinco-nico, 2017).

TPS’nin su absorbsiyonu, camsı geçiş sıcaklığı, esnekliği kullanılan plastikleştirici türü ve miktarına bağlı olarak değişiklik göstermektedir. Kullanılan plastikleştirici miktarı arttıkça, plastikleştirici ile nişasta ara-sında daha fazla bağ oluşarak zincir hareketliliği artmakta ve bu da Tg’ğını düşmektedir. TPS için en yaygın kullanılan plastikleştiriciler gli-serol, ksilitol, sorbitol, maltitol, üre, formamid ve polisakkaritlerdir (Yo-ruç ve Uğraşkan, 2017).

Biyobozunur malçlar, biyolojik kaynaklardan elde edilen doğada zamanla kendiliğinden çözünerek toprağa karışan malzemelerdir. Mik-roorganizmalar yardımıyla biyolojik olarak parçalanır. Biyobozunur malçlar genellikle 12-20 mikron kalınlığındadır. Bir çalışmada, malç dö-şeme için biyolojik olarak parçalanabilen filmlerin potansiyelini değer-lendirmek için, mekanik gerilimleri, esasen gerilme ve yırtılma, laboratu-ardaki PE malç ile karşılaştırılmıştır. Biyobozunur malçın mekanik özel-liklerinin PE filmlerin özelliklerine yakın olması durumunda, biyolojik olarak bozunabilir filmin döşenirken iyi performans göstereceği varsa-yılmaktadır. Bununla birlikte, standartlar tarafından belirlenen mekanik özellikler üzerindeki gereksinimler PE bazlı geleneksel filmler için spesi-fiktir. Standartların belirlediği filmlerin mekanik özelliklerinin montajı veya kullanımıyla ilgisi olmamasına rağmen, montaj işleminin başarısı genellikle bu standartlara uyduklarında sağlanır (Malinconico, 2017).


136

Termoplastik nişasta (TPS) ve bakteriyel selüloz kristalleri ile yapılan bir çalışmada, %5 bakteriyel selüloz elyaf içerikli kompozitlerin young modülü ve çekme dayanımı, dolgusuz TPS’ten 30 kat daha fazla olduğu gözlenmiştir. Bu kompozitin tek dezavantajı yüksek nem oranına fazla duyarlı olmasıdır. Geliştirilmiş mekanik özelliklerinden dolayı bu mal-zemeler biyobozunur ve gıda ambalaj uygulamalarında ümit vaad et-mektedir (Pilla, 2011). Ambalaj uygulamalarında dayanıklılık ve diğer özelliklerin geliştirilmesi amacıyla nanobiyokompozitlerden faydalanıla-bilmektedir. Örneğin; nişastanın tabaka kaplanması için silikon ve vaks emülsiyonu, kimyasala ve suya karşı direnç geliştirilmesi için yağ karıştı-rılması ve bariyer özelliklerinin geliştirilmesi için nişastaya kil katılabil-mektedir (Pilla, 2011).

İtalya'da yapılan bir saha çalışmasında, çilek biyobozunur (25-45 µm) filmler ile PE (50 μm) filmleri kıyasladıklarında, biyobozunur filmlerde daha az mukavemet ve daha uzama bulundu. Bununla birlikte, mekanik özellikler tüm ürün döngüsü boyunca gereksinimleri yerine getirmek için yeterince iyi olduğu sonucuna ulaşıldı (Malinconico, 2017).

Termoplastik nişasta ve polivinil alkol (PVA) birbiriyle iyi bir uyum-lu polimerlerdir. Termoplastik nişasta ile PVA’nın farklı bileşimlerde karışımları hazırlanabilir. PVA, termoplastik nişasta ile karşılaştırıldı-ğında daha iyi çekme dayanımına, yüksek uzama yüzdesine ve kolay proses edilebilirliğe sahiptir. PVA miktarının artması ile nişastanın par-çalanma hızı azalmaktadır (Pawar, 2013).

Novomont firması Mater-Bi® Z ticari ismi ile nişasta ve poliester ka-rışımları kullanarak fimler üretmektedir. Yüksek amiloz içerikli mısır nişastası ile hazırlanan polikaprolakton harmanlarının modülüsü poli-kaprolaktona göre %50 daha fazladır ve çekme dayanımı ise %15 daha azdır. Polikaprolakton/nişastanın mekanik özelliklerini arttırmak için alçak yoğunluklu polietilen ile harmanları hazırlanır. Polikaprolaktonun biyobozunma hızı çok düşüktür, polikaprolaktonun nişasta ile karışımla-rı hazırlanarak biyobozunma hızı arttırılmaktadır (Pawar, 2013).

Dursun ve ark., nano-kille termoplastik nişastanın (TPS) kompozitle-rinin özelliklerini araştırdıklarında TPS ve nano-kil arasındaki güçlü etki-


137

leşimin stres değerini arttırdığını ve saf TPS matriksiyle karşılaştırıldı-ğında daha düşük su buharı geçirgenliğine sahip olduğunu rapor etmiş-lerdir (Dursun ve ark., 2010).

Nişastanın parlaklığı için nişasta esnekliğini geliştiren, fakat diğer ta-raftan termo-mekaniksel özelliklerini azaltan, polioller gibi plastikleştiri-cilerin kullanılması gerekmektedir. Nişasta sistemlerine selüloz kristalle-rinin eklenmesi termo-mekaniksel özelliklerini geliştirmekte, suya has-saslığını azaltmakta ve biyobozunurluk özelliklerini muhafaza etmekte-dir. Bazı araştırmacılar nişasta üzerinde selüloz nano-elyafların camsı geçiş sıcaklığını artırıcı bir etkiye sahip olduğunu belirtmişlerdir. Bu güç-lendirme etkisi büyük ölçüde evaporasyon basamağında oluşan hidrojen bağlarından meydana gelen matriks içindeki selüloz mikro-elyaflarının oluşumuna bağlıdır (Dursun ve ark., 2010).

Araştırmacılar tarafından laboratuvar ölçekli tek vidalı ekstrüder kullanılarak mısır nişastası polistiren ile 70:30 oranında karıştırılmış ve talk ve polikarbonat gibi katkılar kullanılarak köpüklerin içerisine ekst-rude edilmiştir. Ekstrüzyonlar 140 °C -160 °C kovan sıcaklıklarında ve %16- %18 - %20 nem içeriklerinde yapılmıştır. Köpüklerin radyal geniş-lemesi üzerine talk ve nem içeriğinin etkisi sıcaklığın rolü kritik bulun-muştur. Nem içeriği %16’dan % 18’e artırıldığında genişleme oranı art-mıştır ve %20’ye arttırıldığında ise azalmıştır. Köpüklerin genişleme oranları genellikle 140 °C ile karşılaştırıldığında 160 °C’de daha yüksek-tir. Polikarbonat katkısı nişasta-polistiren karışımı ile iyice karıştırılması-na rağmen yapısal ve büzülmeyi engelleyen ajanları kadar etkili değildir. Nişasta köpüklerinin hacim yoğunlukları ve birim yoğunlukları genellik-le nem içeriğinden dolayı azalmaktadır (Pilla, 2011).

Biyobozunur filmlerin (polibutilen adipat-koterefitalat, PBAT) fidan-lıkta bitki fideleri üretmek için düşük yoğunluklu PE fide torbalarına uygun bir alternatif olduğunu göstermiştir. Biyobozunur torbalar 60 gün boyunca bozulmadan kaldı ve nakledildikten sonra 240 gün içinde ta-mamen biyobozunur. Bu bitkiler ile torbalar olmadan ekilen bitkiler ara-sında bir fark bulunmadı. Ayrıca, süs bitkileri içeren Mater-Bi'den yapı-lan kapların, bitki kalitesi üzerinde hiçbir etkisi olmadı ve pazarlama


138

sırasında, PP ile karşılaştırılabilir olan orijinal mekanik ve fiziksel özellik-lerini korudu. Deformasyona karşı direnç ve kırılmaya karşı direnç test-leri, bu ürünün kalitesini ve yüksek mekanize edilmiş kırpma sistemle-rinde kullanılma olasılığını kanıtladı (Malinconico, 2017).

Yapılan bir başka çalışmada ise, biyobozunur nanokompozit elde edilmiştir. Biyobozunur nanokompozit; tatlı patates (%11.6), dodesilben-zil-di-metil amonyum bromür (12-OREC) ve aktive edilmiş montmoril-lonit (MMT) ve termoplastik nişasta etanolamin/karbamid karışımından oluşmaktadır. Termoplastik nişasta (TPS) ve nanokompozit (TPS/OMMT); 130 °C kovan sıcaklığı ile çift vidalı ekstrüder tarafından, organik aktive edilmiş montmorillonitin (OMMT) farklı içerikleri ve %15 etanolamin, %15 karbamid ile hazırlanmıştır. Mekanik özelliklerin araştı-rılması göstermiştir ki; OMMT içeriğinin artmasıyla, kırılma uzaması azaldığında TPS/OMMT nanokompozitlerin gerilme dayanımı ve modü-lü, TPS’den daha yüksek olmaktadır. OMMT içeriği %4 olduğunda, TPS’nin modülü ve gerilme dayanımı sırasıyla 6,0’dan 76 MPa, 4,2’den 42 MPa değerlerine ulaşarak gelişme göstermiştir. Mekanik özelliklerin gelişimi, çift vidalı ekstrüder tarafından yüksek kayma gerilimi ve yük-sek sıcaklık altında üretilmiş nişasta ile karbamid ve etanolaminin katıl-masından dolayı hidrojen bağları oluşmuştur. Böylece nişastanın kristal yapısı yok olmuştur. Sonuç olarak nişastanın mekanik ve işleme özellik-leri geliştirilmiştir. TPS’de oluşturulan hidrojen bağları, gerilme ve Yo-ung’s modülünün artmasına yol açan OMMT içeriğinin artmasıyla daha güçlü hale gelmiştir. Buna rağmen kompozitin sızdırmazlığı, malzemele-rin gerilme ve nişasta moleküllerinin esnekliği azalmıştır (Pilla, 2011).

Ticari olarak kullanılan biyobozunur polimer örnekleri Çizelge 1’de, nişasta esaslı ticari olarak kullanılan bazı biyobozunur polimerler ve üre-ticileri Çizelge 2’de, nişasta/PCL ve nişasta/selüloz türevlerine ait fizik-sel ve mekanik bazı özelliklerin karşılaştırılması Çizelge 3’te gösterilmiş-tir (Massey, 2003).


139

Çizelge 1. Ticari Biyobozunur Polimerler ve Yapıları

Ürün (Ticari İsmi) Yapısı

Mikroorganizma esaslı

BIOPOL Polihidroksibütirat ve valerat kopolimeri

Doğal esaslı ürünler

Mater-bi Nişasta (%60) / PVA alaşımı

Novon Nişasta (%90-95)+katkı

Amipol Nişasta (%100)

Kimyasal sentez esaslı

Poli(laktik asit) Poli(laktik asit)

Plockcelton Polikaprolakton

Bionolle Alifatik poliester

Çizelge 2. Nişasta Esaslı Ticari Olarak Kullanılan Biyobozunur Polimerler

Ürün Üretici İçerik

Amipol Japan Cornstarch Nişasta

Biofill Samyang Genex Co. Nişasta /polistiren

Greenpol Yukong Ltd. Nişasta /PCL

Mater-Bi Novomont Nişasta/PVA Nişasta/PCL

Nişasta/selüloz türevi

Novon Chisso Warner Lambert Nişasta


140

Çizelge 3. Bazı Biyobozunur Polimer Karışımlarının Fiziksel ve Mekanik Özellikleri

Özellik Nişasta/PCL Nişasta/selüloz tü-revi

Tg (⁰C) -60 105

Tm (⁰C) 66 -

MFI (g/10 mL) 2-4 6-30

Çekme Dayanımı (MPa) 20-50 15-35

Çekme Elastisite Modülü (MPa)

100-600 600-5000

Kırılmada Uzama (%) 200-600 20-150

Eğme Elastisite Modülü (MPa) 400-600 2000-2500

PLA monomeri laktik asit, mısır nişastası ve şeker kamışı gibi bitkisel ürünlerin fermentasyonu ile elde edilir. PLA ise kimyasal sentez ile lak-tik asit’ten üretilmektedir. PLA, bu nedenle yeşil plastik olarak adlandırı-labilir. PLA, geleneksel polimerlere göre doğada daha kısa sürede parça-lanır, parçalanma ürünleri toksik değildir ve çevreye zarar vermez.

PLA, en iyi şekilde poli(etilen terafitalat) ile karşılaştırılabilir ve PET’in şekillendirilmesinde kullanılan uygulamalarda (şişirme kalıp ve termoform) PLA ürünleri de üretilebilir. PLA, enjeksiyon kalıplama uy-gulamalarında kolaylıkla Polistiren (PS) yerine kullanılabilir. PLA, bi-yobozunur bir polimerdir. PLA esaslı ürünler, ısı (70⁰C ve üstü) ve nem (min. %70 RH) kontrolü yapılabilen işletmelerde üretilebilir. PLA, işlen-meden önce nem tuttuğundan kurutmaya ihtiyaç duyar. PLA’nın özel-liklerini iyileştirmek için karışımları veya kompaundları hazırlanmakta-dır. Klasik PLA saydamdır ve yüksek parlaklığa sahiptir.

Eriyik işlemede PLA kullanılırken zincir depolimerizasyonu ile mo-nomer oluşumunu en aza indirmek için polimerin aşırı ısınması önlen-melidir. Aşırı yüksek işleme sıcaklıkları kalıplama ya da kalıptan çekme işlemi sırasında bir monomer oluşumu ile sonuçlanabilir. Fazla monomer


141

varlığı malzemenin mekanik özelliklerini değiştirerek, bir plastikleştirici olarak işlev görmesine neden olabilir ve böylece parçalanma kinetiği değiştirilerek polimer hidrolizini katalize edebilir. Bu nedenle, bu mater-yaller düşük sıcaklıklarda işleme tabi tutulmalıdır.

Ticari bakış açısıyla, bu zamana kadar ki en önemli sentetik biyobo-zunur alifatik polyester poli(ԑ-kaprolakton) (PCL)’dir. PCL, TONE (Un-ion Carbide Şirketi, Danbury, CT, USA) ticari adı altında bulunmaktadır. PCL genellikle polyester/nişasta karışımlarında bileşen olarak kullanıl-maktadır. (Örneğin; Mater-Bi- Z-grade, Novamont, Novara, Italy). Sük-sinat, adipat, etilen glikol ve 1,4-bütandiol esaslı çeşitli alifatik kopolyes-terler Japonya’da Showa Highpolymer (Bionolle Showa High Polymer Co., Ltd., Tokyo, Japan) tarafından üretilmektedir. Ancak, günümüzde biyobozunur malzeme olarak kullanılan çoğu ticari alifatik polyesterlerin birçok ciddi dezavantajı vardır. Yüksek fiyatlarının yanında malzeme özellikleri de genellikle sınırlıdır ve çoğu uygulamalara dâhil edilme-mektedir. PCL’nun çok düşük erime sıcaklığı (60 °C civarı) bu özelliklere bir örnektir. Çizelge 4’te ise çeşitli biyobozunur ve geleneksel polimerle-rin özellikleri karşılaştırılmıştır.

Çizelge 4. Çeşitli Biyobozunur ve Geleneksel Polimerlerin Özellikleri

Özellik PLA PHB PS PP PET

Çekme gerilimi (MPa)

48-72 40 34-46 21-37 47

Modül (GPa) 2,1-2,5 3,5-4 2,9-3,5 1,1-1,5 3,1

Kopmada Uzama (%) 1-10 3-8 3-4 20-800 50-300

Çentikli İzod Darbe Dayanımı (J/m)

13-33 20-24 40-80 72 79

Camsı geçiş sıcaklığı (Tg) (oC)

60 -5-5 95-100 0 75

Erime Sıcaklığı (oC) 153 170-180

210-250

163 250


142

Çizelge 5. Termoplastik Nişasta/polilaktit (TPS / PLA) Karışımlarının Termal ve Mekanik Özellikleri

TPS (%)

Tg (oC)

Çekme Kuvveti (MPa)

Kopmada Uzama (%)

PLA TPS

100 (TPS1)a – 10 3.4 152.0

90 (TPS1) 47 NF 2.9 48.8

75 (TPS1) 53 NF 4.8 5.7

100 (TPS2)a – 43 19.5 2.8

90 (TPS2) NF NF 14.1 1.3

75 (TPS2) NF NF 12.0 0.9

0 58 – 68.4 9.4

a. Sırasıyla, TPS1 ve TPS2 deki gliserol ve su içeriği: %18 ve %12, %10 ve %16. NF: Literatürde bulunamadı.

Lu ve ark. nişastanın özelliklerini geliştirmek için fiziksel veya kim-yasal karışımlarını aşı kopolimerizasyonu modifikasyonlarını araştırmış-lardır. Fiziksel karışım olarak, nişasta poliolefin dolgu maddesi olarak %6-15 arası konsantrasyonlarda ayarlanmıştır. Vinil polimerlerin biyolo-jik olarak bozunabilirliğini artırma girişimleri, bir karbon-karbon omur-gası matrisine nişasta dâhil edilerek araştırılmıştır. Tüm bu durumlarda, mikroorganizmaların saldırısı için mevcut yüzey alanını arttırmak için nişasta granülleri kullanılmıştır. Genellikle, nişasta ile karıştırılacak bile-şenler alifatik polyesterler, polivinil alkol (PVA) ve biyopolimerlerdir. Yaygın olarak kullanılan polyesterler, mikrobiyal sentezle elde edilen poli (β-hidroksialkanoatlar) (PHA) ve kimyasal polimerizasyondan türe-tilen polilaktik asit (PLA) veya poli (ε-kaprolakton) (PCL)'dir. Tamamen bozunabilir poliesteri düşük maliyetli nişasta ile harmanlamanın amacı, diğer özellikleri kabul edilebilir bir seviyede tutarken maliyet rekabetçi-


143

liğini arttırmaktır. Lu ve ark. PLA’yı iyi bir biyouyumluluk ve işlenebilir-lik ile birlikte yüksek mukavemet ve modüllere sahip olduğundan tercih etmişlerdir. Bununla birlikte, PLA gerginlik ve bükülme yükleri altında çok kırılgandır ve uygulama sırasında ciddi fiziksel yaşlanma gösterir. Ayrıca PLA, yaygın endüstriyel polimerlerden çok daha pahalı bir mal-zemedir. Maliyeti azaltmak ve parçalanabilirliği artırmak için PLA/nişasta karışımları kullanılmıştır. Bu karışım sisteminin temel prob-lemi, hidrofilik nişasta granülleri ve hidrofobik PLA arasındaki zayıf ara yüzey etkileşmesinin az olmasıdır. Hidrofilik nişasta granülleri ve hidro-fobik PLA arasındaki uyumluluğu arttırmak için uyumlaştırıcılar ve plastikleştiriciler kullanılabilmektedir. Su ve gliserol, sorbitol, üre ve formamid dâhil olmak üzere diğer plastikleştiricilerin varlığında, nişas-tadaki güçlü moleküller arası ve moleküller arası hidrojen bağları zayıf-latılabilmektedir (Lu ve ark. 2019). Çizelge 5 ve Çizelge 6’da Lu ve ark. yaptıkları çalışmadan elde ettikleri sonuçları gösterilmektedir.

Çizelge 6. Termoplastik Mişasta / Polikaprolakton (TPS / PCL) Karı-şımlarının Termal ve Mekanik Özellikleri

TPS (%) Tg (oC) Çekme Kuvveti (MPa)

Kopmada Uza-ma (%) PCL TPS

100 (TPS1)a – 8.4 3.3 126.0

75 (TPS1) 31.0 5.9 62.6

100 (TPS2)a – 43.4 21.4 3.8

75 (TPS2) 41 10.5 2.0

60 (TPS2) NF 9.0 2.4

0 –61.5 – 14.2 >550.0

a. Sırasıyla, TPS1 ve TPS2 deki gliserol ve su içeriği: %18 ve %12, %10 ve %16.

NF: Literatürde bulunamadı.


144

Tarım uygulamalarında kullanılan son ürün haline getirilmiş poli-merler Çizelge 7’de gösterilmektedir (Malinconico, 2017).

Çizelge 7. Tarım Uygulamalarında Kullanılan Son Ürün Haline Geti-rilmiş Polimerler

Ürün Biyoplastik Malzeme Pazar Payı (%)

Tarımsal örtü filmi PBAT, PBSA, PBS, BS-LA kopo-limer, PBLDA, TPS, PCL, PLA

51

Fumigasyon filmi PBAT 3

Levha/orman filmleri PBAT, PCL 12

Şeritler, bantlar PBAT, PBSA, PBS, PLA 12

Ağlar PBA, PLA 4

Saksılar, PBSA, PBS, PBLDA 7

Diğer ürünler PBSA, PBS, BS-LA, PLA 11

PBAT: poli(bütülen adipat terafitalat), PBSA: poli(bütil süksinik asit), PBS: poli(bütil süksinat), P(BS-LA): Poli(bütil süksinat-ko-laktik asit), PBLDA: Poli(bütandiol-ko-uzun zincirli dikarboksilik asit), PCL: Po-li(kaprolakton), PLA: poli(laktik asit), TPS: Termoplastik nişasta.

SONUÇ

Biyobozunur filmlerin tarımdaki temel uygulaması malçlama olarak karşımıza çıkmaktadır. 15 yıldan fazla süredir agronomik araştırma ya-pıldıktan sonra, biyobozunur filmlerin malçlamada kullanılması, bitki çeşitlerinde polietilen filmlerin yerini alma potansiyelini göstermiştir. Biyobozunur malç filmlerinin birçok avantajı yanında bazı olumsuzluk-lar mevcuttur. Polietilen filmlerinin maliyetinin daha düşük olması bi-yobozunur malç filmlerinin kullanımını kısıtlamaktadır. Polietilen (PE) film malçlar kullanıldıktan sonra ilaveten bu filmleri toplama maliyeti de eklenmektedir. Buna rağmen yine de biyobozunur filmlerin maliyeti bi-yobozunur polimer hammaddelerinin ülkemizde üretilmemesi biyobo-


145

zunur malç filmlerinin kullanımını zorlaştırmaktadır. Bununla birlikte, hali hazırda ele alınan ekonomik değerlendirmedeki zayıflık, PE malçla-rının geri dönüşüm maliyetini içermenin ihmal edilmesidir. Geri dönü-şüm tarım sektörünün dışında gerçekleştiğinden çiftçi atıkta hiçbir so-rumluluk kabul etmez. Bu durumda bile, atık üreticisi hala atık yöneti-minin maliyetinden sorumlu olmaya devam etmektedir. Geri dönüşü-mün maliyeti de göz önüne alındığında, PE ve biyobozunur malçlar için daha yakın maliyetlerle karşılaşılması muhtemeldir. Mevcut durumda, atıkların yanlış yönetiminden kaynaklanan maliyet değerlendirilmesi daha da zor olan çevresel bir maliyete dönüşmektedir. Bu düzeyde, hü-kümetlerin yönetilmesi zor bir atık üreten bir girdiyi sürdürme sorumlu-luğunu üstlenmeye devam etmesi ya da daha çevreci malzemelerin kul-lanımını doğrudan veya dolaylı olarak kolaylaştırması konusunda karar vermeleri beklenmektedir. Aynı zamanda, üreticilerin, çevreci biyobozu-nur malzemeleri üretmek için kullanılan işlemleri optimize ederek bi-yobozunur malç malzemenin maliyetini düşürmeleri beklenmektedir. Alanda biyobozunur malzemelerin uygulanması için ikinci bir olumsuz-luk, kullanıcılara verilen yetersiz eğitimdir. Filmlerin döşenmesi, malze-melerin parçalanması ve mahsullerin ve koşulların çeşitliliğinde toprakta biyolojik parçalanma hakkında bilgi verilmesi gerekmektedir. Saha gös-terme ve genişletme çalışmaları temel ve uygulamalı araştırmalarla bir-likte geliştirilmelidir. Son olarak, piyasada biyobozunur malzemelerin kolay bulunurluğu ve ulaşılabilirliğinin yetersiz olması da çiftçilerin bi-yobozunur malç malzemesi kullanma cesaretini kırmakta-dır. Biyobozunur malç filmlerinin kullanılmasının arttırılması için bi-yobozunur hammaddelerin ülkemizde üretilmesi gerekliliğini ortaya çıkmıştır.

KAYNAKÇA

Andreeßen C., Alexander S. (2019). Recent developments in non-biodegradable biopolymers: Precursors, production processes, and futu-re perspectives. Applied Microbiology and Biotechnology 103 (1) DOI: 10.1007/s00253-018-9483-6.


146

Avérous, L., (2004). Biodegradable Multiphase Systems Based on Plasticized Starch: A Review, Journal Journal of Macromolecular Science, Part C Polymer Reviews, 44, 3, 231-274.

Dursun,S., Erkan, N., Yeşiltaş, M., (2010) ”Doğal Biyopolimer Esaslı (Biyobozunur) Nanokompozit Filmler Ve Su Ürünlerindeki Uygulama-ları”, 4(1): 50-77.

Ekinci, M., Dursun, A. (2006), Sebze Yetiştiriciliğinde Malç Kullanı-mı, Derim, 23,1, 20-27.

Gazan, S.S., Kandemir, D., Kurtar, E.S. 2017. Malç Kullanımının Seb-ze Yetiştiriciliğinde Verim, Erkencilik Ve Kalite Üzerine Etkileri, Teknik Rapor, Tarım Türk.

Lu, D. R., Xiao, C. M., Xu S. J. (2009). Starch-based completely bio-degradable polymer materials, eXPRESS Polymer Letters Vol.3, No.6 366–375.

Malinconico, Mario (Ed) (2017). Soil Degradable Bioplastics for a Sus-tainable Modern Agriculture, Lluís Martín-Closas, Joan Costa, Ana M. Pelacho, Agronomic Effects of Biodegradable Films on Crop and Field Environment. Springer.

Massey, L.K., (2003), Permeability Properties of Plastics and Elasto-mers, A Guide to Packaging and Barrier Materials Second Edition, Plastic Design Library,USA.

Pawar, P.A., Purwar, A.H., (2013), Bioderadable Polymers in Food Packaging, American Journal of Engineering Research (AJER), 2, 5, 151-164. Pilla, E.S., (2011), Hand Book Of Bioplastics And Biocomposites Engin-nering Applications, Wiley and Sons, USA.

Yachuan Z., Curtis R., and Qiang L., (2014), Thermoplastic Starch Processing and Characteristics-A Review Critical Reviews in Food Scien-ce and Nutrition, 54:1353–1370.

Yoruç, ABH., Uğraşkan, V. (2017). Yeşil Polimerler ve Uygulamaları, AKU J. Sci. Eng. 17 017102 (318-337).

ZEMİN İYİLEŞTİRME YÖNTEMLERİ

Dr. Öğr. Üyesi Mehmet Hayrullah AKYILDIZ Dicle Üniversitesi, İnşaat Mühendisliği Bölümü, Diyarbakır / Türkiye

Öz: Dünyada hızlı kentleşme ve büyük projelerin çoğalması sebebiy-le yaşanan arazi sıkıntıları zayıf zeminler üzerine de inşaat yapma zorun-luluğunu beraberinde getirmiştir. Bu da zemin iyileştirme yöntemlerinin zayıf zeminlerde uygulanmasına sebep olmuştur. Her zemin türü için farklı zemin iyileştirme teknikleri vardır. Her zemin kendine özgü dina-mik davranışlar gösterirler. Bu sebeple zayıf zeminlerin iyileştirilmesin-de doğru zemin iyileştirme tekniğinin yapılmasına dikkat edilmelidir. Ayrıca yapılan zemin iyileştirmesinin ekonomik olmasına da dikkat edilmelidir. Zemin iyileştirme yöntemlerinin amacı taşıma gücünü art-tırmak, oturmaları azaltmak, konsolidasyonu hızlandırmak, zeminin sıvılaşma potansiyelini azaltmak, boşluk oranını azaltmak ve zeminin geçirgenliği azaltmaktır. Yapı altındaki zeminin taşıma gücünün artması ile zemin yapıyı daha emniyetli taşır. Bu çalışmada zemin iyileştirme yöntemleri ile ilgili bilgiler verilmiş, zemin iyileştirme yönteminin farklı zeminler için ne gerekçeyle ve nasıl kullanıldığına değinilmiştir. Ayrıca zemin iyileştirme yöntemleri güvenlik ve ekonomik yönden incelenmiş-tir.


Günümüzde hızlı kentleşme, büyük projelerin hızla artması ve arsa sıkıntıları yaşanması zayıf zeminler üzerine de yapı yapma zorunlulu-ğunu meydana getirmiştir.

Sahada yetersiz zemin koşulları ile karşılaşıldığı zaman farklı çözüm seçenekleri söz konusu olmaktadır. İnşaat alanının değiştirilmesi, zemi-nin değiştirilmesi veya tasarımın zemin koşuluna uygun hale getirilmesi

Dr. Öğr. Üyesi Mehmet Hayrullah AKYILDIZ

148

buna örnek gösterilebilir. Bu yöntemlerin pahalı ve zaman alıcı olabilme-si nedeniyle mevcut zeminde iyileştirmeye gidilebilmektedir ( Özaydın 2012).

Zayıf zeminler üzerine inşaat yapılması derin temel ve zemin iyileş-tirme yöntemlerini çözüm olarak ortaya çıkarmaktadır. Her zemin için farklı zemin iyileştirme yöntemleri mevcuttur. Örneğin; kumlu zemin-lerde sıvılaşma potansiyeli riskini ortadan kaldırmak için zemin iyileş-tirme yapılırken killi zeminlerde taşıma gücünü arttırmak ve konsolidas-yon oturmalarını azaltmak için zemin iyileştirme teknikleri uygulanmak-tadır.

Zemin iyileştirme yöntemlerinin amacı taşıma gücünü arttırmak, oturmaları azaltmak, konsolidasyonu hızlandırmak, zeminin sıvılaşma potansiyelini azaltmak, boşluk oranını azaltmak ve zeminin geçirgenliği azaltmaktır. Yapı altındaki zeminin taşıma gücünün artması ile zemin yapıyı daha emniyetli taşır.

Zemin iyileştirme yöntemleri her bölge için farklılık gösterebilmek-tedir. Bu sebeple kullanılacak zemin iyileştirme metodu belirlenirken önce zeminin topoğrafyası, iklimi, ulaşımı ve zemin iyileştirmenin geti-receği ek maliyetler göz önünde bulundurulmalıdır( Şahan 2016)

Zemin iyileştirme için yapılan projelerde bir diğer önemli parametre zemin etüdüdür. Milyonlarca metreküplük toprağın iyileştirilmesi birkaç kg’lık örselenmiş toprağın test sonuçlarına dayanarak iyileştirilmesi ka-tastrofik sonuçlar ortaya çıkmasına neden olabilmektedir. Bu nedenle geniş kapsamlı laboratuvar testlerine ek olarak alan testleri bir arada değerlendirilip bu bilgiler ışığında akılcı ve işlevsel bir tasarı ortaya çı-kartılmalıdır (Ekinci 2011).

Zeminlerin iyileştirilme yöntemleri ana gruplar olarak aşağıdaki şe-kilde sınıflandırılabilir(Özaydın 2016).

- Mekanik yöntemler ( değişik kompaksiyon teknikleri )

- Hidrolik yöntemler ( yeraltı suyu kontrolü, drenaj, konsolidasyon, önyükleme )


149

- Fiziko - Kimyasal Yöntemler ( katkı malzemeleri, enjeksiyon yön-temleri, elektrostabilizasyon, ısıl işlemler )

- Hafif malzemelerin kullanımı ( ağırlık azaltma )

- Donatılı zemin çelik veya geosentetik donatılar ( Özaydın 2016 ).

YÖNTEM

Kompaksiyon yöntemleri ile zemin iyileştirme

Kompaksiyonda amaç; mekanik araçlarla zemin danelerinin birbiri-ne yaklaştırılıp dane boşluklarının azaltılmasıdır. Zemin danelerinin bir-birine yaklaştırılması ile birim hacim ağırlık artar ve zemin özellikleri daha iyi hale gelir( Şahan 2016 ).

Dinamik kompaksiyon yöntemi:

Ağır cismin belli bir yükseklikten bırakılarak granüller zeminin sıkış-tırılması ile yapılır( Ekinci 2016). Ağırlığın zemine düşmesiyle zeminin yoğunluğu artar. Sıkıştırmanın miktarı düşme seviyesi ve düşme sayısıy-la doğrudan ilişkilidir.

Şekil 1. Dinamik Kompaksiyon Uygulaması


150

Vibro kompaksiyon yöntemi:

Derin ve granüler zeminlere yerleştirilen bir sondanın yüksek enerjili titreşimlerle sıkıştırılıp zeminin daha yoğun hale getirilmesi işlemidir. Granüler zeminlerde yoğunluğun artması ile sıvılaşma riski azalmakta ve kayma mukavemeti artmaktadır.

Bu teknikte 40 cm çapında silindirik bir sonda vibrasyonla beraber titreşimle ve sondanın dibindeki deliklerden yüksek basınçla su fışkırtı-larak zemine indirilir. İstenen derinlikte suyun akışı azaltılır ve bir kısım fışkırtmanın yönü sonda yukarına çevrilerek, suyun yukarı doğru akışı ile dolgu malzemesi zeminin en uç noktasına inmesine neden olur. Dol-durma işlemi devam ettikçe zamanla sondaj çevresinde 2.50-3.00 metre çapında bir bölge sıkıştırılmaktadır. Bu metot ile 10-15 m derinliğinde zemin tabakası sıkıştırılır( Demiröz ve Karaduman 2009).

Şekil 2. Vibro Kompaksiyon Yöntemi

Patlatma ile kompaksiyon yöntemi:

Patlamaların meydana getirdiği şok dalgalarıyla oluşan titreşimlerin zeminin sıvılaşmasına ve sıkışmasına neden olan yöntemdir. Titreşimden dolayı zemin yüzünde su ve gaz çıkışı olabilmekte ve kum kaynamaları görülebilmektedir. Patlayıcılar olarak TNT ve dinamit kullanılmaktadır.


151

Tecrübe esaslı uygulandığı için çok güvenilir bir yöntem değildir. Ayrıca yerleşim bölgelerinde uygulanmamaktadır.

Şekil 3. Patlatma ile Kompaksiyon Yöntemi

Kompaksiyon kazıkları yöntemi:

Kompaksiyon kazığı, gevşek kum tabakasına zeminin yoğunluğunu arttırmak için çakılan yer değiştirme kazığıdır. İnce kumun sıvalaşma potansiyelini azaltmada ve yumuşak çökeltilerin, siltlerin vb. taşıma gü-cünü arttırmada çok kullanılır. Zemin, hem zeminin gerçek yer değiştir-mesi hem de çakma işlemi esnasında oluşan yer titreşimi ile sıkıştırılır. Kazıklar yerinde bırakılır. Kazıklar arasındaki zeminin makul düzeyde sıkışmasını sağlamak için, kazıklar nispeten yakın açıklıklı olmalıdır( Demiröz 1992).


152

Şekil 4. Kompaksiyon Kazıkları Yöntemi

Yüzey Kompaksiyon Yöntemi

Yol dolgularında veya iyileştirme yapılmış bir zeminde sıkıştırmanın silindirler yardımıyla yapıldığı sıkıştırmadır.

Şekil 5. Yüzey Kompaksiyon Yöntemi


153

Kohezyonlu zeminler için iyileştirme teknikleri

Ön yükleme ile zemin iyileştirme

Kalın kil tabakalarının olduğu ve bekleme sürelerinin çok uzun ol-duğu durumlarda zemine dolgu veya ilave yük uygulanır ve zeminin konsolide olarak yapıya daha uygun bir zemin haline gelmesi sağlanır. Böylece yapıda meydana gelecek istenmeyen oturmalar engellenmiş olur. Bu işlemin daha çabuk gerçekleşmesi için düşey drenler vasıtasıyla konsolidasyon sürecinde çıkan su drene edilir ve oturma daha çabuk gerçekleşir.

Şekil 6. Ön yükleme ile Zemin İyileştirme

Elektro-osmoz yöntemi

İnce taneli zeminlerin drenajı ve ön konsolidasyonu hızlandırmak için uygulanan bir metottur. Boşluk suyunun anotton (+) katota (-) doğru hareket ettirilmesine elektroozmos denir. Katotta toplanan su sistem dı-şına pompalanarak konsolidasyon sağlanır bu sırada anot su ile beslen-mezse konsolidasyon sağlanmış olur( Uzuner 2006).


154

Şekil 7. Elektro-Osmoz Yöntemi

Isıtma ve dondurma yöntemi

Isıl işlemlerden dondurma yöntemi ilk defa 100 yıl önce kullanılma-ya başlanmıştır. Metotta, zemin içindeki su donuncaya kadar soğutulur böylece daha büyük dayanıma sahip geçirimsiz bir zemin elde edilir. Donmuş zeminlerin kayma mukavemeti parametreleri donmamış zemin-lere oranla daha yüksektir. Kısa süreli zemin iyileştirmesi gereken du-rumlarda bu yöntem kullanılabilir. Dolayısıyla dondurma yöntemi, şev-lerin stabilitesinin kısa süreli sağlanmasında, temel çukurunun kuru tu-tulması gereken durumlarda kullanışlı bir yöntemdir (Akyıldız 2019).

Isıl işlemlerden ısıtma yöntemi ise killi ve siltli zeminler için kalıcı ve başarılı sonuçlar verebilmektedir. Killi ve siltli zeminlerin ısıtılması ile bu gibi zeminler suyunu kaybedip katılaşır. Yeterli ısıya ulaştıklarında yük-sek mukavemete sahip olurlar.

Enjeksiyon Yöntemi

Zemin enjeksiyon yöntemi akışkan malzemelerin basınç altında ze-min içerisindeki boşluklara enjekte edilmesi yöntemidir. Burada amaç zeminin özelliklerini iyileştirmektir (Altun 2010). Zemin boşluklarını doldurmak ve mukavemeti arttırmak için kullanılan, zemindeki oturma-ları, erozyon tehlikesini ve sıvılaşma riskini azaltan bir yöntemdir.


155

Zemindeki boşlukların büyüklüğüne ve enjeksiyonun amacına göre uygun enjeksiyon malzemesinin belirlenmesi gerekmektedir. zemin ko-şullarına ve uygulama amacına yönelik olarak uygun enjeksiyon yönte-mi belirlenmelidir.

Sızdırma, çatlatma, kompaksiyon ve jet enjeksiyonu olarak çeşitli uygulama biçimleri vardır.

Sızdırma-emdirme enjeksiyonu düşük basınçla zemin içindeki boş-lukları doldurmaya yönelik bir enjeksiyon yöntemidir. Emdirme yöntemi geçirimliliği az olan zeminler için pahalı bir yöntem olabilmektedir.

Çatlatma enjeksiyon yönteminde zemin çatlatılarak zemin içinde çi-mento kanalları oluşturulur. İnce daneli zeminler için uygulanan bir yön-temdir.

Kompaksiyon enjeksiyonu emdirme-sızdırma enjeksiyonun aksine yüksek basınçla ve katı malzemeyle uygulanan bir yöntem olduğu için zemin yapısı değişir. Zemin danelerinin yer değiştirmeye zorlanarak sıkışma sağlanmış olmaktadır.

Jet enjeksiyonu (jet grout) ile çimento-su karışımı yüksek basınçla zemine enjekte edilerek jet kolonları oluşturulur. Bu kolonlarla taşıma gücü arttırılır. Bu şekilde çimento-su karışımı malzeme zemin malzemesi ile karışarak yeni bir malzeme ortaya çıkmaktadır. Her tür zeminde uy-gulanabilen bir yöntemdir. diğer enjeksiyon yöntemlerine göre daha hızlı ve ekonomiktir. Çevreyi kirletmez.

Jet grout yöntemi delme ve püskürtme aşamalarından oluşur. Delme borusu delgi yapılacak derinliğe kadar indirilir. Delgi işlemi bittikten sonra delgi borusu yukarıya çekilirken çimento harcı malzeme yüksek basınçla püskürtülür.


156

Şekil 8. Jet Grout Enjeksiyon Uygulaması

Taş Kolon Yöntemi

Bu yöntemde zemin içinde kuyu şeklinde delikler açılarak içine gra-nüler malzeme yerleştirilmesiyle taş kolonlar oluşturulur.

Taş kolon yönteminin geniş bir kullanım alanı vardır. Toprak ve yol dolgularının desteklenmesinde, temel zemin iyileştirmelerinde, heyelan stabilizasyonlarında ve köprü ayak desteklemelerinde sıkça kullanım alanı vardır.

Şekil 9. Dinamik Kompaksiyon Uygulaması


157

Katkı Malzemeleriyle Zemin İyileştirme

Kireç Stabilizasyonu

İnce daneli zeminlere kireç katılması ile zeminin plastisitesi azalır, kil mimeralleri ile kireç arasında etkileşiminden bir çeşit çimentolanma etki-si ile zeminin mukavemeti artmaktadır (Özaydın 2005).

Kireç stabilizasyonu yaygın olarak killi zeminlerden yapılan yol in-şaatlarında kullanılmaktadır.

Şekil 10. Kireç Stabilizasyonu

Kireç- Baca Külü Stabilizasyonu

Bu yöntemde kömürle çalışan termik santrallerin bacalarından çıkan küllerin kireç ile birlikte karıştırıldıkları zamna kireç-killi zemin gibi re-aksiyona girmeleri sonucu zemin mukavemetini arttırılır. Ayrıca baca külü iri daneli zeminler arasındaki boşlukları kapatabildiği için kireç-baca külü karışımı iri daneli zeminler için de kullanılabilmektedir (Özaydın 2005).


158

Şekil 12. Kireç- Baca Külü Stabilizasyonu

Bitüm ile Stabilizasyon

Kireç ve çimento stabilizasyonu pozolonik reaksiyonlar sonucu ze-minin mukavemetini arttırırken, asfalt stabilizasyonu zeminin suyun zararlı etkilerinden korunması ve daneleri bir arada tutan bir işlevi var-dır (Özaydın 2005).

Şekil 13. Bitüm ile Stabilizasyon


159

Çimento Stabilizasyonu

Organik zeminlerin dışında çimento ile zemin karıştırılarak zemin iyileştirilmektedir. Çimentonun içinde bulunan puzolonik madde saye-sinde çimento zemin daneleri arasındaki bağlayıcılığı sağlar.

Şekil 14. Çimento Stabilizasyonu

Geosentetikler ile Zemin İyileştirme

Geosentetik malzemelerin son yıllarda getirdiği hızlı ve ekonomik çözümler Dünya üzerindeki kullanımlarını giderek arttırmakta ve geo-teknik mühendisliği uygulamalarında oldukça kullanılmaktadır. Geosen-tetikler yol inşaatlarında ve birçok inşaat alanında kullanılmaktadır.

Geosentetikler, polimer malzemelerden meydana gelmektedir. Poli-merler; polivinil klorür, polyester, polietilen ve polipropilen hammadde-lerinden meydana gelir. Geosentetik malzemelerin hangi alanda ve niçin


160

kullanılacağını bu hammaddelerin yapısı ve üretim şekli belirlemektedir. Son zamanlarda geosentetik malzemeler şev stabilizasyonlarında, zemin güçlendirme ve iyileştirme uygulamalarında sıklıkla kullanılmaktadır.

Geosentetiklerin kullanım alanları oldukça geniştir. Başlıca geosente-tikler; geomembran, geofoam, geotekstil, geogrid, geohücre, geotüp, ge-onet, geotekstil kil kaplama ve geokompozitler olarak karşımıza çıkmak-tadır. Geogridler yapılarda güçlendirme ve iyileştirme amacıyla kullanı-lırken, geotekstiller koruma, filtrasyon ve ayırma amacıyla, geohücreler erozyon kontrolü, yüzey ve şev stabilizasyonu sağlamak amacıyla, geo-netler drenaj amacıyla, geomembranlar ise geçirimsizlik amacıyla kulla-nılmaktadırlar.


161


162

Şekil 15. Geosentetikler ile Zemin İyileştirme

Geofoam sentetik malzemeleri de zemin iyileştirme yöntemlerinden ağırlık azaltma yöntemi gibi düşünülebilir. Toprak dolgu malzemelerine göre çok hafif oldukları için zemine fazla yük bindirmezler. Böylece ze-minde fazla oturmalar gözlenmez. Zayıf zemin üstünde dolgu malzeme-leri olarak kullanımı gün geçtikçe yaygınlaşmaktadır ( Yetiz 2018).


163

Şekil 16. Geofam ile Zemin İyileştirme


Dünyada hızlı kentleşmeden dolayı yaşanan arazi kıtlığı sebebiyle sağlam olmayan zemin bölgelerine de inşaat yapma zorunluluğunu be-raberinde getirmiştir. Bu nedenle zayıf zeminler üzerinde farklı zemin iyileştirme teknikleri uygulanmaktadır.

Zayıf zeminleri iyileştirme yöntemleri ancak doğru teşhis ve doğru uygulama ile mümkün olabilmektedir. Bu nedenle zeminin mekanik ve hidrolik özelliklerinin iyi araştırılması gerekmektedir. Bu araştırmalar laboratuvar ve arazi deneyleri ile desteklenmelidir. Devasa yapıların altında binlerce metreküp zeminin özelliklerini sadece 1 metreküplük zemin numuneleriyle araştırmak yetersiz olacağı için arazide de zeminin iyi incelenmesi gerekmektedir.

Zeminlerin iyileştirilmesi yapının güvenliği için çok önemli bir un-surdur ancak ekonomik olmasına da aynı oranda önem verilmelidir. Ekonomik ve yapı güvenliğinin optimum seviyede olmasını sağlamak için geoteknik raporların uzmanlarca ( İnşaat Mühendisi, Jeoloji Mühen-disi ) hazırlanmasına dikkat edilmelidir. Böylece can ve mal kayıplarının önüne geçilebilir. Bunlar için uzman Geoteknik Mühendislerine her za-man ihtiyaç olacaktır.


164

KAYNAKÇA

Akyıldız M.H., Elektroosmoz ve Isıl İşlemler Yöntemleri İle Zeminle-rin İyileştirilmesi ve Stabilizasyonu, Dicle Üniversitesi İnşaat Mühendis-liği Bölümü, Dergipark Eylül 2019.

Altun, S., ‘’Zemin İyileştirme Yöntemleri, Derin Temeller ve Uygu-lama Örnekleri’’, İMO İzmir Şubesi, Eylül 2010.

Demiröz, A., “Zemin İyileştirme Metotları”, Selçuk Üniversitesi Fen Bilimleri

Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, Konya, 89s, 1992.

Demiröz, A., Karaduman M. “Zemin İyileştirme Metotları’’ Selçuk Üniversitesi Mühendislik-Mimarlık Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölü-mü Journal of Selcuk technic Volume 8, Number:3 -2009

Ekinci, A., ‘’Zemin İyilşetirme Yöntemleri, Zemin Etüdü ve Uygula-ma Alanları’’Middle East Technical University, Northern Cyprus Cam-pus, Ekim 2011.

Federal highway administiration. Design and Construction of Stone Columns, ABD: Federal highway administiration,58-62.

Önalp, A., İnşaat Mühendislerine Geoteknik Bilgisi. Cilt II, Karade-niz Teknik

Üniversitesi Yayın No: 3, Trabzon, 1225s. 1983.

Özaydın, K., Zemin Mekaniği, İstanbul, Birsen Yayınevi, 261s, 2005.

Özaydın, K., Zeminlerin iyileştirilmesi, Ekim 2012.

Şahan, M.Ü., ‘’Yapım İşlerinde Zemin İyileştirme Teknikleri’’, İller Bankası Anonim Şirketi, Uzmanlık Tezi, Eylül 2016.

Tunçdemir, F., Temel Zeminlerinin Enjeksiyon ile İyileştirilmesi, Türkiye Mühendislik Haberleri,: 430, 59-64.

Uzuner, B. A., Temel Mühendisliğine Giriş, Trabzon, Derya Kitabevi, 305s, 2006.


165

Yetiz, F., 2018. Akçakale- Ceylanpınar karayolunda zemin dolgu ve geofoam dolgu alternatifleri arasındaki stabilite analizi ve maliyet karşı-laştırması. Yüksek Lisans Tezi, Dicle Üniversitesi Fen bilimleri Enstitüsü, Diyarbakır.

‘’Zemin İyileştirme Yöntemleri: Genel Bir Bakış’’, İMO İstanbul Ka-raköy Şubesi, Kasım 2016

ŞEV STABİLİZASYONUNUN PLAXSIS PROGRAMI İLE ANALİZİ

Dr. Öğrt. Üyesi Mehmet Hayrullah AKYILDIZ Dicle Üniversitesi, İnşaat Mühendisliği Bölümü, Diyarbakır / Türkiye

Öz: Şev genel anlamda ‘yatay ya da mevcut arazi yüzeyi ile belirli bir açı yapan kitle’ olarak tanımlanır(Cernica 1995). Şev stabilitesi (heyelan problemi) uzun yıllar boyunca zeminle uğraşan mühendisleri çok yakın-dan ilgilendirmiştir. Bu ilginin nedeni şev stabilite bozukluklarının dep-remler, sel baskınları, kasırgalar gibi doğa olaylarına benzer olarak ciddi maddi ve manevi kayıplara yol açabilmesidir(Laman, Yıldız, Örnek, Keskin, Gökpınar 2006). Nüfus artışı ve ihtiyaçların artmasına paralel olarak uzun süre dengede kalan, doğal yamaçlar, İnsan müdahalesiyle yapılan kazılar, drenaj koşullarını değiştirme, bitki örtüsünü kaldırma gibi müdahaleleriyle dengesini yitirebilir. Ayrıca yamaçların doğal ne-denlerle stabilitesi bozulabilmektedir. Karşılaşılan bu problem karşısında çalışmalar, heyelanların ve şevlerin stabilitesinin incelenmesi, stabiliteyi arttırıcı önlemlerin alınması, ekonomik ve güvenli projelendirme alanla-rında yoğunlaşmıştır. Özellikle eğimli arazilerde arazinin doğal yapısı değiştirilirken oluşturulan yeni şevlerin stabil olup olmadığının araştı-rılması, gelecekte oluşabilecek büyük felaketlerin önüne geçmek için önemli bir adımdır. Heyelanların stabilizasyonu etkenlerin fazlalığı ne-deniyle her zaman kesin çözüm getirilmeyen bir konudur. Yeryüzü ge-ometrisinin yarattığı doğal şevler ve bu şevler üzerinde inşa edilen yapı-ların tasarımları, stabiliteleri güvenlik ve ekonomik açıdan mühendisle-rin çok ilgilendikleri konulardır(Demir, Aytekin, Çakır, İkizler 2006). Araştırmada şev stabilitesi ile ilgili detaylı bilgi verilmiş ve PLAXSIS bilgisayar programı tanıtılarak, seçilen şev geometrileri üzerinde farklı şev stabilite analizleri gerçekleştirilmiştir. Çalışma sonunda, Şev stabili-tesi problemlerinin, değişik malzeme, geometri, yükleme, vb. koşulların-


167

da PLAXSIS programı ile çözülmesinin problemin daha rahat anlaşılma-sına olanak verdiği görülmüştür.


ŞEV STABİLİTESİ

Genel Bilgiler ve Sınıflandırma Doğal veya yapay zemin kitlelerinin eğik yüzeyine şev denir. Şev

yüzeyinin yatayla yaptığı açıya şev açısı, bu açının tanjantına da şev eğimi denir. Doğal yamaçlar, kazı sonucu oluşturulan eğik yüzeyler, toprak baraj ve dolguların eğik yüzeyleri vb. şevlere örnek verilebilir. Şev yüzeyi altındaki zeminin göçmesine ya da kırılmasına; şev kayması, toprak kayması veya heyelan denir.

Şevler, yerçekimi kuvvetleri ve su akım kuvvetlerinin etkisi altında kayarlar. Şev stabilite (denge, duyarlılık)analizi ile mevcut bir şevde, kayma tehlikesinin incelenmesi veya meydana getirilecek bir şevin gü-venli olarak açılandırılması anlaşılır. Şevler, zemin kitlesinde; kayma gerilmelerinin artması veya zeminin kayma direncinin azalması sonucu kayarlar. Kayma gerilmesinin artmasına; şevin yüklenmesi, şev eğiminin arttırılması şev topuğunun; kazı, oyulma vb. ile boşaltılması örnek veri-lebilir. Zeminin kayma direncinin azalmasına ise kohezyonlu zeminlerde zemin su muhtevasının artması, deprem vb titreşimler, boşluk suyu ba-sıncının artması örnek verilebilir.

Şev Hareketlerinin Tanımlanması ve Geometrisi

Yamaçlarda denge, eski termiyle heyelan problemi toplum yaşamın-da deprem, sel baskını, çığ gibi doğal afetlere benzer olarak ciddi sonuç-lar doğurmaktadır. Mühendisliğin gelişmesiyle yapay yamaçlardaki sta-bilite kayıpları önem kazanmıştır. Yamacın dayanıklılığı ortamın meka-nik özellikleri yanında, iklim ve bitki örtüsü gibi çevre koşullarına da bağlıdır. Uzun süre dengede kalan doğal yamaçlar kazı, drenaj koşulla-rının değiştirilmesi, bitki örtüsünün kaldırılması gibi müdahalelerle den-gesini yitirmektedir.

Yamaç ya da şev için genel bir tanımlama yapılacak olursa ‘’ yatayla ya da mevcut arazi yüzeyi ile belirli bir açı yapan kitle’’ olarak yapılır.


168

Şekil 1. Heyelanın Oluşturduğu Hasar

Her şev; kar, don, rüzgâr ve yağmur gibi hava olaylarına bazen de

nehir veya denizin alttan oyma etkisine maruz kalmaktadır. Bunların bileşik etkisi şevi yavaş yavaş yatıklaştırır ve uzatır. Kaya düşmesi ile şevlerden husule gelen hareket bir demir yolunu tahrip edebilir.

Şev kaymaları bazen ani olarak oluşur. Bazen de şev tepesinde çat-lakların oluşması, şev topuğuna yakın kısımların kabarması gibi belirtile-rin sonradan genel bir kaymaya dönüşmesi gibi yavaş yavaş da meydana gelebilir.

Zemin mekaniği kaynaklarında, şev kaymaları ile ilgili heyelan tür-leri aynı anlamda kullananlar olduğu gibi ayrı isimlendirenler de var-dır. Skempton ve Hutchinson(1969), zemin ve kaya kütlelerinde kesme mukavemetinin bir veya birkaç yüzey boyunca azalmasından doğan tüm şev hareketlerini, heyelan olarak nitelendirmiştir. Varnes(1978) ise heye-lanları kaymaları ile sınırlandırarak, şev hareketleri ile aynı anlamda kullanmıştır. Bazı japon araştırmacılar ise ayrımı, yatık şevlerdeki yavaş hareketleri ‘’Heyelan’’ nispeten daha dik şevlerdeki hızlı hareketleri ‘şev kaymaları’ diye adlandırarak yapmışlardır(Kumbasar 1983). Türkiye’ de yaygın olan doğal şevler için genellikle ‘’Heyelan’’ yapay şevler içinse hareketin cinsine bağlı olarak ‘’ Kayma, Göçme, Akma’’ terimleri kulla-nılmaktadır(Das 1994).


169

Şev Hareketlerinin Sınıflandırılması

Oldukça basit e kullanışlı bir şev hareketi sınıflandırması Blong(1973) tarafından önerilmiştir. Buna göre şev hareketleri dört gruba ayrılmıştır.

1. Kaymalar 2. Dönel Kaymalar ve Çökmeler 3. Akmalar 4. Düşmeler

Şekil 2. Blong Sınıflandırması

Kaymalar, bir veya birkaç yüzey boyunca kayma gerilmesinin,

kayma mukavemetini aştığı durumlarda oluşur ve esas olarak etkileyen yüzeye paralel olarak gelişir. Ancak birçok durumda da kırılma ve ak-manın bir noktadan başlayarak giderek yayılma söz konusudur.

Akmalar, belirgin bir kayma yüzeyi tanımlanmayan, zeminin çok değişik deformasyon özellikleri gösterdiği ve kütle kaymasından çok dairesel bir hareketin hakim olduğu zemin hareketleridir. Hareket eden kütle içindeki kayma yüzeyleri çoğunlukla görümez ve çok kısa ömürlü olur.

Düşmeler ise dik bir yamaçta kütlenin koparak yer çekimi etkisiyle serbest düşme, sıçrama, sekme ve yuvarlanma hareketi yapmasıdır. Ha-


170

reketin hızlıdan çok hızlıya doğru değiştiği bu tür stabilite bozuklukla-rında hareket eden kütlelerin birbirine etkisi ya çok az ya da hiç yoktur.

Skempton(1953) tarafından tanımlanan derinlik/uzunluk oranına göre de sınıflandırma yapılabilmektedir.

Şekil 3. Skemptona Göre Sınıflandırma Şev Geometrisi

Bir diğer sınıflandırma da Varnes tarafından yapılmıştır.


171

Şekil 4. Varnes’in üç Boyutlu Sınıflandırması

Şev Dengesine Etki Eden Faktörler

Şev hareketleri uzun sürelerde gerçekleşen, sürekli olaylar dizisidir. Bu yüzden, herhangi bir stabilite bozukluğunu tek ve kesin bir nedenle bağlamak doğru değildir. Şevde diğer mekanik problemlerdeki gibi den-ge kaybı, ortamın direnme gücünün mevcut kuvvet ve gerilmelerden az olması durumunda belirlenir.


172

Tablo 1. Gerilme Artışı/Kayma Mukavemet Azalması

GERİLME ARTIŞI KAYMA MUK. AZALMA

a) Şev üstündeki yüklerin artışı a) Aşınma ve yıpranma

b) Topuğa yakın bölgeden mal-zeme kaybı

b) Süreksizlik yüzeylerinde su ba-sıncı

c) Deprem, diğer titreşim ivmele-ri

c) Kuru ortamda ani ıslanma, yapı-nın bozulması

d) Boşluk veya çatlak suyu ba-sınçlarının artışı

d) Zaman ve hareket sonucu di-renç kaybı

e) Çekme çatlaklarına su dolması e) Killi tabakanın şişmesi

f) Giderek kırılma olayı f) Çatlak ve boşluklarda oluşan buz merceklerinin erimesi

g) Yamaç dışındaki su düzeyinde düşme

g) Çimentolaayıcı malzemenin yıkanmasıxz

Şev hareketlerinin ortaya çıkışında bir takım çevresel faktörlerin et-

kisinin olduğu bilinmektedir. Bu faktörlerin ne derece etkili olduğunun bilinmesi hareketin boyutu ve süresi hakkında sağlıklı tahmin yapılması, gerek projelendirme, gerekse inşaat esnasında birçok yararlar sağlaya-caktır.

Plaxis Paket Programı

Plaxıs (Finite Element Code For Soil And Rock Analysis), 1987 yılın-da Hollanda’nın Delft Teknik Üniversitesinde geliştirilmiş geoteknik mühendisliği projelerinde kompleks problemleri sonlu elemanlar yön-temi yardımı ile çözmeye yarayan deformasyon analizleri, stabilite ana-lizleri,dinamik analizler, zamana bağlı davranış analizleri yapan bilgisa-yar programıdır. İlk kez 1987 yılında yumuşak zemin üzerindeki nehir dolgularının sonlu elemanlar yöntemiyle analiz edilebilmesi için tasar-


173

lanmıştır. Zamanla diğer geoteknik mühendisliği problemlerinin çözü-münü de kapsayacak şekilde genişletilmiştir.

Plaxis paket programı 4 uygulama bölümünden oluşur. Bunlar; Input: Tüm geometrik girişlerin yapılıp, sisteme ait parametrelerin

verildiği kısımlardır. Calculations: Hesap yönetimi ile ilgili parametrelerin verildiği kı-

sımdır. Output: Analiz sonucu sistemdeki deformasyon, gerilme vb. bilgile-

rin grafiksel olarak görüntülendiği kısımdır. Curves: Çözümlenen sistemden çeşitli eğrilerin elde edilebileceği kı-

sım.

YÖNTEM

Çalışmanın bu bölümünde örnek şev geometrileri üzerinde değişik malzeme parametreleri kullanılarak analizler gerçekleştirilmiştir.

Geometry Line komutu ile şev açısı 26,56o ve yüksekliği 10m olan şevin plaxisteki geometrisi çizilir.

Coordinate table kısayol tuşu çizilen sistemde her süreksizlik olan noktanın koordinatın görülebilir ve değiştirebilir.

Şekil 5. Sistem Geometrisi ve Koordinat Tablosu

Standart fixities kısayol tuşu ile sistemin standart değişmezliklerini tanımlar. Yani geometrik şeklin, sınır değerler belirtilen doğrultularda deplasman yapmadığı kabul edilir.


174

Şekil 6. Sınır Şartları Tanımlanmış Sistem

Material sets kısayol tuşu ile kullanılan malzemenin özellikleri belir-lenir.

Malzeme: Kum

Malzeme modeli: Mohr coulomb

Birim hacim ağırlığı : ɣunsat= 21,2kN/m3

Malzeme tipi: Drenajlı(Dranied)

Şekil 7. Malzeme Parametreleri


175

Elastisite modeli(Eref): 1000 kN/m3

Poisson oranı(v):0.300

Kohezyon (c) : 3 kN/m3

İçsel sürtünme açısı(ⴔ) : 24o

Dilatasyon açısı (Ѱ): 0o

Şekil 8. Elastik Sabitler

Malzeme özellikleri programda tanımlandıktan sonra malzeme mau-se ile sürüklenerek sisteme gönderilir.


176

Şekil 9. Malzeme Modelinin Atanması

Menüsünden global coarsenseness seçeneğini tıkladığımızda açı-lan pencereden very fine seçildikten sonra generate komutu ile mesh yapılır veya ok komutu tıklanır.

Şekil 10. Mesh Seçeneği

Generate mesh seçeneği başarıyla tamamlandığında güncelle ve hafızaya al sekmesi tıklanarak oluşturulmuş sonlu eleman parçalarının özellikleri sisteme atanmış olur.


177

Şekil 11. Sistem Geometrisinin Sonlu Elemanlara Ayrılmış Hali

İntial conditions kısayol tuşu ile açılan pencereye zemin suyu ile il-gili her türlü bilgiyi girebiliriz.Eğer zeminde su yoksa bilgi girişi yapma-ya gerek yoktur.

Şekil 12. Su Basıncının Oluşturulması

Generate intial stress kısa yol tuşu ile yeraltı suyu bulunamadığını belirtmek için tıkladığımızda ekrana bir pencere gelir bu pencereye ok denir.


178

Şekil 13. Onaylama Penceresi

Bu onaylamanın ardından sisteme yeraltı suyu bulunmadığı du-rumdaki efektif gerilme dağılımı gelir. Bu pencerede update kısa yol tuşu tıklandığında sistemdeki veriler hafızaya alınmış olur.

Şekil 14. Sistemde Yeraltı Suyu Bulunmadığı Durumdaki Efektif

Gerilme Dağılımı

Tanımlana işlemler yapıldıktan sonra ekrandaki pencerede görülen calculate kısayol tuşu tıklanarak kaydetme işlemi yapılır. Daha sonra hesaplamalar kısmına geçilir.


179

Şekil 15. Kayıt Penceresi

Hesaplama tipi: phi/reduction

Şekil 16. Hesaplama Penceresi


180

Şekil 17. Problemin Çözüme Hazır Hali

Select point for curves kısayol tuşu ile oluşturulan sistem geo-metrisinde istenilen bazı noktaların gerilme, deformasyon, göçme yükü gibi değerlerin ‘curves’ kısmında grafiği çizmek için noktaların seçimini gerçekleştirmede kullanılır.

Şekil 18. Nokta Seçme Belirleme

Bu pencere açıldıktan sonra zoom in kısa yol tuşu ile noktanın belir-tileceği alan büyütülür ve nokta tanımlanacak yere mause ile bir kez tıklanarak nokta tanımlanır.


181

Update tuşu ile sistem güncellenir.

Calculate tuşu ile hesaplama başlatılır.

Şekil 19. Hesap Aşaması

Hesaplama işlemi bittikten sonra output kısayol tuşu ile yapılan he-saplar sonucu sistemde oluşan tüm etkilerin grafiği görüntülenebilir ve sonuçlar incelenebilir.

Şekil 20. Deformed Mesh


182

Şekil 21. Göçme Yüzeyi

Curves arayüzü ile analizlerin grafiğe geçirilmesi sağlanır.

Şekil 22. Grafik Oluşturma

Şekil 23. Güvenlik Sayısı Grafiği


183

Sum-Msf= 1.163(Gs) bulunmuştur.

BULGULAR


Sum-Msf= 0.710(Gs=0.710)


184

Şekil 25. Deforme Olmuş Sonlu Elemanlar Ağı, Kayma Yüzeyi, Analiz

3 Modeli


185

Şekil 26. Deformed Mesh, Toplam Yer Değiştirmeler, Göçme Yüzeyi


186


Sum-Msf=1.061(Gs=1.061)

TARTIŞMA

Bu çalışmada şev stabilitesi ile ilgili detaylı bilgiler verilmiş ve Plaxis bilgisayar programı tanıtılarak seçilen şev geometrileri üzerinde farklı şev stabilite analizleri gerçekleştirilmiştir. Analizlerde mevcut bir şev üzerinde yeraltı su seviyesinin ve sürşarj yükünün etkisi incelenmiştir.

Öncelikle YASS’nin ve sürşarj yükünün olupolmadığı durum için güvenlik sayısı elde edilmiş ve YASS’nin 5m olması ve 50kPa değerinde sürşarj yükü değerleri için analizler yapılarak karşılaştırılmıştır. YASS ve sürşarj yükünün olmadığı durumda GS= 1.163, YASS=5m olması duru-munda GS= 1.061 olarak belirlenmiştir. Elde edilen sonuçlardan YASS ve sürşarj yükünün şev stabilitesi üzerinde önemli derecede etkili olduğu görülmüştür.


Sonlu elemanlar yaklaşımı diğer geleneksel limit denge yaklaşımla-rına göre daha yüksek avantajlara sahiptir. Plaxis paket programı kulla-nım kolaylığı şev stabilite problemlerinde sonlu elemanlar yönteminin sağladığı yararları görmeye olanak sağlamaktadır. Ayrıca Plaxis sonuçla-


187

rının yalnızca güvenlik sayıları ile sınırlı kalmayıp deplasman ve gerilme konturları da verebiliyor da olması ile bu yöntemin klasik yöntemlere göre şev stabilitesi problemlerinin daha rahat anlaşılabilir olmasına katkı sağlamaktadır.

Çalışmada Plaxis’de mevcut malzeme modellerinden Mohr-coulomb modeli kullanılmış olup ayrıca kil zemin ve deprem durumu da dikkate alınarak çeşitli analizler gerçekleştirilebilr.

KAYNAKÇA

Cernica, J.N. (1995). Geotechnical Engineering: Soil Mechanics, John Wiley and Sons Inc., Kanada.

Das, B.M. (1994). Principles of Geotechnical Engineering, PWS Publishing Company, USA.

Demir G., Aytekin M.,Çakır T., İkizler S. B., 2006. Rize Pazar’da Bir Stabilite Analizi, Z.M.T.M. 11. Ulusal Kongresi 7-8 Eylül, K.T.Ü., Trab-zon.

Kumbasar V., KĠP, F. (1983). İnşaat Mühendisliğinde Zemin Meka-niği. Çağlayan Kitabevi, İstanbul, 350s.

Laman, M., Yıldız, A., Örnek, M., Keskin, M.S., Gökpınar, H., (2006). Şev stabilitesinin laboratuar model deneyleri ve sayısal yöntemlerle ince-lenmesi” Zemin Mekaniği ve Temel Mühendisliği Onbi-rinci Ulusal Kongresi, 7-8 Eylül 2006, Karade-niz Teknik Üniversitesi, Trabzon.

3 EKSENLİ HASSAS KESME CİHAZININ MEKANİK TASARIMI VE ADAPTİF KONTROLÜ İLE İDEAL KESİM

PARAMETRELERİNİN BELİRLENMESİ

Kağan TELEK1, Hasan Basri ULAŞ2

1Esetron Mekatronik Mühendislik Ltd.Şti., Ankara / Türkiye 2İmalat Mühendisliği, Gazi Üniversitesi,Teknoloji Fakültesi, Ankara / Türkiye

Öz: Bu çalışmada, hassas metalografik numune alımında kullanılan 3 eksenli bir cihazın mekanik tasarım kriterleri ve cihaz üzerinde kullanı-labilecek kesme disklerinin sıklıkla kullanılan numuneler üzerindeki farklı kesme parametreleri ile yapılan kesimlerdeki performansı ince-lenmiştir. Deney tasarımı yapılırken kesilen malzemeler cihazın sıklıkla kullanılacağı dental alandaki numunelerden seçilmiş olup maliyetin azaltılması için Taguchi yaklaşımı kullanılmıştır. Kesim parametreleri üç grup altında incelenmiş olup ; malzeme çapı, ilerleme hızı ve kesme dev-ri olarak belirlenmiştir. Bu kapsamda 2 tür malzeme seçilmiş olup bunlar titanyum ve paslanmaz çeliktir. Her iki deney grubunda 18er adet nu-mune hazırlanmıştır. Numunelerden belirlenen kesme parametrelerine göre kesit alınmış ve kesme işlemi esnasında oluşan kesme yükü, oluşan kesit kalınlığı ve yüzey pürüzlülüğü ölçülmüştür. Bununla birlikte sis-temden akustik olarak ölçüm alınmış olup farklı kesme parametreleri ve kesme kuvvetlerinin oluşturduğu akustikler kayıt alınmıştır. Bu yöntem-le, belirlenen optimum kesme parametreleriyle akustik arasında bağlantı kurulması amaçlanmıştır.Deney tatbikinde elde edilen sonuçlar doğrul-tusunda dental alanda sıklıkla kullanılan Titanyum alaşımlı ve Paslan-maz malzemelerin belirlenen kesme yükleri, doğru kesit kalınlığı ve yü-zey pürüzlülüğü altında kullanılabilecek optimum cihaz kesme devri ve ilerleme hızı belirlenmiştir.

3 EKSENLİ HASSAS KESME CİHAZININ MEKANİK TASARIMI VE ADAPTİF KONTROLÜ İLE İDEAL KESİM PARAMETRELERİNİN BELİRLENMESİ

189

GİRİŞ

Mühendislik ve bilimsel araştırmalar esnasında numune hazırlama örnek alma ve kesit almak için kesme cihazları kullanılmaktadır. Bu kap-samda cihaza bağlı olan kesici diskin dönmesi ve numune üzerinde oluş-turduğu aşındırma/kesme işlemiyle numuneden kesit elde edilmesi amaçlanmaktadır. Kullanıldığı sektör ve numunelere göre birçok çeşiti bulunan kesme cihazlarının mikron düzeyinde hassasiyetle konumlan-dırma ve pozisyonlama için izin verilenlerine hassas kesme cihazı olarak tanımlanmaktadır. Hassas kesme cihazları farklı yapıda tasarlanmakta olup; Paralel kol ağırlık metodu ile kesim yapan makinalar sabit devirde dönen kesme diskinin üzerine yerleştirilen numuneye paralel bağlanan ve kuvvet kolunda konumlandırılan ağırlık vasıtasıyla kesme kuvveti değiştirilen cihazlardır. Bu tip cihazlarda her numune için örnek tekrar konumlandırılmaktadır. Hareketli eksenli cihazlar ise numune tablası veya kesici diskin hareket etmesi suretiyle numuneden kesit alabilen cihazlar olup cihaz ayarlanmak suretiyle numuneden birden çok kesit alabilmektedir.

Bu tez çalışması kapsamında dental alanda numune hazırlanmasın-da kullanılabilecek mikron hassasiyet ile kesme işlemi yapabilen bir kesme cihazı tasarımı yapılıp imal edilmiştir. Tasarım dental alanda nu-mune alımında kullanılmak üzere özelleştirilmiş olup; Tasarım esnasın-da cihazda gerçekleşecek kesme devri, ilerleme hızı ve kesme yükleri göz önünde bulundurularak mukavemet hesabı yapılmış, cihaz istenilmesi durumunda paralel kol ağırlık metodundaki gibi sabit ağırlık altında kesim yapabilecek donanımsal alt yapıda tasarlanmıştır.

AMAÇ

Bu çalışmanın amacı dental ve metalografik alanda örnek ve numu-ne alımında kullanılabilecek mikron hassasiyet ile eksenel pozisyonlama sağlayabilen hassas kesme işlemi esnasında farklı elmas ve abrasiv kes-me disklerinin çalışabileceği bir kesme cihazının kullanım anında kesme yüklerinin belirlenmesi, kesilen örnekler üzerinden alınan ölçümler ile numunelerin kesme süresi ve kesme kalitesi ile birlikte değerlendirilerek ideal kesim parametrelerinin belirlenmesidir.

Kağan TELEK, Hasan Basri ULAŞ

190

KAPSAM

3 Eksen kontrollü hassas kesme işlemi yapabilen hassas kesme ciha-zının tasarımının gerçekleştirilip, üretilen prototip cihaz ile dişçilik ala-nında sıkça kullanılan ASTM B265 titanyum temelli metaller üzerindeki kesme literatürünün elde edilmesi için deney tatbiki gerçekleştirilmesi-dir. Benzer şekilde metalografik anlamda sıklıkla kullanılan çelik ve çelik türevi malzemelere ilişkin literatürün elde edilebilmesi amacı ile AISI 304 paslanmaz çelik malzeme kullanılarak benzer deney tatbiki gerçekleşti-rilmiştir.

YÖNTEM

Çalışma kapsamında her iki metal grubuna ait 8mm çapında çubuk-lar hazırlanmıştır.Bu kesme işlemi esnasında 150mesh orta/yüksek el-mas konsantrasyonuna sahip 150mm elmas kesici kullanılmıştır. Deney-ler esnasında 3 farklı disk devri kullanılmış olup bunlar 2500 devir , 3500 devir ve 4500 devir olarak belirlenmiştir. Kesme işlemi esnasında 3 farklı ilerleme hızı belirlenmiş olup belirlenen ilerleme hızları 0,5mm/dk , 1 mm/dk ve 1.5 mm/dk olarak tespit edilmiştir. 2 farklı malzeme ve 2 farklı parametreye ait 3 farklı alt parametre ile deney tertibi gerçekleşti-rilmiştir. Kesme işlemi her iki deney grubunda 2 şer defa tekrar edilmiş-tir. Her bir malzeme için 18 adet kesim işlemi gerçekleştirilmiştir. Hassas kesme işlemi esnasında diş ile kesme diski arasındaki kuvveti ölçmek için 5 kg.lık bir yük hücresi 24bitlik bir Analog-Dijital dönüştürücü mo-dül ile işlenerek kayıt altına alınmıştır. Sistem yük ölçüm çözünürlüğü 0,5 gram olarak belirlenmiş ve saniyede 10 kesme yükü kayıt altına alın-mıştır.

BULGULAR

3 Eksenli hassas kesme cihazında yapılan kesimler sonucunda elde edilen bilgiler aşağıda toplanmıştır. İlk olarak numunelerin kesimi esna-sında cihaza entegre edilmiş bir yük hücresi vasıtası ile kesme esnasın-daki kesim yükleri kayıt altına alınmış ve kesim esnasındaki ortalama kesme yükü tespit edilmiştir.


191

Şekil 1. Kesme Yükü Ölçüm Düzeneği

Ortalama kesme yükünün, numune kesiminde etkili olan 3 faktörü ile yapılan ANOVA testi sonucunda elde edilen sonuçlar ve grafikler Şekil 1.de verilmiştir.

Şekil 2. ASTM B265 & AISI 304 Kesme Kuvveti Analizi Grafiği ve Varyans Analizi

Şekil 2.de verilen numunelerin birleşik varyans analizi göz önüne alındığında hem malzeme türü , hem ilerleme hızı hemde disk devrinin kesme kuvvetine etki ettiği sonucuna ulaşılmıştır (p < 0,05). Bununla birlikte parametrelerin etkileri büyükten küçüğe sırasıyla malzeme tü-rü(~%55,02), disk devri (~%25,9) ve ilerleme hızı (~%19,08) şeklindedir. Farklı malzeme türlerine ait birleşik etki grafiğini inceleyecek olursak;


192

Şekil 3. ASTM B265 & AISI 304 Kesme Kuvveti Analizi Faktörlerin

Etki Grafiği

Şekil 3.de ASTM B265 in AISI 304'e göre çok daha fazla kesme yükü-ne maruz kaldığını görebiliriz. Bu sertlik değerleri ile karşılaştırdığımız-da beklediğimiz bir sonuçtur. Düşük ilerleme hızı ile birlikte düşük disk devri (0,5mm/dk) kullanılması durumunda en düşük kuvveti gözlem-lenmesine karşın disk devri artışıyla kesme kuvvetinde ciddi bir artış yaşanır. Yüksek disk devirlerinde ise (1mm/dk &1.5mm/dk) daha yatay bir yükseliş söz konusudur. Disk devri incelenecek olursa disk devri artı-şıyla birlikte kesme kuvvetinde paralel bir artış görülmektedir.

Şekil 4. Kesme Faktörlerinin Kesme Süresi Üzerine Etki Grafiği


193

Hassas kesme işleminde kesme kuvveti kadar toplam deney süreside önemli bir faktördür. Bu kapsamda kesme kuvveti ile birlikte , kesme süreside değerlendirilerek varyans analizine tabi tutulmuştur. İlk olarak kesme süresine etki eden tek faktör ilerleme hızıdır.

Şekil 5. Kesme Devri, Kesme Süresi ve İlerleme Hızı Optimizasyon Grafiği

Elde edilen grafiklerde hem ASTM B265 için hem de AISI 304 için açık tonla işaretlenen bölümler kesme için ideal alanlar olup kesme dev-ri, kesme süresi ve ilerleme hızına bağlı olarak bir optimizasyon para-metresi elde edilmiştir. Bu kapsamda kullanıcı uygun kesme parametre-sini belirleyebilir.

Şekil 6. AISI 304 Kesme Kuvveti-Kesme Süresi-Yüzey Pürüzlülüğü

Birleşik Analizi


194

Tabloda verilen AISI 304 numunesine ait birleşik analiz sonucunda “İlerleme Hızının” etkin tek faktör olduğu görülmektedir (~%99.48). Bu-nunla birlikte grafikte kesme süresi ve kesme kuvvetine bağlı yüzey pürüzlülüğü değişimi gösterilmektedir.İdeal koşullar altında 500sn süre ile 250gr Kesme kuvveti ile 1 ile 1,1 Ra değeri arasında kesme yapmak mümkün görünmekte olup ideal kesme parametresinin bu aralıkta yer alması beklenmektedir.

Şekil 7. ASTM B265 Kesme Kuvveti-Kesme Süresi-Yüzey Pürüzlülüğü

Birleşik Analizi

Tabloda verilen ASTM B265 numunesine ait birleşik analiz sonucun-da “İlerleme Hızının” en etkin parametre olduğu sonucuna ulaşılmakta-dır (~%84.52). Kesme Devri bir diğer parametre olup optimum kesme parametresi üzerinde etkilidir (~%15,48). Şekil 7.de kesme süresi ve kesme kuvvetine bağlı yüzey pürüzlülüğü değişimi gösterilmekte-dir.İdeal koşullar altında 500sn süre ile 340~380gr Kesme kuvveti ile 0,8 ile 0,9 Ra değeri arasında kesme yapmak mümkün görünmekte olup ideal kesme parametresinin bu aralıkta yer alması beklenmektedir.


195

Şekil 8. ASTM B265 & AISI 304 Kesme Kuvveti-Kesme Süresi-Yüzey

Pürüzlülüğü Birleşik Varyans Analizi

Tabloda verilen varyans analizine göre hassas kesme işleminin sonu-cunda elde edilen; kesme kuvveti, kesme süresi ve ortalama yüzey pü-rüzlülüğü değerleri üzerinde her 3 kesim değişkininde etki ettiği sonu-cuna ulaşılmıştır.


196

SONUÇ

3 Eksenli hassas kesme cihazıyla gerçekleştirilen kesme işlemi sonu-cunda elde edilen bulgular şu şekildedir.Numunelerin kesimi esnasında alınan kesme yükü ölçümleri üzerine yapılan ANOVA analizi sonucun-da Kesme kuvveti konusunda " Disk Devri" ana etken olup AISI 304 için %61,4 , ASTM B265 için %87,06 etki değerine sahiptir.

Kesimler sonucunda elde edilen numuneler üzerinde yapılan üzey pürüzlülüğü testleri kapsamında yapılan değerlendirmede AISI 304 için %93,28 , ASTM B265 için %84,53 ile ile "İlerleme Hızı" ana etken olarak tespit edilmiştir.

Optimum kesme devri değerlendirmesinde Hassas kesme işlemine etki eden tüm faktörler istatiksel açıdan önemli olup etkisi büyükten kü-çüğe %52,8 ile “İlerleme Hızı” %44,6 ile “Malzeme Türü” ve %2,7 ile “Disk Devri” olarak ortaya çıkmaktadır.

Her iki örnek grubu içinde 1mm/dk ilerleme, 2500 devir /dakika optimum kesme parametresi olarak belirlenmiştir.

KAYNAKÇA

Akgün, M, Ulaş, H, Demir, H . (2017). İmalat Çeliklerinin Tornalan-masında Kesme Parametrelerinin Yüzey Pürüzlülüğü Üzerine Etkisinin Analizi ve Optimizasyonu. Gaziosmanpaşa Bilimsel Araştırma Dergisi, 6 (Özel Sayı (ISMSIT2017)) , 50-58 .

Uçun, İ. ve diğ (2015). Elmas Kesici Diskler ile Doğal Taşların Kesil-mesi İşleminde Optimum Kesme Parametrelerinin Taguchi Yöntemi ile Belirlenmesi. Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen Ve Mühendislik Bilimleri Dergisi, 15 (3), 6-16

Yardımeden, A., Turan, A. (2015). AISI 1040 çeliğin tornalamasında kesme parametrelerinin kesme kuvvetine etkisi. Dicle Üniversitesi Mü-hendislik Fakültesi Mühendislik Dergisi , 6 (1) , 51-69

Elitaş, M., Çiftçi, İ. (2017). Sertleştirilmiş AISI 52100 Malzemenin Aşındırıcı Diskle Kesilmesinin Araştırılması. TÜBAV Bilim Dergisi, 10 (2) , 1-10 .


197

Kurt, A., Sürücüler, S., Kirik, A. (2010). Kesme Kuvvetlerinin Tah-mini İçin Matematiksel Bir Model Geliştirme. Politeknik Dergisi, 13 (1) , 15-20.

TÜRKİYE’DE AKILLI EVLER

Melek TOMAŞ Y. Mimar, Akdeniz Üniversitesi, Antalya / Türkiye

Öz: Teknolojik gelişmeler, insanın var olduğu ilk dönemlerden itiba-ren her geçen gün çeşitlenerek insan yaşamını daha çok değiştirmektedir. Bu gelişmelerin en yoğun yaşandığı dönem 18. yüzyılın ikinci yarısında İngiltere’de başlayan ve daha sonra tüm dünyayı etkisi altına alan En-düstri Devrimi sürecidir. Bu dönemde yeni buluşlar ortaya çıkmış, ma-kineleşme ve üretim hızla artmış, kırdan kente göçlerin sonucunda fizik-sel çevrede değişimler yaşanmıştır. 20. yüzyılın sonunda Bilişim Devrimi olarak adlandırılan Dördüncü Endüstri Devrimi, yapay zeka, elektronik ticaret, elektronik iş ve online yaşam gibi süreçleri beraberinde getirmiş-tir. Son yıllarda yaşanan teknolojik gelişmeler insan yaşamının her ala-nında olduğu gibi konut tasarımında ve üretiminde de kendini göstermiş ve konutların kullanıcının yaşam kalitesini arttıran teknik özelliklerini değiştirmeye başlamıştır. Zamana uygun çözümler üretmek, teknolojik ürünleri yönetmek ve doğayı korumakla birlikte enerji ve yaşam maliye-tinde tasarruf sağlamak, kısacası yaşam kalitesini artırmak için, evdeki yaşamı kolaylaştıran, daha güvenli, daha konforlu ve daha tasarruflu bir ortam sunan sürdürülebilir "Akıllı Ev” önerisi de bu süreçte ortaya çık-mıştır. Dünyada ekolojik yaklaşım olarak yaygınlaşan akıllı evler, tekno-loji kullanımı sayesinde akıllı evde yaşayanların ihtiyaçlarına cevap ve-rebilmiş, onların hayatlarını kolaylaştırmış ve daha güvenli, konforlu ve tasarruflu bir yaşam sunmuştur. Türkiye’de adından söz ettirmeye baş-layan akıllı evler, kişinin ihtiyaçlarına yanıt veren özgün tasarımlar sun-maktadır. Türkiye’de akıllı ev tasarımları, kapsamlı litaratür araştırması ve akıllı ev uzmanları ile yapılan görüşmeler sayesinde, hangi amaçlara hizmet ettiği, Dünya’daki kullanımı ile arasındaki benzerlikler ve ayrılan yönleri değerlendirilmiş. Türkiye’de akıllı ev uygulamaları incelenmiştir.

mailto:%[email protected]


199

SWOT analizi yöntemi ile akıllı evler analiz edilerek, güçlü ve zayıf yön-leri, tehditleri ve fırsatları açığa çıkartılmıştır. Türkiye’de akıllı evler ala-nında teorik ve uygulama çalışmalarının yeterli olmaması nedeni ile bu çalışma, disiplinler arası çalışmalara önemli bir katkı sunması beklen-mektedir.

GİRİŞ

Tarih öncesinden günümüze kadar bilim ve teknoloji alanında yapı-lan araştırmalar incelendiğinde teknolojinin gelişiminde iki önemli nokta ortaya çıkmaktadır. Birinci nokta teknolojinin doğa ile ilişkili olmasıdır çünkü insanlar nesneler dünyasını, doğayı şekillendirerek, hatta bazen doğadan esinlenerek oluşturmaktadır. İkinci nokta ise insanların hayat-larını sürdürebilmek için teknolojik materyallere ihtiyaç duymasıdır (Ba-salla, 2013).

Teknolojinin gelişimi ile insanların işe yaklaşımları, iletişim kurma ve günlük işleri ele alma şekilleri yeniden tanımlanmıştır. Küresel ölçek-te bağlantılı bir dünya ise, internetin ortaya çıkışı ile birlikte gelişim gös-termiştir. Akıllı evler de bu gelişmelerin bir sonucudur.

Geleceğin tasarımı olarak ortaya çıkan akıllı evlerin temel amacı, do-ğal kaynakları korumak, enerji tasarrufu yapmak ve bunun yanısıra gü-venlik ile konfor ihtiyacını karşılamaktır. Son yıllarda sıkça sözü edilen yeni nesil yenilikçi tasarım akıllı evler, teknolojik sistemleri sayesinde zaman, güven, hız ve konfor kazandıran yaşam alanlarıdır.

YÖNTEM

Çalışmada akıllı evler hakkında Dünya’da yapılan araştırmalar ile kapsamlı bir literatür araştırması ve Türkiye’de akıllı ev uzmanları ile yapılan yüz yüze görüşmeler sonucunda bilgi birikimi oluşmuştur. Kav-ramsal çerçeveyle başlıklar ilişkilendirilmiştir. Çalışma konusu ile ilgili çok sayıda bilimsel verinin toplanmasına özen gösterilerek detaylı ana-lizler yapılmıştır.

Melek TOMAŞ

200


Akıllı ev ile ilgili yapılan çalışmalarda, günümüze kadar akıllı ev kavramı yerine; ev otomasyonu, zeki yapı, yapı otomasyon sistemi, akıllı bina ve entegre ev sistemleri gibi ilgisi olan kavramlar kullanılmıştır. Akıllı evin adı için günümüze kadar birçok farklı kavramın kullanıldığı gibi, akıllı ev içinde günümüze kadar birçok araştırmacı tarafından çeşitli tanımlamalar yapılmıştır (Akdaş, ve Güneş, 2015).

Akıllı ev kavramı, araştırmacı Lütolf tarafından kullanıcının ihtiyacı olan farklı hizmetlerin ortak bir iletişim ağında birleşerek, ekonomik, güvenli ve konforlu bir ortam yaratan ev olarak tanımlanmıştır (Lütolf, 1992). Akıllı ev, Mennicken ve arkadaşlarının ifadesi ile bilgisayar tekno-lojileri kullanılarak kullanıcılarının konforunu artırmak için evde yapı-lamayan işleri yapılabilen veya yapılması gereken işleri kolaylaştırılabi-len, kullanıcıya duyarlı, ev sakinlerinin davranışlarını izleyerek öğrene-bilen teknolojik ev olarak tanımlanmıştır (Mennicken, Vermeulen, & Hu-ang, 2014).

Aldrich akıllı evi, iletişim teknolojilerini, bilgisayar ile entegre eden ve ev sakinlerine konfor ile güvenlik açısından kolaylıklar sunabilen ev olarak tanımlamıştır (Fernandez, Losada & Domonte, 2014). Güğül ise akıllı evi, ev teknolojileri ile ev otomasyonunun entegrasyonu sayesinde ev sakinlerinin ihtiyaçlarına cevap verebilen, yaşamlarını kolaylaştırabi-len, güvenli, konforlu ve enerji tasarrufu sağlayabilen ev olarak tanım-lamıştır (Güğül, 2008).

Günümüze kadar yapılan akıllı evler hakkındaki literatür araştırma-ları ve gelişmeleri göz önünde bulundurularak akıllı ev tanımlanmak istenirse; Akıllı ev, uzaktan kumanda, akıllı telefon veya tablet gibi tek-nolojik cihazlar ile yönetilebilen ve programlandırılabilme olanağını sağ-layabilen, ev sakinlerinin önceden belirlenmiş ihtiyaç programlarına göre oluşturulmuş senaryolar ile olağan dışı bir durumda kullanıcıya haber verebilen, en önemlisi ise çevre dostu olup konfor, güvenlik ve enerji tasarrufu sağlayan, kullanıcılarının evlerini her zaman ve yerden izleye-bildikleri, yaşamlarında kendilerine kolaylıklar sunan yeni nesil teknolo-jik bir tasarımdır. Akıllı evlerde, evde yaşayan kişilerin ihtiyaçlarına göre


201

ev otomasyon sistemleri belirlenmektedir ve her akıllı evin özellikleri, kullanıcısının isteğine göre farklılık gösterdiği için esnektir.

Dolayısıyla, akıllı evin tanımı kullanıcılarına göre değişiklik göster-mektedir, çünkü herkesin akıllı evden beklentisi birbirinden farklıdır. Örneğin, engelli ve bakıma ihtiyaç duyan yaşlı insanların, akıllı evden beklentisi sağlık kontrollerinin yapılabilmesi ve ilaçlarını düzgün kulla-nabilmesi iken, evinde yakınları ile kutlama yapmak isteyen üniversite öğrencisinin ihtiyacı, evin ses sisteminin, ışık sistemin ve duvarlarının görüntüsünün değişmesi gibi çeşitli otomasyon sistemleri ile akıllı evinin mekanını amaca uygun hale getirebilmektir.

Akıllı evler, gelişmişlik sırasına göre uzaktan kumanda ile kontrol edilebilir evler, programlanabilir evler ve senaryolandırılmış evlerdir. Bu evler günümüzde uygulanabilmektedir. Uygulaması henüz yapılama-mış, ancak gelişimi halen sürmekte olan, yapay zekaya sahip akıllı evler de bulunmaktadır.

Akıllı Evlerin Özellikleri

Akıllı evin özellikleri: Ev otomasyon sistemleri, enerji ve ekoloji, gü-venlik ve emniyet, konfor, sağlık, teknoloji, eğlence ve esneklik olarak aşağıda özetlenmektedir.

Ev otomasyon sistemleri Şekil 1’de gösterilmiştir. Akıllı evde günü-müzde kullanılan ev otomasyon sistemleri, akıllı evi kullanan kişinin ihtiyacına göre değişiklik göstermektedir. Kullanılan sistemler: Duman sensörü, Kapı giriş kontrolü, Hırsız alarm sistemi, Enerji ölçümü, Panik butonu, Sulama, Aydınlatma, Yerden ısıtma Yukarıda bahsedilen ev otomasyon sistemleri, kullanıcının ihtiyacına göre eklenerek kişinin ya-şam kalitesini arttırmakta ve enerji tasarrufu sağlamaktadır.

Melek TOMAŞ

202

Şekil 1. Ev Otomasyon Sistemleri

Enerji ve ekoloji, geçen yüzyıllara bakıldığında, insanın yaşam biçimi büyük ölçüde değişmiştir. Bu kapsamda çevre kirliliğine, kaynakların kıtlığına ve ekolojik dengenin bozulmasına yol açmayacak bir mimarlık yaklaşımı benimsenmeli geleneksel yüksek tüketim modundan düşük tüketim ve düşük kirlilik moduna geçilmelidir. Akıllı evler sayesinde evde veya işyerinde kullanılan her bir elektronik cihazın ne kadar elekt-rik tükettiği, kullanıcı nerede olursa olsun, anlık olarak takip edilebil-mekte ve raporlar incelenebilmektedir. Akıllı kontrol teknolojisi sayesin-de, konfordan feragat etmeden elektrikli aletlerin, aydınlatma sistemleri-nin, ısıtma soğutma sistemlerinin harcadığı enerji (elektrik, doğalgaz vb.) tüketiminden tasarruf edilebilmektedir.

Akıllı ev sistemi ile geçmiş döneme ait enerji tüketim değerleri ve is-tatistikleri görüntülenebilir, analiz edilebilir ve genel ortalamalar ile kı-yaslanabilir. Önceki aylarda kullanılan enerji tüketimi ve ilgili aya ait veriler karşılaştırılarak gelecek dönemlere dair enerji tüketimi tahmini yapılabilir. Akıllı ev, evde olunmadığı zamanlarda bile enerji tüketimini kontrol etmeye ve yönetmeye devam edilebilir, daha önceden tanımla-


203

nan ortalama değerlerin üzerinde bir tüketim tespit edildiğinde kullanı-cıya uyarı bilgi mesajları atılabilir.

Kullanıcıya özel tasarlanmış konfigürasyon ve senaryolar ile ev, otomatik olarak dışarıda moduna alınabilir ve televizyon gibi elektronik cihazlar uyku moduna geçirilerek gereksiz enerji tüketiminin önüne geçi-lebilir. Kişi uyurken ihtiyacı olmayan ışıklar veya gereksiz çalışan cihaz-lar tek bir noktadan kapatılarak, otomatize edilerek tasarruf sağlanabilir.

Güvenlik ve emniyet, akıllı ev sistemi, kullanıcının belirlediği özel senaryolara göre, bilgilendirme amaçlı sms gönderebilir, e-posta atabilir, kullanıcının belirlediği telefon numaralarına çağrı bırakabilir veya senar-yolar doğrultusunda kamera kaydı oluşturabilir. Her zaman merkezi uyarı sistemine bağlı olan gelişmiş ve uzaktan yönetilebilir otomasyon sistemi ile, evin veya işyerinin güvenliği daha akıllı ve daha güvenilir bir şekilde sağlanabilir. Kullanıcı için değerli olan herşeyi, izinsiz kullanım, hırsızlık, yangın, su baskını, gaz kaçağı ve benzeri her türlü istenmeyen durumlardan korur ve karşı önemleri alabilir. Akıllı evler, sıradan gü-venlik sistemleri gibi sadece bir uyarı ve alarm sistemi yerine, önleyici ve koruyucu bir hizmet verir. Akıllı ev sistemleri ile her yerden ev veya iş yerinin kontrolü kullanıcın yönetimi altındadır.

Konfor, akıllı evdeki her şey kolaylıkla ayarlanabilir ve çok karmaşık komut dizileri basitçe tasarlanabilir. Birçok komut tek bir tıkla yönetilebi-lir, böylelikle bütün cihazlar ayrı ayrı kontrol etme zahmetinden kurtul-muş olunur. Örneğin tasarlanan bir “Eve Hoş Geldin” senaryosu ile iste-nilen formatta ışıklandırma açılabilir, istenen odanın sıcaklığı istenen şekilde tanımlanarak evin iklimlendirmesi ayarlanabilir, güvenlik modü-lü otomatik olarak pasife çekilebilir veya perdeler otomatik olarak açıla-bilir. Tüm bunlar sadece tek bir tuşa basılarak, önceden tasarlanan bir senaryo ile yapılabilir.

Akıllı ev ile tamamen kullanıcıya özgü bir otomasyon ve güvenlik çözümü tasarlanabilmektedir. İleri düzey programlayıcı sayesinde evin kullanıcı yerine düşünmesi ve yönetmesi sağlanabilir. Zamanlayıcı özel-liği sayesinde tanımlayacağı bütün senaryoların ve komutların istenilen saat ve dakikada çalışması sağlanır. Güneşin doğuşunu ve batışını refe-

Melek TOMAŞ

204

rans alarak perdelerin bu saatlerde otomatik olarak açılmasını ve ka-panmasını sağlar. Güvenlik sisteminin aktif ya da pasif duruma getiril-mesini yine bu programlayıcı sayesinde kullanıcıya özgü hale getirilebi-lir. Grafik ara yüz sayesinde zorlanmadan, kolayca sisteme kural tanım-lanabilir ve ev konfigürasyonuna ekleme ve çıkarma yapılabilir.

Sağlık, akıllı evler Çeşitli sensörler ve kameralar kullanılarak, evdeki yaşlılara özgü senaryolar oluşturularak kişinin anne/babasınının veya bakımını üstlendiği kişilerin can güvenliğinden 7/24 haberdar olmasını ve gerektiğinde de müdahale etme imkanını sağlamaktadır. Acil durum-larda, acil yardım butonu ile sms, email atmak ve telefon açmak suretiyle hızlı müdahale imkanı sunmaktadır.

Teknoloji, akıllı saatler, akıllı bileklikler ve akıllı anahtarlar birkaç yıldır alışık olduğumuz teknolojilerdir. Her şeyin dijital hale geldiği bir dünyada evlerin de akıllı uygulamalar aracılığıyla yönetimi artması bek-lenmektedir. Akıllı ev sakininin yakınlarının akıllı telefondan gidip gel-dikleri yerler takip edebilmektedir. Geo-fence teknolojisi sayesinde ev-den uzaklaştığında veya eve ulaştığında cep telefonununa bildirim gel-mesi sağlanabilmektedir.

Eğlence, evdeki tüm ses, video ve ev sineması sistemleri entegre bir şekilde uzaktan kontrol edilebilmektedir. Bilgisayar veya cep telefonu uzaktan kumanda olarak tüm multimedya cihazları için kullanılabilmek-tedir. Otomatik olarak medya ünitelerini açabilir, kapatabilir Evde değil-ken hırsızlara karşı evde birisi var izlenimi için bu sesli cihazları uzaktan açıp kapatıp, caydırıcı unsur olarak kullanılabilmektedir.

Esneklik, günümüzde zamana bağlı yaşanan hızlı değişimler, yapıla-rın bu değişime hızlı bir şekilde uyum sağlayabilmesini gerekli hale ge-tirmiştir. Bu hızlı değişim ve uyumun sağlanabilmesi, yapının esneklik kapasitesine bağlıdır. Esneklik, süreç içerisinde olası değişimler karşısın-da yapının değişimleri karşılayabilmesini sağlayan, mekansal ve yapısal stratejiler içeren bir tasarım yaklaşımıdır.

Bu kapsamda akıllı evler değerlendirildiğinde, akıllı evler sürdürü-lebilir çözümlere sahip olup ve ev otomasyonun yanı sıra mekan kulla-nımına esneklik getirmektedir. Örneğin evin penceresi, açıldığı zaman


205

balkon olması gibi belirtilen özelliklerden hareketlilik, çok amaçlı kulla-nımına sahiptir. Akıllı evlere bu özellikler uygulanabilmekte olduğu için mekanda esneklik sağlar.

Türkiye’de Uygulanan Akıllı Evler

Bu çalışma kapsamında, akıllı ev üreticileri, akıllı ev firmaları, akıllı ev ARGE uzmanları ve akıllı ev yazılımını yapan uzman kişilerle yapılan görüşmeler sonucunda elde edilen verilere göre akıllı evlerin avantajları ve dezavantajları saptanmıştır. Bu bölümde, elde edilen veriler doğrultu-sunda akıllı evin değerlendirilmesi yapılmıştır.

Türkiye genelinde toplam yirmi bir akıllı ev firması ile görüşülmüş-tür. Görüşme yapılan kişilerin belirleyici özelliği akıllı ev hakkında etkin bilgiye sahip olmaları olup, bu kişilerin birikimleri araştırmaya katkı sağlamıştır.

Akıllı evin günümüzde uygulanan çeşitleri, akıllı evin her geçen gün gelişimi ile kullanılan çeşitlerinin de değiştiği söylenmiştir. Örneğin, geçmişte manuel olarak kontrol edilen bir sistemi günümüzde uzaktan kumanda ile kontrol edebilip ve dünyanın her yerinden yönetebilirken, gelecekte de yapay zeka ile bu sistemlerin yönetilebileceği ifade edilmiş-tir.

Görüşme yapılan akıllı ev firmaları tarafından, ülkemizde akıllı evle-rin bir lüks olarak algılandığı, gelecek kaygısı olmadan, evleri daha fazla paraya satabilmek için uygulandığı ve bu yaklaşımın dünyadaki akıllı ev uygulamalarından çok farklı olduğu ifade edilmiştir. Bu yaklaşımların ülkelerin gelişmişlik durumlarına göre akıllı evlerin algılanışlarıyla bağ-lantılı olduğu uzmanlar tarafından vurgulanmıştır

Ülkemizde akıllı eve talep giderek artmakta iken, yurt dışında bu ta-lep özellikle lüks konut segmentinde neredeyse standart bir uygulama halindedir. Uzmanlara göre şu anda ABD’de eve ödenen paranın yakla-şık %25 ila %30 kadarı evi akıllandırmak için harcanmakta, ayrıca ev imalatçıları evlerde, kontrol sistemi, network altyapısı ve bazı uygulama-larda çok bölgeli müzik sistemlerini kullanıcılara standart olarak sun-maktadır. Bu uygulamaların oranı da giderek artmaktadır.

Melek TOMAŞ

206

Akıllı ev yaptırmak, her ülkede olduğu gibi ülkemizde de ekonomik güçle ilgili bir durumdur. Müteahhit firmaları akıllı ev teknolojisini öğ-rendikten sonra, piyasada farklılık göstermek için konut projelerinde, çelik kapı kullanıldı diye reklam yapamayacakları için, akıllı ev sistemi ile ön plana çıkmaktadır. Ancak, yaptıkları evler akıllı ev değil, inter-komlu ev özelliği taşımaktadır. Bir başka deyişle, ucuz ve gösterişli olsun adı altında akıllı ev yapılmaktadır. Evi satın alan kişilerin de akıllı ev teknolojisi hakkında bilgilerinin yetersiz olması nedeni ile akıllı ev adına, interkomlu ev satışı yapılmaktadır.

Diğer ülkelerde akıllı evler, enerjiyi korumak, konfor ve güvenliği sağlamak için kullanılırken, ülkemizde müteahhitler tarafından yanlış tanıtıldığı için ve ev sakinlerinin de yeterli bilgisi olmadığı için, akıllı evler, lüks amaçlı görülüp tercih edilmemektedir.

İdeal akıllı ev üretim sürecinde, öncelikle kullanacak kişinin ihtiyaç-ları belirlenir. İhtiyaç listesine göre bir tasarım yapılır ve bu tasarıma göre hangi ürünlerin nasıl uygulanacağı planlandıktan sonra uygulama yapılır. Kullanıcı ara yüzü kolay anlaşılır ve geliştirilebilir olmalıdır. Mimarlar tarafından, proje çizilirken akıllı ev olacaksa, elektrik tesisatı ile birlikte başlaması ideal olanıdır. Çünkü akıllı ev aygıtlarının (sensörler, prizler, anahtarlar, interkom) olduğu yerlere elektrik kablosu çekilmesi gerekir ve tasarım bu süreçle bütünleşir. Bu nedenle ideal akıllı ev üretim süreci mimardan başlamalı, sonra teknisyenler ile devam etmeli ve son olarak da kullanıcı tarafından bir bütçe belirlenmelidir.

Akıllı ev olmayan bir evin, akıllı eve dönüşümü, görüşülen firmalar tarafından hepsi akıllı olmayan bir evin, akıllı eve dönüştürülebileceğini ifade edilmiştir. Kablosuz sistemler ile yapı tamamlandıktan sonra, her-hangi bir kayıp olmadan, akıllı ev sisteminin eksiksiz bir şekilde yapıla-bileceği, sadece maliyet olarak kablolu sistem ile kablosuz sistem arasın-da 2-3 kat fiyat farkı bulunduğu için sonradan dönüştürmenin böyle bir dezavantajının olduğu belirtilmiştir.

Sistemsel hatalar otomasyonun temel sorunu olsada, sistemden ba-ğımsız çalışabilen özelleştirilmiş cihazlar kullanılabilir veya sensörleri arttırarak, sistem hataları azaltılabilir. Akıllı ev uzmanları, teknolojide


207

herşeyin bir çözümü olduğunu belirtmişitir. Ancak bu olası sorunlara ek olarak akıllı evlerde, elektrik tesisatı bozulduğunda, sadece akıllı ev ba-yisi çağırılabilmekte, bu da mühendislik hizmeti olduğu için teknik ser-visin hizmet bedeli yüksek olabilmektedir.

Türkiye’de Akıllı Evlerin SWOT Analizi

Araştırma bulguları ışığında akıllı evlerin Tablo 1’ de SWOT analizi yapılmıştır. Akıllı evlerin güçlü yanları, enerji tasarrufu, güvenlik, kon-for, zaman tasarrufu sağlaması, ihtiyaca özgü özellikler eklenebilmesi, yaşlı ve çeşitli fiziksel engelleri olan insanlar için sağlık kontrolü evden yapılabilme olanağını sunmasıdır.

Akıllı evlerin zayıf yönleri ise, insanı tembelleştirebilmesi, evin kont-rolünün ele geçirilebilmesi, sistemsel hatalar meydana gelebilmesi, akıllı ev yapımının maliyetinin yüksek olması interkomun akıllı ev olarak satı-labilmesidir.

Akıllı evlerin fırsatları, enerji kaynaklarının korunması, güvenliğin en üst düzeyde sağlanabilmesi, teknolojiye duyulan ilginin artması, ha-yalimizdeki evin teknolojiyle kısmen gerçeğe dönüştürülebilmesi, evin kontrolünün telefondan yapılabilecek kadar kolay olması, uzun vadede maddi olarak kar sağlaması, ihtiyaca göre özellik eklenip çıkarılabilmesi, akıllı ev yapımının kolay olmasıdır.

Akıllı evlerin tehditleri, akıllı ev teknolojisinin yaygınlaşması ile hac-kerların artarak akıllı ev kullanıcısının özel bilgilere ulaşabilmesi ve uzaktan evi yönetebilmeleri, akıllı evlerin yaygınlaşması ile sertifikası olmayan ucuz akıllı ev ürünlerinin artmasıdır.

Melek TOMAŞ

208

Tablo 1. Akıllı Evlerin SWOT Analizi

AKILLI EV SWOT ANALİZİ GÜÇLÜ YÖNLER ZAYIF YÖNLER

• Enerji tasarrufu sağlar • Güvenlik sağlar • Konfor sağlar • Zaman tasarrufu sağlar • İhtiyaca özgü özellikler ek-

lenebilir • Yaşlı ve çeşitli fiziksel engel-

leri olan insanlar için sağlık kontrolü evden yapılabilir

• İnsanı tembelleştirebilir • Evin kontrolü ele geçirilebilir • Sistemsel hatalar meydana gelebi-

lir • Akıllı ev yapımının maliyetinin

yüksek olabilir • İnterkom akıllı ev olarak satılabilir

FIRSATLAR TEHDİTLER

• Enerji kaynaklarının ko-runması

• Güvenliğin en üst düzeyde sağlanabilmesi

• Teknolojiye duyulan ilginin artması

• Hayalimizdeki evin teknolo-jiyle kısmen gerçeğe dönüş-türülebilmesi

• Evin kontrolünün telefon-dan yapılabilecek kadar ko-lay olması

• Uzun vadede maddi olarak kar sağlaması

• İhtiyaca göre özellik eklenip çıkarılabilmesi

• Akıllı ev yapımının kolay olması

• Akıllı ev teknolojisinin yaygınlaş-ması ile hackerların artması

• Akıllı evlerin yaygınlaşması ile sertifikası olmayan ucuz akıllı ev ürünlerinin artması

Akıllı evin olumlu yönleri, enerji tasarrufu, güvenlik, konfor sağla-masıdır. Akıllı eve uzaktan erişim sağlanabilir. Her zaman yeni özellikler ve sistemler eklenerek, yükseltilebilen yenilikçi bir tasarımdır. Kullanıcı


209

kendi isteğine göre senaryolar oluşturabilir ve akıllı evini kişiselleştire-rek, daha eğlenceli ve daha kaliteli vakit geçirebilir.

Akıllı evde çıkabilecek sorunlarla ilgili görüşmelerin değerlendiril-mesi sonucunda, üç alt başlık belirlenmiştir. İlk olarak akıllı evde güven-lik sorunu yani akıllı evin kontrolünün ele geçirilmesidir. İkinci olarak sistem hatalarıdır. Üçüncü olarak da insan sağlığına ne gibi bir etkisi olabileceği SWOT analizi ile tablo haline getirilmiştir.

Şekil 2. SWOT Analizi

Akıllı evlerin Swot analizinde, araştırma sonucu oluşturulan Tablo 1’deki fırsatlar, zayıf yönler ve güçlü yönler, tehditler, Şekil 2’de ifade edilmiştir. Akıllı evler değerlendirildiğinde, Fırsatlar ve güçlü yönler, zayıf yönler ve tehditlere göre daha fazla olduğu ortaya çıkmıştır.

Akıllı evlerin sunduğu fırsatları ve güçlü yönleri insan yaşamını ko-laylaştırmak, konforu en üst düzeye çıkartmak yanı sıra yaşam maliyet-lerinden de tasarruf olanağı sunmaktadır. Tehditleri ve zayıf yönleri üze-rinde durularak disiplinler arası çalışmalar ile en aza indirilmelidir.

Melek TOMAŞ

210


Teknolojinin dünya üzerinde nasıl bir etki yarattığını anlayabilmek için teknolojik gelişmelere bakmak gerekmektedir. Örneğin tekerlek ha-reketi ve taşımayı değiştirirken, bir yandan tarımda siyasal yöntemleri de etkilemiştir. Işığın buluşu, evleri aydınlatırken, bir yandan yapıları ve şehirleri düzenleme şeklini etkilemiştir.

Sonuç olarak buzdolapları ve telefondan fotoğraf makinesine kadar tüm buluşların her biri toplumun alışkanlıklarını değiştirmiş ve siyasal, toplumsal ve gündelik yaşamda önemli ölçüde değişikliklerin önünü açmıştır.

İnsanların işe yaklaşımını yeniden yapılandırıp etkileşme, iletişim kurma ve günlük işleri ele alma şeklini yeniden tanımlamıştır. İlk bilgi-sayar ağlarının ve elektronik ürünlerin ortaya çıkmasıyla birlikte farklı biçimlerde bağlantılı cihazlarda geliştirilmiştir. Küresel ölçekte bağlantılı bir dünya, internetin ortaya çıkışı ile birlikte olmuştur.

Telefonların veri, ses, video, hareket, lokasyon ve daha birçok bilgiyi kaydedip, diğer cihazlar ile bağlantıya girebilir, akıllı evlerde telefonlar, uzaktan kumanda görevindedir. Evdeki etkinlikler hakkında uyarı ve bildirimler verir ve kitle kaynaklarına erişip dünyadaki olayların takibi-ni, yönetimini ve analizini yapabilir.

Bu teknolojilerin kesişimi kablosuz ağlar ve bulut bilişimle birlikte robotik böcek ve hayvanlar insanlar için nano ve mikrorobotlar, droneler nesnelerin interneti sayesinde insanlar ile makineler arasında teleskop ve mikroskop görevi görmektedir.

Akıllı evlere giren nesnelerin internetinin nereye gideceğini bilmek zor olsa da teknoloji merkezli bir dünyada, evlerin daha çok otomatik-leşmesi, akıllı araçların kullanılması, etkileşimli mağazalardan alışveriş yapılması, sağlığa temel yaklaşımın yeniden tanımlanması gibi gelecek yıllarda birçok farklı akıllı sistemin kullanılması beklenmektedir.

Akıllı evler, ev otomasyonu sayesinde hayatın daha kolay yaşana-bilmesini ve güvenliği arttırarak, sistemleri daha verimli ve çevreye du-yarlı bir şekilde çalışmasını sağlamaktadır. Akıllı evlerde kullanılan tek-


211

nolojiler elektronik olmayan cihazları bile kontrol edebilecek şekilde ge-liştirilmektedir.

Akıllı evin en çok faaliyet gösterdiği alanlardan biri mutfaktır. Akıllı telefon ile buzdolabı, çamaşır makinesi, ocak gibi akıllı gereçleri kontrol etme imkanı sunmaktadır. Yiyeceklerin son kullanma tarihlerini izleyen tazelik takipçisi ve yemek planlayıcısı vardır.

İnsanların doğal dil komutları ile akıllı evlerde birçok iş halledile-bilmektedir. Otonom araçlar, ölüm ve yaralanmaları tamamen ortadan kaldırabilir, 7 gün 24 saat tıbbi görüntüleme imkanı sunabilir. Ayrıca, üreticiler için gerçek zamanlı tedarik zinciri gereksinimlerini karşılayabi-lecek, siparişler uzaktan kumandalı hava araçları ile dağıtılabilir, nesne-lerin interneti bakış açımızı değiştirip otomasyonun önünü açabilir.

Teknoloji tarihi geleceği daha mutlu, sağlıklı ve dinlence odaklı bir yer olarak düşünen iyimser fikirler ile doludur. Ancak, her yeni teknoloji olumlu veya olumsuzdan öte bir değişimi beraberinde getirmektedir. Örneğin, akıllı evlerde sensörler ile donatılmış sulama sistemi, sulamayı kolaylaştırırken bir yandan da tasarruf sağlar.

Nesnelerin interneti sayesinde hava durumuna bağlanarak yağış olup olmayacağına dair bilgilere sahip olunur. Bu sistemin tüm şehirle bağlantılı olduğu düşünülürse akıllı şehirler gibi her sistem kendi başına çalışarak koşulları optimize ederken, bütün şehirle daha verimli çalışabi-lir.

Ancak, bu sistemler hackerlar tarafından sabote edilirse veya terö-ristler otonom araçların kontrolünü ele geçirirse, trafik şebekesini bozar-sa, casuslar kamera veya Google glass gibi cihazların kontrolünü ele ge-çirerek kişilerin ne yaptığını izleyebilir ve gizli verilerine ulaşabilir. Nes-nelerin interneti, hem dijital hayatlarımızı sürdürme tarzımızla, hem de güvenlik ve gizlilikle ilgili zorluklar getireceği için hem iyi hem kötü amaçla kullanılabileceği açıktır. Bunların yanısıra toplumsal gelenekler-de önemli değişimler yaşanmasına neden olacaktır.

Otomatikleşmiş sistemlerin güvenirliliği ve verimliliği giderek arttığı için insanlar, otomatikleşmiş sistemlere bel bağlamakta ve kendi bilgi ve

Melek TOMAŞ

212

becerisini kullanma konusunda kayıtsızlaşmaktadır. Ancak, kaza veya ufak aksaklıklarda ortaya çıkan sorunlar daha büyük olmaktadır çünkü bu sistemlerin ne gibi hatalar verebileceği ön görülememektedir.

Geleceğin nasıl olacağını tahmin etmek mümkün değildir. Ancak, teknolojinin gelişmesi, insanın yaşam kalitesi artacak bazı açılardan ko-laylaştırıp güvenliği arttırırken, bazı açılardan ise zorlaştırıp daha zah-metli hale getirecektir.

Endişe veren bir diğer konu ise cihazlar akıllanırken zihnimizin ça-lışma şeklinin değişip değişmediğidir. Bununla ilgili birçok paradoks vardır. Cihazlar bizim yerimize ne kadar çok iş yaparsa, doğal ortamımız ile o kadar az temas etmekte olunduğu ve bedenin ve zihnin daha az çalıştığı açıktır. Ancak, beyinlerimiz teknolojiye uyum sağlamak için de-ğişecektir. İnsan zekasının artacağı mı, yoksa yapay zekanın gölgesinde mi kalacağını zaman gösterecektir.

KAYNAKÇA

Akdaş, D., Güneş, H. (2015). Akıllı Evler, İşlevleri ve Akıllı Evlerde Kullanılan Teknolojiler. Bina Elektrik, Elektronik, Mekanik ve Kontrol Sistemleri Dergisi, 166, 128-132.

Asımov, I. (2006). Bilim ve Buluşlar Tarihi. (Çev. Elif Topçugil). An-kara: İmge Kitapevi.

Aslan, A. (2014). Akıllı Ev Kavramı ve Otomasyon Sistemleri. Yüksek Lisans Tezi. İstanbul, Haliç Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü İç Mi-marlık Ana Bilim Dalı İç Mimarlık Programı.

Bağcı. E. (2018). Endüstri 4.0: Yeni Üretim Tarzını Anlamak. Gümüş-hane Üniversitesi Sosyal Bilimler Enstitüsü Elektronik Dergisi. 24, 123-146

Basalla, G. (2013). Teknolojinin Evrimi. (Çev. Cem Soydemir). Anka-ra: Doğu Batı Yayınları.

Bayram, U. (2006). Akıllı Ev Otomasyonu. Yüksek Lisans Tezi. Ça-nakkale, Çanakkale Onsekiz Mart Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü.


213

Crofton, I. (2016). Kılçıksız Bilim. (Çev. Dilek Berilgen Cenkciler). İs-tanbul: Domingo Yayıncılık.

Dostoğlu, N. (2001). Ütopya, Kent ve Mimarlık Üzerine Düşünceler. Arredamento Mimarlık Dergisi. 5, 73-76.

Doulıgerıs, C. (1993). Intelligent Home Systems, IEEE Communicati-ons Electronics Journel. 6, 1291-1297.

Fabı, V. Spıglıantını, G. Corgnatı, S. P. (2017). Insights On Smart Home Concept And Occupants. İnteraction With Building Controls Sci-ence Direct. 111, 759-769.

Fernandez, J., Losada, D., ve Domonte, E. (2014). An Integrated and Low Cost Home Automation System with Flexible Task Scheduling. XV Workshop of Physical Agents.

Ford, R., Prıtonı, M., Sanguınettı, A., Karlın, B. (2017). Categories And Functionality of Smart Home Technology For Energy Management. Building and Environment Journel. 123, 543-554.

Freeman, C. ve Louça, F. (2016). Zaman Akıp Giderken. (Çev. Os-man S. Binatlı). İstanbul: İthaki Yayınları.

Greengard, S. (2017). The Internet of Things. Amerika: The MIT Press Essential Knowlwdge Series.

Güğül, G., N. (2008). Akıllı Ev Sistemleri ve Uygulaması. Yüksek Li-sans Tezi. Ankara, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü.

Gül, F. (2010). Akıllı Ev Sistemleri. Yüksek Lisans Tezi. Ankara, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü

Heidegger, M. (1998). Tekniğe Ilişkin Soruşturma. (Çev. Doğan Öz-lem). İstanbul: Paradigma Yayınları.

Heidegger, M. (1998). Teknik ve Dönüş. (Çev. N. Aça). İstanbul: Bi-lim ve Sanat Yayınları.

Işıklı, Ş. Ve Küçükvardar, M. (2016). Bilişim Devrimi Teknolojinin Felsefesi ve Sosyolojik Analizi. Ankara: Birleşik Yayınevi.

Melek TOMAŞ

214

İslamoğlu, Ö. (2018). Mimari Tasarımda Esneklik Yaklaşımlarına Ku-ramsal Bir Bakış. The Turkish Online Journal of Design Art and Commu-nication. 8, 673-683.

Köksal, A. (2003). Bilişim Toplumu. İstanbul: Toroslu Kitaplığı.

Lütolf, R. (1992). Smart Home Concept And The Integratıon of Energy Meters Into A Home Based System Switzerland. Landis Gyr Energy Management Corp. Journel. s. 52-61

Lutolf, R. (1992). Smart home concept and the integration of energy meters into a home based system. In Seventh International Conference on Metering Apparatus and Tariffs for Electricity Supply. 277-278. IET.

Mennıcken, S., Vermeulen, J., ve Huang, E. (2014). From Today’s Augmented Houses to Tomorrow’s Smart Homes: New Directions for Home Automation Research. Ubicomp 2014: the ACM International Joint Conference on Pervasive and Ubiquitous Computing. 105-115.

Osmanlı, U. (2017). Zanaatkârlığın Tarihsel Dönüşümü ve Richard Sennett’in Zanaatkârlık Kavramı Historical Transformation of Crafts-manship and Richard Sennett’s Concept of Craftsmanhip. Journal of His-tory Culture and Art Research. 6, 803-817.

Railton, A., R. (1950). Push Button Manor, Popular Mechanics Maga-zine. 252, 85-87.

Saito, N., Menga, D. (2015). Akıllı Ev Ağlarının Ekolojik Tasarımı. Woodhead Yayıncılık.

Schwab, K. (2016). Dördüncü Sanayi Devrimi. Çev. Zülfi Dicleli. İs-tanbul: Optimist Yayınları.

Sharr, A. (2013). Mimarlar İçin Heidegger. (Çev. Volkan Atmaca). İs-tanbul: Yapı Endüstri Merkezi Yayınları.

Sılber, D., J. (2011). The Energy Smart House. Newtown: The Taun-ton Press.

Tez, Z. (2005). Tekniğin Evrimi. Ankara: Paragraf Yayınları.


215

Winston, R. 2014. Bilim Tarihi. (Çev. Serhat Atay). İstanbul: Alfa Ya-yıncılık.

Wilson, G. Pereyda, C. Raghunath, N. Vd. (2019). Robot-Enabled Support of Daily Activities in Smart Home Environments. Cognitive Sys-tems Research. 54, 258-272.

Core Akıllı Ev http://coreakilliev.com/akilli-ev/ (ET: 11.12.2019)

Gigazine https://gigazine.net/news/20140609-microsoft-smart-home-1999/ (ET: 10.07.2019)

Level Home http://www.levelteknoloji.com/ (ET: 21.12.2019)

Zipota http://www.zipatotr.com (ET: 14.11.2019)

http://coreakilliev.com/akilli-ev/

https://gigazine.net/news/20140609-microsoft-smart-home-1999/

https://gigazine.net/news/20140609-microsoft-smart-home-1999/

http://www.levelteknoloji.com/

http://www.zipatotr.com/

İNŞAAT SEKTÖRÜNDE MOBBING’İN İŞ KAZALARI VE MESLEK HASTALIKLARINA ETKİLERİ

Alican KUTKAN1, Şenay ATABAY2

1-2Yıldız Teknik Üniversitesi - İnşaat Fakültesi, İstanbul / Türkiye

Öz: Türk Dil Kurumu’na göre “bezdiri” anlamına gelen, mobbing, gittikçe artan oranda bütün Dünya’da karşılaşılan bir sorun olarak, 20. Yüzyılın son çeyreğinden itibaren çalışma hayatında yer almaya başla-mıştır. Bir çalışanın hedef olarak seçtiği başka bir çalışana uyguladığı baskı, fiziksel ve psikolojik şiddet olarak da açıklanabilen mobbing ile ülkemizde de zaman zaman karşılaşılmaktadır. Bu konuda pek çok ça-lışma yapılmasına rağmen, çok yönlü ve karmaşık bir konu olmasından dolayı ne yazık ki bugüne kadar rasyonel çözümler üretilememiştir. Ay-rıca, bu konunun çalışanlar tarafından bilinmemesi ve bilinse dahi göz ardı edilmesi çözüm bulma konusundaki zorluğun başka sebepleridir. İnşaat Sektörü de mobbing ile karşılaşılan çalışma alanlarından biridir ve üstelik yaşanan bu mobbing nedeniyle çalışanlar bir daha çalışamayacak düzeyde mesleki hastalığa yakalanabilmekte veya şantiyede çalışan bi-riyse hayatına mâl olabilecek iş kazası da geçirebilmektedir. Bu çalışma-da, genel olarak mobbing kavramı incelenmiş, mobbing nedeniyle mey-dana gelebilecek hastalıklar belirlenmeye çalışılmış ve hukuksal açıdan hayati bir öneme sahip olan bu güncel konuyu tüm yönleriyle irdelerken, inşaat sektöründe çalışanlara yönelik geniş kapsamlı bir anket uygula-ması da yapılmıştır. Online sistem üzerinden yöneltilen ankete, inşaat sektöründe ağırlıklı olarak teknik personel veya yönetici pozisyonunda çalışan 169 kişi katılmıştır. Üç aşamadan oluşan ankette öncelikle katı-lımcının genel bilgileri yer almaktadır. Daha sonra ise mobbing’e maru-ziyet ile ilgili çeşitli sorular yöneltilmiş ve son bölümde sadece bu duru-ma maruz kaldığını düşünenlere yönelik sorular hazırlanmıştır. Bulgu-lar, istatistik programı SPSS vasıtasıyla bilimsel metotlarla analiz edilmiş


217

ve inşaat sektöründeki mobbing geniş bir bakış açısıyla irdelenerek elde edilen sonuçlar doğrultusunda önerilerde bulunulmuştur. Özellikle Av-rupa Birliği ülkelerinde iş hayatındaki mobbing tehlikesine karşı alınan yasal önlemlerin ülkemizde de yer alabilmesi ve çalışanların daha bilinçli olması adına bu çalışmanın önemli bir yere sahip olacağı düşünülmekte-dir.


Anayasamızın 49. maddesine göre kişinin çalışma hakkı, bir temel hak, özgürlük ve ödevdir. Kişi bu ödevini yerine getirebilmesi için çalış-ma ortamında gerekli fiziksel şartların sağlanması ile çalışan bireyin mo-ral motivasyonunu bozacak faktörlerin ortadan kaldırılması gerekmek-tedir ki Şeyh Edebali’nin “insanı yaşat ki devlet yaşasın” sözü geçerlili-ğini ilelebet sürdürsün. Ancak günümüzde rekabetçi piyasa koşullarının hızla yükselmesi ile birlikte çalışanları olumsuz şekilde etkileyen bir ta-kım etik dışı unsurlar meydana gelmektedir. Bu olumsuzluklar doğru-dan insan hayatını etkileyebildiği gibi, ülke ekonomisine de zararlı etki-ler yaratabilmektedir.

Bilindiği üzere, pek çoğumuzun günlük hayatının önemli bir kısmı işyerinde geçmektedir. Çalışanlar ailelerinden, daha fazla iş arkadaşla-rıyla zaman geçirmektedirler. İş hayatı kendi içerisinde zaten doğası ge-reği rekabet, baskı, stres, kişisel hırslar gibi unsurları barındırmaktadır. Tüm dünyada olduğu gibi ülkemiz için de, işyerlerinde psikolojik taciz ya da diğer adıyla mobbing yaş, cinsiyet, hiyerarşik konum ayrımı olma-dan çalışanların karşılaşması muhtemel önemli bir işyeri sorunudur4.

Mobbing, Latince’de “mobile vulgus” sözcüğünden gelmektedir.. Kararsız kalabalık, şiddete yönelmiş topluluk gibi anlamlar taşımaktadır. İngilizce’de ‘mob’ eylemi, bir yerde toplanmak, saldırmak ve rahatsız etmek demektir (Eser, 2009). ‘Mob’ kökünün eylem biçimi olan ‘mobing’ ise; kanun dışı şiddet uygulayan düzensiz kalabalık veya ‘çete’; psikolo-jik şiddet; baskı; kuşatma; taciz; rahatsız etme veya sıkıntı verme anlamı-na gelmektedir (Tınaz, 2006). Bu tür olumsuz tutumlar ve uygulamalar

4 https://www.meslekhastaligi.net/isyerinde-psikolojik-taciz-mobbing/

https://www.meslekhastaligi.net/isyerinde-psikolojik-taciz-mobbing/

Alican KUTKAN, Şenay ATABAY

218

sistematik, sürekli ve açık ya da gizli bir şekilde olabilir. Bu tür davranış-ların temel amaçları kurbanı pasifleştirmek, hayal kırıklığına uğratmak ve son olarak kurbanı işyerinden uzaklaştırmaktır. Bu durum kişisel de-ğerlere, mesleki statüye, aile ve sosyal ilişkilere ve mağdurların sağlığına zarar verebilir (ÇSGB, 2014).

Mobing kavramı, ilk olarak 1960’lı yıllarda Avusturyalı bilim adamı Kondrad Lorenz tarafından hayvanların kendi aralarında veya sürü dışı bir yabancıya karşı uyguladıkları taciz davranışını tanımlamak için kul-lanılmıştır (Eser, 2009). İşyerinde mobbing’in tanımı ise ilk olarak 1980’li yıllarda İsveçli bilim insanı Dr. Heinz Leymann tarafından yapılmıştır. Leymann’ın çalışanlar arasında benzer tipte uzun dönemli düşmanca ve saldırgan davranışların varlığına dair yaptığı saptamalar sonucunda, bu kavramı kullandığı görülmektedir (Tınaz, 2006). Teoride, mobbing’in iş yerinde sosyal stres etkeninin aşırı bir çeşidi olduğu düşünülür (Queres-hi, Janjua, Raja, Iftikhar, Zaman, Javed, 2013).

İnşaat sektörü, örgütlerde yıldırmanın yaşandığı sektörlerden biridir. Hubert ve Veldhoven (2001) ve Bakırcıoğlu ve Acar (2012) gibi araştır-macılara göre, inşaat sektörü aslında diğer sektörlere göre mobbinge daha yatkındır. Mobbing’in çapraşık bir olgu olmasından dolayı, çözül-mesi için bazı testlerin yapılması gereklidir. Çünkü, işyerinde karşılaşı-lan her olumsuz davranış mobbing’e maruziyet anlamına gelmemekte-dir. Bu, zamana bağlı sistematik bir baskıya ve kişide meydana gelen sağlık sorunları ile ilintilidir. 5 aşamadan oluşabilen mobbing süreci, 45 maddeden oluşan “Psikolojik Terör Ölçeği” ile test edilebilmektedir. Leymann'ın 'Psikolojik Terör Envanteri' anketini inşaat şirketlerinde çalı-şan mühendis ve mimarlara uygulayan Bakırcıoğlu ve Acar (2012), inşaat sektöründeki profesyonellerin düzenli olarak çeşitli türlerde zorbalığa maruz kaldıklarını göstermişlerdir.

Kuramsal çerçeve kapsamında geçmişte pek çok farklı sektörü kap-sayan ulusal ve uluslararası alanlarda buna benzer çalışmalar yapılmış-tır. Ülkemizde geçmişte mobbing ile alakalı inşaat/yapı sektörüne yöne-lik yapılmış akademik çalışmalar görülmektedir. Kandaz tarafından ya-pılan tez çalışmasında, Eskişehir ve Kütahya’daki inşaat sektörü özelin-


219

de, gerek çalışanlar arasında gerekse ast-üst ilişkileri içinde mobbing (psikolojik yıldırma) yapılıp yapılmadığı, ilk aşamada kamu ve özel sek-tör için karşılaştırmalı olarak incelenmiştir (Kandaz, 2011). Bu çalışmada, hazırlanan anket çalışması ile çalışanların mobbing ve işyerinde cinsel taciz arasında temel bir farklılığın olduğu vurgulanmış, katılımcıların mobbinge maruz kalıp kalmadıkları, son derece açık ve net sorularla tespit edilmeye çalışılmıştır. İkinci aşamada, bu karşılaştırmalı çalışma içinde, cinsiyet bazında, iş deneyimi, yaş ve iş pozisyonları bazında da farklılıkların olduğu görülmüş ve analizlerle ortaya konmuştur. Buna göre iş deneyimi, pozisyon, cinsiyet bazında temel farklılıklar olmasına rağmen çarpıcı bir biçimde özel ve kamu sektörleri arasında mobbing boyutları arasında farklılık olmadığı ancak mobbinge uğrama sıklıkları açısından farklılıkların olduğu ortaya konmuştur. Bu çalışma sonucunda yazar mobbing’e daha çok kimlerin ve hangi şiddet haline maruz kaldı-ğını tespit etmiştir.

Bakırcıoğlu’nun hazırladığı tez çalışmasında ise, daha geniş bir çer-çevede ve örneklem (purposive sampling) metodunu kullanarak istatis-tiksel sonuçlara varılmıştır. Üç bölümden oluşan bulgu bölümünün ilki mobbing’e maruziyeti ölçmek ile ilgili olmuştur. İkinci bölümde, mob-bing’e karşı verilen tepkiyi değerlendiren yazar, son bölümde alınacak önlemler ile ilgili önerilerde bulunmuştur (Bakırcıoğlu, 2012). 2015 yılın-da yayınlanan “İnşaat Sektöründe Mobbing Sorunsalı” (Genç, Erdiş, 2015) isimli makalede yazarlar, Adana ili kapsamında bir çalışma yap-mışlardır. Sadece teknik personele yönelik yapılan bu çalışmada farkın-dalık düzeyi ölçülmüş ve ayrıca mobbing şiddetine maruz kalan çalışan-ların verdikleri tepkiler analiz edilmiştir. Şahin tarafından hazırlanan bir çalışmada, genel olarak mobbing’in kişide ve toplumda yarattığı olum-suz etkiler irdelenmiş ve risk değerlendirmesi çalışmalarının etkili olup olamayacağına dair tespitlerde bulunulmuştur (Şahin, 2015). Karal tara-fından hazırlanan tez çalışmasında ise, Rize ve Trabzon illerini kapsaya-cak biçimde ve sadece inşaat mühendislerine yönelik, çalışanların mob-bing algısı üzerine bir araştırma yapılmıştır (Karal, 2018).

Hazırladığımız bu çalışmada ise, geçmişte çalışılan konulara ilaveten mobbing’in iş kazalarına ve meslek hastalıklarına ne ölçüde etki edebile-


220

ceği irdelenmiştir. Bununla birlikte, hedef gurup sadece teknik personel değil, inşaat sektöründe görev yapan bütün çalışanlardır.

Bu çalışmanın amacı; mobbingin iş kazaları ve meslek hastalıkları ile illiyet bağını araştırmak, buna çözüm üretmektir. Sosyal Güvenlik Ku-rumu’nun 2017 yılı iş kazası ve meslek hastalığı istatistikleri (4-1/a) veri-lerine göre ülkemizde ortalama olarak her gün 1’den fazla inşaat sektö-ründe çalışan insanımız hayatını ne yazık ki iş kazasından dolayı kay-betmektedir5. Bu acı olayların sebebinin genellikle iş yerlerinde, özellikle şantiye ortamında, fiziksel koşulların sağlanamaması olduğu düşünül-müştür. Oysa ki burada iş kazalarının dikkatsizlikten dolayı meydana gelebileceğini ve bu dikkatsizliğin psikolojik sebeplerini iyice araştırmak gerekmektedir. Aynı şekilde, meslek hastalıklarının da sadece fiziksel etkenlerden dolayı meydana geldiği düşünülmektedir. 2013 yılında Öz-kan ve Devecioğlu Kayseri’de mesleki stres kaynaklı tükenmişliği ve hayat tatminini 217 muhasebe çalışanı üzerinde gözlemlemiştir. Sonuç-lar; mesleki stresin yaşam tatmininde olumsuz etkilerinin olduğunu göstermiştir (Quereshi, Janjua, Raja, Iftikhar, Zaman, Javed, 2013).

Dünyada iş kazaları oranı yüzde 44, meslek hastalıkları oranı yüzde 56 iken, Türkiye’de iş kazaları oranının yüzde 99,998; meslek hastalıkla-rının ise yüzde 0,002 (on binde 2) olması çok açık bir çelişki oluşturmak-tadır. Dünyada her yıl 160 milyon kişi meslek hastalıklarına yakalanıyor iken Türkiye’de sayının çok az olması; yine dünyada her yıl 2 milyon kişi meslek hastalıklarından dolayı yaşamını kaybederken Türkiye’de ölüm sayısının 2006’da “9”, 2007 ve 2008’de “bir (1)”, 2009’da “0”, 2010’da “10”, 2011’de “10”, 2012’de “bir (1)”, 2013, 2014, 2015 ve 2016’da “0” ol-ması hiç anlaşılır değildir6. Bu durum aslında meslek hastalıklarının Türkiye’de çok da fazla bilinmediğini veya bilinse bile tanı koyma konu-sunda bir problem yaşandığını göstermektedir.

Her ne kadar ülkemizde mesleki psikolojik hastalıklar meslek hasta-lıkları listesinde yer almasa da Dünya’daki pek çok ülkede bu durum mevcuttur. İlk olarak 2010 yılında Uluslararası Çalışma Örgütü (ILO)

5 http://www.sgk.gov.tr/wps/portal/sgk/tr/kurumsal/istatistik/sgk_istatistik_yilliklari 6https://www.mmo.org.tr/sites/default/files/ISG%20raporu%202018.pdf

http://www.sgk.gov.tr/wps/portal/sgk/tr/kurumsal/istatistik/sgk_istatistik_yilliklari

https://www.mmo.org.tr/sites/default/files/ISG%20raporu%202018.pdf


221

güncel meslek hastalıkları listesinde zihinsel ve davranışsal bozukluklar olarak yer almıştır. Dünya için önemli bir sorun teşkil eden mobbing kaynaklı psikolojik meslek hastalığının daha detaylı araştırılması ülke-miz içinde bir amaç haline gelmelidir.

Bu çalışmada; öncelikle Leymann’ın mobbing ölçeğine göre çeşitli soru taslağı oluşturulmuştur. Anketin en başında katılımcıya çalışmayı tanıtan ve istenilenleri anlatan kısa bir ön yazı eklenmiş, daha sonra katı-lımcıya ait kişisel bilgileri kapsayan 15 adet soruya yer verilmiştir. Hazır-lanan taslak sorulardan uygun bulunan ve katılımcının çok fazla vaktini almayacak şekilde 32 soruluk bölüm anketin temel bölümünü oluştur-muştur. 5 seçenekli Likert ölçeğiyle hazırlanan bu bölümden sonra mob-bing’e maruz kaldığını düşünen katılımcılar mobbing’in iş kazaları ve meslek hastalıklarını irdeleyen 17 soruluk çoktan seçmeli, kısa yanıtlı soruları cevaplamışlardır. Bu bölümün son kısmında yine Likert ölçeği ile hazırlanan 25 sorudan oluşan sağlık sorunları değerlendirmesi yapıl-mıştır. Son olarak, katılımcının yorumu ve tavsiyesini istediğimiz serbest bir bölüm ilave edilmiştir. İstanbul İnşaat Mühendisleri Odası üyelerine, inşaat sektörü firmalarına ve inşaat sektörü çalışanlarının üye olduğu çeşitli sosyal medya gruplarından ulaşılan kişilere internet üzerinden anket soruları gönderilmiş ve 169 kişiden yanıt alınmıştır. Bu yanıtlar doğrultusunda da gerekli istatistiki analizler ve değerlendirmeler yapıla-rak çalışmanın sonucuna varılmış ve çözüm önerilerinde bulunulmuştur.

MOBBING TÜRLERİ ve UYGULAYICILARI

Yön bakımından üç adet mobbing tipiyle karşılaşılma ihtimali var-dır. Bunların ilki en sık rastlanan tür olan düşey mobbing’tir. Yani, üst’ün (patron ya da amir/şef) ast’a uyguladığı psikolojik şiddet, baskı-dır. İkinci tip olarak, aynı düzey çalışanlar arasında meydana gelebilecek olan yatay mobbing’tir. Üçüncüsü ise; nadir olarak rastlanabilecek astın üstüne uygulayabileceği mobbing türüdür. Bunları detaylı olarak ince-lemek gerekirse;


222

Mobbing Türleri

Düşey Mobbing

Mobbingin umumiyetle en sık görülen biçimi üsttekilerin alttakilere karşı sergiledikleri mobbing hareketleridir. Yönetici olanlar, söz hakkı vermeme, toplantılarda azarlama, saf dışı bırakma, yetkilerini daraltma gibi yöntemleri çalışanlara karşı uygulayarak egemenlik oluşturmaya çalışırlar. Bu şekil yönetimi tatbik eden yöneticiler, menfaatlerini muha-faza edecek başka bir sistem bulamadıkları ve kendilerine güvenemedik-leri için mobbingi bilinçsizce uygularlar (Temizel, 2013).

Yatay Mobbing

Literatürde işlevsel ya da fonksiyonel mobbing olarak da geçmekte-dir. İşyerinde mobbingin suçunu işleyenler, mağdur ile benzer görevler-de ve benzer şartlara sahip, aynı konumdaki iş arkadaşlarıdır. Örneğin; eşit imkanlar içinde çalışan kişilerin birbirlerini çekememezliği, rekabet, çıkar çatışması, kişisel memnuniyetsizlikler gibi (Atman, 2012).

Dikey Mobbing

Aynı zamanda hiyerarşik mobbing olarak da karşımıza çıkan bir mobbing türüdür. İşyerinde üst kademeden alt kademeye ya da alt ka-demeden üst kademeye yöneltilen psikolojik taciz "dikey mobing" olarak tanımlanmaktadır. Dikey mobingin sık karşılaşılan sebepleri:

• Sosyal imajın tehdit edilmesi (Amirinden daha başarılı bir astın varlığı),

• Yaş farkı (Amirinden daha genç bir astın durumu),

• Arka çıkma işi (Arka çıkılan kişi eğer amir ise, istediği her şeyi yapma gücünü kendinde görmesi durumu),

• Siyasi nedenler (Astın amiri ile aynı siyasi görüşte olmaması) (Bakırcıoğlu, 2012).

Mobbing’in Tarafları

İş yaşamında mobbing olgusunu yaratan farklı karakteristik ve fizik-sel özelliklere sahip bireylerdir. Dolayısıyla, bu durumu yaratan taraflar


223

olmalıdır. Bu kişiler üç gurupta toplanmaktadırlar. Her birinin farklı kimliği, kültürel özellikleri, sosyal statüleri ve ekonomik durumları olan mobbing’in ilgili tarafları şu şekildedir:

• Mobbing’i uygulayan kişiler (saldırganlar, tacizciler, zorbalar).

• Mobbing mağdurları (kurbanlar, hedefler)

• Mobbing izliyecileri.

Bu kadar farklı karakterde insan bu olgunun içinde yer alması herke-sin mobbing tehliksei ile karşı karşıya gelebileceğini düşündürebilir. Hat-ta birey ilk önce izleyen konumundan mağdur duruma ve daha sonra da uygulayan kişi durumuna geçebilir. Mobbing’in çetrefilli bir olgu, bir sorunsal olmasının iyi bir özeti olarak bu durumu düşünebiliriz. Tüm bu tarafları tek tek ele almak gerekirse:

Mobbing Uygulayanlar (Tacizciler, Zorbalar, Saldırganlar)

Mobbing uygulayanların ruhsal durumlarıyla ilgili olarak yapılmış deneysel bir araştırma mevcut değildir. Ancak insanların işyerinde baş-kalarına psikolojik taciz uygulamalarının nedenlerine ilişkin olarak yapı-lan araştırmalarda, çoğu kez tacizcilerin ruhsal durumları ve eylemleri temel alınmakta ve genellikle bu kişilerin kendi eksiklerini gidermek amacıyla diğer çalışanlara mobbing uyguladıkları görülmektedir. Gerçek mobbingciler, farklı kişilik özelliklerinin dışına çıkan bireylerdir. Çünkü bu kişilerin aniden değişebildikleri ve hiçbir kişilik grubuna tam anla-mıyla oturmadıkları bilinmektedir. Ancak çevrelerinde sergiledikleri davranışlarla tanımlanabilmeleri mümkündür (Tınaz, Bayram, Ergin, 2008). Yazarlara göre daha sık rastlanan 5 tip tacizci vardır. Bunlar;

Narsist Mobbingciler

Acı duyma yetisinden yoksun oldukları için ve her ne kadar kabul-lenmeseler de sürekli kendileriyle iç çatışma içinde oldukları için, bu durumlarını başkalarına yükleyerek ayakta durmaya çalışan kişilerdir.

Bunlar aynı zamanda kendilerini çok üstün ve mükemmel bir varlık olarak görürler (Tınaz, 2006).


224

Hiddetli, Bağırgan Mobbingciler

Bu karaktere sahip tacizciler, içlerindeki öfkeyi bastıramadıkları için ve sorunlarla başa çıkmayı iyi bilmedikleri için başka kimseleri kendilerine hedef olarak seçerler. Hedef aldıkları bu kişileri mütemadiyen aşağılamaya çalışırlar ve işlerinden etmekle de tehdit ederler. Her şeyin onların istediği gibi olmasını beklerler. Yine mütemadiyen kendilerinin üst olduğunu karşısındakinin ast olduğunu hatırlatmadan edemezler. Ayrıca, aradıkları kişiyi yerinde bulamadıklarında tahammül sınırları aşılmış olur (Tınaz, 2006).

İkiyüzlü Yılan Mobbingciler

Diğer çalışanların terfi almasını, başarılı olmasını istemedikleri için sürekli olarak kötülük, fesatlık peşinde koşarlar. Karşısındakini strese sokmaya çalışarak mahvetmenin yolunu arar. Bununla beraber saldır-ganlıklarını gizlemek için sürekli gülümserler. Nadiren iyilikler de ya-parlar. Başkalarına kendilerini iyi gösterirken hedeflerine karşı sürekli kaba davranışlarda ve olumsuz yorumlarda bulunurlar. Mobbing mağ-duruna karşı hiçbir şekilde esnek davranmazlar (Tınaz, 2006).

Megaloman Mobbingciler

Bu mobbingci türü de narsist mobbingci ile benzer özellikler göster-mektedir. Bu kişilerde kendilerine güvensiz oldukları için başkaları ile uğraşmaktan zevk alırlar. Bununla birlikte, nefret, kıskançlık gibi duygu-ları yüksek olur (Tınaz, 2006). Kuralcı yapılarıyla da herkesin onlara uymasını şart koşarlar. Özellikle başarılı olabilecek kişileri kendilerine kurban seçerek, koydukları bu kurallara riayet etmelerini beklerler (Ya-vuz, 2007).

Hayal Kırıklığına Uğramış Mobbingciler

Çalışma yaşamı dışında yaşanan tüm olumsuz duygular, tüm yeter-sizlikler veya kötü deneyimler, bu mobbingciler tarafından işyerinde başkalarına yansıtılır. Daima başkalarına karşı kıskançlık ve haset duy-guları mevcuttur (Tınaz, 2006). Yine Yavuz’a göre bu tipteki mobbingci-ler genelde kadın olur. Çünkü; kadın karakterinin daha duygusal ve


225

problemlerden daha kolay etkilenebilir olması muhtemeldir (Yavuz, 2007).

Mobbing’e Maruz Kalan Kişiler (Kurbanlar)

Mobbing uygulayan kişilerin de birbirinden farklı karakteristik özel-likleri vardır. Cinsiyet ve hiyerarşi farkı gözetmeksizin, tüm kültürlerde ve tüm iş yerlerinde gerçekleşen bir olgudur. Dolayısıyla işyerinde psi-kolojik tacize maruz kalma veya bir diğer deyişle hedef kurban olma riski, çalışma yaşamında yer alan herkes için geçerlidir (Tınaz, Bayram, Ergin, 2008).

Daha çok çalışkan ve dürüst bireylerin işyerinde psikolojik tacize maruz kalma olasılığının yüksek olduğu söylenebilir. Başarılı ve çalışkan bir kişi, başkalarının kendisine karşı kıskançlık duyguları geliştirmeleri-ne sebep olur. Bazen de dikkatsizlikleriyle ve yavaş hareketleriyle birey-ler kendilerine mobbing yapılmasına davet eder adeta. Ancak, ne olursa olsun hiç kimse psikolojik şiddet gibi etik ve ahlak dışı eyleme maruz kalmayı hak etmez. Bu davranış biçimi kesinlikle zararlı, affedilmez ve yasa dışı bir eylemdir (Tınaz, Bayram, & Ergin, 2008). Leymann kurban-lar ile ilgili olarak oldukça kısa ve net bir tanım yapmıştır: “Kurban, ken-disinin kurban olduğunu hissedendir” (Leymann, 1990).

Mobbing süreci içerisinde kurbanın yaşadığı ruh hali şu şekildedir;

• Hastalık belirtileri ortaya çıkar, hastalanır, işe gelemeyebilir ve işine son verilir.

• Stres yaşar ve buna bağlı olarak psikosomatik belirtiler ortaya çı-kar. Bazen ağır bir depresyon yaşar, intihar etmeyi düşünebilir ve hatta intihar edebilir.

• Kendini hep arka planda hisseder ve diğer çalışanların dışında kalmış hisseder.

• Bir taraftan kendisinin suçsuz olduğuna inanır, diğer taraftan ise her şeyi hep kendisinin yanlış yaptığını düşünür.

• Kendine güveni sarsılmıştır ve genel bir kararsızlık durumu söz konusudur.


226

• Ya her türlü sorumluluğu reddeder ya da her şeyden kendisni so-rumlu görür (Tınaz, Bayram, & Ergin, 2008).

Tınaz’a göre dört farklı tipteki mağdur kişilerin genel karakter özel-likleri ise şöyledir:

• Yalnız: erkeklerin yoğun olduğu bir ofiste çalışan tek bir kadın veya kadınların çok sayıda olduğu bir işyerinde çalışan tek bir erkek ola-bilir

• Acayip: Bir şekilde diğerlerinden farklı ve başkalarıyla kaynaş-mayan herhangi bir kişi söz konusudur. Bu, farklı tarzda giyinen bir bi-rey olabileceği gibi, engelli veya yabancı bir kişi de olabilir. Bazen, sırf evlilerin bulunduğu bir ofiste tek bekar veya sadece bekarların çalıştığı bir ofiste tek evli kişi olmak dahi, mobbinge maruz kalmaya yeterli ne-dendir. Azınlık bir gruba dahil olan kişinin mobbinge uğrama olasılığı çok yüksektir

• Başarılı: Önemli bir başarı göstermiş, amirinin veya doğrudan yönetimin takdirini kazanmış ya da bir müşterinin övgüsünü almış bir kişi, kolayca çalışma arkadaşları tarafından kıskanılabilir. Bireyin arka-sından her türlü oyunlar oynanır, söylentiler çıkarılır ve çalışması sabote edilebilir.

• Yeni gelen: Daha önce o pozisyonda çalışan kişinin çok seviliyor olması veya yeni gelenin, orada çalışanlardan daha fazla bir takım özel-liklerinin bulunması, mobbing kurbanı olma riskini artırır. Kişi, daha kaliteli olabilir veya hatta sadece daha genç ya da güzel olabilir (Tınaz, 2006).

Mobbing İzleyecileri

Sürecin içindeki aktif ya da pasif mobbing uygulayıcıları olarak bah-sedilebilir bu kişilerden. Hatta Henry Walter’ın deyimiyle “dolaylı mob-bingciler” olarak tanımlanırlar. Genelde bu izleyici konumunda olanlar, ikiyüzlü, sorumluluktan kaçınan, arabulucuymuş gibi davranan, özgü-venleri yüksek ve anahtar kişi konumunda olan karakterlerdir (Tınaz, Bayram, & Ergin, 2008).


227

İzleyicileri üç ana başlıkta ele almak mümkündür. Bunlar, mobbing uygulayanın ortağı olabilirler, ilgisiz davranabilirler ya da gergin atmos-ferden haz etmeyen muhalif tarafta olabilirler. Bu kişileri ortaya koyduk-ları davranışlar bakımından beş farklı tipleme altında inceleyebiliriz (Tınaz, Bayram, & Ergin, 2008):

• Diplomatik: Muhalif tavır koyan grubun içerisindedirler. O yüz-den mobbing olgusunda aktif olarak rol alırlar. Sevilen veya nefret edilen bir karakter olduğu için ileride kurban durumuna da düşme ihtimalleri vardır.

• Yardakçı: Bu kişiler de daha çok psikolojik şiddet uygulayanlarla beraber etme eğilimindedirler. İlk önce kendilerini güvenilir bir insanmış gibi gösterirler ancak daha sonra amirleri eğer bir başka kişiye şiddet uyguladığını gördüyse amirine destek vermekten geri durmaz.

• Meraklı: Başka kişilerin sağlık ve özel yaşamları ile ilgili meraklı tavır sergileyen bir karakterdir. Ancak, mobbing mağduru olan bir kişi bile kendisinin bu meraklı tavrından bunalarak ondan kaçar.

• Bir şeye karışmayan: Olaylara karşı tamamen ilgisiz ve duyarsız-lardır. Olumlu ya da olumsuz tüm olaylardan kendilerini uzak tutarlar ve başlarına bir iş gelir korkusuyla hiç bir fikir beyan etmezler.

• Sahte masum: Olaylar karşısında belli bir görüşü vardır. Ancak, ilgisizmiş gibi dursa da şiddet uygulayan kişiye destek olur. Çünkü, bu karakterin tercihi kendini sağlama almaktır ve güçlü olanın yanında yer alır. Hatta daha sonra çalıştığı ortamda hiç mobbing olayı olmamış gibi konuşabilir.

Mobbing’de Süreç

Mobbing, bir işyerinde aniden gelişen bir durum değildir ve belli aşamaları vardır. Davenport ve arkadaşları 2003 yılında mobbing’in ev-releri ile ilgili bir çalışma gerçekleştirmiştir. Bu çalışma sonucunda mob-bing’in 5 aşamadan geçtiğine kanaat getirmişlerdir. Tablo 1’de gösteril-diği gibi bu süreç, anlaşmazlıkların yaşanması ile başlar ve mağdur kişi-nin bir takım sağlık sorunları yaşamasıyla, son olarak da işinden olma-sıyla süreç tamamlanır.


228

Psikolojik şiddeti uygulayanlar da ise bu süreç agresif ve düşmanca hareketler göstermekle başlar. İkinci olarak, bu davranışların bir kez ve birbirinden bağımsız olarak gerçekleşen davranışlar değil, belirli bir sü-redir devam eden ve belirli bir sıklıkta gerçekleşen davranışlar olmasıdır. Üçüncü olarak, taraflar arasında belirgin bir güç dengesizliğinin bulun-masıdır. Bu güç dengesizliği nedeniyle kurban eşit koşullarda kendisini savunamayacağı hissine kapılmaktadır. Söz konusu güç dengesizliği, kurumsal hiyerarşiden kaynaklanan resmi bir güç farklılığı olabileceği gibi, bireysel, durumsal ya da toplumsal güç farklarından da oluşabil-mektedir (Laleoğlu, Özmete, 2013).

Tablo 1. Mobbing Süreci (Davenport, Distler, Elliot, 2003)

1. Aşama • Anlaşmazlığın başlaması. • Mobbing henüz davranış değildir.

2. Aşama • Saldırgan eylemler artar. • Mobbing başlamıştır.

3. Aşama • Yönetim çoğunlukla negatif döngünün içinde yer al-maya başlar.

4. Aşama • Bu aşamada mağdur ruhsal sorunları olan problemli kişi olarak etiketlenir.

• İşten kovulma ya da zorunlu istifa gerçekleşebilir. 5. Aşama • Süreçte yaşanan olaylar ve travma stres bozukluğunu

tetikler. • Duygusal gerilim ve onu izleyen psikosomatik hastalık-

lar devam eder, hatta yoğunlaşır. • İşine son verilme sürecidir.

Bu tablodan anlaşılacağı üzere işyerinde maruz kalınan duygusal ta-ciz kişinin hem sağlığını, hem de ekonomik anlamda olumsuz etkisi ola-bilmektedir.

Mobbing Dereceleri

Mobbing mağduru bir kişi yaşadığı olumsuz süreçten ve tâbi tutul-duğu testten sonra bir değerlendirmeye varılır. Mobbingin derecesini değişik etmenler belirlemektedir. Mobbingin şiddeti, süresi ve sıklığına ek olarak, kişilerin psikolojileri, yetişme şekilleri, geçmiş deneyimleri ve


229

genel koşullar mobbing derecesini belirleyen unsurlar şeklinde belirlen-mektedir (Ekiz, 2010). Davenport ve arkadaşlarının yapmış oldukları çalışmalara göre kişiler üzerindeki etki üç derecede tanımlanmıştır.

Birinci Derece Mobbing

Davenport, Distler, Elliot (2003)’a göre, mobbing seviyesinde, iş ar-kadaşlarından veya yöneticilerinden küçük düşürücü davranışlar gör-mek insanları şaşırtmakta, sıkıntı ve üzüntü vermektedir. İnsan kızgınlık veya öfke duyabilmektedir. Bazı çalışanlar bu duruma karşı koymaya çalışırken bazıları ise olan biteni hoş görüp, iyi niyet sergileyebilmekte-dir. Bu ortamdan rahatsızlık duymaya başlayan çalışanlar başka bir iş aramaya başlamaktadırlar. Bu seviyede çalışanın ailesi, arkadaşları ve sosyal ilişkileri etkilenmemektedir. Çalışanlar için meditasyon, egzersiz gibi kendilerini rahatlatıcı şeyler ya da hobi ile ilgilenmek gibi dikkat dağıtıcı ve dengeleyici işlerle uğraşmak ise genelde geçici çareler olmak-tadır.

Psikolojik tacize maruz kalan mağdur ağlama, zaman zaman uyku bozuklukları, alınganlık, konsantrasyon eksikliği, sinir bozuklukları ya-şayabilmektedir. Mobbing uygulayıcısının davranışlarına karşın mağdur dik duruş sergiler, direnmeye çalışır, erken aşamalarda ise olaylardan kaçar veya aynı işyerinde ya da farklı bir yerde tamamen rehabilite edi-lebilmektedir (Ekiz, 2010).

İkinci Derece Mobbing

Sıklığı yüksek bir oranda psikolojik teröre maruz kalan kişide yük-sek tansiyon, kalıcı uyku bozuklukları, mide bağırsak sorunları, konsant-rasyon bozuklukları, sinir bozuklukları, aşırı kilo alma veya verme, dep-resyon, sigara, alkol ya da ilaç alışkanlığı, işyerinden kaçma isteği alışıl-madık korkular ve kabuslar meydana gelebilmektedir.

Psikolojik şiddet mağduru psikolojik tacizi uygulayan kişinin davra-nışlarının sürekliliği ve sıklığı karşısında zayıf düşmekte, kişinin psikolo-jik ve bedensel olarak sağlığı bozulmaya başlamaktadır. Direnç göster-menin bir anlamı olmadığını düşünen mağdur, işe sık sık geç kalmak, işe gitmemek, sıklaşan hastalık izinleri veya raporlar kullanarak bulunduğu


230

ortamdan bir şekilde uzaklaşma, kaçma çabası içerisine girmektedir. Mağdurdaki değişiklik çevresindeki kişilerce fark edilmektedir. Nitekim bunun kısa bir süreliğine olduğu zannedilerek üzerinde durulmamakta-dır. Bu hastalığın devamlılığı halinde aile ve arkadaşlar bir şeylerin ters gittiğini anlayabilmektedirler. Mağdur bu durumlarda psikolojik yardım alma gereğini hissedebilmektedir (Ekiz, 2010).

Üçüncü Derece Mobbing

Mağdur artık iş göremez haldedir. İşe son derece isteksiz ve hatta korku içerisinde gitmeye çalışmaktadır. Ciddi sağlık sorunları yaşamaya başlamıştır. Bunlar şiddetli depresyon, panik atak geçirme, kalp krizi, intihara kalkışma, başkalarına zarar verme eğilimi gibi fiziksel ve ruhsal rahatsızlıklardır. Ancak uzun süren ve özel bir tedavi ile iyileşme süreci mümkün olabilmektedir (Ekiz, 2010).

Hukuksal Açıdan Mobbing

Ülkemiz sosyal hukuk devletidir. Dolayısıyla sorunların görülecek tek ve yegane mercii adli kurumlardır, adalettir. Haksızlığa uğradığını düşünen birey haklı iken haksız duruma düşmemek için mutlaka bu yola başvurmalıdır.

Ülkemizde mobbing davalarında özellikle son yıllarda ciddi bir atış gözlemlenmektedir. Çalışma ve Sosyal Güvenlik Bakanlığının verilerine göre 2011 ila 2016 yılları arasında ALO 170 hattına 38 bin 262 mobbing ihbarında bulunulmuştur. Bunların %8.4’ü şikayete dönüşmüştür7. Mob-bing ile Mücadele Derneğinin 2019’un başında yapmış olduğu açıklama-ya göre de mobbing davalarında artış olduğu söylenmektedir8. Dün-ya’da ise, ILO’nun verilerine göre mobbing yüzünden 8 milyon iş gücü kaybı yaşandığı belirtilmektedir. Ancak Türkiye’de bu rakamın ne kadar olduğu konusunda bir bilgi mevcut değildir. Yapılan şikayetlerin nedeni ise; iş yükünün artırılması (%22.99), ceza verilmesi (%14.93), iş yapması-na engel olma (%13.71), performans (%11.41), iletişim kesilmesi (%10.58),

7 https://t24.com.tr/haber/5-yilda-38-bin-kisi-mobbing-ihbarinda-bulundu-ilk-sirada-

hastaneler-ve-fabrikalar-geliyor,474269 8 http://www.tyb.org.tr/mobbing-davalari-artiyor-36780h.htm

https://t24.com.tr/haber/5-yilda-38-bin-kisi-mobbing-ihbarinda-bulundu-ilk-sirada-hastaneler-ve-fabrikalar-geliyor,474269


http://www.tyb.org.tr/mobbing-davalari-artiyor-36780h.htm


231

iş akdinin sonlandırılması (%5.94), özel hayatın gizliliği (%2.41) şeklinde sıralanmaktadır4

Human Resource Management’ın ülkemizde yapmış olduğu araş-tırmaya göre katılımcıların %81’i psikolojik şiddete maruz kaldığını be-lirtmiştir. Bu rakamın batı ülkelerine oranla çok daha fazla olduğunu göstermektedir. Ayrıca hamile işçilerin ve iş kazasına maruz kalanların mobbing’e daha çok maruz kaldığı görülmüştür (Palabıyık, 2018).

İŞ GÜVENLİĞİ VE MOBBING

İş kazaları ve meslek hastalıklarının genellikle fiziksel sebepler, ted-birsizlik, dikkatsizlik, iş güvenliği kurallarına uymama, kimyasal toz-lar/birleşenler ve bunun gibi nedenlerden dolayı meydana geldiği dü-şünülmektedir. Oysa ki kaza ya da hastalıkların sebebi psikolojik etmen-lere bağlı da olabilir. İş yerinde patron, amir, şef, denk çalışan veya ast çalışan tarafından maruz kalınan olumsuz davranışlar çalışan üzerinde kazalara ve hastalıklara neden olabilecek ağır hasarlara yol açabilir. Kişi, bu yüzden önce işinden olup daha sonrada mesleğini yapamayacak du-ruma gelebilir. Böylelikle sadece kendisi değil şirket profili ve ülke eko-nomisi de olumsuz şekilde etkilenebilir.

Bu çalışmada, mobbing’in iş güvenliği ve meslek hastalıklarına etki-lerini belirleyebilmek için bir anket çalışması yapılmıştır. Uygulanan bu çalışmanın ayrıntıları bir sonraki bölümde anlatılmıştır.

ÇALIŞMA YÖNTEMİ

İnşaat sektöründe mobbing’in ölçülmesi ve iş sağlığı, meslek hasta-lıklarına etkilerinin gözlemlenmesi için Google Form’dan yararlanılmış-tır. Burada hazırlanan anket çeşitli sosyal medya araçlarıyla ve İstanbul İnşaat Mühendisleri Odasının yardımıyla binlerce inşaat sektöründe çalı-şan insana ulaştırılmıştır. 4 bölümden oluşan ankette, ilk olarak katılım-cıların genel demografik ve iş bilgileri sorulmuştur. Daha sonra, likert ölçeği ile mobbing’e maruziyeti ölçmek adına 32 soru yöneltilmiştir. Bu 32 soru analizlerde 8 soru kategorisine ayrılmışlardır. Bunlar; diyalog, hakaret, pasifize, rahatsızlık/taciz, güven, aşağılama, özel hayat ve teh-dit ile ilgili sorulardır. Cinsel taciz ile ilgili bir soru yer aldığı için betim-


232

sel istatistik dışında başka bir analize dahil edilmemiştir. Tablo 2’de Soru kategorileri ve sorular görülebilir.

Tablo 2. Anket Soru Kategorileri ve Sorular

Soru Kategorile-ri

Sorular

Diyalog1 İşyerinizde kendinizi rahatlıkla ifade edemediğiniz zamanlar oldu mu?

Diyalog2 Kendinizi ifade etme konusunda amiriniz tarafından ne sıklıkta kısıtlamaya maruz kalıyorsunuz?

Diyalog3 Üstlerinizle rahat bir şekilde diyalog kuramadığınız zaman oldu mu?

Diyalog4 Hoşunuza gitmeyecek şekilde ya da rahatsız edici bir lakapla size hitap edildiği oldu mu?

Hakaret1 Size karşı hakaretamiz konuşmalar yapıldı mı?

Hakaret2 Maddi ve / veya sosyal durumunuzla ilgili alay edildi mi?

Hakaret3 Yaptığınız iş ne sıklıkta kötü anlamda eleştiriliyor?

Hakaret4 Sorumluluğunuzda olmayan işlerden dolayı azar-landığınız ve/veya hakarete uğradığınız oldu mu?

Hakaret5 Hakkınızda doğruluğu ispatlanamayacak asılsız id-dialar ortaya atıldı mı?

Hakaret6 Kazandığınız maaş amiriniz tarafından dedikodu konusu yapıldı mı?

Güven1 Vermiş olduğunuz kararlara ve yapmış olduğunuz işlere hep şüpheyle bakıldı mı?

Güven2 Diğer çalışanların gözünde güvenilmez bir kişi ola-rak düşürüldüğünüz oldu mu?

Rahatsızlık1 Sizi rahatsız edecek şekilde yüksek sesle müzik din-


233

leme, telefonla yüksek sesle konuşma ve bunun gibi başka işinizi bölecek durumlarla karşılaştığınız oldu mu?

Rahatsızlık2 Yanınızda sizi kasıtlı olarak rahatsız edecek şekilde sigara içildiği oldu mu?

Rahatsızlık3 İşyerinizde kamera varsa sürekli olarak takip edildi-ğinizi hissettiğiniz oldu mu?

Rahatsızlık4 Sizin zimmetinizde olan bilgisayar, kırtasiye malze-meleri, evraklar vb. eşyalar size sorulmadan kulla-nıldı mı?

Aşağılama1 Mezun olduğunuz okul yada bölüm ile aşağılayıcı ifadeler kullanıldı mı?

Aşağılama2 Mesleki bilgi ve becerileriniz sorgulanarak küçük düşürüldünüz mü?

Pasifize1 Mesleki bilgi ve becerilerinizin altında işler verildi mi?

Pasifize2 Sizinle ilgisi olmayan işlerin sorumluluğu size veril-di mi?

Pasifize3 Hiç bir iş verilmeyerek pasifize edildiğiniz oldu mu?

Pasifize4 Kasıtlı olarak altından kalkamayacağınız büyüklükte işler size verildi mi?

Pasifize5 Mesaiye kalma durumu gerekmese bile mesaiye zor-la bırakıldığınız oldu mu?

Pasifize6 Sizin konunuzla alakalı gelişmeler olduğunda size haber verilmediği oldu mu?

Pasifize7 Sizinle ilgili şirket içi seminerlere, toplantılara veya eğitimlere davet edilmediğiniz oldu mu?

ÖzelHayat1 Özel hayatınıza müdahale olundu mu?


234

ÖzelHayat2 Politik düşünce, etnik köken, dini inanç, cinsel tercih vb. özel konulardan dolayı çalışma ortamından dış-landığınız oldu mu?

Tehdit1 Sözlü ve/veya yazılı olarak tehdit edildiğiniz oldu mu?

Tehdit2 Evinize ya da değerli bir eşyanıza zarar verildi mi?

Tehdit3 İşten kovulmakla tehdit edildiniz mi?

Tehdit4 Ailenizle tehdit edildiniz mi?

CinselSaldırı1 Cinsel tacizde bulunuldu mu?

Buradaki sorular, Leymann’ın 45 soruluk mobing ölçeğine benzer olarak fakat tamamen aynı olmayacak şekilde hazırlanmıştır. Ayrıca; tezi hazırlayan yazarın tecrübelerine göre de bir kaç soru ilave edilmiştir. Üçüncü bölümde; katılımcılardan eğer ikinci bölümde 4 ve/veya 5 nu-maralı ölçeği işaretlemeleri halinde bu bölümü de cevaplamaları rica edilmiştir. Bu bölüme cevap veren katılımcı sayısı ise 120 olmuştur. Yani, toplam katılımcıların%71’i mobbing’e maruz kaldığını düşünerek ve o yönde cevaplar vererek iş sağlığı, meslek hastalığı, hukuksal süreçlerin ölçülmesi adına hazırlanan sorularımıza yanıt vermişlerdir. Bu bölümün son sorusu ise yine likert ölçeği ile hazırlanarak rahatsızlık, hastalıkların ölçümü için 25 hastalık türünün yer aldığı kısım olmuştur. Serbest bölüm olan son bölümde ise; katılımcılardan bu duruma karşı yapılabilecek çözüm önerileri ve tavsiyeleri alınmıştır. Daha sonra gelen cevaplar ana-liz edilmek için SPSS v.22 programına aktarılmış ve öncelikle, analiz gü-venilirlik testi olarak Cronbach alfa yöntemi kullanılmıştır. Psikolojik özelliklerin ölçülmesinde kullanılan ölçeklerin güvenirliğinin belirlen-mesinde yaygın olarak “Cronbach alfa güvenirlik katsayısı” kullanılmak-tadır. Cronbach tarafından 1951 yılında geliştirilen alfa katsayısı yönte-mi, maddeler doğru-yanlış şeklinde (iki durumludikotomal) puanlan-madığında, 1-3, 1-4, 1-5 gibi sıralı (ordinal) puanlandığında, kullanılması uygun olan bir iç tutarlılık tahmin yöntemidir. Cronbach alfa katsayısı, ölçekte yer alan k maddenin varyansları toplamının genel varyansa oran-lanması ile bulunan bir ağırlıklı standart değişim ortalamasıdır (Kılıç,


235

2016a). Alfa yönteminde anketin güvenilir olup olmadığını ölçmek için aşağıdaki aralıklara bakmak gerekir:

0.00 < α < 0,40 Ölçek güvenilir değildir

0.40 ≤ α < 0,60 Düşük güvenilirlik

0.60 ≤ α < 0,80 Oldukça güvenilir

0.80 ≤ α < 1,00 Yüksek derecede güvenilir

32 soruluk ilk bölüm 8 ilgili soru gurubuna ayrılarak analiz edilmiş-tir. İkinci olarak; en çok maruz kalınan mobbing ölçümleri kişisel bilgiler bazında sonuçlandırılmış, bu ölçümler için; betimsel istatistik yöntemi, ki-kare ve korelasyon analizi yöntemleri kullanılmıştır. Betimsel istatistik yönteminde; frekans, yüzdesel oranlar, aritmetik ortalama, standart sapma ile birlikte çubuk grafik türü seçilmiştir.

Örneklememiz normal dağılım eğiliminde olmadığı için yukarıda be-lirtilen parametrik olmayan analiz türleri seçilmiştir. Çalışmada kullanı-lan analizlerin tanımları ve nerede kullanılacağına dair bilgiler aşağıda kısaca belirtilmiştir.

Ki-kare Testi; niteliksel (kesikli-kategorik) olarak tanımlanan değiş-kenlerde kullanılır. Ayrıca, ölçümle tanımlanan sürekli değişkenler de, belli bir değerden az veya çok olarak nitelendirilerek kesikli değişkene dönüştürülebilir ve dönüştürülen bu değişkene de ki-kare testi uygula-nabilir (Kılıç, 2016b).

Korelasyon Analizi; serbest ve bağımlı değişkenler arasındaki ilişki düzeyini veya derecesini ölçen analizdir. Ortalamadan sapmaların esas alınarak ilişki düzeyinin saptanması için uygulanan testlere korelasyon analizi denir (Türkbal, 1981). X ve Y gibi iki rastgele değişken arasındaki ilişki korelasyon katsayısı ile gösterilir. Korelasyon katsayısı; -1 ≤ ρXY ≤ 1’dir. ρXY = 0 olması X ve Y arasında doğrusal ilişki olmadığını gösterir. ρXY < 0 olması ters yönde bir ilişkiyi ρXY > 0 olması ise aynı yönde ilişkiyi gösterir. ρXY = -1, ters yönde tam bir ilişkiyi, ρXY = +1, aynı yönde tam bir ilişkiyi gösterir. Sıfırdan uzaklaştıkça ilişkinin derecesi güçlenir (Erbaş, 2007).


236

BULGULAR

Katılımcıların vermiş oldukları bilgiler ışığında ilk uygulanan analiz güvenilirlik analizi olmuştur. Cronbach’ın Alfa yönteminin kullanıldığı bu testin sonuçları Tablo 3’de gösterilmiştir. Genel olarak %70’in üzerin-de olan sonuçların güvenilir olduğu söylenebilir. Bu çalışmada ise sadece 2 soru kategorisinde bu katsayı %70’in çok az altında kalmıştır. Ancak, bunun nedeni ilgili soru kategorilerinde az soru adedinin bulunmasıdır. Bununla birlikte alfa katsayısının %90’dan yüksek olduğu durumlarda da fazla sorunun olabileceği düşünülmektedir.

Katılımcıların demografik bilgileri ise betimsel istatistik yöntemleri ile Tablo 4’de belirtilmiştir. Buradan anketi yanıtlayanların büyük çoğun-luğunun erkek olduğu, eğitim seviyesinin yüksek olduğu, yaş aralığının 26 ilâ 40 aralığında yoğunlaştığı ve işe giriş şeklinin referans ile olduğu anlaşılmaktadır. Tablo 4’de ayrıca anketin ikinci bölümüne yani mob-bing’e maruz kaldığını düşünenlerin betimsel istatistiki bilgileri göste-rilmiştir. İkinci bölümde sorular açık uçlu olduğu için bütün sorulara cevap verilmemiştir. O yüzden, tabloda en yüksek yanıtın verildiği soru-ya göre düzenleme yapılmıştır. İkinci bölümde en yüksek sayıda yanıt verilen sorular hastalık bölümündeki stres ve kaygı sorularıdır.

Tablo 3. Güvenilirlik Testi Bulguları

Soru Kategorisi Alfa Değeri Değerlendirme

Diyalog 0.7260.726 Oldukça güvenilir

Hakaret 0.855 Yüksek derecede güvenilir

Güven 0.799 Oldukça güvenilir

Rahatsızlık / Taciz 0.727 Oldukça güvenilir

Aşağılama 0.699 Oldukça güvenilir

Pasifize 0.854 Yüksek derecede güvenilir

Özel Hayat 0.695 Oldukça güvenilir

Tehdit 0.702 Oldukça güvenilir


237

Tablo 4. Katılımcıların Demografik Bilgileri

1. Bölüm’e yanıt verenler 2. Bölüm’e de

yanıt verenler

n1 % Ort. Med. Std. S. n2 % Ort. Med. Std.

S.

Kategori

Cinsiyet

Erkek 143 84.6 98 82.35

Kadın 26 15.4 21 17.65

Eğitim 6.26 6.00 0.8184 6.27 6.00 0.89

Eğitimi yok 1 0.6 1 0.8

İlkokul 0 0.0 0 0.0

Ortaokul 1 0.6 1 0.8

Lise 2 1.2 1 0.8

Önlisans 7 4.1 5 4.2

Lisans 101 59.8 69 57.9

Yüksek lisans 51 30.2 36 30.2

Doktora 6 3.6 6 5.0

Medeni Durum

Evli 97 57.4 63 52.9

Bekar 71 42.0 56 47.1

Dul 1 0.6 0

Yaş Aralığı 35.0 27 9.57 33.9 51 9.28

20-25 17 10.1 14 11.7

26-30 57 33.7 47 39.4


238

31-40 54 32.0 34 28.5

41-50 19 11.2 11 9.2

51 ve üstü 22 13.0 13 10.9

Sektördeki

tecrübe

10.6 4 8.98 9.66 27 8.58

1-3 33 19.5 25 21.0

4-6 47 27.8 35 29.4

7-10 28 16.6 22 18.5

11-15 23 13.6 15 12.6

16-20 11 6.5 8 6.7

21-30 24 14.2 12 10.0

31-40 3 1.8 2 1.6

İşe giriş şekli

Referans 99 58.6 69 58.0

Kariyer sitesi 32 18.9 23 19.3

Sınav 17 10.1 10 8.4

Tanıdık 10 5.9 8 6.7

Diğer 11 2.4 9 7.5

Şekil 1’den de anlaşıldığı üzere, anket çalışmasındaki 8 soru katego-risinden 2’si ön plana çıkmaktadır. Anketi dolduran meslek çalışanları-nın pasifize edilmekten ve diyalog problemleri yaşamaktan şikayetçi oldukları görülmüştür. Bu şekildeki ilgili sorular aşağıdaki gibidir:

Pasifize 2: Sizinle ilgisi olmayan işlerin sorumluluğu size verildi mi?

Pasifize 1: Mesleki bilgi ve becerilerinizin altında işler verildi mi?

Diyalog 1: İşyerinizde kendinizi rahatlıkla ifade edemediğiniz za-manlar oldu mu?


239

Diyalog 3: Üstlerinizle rahat bir şekilde diyalog kuramadığınız za-man oldu mu?

Pasifize 6: Sizin konunuzla alakalı gelişmeler olduğunda size haber verilmediği oldu mu?

Diyalog 2: Kendinizi ifade etme konusunda amiriniz tarafından ne sıklıkta kısıtlamaya maruz kalıyorsunuz?

Şekil 1. Mobbing’de en çok maruz kalınan sorunlar

Tablo 5’de mobbing’in insan hayatına sebep olduğu olumsuz etkileri rakamsal ve oransal olarak gösterilmiştir. Görece düşük yüzdeye sahip olsa da insanlar hem işte hem de dışarıda, trafikte kaza geçirebilmekte-dir. Ayrıca, zaman baskısından dolayı özel yaşamlarının yüksek bir oranda olumsuz olarak etkilendiği söylenebilir.


240

Tablo 5. Mobbing’in İnsan Yaşamına Olumsuz Etkileri

Zaman Baskısına Maruziyet

n %

Evet 74 62,7

Hayır 44 37,3

Zaman Baskısına Bağlı Olarak İş Kazası Tehlikesi Geçirenler

n %

Evet 16 28,1

Hayır 41 71,9

İş Baskısından Dolayı Sosyal Hayatta Yaşanan Kazalar (Trafik kazası vb.)

n %

Evet 26 44,8

Hayır 32 55,2

Sosyal Hayata Olumsuz Etkiler

n %

Evet 99 83,9

Hayır 19 16,1

Tablo 6’da, ankette yer alan 25 hastalık ve hastalığa yol açabilecek etken görülebilir.


241

Tablo 6. Ankette Yer Alan Hastalıklar ve Hastalığa Yol Açabilecek Et-kenler

Hastalık1 Stres Hastalık2 Kaygı Hastalık3 Panik atak Hastalık4 Uykusuzluk Hastalık5 Baş ağrısı Hastalık6 Öfke nöbetleri Hastalık7 Ağlama krizleri Hastalık8 Alınganlık Hastalık9 Dikkat dağınıklığı Hastalık10 Aşırı sigara, alkol, madde kullanımı Hastalık11 Yeme problemleri Hastalık12 Yüksek tansiyon Hastalık13 Kanşekeri yükselmesi Hastalık14 Mide-bağırsak düzensizlikleri (Reflü, ülser vb.) Hastalık15 Adet düzensizlikleri Hastalık16 Cinsel fonksiyon bozuklukları Hastalık17 Kalbin çok hızlı çarpması Hastalık18 Adele (kas) ağrıları Hastalık19 Titreme Hastalık20 Karamsarlık hissi Hastalık21 Olayları anımsamada güçlük Hastalık22 Aşırı yemek yeme Hastalık23 Başkalarının sizi gözlediği veya hakkınızda konuştuğu

hissi Hastalık24 Bir başkasına vurmak, zarar vermek, yaralamak dürtü-

lerinin olması Hastalık25 İntihar teşebbüsü veya düşüncesinin olması

Şekil 2’de ise anketteki 25 hastalık arasından en yüksek oranda rast-lanan 6’sı gösterilmiştir. Burada, hepsi 2,50’nin üzerinde çıkmış ve genel ortalamanın oldukça üzerinde ölçülmüştür.


242

Şekil 2. Mobbing’in Sağlığa Etkileri


Sorunların çözümü için ilk önce sorunu tespit etmek gerekir. Daha sonra tanı konur ve olanaklar doğrultusunda çözüme yönelik adımlar atılmaya başlanır. Mobbing gibi pek çok disiplini kapsayan bir proble-min çözümü için pek çok alandan insanın bir araya gelmesi, hedefe yö-nelik çalışmalar başlatması gerekmektedir. Özellikle bu konuda, insan kaynaklarına, iş sağlığı ve güvenliği uzmanlarına, yöneticilere, hekimlere ve yasa yapıcılara büyük sorumluluk düşmektedir. Bu alanlardan yetkili ve deneyim sahibi kişilerin mutlaka bir araya gelmesi ve vaka örneklerini inceleyerek, mağdur kişilere söz vererek, gerekirse gözlem yaparak bu sorunun ele alması gerekmektedir. Evrensel hukuk çerçevesinde de gö-rülmüştür ki her insan bedenen ve ruhen sağlıklı bir yaşamı hak etmek-tedir. İş yerlerinde yaşanan mobbing, her geçen gün artmaya devam et-mekte ve bu nedenle çalışanlar, göz ardı edilemeyecek bir oranda baskı-ya, strese ve insan sağlığını tehdit edebilecek problemler yaşamaktalar. Bu durum, ileride çok daha büyük sorunları beraberinde getirebilir.

Büyümekte olan sorunların yok sayılması, ötelenmesi ya da ertelen-mesi düzeltmesi mümkün olmayacak yeni kitlesel krizleri beraberinde getirebilmektedir. Mobbing kavramı diğer sektörlerde olduğu gibi inşaat sektöründe de her geçen gün yaygınlaşan bir sorun olmaya devam et-mektedir. Bu çalışmada görülmüştür ki, ankete katılanların %71’i mob-bing mağduru olduğunu düşünerek ve ilk bölümde ona yönelik cevaplar vererek ikinci bölümdeki sorularımızı da yanıtlamıştır. Bu bölümü yanıt-


243

layanlar özellikle stres, kaygı, karamsarlık gibi ileride daha ciddi sağlık sorunlarına yol açabilecek olumsuz durumlarla baş etmektedirler. Katı-lımcıların yaklaşık %63’ünün zaman baskısına maruz kaldığı, ikinci bö-lüme yanıt veren katılımcıların %28’inin iş kazası, %44’ünün ise dışarıda kaza tehlikesi geçirdiği görülmektedir. Zaman baskısı yüzünden sosyal yaşamlarındaki olumsuzluklar ise çok daha yoğundur. Bu durumlar gö-receli olarak mobbing’in ne denli tehlikeli olabileceğini açık bir şekilde göstermektedir.

Çalışmamızın başlangıcındaki önemli hedeflerden biri de iş kazala-rının daha çok görüldüğü mavi yaka personellere bu anketi yaptırabil-mekti. Ancak, şantiye yönetimlerinin ve iş güvenlik uzmanlarının bu konuda çekinceli yaklaşımından dolayı bu popülasyon kümesinden ye-terince yanıt alınamamış ve analize tabii tutulamamıştır. İleride yapıla-cak çalışmaların bu sınıfa yoğunluk gösterebilmesi yapmış olduğumuz çalışmanın sonuçlarına katkı sağlayacak ve yeni çözüm önerileri getirebi-lecektir.

21. yüzyılın ilk 5’te 1’lik dilimi sona ererken ve yeni bir endüstri dev-rimine doğru hızla ilerlerken Türkiye’nin de ileri sınıf ülkeler arasında yerini alabilmesi için, iş kazalarına ve meslek hastalıklarına mutlaka çö-züm bulması gerekmekte ve bu oranları minimize etmek zorundadır. Bu yüzden, daha önce çıkarılan yasalarda yapılabilecek etkili düzenlemeler sektörün tecrübeli kişileriyle, meslek odalarıyla, iş kazası veya meslek hastalığı geçiren ve işyerinde psikolojik şiddete maruz kalmış mağdur-larla, sağlık çalışanlarıyla ve yasa yapıcılarla mutlaka detaylı bir şekilde ele alınmalıdır.

Dünyadaki pek çok ülkede olduğu gibi ülkemizde de mobbing uy-gulamalarının neler olduğu net bir şekilde maddeler halinde tarif edil-meli, çalışanların mobbinge uğraması durumunda işverenin sorumluluk-ları ve yetkileri belirlenmelidir. Mobbingin oluşturduğu stres nedeniyle meydana gelebilecek sadece fiziksel hastalıklar değil, ruhsal hastalıklar da meslek hastalığı olarak kabul edilmeli ve çalışanların bunu ispat et-mesi beklenmeden liste yöntemi uygulanmalıdır. Konu ile ilgili kanun


244

ve yönetmeliklerin bir an önce çıkarılması ve yürürlüğe konması devle-tin bu konu ile ilgili gerçekleştirebileceği önemli bir adım olacaktır.

Günümüz iş hayatında gittikçe artan baskılar, rekabet duygusu, kıs-kançlık, bencillik gibi nedenlerle çalışanların gün geçtikçe birbirlerine daha çok mobbing uygulayacakları yapılan çalışmalarla gözlemlenmek-tedir. Bu da, gelecekte psikolojik problemleri olan insanların sayısında bir artış olabileceğini göstermektedir. Şu anda uygulamada var olan “Ai-le Hekimliği”ne benzer bir şekilde “Aile Psikologluğu” gibi bir uygula-manın başlatılması proaktif bir yaklaşımla insanların ruh sağlıklarını korumalarını sağlamaya yardımcı olacaktır. Böylece, yaşanılan problem-lerin tanımlanması ve çözüm önerileri ile hastalığa dönüşmeden önlem alınabilecek, hem insan sağlığı korunabilecek, hem de tedavi için devle-tin ve kişinin kendi cebinden çıkacak maddi kayıpların önüne geçilebile-cektir.

Sonuç olarak, mobbing kavramı ülkemizde yeni bir kavram olarak bilinse ve işletmelerde bu tip uygulamaların ismi bile konmasa dahi geçmişten günümüze süregeldiği aşikârdır. Bu tip baskılar, iş yaşamı ve çalışanların ruhsal ve fiziksel sağlıkları üzerinde daha ağır etkiler oluş-turmadan, hem bireysel hem de örgütsel, hem de hukuki açıdan hazırla-nacak altyapı ve bilinçlenme ile önüne geçilmeli, böylece daha sağlıklı çalışma ortamları yaratılmalıdır. Aksi takdirde, yıllardır çözüme kavuş-mayan iş kazaları ve mesleki hastalıkları istatistik tablolarında olumsuz anlamda yerini almaya devam edecektir.

KAYNAKÇA

Atman, Ü. (2012). İşyerinde psikolojik terör: mobbing. Sağlıkta Performans ve Kalite Dergisi, p. 163.

Bakırcıoğlu, İ. (2012). Yapı ve mimarlık hizmetleri sektörlerindeki iş-yerlerinde mobbing, Yüksek Lisans Tezi. İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul, Türkiye.

Bakırcıoğlu, I., Acar, E. (2012). Yapı ve mimarlık hizmetleri sektörle-rindeki iş yerlerinde mobbing. 2. Proje ve Yapım Yönetimi Kongresi. Yüksek Teknoloji Enstitüsü, Urla, İzmir, Türkiye.


245

ÇSGB (Çalışma ve Sosyal Güvenlik Bakanlığı Çalışma Genel Müdür-lüğü). (2014). İşyerlerinde Psikolojik Taciz Bilgilendirme Rehberi, Özel Matbaası, 2. Baskı, Ankara, Türkiye, p. 45.

Davenport, N., Distler, S.R., Elliot, G. (2003). Mobbing: İşyerinde Duygusal Taciz. Sistem Yayıncılık. İstanbul, Türkiye.

Ekiz, V. (2010). İşletmelerde yaşanan psikolojik şiddet. Yüksek Lisans Tezi. Atılım Üniversitesi, Sosyal Bilimler Enstitüsü, Ankara, Türkiye.

Erbaş, S.O. (2007). Olasılık Ve İstatistik Kitabı, Gazi Kitabevi, Ankara, Türkiye, p. 283

Eser, O. (2009). Mobbing kavramının Türkçe serüveni. Türk Edebiya-tı Aylık Fikir ve Sanat Dergisi. (430), 71-73.

Genç, O., Erdiş, E. (2015). İnşaat sektöründe mobbing sorunsalı. Çu-kurova Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 30(1), 215-221.

Hubert, A.B., Veldhoven, M.V. (2001). Risk sectors for undesirable behaviour and mobbing. Eur J Work Organ Psychol. 10 (4), 415–424.

Kandaz, F. (2011). Eskişehir ve Kütahya kentsel çalışma alanlarındaki inşaat ve yapı denetim firmalarında mobbing araştırması. Yüksek Lisans Tezi. Eskişehir Osmangazi Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Eskişe-hir, Türkiye.

Karal, U. (2018). Çalışanlarda mobbing (psikolojik şiddet) algısını et-kileyen faktörler: Rize ve Trabzon illerinde çalışan inşaat mühendislerine yönelik bir araştırma. Yüksek Lisans Tezi. Karadeniz Teknik Üniversite-si, Fen Bilimleri Enstitüsü, Trabzon, Türkiye.

Kılıç, S. (2016a). Cronbach’ın alfa güvenirlik katsayısı, Journal of Mood Disorders (JMOOD) 2016, 6(1), 47-8

Kılıç, S. (2016b). Ki-kare testi, Journal of Mood Disorders (JMOOD) 2016, 6(3), 180-2

Laleoğlu, A., Özmete, E. (2013). Mobbing ölçeği: Geçerlik ve güvenir-lik çalışması. Sosyal Politika Çalışmaları, 12-13.


246

Leymann, H. (1990). Mobbing and psychological terror at workplaces. Violence and Victims (5), 120.

Palabıyık, B.B. (2018). Türk iş hukukunda mobbing. Yüksek Lisans Tezi. Hacettepe Üniversitesi, Sosyal Bilimler Enstitüsü, Ankara, Türkiye.

Quereshi, M.I., Janjua, S.Y., Raja, U.M., Iftikhar, M., Zaman, K., Ja-ved, Y. (2013). Empirical Investigation of Mobbing, Stress and Emplo-yees’ Behavior at Work Place: Quantitatively Refining A Qualitative Mo-del, Springer Science+Business Media Dordrecht, p. 2.

Şahin, S. (2015). Yeni bir yaklaşım: İş sağlığı ve güvenliğinde mob-bing faktörünün önemi ve etkisi. Akademik Sosyal Araştırmalar Dergisi, 3(9), 489-505.

Temizel, Y. (2013). Mobbing ve Türk hukuk sistemindeki yeri. Adalet Dergisi, p. 188-223.

Tınaz, P. (2006). İşyerinde Psikolojik Taciz (Mobbing), Beta Basım Yayın, İstanbul, p. 8

Tınaz, P., Bayram, F., Ergin, H. (2008). Çalışma Psikolojisi ve Hukuki Boyutlarıyla İşyerinde Psikolojik Taciz (Mobbing). Beta Yayınevi, İstan-bul, Türkiye.

Türkbal, A. (1981). Bilimsel Araştırma Metodları ve Uygulamalı İsta-tistik. Atatürk Üniversitesi Yayınları, Erzurum, Türkiye, p. 158

Yavuz, H. (2007). Çalışanlarda mobbing (psikolojik şiddet) algısını etkileyen faktörler: Süleyman Demirel Üniversitesi Tıp Fakültesi çalışan-ları üzerine bir araştırma. Yüksek Lisans Tezi. Süleyman Demirel Üni-versitesi, Sosyal Bilimler Enstitüsü, Isparta, Türkiye.

İNTERNET KAYNAKLARI

https://www.meslekhastaligi.net/isyerinde-psikolojik-taciz-mobbing/ (E.T. 13.04.2019)

http://www.sgk.gov.tr/wps/portal/sgk/tr/kurumsal/istatistik/sgk_istatistik_yilliklari (E.T. 25.01.2019)






247

https://www.mmo.org.tr/sites/default/files/ISG%20raporu%202018.pdf (E.T. 21.03.2018)

https://t24.com.tr/haber/5-yilda-38-bin-kisi-mobbing-ihbarinda-bulundu-ilk-sirada-hastaneler-ve-fabrikalar-geliyor,474269 (E.T. 27.12.2019)

http://www.tyb.org.tr/mobbing-davalari-artiyor-36780h.htm (E.T. 27.12.2019)





http://www.tyb.org.tr/mobbing-davalari-artiyor-36780h.htm

MOTOR HARAKET HAYALİ İÇEREN EEG SİNYALLERİNİN SINIFLANDIRILMASI

Dr. Öğr. Üyesi Nebi GEDİK Sağlık Bilimleri Üniversitesi, Hamidiye Sağlık Bilimleri Enstitüsü, İstanbul / Türkiye

Öz: EEG (Elektroensefalografi) sinyallerinin analizi çalışmaları bey-nimizin işleyişine ışık tutarak ve beynimiz hakkında daha fazla bilgi edi-nerek faydalı sistemlerin ve ürünlerin geliştirilmesi için yeni arayüzler oluşturmayı amaçlamaktadır. Bu çalışmada, halka açık Beyin Bilgisayar Arayüzü yarışması IV'ten elde edilen motor hareket hayali içeren EEG verileri sınıflandırılmıştır. Yarışmaya ait veri seti, dokuz denekten elde edilen dört farklı motor hareket hayali verisini içermektedir. Bu hareket hayali işaretleri sol el, sağ el, her iki ayak ve dilin hareketini içeren sinyal kayıtlarıdır. Çalışmada, başlangıçta EEG veri setinden sol ve sağ el hare-ketlerinden oluşan yeni bir veri seti oluşturmuştur. Çünkü bu çalışmada sağ ve sol hareketleri verisinin ayrıştırılmasına odaklanılmıştır. Oluştu-rulan sol ve sağ el hareketi içeren EEG verisinin birbirinden ayrıştırılma-sında ortalama karekök (RMS) ve basit kare integral (SSI) hesaplamaları kullanılarak özelliklerin elde edilmesi sağlanmaktadır. Elde edilen bu özellik verisinin hepsi etkili olmayacağı için en etkin özelliklerin ön pla-na çıkarılması adına Temel Bileşen Analizi (PCA) yöntemiyle boyutsal küçültme ve gereksiz verilerin ortadan kaldırılması gerçekleştirilmekte-dir. Özellik seçimi aşaması sonucunda elde edilen özellik verisi motor hareket hayali EEG verilerini ayırt etmesi için Destek Vektör Makinesi (SVM) sınıflandırıcısına sunulur.


İnsan beyni, iç -dış motor-duyu uyaranlarına göre insan vücudunun davranışını kontrol etmede önemli bir rol oynayan milyonlarca nöron-dan oluşmaktadır. Bu nöronlar, insan vücudu ve beyni arasında bilgi

FARKLI AÇILARDA GÜNEŞ PANELLERİNDEN ELDE EDİLEN ELEKTRİK ENERJİSİNİN SAATLERE GÖRE KIYASLANMASI

249

taşıyıcıları olarak görev yapmaktadır. Beynimizin bilişsel davranışını anlamak ya beyne ait sinyallerin ya da görüntülerin analizi ile gerçekleş-tirilebilir. İnsana ait davranışlar, göz hareketi, dudak hareketi, hatırlama, dikkat, el sıkma gibi motor ve duyusal durumlar olarak değerlendirilebi-lir. Bu durumlar, karmaşık beyin yapısının fonksiyonel davranışını an-lamaya yardımcı olan spesifik sinyal frekansı ile ilişkilidir (Başar, 1998). Elektroensefalografi (EEG), kafa derisi yüzey alanından çeşitli durumlara karşılık gelen beyin sinyallerinin elde edilmesine yardımcı olan etkili bir yöntemdir. Bu sinyaller genellikle 0.1 Hz ila 100 Hz'den daha fazla sinyal frekanslarına dayanan delta, teta, alfa, beta ve gama olarak kategorize edilir. Beyinden dış dünyaya doğrudan bilgi akışı için Beyin Bilgisyar Arayüzü (BBA) sistemleri bu sinyaller üzerinden gerçekleştirilmektedir. Beyin sinyallerinin bu gibi amaçlarla yaygın kullanımı için etkili sinyal analizi ve örüntü tanıma tekniklerine ihtiyaç vardır.

BBA çalışmaları, tanı, tedavi ve rehabilitasyon amacıyla artan bir yo-ğunlukla gerçekleştirilmektedir. EEG, ağrısız olması ve veri toplama ko-laylığı gibi birçok nedenden ötürü BBA sistemlerinde kullanılan en yay-gın sinyal tipleridir (Chaudhary ve diğ., 2016). Bununla birlikte, bu sin-yallerden sadece onları gözlemleyerek doğrudan yararlı bilgiler elde etmek çok zordur. EEG sinyalleri doğrusal değildirler ve durağan olma-yan karakteristiğe sahiptirler. Bu nedenle, gelişmiş sinyal işleme teknik-leri kullanılarak faydalı ve önemli bilgilerin elde edilmesi sağlanabilir. Literatürde EEG üzerine yapılan çalışmaların bir kısmı motor hareket hayali EEG verilerinin analizi ve sınıflandırılmasını içeren BBA sistemle-ridir (Tangermann ve diğ., 2012; Ahn ve diğ., 2015). Bu çalışmada motor hareket hayali verisinin sınıflandırılmasına odaklanmaktadır. Çalışma-larda farklı özellik çıkarımı yaklaşımları sunulmaktadır. Araştırmacılar tarafından sıklıkla tercih edilen sınıflandırma algoritmaları ise Destek Vektör Makinelerinin (SVM), En Yakın Komşuluk (k-NN) ve Doğrusal Ayırıcı Analizi (LDA) sınıflandırıcılarıdır (Lotte ve diğ., 2007).

Herman ve diğ. (2008) motor hareket hayali bilgisi içeren EEG verisi için uygun frekans modellerinin tanımlanmasına odaklanmışlardır. Ma-kalenin temel amacı, güç spektral yoğunluğu (PSD), atomik ayrışmalar, zaman-frekans (t-f) enerji dağılımları, sürekli ve ayrık dalgacık dönüşü-

Dr. Öğr. Üyesi Nebi GEDİK

250

mü gibi bant spektral sinyal temsillerine farklı yaklaşımlarla bir karşılaş-tırma çalışması yapmışlardır. Bu karşılaştırma ile sağ ve sol elin hayali esnasında kaydedilen EEG verisini temsil edecek özelliklerin ayırt edici-liğini belirlemektir. Elde edilen sonuca göre PSD en etkin yöntem olarak tespit edilmiştir. Hsu (2010) BBA uygulamaları için uyarlamalı nöro-bulanık çıkarım sistemine (ANFIS) dayalı zaman serisi tahmini yoluyla bir özellik çıkarma yöntemi önermiştir. Sağ ve sol el hareketi hayali veri-sinin sınıflandırılması için özellik çıkarımı ANFIS zaman serisi tahmini yöntemi çok çözünürlüklü fraktal özellik vektörleri (MFFVs) yöntemiyle birlikte kullanılmasıyla elde edilmektedir. Elde edilen özellik verisi LDA sınıflandırıcısı ile sağlanan sınıflandırma doğruluğu ile değerlendiril-mektedir. Zhang ve diğ. (2016), çalışmalarında motor hareket hayali sı-nıflandırması için frekans bantlarının seyrek Bayes öğrenme (SBLFB) yöntemini kullanmaktadırlar. SBLFB'nin etkinliği BBA yarışması IV IIb veri kümesi kullanılarak test edilmektedir.

Bentlemsan ve diğ. (2014) EEG motor hareket hayali sinyallerinin sı-nıflandırılması için filtre bankası ortak uzamsal model (FBCSP) özellik çıkarma algoritması ve rastgele orman (RF) tekniğini kullanan bir özellik çıkarımı yaklaşımı sunmuşlardır. RF yöntemi özellik seçimi aşamasına olan ihtiyaç gidermektedir. Önerilen yöntem BBA yarışması IV’e ait IIb veri seti kullanılarak test edilmektedir. Liu ve diğ. (2012) C3 / C4 ve P3 / P4 kanallarından elde edilen sol ve sağ el hareket hayâlı EEG verileri, sinyallerin ortalama gücünü kullanarak sınıflandıran bir çalışma sun-maktadırlar. EEG verisini sınıflandırmada iki farklı yol takip etmişlerdir; ayrık dalgacık dönüşümü ile Fisher doğrusal ayırıcı (FLD) birleşimi ve ile ayrık dalgacık dönüşümü ile SVM birleşimi. Yöntemlere ait sınıflan-dırma sonuçları sırasıyla %75.5 ve %82.1’dir. Robinson ve Vinod (2015) kişinin baskın elinin iki yönlü hareketini ve bu hareketlerin hayalini içe-ren EEG verisini sınıflandıran çalışma sunmuşlardır. Çalışma, kaydedi-len EEG'nin zaman-frekans kutularının araştırılmasını içerir. Özellik ve-risinin elde edilmesi için FBCSP yöntemi kullanılırken sınıflandırma için FLD kullanılmaktadır. Gerçek el hareketi ve el hareketi hayali verisinin sınıflandırma sonucu sırasıyla %58.7 ve %57.7’dir.


251

Hajibabazadeh ve Azimirad (2014) sağ ve sol el hareketi verisinin sı-nıflandırmasını içeren çalışmalarında özellik çıkarımı yöntemi olarak dalgacık dönüşümünü kullanmaktadırlar. Dalgacık dönüşümü filtreden geçirilen EEG verisine uygulanmakta ve elde edilen veri özellikler olarak kullanılmaktadır. Özellik verisi SVM algoritmasına sunulmakta ve sağ-sol el hareketinin ayrıştırılması %75 doğrulukla gerçekleştirilmektedir. Chatterjee ve diğ. (2018) farklı özellik çıkarımı yöntemleri ve farklı sınıf-landırıcılar kullanarak sağ-sol el hareketi sınıflandırması gerçekleştiren karşılaştırmalı bir çalışma sunmuşlardır. Dört farklı özellik çıkarımı yön-temi kullanmışlardır. Bunalar dalgacık tabanlı enerji ve entropi, dalgacık tabanlı ortalama karekök, güç spektral yoğunluk tabanlı ortalama güç ve güç spektral yoğunluk tabanlı bant gücüdür. Kullanılan sınıflandırıcılar ise Bayes lojistik regresyonu, Naïve Bayes, lojistik, SVM ve çok katmanlı algılama yöntemleridir. Dalgacık tabanlı enerji entropi özelliklerin SVM ile diğer özellik gruplarından daha iyi performans gösterdiği sonucuna ulaşmışlardır. Amin ve diğ. (2019) EEG motor hareketi hayali verisinin sınıflandırılmasında evrişimli sinir ağlarını (CNN) kullanan bir çalışmayı sunmuşlardır. Özellik verisi CNN’in farklı katmanlarından elde edilen birleştirilmiş çok katlı evrişimsel değerlerdir. En yüksek sınıflandırma doruluğu bütün katmanların birleşimiyle %74.5 olarak elde edilmiştir. Zhu ve diğ. (2019) eğitimsiz bir motor hareketi hayali BBA sistemi için derin öğrenme arayüzü çalışması sunmaktadırlar. Özellik verisi için CSP algoritmasını kullanan sistem ardından ayrık kanal CNN yöntemi ile kodlanmaktadır. Daha sonra kodlanan özellikler tanıma ağına verilerek sınıflandırma gerçekleştirilmektedir.

Bu çalışmada, hayali el hareketi sınıflandırması için EEG verileri üzerinden özellik çıkarma ve sınıflandırmaya yönelik yeni bir yaklaşım sunulmaktadır. Ham EEG sinyali çok gürültü içerdiğinden öncelikle filt-re kullanılarak gürültüyü elimine edecek bir ön işlem gerçekleştirilmek-tedir. Ardından, özellik çıkarımı gerçekleştirilerek filtrelenmiş sinyalden özellik vektörleri üretilmektedir. Son olarak, sol-sağ hareket tahminini gerçekleştirmek için özellik vektörleri üzerinde SVM sınıflandırıcısı çalış-tırılmaktadır.


252

YÖNTEM

Bu çalışma, temel üç aşamadan oluşmaktadır; Verinin elde edilmesi ve düzenlenmesi, Özellik çıkarımı ve seçimi, Sınıflandırma. Kullanılan EEG verisi, BBA yarışması IV veri seti IIa’dan elde edilen motor hareket hayali EEG verisinden oluşturulmuştur. Yarışmaya ait bu veri seti, do-kuz denekten elde edilen dört farklı motor hareket hayali verisini içer-mektedir. Bu hareket hayali işaretleri sol el, sağ el, her iki ayak ve dilin hareketini içeren sinyal kayıtlarıdır. Çalışma sadece sağ ve sol el hareket hayali sınıflandırmasına odaklandığı için, başlangıçta EEG veri setinden sol ve sağ el hareket hayaline ait veri ayrıştırılarak yeni bir veri seti oluş-turmuştur. Daha sonra EEG sinyallerinin yapısında var olan gürültünün giderilmesi için butterworth filtresi kullanılmaktadır. Filtrelenen sinyal-lerden özellik verisinin elde edilmesi için ortalama karekök ve basit kare integral hesaplamaları her bir kanal için ayrı ayrı hesaplanmaktadır. Elde edilen değerler özellik verisi olarak saklanmaktadır. Oluşturulan özellik verisi, daha iyi bir sınıflandırma doğruluğu ve etkisiz özelliklerin elimine edilerek etkin özelliklerden oluşmuş bir özellik verisi PCA yöntemiyle boyutsal küçültmeye ve özellik seçimine tabi tutulmaktadır. Son olarak özellik seçimi aşaması sonucunda oluşturulan nihai özellik verisi motor hareket hayali EEG verilerini ayırt etmesi için SVM sınıflandırıcısına su-nulmaktadır. Yönteme ait işlem adımları Şekil 1’de aşama aşama göste-rilmektedir.

Veri Seti

Bu çalışmada kullanılan veri seti BBA Yarışması IV'te yer alan Veri Seti IIa'dan elde edilmiştir. Bu veri seti 9 denekten elde edilen EEG veri-lerinden oluşmaktadır. İşaret temelli BBA paradigması dört farklı motor hareket hayali görevinden oluşmaktadır: sol elin (sınıf 1), sağ elin (sınıf 2), her iki ayağın (sınıf 3) ve dilin (sınıf 4) hareketinin hayali.


253

Şekil 1. Uygulamaya Ait İşlem Adımları

EEG'yi kaydetmek için yirmi iki Ag/AgCl elektrot (3.5 cm elektrotlar arası mesafe ile) kullanılmıştır. Elektrotların montajı Şekil 2’de gösteril-diği gibidir. Tüm sinyaller referans olarak hizmet eden sol mastoid ve toprak olarak hizmet veren sağ mastoid ile monopolar olarak kaydedil-miştir. Sinyaller 250 Hz ile örneklenmiş ve 0.5 Hz ile 100 Hz arasında bant geçiren filtre ile filtrelenmiştir. Amplifikatörün hassasiyeti 100μV olarak ayarlanmış ve hat gürültüsünü bastırmak için ek bir 50 Hz çentik


254

filtresi kullanılmıştır. Şekil 2’nin sağ tarafında 22 EEG kanalına ek olarak yerleştirilen3 monopolar EOG kanalı gösterilmektedir.

Şekil 2. EEG Kaydı İçin Elektrotların Pozisyonları

(BBA Yarışması, 2008).

Kayıt işlemi her denek için farklı günlerde iki seans olarak gerçekleş-tirilmektedir. Her seans kısa aralara ayrılmış 6 çalışmadan oluşmaktadır. Her oturumun başında, EOG etkisini tahmin etmek için yaklaşık 5 daki-kalık bir kayıt yapılmaktadır. Bu aşamada kayıt 3 kısma ayrılmaktadır: (1) gözleri açıkken iki dakika (ekranda bir sabitleme işaretine bakarak), (2) gözleri kapalı bir dakika ve (3) göz hareketleri ile bir dakika. Bir sean-sa ait zamanlama şeması aşağıdaki şekilde gösterilmektedir.

Şekil 3. Bir Seansa Ait Zamanlama Şeması

Kayıt için denekler bilgisayar ekranının önünde rahat bir koltukta oturtulmaktadır. Denemenin başlangıcında (t=0s), siyah ekranda bir sa-bitleme işareti gösterilmektedir. Aynı zamanda, kısa bir akustik uyarı tonu da sunulmaktadır. İki saniye sonra (t=2s), sola, sağa, aşağı veya yukarı işaret eden ok şeklinde bir yönlendirme sunulmakta ve 1.25s bo-yunca ekranda tutulmaktadır. Deneme aşamasına ait zaman çizelgesi Şekil 4 te gösterilmektedir. Bu şekilde, deneklerden istenen motor hare-

EOG Göz

EOG Göz

EOG Hareket

Deneme 1

Deneme N


255

ket hayali görevini gerçekleştirmeleri sağlanmaktadır (BBA yarışması, 2008).

Şekil 4. Deneme Aşamasına Ait Zaman Çizelgesi

Özellik Çıkarımı Yöntemleri

Bu çalışmada, literatürde yaygın olarak kullanılan iki özellikleri he-saplama yönteminin değerlendirilmesi yapılmaktadır (Caesarendra,2017; Phinyomark, 2012). Bu hesaplama teknikleri sırasıyla ortalama karekök (RMS) ve basit kare integral (SSI) ’dir. SSI sinyalin enerjisini özellik ola-rak kullanmayı sağlamaktadır. Sinyal genliğinin karesel toplamı olarak ifade edilmektedir. RMS sinyal değişiminin büyüklüğünün belirlenmesi-ni sağlamaktadır ve sinyal genliğinin karesel toplamının ortalamasının karekökü olarak ifade edilmektedir (Khorshidtalab, 2012).

Burada sinyalin boyunu sinyali ifade etmektedir.

1 2 3 4 5 6 7 8 Sn

İşaret göste-rimi

Uya

rı zil

i

Yön işa-reti Motor hareket hayali Ara


256

Temel Bileşen Analizi

PCA muhtemel ilişkili değişkenlerin temel bileşenler olarak adlandı-rılan daha az sayıda ilişkisiz değişkenlere dönüştüren bir tekniktir (Genç, 2005; Theodoridis, 2009; Yazar, 2009). Dönüşüm sonrasında elde edilen temel bileşenler varyans değeri en büyükten küçüğe doğru sıralanmak-tadır. , veri matrisi olmak üzere tane ’lik gözlem vektörlerinden oluştuğu kabul edilirse doğrusal dönüşüm ( herbir değeri için aşağı-daki gibi ifade edilmektedir.

Burada boyutlu orthogonal matristir. Sonraki aşamada ko-

varyans matrisi aşağıdaki gibi hesaplanır.

PCA sonucu için öz değer ayrıştırması kovaryans matrisi üzerinden

aşağıdaki gibi gerçekleştirilir (Genç, 2005; Theodoridis, 2009; Yazar, 2009).

Burada kovaryans matrisinin özvektörünü de özdeğerini ifade

etmektedir. Temel bileşenler denklemini sağlayan üzerin-den ’in orthogonal dönüşümü olarak hesaplanır. İki veri seti için temel bileşen analizinin şekilsel gösterimi aşağıdaki gibidir.

a b c


257

Şekil 5. (a) Her nokta iki veriye ait örnekleri temsil etmektedir. Grafikteki kırmızı renk ER+ ile kodlanmaktadır ve sınıflardan birini; siyah renkli örnekler ise ER− ile kodlanarak diğer sınıfı temsil etmek-tedir. (b) verilerin en geniş yayılımına göre PCA’nın sahip olduğu iki yönü (PC1 ve PC2) tanımlar. (c) ER+, ER− ve tüm örneklerin ayrı ayrı birinci ana bileşene (PC1) izdüşümlerini göstermektedir (Ringnér, 2008)

Destek Vektör Makineleri

SVM sınıflandırma problemlerinin çözümü için Vapnik tarafından geliştirilen denetimli bir makine öğrenmesi algoritmasıdır (Vapnik, 1995, 1998). Algoritma temelde Vapnik-Chervonenkis (VC) teorisine (istatistik-sel öğrenme teorisine) dayanmaktadır (Vapnik, 1994). Seçilen doğrusal olmayan haritalama kullanarak giriş uzayını daha yüksek boyutlu bir özellik uzayına taşır. Bu özellik uzayında ayırıcı bir hiper düzlem oluştu-rur ve farklı sınıflara ait en yakın vektörlerin hiper düzlemle olan mesa-fesini maksimuma çıkarır (Şekil 6).

Şekil 6. İki Sınıflı Veri Setini Ayıran Farklı Düzlemler

İki sınıfa sahip özellik vektörü içeren bir ğitim verisi aşağıdaki gibi tanımlansın.

https://www.nature.com/articles/nbt0308-303#auth-1


258

Bu özellik vektörlerini ayıracak hiper düzleme ait denklemler aşağı-daki gibidir.

Burada hiper düzlemin eşik parametresi, hiper düzlemin norma-

li dir. Iki düzlem arasındaki mesafe dır. Iki sınıfın birbirinden daha

iyi ayrışması için bu mesafenin maksimum olması gerekir. Mesafenin maksimim olması içinde ’nin minimum olması gerekir. Bu ise

optimizasyon probleminin Lagrange fonksiyonu kullanıla-

rak çözülmesini gerektirmektedir (Vapnik, 1995). Uygulanan Lagrange fonksiyonu en uygun en uygun hiper düzlemi vermektedir ve aşağıdaki gibi ifade edilmektedir.

Burada ’ler ikili optimizasyon probleminin Lagrange çarpanlarıdır. Elde edilen karar fonksiyonu aşağıdaki gibidir.

BULGULAR ve TARTIŞMA

Sınıflandırma için hazırlanan veri setindeki denemelerin yarısı eği-tim verisi olarak diğer yarısı test verisi olarak ayrıldı. Sınıflandırma işle-mi çekirdek işlevli SVM ile gerçekleştirildi. Çekirdek radyal tabanlı fonk-siyon (RBF) dir. RBF skaler bir fonksiyondur ve genellikle bir merkezi ile ozaydaki bir noktası arasındaki Öklid mesafesi olarak tanımlanır.


259

ile tanımlanır. En yaygın kullanılan RBF Gauss çekirdek fonksiyonudur ve ile temsil edilir. fonksiyonun genişlik parametresidir.

Deneklere ait sınıflandırma sonuçları Tablo 1 de gösterilmektedir. Sınıflandırma değerlendirmesi doğruluk (Acc), duyarlılık (Sens), özgül-lük (Spec) ve f-ölçümü (Fm) ile gerçekleştirilmektedir.

Burada DP doğru pozitif, DN doğru negatif, YP yanlış pozitif ve YN yanlış negatifi ifade etmektedir.


260

Tablo 1. Deneklere Ait Sınıflandırma Sonuçları

Acc Sens Spec Fm Hesaplama zamanı

Denek1 47.91 0.44 0.51 0.46 2.06

Denek2 54.86 0.19 0.90 0.30 2.02

Denek3 73.61 0.81 0.65 0.75 2.02

Denek4 46.52 0.65 0.27 0.54 1.70

Denek5 45.83 0.63 0.27 0.54 1.75

Denek6 56.25 0.56 0.55 0.56 1.67

Denek7 54.86 0.36 0.73 0.44 1.68

Denek8 64.58 0.72 0.56 0.67 1.66

Denek9 84.02 0.97 0.70 0.85 1.69

Tablo 1’de sütun değerleri sırasıyla doğruluk, duyarlılık, özgüllük, f-ölçümü ve hesaplama süresi verilerini içermektedir. Acc başlığı ile veri-len sınıflandırma doğruluğu sonuçları yüzde (%) olarak verilmiştir. Ça-lışmaya ait uygulama aşamaları, MATLAB 2016a programı ile 8 GB RAM’e sahip Intel (R) Core ™ i7 3.2GHz CPU işlemcili bilgisayar ile ger-çekleştirilmiştir. Tüm sınıflandırma sonuçları göz önüne alındığında, EEG verileri ile en yüksek doğruluk sonucu% 84.02'dir. Sınıflandırma başarısı kabul edilebilir seviyede olan sonuçlar denek 3 ve 8’e ait veriler-den elde edilmiştir. Sınıflandırma performans değerlendirme ölçümleri-nin sonuçları grafiksel gösterimle Şekil 7'te karşılaştırmalı olarak veril-mektedir. Ayrıca elde edilen sınıflandırma doğruluk değeri literatürde bulunan ilgili çalışmalarla karşılaştırılması Tablo 2'de sunulmaktadır. Tablo 2 çalışmalarda ulaşılan en yüksek doğruluk değerlerine göre dü-zenlenmiştir. Tablo 2'yi göz önünde bulundurarak elde edilen sonuç için kabul edilebilir bir değer olduğu söylenebilir.


261

Tablo 2. Sınıflandırma Sonucunun Mevcut Çalışmalarla Karşılaştırılması

Sınıflandırma doğruluğu

Sınıflandırıcı

Amin et al. 2019 65.28% CNN

Bhattacharyya et al. 2010

84.29% k-NN

Chatterjee et al. 2018 85% SVM

Chaudhary et al. 2016 75% SVM

Liu et al. 2012 89.7% SVM

Robinson et al. 2015 88% FLD

Sunulan çalışma 84.02% SVM


262

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

Denek1 Denek2 Denek3 Denek4 Denek5 Denek6 Denek7 Denek8 Denek9

Acc Sens Spec Fm

Şekil 7. Sınıflandırma Değerlendirme Sonuçlarının Grafiksel Gösterimi


Bu çalışmada, sol ve sağ el hareket hayali verisini kategorize etmek için EEG verilerinden özellik çıkarılması yaklaşımı gerçekleştirilmiştir. Çalışmanın odak noktası, hesapsal iki özellik yönteminin (ortalama ka-rekök ve basit kare integral) performans değerlendirmesinin yapılması-dır. Çalışmanın değerlendirmesi ve tamamlanmasında PCA ve SVM yöntemlerinden de faydalanılmıştır. Sınıflandırmaya ait en yüksek doğ-ruluk değeri denek 8’e ait EEG verisinden elde edilmektedir. Yapılmış diğer çalışmalarla değerlendirildiğinde elde edilen sonuç ulaşılan en yüksek doğruluk değeri açısından kabul edilebilir seviyededir. Ancak bütün deneklere ait sınıflandırma doğrulukları göz önüne alınacak olur-sa ve bir ortalama yapılacak olursa elde edilen sonuçlar diğer çalışma-larda elde edilen sonuçlarla olan sıralamada alt sıralara doğru kaymak-tadır. Sınıflandırma başarısının tüm deneklere genelleştirilmesi için al-ternatif özellik çıkarımı yöntemlerinin sisteme dâhil edilmesi ve daha


263

efektif bir özellik seçimi aşamasının oluşturulması ileri bir çalışma olarak hedeflenmektedir.

KAYNAKÇA

Ahn, M., Jun, S.C. (2015). Performance variation in motor imagery brain-computer interface: A brief review, J. Neurosci. Methods, 243: pp. 103–110.

Amin, S.U., Alsulaiman, M., Muhammad, G., Bencherif, M. A., Hoss-ain, M.S. (2019). Multilevel weighted feature fusion using convolutional neural networks for EEG motor imagery classification, IEEE Access, 7: pp. 18940-18950.

Başar, E. (1998). Brain Function and Oscillations, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 1998.

BBA Yarışması, 2008. http://www.bbci.de/competition/iv/desc_2a.pdf (E.T. 1.12.219)

Bentlemsan, M., Zemouri, ET-T., Bouchaffra, D., Yahya-Zoubir, B., Ferroudji, K. (2014). Random Forest and Filter Bank Common Spatial Patterns for EEG-Based Motor Imagery Classification, 2014 Fifth Interna-tional Conference on Intelligent Systems, Modelling and Simulation, Langkawi, Malaysia.

Caesarendra, W., Tjahjowidodo, T., Pamungkas, D. (2017). EMG based Classification of Hand Gestures using PCA and ANFIS, Interna-tional Conference on Robotics, Biomimetics, and Intelligent Computa-tional Systems (Robionetics) Bali, Indonesia, August 23-25, 2017.

Chatterjee, R., Bandyopadhyay, T., Sanyal, D.K., Guha, D. (2018). Comparative analysis of feature extraction techniques in motor imagery EEG signal classification, In Proceedings of First International Confer-ence on Smart System, Innovations and Computing, Springer, Singapore, pp. 73-83.

Chaudhary, U., Birbaumer, N., Ramos-Murguialday, A. (2016). Brain-computer interfaces for communication and rehabilitation, Nat Rev Neurol, 12(9): pp. 513–525.

http://www.bbci.de/competition/iv/desc_2a.pdf


264

Genç, L., Smith, S. (2005). Assessment of principal component analy-sis (PCA) for moderate and high resolution satellite data, Trakya Univ J Sci, 6(2):39–58.

Hajibabazadeh, M., Azimirad, V. (2014). Brain-robot interface: Dis-tinguishing left- and right-hand EEG signals through SVM, In 2014 Sec-ond RSI/ISM International Conference on Robotics and Mechatronics (ICRoM), IEEE, pp. 813-816.

Häuser, S., Steidl, G. (2014). Fast finite shearlet transform: a tutorial, ArXiv (1202.1773).

Herman, P., Prasad, G., McGinnity, T.M., Coyle, D. (2008). Compara-tive Analysis of Spectral Approaches to Feature Extraction for EEG-Based Motor Imagery Classification, IEEE Transactions on Neural Sys-tems and Rehabilitation Engineering, 16(4): pp. 317–326.

Hsu, W.Y. (2010). EEG-based motor imagery classification using neuro-fuzzy prediction and wavelet fractal features, Journal of Neurosci-ence Methods, 189: pp. 295–302.

Khorshidtalab, A., Salami M.J.E., Hamedi, M. (2012). Evaluation of Time-Domain Features for Motor Imagery Movements using FCM and SVM, Ninth International Conference on Computer Science and Software Engineering (JCSSE), Bangkok, Thailand.

Liu, C., Wang, H., Pu, H., Zhang, Y., Zou, L. (2012). EEG feature ex-traction and pattern recognition during right and left hands motor im-agery in brain-computer interface, In 2012 5th International Conference on BioMedical Engineering and Informatics, IEEE, pp. 506-510.

Lotte, F., Congedo, M., Lecuyer, A., Lamarche, F., Arnaldi, B. (2007). A review of classification algorithms for EEG-based brain-computer in-terfaces, J. Neural Eng., 4(2): pp. R1–R13.

Phinyomark, A., Phukpattaranont, P., Limsakul, C. (2012). Feature reduction and selection for EMG signal classification, Expert Systems with Applications, 39: pp. 7420–7431.


265

Ringnér, M., (2008). What is principal component analysis?, Nature Biotechnology volume 26, pages303–304.

Robinson, N., Vinod, A.P. (2015). Bi-directional imagined hand movement classification using low cost EEG-based BCI, In 2015 IEEE International Conference on Systems, Man, and Cybernetics, IEEE, pp. 3134-3139.

Tangermann, M. et al. (2012). Review of the BCI competition IV, Front. Neurosci., 6: pp. 1–31.

Theodoridis, S., Koutrombus, K. (2009). Pattern Recognition, 4th Ed. Academic Press: US.

Vapnik, V., Levin, E., Cun, Y.L., (1994). Measuring the VC-dimension of a Learning Machine, Neural Computation, 6(5), MIT Press, Cam-bridge.

Vapnik, V. (1995). The Nature of Statistical Learning Theory, Spring-er-Verlag New York.

Vapnik, V. (1998). Statistical Learning Theory, New York: Wiley.

Yazar, I., Yavuz, H.S., Çay, M.A. (2209). Temel bileşen analizi yönt-eminin ve bazi klasik ve Robust uyarlamalarinin yüz tanima uygulama-lari, Eskişehir Osmangazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 22(1) pp. 49-63.

Zhang, Y., Wang, Y., Jin, J., Wang, X. (2017). Sparse Bayesian Learn-ing for Obtaining Sparsity of EEG Frequency Bands Based Feature Vec-tors in Motor Imagery Classification, International Journal of Neural Sys-tems, 27(02): pp. 1650032.

Zhu, X., Li, P., Li, C., Yao, D., Zhang, R., Xu, P. (2019). Separated channel convolutional neural network to realize the training free motor imagery BCI systems, Biomedical Signal Processing and Control, 49: pp. 396-403.

FARKLI AÇILARDA GÜNEŞ PANELLERİNDEN ELDE EDİLEN ELEKTRİK ENERJİSİNİN SAATLERE GÖRE

KIYASLANMASI

Dr. Öğr. Üyesi Süleyman ŞİMŞEK1, Dr. Öğr. Üyesi Hatice ŞİMŞEK2 1İstanbul Aydın Üniversitesi, Makine Mühendisliği, İstanbul / Türkiye 2Tekirdağ Namık Kemal Üniversitesi, Makine Resim Konstrüksiyonu,

Tekirdağ / Türkiye

Öz: Son yıllarda, enerji fiyatlarının ve enerji ihtiyacının sürekli olarak artışı, dünya genelinde yenilenebilir enerji kaynakları adına araştırmala-ra ve yatırımlara hız kazandırmıştır. Yenilenebilir enerji uygulamaları arasında fotovoltaik enerji, temiz güvenilir ve az maliyetli olması açısın-dan büyük önem arz etmektedir. Yenilenebilir enerji kaynakları içerisin-de güneş enerjisi her ortamda kullanılmaya başlanmıştır. Güneş enerjisi sayesinde çalışan levhalar, enerji tasarrufu sağlamaktadır. Bu çalışmada monokristal levhalar farklı açılarda konumlandırılarak güneşten alınabi-lecek maksimum verim elde edilmeye çalışılmıştır. Levhalar 15°, 30°, 45° ve 90° açılarında yerleştirilmiş ve yapılan hesaplar doğrultusunda en uygun açının 38° olduğu tespit edilmiştir.

Anahtar Kelimeler: Güneş Enerjisi, Güneş Enerjili Sistemler, Foto-voltaik Piller, İdeal Ggüneş Açısı

GİRİŞ

Ülkelerin endüstriyel ve sosyoekonomik yapılarının gelişmesinde enerji faktörünün önemi büyüktür. Enerji, gelişmişliğin ve kalkınmanın bir göstergesi konumundadır. Ülkemizde ve dünyada dünden bugüne enerji ihtiyacı sürekli olarak artış göstermektedir. Bu ihtiyacı karşılamak için başvurulan fosil yakıt kaynak kaynakları ise yapılan son araştırmala-ra göre hızla tükenmektedir. Türkiye’de, enerji ihtiyacının 3/4’ünün dışa bağımlı olması nedeniyle enerji giderleri bütçede büyük bir pay tutmak-


267

tadır. Bu bağımlılık Türkiye’de, petrolde %90, doğalgazda ise %95 ora-nındadır. Türkiye’nin toplam enerji tüketimi yılda ortalama %5 civarı bir artış göstermektedir. Fosil yakıtları enerji kaynağı olarak kullanılmasının getirdiği olumsuz etkiler, dünyamızın her yıl belirli oranda ortalama sıcaklığını yukarı çıkartmaktadır. Kutup buzulları erimekte, orman ve şehir yangınları hızla artmaktadır. Ayrıca, hava, su ve topraklarımız kir-leterek birçok geri dönüşü olmayan sonuçlara neden olmaktadır. Bu ne-denle günümüzde yeni alternatif enerji kaynakları gündeme getirilmiştir. Tüm bu olumsuz etkilere karşı, çevre kirliliğine neden olmayan, doğayı ve tabiatı koruyan temiz güvenilir ve sürdürülebilir olan yenilenebilir enerji kaynakları, insanoğlunun geleceği için büyük önem arz etmekte-dir. Bu enerji üretim türleri, ana enerji temini için yabancı ülkelere olan ihtiyacımız için oldukça önemlidir. Özellikle alternatif enerji kaynakla-rından olan yenilenebilir enerji kaynakları (YEK) içinde yer alan birkaç önemli kaynak vardır. Bunlardan güneş enerjisi, temiz, tükenmez ve kul-lanımının kolay olması nedeniyle bunu daha cazip hale getirmektedir. Bu yüzden kullanımı arttırılmalı ve desteklenmelidir (Dasari et al. 2019: 354-371; Sick 2014).

Güneş evrenin enerji kaynağı olup sıcak gazlar bütününden oluşan gök cismidir. Samanyolu galaksisindeki 1014(yüz trilyon) yıldızdan sade-ce bir tanesidir. Güneş ışınımı bir füzyon tepkimesidir. Güneş enerjisi, güneşin çekirdeklerinde meydana gelen bir füzyon süreci ile ortaya çıkan enerjidir. Güneş enerjisinden elektrik enerjisi üretme yöntemlerine foto-voltaik sistemler, solar sistemler, güneş paneli sistemleri gibi isimler ile piyasada yer alırlar. Güneş enerjisi sistemlerinin mantığı güneşten dün-yaya gelen enerji yüklü fotonları güneş paneli üzerinde toplayarak elekt-rik enerjisi üretmektir. Fotonların güneş piline değmesiyle beraber elekt-ronlar panellerin yüzeyine çıkar. Böylece güneş panelinin yukarı ki ve aşağıda ki dilimlerinin arasında oluşan volt ve amper farkı ile elektrik üretimi sağlanır. Panelin üst ve alt kısımları boyunca oluşan elektrik dev-resi, elektrik birimine güç akışını sağlamaktadır. Bir eve ya da binaya güç sağlamak için, enerji ihtiyacına göre belirlenen miktarda güneş paneli gereklidir. PV sistemler genel olarak güneş paneli, inverter, panel siste-mini taşıyacak konstrüksiyon sistem ve denetleme birimlerinden oluş-

Dr. Öğr. Üyesi Süleyman ŞİMŞEK, Dr. Öğr. Üyesi Hatice ŞİMŞEK

268

maktadır. İnverter, güneş panellerinden doğruca gelen doğru akım elekt-riğini alternatif akıma çevirir. Kısacası şebeke elektriğine çeviren cihazla-ra denir. Panel taşıyıcı sistemi, PV panel taşıyıcı sistemleri ile montaj bi-rimlerinden oluşur. Teknolojik gelişimler sayesinde, fotovoltaik hücrele-rin güneş ışığını elektrik enerjisine çevirmedeki verimliliğini arttırmanın yolları hiç durmaksızın araştırılmaktadır. Ayrıca, bir güneş panelinin üzerine gelen güneş ışığının ne kadarının elektrik enerjisine çevrildiğine etki eden bir faktörde, panelin üstüne düşen ışınların panel ile yaptığı açıdır. Güneş ışınları panel yüzeyine ne kadar dik gelirse üretilecek ener-ji o kadar yüksek olur. Güneş ışınlarının panel yüzeyine sürekli olarak dik bir açıda gelmesini sağlamak amacı ile güneş takip sistemi kullanılır. Bu sistemlerin kullanılması sonucunda; panel veya panellerden elde edi-len elektrik enerjisi miktarının %38’lere kadar yükseldiği tespit edilmiştir (Karamanav 2007: 1-8; Sánchez-Pantoja - Vidal - Pastor 2018: 227-238).

Yapılan araştırmaya göre, 120 m²’lik iyi yalıtılmış bir konutun (bina-nın) bir senelik enerji gereksinimi yaklaşık 12500 kWh’dir. Aynı oranda aynı büyüklükte bir evin uygun iklim şartlarında yüzeyine ulaşan güneş enerjisi oranı ise 120000 kWh civarındadır. Dünya geneline baktığımız zaman ABD bu konuda başı çekmektedir. ABD’yi takip eden diğer ülke-ler Avrupa ülkelerinin bazıları ve bir diğeri Çin’dir. Güneş enerjisini en çok kullanan ülkelere baktığımız zaman ya güneş ışını bakımından zen-gin olmasından ya da enerji ihtiyaçlarının fazla olmasından güneş enerji-si konusunda kendilerini geliştirmişlerdir. Dünyada ve Türkiye’de artan enerji ihtiyacı nedeniyle alternatif enerji kaynaklarına yönelme olmuştur. Avrupa Birliğindeki bazı ülkeler, bu alanlarda tesis yapabilmeleri için, son zamanlarda ortak bölgeler inşa etmeye başladı. Güncel teknoloji uy-gulamalarının günümde kullanılması için yardımcı kuruluşlar kuruldu. Türkiye’de de bu konuya kayıtsız kalınmayıp özel alanlar kurulmaya başlanılmıştır. Afrika’nın bir kısmında bulunan (Sahra Afrika’sı denilen bölgede), Avustralya ve Amerikaların orta bölgeleri güneş ışınlarının en fazla geldiği yerleşkeler olarak dünyanın diğer yerleşkelerine göre daha avantajlı ve karlı bölgelerdedir. Güneş ışınları bakımından zengin olan bölgelerin çoğu çok sıcak bölgelerden yani çöllerden oluşmakta olup ve konumlar yerleşim merkezlerine uzaktır. Yerleşim noktalarına kurulan


269

tesislerden merkezlere enerjinin taşınması için ikinci bir maliyet ortaya çıkar ve buda istenmeyen bir durumdur. Bu durumlar göz önünde bu-lunduğunda Türkiye ve İspanya gibi ülkelerin yatırım için en verimli bölgeler olarak gözümüze çarpmaktadır. Bu bağlamda Afrika’nın kuzey denize yakın bölgelerinde yerleşim ve nakil bölgelerine yapılacak yatı-rımlar da dikkate alınacak kadar yüksek verime sahip olması gerekir (Kumar - Kumar - Kaushik - Sharma - Mishra 2010: 2434-2442).

Güneş enerjisini aktif bir şekilde faydalanmak için öncelikle yeni projelere imza atmak ve bilimsel olarak konuyla ilgilenmek gerekiyor. En çok güneş enerjisinden faydalanan ve kullanılan bölgeler Almanya’nın yüksek bölgeleri, Danimarka’nın düz bölgeleri ve İspanya’dır. Son za-manlarda Çin ve Rusya da yenilebilir enerji kaynaklarına yatırım yap-maya başladı. Almanya bu konuyla ilgili çalışmalar yapmak için bir ku-rum ve ekip oluşturdu. Almanya genellikle bulutlu ve kapalı yani güneş enerjisinin az olmasına rağmen bu konuda büyük çaba gösteren bir ül-kedir. Bunun sonucunda da fiyatlandırması az fakat getirisi çok fazla olan güneş enerjisi cihazları kuruldu. Örneğin; Almanya yıllık 1550 saat güneşlenme zamanı sonucunda 39 bin MW enerji gücü üretimi sağlaya-biliyor. Dünya güneş haritasını inceleyip geniş kapsamlı baktığımızda İspanya’nın Avrupa bütününe karşı sahip olduğu güneş üstünlüğü ko-layca gözümüze çarpmaktadır. İspanya ile Fransa’nın maruz kaldığı gü-neşlenme süresi miktarı yıllık olarak baz alındığında yaklaşık 2000 kWh/m² ‘dir. Bu ortalamalar Türkiye’nin kafa kafaya olmasına rağmen İspanya bu konuda diğer ülkelere açık ara fark atmıştır. Güneş enerjisi konusunda dünyanın en iyisi olarak ABD bu konuda da kendini çok ge-liştirmiştir (Kutlu 2002; Li - Liu - Guo - Zhou 2017: 46-60).

Dünyada güneş enerjisi kullanım oranlarına bakacak olursak Al-manya ilk sırada yer alır. 40 bin MW enerji üreterek kendi halkının bü-yük çoğunluğuna dışa bağımlı olmadan enerji sağlar. İtalya da güneş enerjisi bakımından güncel teknolojiye sahip olduğu için Almanya’dan sonra ikinci sıradadır. Yıllık 18590 MW enerji üretmektedir. Sera gazları-nın salınımını azaltmak için bu tür bir enerji kaynağına yönelmişlerdir. İtalya’dan sonra Japonya’ da bu konuda kendini geliştirmiştir. 13.800 MW enerji imal etmesi ile ülke de sanayi, fabrika konut gibi yerlerde


270

harcanıyor. İspanya da Japonya’dan sonra listede yerini alıyor. 4.200’lük fazlalaştırmak isteyen ülke İspanya bu alanlarda harcama yaparak işlet-melere, kişilere destek veriyor. İspanya’dan sonra Amerika da bu sırala-mada 5. sıradadır. Türkiye coğrafi olarak Kuzey Yarım Küre’de yer al-maktadır ve 36-42° kuzey enlemleri ile 26- 45° doğu boylamları arasında bulunur. Ülkemizin bulunduğu bu eşsiz coğrafi konumu sayesinde sahip olduğu güneş enerjisi potansiyeli sayesinde birçok ülkeden daha verim-lidir. Türkiye, güneş kuşağı içinde yer bulunmasına rağmen, güneş ener-jisi üretimi ve kullanımı standardın altındadır. Bu yüzden gelecekte ener-ji ihtiyacını karşılamak için güneş enerjisinin sürdürülebilir bir şekilde hayata geçirilmesi gerekir. Bu Yönetmelik, yenilenebilir enerjiler alanın-da yürütülen çalışmalar bünyesinde, elektrik enerjisi üretimi için güneş enerjisinin etkin ve verimli kullanımını sağlamak üzere güneş enerjisine dayalı yapılan lisans başvurularının teknik değerlendirilmesinin standart bir şekilde yapılabilmesi amacı ile hazırlanmıştır (Akpınar - Kömürcü - Kankal - Özölçer - Kaygusuz 2008: 2013-2039; Wahab et al. 2019: 111049).

Ülkemizdeki toplam elektrik üretimi içerisindeki katkısı da 7.512,28 GWh ile %2,6’a yükselmiştir. 20/03/2017 tarihinde gerçekleştirilen YE-KA yarışması kapsamında, Konya-Karapınar’da kurulacak olan santralin 1.000 MW’ e kapasiteli güneş enerjisi santrali ile dünyanın en büyük gü-neş santrallerinde biri ülkemizde kurulması çalışmaları devam etmekte-dir. Bu tesiste kullanılacak ve yerli katkı oranı minimum %60 olacak yerli güneş panellerinin üretileceği fabrika ve güneş enerjisi konusunda Ar-Ge çalışmalarının yürütüleceği yerler hızla kurulum aşamasındadır (Šúri - Huld - Dunlop - Ossenbrink 2007: 1295-1305).

Dünyanın en büyük güneş panellerini üreten şirketler günümüzde Türkiye’de üretimlerini yapmaktadır. Ayrıca Türkiye’de güneş paneli üretimi yapan şirketlerin hemen hemen birçoğunda “yerli teşvik belgesi” bulunmaktadır. Yatırımcılar, devletin vermiş olduğu yerli teşvik belgele-ri sayesinde üretmiş olduğu elektrik gücünü daha yüksek fiyatlara sata-bilmektedir. Ayrıca bu yatırım teşvik belgesine sahip şirketler devletin katma değer vergisi indirimden de yararlanmaktadır (Çolak - BAYINDIR - Demirtaş 2008: 36-44).


271

Güneş enerjisinin diğer yenilenebilir kaynaklara göre bazı avantajla-rının olduğu söz konusu olduğu bilinmektedir. Güneş enerjisi sonsuz-dur. Bu enerjinin dünyaya gelen en ufak bölümü bile dünyanın hali ha-zırda olan enerji tüketiminden çok daha fazladır. Güneş enerjisinin kul-lanımı ve üretimi diğer yenilenebilir enerji kaynaklarına göre hem daha kolay hem de daha az maliyetlidir. Çevreye zarar vermesi söz konusu bile değildir. Güneş panelleri ve teçhizatları yardımıyla güneş enerjisin-den elektrik ve ısı enerjisi elde edilir. Bu yüzden güneş enerjisi diğer enerji türlerine göre daha avantajlıdır (Altaş 1998: 66-71).

Güneş enerjisinden elektrik üretiminin sağlanması durumunda, gü-neş enerji santrallerinin yatırım maliyetlerinin çok fazla olması büyük bir dezavantajdır. Günümüzde kullanılan güneş paneli teknolojisi ile güneş ışınlarının en fazla %12-%20‘sini kullanılabilir elektriğe çevirebiliyoruz. Yani güneşten gelen ışıkları verimli bir şekilde kullanamadığımızdan dolayı bu bir dezavantajdır (Altaş 1998: 66-71).

Bir panel sırasıyla alüminyum çerçeve sızdırmazlık bandı cam EVA folyo hücre ve tedlar folyo gibi bölümlerden meydana gelmektedir. Gü-neş paneli üretim yerlerinde birçok imalat bölümü mevcuttur. Güneş hücresinin kontrollerinin yapıldığı makinelerden güneş paneli meydana geldikten sonra flaşör makinesiyle bunun kontrolüne uzanan birçok ima-lat bölümü vardır. Üretim bölümleri; cam yükleme bölümü, cam yıkama bölümü, folyo yayma konveyörü, tabber stringer bölümü, lehim bölümü, laminasyon hattı, kenar düzgünleştirme bölümü, çerçeve pres bölümü, simülasyon ve kontrol hattı aşamalarından oluşmaktadır. Güneş paneli-nin katmanları Şekil 1’de verilmiştir.


272

Şekil 1. Panel Katmanları

Monokristal güneş paneli; güneş enerji panelleri arasında en verimi yüksek olan güneş panelidir. Küçük bölgede çok fazla enerji üretir. Bu panellerin fiyatları diğer kullanılan güneş panellerine göre daha masraf-lıdır. Monokristal güneş enerjisi hücre tanelerinin verimlilik oranı yakla-şık %23 oranındadır. Bu oran diğer güneş panellerine göre çok daha faz-ladır. Bu güneş panellerin elektrik üretimi ve kullanımı daha uzun ömür-lüdür. Polikristal güneş paneli; çoğu güneş enerji santralinde polikristal panelleri içeren güneş panelleri kullanılmaktadır. Piyasanın neredeyse %67 den çoğu polikristal güneş kollektörü kullanılmaktadır. Polikristal güneş pillerinin verimlilik oranı %15 civarındadır. Bu paneller az enerji üretmekle beraber çok yer kaplar. İnce Film Güneş Paneli: Ağırlığı az ve çok kolay birleştirme ve montaj imkânına sahip güneş panelleridir. Piya-sada pek tercih edilmez bunun sebebi ise verimliliğinin çok az olmasıdır. Bu panelleri çok fazla alan kaplamaktadır fakat enerji üretimi tam tersi olmakla beraber çok azdır. Verimliliği yaklaşık %7 civarıdır. Esnek Gü-neş Panelleri: Kullanım imkânı çok fazla olan bir solar paneldir. Çok es-nek ve dayanıklıdırlar. Bu tip güneş pilleri hem polikristal hem de mo-nokristal olabilmektedir. Bu nedenle panellerin verimlilikleri de değiş-mektedir. Şeffaf Güneş Panelleri: Piyasada bulunan güneş panellerinden 41 kat daha verimi yüksektir. Yani az alanda yüksek derecede elektrik üretimi sağlar. Firmaların 3 elementten oluşan gizli formülleri vardır. Cam yüzeye sprey gibi sıkılarak tamamen sıvı ile kaplanır ve daha sonra


273

yüzey elektrik üretmeye başlar. Bu paneller yaklaşık 4-5 sene içerisinde piyasaya sürüleceği söyleniyor (Akova 2008; Smestad 2019: A1-A3).

Fotovoltaik hücrelerde güneşten gelen bir kısım ışınım emilir ve elektrik enerjisine dönüştürülür. Modül yüzeyine gelen ışınımların bir kısmı ise hücreler tarafından soğrulmadan modül yüzeyinden geri yan-sırlar. Yansımayı en aza indirmek için yüzey kaplama camlarının yapısı önemlidir. Verimliliği etkileyen diğer bir faktör ise modül yüzeyinin kir-lenmesidir. Kirlenmeden dolayı hücrelere iletilen güneş ışınımın da azalma olur. Azalmadan dolayı soğrulma miktarı azalır ve üretimde ka-yıplar gerçekleşir. Bu kirlenmeler genellikle çevresel etkenlerden dolayı gerçekleşir. Modüllerin konumlandırılması da verimliliği etkileyen diğer bir etkenlerdir. Maksimum verimi güney cephesi vermektedir. Panellerin hareketli bir konstrüksiyon üzerinde tasarlanmaları durumunda gelen ışınları takip edebilmekte ve gelen ışınlara göre günün her saatinde en iyi verimi alabilmektedir. Panellerin aşırı ısınması sonucu kayıplar oluşur. Ortam sıcaklığı arttıkça hücre sıcaklığı da artar ve sistemde kayıplar olu-şur. Bunu önlemek için soğutma sistemleri kullanılır. Panellerin konum-landırılmasından önce o bölgenin yıllık sıcaklık değerlerinin incelenmesi gerekir ve buna göre konumlandırılırlar. Fotovoltaik panellerin gölgede kalması da verimliliği etkilemektedir. Hücre üzerinde en ufak bir gölge-lenme verimliliği önemli ölçüde etkiler. Gölgelenme diğer dizelerde ki hücrelerin performansını önemli ölçüde etkiler (Qu - Hong - Jin 2019: 162-173).

Bu deneyin amacı kullanılacak olan güneş paneli sisteminde, güneş enerjisi elde etmek için gereken en uygun açı değerinin belirlenmesidir. Aylara göre toplam güneş enerjisi verileri Tablo 1’de, bölgelere göre üre-tilen ortalama güneş enerjisi verileri ise Tablo 2’te verilmiştir.


274

Tablo 1. Aylara Göre Toplam Güneş Enerjisi Verileri

AYLAR Aylık Toplam Güneş Enerjisi

Güneşlenme Süresi

(kcal/cm2 -ay) (kWh/m2 -ay) (saat/ay)

Ocak 4,45 51,75 103

Şubat 5,44 63,27 115

Mart 8,31 96,65 165

Nisan 10,51 122,23 197

Mayıs 13,23 153,86 273

Haziran 14,51 168,75 325

Temmuz 15,08 175,38 365

Ağustos 13,62 158,4 343

Eylül 10,6 123,28 280

Ekim 7,73 89,9 214

Kasım 5,23 60,82 157

Aralık 4,03 46,87 103

Toplam 112,74 1311 2640

Ortalama 308 kcal/cm2 -gün 3,6kWh/m2 -gün 7,2 saat/gün


275

Tablo 2. Bölgelere Göre Ortalama Güneş Enerjisi Verileri

BÖLGE

Toplam Ortalama Güneş Enerjisi

En Çok Güneş Enerjisi (Haziran)

En az Güneş Enerjisi (Aralık)

Ortalama Güneş Enerjisi

En Çok Güneşlenme Süresi (Haziran)

En Az Güneşlenme Süresi (Aralık)

kWh/m2-yıl kWh/m2 kWh/m2 saat/yıl saat saat

Güneydoğu Anadolu 1,46 1,98 729 2,993 407 126

Akdeniz 1,39 1,869 476 2,956 360 101

Doğu Anadolu 1,365 1,863 431 2,664 371 96

İç Anadolu 1,314 1,855 412 2,628 381 98

Ege 1,304 1,723 420 2,738 373 165

Marmara 1,168 1,529 345 2,409 351 87

Karadeniz 1,12 1,315 409 1,971 273 82


276

Güneş enerjisi her geçen gün popülerliğini daha çok artırmakta ve daha fazla kullanılmaktadır. En temiz ve çevreci kaynaklardan biri olan güneş enerjisinden yıllar ilerledikçe global boyutta daha fazla yararlan-maktayız. Güneş enerjisi kullanılarak üretilen elektriğin yıllara göre artışı Şekil 2’de verilmiştir.

Şekil 1. Dünyada Yıllara Göre Güneş Enerjisinden Yararlanılarak

Elektrik Üretimi


277

MATERYAL ve METHOD

Deneyde kullanılan elemanlar 1-monokristal güneş paneli, 2-12V şarj kontrol cihazı, 3-12V kuru akü, 4-fotosel, 5-şerit led ve 6-kablolardır. Deney şematik resmi Şekil 3’de gösterilmiştir.

Şekil 3. Deney Şematik Resmi

Kullanılacak olan malzemeler uygun olan yerlere yerleştirilmektedir. Güneş panelimizin + kutbu şarj regülatöründe belirlenen yere girişi ya-pılmaktadır. Aynı şekilde – kutbu regülatöre girilir. Regülatör de bulu-nan akü çıkış yerlerine ‘+’ ve ‘-’ kablolar bağlanmaktadır. Bu iki kablo akü kutuplarına bağlanmaktadır. Aynı kutuplardan ‘+’ ve ‘-’ fotosele bağlanmaktadır ve fotoselin farklı devre şemasına göre giriş ve çıkışlar yapılmaktadır. Son olarak led ışıklara bağlanan kutuplar ile devre ta-mamlanmış olur. 15° 30° 45° 90° olarak belirlenen açılarda, 5 gün boyun-ca günün 12-13:00 saatleri arasında 5 defa ölçüm alarak daha sağlıklı bir ortalama değer elde edilecektir. Ölçülmesi düşünülen parametreler: Akım, volt ölçümleri ve ideal açının hesaplanmasıdır. Monokristal güneş panellerinin elektrik üretim ve kullanım ömrü diğerlerine göre daha uzundur. Ayrıca sıcak iklimlerde daha yüksek verim sağlar. Ayrıca şerit led, paslanmaz tarifk ikaz levhası ve 0.75 solar kabol kullanılmıştır. 20W Monokristal güneş panelinin özellikleri aşağıda Tablo 2’de verilmektedir.

1 2

3

4

5

6


278

Tablo 4. 20W Monokristal Güneş Paneli

Maksimum Güç Sistem Voltajı Hücre Sayısı Ağırlık

20W 12V 20 2.7kg

Şarj kontrol cihazı kullandığımız akülerin en iyi şartlarda şarj ve de-şarj edilmesini sağlar. 12V Solar şarj kontrol cihazı özellikleri aşağıda Tablo 3’te verilmektedir.

Tablo 5. 12V Solar Şarj Kontrol Cihazı

Sistem Voltajı

Panel Amperajı

Aşırı Yük Amperajı

Şarj Bitimi Gerilimi

Dengeleme Voltaj

Boyutlar Ağırlık

12V 10,0A 10,0A 13,8 (27.6)V

14.4 (28.8)V 125x70x34 mm

106 gr

12V 9 Ah kuru akü elektrik enerjisini depolamak için kullanılır. 12V 9 Ah kuru akünün özellikleri aşağıda Tablo 4’te verilmektedir.

Tablo 6. 12V 9 Ah Kuru Akü

Voltaj Kapasite Ağırlık Boyutlar

12V 9Ah 2.50kg 151mm x 65mm x 94mm

12V fotosel LDR otomatik ışık sensörü manuel müdahaleye gerek kalmadan ışığa duyarlı olarak devreden geçen akımı açıp kapatmaya yarar. 12V fotosel LDR otomatik ışık sensörünün özellikleri aşağıda Tab-lo 5’te verilmektedir.


279

Tablo 7. 12V Fotosel LDR Otomatik Işık Sensörü

Giriş gerilimi Maksimum yük akımı Boyut

12V 10A 5 x 4 x 3.6 cm

BULGULAR ve TARTIŞMA

Kullanılacak olan malzemeler uygun olan yerlere yerleştirildi. Güneş panelimizin + kutbu şarj regülatöründe belirlenen yere girişi yapıldı. Aynı şekilde – kutbu regülatöre girildi. Regülatör de bulunan akü çıkış yerlerine ‘+’ ve ‘-’ kablolar bağlandı. Bu iki kablo akü kutuplarına bağ-landı. Aynı kutuplardan ‘+’ ve ‘-’ fotosele bağlanır fotoselin farklı devre şemasına göre giriş ve çıkışlar yapıldı. Son olarak led ışıklara bağlanan kutuplar ile devre tamamlanmış oldu.

Şekil 5. Monokristal Güneş Panelinin Açılara Göre Saatte

Ürettiği Volt Grafiği


280

Şekil 6. Monokristal Güneş Panelinin Açılara Göre Saatte Ürettiği

Amper Grafiği

15°, 30°, 45° ve 90° olarak belirlenen açılarda, 5 gün boyunca günün 12-13:00 saatleri arasında 5 defa ölçüm alarak daha sağlıklı bir ortalama değer elde edildi. Ölçülen akım ve volt ölçümleri doğrultusunda ideal açı 38 derece olarak saptanmıştır.

SONUÇ

Yapılan deney ve ölçümler sonucunda yukarıda görülen veriler elde edilmiştir. Beş gün boyunca belirlenen beş farklı açı üzerinde deney ya-pılmıştır. Fotovoltaik panellerin Mayıs 2019 ilk haftasında elde edilecek verilerin en yüksek olması için günün 12-13.00 saatleri seçilmiştir. Bu saatlerde yapılan ölçümler sırasında en yüksek volt ve amper değerleri güneş açısının panel yüzeyine en dik geldiği zaman aralıklarında görül-müştür. Grafiklerde meydana gelen azalma ve dalgalanmaların nedeni: bulutlar, anlık olarak güneşi perdeleyen uçak kuş vb. şeylerden kaynak-landığı grafiksel olarak yukarıda görülmektedir. Elde edilen verilerden de görüldüğü üzere monokristal ve polikristal fotovoltaik panellerinin üretmiş olduğu güçler ve gerilimler hemen hemen birbirine çok yakındır. İnce film güneş panelinden elde edilen gerilim diğer iki güneş paneline göre daha fazla olmasına rağmen akım oranı çok düşüktür. Panellerin ebatlarına baktığımızda ise monokristal güneş paneli içlerinde en az yer


281

kaplayan paneldir. Polikristal panel monokristal panellere göre %3 daha fazla yer kaplar. İnce film fotovoltaik panel ise yaklaşık 2 kat daha fazla alan kaplayan panel çeşididir. Panellerin en doğru açıları yıl boyunca güneşin panel yüzeyine dik geldiği açı olmalıdır. Güneşi sürekli takip eden güneş takip sistemleri piyasada yer almasına rağmen ticari uygu-lamalarda fiyatları nedeni ile tercih edilmemektedir. Bu durum göz önü-ne alındığında panelleri sabit olarak kurulacağında aylara göre ortalama en ideal açı ile konumlandırılmaları gerekmektedir.

KAYNAKÇA

Akova, İ. (2008), Yenilenebilir enerji kaynakları: Nobel Yayın Dağıtım.

Akpınar, A., Kömürcü, M. İ., Kankal, M., Özölçer, İ. H., & Kaygusuz, K. (2008) "Energy situation and renewables in Turkey and environmental effects of energy use" Renewable and sustainable energy reviews, 12(8), 2013-2039.

Altaş, İ. (1998) "Fotovoltaj güneş pilleri: yapısal özellikleri ve karakteristikleri" Enerji, Elektrik, Elektromekanik-3e, 47, 66-71.

Çolak, İ., BAYINDIR, R., & Demirtaş, M. (2008) "Türkiye'nin Enerji Geleceği" Tübav Bilim Dergisi, 1(2), 36-44.

Dasari, H. P., Desamsetti, S., Langodan, S., Attada, R., Kunchala, R. K., Viswanadhapalli, Y., . . . Hoteit, I. (2019) "High-resolution assessment of solar energy resources over the Arabian Peninsula"Applied Energy, 248, 354-371. doi:https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2019.04.105.

Karamanav, M. (2007) "Güneş enerjisi ve güneş pilleri" Sakarya Üniversitesi, Yüksek Lisans Tezi, Sayfa, 1-8.

Kumar, A., Kumar, K., Kaushik, N., Sharma, S., & Mishra, S. (2010) "Renewable energy in India: current status and future potentials" Renewable and sustainable energy reviews, 14(8), 2434-2442.

Kutlu, S. (2002), Güneş tarlası ile elektrik enerjisi üretimi ve SDÜ kampüs alanında bir uygulama analizi, SDÜ Fen Bilimleri Enstitüsü.

https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2019.04.105


282

Li, Q., Liu, Y., Guo, S., & Zhou, H. (2017) "Solar energy storage in the rechargeable batteries"Nano Today, 16, 46-60. doi:https://doi.org/10.1016/j.nantod.2017.08.007.

Qu, W., Hong, H., & Jin, H. (2019) "A spectral splitting solar concentrator for cascading solar energy utilization by integrating photovoltaics and solar thermal fuel" Applied Energy, 248, 162-173. doi:https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2019.04.115.

Sánchez-Pantoja, N., Vidal, R., & Pastor, M. C. (2018) "Aesthetic impact of solar energy systems" Renewable and sustainable energy reviews, 98, 227-238. doi:https://doi.org/10.1016/j.rser.2018.09.021.

Sick, F. (2014), Photovoltaics in buildings: a design handbook for architects and engineers: Routledge.

Smestad, G. P. (2019) "Editorial: Greg P. Smestad and Solar Energy Materials and Solar Cells" Solar Energy Materials and Solar Cells, 194, A1-A3. doi:https://doi.org/10.1016/j.solmat.2018.10.029.

Šúri, M., Huld, T. A., Dunlop, E. D., & Ossenbrink, H. A. (2007) "Potential of solar electricity generation in the European Union member states and candidate countries" Solar energy, 81(10), 1295-1305.

Wahab, A., Hassan, A., Qasim, M. A., Ali, H. M., Babar, H., & Sajid, M. U. (2019) "Solar energy systems – Potential of nanofluids" Journal of Molecular Liquids, 289, 111049. doi:https://doi.org/10.1016/j.molliq.2019.111049.

https://doi.org/10.1016/j.nantod.2017.08.007

https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2019.04.115

https://doi.org/10.1016/j.rser.2018.09.021

https://doi.org/10.1016/j.solmat.2018.10.029

https://doi.org/10.1016/j.molliq.2019.111049

FARMASÖTİK MİKROKİRLETİCİLERİN ADSORPSİYON YÖNTEMİ İLE GİDERİMİNE GENEL

BAKIŞ

Doç. Dr. Didem SALOGLU Yalova Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Yalova / Türkiye

Öz: Son yıllarda sağlıklı yaşam şartlarını arttırmak için yapılan çalışmalar, farmasötik ilaç üretiminin artmasına ve buna paralel olarak ilaç üretim teknolojilerinin önemli oranda gelişimine sebep olmuştur. Bu teknolojinin gelişmesi ve günlük yaşam şartlarında da yoğun miktarda ilaç kullanılması, farmasotiklerin ve metabolitlerinin sulu ortamlarda özellikle yeraltı ve yerüstü kaynakları ile evsel kullanım ve içme sularında görülmelerini kaçınılmaz kılmıştır. Farmasötiklerin gelişmekte olan ülkelerde kullanımı yılda yüz tondan fazladır ve neredeyse pestisit tüketim miktarlarına yaklaşmaktadır. Yine birçok ülkede reçetesiz satılan non-steroid antienflamatuvar ilaçlar yılda yüzlerce ton kullanılmaktadır. Bu kadar yoğun miktarda kullanılan farmasötikler ve bunların metabolitlerinin çeşitli su kaynaklarında görülmesinden doğabilecek çevresel tehlikeler, bilim dünyasının ilgi odağı olmuş ve farmasötiklerin kullanımından kaynaklanan bu mikrokirleticilerin çevredeki varlıkları ve bertarafı odaklı çalışmalar son yıllarda yoğun ilgi görmüştür. Farmasötiklerin ve metabolitlerinin atıksulardan giderimi ve bertarafı işlemlerinde konvansiyonel yöntemlerin kullanılmasının yanısıra, günümüzde kompozit ve/veya biyokompozit malzemelerin adsorpsiyon prosesinde adsorban yüzey olarak kullanımı son derece yaygınlaşmıştır. Bu çalışmada farmasötik kirleticilerin çeşitlerine ve gideriminde kullanılan tüm yöntemlere genel bir bakış yapıldıktan sonra özellikle adsorpsiyon işlemine yoğunlaşılmış, atıksulardan bu farmasötik kimyasalların giderim parametreleri, kullanılan adsorpsiyon yönteminin

Doç. Dr. Didem SALOGLU

284

çeşidi ve yeni izoterm ve kinetik model yaklaşımları ile adsorpsiyon mekanizmalarının açıklanmasına değinilmiştir.

GİRİŞ

Özellikle son on yılda yeraltı, yerüstü, evsel sularda ve atıksularda farmasötik kirleticilerin varlığı ciddi bir önem kazanmıştır. Farmasötik kirleticiler, eser miktarda bile olsa canlı organizmalar üzerine olumsuz metabolik etkiler yapan kimyasallar olarak tanımlanmaktadır. Biyobozunmaları oldukça zor ve kalıcılıkları son derece uzun olan bu kirleticiler, endüstriyel üretim tesisleri, hastaneler ve insansal kullanım gibi yollarla sulara karışmak suretiyle arıtma tesislerine kadar ulaşmakta ve tamamen bertaraf edilemeden de atıksu arıtma tesislerinden çıkmaktadırlar. Bu nedenle farmasötiklerin atıksularda, yer altı, yer üstü ve içme sularında bulunmaları ile ilgili çeşitli araştırmalar yapılmış ve adı geçen tüm su sistemlerinde yüzden fazla farmasötik tespit edilmiştir.

İçme suları, yerüstü ve yeraltı sularında yoğun olarak tespit edilen farmasötikler, konvansiyonel arıtma tesislerinde tam olarak berataraf edilemediklerinden, atıksu arıtma tesisi çıkış sularında da bulunmaktadırlar ve bu kimyasalların çıkış sularındaki derişimleri mg/L ile µg/L civarındadır. Birçok farmasötik kimyasal, canlı organizmalar tarafından tam olarak metebolize edilemediğinden, herhangi bir bozunmaya uğratılamadan alıcı sistemlere bırakılır. Endüstriyel üretim tesisleri, sağlık sektörüne ait atıksular ve hayvan yetiştiriciliği dolayısyla oluşan atıkların arıtımında uygulanan konvansiyonel arıtma ve bertaraf yöntemlerinin yetersiz olması, ciddi anlamda çevresel farmasötik kirliliğe neden olmaktadır. Yeterince giderilemeyerek çevreye salınan farmasötiklerin toprakta, yer altı ve yer üstü sularında birikmesi doğal biyota için tehdit oluşturmakta ve mikrobiyal popülasyonların bozulmasına neden olmaktadır. Ülkemizde çoğu yerde herhangi bir ön arıtma işlemine tabi tutulmadan kentsel atıksu arıtma sistemlerine ulaşan endüstriyel atıksuların ve özellikle de hastane atıksularının bünyesindeki farmasötik kirleticilerin çoğu, metabolize olmadan evsel kullanım sularına ulaşmakta ve bu nedenle de ciddi sağlık problemleri yaratmaktadırlar.

FARMASÖTİK MİKROKİRLETİCİLERİN ADSORPSİYON YÖNTEMİ İLE GİDERİMİNE GENEL BAKIŞ

285

Bugüne kadar, farmasötiklerin sulu ortamlardan giderimi için, gelişmiş oksidasyon, aktif çamur, fotokatalitik bozunma, membran filtrasyonu, iyon değişimi, filtrasyon ve adsorpsiyon çalışmaları gibi konvansiyonel yöntemler uygulanmıştır. Tüm bu yöntemlerle karşılaştırıldığında, kimyasal veya fiziksel adsorpsiyon farmasötiklerin sulu ortamlardan giderilmesi işleminde etkili tekniklerden biri olarak kabul edilmektedir.

Farmasötiklerin atıksulardan giderimi için yapılan adsorpsiyon işlemlerinde; biyokütle, aktif karbon, grafen, grafen oksit, çeşitli tip hidrojeller, kil-hümik kompleksi, polimerik yapılar, biyokompozitler ve biyopolimerler adsorban yüzey olarak yaygın şekilde kullanılmaktadır. Son yıllarda biyopolimer adsorbanların efektif, düşük maliyetli, biyobozunabilen, çevre dostu ve toksisiteden uzak olmaları nedeniyle atıksu arıtımında adsorban olarak poliglikolit, polilaktikasit, jelatin, kolajen, aljinat, kitosan gibi doğal polimerlerin kullanımı büyük ilgi görmektedir. Tüm bu alternatif adsorban çeşitleri içinde, son yıllardaki çalışmalar biyokompozit malzemelerin kullanımının önemini göstermiştir. Biyokompozit malzemeler; belirli bir amaca yönelik olarak en az iki farklı biyolojik kökenli malzemenin bir araya getirilmesiyle meydana gelen malzemelerdir. İki veya daha fazla malzemenin biraraya getirilmesindeki amaç, komponentlerin bünyesinde tek başına mevcut olmayan bir özelliğin birleştirme işlemi sonrasında biyokompozitin bünyesinde elde edilmesidir. Bu özellikten yola çıkarak, daha iyi madde adsorplama kapasitesine sahip yeni ve yenilikçi adsorbanların farmasötik kimyasalların gideriminde kullanılması günümüzde önem arz etmiştir. Bu çalışmada, pekçok farmasötik kimyasalın, sentezlenen biyokompozit yapılar ile adsorpsiyonları, adsorpsiyon izotermleri ve kinetikleri ile öngörülen adsorpsiyon mekanizmaları irdelenmiştir.

FARMASÖTİK KİRLETİCİLER

Farmasötik kirleticiler mikro kirleticiler ve makrokirleticiler olmak üzere ikiye ayrılabilir. Mikrometre mertebesinde tancik boyutuna sahip ve zor metabolize olan mikrokirleticilerin yanı sıra daha büyük tanecik


286

boyutuna sahip ve arıtma tesislerinde giderimleri nispeten daha kolay olan makrokirleticiler mevcuttur.

Farmasötik Makrokirleticiler

Atıksuların esas makrokirleticileri, pH, redoks potansiyeli, iletkenlik, biyolojik oksijen ihtiyacı (BOİ5), kimysal oksijen ihtiyacı (KOİ), askıda katı madde (AKM) ve toplam Kjeldahl azotu (TKN) değerlerini arttıran tüm faktörler, amonyum iyonları, klor ve klor türevleri, yüzey aktif maddeler, koliformlar, bakteriler, virüsler vb.dir.

Farmasötik Mikrokirleticiler

Hayvan yetiştiriciliği yapılan alanlarda, tarım ve veterinerlikte kullanılan tedavi amaçlı ilaçlar, hormon ilaçları ve gübreler mikrokirl-ericiler sınıfında önem teşkil etmektedir. Mikrokirletici sınıflarında bulunan kirleticiler; ağrı kesiciler, antibiyotikler, hormon ilaçları, beta-blokerler, Hg, Gd gibi ağır metaller, yağ düzenleyiciler, uyarıcılar, serbest klor reaktifleri, ağartma maddeleri, diagnostikler ve tat-landırıcılardır. Farmasötik mikrokirletici sınıfında bulunan kimyasalların başında ise temel olarak günümüz şartlarında yoğun kullanıma bağlı olarak parasetamol, siprofloksasin, eritromisin ve sulfametoksazol gibi ilaçlar gelmektedir.

Mikrokirleticilerin Çevresel Etkileri

Farmasötik mikrokirleticiler, biyobozunma hızlarının düşük olmaları ve bu nedenle de vücut içinde eser miktarlarda bulunmaları nedeniyle canlı organizmalarda fizyolojik olarak değişikliklere sebep olmaktadırlar. Su kaynaklarının biyobozunmaya dirençli olan bu organik kirleticilerle kirlenmesi, günümüzde çok önemli bir sorundur ve bu mikrokirleticile-rin doğal yollarla parçalanması ve bulundukları sulu ortamdan uzaklaş-tırılması oldukça zor olduğundan yer altı, yer üstü ve içme suyu kaynak-larında birikmeleri kaçınılmazdır. Sulardaki bu kalıntı farmasötikler an-cak etkili bir arıtma tekniğinin kullanılmasıyla giderilebilemektedir.

Farmasötik mikrokirleticilerin toksik etkilerinin yanında çok düşük derişimlerinin bile mikroorganizma genomlarında uzun süreli ve


287

dönüşümsüz değişikliklere neden olmalarından dolayı, çevresel kalıntıların oluşması ciddi problemler meydana getirmektedir. Bu mikrokirleticiler;

Biyobozunma proseslerine dirençlidirler,

Klasik arıtma tesislerinden tam olarak bozunmadan çıktıklarından atıksuların tekrar kullanımını kısıtlamaktadırlar,

Canlı organizmalara birçok toksik etkileri bulunmaktadır,

Bulundukları ortamda eser miktarlarda bulunduklarından mikrokirleticilerin tespit edilmesi oldukça zordur.

Mikrokirleticilerin Giderilmesine Yasal Yaklaşımlar

Avrupa Birliği ülkeleri, Amerika Birleşik Devletleri ve ülkemizde farmasötik mikrokirleticilerin giderimi ile ilgili yasal bir zorunluk bulunmamaktadır.

2016 yılında İsviçre’de bulunan atıksu arıtma tesislerinde farmasötik mikrokirleticilerin bertaraf edilmesi ile ilgili ilave bir arıtma ünitesinin uygulanmasına ilişkin yasal düzenlemeler yapılmıştır. Bu yasal düzen-lemeler üzerine, İsviçre’de bulunan arıtma tesislerinde aktif karbon ve/veya ozon kullanılmak suretiyle adsorpsiyon ve ozonlama proseslerini içeren ileri bir arıtma işlemi yapılmaktadır. Baden’de mikrokirletici arıtma ünitesini içeren bir arıtma tesisi halen yapım aşamasındadır. Bu tesiste yenilikçi bir metot olarak aktif karbonun ad-sorban yüzey olarak kullanıldığı bir arıtma işlemi tasarlanmış ve aktif karbon ünitesinden çıkan ön arıtma işlemine tabii tutulmuş atıksu, filtra-syon işlemine alınarak yaklaşık sekiz bin mikrokirletici uzaklaştırılmıştır.

Benzer şekilde Almanya’da 2012 yılında mikrokirleticilerin arıtımı ile alakalı bir merkez kurulmuştur. Bu merkez tarafından arıtma tesislerinin giriş ve çıkış akımlarında çeşitli ölçümler yapılmış ve elli değişik far-masötik kalıntıya rastlanmıştır. Bu merkez öncelikle atıksu arıtma tesislerinden çıkan atıksudaki mikrokirletici farmasötiklerin en yüksek oranda uzaklastırılmasını ve bertarafını sağlamak için uygun teknolojilerin kullanımını yaygınlaştırmaya çalışmaktadır.


288

Farmasötik Mikrokirleticileri Arıtma Prosesleri

Atıksularda, yer üstü ve yer altı sularında farmasotik mikrokirleticil-erin konsantrasyonu µg/L gibi çok düşük derişimlerde olması, bu far-masötik kirleticilerin kronik etkilerinin oluşmasına bir engel teşkil et-memektedir. Çeşitli sağlık problemlerine yol açan farmasötik mikrokir-leticileri atıksulardan uzaklaştırmak için klasik arıtma yöntemlerinin yetersiz olmasından dolayı ileri atıksu arıtma yöntemlerine ihtiyaç duy-ulmaktadır.

Geleneksel atıksu arıtımı, farklı biyolojik ve kimyasal işlemlerden meydana gelen birincil, ikincil ve üçüncül kademeden oluşmaktadır. Birincil atıksu arıtma adımı, atık suyun katı içeriğini azaltmayı hedeflemektedir. Bu adım filtrasyon ve sedimantasyon yoluyla gerçekleştirilmekte ve tüm atıksu arıtım tesislerinde kullanılmaktadır. İkincil atıksu arıtma adımı, aerobik ve/veya anaerobik ortamlar kullanarak mikrokirleticileri sistemden uzaklaştırmayı hedefleyen biyolojik bir işleme dayanmaktadır. Ülkemizde belediye atıksu arıtım tesislerinde biyolojik arıtım prosesleri kullanılmaktadır. Yine ikici arıtma adımında aktif çamur prosesi de yaygın olarak uygulanmaktadır. Üçüncül atıksu arıtma aşamasında ise, tesisteki filtreler üzerindeki kimyasal kirleticilerin tamamen giderilmesi işlemleri uygulanmaktadır (Micheal ve diğ. 2013).

Bir atıksu arıtma tesisinden farmasötik mikrokirleticilerin membran kullanımı ile giderimi farklı mekanizmalar üzerinden yürümektedir. Arıtma ve bertaraf işleminin ilk aşaması adsorpsiyon prosesine dayanmaktadır. Özellikle hidrofobik veya hidrojen bağları içeren mikrokirleticilerin, adsorpsiyon işleminin başlangıç aşamalarında adsorban yüzey üzerine hızlıca tutunmaları ile mümkün olmaktadır. Farmasötik mikrokirleticilerin giderilmesi işlemi, bazı çözücüler için sterik etkileşimler, bazı çözücüler için ise sterik ve/veya elektrostatik etkileşimler ile meydana gelmektedir. Bu mekanizmalar mikrokirleticinin fizikokimyasal özelliklerine bağlıdır.

Mikrofiltrasyon ve ultrafiltrasyon işlemlerinde yüzeyin gözenek boyutları çok önemlidir. Yüksek molekül ağırlıklı mikrokirleticilerin


289

membran yüzeyinden geçebilmesi için por çapları makul miktarda büyük olurken, daha küçük boyutlu porları olan membranlar daha düşük molekül ağırlıklı farmasötik bileşenlerin giderimi için kullanılmaktadır. Pekçok çalışma mikrofiltrasyon ve ultrafiltrasyon yöntemlerinin kullanılması ile, ağrı kesiciler, antihistaminikler, antienflamatuvarlar, endokrin bozucular ve antibiyotikler de dahil olmak üzere farmasötik mikrokirleticilerin %90 oranında giderildiğini göstermektedir.

Membran biyoreaktörler, nano filtrasyon ve ters osmoz yöntemleri ile farmasötik mikrokirleticilerin giderim verimi oldukça yüksektir. Membran biyoreaktör ve nano filtrasyon/ters osmoz yöntemleri birlikte kullanılarak %95'in üzerinde arıtım sağlandığı görülmektedir (Micheal ve diğ. 2013). Farmasötik mikrokirleticilerin giderilmesi temel olarak kirleticinin arıtma esnasında biyobozunmasına veya transformasyonuna bağlıdır. Farmasötik mikrokirleticiler metal iyonları ile kompleks oluşturabildiklerinden polar hidrofilik etkileşimler ile sulu çözeltilerden ayrılabilmektedirler. Mikrokirleticiler genelde hidrofilik özelliktedir ve biyolojik olarak dirençlidirler bu nedenle, çoğunlukla atıksuyun su fazında kalırlar. Atıksu arıtımında farmasötik mikrokirleticilerin biyobozunma yoluyla giderilmesini etkileyecek başlıca faktörler; BOİ5, aerobik ve anaerobik ortamların mevcudiyeti, AKM kapasitesi, hidrolik ve çamur tutma süresi, pH ve sıcaklıktır (Drewes ve diğ., 2006).

Yang (2005), bir atıksu arıtım tesisinde farmasötiklerin %85 mertebesinde uzaklaştığını belirtmiştir. Li ve Zhang (2011) yaptıkları çalışmada %24-%36 oranında bir giderim olduğunu bildirirken, Karthikeyan ve Meyer (2006) iki ayrı evsel atıksu arıtım tesisinde yürütülen arıtım işleminde %67-%100 giderim sağlarken ve Lin (2009), Tayvan’da bulunan dört ayrı evsel atıksu arıtım tesisinde %66-%90 oranında giderim verimi elde edildiğini raporlamışlardır.

Ultrason ışıması, atıksu arıtımı açısından yeni bir yaklaşımdır. Ultrason, sıvı ortamda kavitasyon kabarcıklarının oluşması ile mikrokirleticilerin kimyasal ve fiziksel değişiklikleri arttırmaktadır (Emery, Papadaki, Freitas dos Santos, Mantzavinos, 2005).


290

Farmasötik mikrokirleticiler kompleks yapma özelliğine sahiptirler ve kolaylıkla kalsiyum vb. iyonlara bağlanabilirler ve böylelikle atıksu çamuruna bağlanabilen kararlı kompleksler oluştururlar. Kim (2005) biyobozunurluk testi sırasında farmasötik kirleticilerin biyobozunmasına ait bir kanıt bulamamışlar, ancak mikrokirleticilerin temel giderim mekanizmasının aktif çamur üzerine adsorpsiyonu olduğunu bulmuşlardır.

Oksidasyon atıksu arıtımı için oldukça etkili ve yeni bir yöntemdir. Bu yöntem, esas olarak hidroksil radikalinin kullanımını ve üretilmesini içermektedir. Hidroksil grupları, organik maddenin oksidasyonuna ve mineralleşmesine yol açan güçlü oksitleyici ajanlardır. Çeşitli araştırmalar, atıksu arıtma tesislerinde farmasötik kimyasalların uzaklaştırılması için etkili bir yöntem olarak oksidasyon proseslerini bildirmiştir. Farmasötik kimyasalların parçalanmasında oksidatif proseslerin etkinliği büyük oranda spesifik su matrisi ile belirlenmektedir, ancak nitratların, karbonatların ve doğal çözünmüş organik maddelerin varlığı, giderimi yapılmak istenen mikrokirleticilerin yok edilmesini engelleyebilmekte ve sonuçta seçilen oksidasyon proseslerinin etkinliğini azaltabilmektedir.

Ozon güçlü bir oksidandır ve atıksu arıtımı için yaygın olarak kullanılmaktadır. Antibiyotikler gibi mikrokirleticiler 5 mg/L’lik ozon dozu ile %100 oranında giderilebilmektedir. Balcıoğlu ve Otker (2003) ozonlama işlemi boyunca pH'ın kritik bir parametre olduğunu ve pH değerindeki azalmanın adsorpsiyon hızını ve kapasitesini düşürdüğünü ileri sürmüştür.

Bazı çalışmalar, farmasötik mikrokirleticilerin klor ile kolaylıkla uzaklaştırılmasına dikkat çekmiştir. Klorlama, en yaygın atıksu dezenfeksiyon yöntemidir ve atıksuların arıtma tesislerinden çıktıktan sonra, bünyelerindeki olası patojenlerini dezenfekte etmek için kullanılır. Klorlu kimyasallar içinde hipoklorit en yüksek oksidasyon potansiyeline sahiptir. Klor bazlı dezenfektanların kullanılmasının en önemli dezavantajı, depolama, taşıma ve kullanılmasıyla ilgili güvenlik tehlikeleri, ve yan ürünlerin oluşumudur. Farmasötiklerin atıksulardan


291

klorlama yoluyla etkin bir şekilde uzaklaştırılması için yeterince serbest klor konsantrasyonu ve temas süresi gerekmektedir (Homen ve Santos, 2011).

Fotolitik bozunma atıksu arıtımında yaygın bir kullanıma sahiptir ve doğrudan veya dolaylı olarak iki tipte uygulama alanı bulunmaktadır. Doğrudan fotoliz işleminde, mikrokirletici güneş fotonunu absorblayarak mikrokirleticinin parçalanması sağlanmakta, dolaylı fotolizde ise, sistemde doğal olarak oluşan moleküller, reaktif ajanlar, hidroksil ve alkil peroksil radikalleri, ve hidrat elektronları ile güneş fotonu altında bozunmaktadırlar (Arnold, McNeill, Petrovic, Barcelo, 2007; Fatta-Kassinos, Vasquez, Kummerer, 2011).

Bir mikrokirleticinin ultraviole ışımasıyla bozunması, UV enerjisinin absorpsiyon kapasitesine ve kirleticinin kuantum verimine bağlıdır. UV ışımasıyla enerjisi emilimi, bir kimyasalın parçalanması için kullanılabilecek belirli bir dalga boyunda ışığı ne kadar güçlü bir şekilde emdiğini ölçen tükenme katsayısı olarak ifade edilir (Kim, Yamashita, Tanaka, 2003). UV ışınlama, yer altı, yer üstü ve atıksuların arıtılmasında yaygın olarak kullanılmaktadır. Çeşitli araştırmalar, atıksulardaki farmasötik mikrokirleticilerin UV ışınlaması ile yüksek verimle giderildiğini bildirmiştir (Yuan ve diğ. 2011). Farmasötik kimyasalların çoğu aromatik halkalara, fenol ve nitro gruplarına ve güneş ışınlarını emebilen fonksiyonel kromofor gruplara sahiptirler (Fatta-Kassinos, Vasquez, Kummerer, 2011). Mikrokirleticinin yapısı, UV ışıma dozu, temas süresi fotoliz sırasında kirleticinin uzaklaştırılma ve bertaraf verimliliğini etkileyen önemli faktörlerdir. Bu teknoloji sadece ışığa duyarlı bileşikleri içeren ve düşük kimyasal oksijen ihtiyacına sahip sular için kullanılabilir. Ancak, fotolizin atıksulardaki farmasötik kimyasalların parçalanmasında daha az etkili olduğu ve örneğin ozonlamaya göre daha fazla enerji talep ettiği kanıtlanmıştır.

Farmasötik Mikrokirleticilerin Gideriminde Adsorpsiyon Yöntemi

Farmasötik mikrokirleticilerin adsorpsiyon ile giderimi ile alakalı literatür çalışmaları incelenmiştir. Mikro boyutlu demir ile farmasötik mikrokirletilerin giderim verimliliğini ve adsorpsiyon kinetiklerini


292

değerlendirmek amacıyla pH, adsorban dozajı ve sıcaklık gibi parametreler incelenmiş ve mikro boyutlu demir ile farmasötik mikrokirleticlerin giderim veriminin yaklaşık %100 olduğu saptanmıştır (Yıldız, 2014).

Farmasötik kirleticilerin çok katmanlı karbon nanotüp kompozitleri ile adsorpsiyonu incelendiğinde, maksimum mikrokirletici adsorpsiyon kapasitesinin katkısız çok katmanlı karbon nanotüpe göre 1,25 kez daha fazla olduğu görülmüştür (Xiong ve diğ., 2018).

Adsorban olarak zeolitlerin kullanıldığı bir çalışmada maksimum adsorpsiyon değerlerini pH 5,0; 20oC ve başlangıç mikrokirletici derişimi 50 mg/L olduğu ortamda gözlenmiş ve kirleticinin en yüksek adsorpsi-yon verimi %94 olarak elde edilmiştir (Doğan, 2019).

Adsorban olarak kızılcık çekirdeğinden üretilen aktif karbonun kullanıldığı çalışmada aktif karbon çinko klorür ile aktive edilmiştir. Farklı sıcaklıklarda üretilen adsorban kullanılarak pH, aktif karbon miktarı ve sıcaklık parametreleri değiştirilerek yapılan adsorpsiyon deneylerinin sonucunda farmasötik mikrokirleticinin %99,9’lik bir giderime sahip olduğu görülmüştür (Güngördü, 2018).

Yapılan literatür çalışmaları incelendiğinde, farmsötik kimyasalların düşük derişimlerde bulunduğu atıksulardan adsorpsiyon yöntemi ile giderimi için, uygun adsorbanların kullanılması durumunda verimin çok yüksek olduğu saptanmıştır. Bu nedenle çalışmanın ilerleyen kısmında adsorpsiyon yöntemine genel bir bakış yapılacaktır.

ADSORPSİYON YÖNTEMİ

Adsorpsiyon, en genel anlamda katı bir yüzey üzerinde bir veya bir-den fazla molekülün birikmesi ve derişimlerinin artması olarak tanım-lanmaktadır. Bir sıvı içinde çözünmüş moleküllerin bir katı yüzeyine tutunması olayına “adsorpsiyon”, yüzeyde tutunan maddeye “adsorbla-nan maddde veya adsorbat”, maddeyi tutan yüzeye “adsorbent veya adsorban”, katı yüzeyine tutunan moleküllerin tutundukları yüzeyden ayrılmasına ise “desorpsiyon” adı verilmektedir. Adsorpsiyon olayı ilk olarak 1773 yılında İsveç’li Scheele tarafından gazlarda, 1785 yılında ise


293

Rus bilim adamı Lowitz tarafından sıvılarda gözlenmiştir (Demir ve Yal-çın, 2014)

Fiziksel Adsorpsiyon

Fiziksel adsorpsiyon, adsorban yüzey ile sıvı ortamdan adsorplanan moleküller arasındaki fiziksel çekim kuvvetleri sonucu oluşan adsorpsiyon tipidir. Fiziksel adsorpsiyonda adsorplanan moleküllerin katı yüzeyine bağlayan kuvvet, zayıf Van der Waals kuvvetleridir bu çekim kuvvetleri zayıf olduğu için desorpsiyon daha kolay ve hızlı meydana gelmektedir. Fiziksel adsorpsiyon genellikle düşük sıcaklıkta düşük enerjili bir adsorpsiyon olarak ile karakterize edilmektedir. Fiziksel adsorpsiyon tersinir olup, proses çok hızlıdır, sıcaklık arttıkça adsorpsiyon kapasitesi azalma eğilimindedir ve bu tip adsorpsiyonda adsorplanmış tabaka birden fazla molekül kalınlığında, çok tabakalı olabilmektedir.

Kimyasal Adsorpsiyon

Kimyasal adsorpsiyon (kemisorpsiyon), adsorplanan madde mole-külleriyle adsorban molekülleri arasındaki kimyasal etkileşimden kay-naklanmaktadır. Kimyasal adsorpsiyonda kimyasal veya valens bağ kuvveti çok güçlüdür ve gaz/sıvı molekülleri katı yüzeyine hareket edemeyecekleri şekilde bağlanmaktadır. Katı yüzeyinin kimyasal ad-sorpsiyona uğraması tek molekül tabakasına sahipse, sıvı/gaz fiziksel olarak adsorbe olur. Kimyasal adsorpsiyon düşük gaz basınçlarında meydana gelir ve eğer tek tabaka adsorplanmış ise, adsorplanan miktar gaz basıncından bağımsız olmaktadır. Kimyasal olarak adsorplanmış gaz veya sıvıyı uzaklaştırmak genellikle oldukça zordur (Haznedaroğlu, 2002).

Birçok adsorpsiyon prosesinde fiziksel ve kimyasal adsorpsiyon bir-likte gerçekleşmektedir. Bazı sistemler düşük sıcaklıklarda fiziksel, yük-sek sıcaklıklarda ise kimyasal adsorpsiyon göstermektedirler. Kimyasal adsorpsiyon, genellikle gaz/sıvı-katı yüzey arasında bir reaksiyon eğili-minin bulunduğu hallerde kendini göstermektedir (Gündoğdu, 2010)


294

Değişim Adsorpsiyonu

Değişim adsorpsiyonu, adsorlanan madde ile adsorban yüzeyi arasındaki elektriksel çekim ile meydana gelmektedir. Değişim adsorpsiyonunda, zıt elektrik yüklerine sahip olan adsorbat ile adsorban yüzeyinin birbirlerini çekmesi son derece önemlidir (Fil, 2007)

Adsorpsiyona Etki Eden Faktörler

Adsorbanın yüzey alanı

Kimyasal bir reaksiyonda aktif bölgelerin sayısının fazlalığı yüzey alanı ile orantılıdır. Adsorbanın yüzey alanının artması adsorpsiyon ka-pasitesini de arttırmaktadır.

Adsorbanın por çapı

Adsorbanın por çapının artması, adsorbat moleküllerinin bu porlara ve gözeneklere tutunabilme olasılıklarını buna bağlı olarak da adsorpsi-yon kapasitesinin artmasına sebep olmaktadır.

Sıcaklık

Adsorpsiyon reaksiyonları genelde ekzotermiktir, yani reaksiyon sırasında ortama ısı aktarılır. Bu yüzden adsorpsiyon kapasitesi genellikle sıcaklığın düşmesi ile artış göstermektedir. Eğer reaksiyon endotermik yani ortamdan ısı alan bir reaksiyonsa, adsorpsiyon kapasitesi sıcaklığın artması ile artmaktadır. Genellikle açığa çıkan ısı miktarları fiziksel adsorpsiyonda yoğunlaşma veya kristallenme enerjisi mertebesinde, kimyasal adsorpsiyonda ise kimyasal reaksiyon enerjisi mertebesinde olduğu bilinmektedir (Savcı, 2005)

Basınç

Gazların adsorpsiyonu sırasında basınç yükselirse, adsorban daha fazla miktarda madde adsorblamaktadır.


295

Çözeltinin pH değeri

Adsorban yüzeyi, içinde bulunduğu çözelti fazının asidik veya bazik özelliğine bağlı olarak farklı yüklenmektedir. Çözelti fazında bulunan adsorbat, adsorban yüzeyinde bulunan gruplar üzerinde tutulur, ancak adsorban yüzeyin yüzey yüküne bağlı olarak adsorpsiyon kapasitesi artış ya da azalış göstermektedir. Bunun nedeni, mikrokirleticilerin mo-leküler yapısında çok sayıda bulunan hidrojen ve hidroksit iyonlarının güçlü adsorplanma yetenekleridir. Ortamda fazlaca hidrojen ve hidroksit iyonu bulunduğunda, bu iyonlar adsorbat iyonları ile yüzeye bağlanma yarışına girerler, bu da yüzeyin adsorbat molekülleri ile daha az kap-lanmasına sebep olmaktadır.

Adsorpsiyon İzoterm Modelleri

Adsorpsiyon izotermi, çözelti içerisindeki adsorbat konsantrasyonu ile adsorplanan adsorbat konsantrasyonu arasındaki dengeyi tanımlayan bir ilişkidir. İzoterm kavramı ise sabit bir sıcaklıkta elde edilen konsant-rasyon dengesini ifade etmek için kullanılmaktadır. Adsorpsiyon izo-termlerinin kullanılacağı koşullar, adsorbatın yapısı, derişimi, adsorba-nın türü, pH ve iyonik şiddet gibi birçok faktöre bağlıdır. Adsorpsiyon izotermlerinin incelenmesinin ana nedeni belirli koşullarda meydana gelen adsorpsiyon işlemine bir kimlik kazandırmak ve prosesi net bir şekilde tanımlamaktır. Temel olarak Langmuir ve Freundlich izotermle-rinden türetilen pek çok yeni model mevcuttur. Bu modeller genel form-dan daha spesifik tanımlamalar yaparak adsorpsiyon özelliğini belirle-mek amacıyla kullanılmaktadırlar.

Langmuir izoterm modeli, adsorbatın, adsorban yüzeyi üzerine tek bir aktif siteye bağlandığını ve adsorban yüzeyindeki tüm spesifik yüzey alanların adsorbat için aynı spesifik seçiciliğe sahip olduğunu kabul et-mektedir. Ayrıca izoterm, adsorban yüzeyinden çözelti fazına doğru gi-dildikçe moleküler arası etkileşimin azaldığını, adsorban yüzeyi üzerine adsorplanan adsorbatın, bir molekül kalınlığında olduğunu, adsorban yüzeyindeki aktif bölgelerin aynı enerjiye sahip olduğunu ve adsorpsi-yonun tersinir olduğunu kabul etmektedir.


296

Adsorban yüzey üzerindeki adsorpsiyon hızı, yüzeyden moleküllerin desorpsiyon hızına eşit olduğunda dengeye ulaşılır buna göre, Langmuir izotermi denklem (1)’ de verilmiştir.

Burada, qe, denge durumunda birim adsorban kütlesi üzerindeki ad-

sorbat miktarı (mg/g), qm, maksimum adsorplanan adsorbat miktarı (mg/g), Ce, adsorbatın sıvı fazdaki konsantrasyonu (mg/L), KL ise ad-sorbatın adsorbana seçicilik derecesidir.

Ce arttıkça, adsorpsiyon prosesindeki aktif siteler zamanla adsorbat ile dolar ve qe qm’ye yaklaşır.

Langmuir izotermi, yeniden düzenlendiğinde denklem (2)’deki

şeklini alır (Sawyer, Mccarty, Parkin, 2013). İzoterm, adsorbatın adsorbana seçicilik derecesi ve denge parametresi olarak adlandırılan boyutsuz bir sabit olan RL ile ifade edilirse (2) denkliği (3) haline gelmektedir.

Burada, Co adsorpsiyon başlangıç konsantrasyonunu ifade etmekte-

dir. RL değeri, adsorpsiyon niteliğini temsil eden denge parametresidir ve RL> 1 ise proses olumsuz, RL = 1 ise doğrusal, 0 <RL <1 ise proses uy-gun ve RL = 0 ise tersinmez olduğunu göstermektedir (Dada, Olalekan, Olatunya, Dada, 2012).

Freundlinch izotermi, adsorpsiyon prosesinde adsorbat molekülleri ve adsorban yüzeyi arasındaki seçiciliği esas alır (Yang, 1998).

Freundlich izoterm modeli denklem (4)’de gösterilmiştir.


297

Denklem (4)’deki KF adsorban kapasitesini (mg/g), n ise seçiciliğin bir ölçüsüdür. n=1 olduğunda model lineer bir izotermi temsil etmekte-dir ve adsorban yüzeyindeki aktif sitelerin adsorbata karşı eşit seçiciliği-nin olduğunu gösterir. n>1 olduğu durumda ise, adsorbanın adsorbata karşı seçiciliğin az olduğunu ifade etmektedir. Denklem (4)’ün lineerleş-tirilmiş hali (5) ile ifade edilmektedir.

, , ve değerlerini belirlemek için en küçük kareler regres-

yonu gibi tekniklerin uygulanması ile denklem (2) ve (5) irdelenir.

Temkin izoterm modeline göre adsorpsiyon ısısı, adsorbat ve adsorban arasındaki etkileşimin artması ile lineer olarak azalmaktadır.

(6) no’lu denklem ile ifade edilen izoterm modelinde , Temkin

sabiti (L/g), , adsorpsiyon ısı sabiti (J/mol), R ideal gaz sabiti, T(K) mutlak sıcaklıktır.

Lineerleştirilen (6) no’lu denklem (7) gibi olmaktadır:

Dubinin Radushkevich (D-R) modeli, heterojen adsorban

yüzeylerine, karakteristik adsorban porozitesine ve adsorpsiyon serbest enerjisine dayanmaktadır. Adsorpsiyon serbest enerjisinin değeri, adsorpsiyon işleminin fiziksel veya kimyasal olup olmadığı hakkında bilgi vermektedir (Ozdemir, 2019).


298

Burada, (epsilon) polyani potansiyelini, β, Dubinin-Radusckevich sabiti, R ideal gaz sabiti, T(K) mutlak sıcaklık ve E ise adsorpsiyon ener-jisini temsil etmektedir (Ayawei, Newton Ebelegi, Wankasi, 2017).

Halsey izoterm modeli, adsorpsiyonun çok katmanlı olduğunu, adsorban yüzeyinden kalın bir mesafede olduğunu kabul etmektedir. Halsey adsorpsiyon izoterm modeli denklem (11)’de ifade edilmektedir.

(11)

Burada, KH Halsey izoterm sabitidir, nH Halsey izoterm üssüdür.

Harkins-Jura izoterm modelinin esas olarak çok katmanlı adsorpsiyonu ve adsorban yüzeyindeki heterojen gözenek dağılımının varlığını kabul etmektedir. Harkins-Jura izoterm modeli Denklem (12) ile ifade edilir,

(12)

Burada, BHJ ve AHJ Harkins-Jura sabitleridir (Kara, Kılıç, Tekin, Dinibütün, Şafaklı, 2018).

Adsorpsiyon Kinetiği

Adsorpsiyon kinetiğinin belirlenmesi, adsorbat ile adsorbanın temas süresi parametresini temel almaktadır. Adsorpsiyon kinetiği, adsorpsiyon basamaklarının daha iyi anlaşılabilmesi için önem taşımaktadır ve kinetiğin anlaşılması etkin adsorbat-adsorban temas süresi yani alıkonma süresi ile tespit edilmektedir (Ho ve McKay, 1999). Adsorpsiyon prosesinde ilk aşamasında adsorbat molekülleri, adsorban film tabakası sınırına doğru difüze olmaktadır. Bu kademe yığın difüzyonu olarak tanımlanmaktadır ve bu kademe oldukça hızlı gerçekleşmektedir. Film tabakasına ulaşan adsorbat molekülleri, adsorbanın porlarına doğru transfer olmakta ve bu transfer, film tipi difüzyon olarak tanımlanmaktadır. Adsorbat difüzleneceği yüzeyin porlarında hareket ederek adsorpsiyon prosesinin meydana geleceği bölüme doğru transfer olur ve bu taşınım olayı gözenek difüzyonu olarak ifade edilmektedir. Adsorbat, adsorbanın gözeneklerinde fiziksel


299

ve/veya kimyasal olarak adsorplanmakta ve böylelikle adsorpsiyon işlemi tamamlanmaktadır (Baral, Das, Rath, 2006).

Basit bir kinetik model olan yalancı-birinci derece kinetik model Denklem (13)’de ifade edilmektedir (Orbak, 2009).

Burada k1, hız sabiti (1/dk); , denge anında birim adsorban mikta-

rında adsorplanan madde miktarı (mg/g) ve , t süre sonunda adsorp-lanan madde miktarıdır (mg/g).

Adsorpsiyon kapasitesinin aktif bölge sayısı ile orantılı olduğunu kabul eden yalancı-ikinci dereceden kinetik model, Denk. (14) ile de ifa-de edilmektedir:

Burada , yalancı ikinci derece adsorpsiyon hız sabiti( g/mgsaat),

, denge durumunda adsorplanan madde miktarı (mg/g) ve , t süre sonunda adsorplanan madde miktarını (mg/g) ifade etmektedir (Ho, McKay, 1998).

Denklem (14) yeniden düzenlenirse denklem (15) elde edilir:

Denklem (15)’deki ifadesi h (başlangıç adsorpsiyon hızını)

tanımlamaktadır.

Elovich kinetik modeli, Chien ve Clayton tarafından 1980 ve Sparks tarafından 1986 yılında ortaya konmuş olup aşağıdaki şekilde tanımlanmıştır (Orbak, 2009).


300

Burada A, başlangıç adsorpsiyon hızı (mg/g.dakika) B, desorpsiyon sabitidir (g/mg). Denklem (16)’da A.B.t>>t kabulü yapılarak denklem (17) elde edilmektedir.

Parçacık içi difüzyon modeli, Weber-Morris ve Srivastava tarafından

Denklem (18)’de ifade edilmektedir.

Burada , t süresi sonunda adsorplanan madde miktarı; , parça-

cık içi difüzyon hız sabitidir.

Kinetik veriler kullanılarak sadece gözenek difüzyonunun hız sınır-layıcı adım olup olmadığını kontrol edilmesinde Bangham Eşitliği uygu-lanmaktadır. Bangham kinetik modeli denklem (19)’de ifade edilmekte-dir:

Bu eşitlikte α<1 ve sabit, V çözelti hacmi (ml), m adsorban miktarı

(g/L)’dir.

KAYNAKÇA

Arnold W.A., McNeill K., In: Petrovic M., Barcelo D. (Eds.) (2007). Transformation of pharmaceuticals in the environment: photolysis and other abiotic processes. Comprehensive Analytical Chemistry, (50), 361-385. https://doi.org/10.1016/S0166-526X(07)50011-5.

Ayawei N., Newton Ebelegi A., Wankasi D. (2017). Modelling and ınterpretation of adsorption isotherms. Journal of Chemistry, 1-11. DOI: 10.1155/2017/3039817.

Balcıoglu I.A., Otker M. (2003). Treatment of pharmaceutical wastewater containing antibiotics by O3 and O3/H2O2 processes. Chemosphere, 1(50), 85-95. https://doi.org/10.1016/S0045-6535(02)00534-9.


301

Baral S. S., Das S. N., Rath P. (2006). Hexavalent chromium removal from aqueous solution by adsorption on treated sawdust. Biochemical Engineering Journal, 3(31), 216–222. https://doi.org/10.1016/j.bej.2006.08.003.

Dada A.O., Olalekan A.P., Olatunya A.M., DaDa O. (2012). Lang-muir, freundlich, temkin and dubinin–radushkevich ısotherms studies of equilibrium sorption of Zn2+ unto phosphoric acid modified rice husk. IOSR Journal of Applied Chemistry, 1(3), 38-45. DOI: 10.9790/5736-0313845.

Demir E., Yalçın H. (2014). Adsorbentler: sınıflandırma, özellikler, kullanım ve öngörüler. Türk Bilimsel Derlemeler Dergisi, 2(7), 70-79.

Doğan H. (2019). Mikrodalga enerjisi kullanılarak yeni adsorbent-lerin sentezi ve tetrasiklin giderimi. Sivas Cumhuriyet Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, 46.

Drewes J. E., Bellona C., Oedekoven M., Xu P., Kim T. U., Amy G. (2006). Rejection of wastewater-derived micropollutants in high-pressure membrane applications leading to indirect potable reuse. Envi-ronmental Progress, 4(24), 400-409. DOI 10.1002/ep.10110.

Emery R.J., Papadaki M., Freitas dos Santos L.M., Mantzavinos D. (2005). Extent of sonochemical degradation and change of toxicity of a pharmaceutical precursor (triphenylphosphineoxide) in water as a func-tion of treatment conditions. Environment International, 2(31), 207-211. https://doi.org/10.1016/j.envint.2004.09.017.

Fatta-Kassinos D., Vasquez M.I., Kummerer K., (2011). Transfor-mation products of pharmaceuticals in surface waters and wastewater formed during photolysis and advanced oxidation processes e degrada-tion, elucidation of byproducts and assessment of their biological poten-cy. Chemosphere, 5(85), 693-709. DOI: 10.1016/j.chemosphere.2011.06.082.

Fil B.A. (2007). Montmorillonit’in tekstil boyar maddesi (metilen ma-visi) gideriminde kullanımının araştırılması. Balıkesir Üniversitesi, Fen


302

Bilimleri Enstitüsü, Çevre Mühendisliği Anabilim Dalı, Yüksek Lisans Tezi, 12.

Gündoğdu A. (2010). Fabrika çay atıklarından aktif karbon üretimi, karakterizasyonu ve adsorpsiyon özelliklerinin incelenmesi. Karadeniz Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Kimya Anabilim Dalı, Doktora Tezi, 24.

Güngördü A. (2018). Atıksulardan ileri arıtım yöntemleri ile anti-biyotik giderimi. Çevre Mühendisliği Anabilim Dalı, Eskişehir Anadolu Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Doktora Tezi, 16.

Haznedaroğlu H. N. (2002). Radyoaktif stronsiyum ve sezyum'un çözelt karışımlarından ayrı ayrı ve birlikte tutulması. İstanbul Üniversi-tesi, Fen Bilimler Enstitüsü, Kimya Anabilim Dalı, Doktora Tezi, 4.

Ho Y.S., McKay G. (1998). Sorption of dye from aqueous solution by peat. Chemical Engineering Journal, 2(70), 115–124. https://doi.org/10.1016/S0923-0467(98)00076-1.

Ho Y.S., McKay G. (1999). Pseudo-second order model for sorption processes. Process Biochemistry, 5(34), 451–465. https://doi.org/10.1016/S0032-9592(98)00112-5.

Kara A., Kılıç M., Tekin N., Dinibütün N., Şafaklı A. (2018). Applica-tion of sepiolite-poly(vinylimidazole) composite for the removal of Cu(II): thermodynamics and isotherm studies. International Journal of Chemical Science and Technology, 1(2), 20-33. DOI: 10.32571/ijct.341542.

Karthikeyan K.G., Meyer M.T. (2006). Occurrence of antibiotics in wastewater treatment facilities in Wisconsin, USA. Science of the Total Environment, 1-3(361), 196-207. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2005.06.030.

Kim S., Eichhorn P., Jensen J.N., Weber A.S., Aga D. (2005). Removal of antibiotics in wastewater: effect of hydraulic and solid retention times on the fate of tetracycline in the activated sludge process. Environmental Science and Technology, 15(39), 5816-5823. https://doi.org/10.1021/es050006u.


303

Li B., Zhang T. (2011). Mass flows and removal of antibiotics in two municipal wastewater treatment plants. Chemosphere, 9(83), 1284-1289. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2011.03.002.

Lin A.Y.C., Yu T.H., Lateef S.K. (2009). Removal of pharmaceuticals in secondary wastewater treatment processes in Taiwan. Journal of Haz-ardous Materials, 1-3(167), 1163-1169. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2009.01.108.

Lin J., Wang L. (2009). Short communication comparison between linear and non-linear forms of pseudo-first-order and pseudo-second-order adsorption kinetic models for the removal of methylene blue by activated carbon. Frontiers of Environmental Science & Engineering in China, 3(3), 320–324. https://doi.org/10.1007/s11783-009-0030-7.

Michael I., Rizzo L., Mcardell C. S., Manaia C. M., Merlin C., Schwartz T., Fatta-Kassinos D. (2013). Urban wastewater treatment plants as hotspots for the release of antibiotics in the environment: a re-view. Water Research, 3(47), 957–995. https://doi.org/10.1016/j.watres.2012.11.027.

Orbak İ. (2009). Aktif karbon ile çevre kirletici bazı unsurların giderilmesi. İstanbul Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Kimya Mühendisliği Anabilim Dalı, Doktora Tezi, 42-46.

Savcı S. (2005). Basic blue 41 boyar maddesinin canlı ve inaktif sucul bitki myrıophyllum spıcatum tarafından adsorblanabilirliğinin incelen-mesi. Çukurova Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Çevre Mühendis-liği Ana Bilim Dalı, Yüksek Lisans Tezi, 17.

Sawyer C.N., Mccarty P.L., Parkin G.F. (2013). Çevre Mühendisliği ve Bilimi için Kimya. Nobel Akademik Yayıncılık, 97-102.

Xiong W., Zeng G., Yang Z., Zhou Y., Zhang C., Cheng M., Liu Y., Hu L., Wan J., Zhou C., Xu R., Li X. (2018). Adsorption of tetracycline antibiotics from aqueous solutions on nanocomposite multi-walled car-bon nanotube functionalized MIL-53 (Fe) as new adsorbent. Science of the Total Environment, (627), 235–244. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2018.01.249.


304

Yang C. (1998). Statistical mechanical study on the freundlich ıso-therm equation. Journal of Colloid and Interface Science, 2(208), 379–387. DOI:10.1006/jcis.1998.5843.

Yang S., Cha J., Carlson K. (2005). Simultaneous extraction and anal-ysis of 11 tetracycline and sulfonamide antibiotics in influent and efflu-ent domestic wastewater by solid-phase extraction and liquid chroma-tography-electrospray ionization tandem mass spectrometry. Journal of Chromatography A, 1-2(1097), 40-53. https://doi.org/10.1016/j.chroma.2005.08.027.

Yıldız B. (2014). Sulu ortamlarda tetrasiklinlerin mikro boyutlu sıfır değerlikli demir partikülleri ile giderimi. Fırat Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Anabilim Dalı: Çevre Mühendisliği Programı: Çevre Bilimleri, Yüksek Lisans Tezi, 35.

Yuan F., Hu C., Hu X., Wie D., Chen Y., Qu J. (2011). Photodegrada-tion and toxicity changes of antibiotics in UV and UV/H2O2 process. Journal of Hazardous Materials, 2-3(185), 1256-1263. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2010.10.040.

FDM TEKNOLOJİSİ KULLANILAN 3B YAZICILARDA BASKI PARAMETRELERİ

Seval ÖZGEL FELEK

1Ordu Üniversitesi, Ünye MYO, Mimarlık ve Şehir Planlama Bölümü, Mimari Resto-rasyon Programı, Ordu / Türkiye

Öz: Üç boyutlu (3B) yazıcılar, hızla gelişmeye devam eden ve günü-müzde endüstriyel tasarım, mühendislik, mimarlık, askeri, medikal sek-törü, moda, gıda ve diğer birçok alanda kullanılmaktadır. İlk kullanım zamanlarında prototip üretimi için yaygın olarak kullanılırken günü-müzde son ürünün de basılmasını sağlamaktadır. Yazıcıların baskı yön-temleri: Birleştirmeli yığma modeli (FDM), Eklemeli üretim (Poly Jet), Seçici Lazer Sinterleme (SLS), Tarayarak Işıkla Kürleme Tekniği (SLA), Tabakalı Yapıştırmalı Parça İmalatı (LOM) ve Bağlayıcı püskürtme tek-niği (Binder Jet)’dir. Çalışma kapsamında FDM ele alınacaktır. Kullanılan malzemeler genel olarak ABS, PLA, Naylon ve Fiber malzemelerdir. Ça-lışma kapsamında FDM teknolojisi kullanılan 3B yazıcıların baskı para-metreleri karşılaştırmalı olarak ele alınmıştır. Ele alınan baskı parametre-leri doluluk oranı, dolgu deseni, kabuk sayısı ve baskı hızıdır. Bu para-metrelerinin baskı süresine etkisi araştırmasında her parametre tek tek ele alınmıştır. Doluluk oranı- Baskı süresi araştırılırken doluluk oranları %10, %25, %50, %75 ve %100 olarak seçilmiştir. Dolgu deseni geometrile-ri tek tek ele alınarak doluluk oranlarına göre baskı süresine etkisi araştı-rılmıştır. Katman kalınlığı- Baskı süresi araştırılırken 0,1 mm, 0,2 mm ve 0,4 mm kalınlık seçilerek değişim incelenmiştir. Katman kalınlığı deği-şimleri doluluk oranı sabit %10 seçilerek incelenmiştir. Baskı hızı- Baskı süresi ve Kabuk sayısı- Baskı süresi araştırılırken %10, %25, %50, %75 ve %100 doluluk oranlarına göre tek tek değişimleri incelenmiştir.

Seval ÖZGEL FELEK

306

GİRİŞ

Üç boyutlu (3B) yazıcıların ilki Charles Hull tarafından 1984 yılında üretilmiştir. 1988 yılında SLA-250 adında ilk 3B yazıcı piyasaya sürül-müştür. Bu dönemde SLS (Selective Laser Sintering-Seçici Lazer Sinter-leme) ve FDM (Fused Deposition Modelling- Eriyik Yığma Modelleme) teknolojileri kullanılmaktadır (Günbal, 2019). Üç boyutlu yazıcılar, bilgi-sayar ortamında modellenen üç boyutlu dosyadan üç boyutlu katı model oluşturulmasıdır. Bu modelin üretimi üç boyutlu yazıcılar tarafından gerçekleşmektedir. Oluşturulan model FDM teknolojisi ile katmanlı üre-tim tekniğiyle üretilecekse dilimleme programlarına aktarılmalıdır. Mo-del .stl formatında kaydedilerek kullanılan dilimleme programına aktarı-lır. Üst üste yığma tekniğiyle baskı sırasında nozül filamenti eriterek model basılmaktadır.

Dünyadaki en popüler ve yaygın olarak kullanılan yöntem FDM’dir. FDM, 1988 yılında S. Scott Crump tarafından icat edilmiştir. Termoplas-tik malzemenin nozül vasıtasıyla sıcaklıkla ergitilerek katmanlar şeklin-de üretim tablasında oluşmaktadır. Kullanılan malzeme sıcaklıkla eriye-bilen termoplastik malzemedir ve filament olarak adlandırılır. Çoğunluk-la ABS ve PLA kullanılmaktadır (Melnikova, Ehrmann, & Finsterbusch, 2018). Belirli bir sıcaklığın üzerine çıkıldığında filament eriyerek akıcı bir form alır ve şekillendirilmesi mümkün olur. ABS petrol bazlı bir poli-merken, PLA yenilenebilir, mısır nişastası veya şeker kamışından elde edilmektedir. Bu çalışma kapsamında 3B yazıcıların baskı parametrele-rinin neler olduğu araştırılmış ve PLA filament malzemesi kullanılarak örnek numune üzerinde bu parametreler değiştirilerek sonuçlar karşılaş-tırılmıştır.

KAPSAM

Bir modelin 3B baskısını alabilmek için, modellenmesi, dilimlenme programlarına aktarımından sonra 3B yazıcıya göndermeden önce yaz-dırma parametrelerinin ayarlanması gerekmektedir. Çalışma kapsamın-da bu parametreler doluluk oranı, dolgu deseni, kabuk sayısı, katman kalınlığı, sıcaklık ve baskı hızı olarak incelenmiştir. Bu parametreler 3B yazıcı ara yüzlerinden kontrolü sağlanmaktadır.


307

FDM teknolojisi kullanan bir yazıcıda baskı dört bölümden oluşmak-tadır. Şekil 1’de gösterildiği gibi kabuk, alt ve üst katmanlar ile iç dolu-luk bölümleri bulunmaktadır.

Şekil 1. FDM Yazıcı Katmanları (3dhubs, 2019)

Kabuk (Outer Shell): 3B baskının en dışında bulunan katmanla-ra kabuk denir. FDM yazıcılarda her katmanın üretimine kabuktan baş-lanmaktadır. Kabuk kalınlığı arttıkça parça daha mukavemetli olacaktır. Eğer baskı sonrasında parlatma, törpüleme gibi işlemler uygulanacak ise kabuk kalınlığı arttırmak gerekmektedir. Kabuk sayısı arttıkça kullanılan filament miktarı artacak ve süre uzayacaktır.

Kabuk kalınlığı nozül çapıyla ilişkili olarak oluşmaktadır. Kabuklar genellikle iki nozül çapı kadar yani 0.8 mm kalınlığında basılmaktadır. Kabuk kalınlığı değiştirilecekse nozül çağının katları olarak belirlenmeli-dir. Kabuk sayısının arttırılması daha mukavemetli parçaların üretilme-sini sağlasa da, baskı alınırken önerilen bu mukavemetin doluluk oranla-rı ile sağlanmasıdır. Çoğu 3B yazıcının arayüzünde "Kabuk Sayısı / Number of Shells", varsayılan olarak 2'ye ayarlanmıştır (Tridi, 2019). Şe-kil 2’de çalışma kapsamında numune olarak kullanılan kalibrasyon kü-pünün 3B yazıcıda kabuk sayıları değiştirilerek baskısı alınmıştır.

Seval ÖZGEL FELEK

308

Şekil 2. Kabuk Sayısı Parametresi (Kişisel Arşiv)

Alt katmanlar (Bottom layers): Baskı tabanına yapışan en alttaki katman kabuğuna alt katman denir.

Üst katmanlar (Top layers): Nozulun değdiği en üst katman kabu-ğuna üst katman denir. Bu yüzey genellikle baskının en kaliteli kısmıdır.

İç doluluk (Infill): Baskının iç yapısını oluşturmaktadır (https://blog.3dortgen.com/3d-yazici-rehberi-3-3b-baskiya-giris/)

Doluluk Oranı: 3B yazıcıların en önemli özelliklerinden biri parça-nın iç hacmini tamamen doldurmadan da üretim yapılabilmesidir. Üre-timin hangi amaçla yapıldığına göre doluluk oranı değiştirilebilmektedir. Sağlam ve dayanıklı bir ürün üretilecekse ve hacimsel olarak dolu bir

https://blog.3dortgen.com/3d-yazici-rehberi-3-3b-baskiya-giris/


309

kütle ise %100 doluluk oranında baskı alınabildiği gibi sadece görsel amaçlı, deneme bir ürün ise %10 doluluk oranında bile baskı alınabil-mektedir.

Doluluk oranı parametresi basılan parçanın dayanıklılığına etki et-mektedir. %100 doluluk sağlanması parçanın ağırlığını ve maliyetini art-tırmaktadır hem de baskı süresini uzatmaktadır. Elde edilen parçanın kullanılacağı alana göre optimum bir değer belirlenmesi gerekmektedir (Tridi, 2019). Şekil 3’de çalışma kapsamında numune olarak kullanılan kalibrasyon küpünün 3B yazıcıda doluluk oranı değiştirilerek baskısı alınmıştır.

Şekil 3. Doluluk Oranı Parametresi (Kişisel Arşiv)

Dolgu Deseni: Parça içerisindeki doluluk sağlanırken 3B yazıcı ara-yüzünde mevcut geometriler içerisinden seçim yapılabilmektedir. Dik-dörtgenlerden, üçgenlerden, grid sistemlerden, zigzag desenden veya bal peteği görüntüsünde baskı alınabilmesi mümkündür. 3B yazıcı ile parça üretimi sırasında kullanılan farklı desenler, plastik malzemeden de tasar-ruf yapma imkanı sağlamaktadır. Desen sıklaştıkça parçanın mukaveme-ti artmaktadır.

%50 doluluk oranına sahip bir baskı, %25 doluluk oranına sahip bir baskıya göre %25 daha sağlamdır. Fakat doluluk oranı %50’den %75’e çıkarıldığında, nesnenin sağlamlığı yalnızca %10 artar (3d3Teknoloji, 2019). Şekil 4’de çalışma kapsamında numune olarak kullanılan kalibras-yon küpünün 3B yazıcıda dolgu deseni değiştirilerek baskısı alınmıştır.

Seval ÖZGEL FELEK

310

Şekil 4. Dolgu Deseni Parametresi (Simplify 3D arayüzü)

Katman Kalınlığı: Parçanın Z yönündeki hassasiyeti belirleyen pa-rametredir. Bu değer genellikle 0.25mm düzeyindedir ve 0.1mm’ye ka-dar düşürülebilir. Eklemeli imalat yöntemi ile baskı alınan FDM teknolo-jisinde model katmanlara ayrılarak üretilmektedir. Katman kalınlığı da bu sebeple parçanın yüzey kalitesini etkilemektedir. Katman kalınlığı azaldıkça basılacak katman sayısı artmaktadır ve baskı süresi uzamakta-dır. Şekil 5’de gösterildiği gibi 0.3 mm katman kalınlığı düşük yüzey kalitesine, 0.2 mm katman kalınlığı normal kabul edilebilecek bir yüzey kalitesine sebep olurken; 0.1 mm katman kalınlığı yüksek bir yüzey kali-tesi vermektedir.

Şekil 5. Katman Kalınlığı Parametresi (3dprintingindustry, 2019)


311

Isıtıcı Başlık (Extruder) Sıcaklığı: 3B Baskı için hangi malzemenin kullanılacağına göre ısıtıcı başlık sıcaklığı değişmektedir. PLA için 2050, ABS için 2400, esnek filamentler için daha düşük sıcaklıkta üretim yeter-lidir.

Baskı Hızı: 3B Baskı sırasında nozülün hangi hızda yazdırılacağı ürünün kalitesini etkilemektedir. Kaliteli bir son ürün isteniyorsa düşük hızda, sadece görsel ya da deneme amaçlı bir ürün isteniyorsa yüksek hızda baskı alınabilir. 3B yazıcıların ara yüzlerinde önerilen hız mevcut-tur.

MATERYAL ve YÖNTEM

3B Yazıcılarda makinenin baskı parametrelerini denemek amacıyla Şekil 6’da gösterilen kalibrasyon küpü kullanılmaktadır. Bu çalışmada da numune olarak bu model kullanılacaktır.

Şekil 6. Numune için Kullanılan Kalibrasyon Küpü (Kişisel Arşiv)

Seval ÖZGEL FELEK

312

Çalışmada, 1.75 mm çapında PLA filament kullanılmıştır. Numune-lerin yazdırılmasında açık kaynak kod yazılımı ile çalışan Ultimaker marka yazıcı kullanılmıştır. Yazıcı 300x200x170 mm baskı alanına sahip-tir ve kullanılan nozül çapı 0.4 mm’dir.

Çalışma kapsamında katman kalınlığının, doluluk oranının, desen geometrisinin, kabuk sayısı ve baskı hızının baskı süresine etkisi araştı-rılmıştır. Kalibrasyon küpü Simplify 3D programı vasıtasıyla dilimlen-miştir. Program optimum ayarlarla seksen katmanda basılmıştır.

Katman kalınlığı 0.1mm, 0.25 mm ve 0.4 mm olarak 3 farklı kalınlık-ta denenmiştir. Doluluk oranı %10 olarak incelenmiştir. Sonuçlar Tablo 1 ve Tablo 2’de verilmiştir.

Tablo 1. Katman Kalınlığı- Baskı Süresi- Yüzey Kalitesi

Katman Kalınlı-ğı

Baskı Süre-si

Yüzey Kalitesi

0,10 35 dk yüksek yüzey kalitesi

0,20 15 dk orta yüzey kalitesi

0,40 10 dk düşük yüzey kalitesi


313

Tablo 2. Katman Kalınlığı- Baskı Süresi Grafiği

Doluluk oranı Simplify 3D programı parçaya uygun ilk katman ve son katman değerlerini kendisi önermiştir ve önerilen değerler ile dört alttan ve dört üstten sekiz katman %100 doluluk oranıyla yazdırılmıştır. Doluluk oranı çok düşük olursa dolgu bittikten sonra fazla boşluk oldu-ğu için üst katmanla birleşimi sıkıntılı olacaktır. Bu sebeple %10’un al-tında bir değer denenmemiştir. Sonuçlar Tablo 3’de verilmiştir.

Tablo 3. Doluluk Oranı- Baskı Süresi Grafiği

Dolgu deseni Simplify 3D programının desen alternatifleri Rectili-near, Grid, Triangular, Wiggle, Fast Honeycomb, Full Honeycomb’dur. Desen görüntüler için Şekil 4’e bakılabilir.

Numunelerin hepsinde dört alttan ve dört üstten sekiz katman % 100 doluluk oranıyla tamamen doldurularak yazdırılmıştır. Diğer katman-larda farklı doluluk oranı ile her bir desen tipi denenmiştir.

Seval ÖZGEL FELEK

314

Tablo 4. Doluluk Oranı- Dolgu Deseni-Baskı Süresi

Dolgu Deseni Geometrisi

Doluluk Oranı

Rectilinear Grid Triangular Wiggle Fast Ho-neycomb

Full Ho-neycomb

10% 15 dk 15 dk 14 dk 14 dk 14 dk 15 dk

25% 15 dk 16 dk 16 dk 16 dk 16 dk 16 dk

50% 16 dk 17 dk 18 dk 23 dk 21 dk 20 dk

75% 18 dk 19 dk 20 dk 31 dk 27 dk 25 dk

100% 22 dk 23 dk 24 dk 42 dk 35 dk 31 dk

Tablo 5. Doluluk Oranı- Dolgu Deseni-Baskı Süresi Grafiği

Kabuk Sayısı parametresinin baskı süresine olan etkisinin araştırıl-ması için kabuk sayısı 2,5,10 ve 15 olarak seçilmiştir. Doluluk oranı %10 olarak seçilmiştir. Kabuk sayısı numune boyutları göz önüne alınarak 15’den fazla seçilmemiştir. 15’den fazlası zaten ürünü tamamen kabuk-tan üretilmesine neden olacaktır.


315

Tablo 6. Kabuk Sayısı- Baskı Süresi Grafiği (Doluluk %10)

Kabuk Sayısı parametresinin baskı süresine olan etkisinin araştırıl-ması için kabuk sayısı 2,5,10 ve 15 olarak seçilmiştir. Doluluk oranı %25 olarak seçilmişti.


Kabuk Sayısı parametresinin baskı süresine olan etkisinin araştırıl-ması için kabuk sayısı 2,5,10 ve 15 olarak seçilmiştir. Doluluk oranı %50 olarak seçilmiştir.

Seval ÖZGEL FELEK

316






317


Baskı Hızı parametresinin baskı süresine olan etkisinin araştırılması için yazıcı hızı değiştirilmiştir. Yazıcı optimum hızı 4200 mm/min’dir. Araştırma için 1000 mm/min, 2500 mm/min, 4200 mm/min ve 6000 mm/min hızları denenmiştir. Doluluk oranı %10 olarak seçilmiştir.

Tablo 11. Baskı Hızı- Baskı Süresi Grafiği (Doluluk %10)

Baskı Hızı parametresinin baskı süresine olan etkisinin araştırılması için yazıcı hızı değiştirilmiştir. Doluluk oranı %25 olarak seçilmiştir.

Seval ÖZGEL FELEK

318


Baskı Hızı parametresinin baskı süresine olan etkisinin araştırılması için yazıcı hızı değiştirilmiştir. Doluluk oranı %50 olarak seçilmiştir. De-ğerler %25 doluluk oranı ile aynı çıkmıştır.


Baskı Hızı parametresinin baskı süresine olan etkisinin araştırılması için yazıcı hızı değiştirilmiştir. Doluluk oranı %75 olarak seçilmiştir. Sa-dece baskı hızı 1000 mm/min olduğunda 84 dk baskı süresi sürmüştür. Diğer hızlarda değerler %50 doluluk ile aynıdır.


319


Baskı Hızı parametresinin baskı süresine olan etkisinin araştırılması için yazıcı hızı değiştirilmiştir. Doluluk oranı %100 olarak seçilmiştir. Sadece baskı hızı 6000 mm/min olduğunda 21 dk baskı süresi sürmüş-tür. Diğer hızlarda değerler %75 doluluk ile aynıdır


Seval ÖZGEL FELEK

320

BULGULAR

Doluluk oranı, dolgu deseni, kabuk sayısı, baskı hızı parametreleri-nin baskı süresine etkisi araştırmasında her parametre tek tek ele alın-mıştır. Doluluk oranı- Baskı süresi araştırılırken doluluk oranları %10, %25, %50, %75 ve %100 olarak seçilmiştir. Dolgu deseni geometrileri tek tek ele alınarak doluluk oranlarına göre baskı süresine etkisi araştırılmış-tır. Katman kalınlığı- Baskı süresi araştırılırken 0,1 mm, 0,2 mm ve 0,4 mm kalınlık seçilerek değişim incelenmiştir. Katman kalınlığı değişimleri doluluk oranı sabit %10 seçilerek incelenmiştir. Baskı hızı- Baskı süresi ve Kabuk sayısı- Baskı süresi araştırılırken %10, %25, %50, %75 ve %100 doluluk oranlarına göre tek tek değişimleri incelenmiştir.

Doluluk oranı %10’dan %25’e çıkarken baskı süresinin değişmediği, %50’ye çıkarken %6,66 baskı süresinin arttığı, %75’ye çıkarken %50’ye göre %12,5 baskı süresinin arttığı, %100’e çıkarken ise %75’e göre %22,22 baskı süresinin arttığı görülmüştür.

Katman kalınlığı 0,1 mm’den 0,2 mm’ye çıkarken yani 2 kat kalınlığa erişirken baskı süresi %57,14 azalmıştır. 0,2 mm’den 0,4 mm’ye çıkarken yani 2 kat kalınlıkta basılırken baskı süresi %33,33 azalmıştır.

Kabuk sayısı 2 iken doluluk oranı %10, %25 ve %50’de baskı süresi aynı olmuştur. Doluluk oranı %50’den %75’e çıktığında baskı süresi %12,5 artmıştır. Doluluk oranı %75’den %100’e çıktığında baskı süresi %22,22 artmıştır. Kabuk sayısı 5 iken doluluk oranı %10 ve %25’de baskı süresi aynı olmuştur. Doluluk oranı %25’den %50’ye çıktığında baskı süresi %5,55 artmıştır. Doluluk oranı %50’den %75’e çıktığında baskı süresi %10,52 artmıştır. Doluluk oranı %75’den %100’e çıktığında baskı süresi %9,52 artmıştır. Kabuk sayısı 10 iken doluluk oranı %10, %25 ve %50’de baskı süresi aynı olmuştur. Doluluk oranı %50’den %75’e çıktı-ğında baskı süresi %4,54 artmıştır. Doluluk oranı %75’den %100’e çıktı-ğında baskı süresi %4,34 artmıştır. Kabuk sayısı 15 iken doluluk oranı %10, %25, %50, %75 ve %100’de baskı süresi aynı olmuştur.

Baskı hızı ile baskı süresi %25 ile %50 doluluk oranında aynı sonuç-ları vermiştir. 6000 mm/min iken doluluk oranı %10’dan %25’e çıkarken baskı süresi %81,81 artmıştır. %25’den %75’e çıkarken baskı süresi aynı


321

kalmıştır. %75’den %100’e çıkarken baskı süresi %5 artmıştır. 4200 mm/min baskı hızı doluluk oranı %10’dan %25’e çıkarken %60 baskı süresi artmıştır. %25, %50 ve %100 doluluk oranlarında baskı süresi aynı kalmıştır. Baskı hızı 2500 mm/min iken doluluk oranı %10’dan %25’e çıktığında baskı süresi %118,75 artmıştır. %25, %50 ve %100 doluluk oranlarında baskı süresi aynı kalmıştır. Baskı hızı 1000 mm/min iken doluluk oranı %10’dan %25’e çıktığında baskı süresi %144,12 artmıştır. %25’den %75’e çıktığında baskı süresi %1,2 artmıştır. %75 ile %100 dolu-luk oranında baskı süresi aynı kalmıştır.

SONUÇ

Üç boyutlu yazıcıların hızlı prototip uygulamaları için baskı para-metrelerinin baskı sürelerine etkilerinin incelenmesi amaçlı çalışmanın sonucunda aşağıdaki bilgiler elde edilmiştir.

• Yazdırma hızının artması ile yazdırma süresi azalmıştır.

• Kabuk sayısı arttıkça baskı süresinde artış gözlenmiştir.

• Doluluk oranı arttıkça baskı süresi artmıştır. Ürünün kullanım amacına uygun olarak % 100 doluluk oranına sahip ürün basmanın 3B yazıcı teknolojisine uygun olmadığı, optimum doluluğun yeterli olduğu kanısına varılmıştır.

• Farklı dolgu deseni geometrilerinin desen sıklığı değiştikçe baskı süresine etki ettiği, daha sık geometrilerin daha mukavemetli ürünler oluşturduğu görülmüştür.

• 3B yazıcı teknolojisi sayesinde baskı doluluk oranının azaltılarak aynı işlevi gören daha hafif ürünlerin imal edilebildiği görülmüştür.

• Farklı parametreler kullanılarak baskı süresindeki değişimlerin yüzdeleri bulgular bölümünde paylaşılmıştır. Farklı numuneler kullanı-larak değişimler incelenebilir. Böylece baskı parametrelerindeki değişim-lerin modelin yapısına bağlı olarak nasıl bir değişim göstereceği de ileriki çalışmalarda incelenmelidir.

Seval ÖZGEL FELEK

322

KAYNAKÇA

3d3Teknoloji. (2019, 10 7). (https://3d3teknoloji.com/blog/3d-baski-parametreleri-nelerdir/). adresinden alındı

3dhubs. (2019, 12 15). (https://www.3dhubs.com/knowledge-base/selecting-optimal-shell-and-infill-parameters-fdm-3d-printing/) adresinden alındı

3dprintingindustry. (2019, 11 20). (https://3dprintingindustry.com/news/ulio-3d-the-3d-printer-almost-completely-made-out-of-3d-printed-parts-75772/ adresinden alındı

Günbal, U. (2019). Yeni Bir Üç Boyutlu Yazıcı Tasarımı ve İmalatı. Şanlıurfa: Yüksek Lisans Tezi,Harran Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü.

Melnikova, R., Ehrmann, A., & Finsterbusch, K. (2018). 3D Printing of Textile-Based Structures by Fused Deposition Modelling (FDM) with Different Polymer Materials. IOP Conference Series:Materials Science and Engineering, vol 62, DOI: 10.1088/1757-899X/62/1/012018 .

Tridi. (2019, 11 11). https://www.tridi.co/blog/3d-baski-parametreleri-nelerdir adresinden alındı.

TARİHİ ÇEVREDE YENİ YAPI TASARIMINDA BİRLEŞİM BİÇİMLERİ BAĞLAMINDA MODERN

YAKLAŞIMLAR

Prof. Dr. Gonca BÜYÜKMIHÇI 1, Arş. Gör. Ayşegül AKŞEHİRLİOĞLU 2, Kübra GÜL MENGÜÇ 3

1-2-3Erciyes Üniversitesi Mimarlık Fakültesi Mimarlık Bölümü, Kayseri / Türkiye

Öz: Toplumlarda zaman içinde görülen değişimler paralelinde ger-çekleşen, yeni ihtiyaçlar doğrultusunda ortaya çıkan yeni mekân gerek-sinimleri, geçmiş uygarlıkların yaşam biçimlerinin ve bu yaşam biçimle-rine göre şekillenen yapıların ve işlevlerin çağdaş yaşam içinde yer bu-lamamasına tarihi çevrelerin değişim ve dönüşümüne neden olmaktadır. Bu bağlamda, kentlerin kimliklerini belirleyen verileri ve yabancılaşma-ya karşı tutunacak değerleri sağlayan tarihi çevrelere, günümüz ihtiyaç ve teknolojisine uygun yeni yapılar ya da çağdaş ekler yapılması zorunlu hale gelmektedir. Uluslararası platformlarda kabul görmüş koruma yak-laşımlarında, tarihi çevrelerde yapılacak yeni yapıların hem geçmişe saygılı, hem de geleceğe günümüz referanslarını iletebilecek nitelikte olması öncelikli kriterlerdir. Bu bağlamda, tarihi çevrede eski ile yeni birlikteliğinin tarihi yapının özgün niteliklerini korurken, bulunduğu çağın özelliklerini yansıtarak geleceğe aktarma misyonu ancak tasarımın strüktürel ve mimari çözümlerindeki inceliklerle sağlanabilmektedir. Bu çalışma, tarihi dokuya eklemlenen yeni yapı tasarımlarının mekânsal ve strüktürel olarak nasıl çözümlenebileceğini, özgün yapı ile birleşim de-taylarını, malzeme tercihlerini çağdaş korumada kuramsal çerçeveyi be-lirleyen güncel tüzük ve yönetmeliklerde yer alan temel ilkeler doğrultu-sunda analiz etmeyi amaçlamaktadır. Vurgulanmak istenen temel dü-şünce, çağdaş teknik ve bilimsel yöntemlerin kullanılması ve farklı disip-linlerin uyum içinde çalışması ile tarihi yapıya zarar vermeden ve bağ-

Prof. Dr. Gonca BÜYÜKMIHÇI , Arş. Gör. Ayşegül AKŞEHİRLİOĞLU , Kübra GÜL MENGÜÇ

324

lamsal bütünlüğü bozmadan da çağın dilini yansıtan yapısal müdahale-nin mümkün olabileceğidir.

GİRİŞ

Tarihi çevreler; kültürel mirasımızın temsilcisi olarak geçmiş dönem-lerin yaşam biçimlerini sosyal, kültürel, ekonomik ve teknolojik yönden algılamamızı sağlayan özel alanlardır. Sahip oldukları özgün işlevleri ile günümüz koşullarında kendine yer bulamayan yapıların varlıklarını sürdürebilmesi için yeniden işlevlendirilmesi gerekebilmektedir. Yeni işleve uyarlanan yapı ikincil bir fonksiyonun gerektirdiği yeni gereksi-nimler ve donanımlarla karşı karşıya gelmekte, her yeni işlev, yeni bir mekân yaratma gereksinimini ortaya koyabilmektedir. Yaratılan mekânın niteliğini tarifleyen en kapsamlı uluslararası yaklaşım 2011 yı-lında “Tarihi Kentlerin ve Kentsel Alanların Korunması ve Yönetimi ile İlgili Valetta İlkeleri” isimli ICOMOS tüzüğüdür. Bu tüzük ile tarihi bina-lara yapılan çağdaş ekler ve bu eklerin çevre ile kurması gereken ilişkile-rin niteliği belirlenmiştir.

Tasarlanacak yeni mekânın geleneksel yapı ile kurduğu ilişki; özgün yapının tarihsel, mimari, teknik özelliklerine ve bulunduğu alanın doku-sal, yapısal, bağlamsal niteliğine göre çeşitlenmektedir. Çalışma kapsa-mında yeni mekânların oluşum biçimleri dünya ve Türkiye genelinde yapılmış uygulama örnekleri üzerinden detaylı araştırılmış ve bu biçim-lenmeler beş alt başlıkta toplanmıştır. Tarihi çevrede yeni yapı tasarı-mında uygulanan modern yaklaşımlar birleşim biçimleri bağlamında analiz edilmiş ve mevcut yapıları birbirine bağlayan ekler, tek bir yapı ile birleşen ekler, yapının kendi içinde var olan boşluğa yerleştirilen ekler, yapının üstünde bir yapı olarak veya çatı uygulaması olarak eklenen ekler ve yapı ile toprak altında birleşen ekler olmak üzere beş alt başlık altında toplanmış ve Tablo 1’ de verilmiştir.

TARİHİ ÇEVREDE YENİ YAPI TASARIMINDA BİRLEŞİM BİÇİMLERİ BAĞLAMINDA MODERN YAKLAŞIMLAR

325

Tablo 1. Ek Yapı Tasarımında Birleşme Biçimleri ve İncelenen Örnekler

Mevcut yapıları birbirine bağlayan ekler

Tek bir yapı ile birleşen ekler

Yapının ken-di içinde var olan boşluğa yerleştirilen ekler

Yapının üs-tünde bir yapı olarak/çatı uygulaması olarak eklenen ekler

Yapı ile toprak altında birleşen ekler

- Queen Richmond Centre West

-Royal Ontario Museum

-Adnan Büyükdeniz Kütüphanesi

-Antwerp Port House

-Joanneum Museum

-Elsa Morante Library

- Moritzburg Museum

YÖNTEM

Araştırma Modeli

Tarihi çevredeki işlevini yitiren yapıların yeniden kullanımında, kent kimliği ve kentsel belleğin devamlılığı göz önünde tutularak tasarlanan yeni yapılar bu çalışmanın kapsamında yer almaktadır. Çalışmada, tarihi çevredeki geleneksel yapıların yeni ekle birleşme biçimleri üzerine odak-lanılmıştır. Bu doğrultuda gerçekleştirilen uygulamalar Türkiye ve dün-ya örnekleri üzerinden incelenmiştir (Tablo 1). İncelenen örneklerde, tarihi çevre içerisinde ek bir yapı tasarlarken birleşim biçimlerinin ve strüktürün önemli bir faktör olduğu tespit edilmiştir. Yeni eklerin tarihi yapılara zarar vermeden ve geri dönüştürülebilir olarak farklı şekillerde birleştirilmesi en önemli etken olarak karşımıza çıkmaktadır. Yeni yapı tasarlanırken geliştirilen çözümler, öncelikle tarihi yapıya duyduğu say-gıyı ortaya koymalıdır. Günümüzde, çelik ve betonarme sistemler çağdaş ek tasarımında sıkça tercih edilirken, özellikle bilgisayar teknolojilerinin sunduğu olanaklardan faydalanılarak sıra dışı biçimler de oluşturula-bilmektedir. Araştırma modeli bu temel kavram üzerinde kurgulanmış


326

olup tarihi çevrede yeni yapı tasarımındaki modern yaklaşımlar beş alt başlık altında gruplanmıştır.

Araştırma Grubu

Araştırma grubu Prof. Dr. Gonca Büyükmıhçı, Arş. Gör. Ayşegül Akşehirlioğlu ve Lisansüstü öğrencisi Kübra Gül Mengüç’ten oluşmak-tadır.

Veri Toplama Araçları ve Verilerin Toplanması

Tarihi çevre içinde yapılmış yeni yapı örnekleri ve tarihi yapıya yapı-lan ek yapı örnekleri bu çalışmanın verilerini oluşturmaktadır. Bu neden-le ulaşılabilecek maksimum kaynağa ulaşılarak geniş bir kaynak tarama-sı yapılmıştır. Basılı kaynak yetersizliği sebebiyle ağırlıklı olarak internet kaynaklarından veriler toplanmıştır. Örnekler incelenirken yapıların öz-günlükleri, tarihi yapıya müdahale etme biçimleri, mimari ve yapısal tasarım kriterleri, malzeme seçimleri ve yapım teknikleri göz önünde bulundurulmuştur. Çalışmada ele alınan yapıların seçiminde ise yeni yapı tasarımında ortaya konan yaklaşımlardaki mimari çözümler ve mevcut yapı ile kurulan ilişkinin niteliği belirleyici olmuştur.

Verilerin Analizi

Kapsamlı literatür taramaları sonucunda tarihi binalara yapılan çağ-daş eklerin, işlevin gerektirdiği ihtiyaca, uygulandıkları bölgeye, fiziksel, ekonomik ve tasarımsal ilkelere bağlı olarak çok farklı yaklaşımlar ile şekillendirildikleri ve farklı konum, boyut ve biçimde yapıldıkları tespit edilmiştir. Bu bağlamda Branca, tarihi çevrelerde yapı eylemini üç başlık altında değerlendirmektedir. Bunlar: restorasyon, tarihsel yapılar grubu içinde yapı eylemi ve tarihsel yapılar grubunun etki çevresinde yapı ey-lemidir (Branca, 1979). Zeren’e göre, tarihi yapılara verilen fonksiyona veya gereksinimlere bağlı olarak ekler çatı, cephe tamamlaması, iki yapı arasında geçiş elemanı, yapıya eklenen yangın merdiveni, yapıya ekle-nen saçak elemanı, yapı cephesinde yapılan bütünlemeler veya yapıya eklenen yeni bir yapı olabilmektedir (Zeren, 2010). Eren ve Zakar (2019) ise tarihi binalara ek yapı tipolojisi olarak “düşey-bitişik, yatay-


327

bağlantılı, bütünleşik, arada-iç içe geçmiş, toprak altında bağlantılı, top-rak altında iç içe geçmiş” olarak gruplandırmış, Onur (1991) ise ek yapı tasarımında “yatay, düşey, karma ve toprak altında” olmak üzere dört çeşit yapı formu tanımlamıştır.

Tarihi binalar ile çağdaş eklerin birleşim biçimlerinin belirlenmesi ve sınıflandırılması tasarımdaki modern yaklaşımın ve strüktürel çözümle-rin anlaşılabilmesi için önemli bir kriter olarak karşımıza çıkmaktadır. Geleneksel yapıya eklemlenen bu yapıların tasarım kararları ve malzeme seçimleri, kent düzleminde geçmiş, bugün ve gelecek arasında kurulacak diyalogda önemli bir rol üstlenmektedir. Hangi şekilde biçimlenirse bi-çimlesin tarihi çevre içerisinde tasarlanacak olan ek yapıların, özgün ya-pıya birleşim biçimi, strüktür sistemi, malzeme seçimi bu diyalogun en önemli verileridir. Seçilen sistemin çağın dilini yansıtması önemlidir. ‘Yeni strüktürler tarih boyunca yeni biçim ve mekân tasarımlarına yol açmış, hattâ bazı durumlarda mimari tasarımın ötesinde kentlerin görünümünü, silue-tini ve kimliğini de etkilemiştir.’ (Hasol, 2011). Tarihi doku içerisinde ger-çekleştirilecek yeni yapı tasarım uygulamalarındaki başarı bağlamsal bütünlüğün sağlanmasına, bağlamsal bütünlük ise mekân, biçim ve strüktürün uyumlu birlikteliğine bağlıdır. Bu kapsamda literatüre katkı koymak, birleşim biçimlerindeki modern yaklaşımları sadeleştirmek ve belli bir sistematiğe oturtmak amacıyla beş farklı birleşim biçimi ortaya konulmuştur. Belirlenen birleşim biçimleri örnekler üzerinden ayrıntılı olarak anlatılmıştır.

BULGULAR

Tarihi çevrede yeni yapı tasarlarken, yapılan müdahalelerin öncelik-le tarihi yapıya zarar vermeden kaldırılabilir (reversible) strüktürel çö-zümlerin kurgulanması ile yapılandırılması önemlidir. Bu doğrultuda yapılandırılan yeni yapının, tarihi yapılarla strüktürel anlamda kurduk-ları ilişkinin başarısı, bilgisayar teknolojilerinden ve çağdaş yapım tek-niklerinden yararlanmaları, strüktürü çağdaş bir tasarım nesnesi olarak kullanmalarına bağlıdır. İncelenen tüm örnekler ek yapı tasarımında birleşme biçimleri göz önünde bulundurularak detaylı olarak analiz edilmiş ve her başlık altında yukarıdaki kriterlere uygun olarak konuyu


328

en iyi ifade edecek örnekler seçilmiştir. Bunlar; Queen Richmond Centre West, Royal Ontario Museum, Elsa Morante Library, Adnan Büyükdeniz Kütüphanesi, Antwerp Port House, Moritzburg Museum ve Joanneum Museum örnekleridir.

Mevcut Yapıları Birbirine Bağlayan Ekler

Queen Richmond Centre West

1911 yılında bisküvi fabrikası olarak inşasına başlanan yapı, süreç içerisinde fabrikanın kullanım ihtiyaçları doğrultusunda bazı genişleme-ler ve dönüşümler geçirmiştir. 2015 yılında Sweeny & Co Architects tara-fından mevcut tarihi yapılara çağdaş bir ek getirilmiştir. QRC West ola-rak adlandırılan bu ek, Toronto / Kanada’nın Downtown West bölge-sinde mevcut iki tarihi fabrika binasına entegre olmuş bir ofis kulesi ola-rak tasarlanmıştır (Şekil 1,2,3,5,6,7) (URL 1, URL 2).

Şekil 1. Zaman Çizelgesi (a, c: URL 3, b: URL 1, d: URL 4, e: URL 2)

Şekil 2. QRC West Şekil 3. QRC West Şekil 4. Kamusal Atrium

(URL 2) (URL 2) (URL 2)


329

Geçmişte var olan ticari fonksiyon, yeni yapıda da devam etmiştir. Tasarlanan yeni ofis kulesi ticari olmasına rağmen giriş katında 75 m yüksekliğinde, L şeklinde, camla çevrili, kamusal bir atriuma sahiptir (Şekil 4) (URL 2). Bu atrium, hem yapı mühendisliğini hem de tarihi mi-ras ögelerini bir arada sunması bakımından geçmiş ve günümüz arasın-da güçlü bir bağ kurmaktadır.

Şekil 5. Zemin Kat Planı (URL 5) Şekil 6. 1. Kat Planı (URL 4)

Şekil 7. Kesit (URL 4)

Yeni yapı inşa edilmeden önce geleneksel tuğla-kiriş konstrüksiyonla inşa edilen iki tarihi yapı korunarak restore edilmiş (Şekil 8) ve bu iki yapıyı birleştiren yeni bir mekan yaratılmıştır. Tasarımsal süreçte tarihi yapılara en az müdahale ile 11 katlı ofis kulesini mevcut binalara do-kunmayacak şekilde bir platform üzerinde kaldırma fikri öne çıkmıştır. Bu fikri gerçekleştirmek için Sweeny & Co Architects ve Stephenson En-gineering birlikte çalışmıştır. Platformun üzerinde yükselen ofis kulesi-nin taşınması, 3 adet delta uzay çerçeveli mega kolon aracılığı ile müm-kün olmuştur (Şekil 9,10) (URL 6).


330

Şekil 8. Mevcut Yapı Restorasyonu Şekil 9. Mega Kolonlar

Şekil 10. Platform Yapısı

(URL 1) (URL 7) (URL 8)

Her delta çerçeve yapısı 80.000 KN yükü destekleyerek kuleyi taşı-makta ve binadaki yanal sağlamlığı sağlamaktadır. Böylece düşey ve yanal yüklerin tarihi binalara aktarılması engellenmiştir (URL 6). Ancak hem mimari hem de yapısal mühendislik ekibi için, mega kolonların sa-dece güçlü olması yeterli olmamıştır. Estetik açıdan da mükemmele ula-şılmak istenmiştir. Mimarın yapı ile ilgili ‘Herkesin sadece güzel olmadığını, aynı zamanda çalışacağını ve üretilebilir olduğunu düşünene kadar geriye ve ileriye doğru çalışmaya devam ettik.’ sözleri bu durumu özetlemektedir. Bu amaçla, bazı üç boyutlu bilgisayar programlarından da faydalanılarak kolonlar üzerinde defalarca çalışılmıştır (Şekil 11,12) (URL 7). Sonuç ola-rak tasarlanan kolonlar, iki adet dikdörtgen tabanlı uzay çerçeve pirami-tinin, kum saati uzay çerçevesi konfigürasyonundan oluşmakta ve pira-mitlerin tepe noktalarının havada merkezi bir düğüm oluşturması ile meydana gelmektedir (URL 6). Böylelikle, ofis kulesi mega kolonlar ara-


331

cılığı ile taşınan platformlar üzerinde yükselirken; mevcut iki miras bina-sının birleşimi de L şeklindeki kamusal atrium aracılığı ile gerçekleşmiş-tir. Yapılandırılan bu mega kolonlar aracılığı ile yeni yapı bağımsız ola-rak taşıtılırken oluşturulan mekanda da sanatsal bir etki yaratılmıştır. Atriuma ait cam yüzeyler tarihi tuğla cephelerle noktasal bağlantılar ya-parak birleşmektedir (Şekil 13). Makas sistemi ile desteklenen cam yü-zeylerin yanal hareketleri kontrol altına alınmış ve tarihi binalara zarar vermesi önlenmiştir. Tıpkı taşıyıcı sistemde olduğu gibi bahsedilen nok-tasal bağlantılarda da en az müdahale ilkesi benimsenmiştir.

Şekil 11. Üç Boyutlu Tasarım Şekil 12. Üç Boyutlu Tasarım

Şekil 13. Noktasal Bağlantılar

(URL 7) (URL 9) (URL 9)

1.1. Tek Bir Yapı ile Birleşen Ekler

Kendi içinde iki ayrı gruba ayrılmakta olup, tarihi yapının mevcut iç hacmini kullanarak yeni bir yapı olarak biçimlenen ekler (Royal Ontario Museum) ve tamamen yeni bir yapı olarak biçimlenerek mevcut tarihi yapıya eklenen ekler (Elsa Morante Library) olarak sınıflandırılabilir.

1.1.1. Royal Ontario Museum

1912’den beri varlığını sürdüren Royal Ontario Museum süreç içeri-sinde birkaç kez genişleme geçirmesine rağmen özgün işlevinde de gün-cel işlevinde de müze olarak kullanılmaya devam etmiştir. Ek bina, Şubat 2002'de müze için düzenlenen yarışmayı kazanan ünlü mimar Daniel Libeskind tarafından tasarlanmıştır (Şekil 14) (URL 10).


332

Şekil 14. Zaman Çizelgesi (a, b, c, d, e: URL 10)

Libeskind ek yapı hakkında, ‘Bu bina, ROM’un (Royal Ontario Müzesi) programatik içeriğini ve alanın tekilliğini kristalize eden tek ve özel bir hikaye anlatıyor. Kristal, ROM’un karakterini, Müze’yi Toronto’nun dinamik merkezi olarak yeniden ortaya çıkarmaya adanmış bir atmosfere dönüştürüyor.’ demiş-tir (URL 11). Yeni yapı, Queens Parkının kuzeyinde NeoRomanesk dö-nemden kalma tuğla & taş yapıyı kucaklayan dinamik bir mimari olarak kendini göstermektedir (Şekil 15,16,20,21). Sıra dışı tasarımı ile yeni yapı Toronto / Kanada’da çağdaş bir kentsel imge haline gelmiştir (URL 12).

Şekil 15. Royal Ontario Museum (URL 13) Şekil 16. Müzenin İç Me-

kanları (URL 13)

Yapının prizmatik şekli mimarın orijinal müzedeki mineroloji bölü-mündeki kristallerden esinlenmesi sonucu ortaya çıkmıştır. Üç boyutlu bilgisayar teknolojilerinin kullanımı, yapısal konseptinin oluşmasını mümkün kılmıştır (Şekil 17,18,19). Prizmatik formu meydana getiren 5 kuvars kristali çelik kirişler aracılığı ile özel açılarla birbirine bağlanmak-tadır. Ancak yapısal olarak tarihi yapıya bağlı değildir. Geçmişe duyulan saygıdan dolayı, yeni yapı ile mevcut bina arasında kurulan ilişkinin en az müdahale ile gerçekleşmesi istenmiştir. Bunun için hassas duvara ya-


333

nal yük iletmemek adına yeni yapının taşıyıcı sistemi bağımsız çözül-müştür. Yeni yapıda kompozit çelik ve betonarme birlikte kullanılarak yapısal form dengelenmiştir (Şekil 22) (URL 14, URL 15).

Şekil 17. Kuvars Kristalleri Şekil 18. Üç Boyutlu Tasarım Şekil 19. Üç

Boyutlu Tasarım

(URL 15) (URL 15) (URL 15)

Şekil 20. Kat Planı (URL 16) Şekil 21. Kesitler (URL 17)

Şekil 22. Yapı Elemanları (URL 15)

Binanın alışılmadık formundan dolayı ortaya çıkabilecek durumları ve yanal salınımları önlemek adına rüzgar yükü hesaplanmıştır. Ayrıca, kar ve yağmur yükünün tarihi yapıya aktarılmaması için yeni tasarlanan cephede özel alüminyum tabaka ve cam kullanılmıştır (Şekil 23,24). An-cak tarihi yapı ile yeni yapı birleşirken cephede kaçınılmaz montajlar gerekmiştir. Bu montajların tarihi yapıya zarar vermemesi için özen gös-terilmiş, yeni inşaat teknikleri geliştirilmiştir (Şekil 25) (URL 15).


334

Şekil 23. Cephe Elemanları Şekil 24. Cephe Elemanları

Şekil 25. Cephe Montajı

(URL 13) (URL 14) (URL 14)

Elsa Morante Library

San Michele kilisesi olarak 1926 yılında inşa edilen yapı, 2009’da Elsa Morante Kütüphanesi olarak yeniden işlevlendirilmiştir (URL 18). İtal-yan kasabası Lonate Ceppino'da bulunan bu eski kilise, DAP Studio tara-fından tarihi karakterine saygılı ancak çağın dilini de yansıtacak şekilde eklenen delikli bir alüminyum kule ile modern bir kütüphaneye dönüş-türülmüştür (Şekil 26,27). Projede, önceden var olan tarihi bina restore edilmiş, yeni işlevin gerektirdiği yeni yapı çağın dili ve malzemesi ile eklenmiştir. Müdahale, eski ve yeni arasında kurulacak olan ilişkinin net bir şekilde anlaşılması temelleri üzerine kurulmuş, sadece tarihi binayı restore etmekle kalmamış, yapının kamusal kullanım işlevini de yeniden ele almıştır. Mimar Elena Sacco’nun, "Zor olan tarihi binaya saygı duy-mak, aynı zamanda yeni kamusal rolünü çağdaş bir unsurla göstermek-ti." sözleri yapılan müdahalenin niteliğini belirtmektedir. (URL 19).

Şekil 26. Zaman Çizelgesi (URL 18)

Kilisenin doğu cephesine paralel olarak yükselen dikdörtgen planlı yeni yapıda, restore edilmiş kilisenin çatı saçaklarından uzaklaşılması


335

amacıyla eğimli bir yan yüzey bulunmaktadır. Yapının en üst katında bulunan bu eğimli yüzey, açısal bir pencere ile aydınlatılmış küçük bir alana dönüşerek mekânsal dizinin sınırını tanımlamaktadır (Şekil 29) (URL 20). Yeni yapı sahip olduğu hafiflik, opaklık ve kırılma özellikleri, mevcut yapı ile bir kontrast yaratmaktadır. Tarihi yapının mimarisini önemli derecede değiştirmeden daha fazla güneş ışığına izin veren sırlı cam yüzeyler aracılığıyla, malzeme kullanımı açısından yeni yapı özgün yapıdan farklılaşmaya gitmiştir (URL 21). Eski ve yeni yapı arasında ku-rulan iki bağlantı unsuru vardır. Bu bağlantılar zemin kat seviyesinde kütüphaneye girişi sağlayan cam bir kütle olarak tasarlanırken, birinci kat seviyesinde birimleri birleştiren ahşap bir tünel şeklinde görülmek-tedir (Şekil 28,30,31,32,33) (URL 21).

Şekil 27. Elsa Morante Library Şekil 28. Bağlantılar Şekil 29. Eğimli

Yüzey

(URL 20) (URL 20) (URL 22)

Şekil 30. Biçimlenme Şekil 31. Zemin Kat Planı Şekil 32. 1. Kat Planı Şekil 33. Kesit

(URL 22) (URL 20) (URL 20) (URL 20)


336

Yapının Kendi İçinde Var Olan Boşluğa Yerleştirilen Ekler

Adnan Büyükdeniz Kütüphanesi

A. Sinan Timoçin, Serkan İğdelipınar tarafından 2009 yılında Esen-ler/İstanbul’da tasarlanan Adnan Büyükdeniz Kütüphanesi, arkeolojik kazı sonucu ortaya çıkan eski bir kilise kalıntısı üzerine inşa edilen Tür-kiye’nin ilk dijital kütüphanesidir (Şekil 34) (URL 23, URL 24).

Şekil 34. Zaman Çizelgesi (a: URL 23, b: URL 24)

Yapı tasarlanırken öncelikle kiliseye ait taş duvar kalıntısı korunmuş ve bu duvar yeni oluşturulan şeffaf yapı için bir kabuk görevi üstlenmiş-tir (Şekil 35,36,37). Bu cam kütle kendi taşıyıcı sistemini içinde barındı-rırken zemin kat seviyesinde tarihi taş duvar ile kısmı olarak bütünleşir (Şekil 38,39). Kütüphaneye ait cam çatı ise kütle içerisinde çözümlenen gizli bir çelik taşıyıcı sistem ile taşıtılmıştır (URL 24). Böylece tarihi duva-ra en az müdahale ile ele alınan ve günümüz malzeme ve teknolojilerinin kullanıldığı bir koruma yaklaşımı söz konusu olmuştur (Şekil 40).

Şekil 35. Taş Çeper (URL 25) Şekil 36. Plan (URL 24) Şekil 37. Görü-

nüş (URL 24)


337

Şekil 38. Birleşimler Şekil 39. Zemin Kat seviyesi Şekil 40. Çelik Sistem

(URL 24) (URL 24) (URL 24)

Yapının Üstünde Bir Yapı Olarak veya Çatı Uygulaması Olarak Eklenen Ekler

Antwerp Port House

Antwerp Port House, 1990larda inşa edilen ve itfaiye istasyonu ola-rak kullanılan yapının bir liman olarak yenilenip dönüştürülmesi proje-sidir. Zaha Hadid Architects tarafından 2016 yılında Antwerp/Belçika’da tasarlanmıştır ve bulunduğu kentte yeni bir kentsel imge haline gelmiştir (Şekil 41) (URL 26).


338

Şekil 41. Zaman Çizelgesi (a: URL 27, b: URL 28, c: URL 30)

Yeni yapı tasarımında mevcut yapıya ait cepheler önemli bir tasarım kriteri oluşturmuştur. Tasarım kurgusunda mevcut yapının bulunduğu arazinin su ile çevrilmiş konumundan dolayı her bir cephe eşit öneme sahiptir. Bu sebeple var olan cephelerden en az birini gizleyebilecek olan komşu bir hacim oluşturmak yerine geçmişe saygı duyan ve yapıdan çok daha yüksek bir kütle oluşturmak istenmiştir (Şekil 42,43) (URL 26). Böy-le bir yapı oluşturmak için öncelikle mevcut yapının merkezi avlusuna ve güney cephesinin dışına iki adet temel inşa edilmiştir. Ardından, bu temellerin üzerine beton taşıyıcı ayaklar konumlandırılmıştır (Şekil 44,46,47,48). Yeni yapının strüktürel anlamda tarihi yapıya olan tek mü-dahalesi bu yönde olmuştur (URL 29).

Şekil 42. Antwerp Şekil 43. Antwerp


339

Şekil 44. Taşıyıcı Şekil 45. Çatı

Port House (URL 30) Port House (URL 30) ayaklar (URL 30) entegrasyonu (URL 30)

Şekil 46. Plan (URL 30) Şekil 47. Kesit (URL 30)

Şekil 48. Görünüş (URL 30)

Beton taşıyıcı ayaklar çelik bir köprü vasıtasıyla birbirine bağlan-maktadır. Üst yapı elemanı olan cam kütle bu çelik çerçeve üzerinde ko-numlanmıştır (Şekil 49). Yeni yapı oluşturulduktan sonra tarihi itfaiye istasyonun avlusu cam bir çatı ile kaplanmıştır. Bu cam çatı minimal dü-zeyde yapılan müdahalelerle çatıya entegre edilmiştir (Şekil 45) (URL 31).


340

Şekil 49. Yapısal Müdahale (URL 31)

Moritzburg Museum

Moritzburg antik kalesi, 15. yüzyılın sonunda Almanya'ya özgü Go-tik askeri mimarisinin çok değerli bir örneğidir. Tarihi süreç içerisinde birçok kez değişime ve dönüşüme uğramasına rağmen orijinal yapıya ait çevre duvarlar, dört dairesel kuleden üçü ve orta avlu özgün halinde kalabilmiştir. 1904 yılında müze olarak kullanılmaya başlanan yapı, mo-dern bir sanat koleksiyonu oluşturabilmek için genişlemeye ihtiyaç duymuştur (Şekil 50) (URL 32, URL 33).

Şekil 50. Zaman Çizelgesi (a, b, c: URL 32)

Nieto Sobejano Arquitectos tarafından 2008 yılında gerçekleştirilen bu tasarım, ‘Mekanın temsilinden başlayarak, sembolik olarak geçmişle bağlantı kuran ve gerçeği yeniden oluşturmak için çağdaş durumunu ortaya çıkaran bir mimari yeniden inşa etmek mümkün mü?’ temel sorusu üzerine kurgulan-mıştır. Yapılan müdahale; yüzyıllar boyu varlığını sürdüren kalıntıların korunması, mevcut yapının sağlam tutulması ve mevcut yapı üzerine hafif bir üst örtü konulması şeklinde gerçekleşmiştir (Şekil 51, 52, 54, 55) (URL 33).


341

Şekil 51. Moritzburg Museum Şekil 52. Moritzburg Museum

Şekil 53. Kule

(URL 34) (URL 35) (URL 34)

Antik harabenin zeminini tamamen serbest bırakan ve çeşitli sergi olanaklarına izin veren yeni mekanlar bir platform üzerinde yükselen modern bir çatı ile örtülmüştür (Şekil 57, 58). Açısal geometrilere sahip yeni çatı sert alüminyum panellerle kaplanarak mevcut kale çatıları ile bir diyalog kurmaktadır. Düşey doğrultuda bulunan iki çekirdek yapı-sından ilki iç mekânda seviyeleri birbirine bağlarken, ikincisi 25 m yük-sekliğinde yeni ve çağdaş bir kule olarak tasarlanmıştır (Şekil 53, 56) (URL 36, URL 37).

Şekil 54. Biçimlenme (URL 36) Şekil 55. Plan (URL 37)

Şekil 56. Kesit (URL 37)


342

Şekil 57. Görünüş (URL 37) Şekil 58. Geometrik Çatı (URL 36)

Yapı ile Toprak Altında Birleşen Ekler

Joanneum Museum

Özgün işlevinde müze olarak kullanılan Joanneum Museum’un ek bir uzantısı olan yeni yapı, 2011 yılında Nieto Sobejano Arquitectos ve eep architekten tarafından Graz/Avusturya’da tasarlanmıştır (Şekil 59,60) (URL 38).

Şekil 59. Zaman Çizelgesi (URL 39)


343

Şekil 60. Joanneum Museum Şekil 61. Açıklıklar Şekil 62. İç Mekan

(URL 38) (URL 38) (URL 40)

Mevcut müzenin ihtiyaç duyduğu yeni fonksiyonları (konferans sa-lonu, okuma salonları ve arşiv) karşılamak için tasarlanan bu uzantı, var olan üç müze binasını yerin altında birbirine bağlayan ek bir yapı olarak karşımıza çıkmaktadır (Şekil 63,64,65) (URL 40). Tarihi yapılara ait avlu-nun merkezine konumlandırılan ek yapı zemin kat seviyesinde bazı açık-lıklar oluşturmakta ve bu açıklıklar cam koniler şeklinde görülmektedir. Yer altında konumlandıran yeni birimlerin doğal ışık alması bu koniler aracılığı ile sağlanmakta ve ziyaretçiler binaya büyük konide düzenlen-miş bir dış asansörle girmektedir (Şekil 61,62) (URL 38). Tasarlanan yeni yapıyı yerin altına alma kararı, orijinal imge ve hacmi koruyarak özgün mimari ve strüktürel tasarımı korumaya yönelik atılmış bir adım olarak karşımıza çıkmaktadır. Betonarme sistem ile oluşturulan ek, yapısal an-lamda özgün yapılara herhangi bir müdahalede bulunmamaktadır.


344

Şekil 63.Plan (URL 40) Şekil 64.Kesit (URL 40) Şekil 65.Kesit (URL 40)

TARTIŞMA ve SONUÇ

Kent kimliği ve kentsel hafızada önemli bir yeri olan tarihi çevreler korunarak gelecek nesillere aktarılması gereken değerli birikimlerdir. Yapı kullanım ömrü içerisinde özgün işlevin kendine yer bulamaması sonucunda, tarihi çevrede, güncel bir işlevi yerine getirecek yeni yapı tasarımları uygulanabilmektedir. Bu gibi durumlarda, ek yapı tasarlar-ken koruma ilkelerine bağlı kalmak ve tarihi yapının özgün özelliklerine ve niteliklerine saygılı davranmak öncelikli hedef olmalıdır. ICOMOS Türkiye Mimari Mirası Koruma Bildirgesi’nde ek yapılarla ilgili olarak ‘Müdahaleler, daha sonra gerçekleştirilecek araştırma ve çalışmaları yanıltma-malı, özgün yapıya olabildiğince zarar vermeden kaldırılabilir ve/veya yenilene-bilir tekniklerle yapılmalıdır.’ denilmektedir. (ICOMOS, 2013: Madde IV.2.4)

Ancak dünya örnekleri incelendiğinde ve tüzükler göz önüne alındı-ğında, Türkiye’de tarihi çevredeki ek yapı tasarımı konusunda var olan algı çok farklı bir şekilde karşımıza çıkabilmektedir. Ülkemizde genellik-le; malzeme ve yapım tekniğinde farklılaşmaya gitmeyen, yeni bir mekân yaratmaktan ziyade mevcut yapı içinde kaybolan, bağlamdan kopuk olarak ele alınan ve bulunduğu çağı yansıtmayan uygulamalar


345

söz konusudur. Detaylı olarak incelenen dünya örneklerinde ise, farklı tasarım uygulamaları olsa da hepsinde ortak bir dilin varlığı görülmek-tedir. Tarihi yapılarla strüktürel anlamda kurulan ilişkide en az müdaha-le yaklaşımının benimsendiği, hepsinin geri dönüştürülebilir (reversible) olduğu ve çağın dilini yansıtan malzeme ve yapım yöntemlerinden ya-rarlanılarak yapılandırıldığı görülmektedir. Söz konusu uygulamalarda tarihi yapının mimari, strüktürel ve malzeme özellikleri ile özgünlüğü-nün bozulmadan korunmasına dikkat edilmektedir. Yeni işlev gereği tasarlanan çağdaş eklerde ise geleneksel malzeme ve yapım sistemleri yerine yenilikçi strüktürel çözümler üretilmekte, bilgisayar teknolojileri, çağdaş malzemeler ve yapım teknikleri bir arada kullanılmaktadır.

Sonuç olarak, yeni yapı tasarlanırken, öncelikle minimum müdahale ilkesi benimsenmeli ve tarihi esere saygılı davranılmalıdır. Uygulamada teknik ve bilimsel veriler göz önünde bulundurulmalı, farklı disiplinlerin bir arada çalışmasına olanak tanınmalıdır. Bilgisayar teknolojileri ile des-teklenen, yenilenebilir, dönüştürülebilir ve kaldırılabilir tekniklerin kul-lanıldığı, alışılagelmişin ötesinde strüktürel ve mimari tasarım fikirleri geliştirilmelidir. Ayrıca, yenilikçi malzeme kullanımının ön plana çıka-rıldığı yeni tasarım fikirlerine de açık olunmalıdır. Nitekim; çalışma kap-samında incelenen yeni yapı tasarımları, bir yandan özgün yapıya say-gıyla yaklaşarak eklemlendiği yapıyı tarihi çevre içerisinde odak noktası haline getirirken öte yandan kendi mimari değerini de ortaya koymakta-dır.

KAYNAKÇA

Branca, A.F. (1979). Tarihsel Çevrede Yapı Eylemi (Çev. Özgür Ece-vit), Mimarlık Dergisi, Sayı: 158, İstanbul, 45-46s.

Zeren, M. (2010). Tarihi Çevrede Yeni Ek ve Yeni Yapı Olgusu, Yalın Yayıncılık, 90s.

Onur, H. (1991). Korunması Gerekli Mimari Anıtlara Ek Yapı Tasa-rımında İlkeler, (Doktora Tezi), MSGSU, Fen Bilimleri Enstitüsü.

Zakar, L., Eren, Ö. (2019). Tarihi Binalara Ek Yapımında Birleşim Ti-polojisi, Yapı Dergisi, İstanbul.


346

ICOMOS (2013) . Türkiye Mimari Mirası Koruma Bildirgesi.

ICOMOS (2011). Tarihi Kentlerin ve Kentsel Alanların Korunması ve Yönetimiyle İlgili Valetta İlkeleri.

Hasol, D. (2011). Mimarlık ve Strüktür, http://www.doganhasol.net/mimarlik-ve-struktur.html (E.T: 05.12.2019)

URL 1: Downtown, L., Doors Open Adventure Part III : Historic Me-ets Ultra Modern, https://www.loulou.to/interesting-buildings/doors-open-adventure-part-iii-historic-meets-ultra-modern/ (E.T: 11.11.2019)

URL 2: Sweeny & Co, Queen Richmond Centre West, https://www.sweenyandco.com/projects/queen-richmond-centre-west (E.T: 11.11.2019)

URL 3: Cassidy, C., West End History: Burnell's Bakeries, http://westenddumplings.blogspot.com/2011/07/west-end-history-burnells-bakeries.html (E.T: 11.11.2019)

URL 4: Urban Toronto, QRC West (Queen Richmond Centre West), https://urbantoronto.ca/database/projects/qrc-west-queen-richmond-centre-west (E.T: 11.11.2019)

URL 5: Steiner, D., Castle in the Sky: Queen Richmond Centre West, Toronto, Ontario, https://www.canadianarchitect.com/review-queen-richmond-centre-west/qrc-02-ground-floor/ (E.T: 11.11.2019)

URL 6: Stephenson Enginering, Queen Richmond Centre West A Story of Innovation, http://www.stephenson-eng.com/queen-richmond-centre/ (E.T: 11.11.2019)

URL 7: Jones, J., Citation: Queen Richmond Centre West, https://www.architectmagazine.com/awards/r-d-awards/citation-queen-richmond-centre-west_o (E.T: 11.11.2019)

URL 8: Cadiz, M., New Queen Richmond Centre a head-turner, https://canada.constructconnect.com/dcn/news/projects/2015/08/new-queen-richmond-centre-a-head-turner-1009766w (E.T: 11.11.2019)

http://www.doganhasol.net/mimarlik-ve-struktur.html

https://www.loulou.to/interesting-buildings/doors-open-adventure-part-iii-historic-meets-ultra-modern/

https://www.loulou.to/interesting-buildings/doors-open-adventure-part-iii-historic-meets-ultra-modern/

https://www.sweenyandco.com/projects/queen-richmond-centre-west

http://westenddumplings.blogspot.com/2011/07/west-end-history-burnells-bakeries.html

http://westenddumplings.blogspot.com/2011/07/west-end-history-burnells-bakeries.html

https://urbantoronto.ca/database/projects/qrc-west-queen-richmond-centre-west

https://urbantoronto.ca/database/projects/qrc-west-queen-richmond-centre-west

https://www.canadianarchitect.com/review-queen-richmond-centre-west/qrc-02-ground-floor/

https://www.canadianarchitect.com/review-queen-richmond-centre-west/qrc-02-ground-floor/

http://www.stephenson-eng.com/queen-richmond-centre/

http://www.stephenson-eng.com/queen-richmond-centre/

https://www.architectmagazine.com/awards/r-d-awards/citation-queen-richmond-centre-west_o

https://www.architectmagazine.com/awards/r-d-awards/citation-queen-richmond-centre-west_o

https://canada.constructconnect.com/dcn/news/projects/2015/08/new-queen-richmond-centre-a-head-turner-1009766w

https://canada.constructconnect.com/dcn/news/projects/2015/08/new-queen-richmond-centre-a-head-turner-1009766w


347

URL 9: Walters Group, Queen Richmond Centre West, https://www.waltersgroupinc.com/project/queen-richmond-centre-west/ (E.T: 11.11.2019)

URL 10: Royal Ontario Museum, History of the Royal Ontario Mu-seum, https://www.rom.on.ca/sites/default/files/imce/newsroom_history.pdf (E.T: 11.11.2019)

URL 11: Mimdap, Michael Lee-Chin Kristali, http://www.mimdap.org/?p=26432 (E.T: 05.11.2019)

URL 12: Uyanık A., Royal Ontario Yapının Tarihçesi: Mimari Yakla-şımı: Daniel Libeskind,

https://slideplayer.biz.tr/slide/13890508/ (E.T: 05.11.2019)

URL 13: Studio Libeskind, Royal Ontario Museum, https://libeskind.com/work/royal-ontario-museum/ (E.T: 05.11.2019)

URL 14: WikiArquitectura, Michael Lee-Chin Crystal, https://en.wikiarquitectura.com/building/michael-lee-chin-crystal/# (E.T: 05.11.2019)

URL 15: Boake, T., Renovation to the Royal Ontario Museum, https://www.tboake.com/rom.html (E.T: 05.11.2019)

URL 16: Claude Cormier + associés, Royal Ontario Museum, https://www.claudecormier.com/en/projet/musee-royal-de-lontario-rom-2/ (E.T: 05.11.2019)

URL 17: Arkitektuel, Royal Ontario Müzesi – Kristal, https://www.arkitektuel.com/royal-ontario-muzesi-kristal/ (E.T: 05.11.2019)

URL 18: Comune di Lonate Ceppino, La biblioteca "Elsa Morante" di Lonate Ceppino, https://www.lonateceppino.eu/servizi/biblioteca (E.T: 24.12.2019)

https://www.waltersgroupinc.com/project/queen-richmond-centre-west/

https://www.waltersgroupinc.com/project/queen-richmond-centre-west/

https://www.rom.on.ca/sites/default/files/imce/newsroom_history.pdf

https://www.rom.on.ca/sites/default/files/imce/newsroom_history.pdf

http://www.mimdap.org/?p=26432

https://slideplayer.biz.tr/slide/13890508/

https://libeskind.com/work/royal-ontario-museum/

https://en.wikiarquitectura.com/building/michael-lee-chin-crystal/

https://www.tboake.com/rom.html

https://www.claudecormier.com/en/projet/musee-royal-de-lontario-rom-2/

https://www.claudecormier.com/en/projet/musee-royal-de-lontario-rom-2/

https://www.arkitektuel.com/royal-ontario-muzesi-kristal/

https://www.lonateceppino.eu/servizi/biblioteca


348

URL 19: Frearson A., Dezeen, Elsa Morante Library by DAP Studio, https://www.dezeen.com/2013/03/22/elsa-morante-library-by-dap-studio/ (E.T: 24.12.2019)

URL 20: ArchDaily, Elsa Morante Public Library / DAP Studio, https://www.archdaily.com/364354/elsa-morante-public-library-dap-studio (E.T: 24.12.2019)

URL 21: DAP Studio, Biblioteca Civica Elsa Morante - Lonate Ceppi-no, http://www.dapstudio.com/site/inside/progetto/p14 (E.T: 24.12.2019)

URL 22: Designboom, DAP studio readapts historic chapel with lib-rary intervention, https://www.designboom.com/architecture/dap-studio-readapts-historic-chapel-with-library-intervention-11-18-2013/ (E.T: 24.12.2019)

URL 23: aydinlik.com.tr, Kilise kalıntısı, dijital kütüphaneye dönüş-tü!, https://www.aydinlik.com.tr/kilise-kalintisi-dijital-kutuphaneye-donustu-kultur-sanat-nisan-2018 (E.T: 11.11.2019)

URL 24: Vitra Çağdaş Mimarlık Dizisi, Adnan Büyükdeniz Kütüp-hanesi, http://vitracagdasmimarlikdizisi.com/projeler/Adnan-Buyukdeniz-Kutuphanesi.aspx (E.T: 11.11.2019)

URL 25: Esenler Belediyesi, Adnan Büyükdeniz Dijital kütüphanesi, https://esenler.bel.tr/tr/icerik/12/1629/adnan-buyukdeniz-dijital-kutuphanesi.aspx (E.T: 11.11.2019)

URL 26: The Plan Search Engine for Architecture, Renovation Port House Zaha Hadid Architects, https://www.theplan.it/award-2018-renovation/port-house-antwerp-1 (E.T: 05.11.2019)

URL 27: Giovannini J., The New York Times, Building Zaha Hadid’s Bold Afterlife, https://www.nytimes.com/2016/10/02/arts/design/building-zaha-hadids-bold-afterlife.html (E.T: 05.11.2019)

https://www.dezeen.com/2013/03/22/elsa-morante-library-by-dap-studio/

https://www.dezeen.com/2013/03/22/elsa-morante-library-by-dap-studio/

https://www.archdaily.com/364354/elsa-morante-public-library-dap-studio

https://www.archdaily.com/364354/elsa-morante-public-library-dap-studio

http://www.dapstudio.com/site/inside/progetto/p14

https://www.designboom.com/architecture/dap-studio-readapts-historic-chapel-with-library-intervention-11-18-2013/

https://www.designboom.com/architecture/dap-studio-readapts-historic-chapel-with-library-intervention-11-18-2013/

https://www.aydinlik.com.tr/kilise-kalintisi-dijital-kutuphaneye-donustu-kultur-sanat-nisan-2018

https://www.aydinlik.com.tr/kilise-kalintisi-dijital-kutuphaneye-donustu-kultur-sanat-nisan-2018

http://vitracagdasmimarlikdizisi.com/projeler/Adnan-Buyukdeniz-Kutuphanesi.aspx

http://vitracagdasmimarlikdizisi.com/projeler/Adnan-Buyukdeniz-Kutuphanesi.aspx

https://esenler.bel.tr/tr/icerik/12/1629/adnan-buyukdeniz-dijital-kutuphanesi.aspx

https://esenler.bel.tr/tr/icerik/12/1629/adnan-buyukdeniz-dijital-kutuphanesi.aspx

https://www.theplan.it/award-2018-renovation/port-house-antwerp-1

https://www.theplan.it/award-2018-renovation/port-house-antwerp-1

https://www.nytimes.com/2016/10/02/arts/design/building-zaha-hadids-bold-afterlife.html

https://www.nytimes.com/2016/10/02/arts/design/building-zaha-hadids-bold-afterlife.html


349

URL 28: Cheetah Explores, Port House Antwerp, https://archeetah.files.wordpress.com/2013/04/porthouse2010_b-e1367177918866.jpg (E.T: 05.11.2019)

URL 29: Arkitektuel, Antwerp Liman Evi, https://www.arkitektuel.com/antwerp-liman-evi/ (E.T: 05.11.2019)

URL 30: Archdaily, Antwerp Port House / Zaha Hadid Architects, https://www.archdaily.com/795832/antwerp-port-house-zaha-hadid-architects (E.T: 05.11.2019)

URL 31: The B1M, Engineering Antwerp Port House, https://www.youtube.com/watch?v=NarqYMCFMJA (E.T: 05.11.2019)

URL 32: Kunstmuseum Moritzburg Halle (Saale), Die Moritzburg, https://www.kunstmuseum-moritzburg.de/museum-ausstellungen/die-moritzburg/ (E.T: 24.12.2019)

URL 33: Nieto Sobejano, Moritzburg Museum, http://www.nietosobejano.com/project.aspx?i=2&t=MORITZBURG_MUSEUM# (E.T: 24.12.2019)

URL 34: Afasia Archzine, Moritzburg Museum, https://afasiaarchzine.com/wp-content/uploads/2018/04/Nieto-Sobejano-.-Moritzburg-Museum-Extension-.-Halle-4.jpg (E.T: 24.12.2019)

URL 35: Viking Life Blog, Moritzburg (Halle), https://vikinglifeblog.wordpress.com/2017/07/12/moritzburg-halle/ (E.T: 24.12.2019)

URL 36: Antonia Lowe Interiors, Moritzburg Museum Extension by Nieto Sobejano Arquitectos – FMP Precedent, https://antonialoweinteriors.com/moritzburg-museum-extension-by-nieto-sobejano-arquitectos-fmp-precedent (E.T: 24.12.2019)

URL 37: ArchDaily, Moritzburg Museum Extension / Nieto Sobejano Arquitectos, https://www.archdaily.com/132838/moritzburg-museum-extension-nieto-sobejano-arquitectos (E.T: 24.12.2019)

https://archeetah.files.wordpress.com/2013/04/porthouse2010_b-e1367177918866.jpg

https://archeetah.files.wordpress.com/2013/04/porthouse2010_b-e1367177918866.jpg

https://www.arkitektuel.com/antwerp-liman-evi/

https://www.archdaily.com/795832/antwerp-port-house-zaha-hadid-architects

https://www.archdaily.com/795832/antwerp-port-house-zaha-hadid-architects

https://www.youtube.com/watch?v=NarqYMCFMJA

https://www.kunstmuseum-moritzburg.de/?no_cache=1

https://www.kunstmuseum-moritzburg.de/museum-ausstellungen/die-moritzburg/

https://www.kunstmuseum-moritzburg.de/museum-ausstellungen/die-moritzburg/

http://www.nietosobejano.com/project.aspx?i=2&t=MORITZBURG_MUSEUM

http://www.nietosobejano.com/project.aspx?i=2&t=MORITZBURG_MUSEUM

https://afasiaarchzine.com/wp-content/uploads/2018/04/Nieto-Sobejano-.-Moritzburg-Museum-Extension-.-Halle-4.jpg

https://afasiaarchzine.com/wp-content/uploads/2018/04/Nieto-Sobejano-.-Moritzburg-Museum-Extension-.-Halle-4.jpg

https://vikinglifeblog.wordpress.com/2017/07/12/moritzburg-halle/

https://antonialoweinteriors.com/moritzburg-museum-extension-by-nieto-sobejano-arquitectos-fmp-precedent

https://antonialoweinteriors.com/moritzburg-museum-extension-by-nieto-sobejano-arquitectos-fmp-precedent

https://www.archdaily.com/132838/moritzburg-museum-extension-nieto-sobejano-arquitectos

https://www.archdaily.com/132838/moritzburg-museum-extension-nieto-sobejano-arquitectos


350

URL 38: Bianchini R., Inexhibit, Graz | The Joanneumsviertel by Ni-eto Sobejano, https://www.inexhibit.com/case-studies/graz-joanneumsviertel-nieto-sobejano/ (E.T: 17.12.2019)

URL 39: Universalmuseums Joanneum, Die Geschichte des Univer-salmuseums Joanneum, https://www.museum-joanneum.at/das-joanneum/unsere-geschichte (E.T: 17.12.2019)

URL 40: Dezeen, Joanneum Museum extension by Nieto Sobejano Arquitectos and eep architekten, https://www.dezeen.com/2012/01/02/joanneum-museum-extension-by-nieto-sobejano-arquitectos-and-eep-architekten/ (E.T: 17.12.2019)

https://www.inexhibit.com/case-studies/graz-joanneumsviertel-nieto-sobejano/

https://www.inexhibit.com/case-studies/graz-joanneumsviertel-nieto-sobejano/

https://www.museum-joanneum.at/das-joanneum/unsere-geschichte

https://www.museum-joanneum.at/das-joanneum/unsere-geschichte

https://www.dezeen.com/2012/01/02/joanneum-museum-extension-by-nieto-sobejano-arquitectos-and-eep-architekten/

https://www.dezeen.com/2012/01/02/joanneum-museum-extension-by-nieto-sobejano-arquitectos-and-eep-architekten/

GÜRBÜZ UYARLAMALI KONTROL KURALININ ESNEK UZUVLU ROBOT MANİPULATÖRÜNE UYGULANMASI

Dr. Ömür Can ÖZGÜNEY1, Prof. Dr. Recep BURKAN2

1-2İstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa, Mühendislik Fakültesi, İstanbul / Türkiye

Öz: Teknolojinin gelişmesiyle birlikte, robotlardan yüksek perfor-mansta çalışmaları beklenmektedir. Günümüzde geliştirilen robotlardan nispeten beklenen verim alınmaktadır. Robotlardan beklenen, uç nokta konumlanmasını düzgün bir şekilde gerçekleştirmeleri ve verilen yörün-geyi en az hata ile takip etmeleridir. Son yıllarda geliştirilen rijit robotlar ve esnek uzuvlu robotlar amaçları doğrultusunda düzgün şekilde çalış-maktadırlar. Rijit robotların eklemlerinin ağır olması ve motor kuvveti-nin büyük kısmının bu eklemleri çalıştırmak için kullanılmaları bu tip robotların dezavantajları arasındadır. Ayrıca taşıdıkları yüklerin, uzuv ağırlıklarından düşük olması rijit robotların tercih edilmemesinin sebep-lerinden biridir. Bu tür olumsuzluklarından dolayı rijit robotların yerini esnek uzuvlu robotlar almaktadır. Daha az malzeme gereksinimleri, hafif olmaları, az güç gerektirmeleri ve manevra kabiliyetlerinin yüksek olma-sı esnek uzuvlu robotların tercih nedenlerindendir. Yapılan çalışmada da esnek uzuvlu robot manipülatörüne gürbüz-uyarlamalı kontrol kuralı uygulanmış ve sonuçlar tartışılmıştır. Gürbüz-uyarlamalı kontrolcü kul-lanılmasının en önemli sebebi, hassas yörünge izleme kontrolü gerçekleş-tirilmek istenmesidir. Kontrolcünün kararlılık analizi Lyapunov teorisine dayanmaktadır. Sonuçlar incelendiğinde geliştirilen kontrolcünün bek-lentiyi karşıladığı görülmektedir.

GİRİŞ

Book (1990) esnek uzuvlu robotların modellenmesi üzerine çalışmış-tır. Modellemede kullanılan parametreleri belirleyip birden fazla esnek uzvu birleştirerek, çok uzuvlu esnek sistemlerin yapısını incelemiştir.

Dr. Ömür Can ÖZGÜNEY, Prof. Dr. Recep BURKAN

352

Mohamedl, Husain, Ahmad (2010), çalışmalarında Euler-Lagrange yak-laşımını kullanarak, iki uzuvlu esnek bir robot kolu modellemişlerdir. Geliştirdikleri modelin yük altındaki davranışını inceleyerek, sonuçlar üzerinde değerlendirmelerde bulunmuşlardır. Mallikarjunaiah ve Reddys (2013), geleneksel Proportional-Integral-Derivative (PID) kontro-lör kullanarak tek uzuvlu esnek robot kolunun uç noktasının yer değiş-tirmesini, kontrol etmeye çalışmışlardır. Euler-Bernoulli teorisini kulla-narak tek uzuvlu esnek robot modelini modellemişlerdir. Elde ettikleri bilgisayar simülasyonlarının tatmin edici olduğunu ifade etmişlerdir. Bazzi ve Chalhoub (2004), kayan kipli kontrol ve bulanık mantıklı kont-rol kuralını, esnek uzuvlu robot modeline uygulamışlardır. Modelin, verilen yörüngeyi en az hata ile takip etmesini amaçlamışlardır. Bu yüz-den iki farklı kontrolörü modele uygulayarak, sonuçları karşılaştırmış-lardır. Zebin ve Alam (2012) yaptıkları çalışmada sonlu elemanlar yön-temini kullanarak, iki uzuvlu esnek manipülatör modellemişlerdir. Amaçlarını, esnek uzuvlu manipülatörün uç noktasının titreşimini azaltmak olduğunu belirtmişlerdir. Bu yüzden bulanık mantıklı kontro-lör kullanmışlardır. Geliştirdikleri bulanık mantıklı kontrol kuralı teme-linde Genetik Algoritma yasasına dayanmaktadır. Jiang, Liu, He (2015), çalışmalarında esnek uzuvlu robot manipülatörünü kısmı diferansiyel denklem modeli olarak tanımlamıştır. Modellerindeki bozucu etkiyi, daha önceden geliştirilmiş metotlarla kompanse edemedikleri için, yeni bir yöntem geliştirmişlerdir. Geliştirdikleri yöntemi modele uyguladıkla-rında yöntemin, uç nokta kontrolünü iyi bir şekilde gerçekleştirdiğini ve elastik titreşimleri minimize ettiğini gözlemlemişlerdir. Li, Tong, Li (2013) eklem bağlantısı rijit olmayan tek uzuvlu bir robot kolu için uyar-lamalı ve bulanık mantıklı kontrolcü tasarlamışlardır. Kontrolör, sistem-de var olan nonlineer dinamikleri kompanse etmek için tasarlanmıştır. Bulanık mantıklı kontrolör, sistemdeki bilinmeyen nonlineer dinamikleri tahmin etmek için tasarlanmıştır. Uyarlamalı kontrolör ise sistemdeki ölçülebilen dinamikleri tahmin etmek için tasarlanmıştır. Pereira, Apha-le, Feliu, Moheimani (2011) tek uzuvlu esnek bir manipülatör için yeni bir kontrol tasarım yöntemi önermişlerdir. Önerilen teknik, integral re-zonant kontrol (IRC) şemasına dayanmaktadır. Çalışmalarında, önerilen kontrol şemasının teorik formulasyonunu, ayrıntılı bir kararlılık analizini


353

ve esnek bir manipülatörde elde edilen deneysel sonuçları sunmuşlardır. Karagülle, Malgaca, Dirilmiş, Akdağ, Yavuz (2017), gerçekleştirdikleri çalışmada, esnek elemanlara sahip iki bağlantılı bir manipülatörü ele almışlardır. Son nokta titreşim sinyallerini, sonlu elemanlar teorisini ve Newmark çözümüne dayalı bir Matlab kodunu geliştirerek modelin si-mülasyonunu gerçekleştirmişlerdir. Deneysel sonuçlarını simulasyon sonuçları ile karşılaştırmışlardır. Delavari, Lanusse, Sabatie (2013), esnek uzuvlu manipülatörler için yeni b ir kontrolör geliştirmişlerdir. Kesirli kontrolün ve kayan kipli kontrolün sağlamlık açısından avantajlarını birleştirerek yeni hibrit bir sistem önermişlerdir. Sisteme ilave bir ser-bestlik derecesi eklemeleri geliştirdikleri kontrolcünün daha iyi sonuç vermesini sağlamıştır. Yapılan simülasyonlarla yeni hibrit kontrolcünün performansını detaylı bir şekilde tartışmışlardır. Rahimi ve Nazemizade (2014), esnek robot manipülatörleri için, dinamik analiz ve akıllı kontrol teknikleri hakkındaki literatürü gözden geçirmişlerdir. İlk olarak, esnek manipülatörlerin karşılaştırmalı dinamik analizi sunmuşlar ve daha son-ra kontrol stratejilerini kategorize ederek ve incelenmişlerdir. Bulanık mantıklı kontrol yöntemini, yapay sinir ağı ve genetik algoritma yakla-şımlarını tanıtmışlar ve bu tür yöntemlerin esnek robot kontrolüne katkı-larını sunmuşlardır. Xu ve Yuan (2017), dış bozucuları ve belirsizlikleri yok etmek için iki farklı kontrol yöntemi önermişlerdir. Bunlar, bileşik öğrenme kontrolü ve bozucuları gidermeye yönelik kontroldür. Sistem-deki iç dinamikleri kompanse etmek için PD kontrol tasarlanmıştır. Dış bozucular ve belirsiz parametreler için bileşik öğrenme kontrolü tasar-lanmıştır. Sistemin kararlılık analizi Lyapunov teorisine dayanmaktadır. İki serbestlik dereceli esnek uzuvlu robot kolunu geliştirilen kontrolcüle-rin performans analizlerini gerçekleştirmek için modellemişlerdir. Bilgi-sayar simülasyonları, geliştirilen kontrolcünün yörünge takibinde başarı-lı olduğunu göstermiştir.


354

YÖNTEM

Tek Uzuvlu Esnek Robot Kolu

Şekil 1. Tek Uzuvlu Esnek Robot Kolu (Sun, Mills, Shan, Tso, 2004)

Tek uzuvlu esnek manipülatör, Şekil 1’de gösterilmiştir. Manipula-tör, konsol kiriş modeli olarak tasarlanmıştır. w, elastik sapmayı ifade eder.

w(x, t) (x)q(t)=φ (1)

Denklemde q, genelleştirilmiş koordinat, φ ise mod şekil fonksiyo-nudur. P noktasının koordinatı; (Sun, Mills, Shan, Tso, 2004)

x θ θ

y θ θ

P xc w(x, t)sP

P xs w(x, t)c−

= = + (2)

Toplam kinetik enerji şu şekilde ifade edilir;

( )L

2 2x y

0

1K ρ P P dx2

= +∫ & & (3)

Potansiyel Enerji;

( )( )L

2b b

0

1P E I w x, t dx2

′′= ∫ (4)


355

Modele ait hareket denkleminin matris formatı denklem (5)’te veril-miştir.

T Tθθ θq qq qq

T Tθq qq qqq

M M 0q M q θq M uθ θM M K qθq M 0 0q q

+ + = −

&&& &&&&& &

(5)

θθ t z qM I I m= + +

T

q q qM M mθ θ θ

= = &&

qq qM m=

l 2

q 0m dx=ρ φ∫

l 2t z0

I (x) dx I=ρ +∫

l

q 0m (x)dx

θ=ρ φ∫&&

l

2q

0

K EI dx′′= φ∫ (6)

Gürbüz-Uyarlamalı Kontrol

n uzuvlu herhangi bir manipülatörün dinamik denklemi şu şekilde tanımlanmıştır; (Spong, 1993)

M(q)q C(q,q)q G(q)+ + = τ&& & & (7)


356

Denklemde q genelleştirilmiş koordinat, τ tork, M(q) pozitif tanımlı matrisi, C(q) Coriolis ifadesi ve G(q)’da yerçekimi kuvvetidir. Denklem (7)’yi, farklı bir şekilde tanımlamak gerekirse;

Y(q,q,q )π = τ&&& (8)

π, atalet parametrelerini, Y ise genelleştirilmiş koordinatların ve on-ların türevlerinin bilinen fonksiyonlarını ifade etmektedir. Konum hata-ları ve hız hataları denklem (9)’daki gibi tanımlanmıştır.

= q - ve d (9)

r dq q q= −Λ& & % ve r dq q q= −Λ&&& && % (10)

Nominal kontrol kuralı;

0 0 r 0 r 0

r r 0

τ M (q)q C (q,q)q G (q) Kσ = Y (q,q,q ,q ) π Kσ= + + −

−

&& & &&& && (11)

Denklem (11)’deki gibidir.

rσ q q q q= − = + Λ&& & % % (12)

0( )π = π − π ≤ ρ% (13)

ve

0π = π − π ≤ δ% (14)

0 r r 1 2 3 r r 0 1 2 3τ τ Y(q,q,q ,q )(u u u ) Y(q,q,q ,q )(π u u u )-Kσ= + + + = + + +&& && && && (15)

Denklem (15)’i denklem (11)’de yerine yazarsak;

r r 0 1 2 3

r r 1 2 3

M(q)σ C(q,q)σ Kσ Y(q,q,q ,q )( ) u u u ) Y(q,q,q ,q )(π u u u )

+ + = π − π + + += + + +

& && &&&&& && % (16)


357

Teorem 1

α1, α2,…αp, β1, β2,...βp ve λ1,λ2…,λp∈R, 1 , 1 ve 2 terimlerini denklem (17)’deki gibi tanımlarsak; (Özgüney, 2012)

T1 12

1 1 2 T1 1

T2 22

2 2 2 T1 2 2

Tp p2

p p 2 Tp p

(1/ 2)arctan(tan( Y σdt) / 2)( / )

1 cos ( Y σdt)

(1/ 2)arctan(tan( Y σdt) / 2)( / )

ˆ 1 cos ( Y dt)

.....

(1/ 2)arctan(tan( Y σdt) / 2)( / )

1 cos ( Y σdt)

α β α

+ α αβ α

π = + α α β α + α

∫∫∫∫

∫∫ (17)

T1ˆ Yρ = Ω σ&

(18)

12 T

1 1

22 T

2 22

p2 T

p p

1 cos ( Y σdt)

1 cos ( Y σdt)ˆ....

1 cos ( Y σdt)

λ + α λ + α π =

λ + α

∫

∫

∫ (19)

u1, u2 ve u3 kontrol girişleri denklem (20)’deki gibi tanımlanırsa; (Öz-güney, 2012)

TT

1 T

1T

2 T1

Yˆ ve YY

uYˆ ve Y

σ−ρ σ > ε σ= σ−ρ σ ≤ ε ε

2 1ˆu = −π


358

3 2ˆu = π (20)

Kanıt

Sistemin kararlılığı Lyapunov teorisi ile kanıtlanmıştır. (Özgüney, 2012)


Denklem (5)’te göz önüne alındığında, π değerleri aşağıdaki gibi ta-nımlanmaktadır.

1

l 21 z0

l 22 0

l

3 0

l2

40

(x) dx I

dx

(x)dx

EI dx

π = ρ +

π = ρ φ

π = ρ φ

′′π = φ

∫∫∫

∫ (21)

Esnek uzuvlu robot parametreleri Tablo 1’de verilmiştir.

Tablo 1. Esnek Uzuvlu Robot Parametreleri

Ρ Uzvun yoğunluğu 0.7597 kgm-1

L Uzvun uzunluğu 0.22 M

EI Eğilme sertliği 2.69 Nm2

Iz Atalet momenti 0.0007424 kgm2

Gürbüz-uyarlamalı kontrol kuralının en önemli özelliği, parametre değişikliklerinden etkilenmemesidir. Bunu kanıtlamak için, modeldeki uzuvların ağırlıklarını ve uzunluklarını %50 arttırmış bulunmaktayız. Yeni durumdaki π% değerleri Tablo 2’de verilmiştir. (Özgüney, 2017)


359

Tablo 2. %π Değerleri

1π% 2%π 3π% 4π%

0.006 0.6453 0.08 25962.9

BULGULAR

Yapılan simülasyon sonuçları Şekil 2 - Şekil 22 arasında gösterilmiş-tir. (Özgüney, 2017)

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5

t(s)

-0.1

-0.08

-0.06

-0.04

-0.02

0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

Yör

ünge


Şekil 2. 0.01 Genlikli Basamak Yörünge


360

0 1 2 3 4 5 6

t(s)

-3

-2

-1

0

1

2

3

Yör

ünge

İzle

me

Hta

sı

(ra

d)

10 -3


Şekil 3. Yörünge İzleme Hatası (θ). (Ʌ=köş(10 10 10), K= köş(20 20 20),

α=100, β=0.01, λ=100, ε=1,

Ω=0.01)0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5

t(s)

-0.1

-0.08

-0.06

-0.04

-0.02

0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

(ra

d)


Şekil 4. θ, Açısı. (Ʌ=köş(10 10 10), K= köş(20 20 20), α=100, β=0.01, λ=100, ε=1, Ω=0.01)


361

Şekil 5. θ, Açısının Türevi. (Ʌ=köş(10 10 10), K= köş(20 20 20), α=100,

β=0.01, λ=100, ε=1, Ω=0.01)

Şekil 6. w, Sapmanın Zamana Bağlı Reğişimi. (Ʌ=köş(10 10 10), K=

köş(20 20 20), α=100, β=0.01, λ=100, ε=1, Ω=0.01)


362

Şekil 7. Kontrolcü Kuvvetinin Zamana Bağlı Değişimi. (Ʌ=köş(10 10

10), K= köş(20 20 20), α=100, β=0.01, λ=100, ε=1, Ω=0.01)

Şekil 8. Yörünge İzleme Hatası (θ). (Ʌ=köş(10 10 10), K= köş(20 20 20),

α=100, β=0.01, λ=100, ε=1, Ω=0.01). Td = 0.01 (bozucu giriş)


363

Şekil 9. θ, Açısı. (Ʌ=köş(10 10 10), K= köş(20 20 20), α=100, β=0.01,

λ=100, ε=1, Ω=0.01). Td = 0.01 (bozucu giriş)

Şekil 10. θ, Açısının Türevi. (Ʌ=köş(10 10 10), K= köş(20 20 20), α=100,

β=0.01, λ=100, ε=1, Ω=0.01). Td = 0.01 (bozucu giriş)


364

Şekil 11. w, Sapmanın Zamana Bağlı Değişimi. (Ʌ=köş(10 10 10), K=

köş(20 20 20), α=100, β=0.01, λ=100, ε=1, Ω=0.01). Td = 0.01 (bozucu gi-riş)

Şekil 12. Kontrol Kuvvetinin Zamana Bağlı Değişimi. (Ʌ=köş(10 10 10), K= köş(20 20 20), α=100, β=0.01, λ=100, ε=1, Ω=0.01). Td = 0.01 (bozucu

giriş)


365

Şekil 13. (0.01*sin(t/2)) Yörüngesi

Şekil 14. Yörünge İzleme Hatası (θ). (Ʌ=köş(5 5 5), K= köş(5 5 5), α=1,

β=0.01, λ=1000, ε=1, Ω=0.01)


366

Şekil 15. θ, Açısı. (Ʌ=köş(5 5 5), K= köş(5 5 5), α=1, β=0.01, λ=1000, ε=1,

Ω=0.01)

Şekil 16. θ, Açısının Türevi. (Ʌ=köş(5 5 5), K= köş(5 5 5), α=1, β=0.01,

λ=1000, ε=1, Ω=0.01)


367

Şekil 17. w, Sapmanın Zamana Bağlı Değişimi. (Ʌ=köş(5 5 5), K= köş(5

5 5), α=1, β=0.01, λ=1000, ε=1, Ω=0.01)

Şekil 18. Kontrol Kuvvetinin Zamana Bağlı Değişimi. (Ʌ=köş(5 5 5), K=

köş(5 5 5), α=1, β=0.01, λ=1000, ε=1, Ω=0.01)


368

Şekil 19. Yörünge İzleme Hatası (θ). (Ʌ=köş(5 5 5), K= köş(5 5 5), α=1,

β=0.01, λ=1000, ε=1, Ω=0.01). Td= (10*sin(t/2)) (bozucu giriş)

Şekil 20. θ,Açısı. (Ʌ=köş(5 5 5), K= köş(5 5 5), α=1, β=0.01, λ=1000, ε=1,

Ω=0.01). Td= (10*sin(t/2)) (bozucu giriş)


369

Şekil 21. θ, Açısının Türevi. (Ʌ=köş(5 5 5), K= köş(5 5 5), α=1, β=0.01,

λ=1000, ε=1, Ω=0.01). Td= (10*sin(t/2)) (bozucu giriş)

Şekil 22. w, Sapmanın Zamana Bağlı Değişimi. (Ʌ=köş(5 5 5), K= köş(5

5 5), α=1, β=0.01, λ=1000, ε=1, Ω=0.01) Td= (10*sin(t/2)) (bozucu giriş)


370

Şekil 22. Kontrol Kuvvetinin Zamana Bağlı Değişimi. (Ʌ=köş(5 5 5), K=

köş(5 5 5), α=1, β=0.01, λ=1000, ε=1, Ω=0.01). Td= (10*sin(t/2)) (bozucu giriş)

TARTIŞMA

0.01 genlikli basamak yörüngesi esnek uzuvlu robot koluna uygu-lanmış ve sonuçlar Şekil 2 – Şekil 12 arasında gösterilmiştir. Uygulanan yörünge 0.01 genlikli basamak yörüngedir.(Şekil 2). Yörünge izleme ha-tası Şekil 3’te verilmiştir. 1.10-3’lük bir hata payı ile ve 2 sn. gibi kısa bir sürede düzgün rejime geçildiği şekilden anlaşılmaktadır. θ açısının yö-rüngede verilen değere hızlı bir şekilde ulaştığı Şekil 4’te gösterilmekte-dir. Şekil 5 incelendiğinde, 3 sn. gibi kısa bir sürede θ açısının zamana göre türevinin istenilen konuma geldiği görülmektedir. Modelin çok kü-çük bir sapma ile verilen yörüngeyi takip ettiği anlaşılmıştır. (Şekil 6). Uygulanan kontrol kuvvetinin zamana bağlı değişimi Şekil 7’de göste-rilmiştir.

Şekil 8 ile Şekil 12 arasındaki grafiklerde aynı yörünge değerinde sis-teme 0.01 basamak değerinde bozucu bir giriş eklenmiştir. Kontrol pa-rametre değerleri, sisteme bozucu giriş eklenmeden önceki değerlerle aynı verilmiştir. Yörünge izleme hatası Şekil 8’de verilmiştir. Grafikler incelendiğinde dış bozucu olmadan elde edilen sonuçlar ile benzer so-


371

nuçlar elde edilmiştir. (Şekil 8- Şekil 9- Şekil 10). Dış bozucunun etkisi, en net bir şekilde sapma grafiğinde gözükmektedir. Şekil 11’deki sapma grafiğinde, sistemde çatırtı meydana geldiği saptanmıştır. Bunun nedeni kontrolcüdeki kontrol kazanç değerlerinin düşük seçilmesidir. Şekil 12’de görülen kontrol kuvvet değerinin, dış bozucu olmadan elde edilen grafiğe göre bir miktar arttığı gözlemlenmiştir.

Çalışmada farklı bir yörünge kullanarak sistemin davranışı incelen-miştir. 0.01 genlikli sinüzoidal yörünge modele uygulanmıştır.(Şekil 13) Şekil 14’te sinüzoidal yörüngede sistemin yörünge izleme hatası gözük-mektedir. Modelin düzgün rejime geçme süresi basamak yörüngedekine göre daha uzun sürmüştür. Bu beklenen bir durumdur. θ açısı ve onun türevinin zamana göre değişimi Şekil 15 ve Şekil 16’da verilmiştir. So-nuçlar incelendiğinde, basamak giriş yörünge ile benzer sonuçlar elde edildiği gözükmektedir. Modelin uç nokta sapması Şekil 17’de gösteril-miştir. Çatırtı problemi olmasına rağmen, düzenli bir şekilde sistemin düzenli rejime geçtiği görülmektedir. Kontrol kuvvetinin zamana bağlı değişimi Şekil 18’de verilmiştir.

Şekil 19 ile Şekil 23 grafikleri, sinüzoidal yörüngede, yörünge ile aynı bozucu etki verilmesi dahilinde sistemin cevabını göstermektedir. Dış bozucu sistemde olmadığında kullanılan kontrol kazanç parametreleri kullanılmıştır. Şekil 19’da verilen referans yörüngeye karşılık gelen yö-rünge izleme hatası gösterilmiştir. Sonuç incelendiğinde hata miktarının bir önceki duruma göre biraz arttığı ama düzenli rejime geçişinde bir problem olmadığı anlaşılmaktadır. Şekil 20 ve Şekil 21’de ise θ açısı ve onun türevi verilmiştir. Sonuçlar bir önceki durumla benzerdir. Böylece geliştirilmiş olan kontrol kuvvetinin dış bozuculardan etkilenmediği yani gürbüzlük özelliği kanıtlanmıştır. Sapma miktarı ise Şekil 22’de gös-terilmiştir. Dış bozucu olmadan elde edilen sonuçlara benzer sonuçlar elde edilmiştir. Dikkat edilmesi gereken bir durum, sistemde az miktar-da çatırtı oluşmasıdır. Bunun sebebi de kontrol kazanç parametreleri değerlerinin düşük miktarda seçilmesidir. Kontrol kazanç parametre değerlerinin yüksek miktarda seçilmesi, kontrol kuvvetinin değerini de arttıracaktır. Bu da istenmeyen bir durumdur. Son olarak Şekil 23’te kontrol kuvvetinin zaman bağlı değişim grafiği verilmiştir.


372


Şekil 2 ile Şekil 22 arasında, gürbüz- uyarlamalı kontrolcünün tek uzuvlu esnek robot manipülatöre uygulanmasıyla elde edilen, θ, θ açısı-nın türevi, sapma ve kontrol kuvvetlerinin zamana bağlı değişimleri ve-rilmiştir. Çalışmanın amacı olan, yörüngenin en az hata ile izlenilmesi durumunun, geliştirilmiş kontrolcü ile etkili bir şekilde sağlandığı gö-rülmektedir. Ayrıca robot kolunun uç noktasındaki sapma miktarının az olduğu gözlemlenmiştir. Kontrolcünün gürbüzlük özelliğini ispatlamak için, modele dış bozucu eklenmiş ve sistemin, belirsizliklerden ve dış bozuculardan etkilenmediği anlaşılmıştır. İleride yapılacak çalışmalarda kontrol kuralında yer alan kontrol kazanç katsayılarının farklı bir yön-temle bulunması önerilmektedir.

KAYNAKÇA

Bazzi, B.A. ve Chalhoub, N.G. (2005). Fuzzy sliding mode controller for a flexible single-link robotic manipulator. Journal of Vibration and Control, 11, 295–314.

Book, W.J. (1990). Modeling design and control of flexible manipula-tor arms: A tutorial review. 29-th IEEE Conference on Decision and Cont-rol, 5 Aralık- 7 Aralık 1990. Honolulu.

Delavari, H., Lanusse, P., ve Sabatier, J. (2013). Fractional order cont-roller design for a flexible link manipulator robot. Asian Journal of Cont-rol, 15(3), 783-795.

Jiang, Y., Liu, Z., Chen, C. ve Zhang, Y. (2015). Adaptive robust fuzzy control for dual arm robot with unknown input deadzone nonlinearity. Nonlinear Dyn, 81, 1301–1314.

Karagülle, H., Malgaca, L., Dirilmis, M., Akdağ, M. ve Yavuz, S. (2017). Vibration control of a two-link flexible manipulator. Journal of Vibration and Control, 23(12), 2023-2034.

Khairudinl, M., Mohamedl, Z., Husain, A.R., ve Ahmad, M.A. (2010). Dynamic modelling and characterisation of a two-link flexible robot ma-nipülatör. Journal of Low Frequency Noise, Vibration and Active Cont-rol, 29(3), 207-209.


373

Li, Y., Tong, S. ve Li, T. (2013). Adaptive fuzzy output feedback cont-rol for a single-link flexible robot manipülatör driven DC motor via backstepping. Nonlinear Analysis: Real World Applications, 14, 483-494.

Mallikarjunaıah, S. ve Reddys S. N. (2013). Design of PID controller for flexible link manipülatör. International Journal of Engineering Rese-arch and Applications, 3(1), 1207-1212.

Özgüney, Ö.C. (2012). Model parametreleri bilinmeyen mekanik ma-nipülatörlerin kontrolü. Yüksek Lisans Tezi, İ.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü.

Özgüney, Ö.C. (2017). Mekanik sistemlerin karma kontrolü. Doktora tezi, İ.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü.

Pereira, E., Aphale, S.S., Feliu, V. ve Moheimani, S.O.R. (2011). Integ-ral resonant control for vibration damping and precise tip-positioning of a single-link flexible manipulator. IEEE/ASME Transactions on Mechat-ronics, 16(2), 232-240.

Rahimi, H.N. ve Nazemizadeh, M. (2014). Dynamic analysis and in-telligent control techniques for flexible manipulators: a review. Advan-ced Robotics, 28(2), 63-76.

Spong, M.W. (1993). Adaptive control of robot manıpulators design and robustness. American Control Conference, 2 Haziran-4 Haziran 1993, Urbana.

Sun, D., Mills, J., Shan, J. ve Tso, S.K. (2004). A pzt actuator control of a single link flexible manipulator based on linear velocity feedback and actuator placement. Mechatronics, 14(4), 381-401.

Xu, B. ve Yuan, Y. (2017). Two performance enhanced control of flexible-link manipulator with system uncertainty and disturbances. Sci China Inf Sci, 2017, 60(5).

Zebin, T. ve Alam, M.S. (2012). Modeling and control of a two-link flexible manipulator using fuzzy logic and genetic optimization tech-niques. Journal of Computers, 7(3), 578-585.

SKİ İLE SiC VE BN PARÇACIK TAKVİYE EDİLEN AA 5182’NİN MİKROYAPISAL, MEKANİK ve TRİBOLOJİK

İNCELEMESİ

Arş. Gör. Yaşar SERT1, Serkan KARAKAŞ2, Prof. Dr. Tevfik KÜÇÜKÖMEROĞLU3

1-2-3Karadeniz Teknik Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Trabzon / Türkiye

Öz: Bu çalışmada, sürtünme karıştırma işlemi (SKİ) kullanılarak AA 5182 alüminyum alaşımı numunelerinin yüzeylerine SiC ve BN parçacık-ları takviye edilerek mekanik ve tribolojik özellikleri yüksek kompozit bir yüzey tabakası elde edilmesi amaçlanmıştır. SKİ, takviyesiz durum-da, %25 SiC ve %75 BN, %50 SiC ve %50 BN, %75 SiC ve %25 BN ve %100SiC takviye oranlarında aynı yönlü iki paso olarak uygulanmıştır. SKP takım ilerleme hızı 55mm/dak, takım devir sayısı 1000 dev/dk ola-rak uygulanmıştır. Takviyeli ve takviyesiz durumda AA 5182 alümin-yum alaşımı numunelerinin yüzeylerinde oluşturulan kompozit yapının mikro yapısı, mekanik özellikleri ve aşınma davranışları karşılaştırmalı olarak incelenmiştir. Aşınma deneyleri bilye-disk esasına dayanan aşın-ma deney düzeneğinde 5N yükte ve 6mm çaplı Al2O3 bilye kullanılarak atmosfer ortamında gerçekleştirilmiştir. Aşınma deneyleri sonucunda numunelerin aşınma miktarları optik profilometre kullanılarak belirlen-miştir. Uygulanan SKİ sonrasında AA 5182 alüminyum alaşımının yüze-yinde kompozit bir yapının başarıyla oluşturulduğu görülmüştür. Ger-çekleştirilen incelemeler neticesinde, en yüksek sürtünme katsayısı değe-ri %25 SiC ve%75 BN karışım oranına sahip takviyeli numunede tespit edilmiştir. Numuneler arasında en iyi aşınma dayanımı ise %75 SiC ve %25 BN karışımında elde edilmiştir.


Alüminyum, otomotiv ve havacılık başta olmak üzere mutfak eşya-ları, elektronik araçlar ve dekoratif olarak mobilya eşyaları gibi günlük

SKİ İLE SiC VE BN PARÇACIK TAKVİYE EDİLEN AA 5182’NİN MİKROYAPISAL, MEKANİK ve TRİBOLOJİK İNCELEMESİ

375

yaşantımızda karşılaştığımız birçok araç-gereçte yaygın bir şekilde kul-lanılmaktadır. Söz konusu alüminyumun bu denli yaygın kullanım ala-nına sahip olmasındaki sebepler ise, kütle-yoğunluğunun ve maliyetinin düşük olmasının yanı sıra korozyon dayanımının yüksek olmasıdır. Ay-rıca bu malzemeler kolay temin edilebilmesiyle de göze çarpmaktadır (Campbell, 2011; Kaufman, 2000).

Alüminyumun bahsi geçen olumlu özelliklerinin yanı sıra özellikle düşük ergime noktasına sahip olması gibi bazı dezavantajlara da sahip olduğu bilinmektedir. Bu sebeple alüminyumun kaynak edilmesinde kısıtlayıcı etkenler vardır. Bu etkenlerin başında, kaynak sırasında yü-zeyde oluşan oksit tabakası kaynak işleminin başarısını olumsuz etkile-mektedir. Olumsuz sayılabilecek bir başka özelliği ise, alüminyumun ısıl iletkenlik özelliklerinin oldukça yüksek olmasıdır. Yüksek ısıl iletkenlik nedeniyle kaynak esnasında malzeme içyapısında yüksek termal geril-meler oluşmakta ve bu nedenle de işlem bölgesinde çatlak oluşumu gibi istenmeyen durumlar tezahür edebilmektedir. Ayrıca, söz konusu olum-suz durum nedeniyle kaynak işlemi sonrasında muhtemel katılaşma çat-laklarının oluşması da göz önünde bulundurulması gerekmektedir. Alüminyumun kaynak kabiliyetindeki söz edilen kısıtlamalara sahip olması nedeniyle birleştirme amaçlı alternatif işlemlerin değerlendirilme-si günden güne önem arzetmektedir. Bu değerlendirmeler neticesinde üzerinde durulan uygulamaların başında alüminyumun kaynak edile-bilmesinde son derece etkili olduğu belirlenen Sürtünme ve Karıştırma Kaynağı (SKK) gelmektedir (Kaluç ve Taban, 2007). Yapılan çalışmalar-da, alüminyumun SKK ile meydana gelen sürtünmenin sebep olduğu plastik deformasyonla kaynak edilebilmesinin mümkün olduğu tespit edilmiştir. İlerleyen yıllarda, söz konusu kaynak yöntemi üzerine yapılan çalışmaların genişlemesiyle birlikte, bu uygulamanın kompozit yapılı tabaka oluşumuna, metal matrisli kompozitlerin mikro yapıları üzerinde değişiklikler yapılmasına ve alüminyum alaşımlarının mekanik özellikle-rini geliştirmeye olanak sağladığı belirlenmiştir (Mishra ve Ma, 2005). Endüstriyel uygulamalarda kullanılan makine elemanlarının kullanım ömrü, maliyet ve üretim kalitesi açısından oldukça önemli bir husustur. Bu doğrultuda bahsi geçen makine elemanlarının kullanım ömrünü iyi-

Arş. Gör. Yaşar SERT1, Serkan KARAKAŞ, Prof. Dr. Tevfik KÜÇÜKÖMEROĞLU

376

leştirmek amacıyla tribolojik performansının geliştirilmesi önemli bir gereklilik olarak göze çarpmaktadır. Bu kapsamda, endüstriyel uygula-malarda kullanılan makine elemanlarının mekanik ve tribolojik özellikle-rini iyileştirmek için yapılan çalışmalar ışığında, günümüzde sürtünme ve karıştırma işlemi (SKİ) öne çıkarak popülaritesini artırmıştır (Sen, 2019; Adesina, 2017; Mishra, 2003). Yapılan değerlendirmeler neticesinde ise bu çalışmada, otomotiv ve havacılıkta yaygın bir kullanım alanına sahip olan AA 5182 alaşımının yüzeyinde SKİ kullanılarak kompozit bir tabaka meydana getirilerek malzemenin tribolojik ve mekanik özellikle-rinin geliştirilmesi amaçlanmıştır. Bu amaçla AA 5182 alaşımının yüze-yinde, aşınma dayanımını artırmak için yüksek sertlikteki SiC parçacık ve sürtünme katsayısını azaltmak için ise kendinden katı yağlayıcı etkiye sahip BN parçacık ile takviye edilerek, SKİ ile kompozit bir yapının oluş-turulması planlanmıştır.

YÖNTEM

Bu çalışmada, AA 5182 alaşımı yüzeyine SKİ uygulanarak SiC ve BN parçacıkları takviye edilmesi ve bu sayede oluşturulan kompozit tabaka-nın tribolojik özelliklerinin belirlenmesi amaçlanmıştır. Ayrıca farklı oranlarda SiC ve BN parçacık takviyesi gerçekleştirilerek yapılan incele-meler neticesinde optimum takviye oranı belirlenmiştir. Bu amaç doğrul-tusunda, yapılan literatür taramaları ve gerçekleştirilen ön çalışmaların ışığında, SKİ parametreleri takım hızı 1000dev/dk, takım ilerleme hızı 55mm/dk, takım açısı 3,5⁰ ve takım baskı yükü 550±30kg olarak belir-lenmiştir. Uygulanan işlem Şekil 1’de görüldüğü gibi 2 paso gerçekleşti-rilmiş olup, takviye edilen parçacıkların karışım oranları %25SiC-%75BN, %50SiC-%50BN, %75SiC-%25BN ve %100SiC olarak belirlenmiş-tir.


377

Şekil 1. SKİ Uygulama Şematik Çizimi

Çalışma kapsamında, laboratuvar deneylerinde kullanılmak üzere AA 5182 belirlenmiş olup, 5 mm x 60 mm x 200 mm boyutlarında plaka halinde satın alınmıştır. Plaka yüzeylerine takviye edilecek toz parçacık-larının yerleştirilebilmesi amacıyla freze tezgâhında 0,4x1,2 mm ölçüle-rinde Şekil 2’de görüldüğü gibi 10 adet kanal açılmıştır.


378

Şekil 2. Kanallar Açılmış Ana Malzeme (AA 5182)

İşlem esnasında takviye elemanı olarak kullanılacak 4 μm-12μm tane boyutuna sahip %99 saflıkta olan SiC parçacıklar toz halinde satın alın-mıştır. Diğer takviye elemanı BN %99 saflıkta ve 5-7μm tane boyutuna sahiptir. SKİ için STANKOIMPORT marka üniversal freze tezgâhı, Şekil 3’teki gibi işlem için uygun modifikasyonlar yapılarak kullanıma hazır hale getirilmiştir. Tezgah üzerine işlem sırasında uygulanacak baskı kuvveti, takım devri, takım ilerleme hızı ve takım açısının kontrolü için hidrolik yüklemeli deney tablası yerleştirilmiştir. SKİ için yüksek sıcaklık şartlarında gösterdiği yüksek mukavemet ve sertlik gibi özelliklerinden ötürü ölçüleri Şekil 4’de verilen WC takım kullanılmıştır.


379

Şekil 3. SKİ Düzeneği

Şekil 4. SKİ’nde Kullanılan Takımın Teknik Çizimi

SKİ’nde kullanılan parametreler Tablo 1’de verilmiştir. Deneyde kul-lanılacak AA 5182 plakaları üzerine Şekil 2’deki gibi açılan kanallara de-ğişken oranlarda takviye edilmesi planlanan SiC ve BN parçacıkları bağ-lama elemanları ile hidrolik yükleme tablasına sabitlenerek deneye hazır hale getirilmiştir.


380

Tablo 1. SKİ Parametreleri

Takım hızı (dev/dk)

Takım İlerleme Hızı (mm/dk)

Takım Açısı (o) Takım Baskı Yükü (kg)

1000 55 3,5 550±30

SKİ gerçekleştirildikten sonra metalografik incelemeler, mikrosertlik ve aşınma deneyleri için gerekli numuneler, plakalardan Şekil 5’teki gibi çıkarılmıştır.

Şekil 5. SKİ Sonrasında Çıkarılan Deney Numunelerinin İşlem Bölge-

sindeki Konumları

Metalografik incelemeler ve mikrosertlik ölçümleri için kullanılacak numuneler kademeli olarak kaba ve ince zımparalama ve parlatma iş-lemlerine tabi tutularak hazırlanmıştır. Aşınma deney numuneleri ise plakadan çıkarıldıktan sonra yüzeyindeki işlem esnasında oluşan dalga-lanma izlerinin giderilmesi amacıyla yüzeyleri düzeltilmiştir. Mikrosert-lik değerleri, numunelerin yüzeyinin 0,5 mm altında yüzeye paralel şe-kilde 1 mm aralıklarla 4,91 N yük altında ve 5 saniye uygulama süresin-de ölçülmüştür. Aşınma deneyleri için ise DUCOM marka bilye-disk esasına dayanan aşınma deney düzeneği kullanılmıştır. Deney paramet-releri şu şekildedir;


381

5N yük, 6 mm çaplı Al2O3 bilye, 286 d/dk çevrim hızı, 5000 çevrim sayısı, atmosfer ortamı.

BULGULAR ve İRDELEME

İlk olarak yüzeyine SKİ uygulanmış plakalar makro olarak incelen-miş ve elde edilen görüntüler Şekil 6’da verilmiştir. Yapılan incelemeler-de plakaların işlem görmüş yüzeylerinde herhangi bir kusura rastlan-mamakla birlikte yeterince düzgünlüğe sahip oldukları belirlenmiştir.

Şekil 6. SKİ Sonrasında Plakaların Yüzey Görüntüleri

SKİ sonrasında işlem alanında 5 farklı bölge tespit edilmiştir. Şekil 7’de verilen optik mikroskop görüntüsünde A bölgesi ana malzeme, B bölgesi ısıdan etkilenmiş bölge, C bölgesi termomekanik olarak etkilen-


382

miş bölge, D bölgesi karışım, E bölgesi ise takviye parçacıklarının yoğun olarak dağıldığı bölge olarak ifade edilmiştir.

Şekil 7. SKİ Sonrasında Yapıda Oluşan Bölgeler

Yukarıda verilen görselde tanımlanmış bölgeleri daha iyi analiz ede-bilmek amacıyla SKİ uygulanmış numunelerin yüksek çözünürlüklü içyapı görünümleri Şekil 8-11’de verilmiştir. Görüntülere bakıldığında, işlem sonrasında C bölgesindeki ortalama tane boyutunun diğer bölgele-re oranla daha düşük olduğu tespit edilmiştir. Tane boyutunun düşük olması işlem bölgesinde daha kararlı bir yapının oluştuğu anlamını taşı-maktadır. Ayrıca Hall-Patch bağıntısı göz önüne alındığında, akma da-yanımında da bir artış olduğu yorumu yapılabilmektedir.

Şekil 8. SKİ Uygulanmış Takviyesiz AA 5182’nin İçyapı Görüntüsü


383

Şekil 9. SKİ İşlemi Uygulanmış %25 SiC ve %75 BN takviyeli AA

5182’nin İçyapı Görüntüsü




384



Şekil 10. SKİ İşlemi Uygulanmış %100 SiC takviyeli AA 5182’nin İçya-

pı Görüntüsü


385

Bütün numunelerin mikrosertlik ölçüm grafikleri Şekil 11’de veril-miştir. Grafik incelendiğinde tüm numunelerin işlem bölgelerinin mer-kezinde sertlik değerinin genel olarak diğer bölgelere kıyasla daha yük-sek olduğu ve en yüksek sertlik ise %100 SiC takviyeli numunede tespit edilmiştir. Söz konusu bu duruma, 1. ve 2. Paso esnasında takım omzu-nun üst üste bindiği bölgede (merkez) numuneyi 2 kat plastik deformas-yona uğratması neden olduğu yorumu yapılabilmektedir.

Şekil 11. Numunelere Ait Mikrosertlik Değerleri

Bilye-disk esaslı aşınma deney düzeneği kullanılarak gerçekleştirilen aşınma deneyleri neticesinde elde edilen ortalama sürtünme katsayısı grafikleri Şekil 12’de verilmiştir. Sürtünme katsayısı değerlerine bakıldı-ğında, SKİ’nde kullanılan takviye elemanlarının anlamlı seviyede bir iyileşmeye neden olamadığı, hatta bir miktar artışa neden olduğu tespit edilmiştir. Söz konusu bu olumsuz durumun deney sırasında yüksek sertliğe sahip gevrek yapıdaki SiC parçacıkların kırılarak abrazif etki göstermesinden kaynaklandığı düşünülmektedir.


386

Şekil 12. Numunelere Ait Sürtünme Katsayısı Grafikleri a) takviyesiz b) %25 SiC ve %75 BN takviyeli c) %50 SiC ve %50 BN d) %75 SiC ve

%25 BN e) %100 SiC takviyeli AA 5182

Aşınma deneyinden sonra numune yüzeylerinde meydana gelen aşınma yolları optik profilometre kullanılarak incelenmiştir. İnceleme neticesinde elde edilen 3D görüntüler Şekil 13-17’da verilmiştir. 3D gö-rüntülerin analiz edilmesiyle belirlenen aşınma miktarları ise Şekil 18’de görülmektedir. Şekilden de görüldüğü üzere, en yüksek aşınma miktarı BN takviyesi yüksek olan numunelerde tespit edilmiştir. BN takviye oranının azaltılması ile SiC içeriğinin artması numunenin aşınma daya-nımına olumlu katkılar sunmuştur. En düşük aşınma miktarı %75 SiC ve %25 BN takviye elemanlı numunede tespit edilmiştir. Çıkarım yapılabi-lecek en önemli sonuç, BN oranının artması ile numunenin aşınma daya-nımı özelliğinin kötüleşmesi olacaktır.


387

Şekil 13. Takviyesiz AA 5182’nin Aşınma Yolu 3D Görüntüsü


388

Şekil 14. %25 SiC ve %75 BN takviyeli AA 5182’nin Aşınma Yolu 3D Görüntüsü


389

Şekil 15. %50 SiC ve %50 BN Takviyeli AA 5182’nin Aşınma Yolu 3D Görüntüsü


390

Şekil 16. %75 SiC ve %25 BN Takviyeli AA 5182’nin Aşınma Yolu 3D Görüntüsü


391

Şekil 17. %100 SiC Takviyeli AA 5182’nin Aşınma Yolu 3D Görüntüsü


392

Şekil 18. Aşınma Deneyi Sonucunda Numunelerin Ortalama Aşınma

Miktarı Değerleri

SONUÇLAR ve ÖNERİLER

Bu çalışmada, 1000dev/dk takım hızı, 55mm/dk takım ilerleme hızı, 3,5⁰ takım açısı ve 550±30kg takım baskı yükü parametreleri kullanılarak SKİ gerçekleştirilmiştir. SKİ’nde takviye edilen parçacık oranları %25SiC-%75BN, %50SiC-%50BN, %75SiC-%25BN ve %100SiC olarak kullanılmış-tır. SKİ belirlenen parametreler ve takviye oranları ile AA 5182 yüzeyine başarıyla uygulanmıştır. Söz konusu işleme tabi tutulan numuneler kul-lanılarak yapısal, mekanik ve tribolojik incelemeler gerçekleştirilmiş ve elde edilen sonuçlar sistematik olarak maddeler halinde sunulmuştur.

1. Belirlenen işlem parametreleri kullanılarak uygulanan SKİ ile AA 5182 alaşımı yüzeyinde kompozit bir yapıya sahip tabaka başarılı bir şekilde elde edilmiştir.

2. Yüzeyde kompozit bir yapı elde etmek amacıyla uygulanan SKİ’nde kullanılan takım geometrisi, takviye elamanlarının yüzeyin altı-na gömülmesini engelleyecek tasarıma sahip olmalıdır.


393

3. %25 oranının üzerindeki BN takviyesi, malzemenin tribolojik özelliklerini olumsuz olarak etkilemektedir.

4. SKİ sonucunda en düşük aşınma miktarı %75Sic ve %25 BN karı-şım oranlarında elde edilmiştir.

5. Ana malzeme yapısın katılan takviye elemanlarının, malzemenin sürtünme katsayısına özelliğine dikkate değer bir katkı sunmamıştır.

6. Elde edilen kompozit tabakalı yapıda sertlik değeri takviye edilen SiC parçacıkların oranıyla doğru orantılı artmaktadır.

Sürtünme karıştırma İşlemi kullanılarak elde edilmesi amaçlanan kompozit tabakanın performansının geliştirilmesi hususunda tarafımızca verilen öneriler aşağıda maddeler halinde sıralanmıştır.

1. Kullanılacak olan takviye elemanının yapıya homojen bir şekilde dağılımını sağlamak amacıyla SKİ’nde uygulanacak paso sayısı ve doğ-rultusu araştırılmalıdır.

2. Kompozit bir tabaka oluşturulmak amacıyla kullanılacak takviye elemanlarının karışma bölgesi yapısına dağılımlarına, takım ucu tipi ve geometrisinin etkileri araştırılmalıdır.

3. Bu çalışmada da kullanılan BN takviye elemanının, %25’in altın-daki oranlarının yapıya etkileri derinlemesine incelenmelidir.

KAYNAKÇA

Adesina, A. Y., Gasem, M. Z. ve Al-Badour, F. A. (2017). Characteri-zation and Evaluation of AlCrN Coated FSW Tool: A Preliminary Study. Journal of Manufacturing Processes, 25, 432-442. DOI 10.1016/j.jmapro.2016.12.019

Campbell Jr, F. C. (2006). Manufacturing Technology for Aerospace Structural Materials (1. Basım). USA: Elsevier

Kaluç, E. ve Taban E. (2007). Sürtünen Eleman ile Kaynak (FSW) Yöntemi (1. Basım). Ankara: Makine Mühendisleri Odası, Ankamat Mat-baacılık Ltd. Şti.


394

Kaufman, J. G. (2000). Introduction to Aluminum Alloys and Tem-pers (1. Baskı). USA: ASM International.

Mishra, R. S., Ma, Z. Y. ve Charit, I. (2003). Friction Stir Processing: a Novel Technique for Fabrication of Surface Composite. Materials Science Engineering: A, 341(1-2), 307-310. DOI 10.1016/S0921-5093(02)00199-5

Mishra, R. S. ve Ma Z. Y. (2005). Friction Stir Welding and Proces-sing. Materials Science and Engineering: R: Reports, 50(1-2), 1-78. DOI 10.1016/j.mser.2005.07.001

Sen, M., Shankar, S. Ve Chattopadhyaya, S. (2019). Investigations In-to FSW Joints of Dissimilar Aluminum Alloys. Materials Today: Procee-dings, DOI 10.1016/j.matpr.2019.09.218

MEMS & NEMS BASINÇ SENSÖRLERİN TIBBİ UYGULAMALARI

Dr. Öğr. Üyesi Osman ÜLKİR1, Dr. Öğr. Üyesi İshak ERTUĞRUL1, Arş. Gör. Ebuzer AYGÜL2, Dr. Öğr. Üyesi Senai YALÇINKAYA2

1Muş Alparslan Üniversitesi, Muş / Türkiye 2 Marmara Üniversitesi, Teknoloji Fakültesi, İstanbul / Türkiye

Öz: Bu çalışmada MEMS (Mikro-Elektro-Mekanik Sistemler) mikro sensörlerinin ve NEMS (Nano-Elektro-Mekanik Sistemler) teknolojisinin tıbbi uygulamaları hakkında bilgi verilmiştir ve MEMS tabanlı basınç sensörleri tartışılmıştır. Malzeme biliminde yaşanan gelişmeler netice-sinde mikro sistemlerde ciddi bir ilerleme kaydedilmiştir. Günümüzde MEMS teknolojisi, cep telefonları, otomobillerin navigasyon sistemleri ve tıp gibi birçok uygulama alanına sahiptir. Gelişmiş yarı iletken teknoloji-si, seri üretim, küçük boyut, düşük fiyat, yüksek işlevsellik, yüksek has-sasiyet ve hızlı tepki süresi MEMS sensörlerinin avantajlarından bazıla-rıdır.

GİRİŞ

Mikro-Elektro-Mekanik Sistemler veya MEMS, mikro imalat teknik-leri kullanılarak yapılan minyatür mekanik ve elektro-mekanik eleman-lar (cihazlar ve yapılar) olarak tanımlanabilen bir teknolojidir. MEMS bileşenlerinin büyüklüğü 1 ila 100 mikrometre aralığında ve MEMS ci-hazlarının kendilerinin büyüklüğü 20 mikrometre ya da 20 milimetre arasında değişmektedir (Du ve Bogue, 2007). MEMS cihazlarının türleri, hareketli elemanı olmayan nispeten basit yapılardan, kompakt mikro elektronik kontrolü altında birden fazla hareketli elemana sahip olan son derece karmaşık elektromekanik sistemlere kadar değişebilir. MEMS teknolojisinin ana kriterlerinden biri, mekanik işlevselliğe sahip bazı elemanlara sahip olmasıdır.

Dr. Öğr. Üyesi Osman ÜLKİR, Dr. Öğr. Üyesi İshak ERTUĞRUL, Arş. Gör. Ebuzer AYGÜL, Dr. Öğr. Üyesi Senai YALÇINKAYA

396

MEMS kavramını tanımlamak için kullanılan terim dünyanın farklı bölgelerinde değişiklik gösterir. Amerika Birleşik Devletleri’nde ağırlıklı olarak MEMS olarak adlandırılır; dünyanın başka yerlerinde ise “Mikro Sistem Teknolojisi”, “Silisyum Mikroişleme”, “Mikro Sensörler”, “Mikro Aktüatörler” veya “Mikro İşlenmiş Cihazlar” olarak adlandırılmaktadır. MEMS bileşenleri Şekil 1’de gösterilmektedir. MEMS cihazların fonksi-yonel elemanları, minyatür yapılar, sensörler, aktüatörler ve mikro elekt-ronik olsa da, en kayda değer elemanlar mikro-sensörler, mikro-aktüatörlerdir (Tadigadapa ve Mateti, 2009). Mikro sensörler ve mikro aktüatörler, enerjiyi bir formdan diğerine dönüştüren cihazlar olarak tanımlanan “transdüser” olarak kategorize edilir. Mikro sensörler söz konusu olduğunda, cihaz tipik olarak ölçülen bir mekanik sinyali bir elektrik sinyaline dönüştürür. MEMS sensörleri; mekanik, termal, biyolo-jik, kimyasal, optik, manyetik gibi verilerin ölçüm yoluyla çevreden top-lamada günümüzün vazgeçilmez teknolojileri arasında yerlerini almış-lardır (Jackson, Mansfield, Saafi, Colman, Romine, 2008).

Günümüzde MEMS teknolojisinin birçok uygulama alanı vardır. Otomotiv alanında, endüstriyel alanda, askeri alanda, biyoteknoloji ala-nında, optik anahtarlama teknolojilerinde, biyomedikal sektöründe, bir-çok iletişim sistemlerinde, bilgisayarlarımızda, telefonlarımızda, ivme ve navigasyon için jiroskoplar ve basınç sensörleri gibi birçok alanda bu teknoloji kullanılmaktadır (D’ Alessandro ve D’ Anna, 2013).

Bu çalışmada MEMS (Mikro-Elektro-Mekanik Sistemler) mikro sen-sörlerinin ve NEMS (Nano-Elektro-Mekanik Sistemler) teknolojisinin tıbbi uygulamaları hakkında bilgi verilmiştir ve MEMS tabanlı basınç sensörleri tartışılmıştır. Malzeme biliminde yaşanan gelişmeler netice-sinde mikro sistemlerde ciddi bir ilerleme kaydedilmiştir. Günümüzde MEMS teknolojisi, cep telefonları, otomobillerin navigasyon sistemleri ve tıp gibi birçok uygulama alanına sahiptir. Gelişmiş yarı iletken teknoloji-si, seri üretim, küçük boyut, düşük fiyat, yüksek işlevsellik, yüksek has-sasiyet ve hızlı tepki süresi MEMS sensörlerinin avantajlarından bazıla-rıdır.


397

Şekil 1. MEMS teknolojisinin bileşenleri

Nano elektromekanik sistemler (NEMS), nano ölçekte elektriksel ve mekanik işlevselliği birleştiren cihazlardır. NEMS, mikro-elektro-mekanik sistemlerden veya MEMS cihazlarından mantıksal bir minya-türleştirme aşamasını oluşturur. NEMS tipik olarak transistor benzeri nano elektronikleri, mekanik aktüatörler, pompalar veya motorlar ile entegre halindedir ve bu biçimde fiziksel, biyolojik ve kimyasal sensörler oluşturabilir (Ventra, Evoy, Heflin, 2006). Nano ismi, düşük kütle, yük-sek mekanik rezonans frekansları, sıfır noktası hareketi gibi potansiyel olarak büyük kuantum mekanik etkilere ve yüzey tabanlı algılama me-kanizmaları için faydalı yüksek yüzey/hacim oranına yol açan nanomet-re aralığında tipik cihaz boyutlarından kaynaklanır. NEMS cihazların kullanım alanları, ivmeölçerler veya havadaki kimyasal maddelerin de-tektörlerini içermektedir.

Tıbbi uygulama pazarında, MEMS bileşenleri teşhis, izleme, cerrahi ve terapatik cihazlarda kullanılır (Elman ve Upadhyay, 2010). Bu cihaz-lar, diğer kullanımların yanı sıra basınç sensörleri, sıcaklık sensörleri, akış sensörleri, ivmeölçerler, optik görüntü sensörleri ve silikon mikro-fonlar olarak MEMS kullanılır. Tıbbi uygulamalar için MEMS cihazları-nın kullanımlarının çeşitli avantajları vardır: MEMS cihazlarında tipik olarak bulunan 2 ila 100μm boyutlu özellikler, canlı hücreler ve insan vücudundaki ince fizyolojik yapılarla uyumludur. MEMS cihazları sili-kon, silikon dioksit (cam) gibi malzemeler, titanyum, altın ve platin gibi


398

değerli metaller ve biyolojik olarak uyumlu parylene gibi organik mal-zemelerle üretilmektedir (Rebello, 2004).

MEMS TEKNOLOJİ ÜRETİMİ

MEMS basınç sensörleri pazarı birçok farklı potansiyel uygulama ile hızla büyümektedir. Bu sensörler, bir altimetre olarak veya barometrik basıncı ölçmek için cep telefonlarında, çoklu navigasyon otoyolları ara-sında ayrım yapmalarını sağlamak için araç navigasyon sisteminde, yük-seklik basınç değişimini karşılamak için disk sürücülerinde veya kan basıncını ölçmek için tıbbi bir cihaz olarak kullanılmaktadır.

MEMS tabanlı sensörler, otomotiv elektroniği, tıbbi ekipman, cep te-lefonları, sabit disk sürücüleri, bilgisayar çevre birimleri ve kablosuz aygıtlar gibi akıllı taşınabilir elektronikler için çok önemli bir bileşendir. Bu sensörler, otomotiv sektöründe özellikle hava yastığı sistemlerinde çarpışma tespiti için kullanılmaktadır. 1990’lardan günümüze kadar, hava yastığı sensör pazarının MEMS teknolojisini kullanarak büyük bir başarı sağladığı kanıtlanmıştır. Günümüzde MEMS tabanlı sensörlerin mürekkep püskürtmeli kartuşlardan cep telefonlarına kadar her alanda kullanımı yaygınlaşmıştır. Dünya üzerindeki büyük pazarlar bu teknolo-jiye ciddi yatırımlar yapmaktadır.

MEMS cihazlarını imal etmek için kullanılan teknikler, silikon bazlı entegre devreler (mikroişlemciler veya bellek çipleri) yapmak için kulla-nılan tekniklere benzer, bu da MEMS üretiminin ölçeklendirme avantaj-larından ve üretim verimliliklerinden yararlanabileceği anlamına gel-mektedir.

Entegre devre üretimine benzerliği ile MEMS cihazları, sinyal işleme ve analiz yeteneklerini ve implante edilmiş MEMS cihazları için kablosuz işlevleri kapsayacak şekilde elektronik bileşenlerle kolayca entegre edile-bilir. Bu durum, kompakt bir form faktöründe tümleşik performans algı-lamanın kablosuz veri aktarımı ile güçlü birleşimini sağlar.

MEMS üretimi, oksidasyon, difüzyon, iyon implantasyonu, püs-kürtme gibi entegre devre alanında kullanılan aynı tekniklerin birçoğunu


399

kullanır ve bu yetenekleri son derece uzmanlaşmış mikro işleme süreçle-riyle birleştirir (Judy, 2001). Bu süreçler aşağıda belirtildiği gibidir:

• Gövde Mikro İşleme

• Yüzey Mikro İşleme

• Wafer Yapıştırma

YÜKSEK BOYUTLU MEMS ÜRETİM TEKNOLOJİLERİ

Basınç cihazları için önceden geliştirilmiş bir paketleme, HLGA (de-likli LGA) olarak adlandırılır. MEMS sensör cihazı, küçük bir geçiş deliği olan silikon kapakla korunan Wheatstone köprüsüne sahip ince bir sili-kon membrana dayanmaktadır. Silikon Wafer kapağı, bir şablon tarama işlemi ile uygulanan malzeme “cam frit” vasıtasıyla sensör Wafer ’a tut-turulur (Miller, Nazarov, Eiceman, King, 2001).

Bu işlemlerden sonra kapaklı basınç cihazı LGA şeridi BT substratına yapıştırılır ve daha sonra altın tel ile bağlanır. Altimetre-barometre ver-siyonunda, özel ASIC kalıbı basınç sensörünün yanına yapıştırılır. Açık paketleme, basınçlı deliği kalıplanmış kasanın etrafında açıkta bırakan film destekli bir kalıplama ile gerçekleştirilir. Farklı paketleme boyutları ölçüleri vardır. En küçük sensör paketlemesi 3x3x1 mm’dir. Kalıplanmış epoksi bileşeni, basınç sensörü HLGA paketleme Şekil 2’de gösterilmiş-tir.


400

Şekil 2. HLGA Paketleme

MEMS TIBBİ UYGULAMASI

Tıbbi uygulama pazarında, MEMS bileşenleri teşhis, izleme, cerrahi ve terapatik cihazlarda kullanılır. Bu cihazlar, diğer kullanımların yanı sıra basınç sensörleri, sıcaklık sensörleri, akış sensörleri, ivmeölçerler, optik görüntü sensörleri ve silikon mikrofonlar olarak MEMS kullanılır. MEMS teknolojisindeki gelişmeler neticesinde bu alana yapılan yatırım-larda ciddi bir biçimde artmıştır. Tablo 1’de dünyanın ilk beş tıbbi cihaz üreticisinin MEMS tabanlı faaliyetleri sonucunda elde edilen gelir ve bunlarla ilişkili seçilmiş uygulamalar verilmiştir.

Basınç sensörleri ve ivmeölçerler, MEMS teknolojisi ve ürünleri için en büyük iki pazar segmenti olmaya devam etmektedir. Birkaç istisna dışında, mevcut MEMS ürünlerinin çoğu gövde mikro işleme teknikleri kullanılarak üretilir (Howe, Boser, Pisano, 1996). Bunlar, silikon diyaf-ramlar, kirişler, yaylar ve diğer mikro mekanik yapıları oluşturmak için çeşitli etch-stop yöntemlerle birlikte anizotropik çözeltilerini (örn. potas-yum hidroksit) kullanır. Algılama elemanları çoğu zaman piezorezistif dirençlerdir, ancak kapasitif tabanlı algılama da birkaç üretici arasında yaygındır. Dünyanın en büyük 5 tıbbi cihaz üreticisi yıllık tıbbi cihaz geliri ve MEMS etkin ürünleri tablo 1’de verilmiştir.


401

Tablo 1. Dünyanın En Büyük 5 Tıbbi Cihaz Üreticisi

Tıbbi Cihaz Üreti-cisi

Yıllık Tıbbi Cihaz

Geliri (2016)

MEMS- Etkin Ürünleri

Johnson & John-son

$28.6B Kateter Ablasyonu İçin Temas Kuvveti Teknolojisi

Siemens $18.7B Bakım Noktası Teşhisi

GE $18.3B Tıbbi Aletler, Kan Basıncı Ölçümü, İnfüzyon Pompaları, Böbrek Diyaliz Makineleri

Medtronic $16.7B Kardiyom Tıbbi Te-lemetry; Kalp Pilleri

Baxter Interna-tional

$14.3B İnfüzyon Pompaları

Tek kullanımlık kan basıncı sensörleri bugün önemli bir pazarı tem-sil etmektedir. Harici silikon ışınları veya kuvars kapasitif tip basınç sen-sörleri kullanılarak elde edilen gerinim ölçer sensörleri pahalıdır. Yeni-den kullanım için sterilizasyon ek maliyetlerle sonuçlanmıştır.

Tek kullanımlık mikro işlenmiş kan basıncı sensörleri, oldukça dü-şük maliyetlerle daha küçük boyutlar ile temin edilmiştir. Daha küçük sensörler de, doğum sırasında bebeğin kafasının etrafındaki basıncı ölç-mek için intrauterin basınç ve balon kateterdeki basıncı izlemek için tek kullanımlık anjiyoplasti cihazları dahil olmak üzere diğer tıbbi uygula-malar için üretilmiştir. MEMS basınç sensörünün kalıbı optik bir fotoğra-fı Şekil 3’de gösterilmiştir.


402

Şekil 3. Tekil Bir MEMS Basınç Sensörü Kalıbı

MEMS teknoloji ile ilgili tıp alanındaki son gelişmeler aşağıda veril-miştir. Genetik analizindeki gelişmeler, pcr yoluyla DNA amplifikasyo-nu, DNA tespitidir. Tıpta MEMS için çok çeşitli uygulamalar vardır. MEMS basınç sensörlerinin tıptaki uygulamalarından bazıları şunlardır:

• Medikal sektördeki MEMS basınç sensörleri, yoğun bakımdaki hastaların IV hattında kan basıncını izlemek için kullanılan tek kullanım-lık sensördür. Bu cihazlar ilk olarak 1980’lerin başında ortaya çıkmıştır.

• MEMS basınç sensörleri doğum sırasında intrauterin basıncı ölç-mek için kullanılır.

• MEMS basınç sensörleri, hastanelerde ve ambulanslarda, hastanın hayati belirtilerinin, özellikle hastanın kan basıncının ve solunumunun monitörleri olarak kullanılır.

• Solunum monitörlerindeki MEMS basınç sensörleri, ventilatör-lerde hastanın nefes almasını izlemek için kullanılır.

• MEMS basınç sensörleri, inhalasyonlarda hastanın solunum dön-güsünü izlemek ve ilacı en uygun etki için solunum döngüsünde uygun zamanda serbest bırakmak için kullanılır.


403

• MEMS basınç sensörleri, akış hızını izlemek ve ilacın hastaya düzgün bir şekilde teslim edilmediğini gösteren engelleri ve tıkanmaları tespit etmek için birçok türde ilaç infüzyon pompalarında kullanılır.

BASINÇ SENSÖRLERİ

Bu çalışmada MEMS (Mikro-Elektro-Mekanik-Sistemler) mikro sen-sörlerin tıbbi uygulamaları tanıtılmıştır. Basınç sensörleri, ivmeölçerler, glikoz sensörleri, kimyasal gaz sensörleri gibi MEMS tabanlı sensörler ve tıbbi uygulamalardaki diğer sensörlere göre avantajları açıklanmaktadır. Honeywell tıbbi basınç sensörleriŞekil 4’te gösterilmiştir.

Şekil 4. Honeywell Tıbbi Basınç Sensörleri

Gelişmiş yarı iletken teknolojisi, seri üretim, küçük boyut, düşük fi-yat, yüksek işlevsellik, yüksek hassasiyet ve hızlı tepki süresi MEMS sen-sörlerinin avantajlarından bazılarıdır. Ayrıca, bu sensörlerin kan basıncı ölçümü, kalp pili hızlanma ölçümü, kan şekeri ölçümü gibi bazı özel uy-gulamaları değerlendirilmiştir (Teymoori ve Abbaspour, 2005; Kotzar, Freas, Abel, Fleischman, Roy, 2002).

Basınç sensörü, tıbbi aletler pazarına yeni itici güçler açan ilk yüksek hacimli MEMS üretimidir. Bu sensör kan basıncı yönetimi için sıkça kul-lanılmaktadır. Bu sensörün tek kullanımlık basınç sensörü ve manifold mutlak basınç sensörü gibi çeşitli tipleri kullanılır. Basınç sensörlerinin çoğu, bir basınç yüküne tepki olarak diyafram üzerindeki gerinmeyi tes-pit etmek için piezorezistif algılama elemanları kullanır. Ayrıca birkaç tasarımda bu amaçla kapasitif yöntemler kullanılmıştır.


404

Basınç sensörlerinin tıbbi uygulamaları son yıllarda ciddi oranda artmıştır. Böylece birçok şirket bu sensörleri üretmeye başlamıştır. Ho-neywell sensör firmasının ürettiği bazı basınç sensörleri Şekil 4’de göste-rilmektedir.

Basınç sensörleri sadece kan basıncı için değil, aynı zamanda böbrek diyalizi, solunum cihazları, kalp pili, göz küresinin içindeki kafa içi ba-sınç ve benzeri diğer uygulamalar için de kullanılır. Şekil 4’deki tıbbi basınç sensörleri, uygulama sorunlarına göre tasarlanmıştır ve paketle-mesi, biyolojik uyumluluğa sahip olması gereken en büyük zorluklardan biridir. Bu nedenle, malzemeler, imalat teknikleri ve paketleme tipi önemli sorunlardır (Abeysinghe, Dasgupta, Boyd, Jackson, 2001).

Bir sensörün paketlemesi (örn. Basınç sensörü) bir yandan implante edilmiş cihazları korumalı ve düzgün çalışmasını sağlamalı ve diğer yandan doku reaksiyonlarını önlemeli veya en aza indirmelidir. Bunlara ek olarak, insan vücudu ile temas eden tüm malzemeler iyi huylu olma-lıdır. Başka bir ifadeyle, bu malzemeler toksisite ve kanserojenliğe sahip olmamalıdır. Genel olarak bir MEMS basınç sensörünün özellikleri Tablo 2’de verilmiştir.

Tablo 2. MEMS Basınç Sensörü: Tipik Özellikleri

Piezorezistif Kapasitif

Değer Direnç Değişimi, mΩ Kapasitör Değişimi, pF

Okuma Wheatstone Kö-prüsü

ASIC, Dijital

Tip Mutlak veya Gösterge

Mutlak veya Gösterge

Basınç Aralığı (mmHg) 30 - 300 30 - 300

Kenar Uzunluğu (mm) 0.5 – 2.0 0.5 – 2.0

Kalınlık (mm) 0.15 – 0.65 0.15 – 0.65 Kablosuz Okuma Tipik Değil Evet


405

TARTIŞMA

Kablosuz tansiyon sensörleri özellikle ameliyat odaları, yoğun bakım veya anestezi sonrası iyileşme üniteleri, hatta küçük laboratuvar hayvan-ları için uygundur. Düşük güç tüketimi, kablosuz sensör ve izleme ekipmanları arasındaki mesafeyi iyileştirmek ve sensörlerin pil ömrünü artırmak için kritik bir noktadır ve aynı zamanda kablosuz iletişim kur-mak için yayılan gücü azaltır. Tam bir Wheatstone köprüsü konfigüras-yonundaki dört dirence dayanan son teknoloji kan basıncı transdüserleri genellikle hassasiyet ve doğrusallık için optimize edilmiştir. Silikon pi-ezorezistif transdüserdeki hassasiyet üzerindeki sıcaklık etkisi referans (Barlian, Park, Mallon, Rastegar, Pruitt, 2009)’da ayrıntılı olarak incelen-miştir. Piezorezistif transdüserdeki gürültünün analizi (Anumukonda ve Chowdhury, 2017)’da sunulmuştur. Piezorezistif dönüştürücünün çoğu, ince bir silikon monokristalin zarına iyon implante edilir. Tipik değerler 3V ve 5V arasında çalışan 100fl ve 3kfl arasındadır. Bu sadece gerekli sinyal koşullandırma devresi olmayan tam Wheatstone köprüsü için 3 mW İLE 250 Mw, tipik olarak 20 mW arasındaki güç tüketimi anlamına gelir. En az bir işlemsel yükselticiye sahip bir sinyal koşullandırma dev-resi gereklidir.


Entegre devre endüstrisinden alınan teknikler, MEMS cihazlarının ve sensörlerin daha küçük boyutta ve dolayısıyla daha büyük hacimlerde ve daha düşük maliyetlerle geliştirilmesine ve seri olarak üretilmesini sağ-lamıştır. Bu tür mikro işlemli cihazlar ve sensörler, biyomedikal sektörü üreticileri arasında kabul görmüştür ve birçok uygulamada kullanılmış-tır. Örneğin; tek kullanımlık kan basıncı silikon sensörleri eski, gerinim ölçer tabanlı dönüştürücülerin yerini başarıyla almıştır. Aynı mikro fab-rikasyon teknikleri de yeni cihazların ve mikro cihazların geliştirilmesine katkı sağlamıştır. Bu çalışmada MEMS basınç sensörleri ve bunların bu-güne kadar gelişimi tartışılmıştır. Ayrıca sensörlerin tıbbi alandaki uygu-lamaları hakkında bilgi verilmiştir. Bunula birlikte günümüzde kullanı-lan sensörlerden de örnekler verilmiştir.


406

KAYNAKÇA

Abeysinghe, D. C., Dasgupta, S., Boyd, J. T. ve Jackson, H. E. (2001). A novel MEMS pressure sensor fabricated on an optical fiber. IEEE Pho-tonics Technology Letters, 13(9), 993-995.

Anumukonda, M. ve Chowdhury, S. R. (2017). Heart Sound Sensing Through MEMS Microphone. In Sensors for Everyday Life, 121-134.

Barlian, A. A., Park, W. T., Mallon, J. R., Rastegar, A. J. ve Pruitt, B. L. (2009). Semiconductor piezoresistance for microsystems. Proceedings of the IEEE, 97(3), 513-552.

D’Alessandro, A. ve D’Anna, G. (2013). Suitability of low‐cost three‐axis MEMS accelerometers in strong‐motion seismology: Tests on the LIS331DLH (iPhone) accelerometer. Bulletin of the Seismological So-ciety of America, 103(5), 2906-2913.

Du, H. ve Bogue, R. (2007). MEMS sensors: past, present and future. Sensor Review.

Elman, N. M. ve Upadhyay, U. M. (2010). Medical applications of implantable drug delivery microdevices based on MEMS (Micro-Electro-Mechanical-Systems). Current pharmaceutical biotechnology, 11(4), 398-403.

Howe, R. T., Boser, B. E. ve Pisano, A. P. (1996). Polysilicon integrat-ed microsystems: technologies and applications. Sensors and Actuators A: Physical, 56(1-2), 167-177.

Jackson, T., Mansfield, K., Saafi, M., Colman, T. ve Romine, P. (2008). Measuring soil temperature and moisture using wireless MEMS sensors. Measurement, 41(4), 381-390.

Judy, J. W. (2001). Microelectromechanical systems (MEMS): fabrica-tion, design and applications. Smart materials and Structures, 10(6).

Kotzar, G., Freas, M., Abel, P., Fleischman, A., Roy, S., Zorman, C. ve Melzak, J. (2002). Evaluation of MEMS materials of construction for im-plantable medical devices. Biomaterials, 23(13), 2737-2750.


407

Miller, R. A., Nazarov, E. G., Eiceman, G. A. ve King, A. T. (2001). A MEMS radio-frequency ion mobility spectrometer for chemical vapor detection. Sensors and Actuators A: Physical, 91(3), 301-312.

Rebello, K. J. (2004). Applications of MEMS in surgery. Proceedings of the IEEE, 92(1), 43-55.

Tadigadapa, S. ve Mateti, K. (2009). Piezoelectric MEMS sensors: state-of-the-art and perspectives. Measurement Science and technology, 20(9).

Teymoori, M. M. ve Abbaspour-Sani, E. (2005). Design and simula-tion of a novel electrostatic peristaltic micromachined pump for drug delivery applications. Sensors and Actuators A: Physical, 117(2), 222-229.

Ventra, M., Evoy, S. ve Heflin, J. R. (2006). Introduction to nanoscale science and technology. Springer Science & Business Media, (222), 69–74.

HAVACILIK VE UZAY SEKTÖRÜNDE KULLANILAN 7075 – T651 ALÜMİNYUM ALAŞIMININ DELİNMESİ İÇİN KULLANILAN FARKLI MATKAP UÇLARININ

PERFORMANS ANALİZİNİN DENEYSEL İNCELENMESİ

Dr. Öğr. Üyesi Senai YALÇINKAYA1, Yağız ÖZBEK2

1*Marmara Üniversitesi – Teknoloji Fakültesi, İstanbul / Türkiye 2Marmara Üniversitesi –Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul / Türkiye

Öz: Alüminyum 7075 – T651 alaşımları, düşük yoğunluk, yüksek dayanım, süneklik, tokluk, yorulmaya karşı dirençli ve ısıl işlemle sert-leştirilebilir olmalarından dolayı yapısal uygulamalarda, uzay ve havacı-lık sanayinde yaygın olarak kullanılan malzemedir. 7075 alüminyum alaşımı farklı formalarda; levha/plaka, sac, çubuk ve profil şeklinde te-darik edilebilmektedir. Bu deneysel çalışma için 30 mm kalınlık, 250 mm genişlik ve 350 mm uzunluk ölçülerine sahip alüminyum 7075-T651 ala-şım malzemesi temin edilmiştir. Talaşlı imalat işlemi genel olarak işlene-cek malzeme yüzeyinde çeşitli yöntemler ve kesici takımlar kullanarak malzeme yüzeyinden talaş kaldırarak hedeflenen geometrik biçime, amaçlanan kullanım alanına göre iyi bir yüzey pürüzlülüğü elde edilme-si operasyonudur. Delik delme metodu, diğer talaşlı imalat yöntemlerine oranla daha çok kullanılmaktadır. Deneysel çalışmada, CNC dik işleme tezgahında alüminyum alaşımını işlemek için belirlenen kesme paramet-re değerleri olan devir sayısı 2000-3000-4000 (dev / dak) ve ilerleme hızı 200-400-500 (mm / dak) olarak kullanıldı. Bu delme işlemi için HSS – TiN kaplamalı, KARBÜR – TiAlN kaplamalı ve DLC kaplamalı matkap uçlarından ø10 - ø12 - ø14 (mm) olarak temin edildi. Deneysel çalışmada toplam 9 adet matkap kullanıldı. Kullanılan takımların tek tip uç açısı olan 118° ‘ye sahiptir. Belirlenen devir sayısı, ilerleme hızı, kullanılan matkap uç tipi ve çapların malzemeyi delmesi sonucu meydana gelen talaş biçimleri incelendi. Çalışmada farklı formlarda talaş tipleri elde

HAVACILIK VE UZAY SEKTÖRÜNDE KULLANILAN 7075 – T651 ALÜMİNYUM ALAŞIMININ DELİNMESİ İÇİN KULLANILAN FAKLI MATKAP UÇLARIN


409

edilmiştir. Bunlar; sürekli talaş, süreksiz talaş, dolaşık bant talaş, sıkışmış talaş ve helisel formu bozulmuş talaş olarak sınıflandırıldı. Her matkap uç delme işlemi esnasında malzeme sertliğine, oluşan kuvvetleri karşı-laması, yüksek sıcaklıkta kendi sertliğini koruması, kesme sıvısının kul-lanılması, titreşim gibi kontrol edilebilen ve edilemeyen değişkenler so-nucu zorlanır ve çeşitli aşınma yüzeyleri oluşturur. Eğer aşınma boyutu artarsa takımın kırılması oluşabilir, bu da takım değiştirme maliyetini arttırır. Bu çalışmada, alüminyum 7075 – T651 alaşımını belirlenen kesme parametreleriyle CNC dik işleme tezgahı kullanarak delme işleminde kullanılan matkap uçların aşınma yüzeyleri incelendi ve karşılaştırmaları yapıldı. Delme sonucu oluşan deliklerin ortalama yüzey pürüzlülük de-ğerleri (Ra) ölçülerek, kaydedildi. Çalışmada alüminyum 7075 – T651 alaşımın delinmesinde kullanılan DLC kaplamalı matkap uçların diğer kaplama türlerine göre daha kötü yüzey pürüzlülüğü ile işlemi bitirdiği görülmüştür.


Havacılık sektöründe, farklı işleme metodları için alüminyum ala-şımlardan olan 7000 serisi bir grup malzeme bileşenler tercih edilmekte-dir. Alüminyum 7075-T6 alaşımı, havacılık endüstrisinde yapısal parça olarak kullanılır ve yaşlanma ile sertleştirilir olmasından dolayı 7000 serisinden türetilmiştir (Vakondios, 2012). Bununla birlikte işleme için uygun sertlik, orta tokluk, ısıl işlem uygulanabilir olması, yüksek gerilme mukavemeti ve yüksek korozyon direnci gibi tercih edilesi özellikler sunmaktadır (Subramanian, 2013). Alüminyum ve alaşımları diğer mal-zemelere göre düşük yoğunluk, iyi ısıl ve elektrik iletkenlikleri, kesit alanı arttırılarak daha yüksek mukavemet elde edilmesi gibi özellikleri sayesinde uçak sanayisinde yaygın kullanımı vardır. Alüminyum alaşım-ları, hafif metaller sınıfında yer alır ve işlenebilirliği kolay malzemeler grubundadır (Prasad, Kumar, Subramanyam, 2017). Alüminyum 7075 alaşımına uygulanan T-651 ısıl işleminde, birden fazla yöntem kullanıl-masıyla yüksek sertlik ve mukavemet sağlanmaktadır. Metallerin talaş kaldırma ile üretim metodu, esas imalat yöntemi olup makine endüstri-sinde yaygın olarak kullanılan süreçlerden biridir (Groover, 2016). Tor-nalama, frezeleme, taşlama ve delme temel talaşlı imalat yöntemleri ola-

Dr. Öğr. Üyesi Senai YALÇINKAYA, Yağız ÖZBEK

410

rak sıralanabilir. Delik delerek işleme talaşlı üretimde diğer yöntemlere göre daha yaygın kullanılmaktadır. Fakat delme anında, takımın malze-menin yüzeyinden iç bölgesine doğru ilerleme hareketi yaptığından ve talaş kaldırma süreci kapalı bir bölgede olmasından dolayı ortaya çıkan ısı, delik içerindeki kesme alanında odaklanmaktadır. Malzeme yüzeyin-den parça ayırmak için gerek duyulan mekanik enerjinin önemli bir bö-lümü ısı enerjisine dönüşmekte ve ara kısımda sıcaklık artışına neden olmaktadır. Sıcaklıktaki oluşan artışlar, kesici takım ve iş parçasının ısısal zararına sebep olarak takım aşınmasını arttırmakta ve oluşan deliklerin ölçüsel tolerans hatalarına neden olmaktadır (Sato, Masahiko, Aoki, Ta-naka, Takeda, 2013). Talaşlı imalat sürecinde kesici takımlar, işlenecek malzeme ile sürekli kontakt halinde olması sonucu oluşan ısı ve kesme kuvvetleri takımın aşınmasına yol açmaktadır (Yılmaz, 2014). Kullanıla-cak takım ve işlenecek malzeme ikilisine göre farklılık gösteren imalat koşulları kesme sırasında oluşan kuvvetleri etkilerken, seçilen takım ge-ometrisi hem kuvvetlere hem de meydana gelen sıcaklığa tesir etmekte, bunların dışında takım üretiminde kullanılan malzeme de takımın aşın-ma şeklini belirlemektedir (Buğdaycı, Lazoğlu, Akçay, 2012). İlerleme hızı, devir sayısı gibi kesme parametreleri ve malzemeye bağlı değişken-ler delme sonucunda kesici takım için farklı aşınma türleri oluşturabilir. Bunlar; krater aşınması, serbest yüzey aşınması, kesici uç aşınması ve kenar aşınması olarak sınıflandırılabilir (Stephenson, Agapiou, 2016). Takım yüzeyine mikron düzeyinde yapılan kaplamalar, işleme esnasında takımda oluşan aşınma oranını azaltmada önemli katkı sağlamaktadır. Kesici takım malzemesi yüzeyine uygulanan kaplama, farklı yapıdaki malzemelerinin işlenmesinde takım ömrünü fazla oranda arttırdığı gö-rülmektedir. Kaplamalar, çok çeşitli ısıl ve sertlik karakterine sahip olup, işlencek malzemeye göre doğru bir kaplamanın takıma uygulanması, takım aşınmasının farklı aşınma işleyişini azaltmaktadır (Wang, 2012). Delme işleminde kesici ucun aşınmasını en aza indirebilmek için değişik kaplama özelliklerine sahip takımlar kullanılmaktadır. Bu çalışma için belirlenen kaplama türleri; TiN kaplama, TiAlN kaplama ve DLC kapla-madır. Bu kaplamalar esas takım malzemesi olan HSS ve KARBÜR uçla-ra uygulanmış olup deneyde kullanılan kesiciler; HSS - TiN kaplama, KARBÜR – TiAlN ve DLC kaplamalıdır. Matkap uçların alaşım malze-



411

mesini boydan boya delik ile işlemi sonucu oluşan yüzey pürüzlülüğün de üzerinde durulmasını gerektirmiştir. İşlenmiş parçaların yüzey kalite-sinin yüksek olmasının sonucu olarak ortaya çıkan kalite kavramının artmasından dolayı yüzey kalitesi önem arz etmektedir. Yüzey pürüzlü-lük eğilimi, makina elemanlarının işlevsellik yeteneklerini etkileyen bir parametre olmuştur (Valeraa, Bhavsara, 2014). Talaşlı imalat yöntemle-rinde; kullanılan malzemenin mukavemet özellikleri, kesme hızı, ilerle-me hızı, devir sayısı, kesme derinliği, kesici takım malzemesi, takım kap-laması, soğutma sıvısı, tezgah rijitliği ve birçok faktör, yüzey pürüzlülü-ğünü farklı etkilemektedir. Bu faktörlerden herhangi birinin veya birka-çının aynı anda değişmesi ile yüzey pürüzlülük değerleri de değişkenlik göstermektedir (Klimchik, Ambiehl, Garnier, Furet, Pashkevich, 2017, John, Davis, 2016, Kulekci, Eşme, Ekşi, Koçoğlu, Yılmaz, 2017). Bu de-neysel çalışma için kullanılan matkap uçlarının kesme açıları 118° ‘ye sahip olup seçilen her tip matkap ucundan farklı çaplarda (ø10-ø12-ø14 mm) tedarik edilmiştir. CNC dik işleme tezgahta alaşım belirlenen kes-me parametreleriyle (devir sayısı 2000-3000-4000 dev / dak ve ilerleme hızı 200-400-500 mm / dak) alaşım malzemesini delerek ortaya çıkan deliklerin yüzey pürüzlülükleri ve matkap uçlarında oluşan aşınmalar incelendi. Çalışmanın ortaya koyduğu sonuçlar incelenirken, kullanılan DLC kaplamalı matkap uçların her bir kesme koşullarında diğer matkap uç tiplerine ve kaplama türlerine göre daha kötü yüzey pürüzlülüğü ile işlemi sonlandırdığı gözlemlenmiştir. Talaşlı imalat süreçlerinde yüksek verimlilik ile işleme olması için yüksek kesme ve ilerleme hız değerleri-nin kullanılmaya başlanması ve bununla birlikte iyi bir kesme perfor-mansının hedeflenmesi, kesme sıvılarının önemini arttırmış ve tercih sebebi olmuştur. Kesme sıvılarının kullanımın artması ile işleme perfor-mansına olumlu katkıları olmasına karşın ek maliyet gereksinimi de art-tırmaktadır (Çakır, Kavak, Şeker, 2017). Kuru işlemede, kesme sıvılarının kullanılması ile gelen ek maliyeti düşürerek, daha çevreci bir yaklaşımı ortaya koymaktadır. Kuru işleme altında, malzemeden ayrılan atıkların geri dönüşüm amacıyla toplanması kolaydır, fakat oluşan yüzey pürüz-lülüğü ve takım aşınmasını hızlandırmak gibi bazı dezavantajları oluş-turmaktadır (Zainol, Yazid, 2019). İşleme esnasında karşılaşılabilecek takım aşınması, takım zorlanması ve oluşan fazla sıcaklığın kolay atılma-


412

sı gibi problemlerde kesme sıvısı uygulamaları önemlidir. Talaşlı imalat esnasında kullanılan kesme sıvısı, takım ve talaş ara bölgesinde yağlama etkisi ile sürtünmeyi azaltmaya yardımcı olurken soğutma etkisiyle de kesme bölgesinde oluşan ısının tahliye edilmesine büyük bir katkı sağ-lamaktadır. (İlhan, Çavuşoğlu, Duran, Şeker, 2013). Ortaya çıkan talaş parçacıkların kesme bölgesinden uzaklaşmasına ve takımında oluşabile-cek ek zorlanmaların önüne geçilmesine yardımcı olur. Bunların dışında, çıkan talaşların yapısı üzerinde etkileri ve talaşın takım ucuna sıvanma-sını engellemek gibi kesme sıvılarının işlevselliğinden bahsedilebilir. Talaş kaldırma mekanizmanın açıklanmasında temel nokta talaşın olu-şumudur. Talaş, ana malzemeden kayma deformasyonları sonucu elastik bölgeyi geçip plastik şekil değiştirmenin oluşması sonucu meydana gel-mektedir. Keskin bir uç malzemeye nüfuz ettiğinde dikey veya yatay hareketi süresince, takımın malzemeye temas noktasında plastik bir akış oluşmasıyla şekil değişimine neden olan yüksek gerilmeler ve sıcaklıklar ortaya çıkmaktadır. Gerilmeler malzemenin akma sınırını aştığında talaş veya atık parçacık olarak adlandırılan belli bir yüzey tabakası, iş parçası boyunca takımın kesme yüzeyinden kayarak parçadan kopar. Deneysel çalışmada devir sayısı, ilerleme hızı, seçilen matkap uç tipleri ve çapların 7075-T651 alaşımını delmesi sonucu oluşan talaş yapıları incelendi. Ça-lışmada farklı talaş tipleri elde edildi. Bunlar; sürekli talaş, süreksiz talaş, dolaşık bant talaş, sıkışmış talaş ve helisel yapısı bozulmuş talaş olarak sınıflandırılabilir. Ø 10 için KARBÜR – TiAlN ve DLC matkap ucun ar-tan devir sayısı ve ilerleme hızında malzemeyi işlemesinde elde edilen talaşlarda sıkışmanın arttığı görüldü. Ø 12 için farklı uç tiplerinde artan devir sayısı ve ilerleme hızında oluşan talaşlar sürekli yapısını kaybetmiş ve talaşlar süreksiz formda küçük parçacıklar şeklini almıştır. Ø 14 için artan devir sayısı ve ilerleme hızında HSS – TiN kaplamalı takımın ala-şımı delmesi sonucu dolaşık bant formunda talaşlar görülmüştür.

Deney düzeneğinde kullanılan CNC tezgah; üç eksende hareket ede-bilen ve dördüncü eksen için düzeneğe sahip bir adet dik işleme tezga-hıdır. Deney için belirlenen alüminyum 7075 – T651 alaşım boyutları, 350 mm uzunluğa, 250 mm genişliğe ve 30 mm kalınlığa sahip olup Şekil 1’



413

de belirtilmiştir. Alüminyum 7075 alaşımının kimyasal bileşimi Tablo 1 ve mekanik özellikleri Tablo 2’ de gösterilmektedir.

Şekil 1. Alüminyum 7075 Alaşımın Boyutları

Tablo 1. 7075 – T651 Alüminyum Alaşımının Kimyasal Bileşimi

Element Bileşim oranı (%)

Fe 0,5

Si 0,5

Cu 1,2-2,0

Mn 0,3

Mg 2,1-2,9

Zn 5,1-6,1

Cr 0,18-0,28

Zi+Ti 0,25

Diğer 0,15

Al Kalan


414

Tablo 2. 7075 – T651 Alüminyum Alaşımının Mekanik Özellikleri

Akma Mukavemeti min - max

375-448 (MPa)

Çekme Mukavemeti min - max

465-515 (MPa)

Uzama (%50) min - max

5

Sertlik min - max

100-120 (brinel)

YÖNTEM

Deney Şartları

Deney çalışması için belirlenen kesme parametreleri; devir sayısı (dev/dak) ve ilerleme hızı (mm/dak) Tablo 3’ de belirtilmiştir. Devir sayısı ve ilerleme hızının, talaşlı imalat sırasında oluşan kuvvetlere, ta-kım aşınmasına ve yüzey pürüzlülüğü üzerinde farklı etkileri vardır. Kesme parametrelerinin talaşlı imalat yöntemi ve istenilen sonuca göre belirlenmesi ile malzemeden talaş kaldırarak en uygun şartlarda ürün elde edilebilir.



415

Tablo 3. Değişken Parametreler

Devir Sayısı (dev/dak), N

2000

3000

4000

İlerleme Hızı (mm/dak), Vf

200

400

500

Devir sayısı ve matkap çap ölçüsü kullanılarak kesme hızını elde et-mek için aşağıdaki formülden yararlanılmaktadır. Kesme hızı, devir sa-yısına ve matkap uç çapına bağlı olarak değişen bir parametredir.

Vc =

D = Matkap Uç Çapı (mm), N = Devir sayısı (dev/dak), V c = Kesme hızı (m/dak)


416

Tablo 4. Devir Sayısına Göre Kesme Hızı

Çap Devir Sayısı, N Kesme Hızı, Vc

(mm) (dev/dak) (m/dak)

ø 10

2000 62,8

3000 94,2

4000 125,6

ø 12

2000 75,36

3000 113,04

4000 150,72

ø 14

2000 87,92

3000 131,88

4000 175,84


Bu çalışmada, CNC üç eksenli dik işleme tezgahında, farklı malze-melerin işlenmesinde kullanılan nitrit, fenol, sülfür içermeyen, neo-sentetik ve suya karışabilen metal işleme sıvısı olan sentra 250 H ile alü-minyum 7075 – T651 alaşımına delme işlemi uygulanmıştır. Deney ça-lışmasında, belirlenen kesme koşulları altında her bir takım, üçer adet delme işlemi uygulamış ve oluşan aşınmalar mikroskop altında incele-nip, bilgisayar vasıtası ile aşınma görüntüleri kaydedilmiştir. Aşınan, kırılan veya hasar görmüş yüzeyleri ve matkap uç kaplama aşınmasının detaylı incelenmesi ışık mikroskobu altında uçların farklı bölgelerinde alınan görüntüler ile belirlenmiştir. Farklı matkap uç tipleri ve farklı kap-lama özellikleri ile birlikte kesme parametrelerinden olan kesme hızı ve ilerleme hızının aşınmaya olan etkileri araştırılmış ve gözlemler sonuçla-rı ile birlikte belirtilmiştir. Malzemede oluşan yüzey pürüzlülük değerle-ri, deliklerin farklı bölgelerinin Mahr yüzey pürüzlülük cihazı kullanıla-



417

rak ölçülmesi sonucu elde edilen veriler grafik haline getirilmiştir. Deney çalışma için belirlenen devir sayısı ve ilerleme hızlarını kullanarak alü-minyum 7075 – T651 alaşımına açılan delikler sonucu ortaya çıkan talaş-lar incelenmek üzere paketlenerek toplanmıştır. 3 farklı matkap uç mal-zemesi ve her ucun 3 farklı çapı ve 3 farklı kesme parametre değeri olma-sından dolayı 27 adet talaş elde edilmiştir. İşleme sonucu meydana gelen talaşlar, kesme sıvısından temizlenip paketlendikten sonra beyaz zemin üzerine koyulan talaşlar fotoğraflanıp, kaydedilmiştir. Her bir talaş par-çaları deney koşullarına göre kayıt altına alınarak hangi tip talaş olduğu-nu belirlenip, yorumlanması yapılmıştır.

Deneysel çalışmanın sonucunda elde edilen alüminyum 7075 – T651 alaşımı, kullanılan matkap uç tipi, çapı ve delik numarasına göre Şekil 2’ de gösterilmektedir.

Şekil 2. Alüminyum 7075 Alaşımının Deney Sonucu Elde Edilen Katı

Çizimi

Verilerin Analizi

CNC dik işleme tezgahında alüminyum 7075 – T651 alaşımın delin-mesi için seçilen matkap uçlarının işleme sonrası aşınma görüntüleri 5k büyütme ile 200 μm yaklaşmayla mikroskop altında incelenerek görülen aşınmalar şekilleriyle birlikte gösterilmiştir. Kullanılan bütün takımlar delme işlemi sonucunda kırılma eylemi göstermemiştir.


418

MATKAP UÇ AŞINMALARI

DLC Kaplamalı Matkap Uç

Şekil 3’te DLC kaplaması yapılmış matkap uç numunelerinden bir tanesi ve incelenen aşınma bölgelerinin konumu gösterilmiştir.

Şekil 3. DLC Kaplamalı Matkap Uç

Şekil 4’te takımın uç bölgesine oluşan aşınma ve kaplamanın yüzey-den sıyrıldığı bölgeler gösterilmektedir. Malzemenin, matkap uç yüzeyi-ne sıvanması gözlemlenmemiştir.

Şekil 4. Ø 10 DLC Kaplamalı Ucun Aşınma Görüntüsü

Şekil 5’te takım malzemesinde hem kesme uç kısmında hem de heli-sel bölgeye doğru aşınmalar mevcut olup, kesici kenar boyunca serbest yüzey aşınması oluşmuştur.

Kaplamanın yüzey-den ayrıldığı bölge-

ler

Aşınma için incelenen bölge



419


Şekil 6’ da DLC kaplamanın takımın hem uç hem de helisel bölgede oluşan kaplama aşınması gösterilmiştir.


3.3.1.2 HSS - TiN Kaplamalı Matkap Uç

Şekil 7’de HSS - TiN kaplamalı matkap ucu numunelerinden bir ta-nesi ve incelenen aşınma bölgelerinin konumu gösterilmiştir.

Aşınmanın fazla olduğu bölge

Takımın uç bölgesinde oluşan aşınma

Helisel bölgede oluşan kaplama aşınması


420

Şekil 7. HSS – TiN Kaplamalı Matkap Uç

Şekil 8’de takımın, yüksek kesme parametre değerlerinden dolayı TiN (sarı kaplama) kaplamanın aşındığı ve yüzeysel aşınma izlerinin olduğu görülmüştür.

Şekil 8. Ø 10 HSS - TiN Kaplamalı Ucun Aşınma Görüntüsü

Şekil 9’ da HSS takımın TiN kaplamasının helisel ve uç bölgede oluşmuş aşınma görüntüleri gösterilmiştir. Takımın uç bölgesinde kap-lamanın aşındığı ve ana takım malzemesinde yüzeysel aşınmalar mev-cuttur.


TiN kaplamanın aşınması



421


Şekil 10’ da takım uç bölgesinde ve kesme bölgesine doğru oluşmuş aşınmalar gösterilmiştir.


TiAIN Kaplamalı Matkap Uç

Şekil 11’de KARBÜR - TiAlN kaplamalı matkap ucu numunelerin-den bir tanesi ve incelenen aşınma bölgelerinin konumu gösterilmiştir.

Oluşan yüzeysel ve TiN kaplamanın aşınması

Takım ucunda oluşan aşınma bölgesi


422

Şekil 11. KARBÜR - TiAlN Kaplamalı Matkap Uç

Şekil 12’de karbür matkap ucunda oluşan kaplama aşınması dışında yüzeyde oluşan ciddi aşınmalar ve malzeme sıvanması olmadığı göste-rilmiştir.

Şekil 12. Ø 10 KARBÜR - TiAlN Kaplamalı Ucun Aşınma Görüntüsü

Şekil 13’ de TiAlN kaplamanın kesici uç bölgede değil helisel bölge-de aşındığı görülmüş, serbest yüzey aşınması gözlemlenmemiştir.



TiAlN kaplamanın iç bölgeye doğru aşınması

Aşınmış alanlar



423

Şekil 14’ de takımın TiAlN (siyah kaplama) kaplaması helisel ve uç bölge de aşınmış, matkap ucunda krater aşınması oluşmamıştır.


ALUMİNYUM ALAŞIMLARI DENEYSEL ÇALIŞMADA TALAŞ YAPISI

Alüminyum alaşımlarının delme sonucu oluşan talaş şekilleri diğer metallere göre farklılık göstermektedir (Çaydaş, Çelik, 2017). Bu çalış-mada farklı talaş biçimleri elde edilmiştir. Bunlar; sürekli talaş, süreksiz talaş, dolaşık bant talaş, sıkışmış talaş ve helisel formu bozulmuş talaş olarak sınıflandırılabilir. Oluşan talaş biçimleri Şekil 15’ de gösterilmiştir.

Sürekli Talaş Süreksiz Talaş Dolaşık Bant Yapılı Talaş Sıkışmış Talaş Helisel Yapısı

Bozulmuş Talaş

Şekil 15. Alüminyum 7075 – T651 Alaşımının İşlenmesi Sonucu Ortaya Çıkan Talaş Şekilleri

TiAlN kaplamanın aşınması


424

HSS (TiN Kaplamalı) Matkap Ucun Alaşımı Delmesi Sonucu Elde Edilen Talaş Şekilleri

ø10 ø12 ø14

Devir Hızı 2000 dev/dak, İlerleme Hızı 200 mm/dak

Şekil 16. HSS (TiN Kaplamalı) Matkap Ucun Delme Sonucu Oluştur-duğu Talaşlar (Devir Hızı 2000 dev/dak, İlerleme Hızı 200 mm/dak).

Aynı kesme şartlarında, 10 mm çaplı matkap ucun oluşturduğu sü-rekli talaşlar, 12 mm çaplı için helis yapısı sıkışık sürekli talaş olurken, 14 mm çaplı ucun işleme sonrası helis yapısı bozulmuş talaş yapısı meyda-na getirmiştir.


ø10 ø12 ø14


Şekil 17. HSS (TiN Kaplamalı) Matkap Ucun Delme Sonucu Oluştur-duğu Talaşlar (Devir Hızı 3000 dev/dak, İlerleme Hızı 400 mm/dak)



425

Aynı kesme şartlarında, 10 ve 12 mm çaplı takımların işleme sonrası oluşturduğu talaşlar süreksiz yapıdayken, 14 mm çaplı için meydana gelen talaşlar dolaşık bant formundadır.


ø10 ø12 ø14


Şekil 18. HSS (TiN Kaplamalı) Matkap Ucun Delme Sonucu Oluştur-duğu Talaşlar (Devir Hızı 4000 dev/dak, İlerleme Hızı 500 mm/dak)

En yüksek kesme parametrelerinde, 10 mm çaplı takımın meydana getirdiği talaşlar süreksiz yapıdadır. 12 mm çaplı ucun işlem sonrası sı-kışmış talaşlar görülmektedir. 14 mm çaplı matkap ucun oluşturduğu talaşlar dolaşık bant formunu almıştır.

DLC Kaplamalı Matkap Ucun Alaşımı Delmesi Sonucu Elde Edilen Talaş Şekilleri

ø10 ø12 ø14


Şekil 19. DLC Kaplamalı Matkap Ucun Delme Sonucu Oluşturduğu Talaşlar (Devir Hızı 2000 dev/dak, İlerleme Hızı 200 mm/dak)


426

Deney çalışmasında ilk kesme parametre değerlerinde, 10 mm çaplı takımın işlem sonrasında kısmen sürekli talaş olurken, 12 ve 14 mm çaplı takımların meydana getirdiği talaşlar, uzun sürekli talaş yapısındadır.

DLC Kaplamalı Matkap Ucun Alaşımı Delmesi Sonucu Elde Edilen Talaş Şekil-leri

ø10 ø12 ø14



Devir hızı 3000 dev/dak ve ilerleme hızı 400 mm/dak’ da, 10 mm çaplı ucun işlem sonrasında sıkışmış talaş meydana getirmiştir. 12 ve 14 mm çaplı uçların delme sonucunda ortaya çıkan talaşlar, helis yapısı sı-kışmış talaş formundadır.

DLC Kaplamalı Matkap Ucun Alaşımı Delmesi Sonucu Elde Edilen Talaş Şekilleri

ø10 ø12 ø14





427

Şekli 21’ de belirtilen kesme parametrelerinde, 10 mm çaplı uç sıkışık talaş oluştururken, 12 mm çaplı takımın meydana getirdiği talaşlar, gev-şek sürekli talaşlardır. 14 mm çaplı ucun oluşturduğu talaşlar, helis yapı-sı sıkışmış sürekli talaş yapısındadır.

Karbür (TiAlN Kaplamalı) Matkap Ucun Alaşımı Delmesi Sonucu Elde Edilen Talaş Şekilleri

ø10 ø12 ø14


Şekil 22. KARBÜR (TiAlN Kaplamalı) Matkap Ucun Delme Sonucu Oluşturduğu Talaşlar (Devir Hızı 2000 dev/dak, İlerleme Hızı 200

mm/dak)

10 mm çaplı ucun oluşturduğu talaşlar süreksiz biçimdedir. 12 mm çaplı takımda uzun sürekli olan talaş oluşurken, ø14’ de helis yapısı ge-niş uzun talaş ve kısa sıkışmış talaş formundadır.


428

Karbür (TiAlN Kaplamalı) Matkap Ucun Alaşımı Delmesi Sonucu Elde Edi-len Talaş Şekilleri

ø10 ø12 ø14



mm/dak)

Şekil 23’ de belirtilen kesme parametre değerlerinde, 10 ve 12 mm çaplı takımların işlem sonrasında kısmen süreksiz talaş meydana gelir-ken, 14 mm çaplı matkap ucun meydana getirdiği talaşlar, uzun ve kısa sıkışmış talaş biçimini almıştır.

Karbür (TiAlN Kaplamalı) Matkap Ucun Alaşımı Delmesi Sonucu Elde Edilen Talaş Şekilleri

ø10 ø12 ø14



mm/dak)



429

10 mm çaplı takımı 4000 dev/dak devir sayısı ve 500 mm/dak iler-leme hızında delme sonucu sıkışmış talaş yapısı görülmüştür. 12 ve 14 mm çaplı matkap uçların delme işlemi sonrası oluşturduğu talaşlar sü-reksiz biçime sahiptir.

BULGULAR

MATKAP İLE İŞLEMEDE DELİNEN YÜZEYLERDE YÜZEY PÜ-RÜZLÜLÜK

Yüzey pürüzlülük olgusu sayesinde ilerleme veya kesme hızı gibi iş-leme parametrelerinin pürüzlülük üstünde etkileri neticesinde ürün kali-tesi yükseltilebilir. Delme sonucu alüminyum malzemede açılan delikle-rin yüzey pürüzlülüğü mikron mertebesinde ölçüm yapabilen taşınabilir cihazla ölçülmüştür. Her delik için farklı noktalardan alınan ölçümlerin aritmetik ortalaması, ortalama yüzey pürüzlülük (Ra) değerinin bulun-masını sağlamıştır. HSS - TiN kaplamalı matkap ucun delme işlemi son-rası oluşan deliklerin yüzey pürüzlülük değerleri delik numarası ve matkap uç çaplarına göre Grafik 1’ de verilmiştir. KARBÜR - TiAlN kap-lamalı takımın oluşturduğu deliklerin yüzey pürüzlülük değerleri delik numarası ve matkap uç çaplarına göre Grafik 2’ de ve DLC kaplamalı matkap ucun meydan getirdiği deliklerin yüzey pürüzlülük değerleri delik numarası ve matkap uç çaplarına göre Grafik 3’ de gösterilmiştir.


430

Tablo 5. HSS – TiN Kaplamalı Ucun Oluşturduğu Yüzey Pürüzlülük Değerleri

Matkap Uç Tipi

Matkap Uç Çapı (mm)

İlerleme Hı-zı,Vf (mm/dak)

Devir Sayısı, N (dev/dk)

Yüzey Pü-rüzlülüğü, Ra (µm)

HSS-TiN ø10 200 2000 0,602

HSS-TiN ø10 400 3000 0,6678

HSS-TiN ø10 500 4000 0,635

HSS-TiN ø12 200 2000 0,4848

HSS-TiN ø12 400 3000 0,6274

HSS-TiN ø12 500 4000 0,646

HSS-TiN ø14 200 2000 0,7942

HSS-TiN ø14 400 3000 0,7088

HSS-TiN ø14 500 4000 0,9072



431

Tablo 6. KARBÜR - TiAlN Kaplamalı Ucun Oluşturduğu Yüzey Pü-rüzlülük Değerleri

Matkap Uç Tipi Matkap Uç Çapı (mm)

İlerleme Hızı,Vf (mm/dak)

Devir Sa-yısı, N (dev/dk)

Yüzey Pürüz-lülüğü, Ra (µm)

KARBÜR - TiAlN ø10 200 2000 0,4558

KARBÜR - TiAlN ø10 400 3000 0,3172

KARBÜR - TiAlN ø10 500 4000 0,3326

KARBÜR - TiAlN ø12 200 2000 0,3036

KARBÜR - TiAlN ø12 400 3000 0,3176

KARBÜR - TiAlN ø12 500 4000 0,402

KARBÜR - TiAlN ø14 200 2000 0,396

KARBÜR - TiAlN ø14 400 3000 0,446

KARBÜR - TiAlN ø14 500 4000 0,4148


432

Tablo 7. DLC Kaplamalı Ucun Oluşturduğu Yüzey Pürüzlülük Değer-leri

Matkap Uç Tipi

Matkap Uç Çapı (mm)

İlerleme Hı-zı,Vf (mm/dak)

Devir Sayısı, N (dev/dk)

Yüzey Pürüzlülüğü, Ra (µm)

DLC ø10 200 2000 1,5162

DLC ø10 400 3000 1,5028

DLC ø10 500 4000 1,6246

DLC ø12 200 2000 1,792

DLC ø12 400 3000 1,8388

DLC ø12 500 4000 1,9072

DLC ø14 200 2000 1,818

DLC ø14 400 3000 1,8702

DLC ø14 500 4000 1,9202

OPTİMİZASYON VE REGRESYON ANALİZİ

Minitab programında L9 ortogonal sisteme uyan optimizasyon ve regresyon analizi yapılmıştır. Girdi olarak matkap uç çapı, matkap uç tipi ve ilerleme hızı, çıktı olarak yüzey pürüzlülüğü olacak şekilde belir-tilmiştir. Deneysel çalışmalar sonucunda elde edilen veriler küçük olan değer en ideal değerdir.

Response Table for Signal to Noise Ratios

Smaller is better

https://tureng.com/tr/turkce-ingilizce/regresyon%20analizi



433

Tablo 8. SN Oranına Göre En Küçük Yüzey Pürüzlülük Değeri

Level matkap uç çapı

matkap uç tipi

ilerleme hızı (mm/dak)

1 3,389 3,101 2,462

2 2,299 8,645 2,862

3 1,151 -4,906 1,515

Delta 2,237 13,551 1,346

Rank 2 1 3

Şekil 25. SN Oranına Göre Oluşan Değerler


434

Şekil 26. Means’ e Göre Oluşan Değerler

Şekil 27. Versus Order için Yüzey Pürüzlülük



435

Şekil 28. Normal Olasılık Grafiği

Tablo 9. Varyans Analizi

Analysis of Variance

Source DF Adj SS Adj MS F-Value P-Value

matkap uç çapı 2 0,06637 0,03319 2,88 0,257

ilerleme hızı (mm/dak) 2 0,00394 0,00197 0,17 0,854

matkap uç tipi 2 3,15214 1,57607 136,98 0,007

Error 2 0,02301 0,01151

Total 8 3,24547


436

Tablo 10. Sabit Değerlere Göre Katsayı

Coefficients

Term Coef SE Coef T-Value P-Value VIF

Constant 0,9487 0,0358 26,53 0,001

matkap uç çapı

10 -0,1008 0,0506 -1,99 0,184 1,33

12 -0,0083 0,0506 -0,16 0,885 1,33

ilerleme hızı (mm/dak)

200 -0,0187 0,0506 -0,37 0,747 1,33

400 -0,0105 0,0506 -0,21 0,855 1,33

matkap uç tipi

1 -0,2365 0,0506 -4,68 0,043 1,33

2 -0,5770 0,0506 -11,41 0,008 1,33

Şekil 29. Versus Fits için Yüzey Pürüzlülük



437

Şekil 30. Histogram için Yüzey Pürüzlülük

Yapılan ortogonal Taguchi optimizayonunda birbirine bağımsız ola-rak atanan değişkenler kullanıldı. Matkap uç malzemesi olarak belirle-nen 1 – HSS (TiN kaplamalı) uç, 2 – KARBÜR (TiAlN kaplamalı) uç ve 3 – DLC kaplamalı uç olarak atanmıştır.

Şekil 31. Pürüzlülük İçin En Küçük Değeri Hesaplayan Denklem

Sonucunda 10 mm çapında KARBÜR - TiAlN kaplamalı uç 400 mm/dak ilerleme hızında en düşük yüzey pürüzlülük değerini (0,3172 µm) vermiştir (Minitab “Getting Started with minitab18.1.0”, 2018).

Yapılan tahmin sonucu;

S/N Ratio Mean

10,3357 0,260467

elde edilen 0,260467 değeri, deneyde elde edilen pürüzlülük değerine yakınsaktır. 27 deliğin yüzey pürüzlülüğü için yapılan regresyon anali-zinde elde edilen denklem;


438

Yüzey Pürüzlülüğü (Ra)

= -0,823 + 0,000095 devir sayısı (dev/dak) - 0,00040 ilerleme hızı (mm/dak) + 0,540 matkap uç tipi + 0,0450 matkap uç çapı

şeklindedir. Buradan her bir değişkenin pürüzlülük üstünde oluşturdu-ğu etkiler denklemden okunabilir.

Tablo 11. Regresyon için Varyans Analizi

Analysis of Variance

Source DF Adj SS Adj MS F-Value P-Value

Regression 4 5,41562 1,35391 6,76 0,001

devir sayısı (dev/dak) 1 0,00576 0,00576 0,03 0,867

ilerleme hızı (mm/dak) 1 0,00239 0,00239 0,01 0,914

matkap uç tipi 1 5,24534 5,24534 26,20 0,000

matkap uç çapı 1 0,14605 0,14605 0,73 0,402

Error 22 4,40475 0,20022

Total 26 9,82037

TARTIŞMA

Deney çalışmasında kullanılan takımlardan DLC kaplamalı uç, anti yapışma özelliği göstermesinden dolayı özel olarak imal edilmesine kar-şın kaplamanın aşındığı ve delik işleme kalitesinin oldukça düşük oldu-ğu gözlemlenmiştir. Anti yapışma özelliği sayesinde alüminyum alaşı-mın takıma sıvanması gerçekleşmemiş ama istenilen sonuçlar elde edi-lememiştir. Belirlenen kesme parametre değerlerinde takım çalışmasında ortaya çıkan sıcaklık ve kuvvetler matkap ucunda büyük deformasyonlar ve şekil değiştirmelere neden olmamıştır. Delme işlemi için kullanılan diğer takımlarda çeşitli aşınmalar oluşmasına rağmen işleme kalitesi yüksek değerlere sahip olmuşlardır.



439


Kullanılan matkap uçları bütün kesme koşullarında takımlar sürek-sizliğini bozmamış yani uç kırılması meydana gelmemiştir. Matkap uç-larda yüzeysel ve kaplama aşınması incelendiğinde, bütün takımlarda ortak olarak kaplama aşınma mevcuttur. KARBÜR – TiAlN kaplamalı matkap uçlar yüksek kesme hızlarından dolayı uç sivriliğini kısmen kay-betmiş, yani kesici uç aşınması oluşmuştur. TiAlN kaplaması diğer kap-lamalara nazaran daha az aşınmış, matkap uçlarında serbest yüzey aşınması gözlemlenmemiştir. DLC kaplamalı matkap uçlarda, kaplama-nın aşınmasıyla birlikte matkap uçlarında yüzeysel aşınma bölgeleri göz-lemlenmiş olup krater aşınması oluşmamıştır. 12 mm çaplı uçta serbest yüzey aşınması mevcuttur. Alüminyum alaşımın DLC kaplamalı uca yapışmamasına rağmen, deliklerin yüzey pürüzlülüğüne bakıldığında iyi sonuç vermediği ve yüksek değerler sahip olduğu görülmüştür. HSS – TiN kaplamalı matkap uçlar, işlemden sonra TiN kaplaması aşınmış ve matkap uçlarında yüzey aşınmaları mevcut olup ve kenar aşınması oluşmamıştır. KARBÜR – TiAlN kaplamalı takımlar, bütün çap değerle-rinde ve kesme koşullarında açtığı deliklerin yüzey pürüzlülük değerleri, diğer iki matkap uçların açtığı deliklerin yüzey pürüzlülük değerinden daha düşük olup, delme sürecini daha az pürüzlülük değerleriyle ta-mamlamıştır. HSS – TiN kaplamalı matkap uçların oluşturduğu delikle-rin yüzey pürüzlülüğü orta sayısal değerlere sahiptir.

Alüminyum alaşımının işlenmesi sonucu farklı talaş yapıları elde edilmiştir. 10 mm çaplı DLC takımın oluşturduğu talaşlar artan kesme koşullarında sıkışmış talaş yapısındadır. 12 mm çaplı DLC matkap uçta işleme sonrasında çeşitli talaş biçimleri gözlenirken, 14 mm çaplı ucun delme sonrasında toplanan talaşlar, uzun talaş şeklini korumuştur. 10 ve 12 mm çaplı HSS – TiN kaplamalı uçta elde edilen talaşlar, artan devir sayısı ve ilerleme hızında süreksiz yapıya dönüşmüştür.14 mm çaplı HSS – TiN kaplamalı takım için yüksek kesme şartlarında delme sonucunda dolaşık bant formunda talaşlar görülmüştür. 10 mm çaplı KARBÜR – TiAlN kaplamalı ucun oluşturduğu talaşlar artan kesme parametre de-ğerlerinde süreksiz talaş yapısından sıkışmış talaş yapısına dönmüştür. 12 mm çaplı KARBÜR – TiAlN kaplamalı takımın meydana getirdiği


440

talaşlar ilk kesme değerlerinde sürekli yapıdan, artan kesme şartlarında süreksiz formu almıştır. 14 mm çaplı KARBÜR – TiAlN kaplamalı ucun delme sonucunda sıkışmış ve süreksiz talaşlar elde edilmiştir.

Regresyon analizinde, matkap uç çapının artması, devir sayısının artması yüzey pürüzlülüğünü arttırırken, ilerleme hızının artması yüzey pürüzlülüğü azaltmıştır. Regresyon denklemine göre yüzey pürüzlülü-ğünü en çok etkileyen matkap uç tipi sonra matkap uç çapı daha sonra ilerleme hızı ve en son olarak devir sayısı olduğu görülmüştür.

Yüzey pürüzlülük değerleri açısından DLC kaplamalı uçların kulla-nımı uygun olmamıştır ve bu takımlar yerine alternatif tercihler seçilebi-lir. Alüminyum alaşım malzemesinin kullanılacak yere ve istenilen kali-teye göre çeşitli özellikler istenilebilir fakat KARBÜR – TiAlN kaplamalı uçlar hem büyük aşınma yüzeyleri vermemesi hem de iyi yüzey pürüz-lülüğü açısından tercih sebebi olabilir.

KAYNAKÇA

Vakondios, D., Kyratsis, P., Yaldiz, S., and Antoniadis, A. (2012). “Influence of Milling Strategy on The Surface Roughness in Ball End Mil-ling of The Aluminum Alloy Al7075-T6 ”,Measurement:Journal of the Internatonal Meaurement Confederation,vol.45,no.6,1480-1488.

Subramanian, M., Sakthivel, M., Sooryaprakash, K., and Sudhaka-ran, R. (2013). “ Optimization of End Mill Tool Geometry Parameters for Al7075-T6 Machining Operations Based on Vibration Amplitude by Res-ponse Surface Methodology ”, Measurement: Journal of the Internatonal Meaurement Confederation, vol. 46, no. 10, pp. 4005–4022.

Prasad, N. E., Kumar, A., and Subramanyam, J. (2017). “ Aerospace Materials and Material Technologies ”, Singapore: Springer.

Groover M. P. (2016). “Modern İmalatın Prensipleri”. Yurdakul M., Tansel Y., Nobel Yayınları, 1150, s.113-129. Ankara.

Sato, Masahiko, Tomoyuki Aoki, Hisataka Tanaka, and Satoshi Ta-keda, (2013). “Variation of Temperature at The Bottom Surface of a Hole During Drilling and Its Effect on Tool Wear”, International Journal of Machine Tools and Manufacture, 68: 40-47.



441

Yılmaz, R. (2014). “Karbür Kesici Takımların Süper Alaşım Talaşlı İmalat Performanslarına Borlama İşleminin Etkisi”, İstanbul Teknik Üni-versitesi-Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Yüksek Lisans Tezi. s.38-59.

Buğdaycı, N.B., Lazoğlu, İ., Akçay, R. (2012). “Alüminyum 7050 Ala-şımının Frezelenmesinde Takım Performanslarının Karşılaştırmalı Anali-zi ”, 3. Ulusal Talaşlı İmalat Sempozyumu. s.76-92.

David A.Stephenson, John S. Agapiou, (2016). “ Metal Cutting The-ory and Practice ”.

Wang X., (2012), “A Study of Tool Wear in Turning of Pure Alumi-num and Drilling of Cfrp/Ti Stacks ”, Michigan State University - Maki-na Mühendisliği Doktora Tezi. s.43-59.

Harsh, Y, Valeraa., Sanket, N., Bhavsara. (2014). “Experimental In-vestigation of Surface Roughness and Power Consumption in Turning Operation of EN 31 Alloy Steel”, Procedia Technology, pp.528-534.

Klimchik A.,Ambiehl A.,Garnier S.,Furet B.and Pashkevich A. (2017). “Efficiency Evaluation of Robot in Machining Applications using Indust-rial Performance Measure”,Robotics and Computer-Integrated Manufac-turing, vol. 48, pp.12-29.

John P., Davis R.,(2016). “Performance Study of Electrical Discharge Machining Process in Burn Removal of Drilled Holes in Al 7075”, Cogent Engineering, vol. 3(1), pp.1-19.

Kulekci M.K., Eşme U., Ekşi A.K., Koçoğlu Z. ve Yılmaz N.F. (2017). “ En Aw 5754 (Almg3) Alüminyum Alaşımının Frezelenmesi İşleminde Kesme Parametrelerinin Yüzey Pürüzlülüğüne Etkisinin İncelenme-si”,Çukurova University Journal of the Faculty of Engineering and Archi-tecture, vol. 32(2), pp.153-160.

Çakır A., Kavak N., Şeker U. (2017). “Sürdürülebilir Üretim İçin Ta-laşlı İmalatta Kullanılan Kesme Sıvılarının Geri Dönüşümü”, Mühendis ve Makine cilt 58, sayı 684, s.13-29.

Azreen, Zainol, MZA, Yazid, (2019). “Environmentally Friendly Approaches Assisted Machining of Aluminum Alloy 7075-T6 for Auto-


442

motive Applications ”, International Journal of Integrated Engineering Vol. 11 No. 6, 018–026.

İlhan M., Çavuşoğlu O., Duran A., Şeker U. (2013). ”Talaş Kaldırma İşlemlerinde Minimum Miktarda Yağlama (MQL) Uygulamasının Kesme Hızı ve Yağlama Debisine Bağlı Olarak Yüzey Pürüzlülüğü Üzerindeki Etkisinin Araştırılması ”, 4.ulusal talaşlı imalat sempozyumu, 637-643.

Çaydaş U., Çelik M. (2017). “AA 7075-T6 Alaşımının Delinmesinde Kesme Parametrelerinin Yüzey Pürüzlülüğü, Takım Sıcaklığı ve İlerleme Kuvvetine Etkilerinin Araştırılması”, Politeknik Dergisi, 20 (2) : 419-425.

Minitab “Getting Started with minitab18.1.0” (2018). Minitab,Quality, Analysis, Results, Minitab Inc. www.minitab.com.

BİR STEAM UYGULAMA SÜRECİ: RUBE GOLDBERG MAKİNE TASARIMLARI

Dr. Öğr. Üyesi Mustafa TÜYSÜZ1, Dr. Ümmüye Nur TÜZÜN2

1Van Yüzüncü Yıl Üniversitesi Eğitim Fakültesi, Van / Türkiye 2Milli Eğitim Bakanlığı, Ankara / Türkiye

Öz: Bu bölümde bir STEAM uygulama süreci olarak Rube Goldberg makine tasarımları modellenecektir. Bölüm Rube Goldberg makine tasa-rımlarının uygulama sürecinin örnek öğretim dizinini ve örnek uygula-malarını içermektedir. Örnek uygulama süreci 2019-2020 öğretim yılında Ankara’da özel yetenekli öğrencilerle öğretim yapan bir kurumda on yaş grubu yedi öğrenciyle nitel araştırma desenlerinden durum çalışması temelinde yürütülmüştür. Veri toplama aracı Rube Goldberg makineleri tasarım sürecini argüme ettiren çalışma yapraklarıdır. Veri toplama süre-cinde önce özel yetenekli öğrenciler küçük gruplarda nasıl bir Rube Goldberg makinesi tasarımı yapacaklarına dair beyin fırtınası yapmış-lardır. Daha sonra ise tasarımlarını çizmişler ve modellemişlerdir. Ar-dından tasarımlarını test etmişler ve tasarımın amaca uygunluğunu yo-rumlamışlardır. Sonra deneyimledikleri tasarımdan yola çıkarak bireysel olarak benzer amaçlı bir başka özgün tasarımı çizip hangi disiplinlerden faydalandıklarını anlatmışlardır. Öğrencilerin çalışma yapraklarından edinilen veriler betimsel analiz ile çözümlenmiştir. Araştırma süreci so-nunda öğrencilerin yaratıcı Rube Goldberg makine tasarımları yapabil-dikleri ve yaptıkları tasarımların işler olduğu bulunmuştur. Ayrıca öğ-rencilerin deneyimledikleri Rube Goldberg makine tasarımlarından yola çıkarak bireysel yapılandırdıkları benzer amaçlı özgün tasarımları da yaratıcı bulunmuştur. Bölüm Rube Goldberg makine tasarımlarının STEAM uygulamalarında ulusal alanyazında yer edinmesinde ileriki araştırmalar için rehber olması bakımından önemlidir.

Dr. Öğr. Üyesi Mustafa TÜYSÜZ, Dr. Ümmüye Nur TÜZÜN

444

GİRİŞ

Günümüzde toplumların birbirleriyle rekabet edebilmelerinde o top-lumun sahip olduğu teknoloji önem taşımaktadır. Bir toplumun teknolo-jisi ne kadar ilerlemişse o kadar bilimsel ilerleme kaydedebilir. Bununla birlikte yaptığı bilim ilerledikçe de daha üst teknoloji üretebilir. Dolayı-sıyla toplumların birbirleriyle rekabet edebilmeleri için bilimsel bilginin nasıl üretildiğini bilen, bilimi teknoloji, mühendislik ve matematikle en-tegre edebilen ve bu sayede, bir soruna dair yaratıcı çözümler ortaya koyup bu çözümü prototiple somutlaştırabilen bireyler yetiştirme uğraş-ları da eğitim politikalarına yansımaktadır. Bu yansımalardan biri de kuşkusuz STEM (bilim-teknoloji-mühendislik-matematik entegreasyonu) uygulamalarının ülkelerin eğitim politikalarında yer bulmasıdır. STEM uygulamaları ilk defa Amerika’nın eğitim politikalarında yer bulmuştur. Amaç öğrencileri sadece bilim değil; teknoloji, mühendislik ve matema-tik disiplinlerini birbirleriyle entegre eden uygulamalara hâkim olarak bütünsel olarak yetiştirmektir (Kuenzi, 2008). Bir STEM uygulama süre-cinde bireye teknolojik bir problem sunulur. Birey sorgulayıcı araştırma suretiyle bu problemi çözmeye yönelik bir tasarım ortaya koyar (San-ders, 2009). Öte yandan antik zamandan beri bilim ve sanat bir bütün olarak görülmektedir. Günümüzde de STEM yani bilim-teknoloji-mühendislik-matematik entegrasyonuna sanatın da dâhil edilmesi gerek-tiği savunulmaktadır (Piro, 2010). Böylece bireylerin bir teknolojik prob-lemi çözmeye yönelik bir tasarım ortaya koyarken araştırarak, eleştire-rek, anlayarak öğrenmelerinin yanı sıra yaratıcılıklarının da tasarımları-na yansıyacağı düşünülmektedir (Boy, 2013).

Bu bölümde STEAM (bilim-teknoloji-mühendislik-sanat-matematik entegrasyonu) uygulama sürecinde önerilecek olan Rube Goldberg ma-kinelerinin temel felsefesi çok basit bir işi çok karmaşık bir sisteme yaptı-ran özgün makine tasarımları olmasıdır (Kim ve Park, 2012). Rube Gold-berg makine tasarımları öğrencilere sorgulayıcı araştırma temelinde bir iş yaptırma amaçlı bir makine tasarımı ortaya koyma sırasında sorgula-ma, tartışma, araştırma, eleştirme, yaparak yaşayarak öğrenme, alterna-tifler ortaya koyma ve bütün bu süreçte yaratıcılığı da tasarımlara yan-sıtma fırsatları sunar. Ancak uluslararası alanyazın incelendiğinde Rube


445

Goldberg makine tasarımlarının öğretim süreçlerinde kullanımının çok yaygın olmadığı ve sadece fizik disiplininde ve ilk kademe eğitimde yer bulduğu görülmüştür (Kim ve Park, 2012). Dolayısıyla bu bölümde Rube Goldberg makine tasarımlarının öğretim süreçlerinde kullanımı örnek bir öğretim dizini ve örnek uygulama temelinde; kimya disiplininde ve özel yetenekli öğrencilerin eğitiminde modellenecektir.

STEAM uygulamalarında teknolojik probleme çözüm amaçlı yaratı-cılığı da kullanarak bir tasarım ortaya koyarken öğrencilerde eleştirel düşünme becerilerinin geliştirilmesi için farklı öğretim yaklaşımları kul-lanılmaktadır. Bu yaklaşımlardan birisi de argümantasyon temelli eği-timdir (Freeley ve Steinberg, 2005). Argümantasyon bilimsel tartışmalar-da birbirine zıt iki durum arasındaki karşıtlığı açıklamak için yapılan konuşmalar dizisi ya da akla yatkın, mantıklı kararlara ulaşmak için ya-pılan bir etkinlik olarak tanımlanabilir (Kaya ve Kılıç, 2008). Yine Walton (2006) argümantasyonu “bir bilimsel tartışma sürecinde argümanları bir araya getirme” şeklinde ifade ederken argümanı “iddiayı desteklemek ya da eleştirmek için nedenler öne sürmek” şeklinde tanımlamıştır (s. 1). STEAM uygulamalarında Rube Goldberg makine tasarlarken öğrenciler alternatifleri tartışır, beyin fırtınası yapar, prototiplerini çizer, tasarımla-rını yapar, tasarımlarının işlerliğini dener, tasarımlarını açıklar, alternatif prototipler üretir ve alternatif prototipleri açıklar; bilimsel argümantas-yon sürecinde sonuçlarına dayanaklar sunarak eleştirel düşünebilirler.

Öte yandan yaklaşık yüz yıldır araştırmacılar özel yetenek kavramını anlamaya, tanımlamaya ve ölçmeye çalışmaktadırlar. Yapılan çalışmalar incelendiğinde özel yetenekli öğrencilerin ilgili oldukları alanlarda ak-ranlarına göre daha yüksek performans gösterdikleri belirlenmiştir (Su-botnik, Olszewski-Kubilius ve Worrell, 2011). Bu durumda teknolojiyle bilim yapma, bilimle daha üst teknoloji üretme süreçlerinde ülkelerin birbirleriyle olan rekabetlerinde özel yetenekli bireylerin yapacağı katkı-lar göz önüne alındığında onların yetiştirilmesindeki eğitim politikaları da giderek önem kazanmaktadır. Özel yetenekli öğrenciler zenginleşti-rilmiş öğretim programları temelinde daha önce karşılaşmadıkları farklı konularda kendileri gibi yüksek performans gösteren akranlarıyla öğre-tim ortamlarına ihtiyaç duyarlar (Rogers, 2007).


446

Bu amaçla bu çalışmada bir STEAM uygulama süreci olarak argü-mantasyon temelli Rube Goldberg makine tasarımlarını içeren zenginleş-tirme öğretim ortamlarının özel yetenekli bireylerin yaratıcıklarına olan katkısı araştırılmıştır.

YÖNTEM

Araştırma Modeli

Bu çalışma nitel araştırma desenlerinden durum çalışması temelinde çalışılacaktır. Durum çalışması bir durumun derinlemesine çalışılması sayesinde o durum ile ilgili ayrıntılı bir hikâyeye ulaşmayı sağlar. Bir başka ifadeyle çalışılan durumlar çalışana ve okuyana hikâyelerini anla-tır (Stake, 1995). Bu bölümde çalışılan durumlar öğretim dizini ve örnek uygulamalardan oluşmuştur.

Araştırma Grubu

Örnek uygulama süreci 2019-2020 öğretim yılında Ankara’da özel yetenekli öğrencilerle öğretim yapan bir kurumda on yaş grubu yedi öğrenciyle 14 ders saati süreyle yürütülmüştür. Öğrencilerin seçiminde onların özel yetenekli öğrencilerle öğretim yapan bir kuruma devam ediyor olmaları ve gönüllü olmaları kriterlerdir. Ayrıca araştırma etiği adına da sadece gönüllü öğrencilerle çalışılmıştır. Yine etik kurallardan dolayı öğrencilerin istedikleri zaman çalışmadan çekilme hakları olduğu belirtilmiştir.


Veri toplama aracı Rube Goldberg makineleri tasarım sürecini argü-me ettiren yedi adet çalışma yaprağıdır. Bu çalışma yapraklarının kap-sam geçerliği alan eğitiminde uzman iki fen eğitimcisi tarafından kontrol edilerek sağlanmış, böylece bir öğretim dizini oluşturulmuştur.

Verilerin Toplanması

Veri toplama sürecinde önce katılımcılar küçük gruplarda nasıl bir Rube Goldberg makinesi tasarımı yapacaklarına dair beyin fırtınası yapmışlardır. Daha sonra ise tasarımlarını çizmişler ve modellemişlerdir.


447

Ardından tasarımlarını test etmişler ve tasarımın amaca uygunluğunu yorumlamışlardır. Sonra deneyimledikleri tasarımdan yola çıkarak bi-reysel olarak benzer amaçlı bir başka özgün tasarımı çizip hangi disiplin-lerden faydalandıklarını anlatmışlardır.

Verilerin Analizi

Öğrencilerin çalışma yapraklarından edinilen veriler betimsel analiz ile çözümlenmiştir. Betimsel analizde her bir etkinlik için hazır kategori olarak Walton (2006) argüman modeli bileşenleri (sonuç, dayanak nokta-sı, dayanak noktası, dayanak noktası) kullanılmış, frekans hesaplamaları yapılmıştır.

Özel yetenekli öğrencilerin küçük gruplarda nasıl bir Rube Goldberg makinesi tasarımı yapacaklarına dair beyin fırtınası yaptıktan sonra çiz-dikleri tasarımlar sonuç kategorisine alınmıştır. Öğrencilerin çizimlerini modelleyip tasarımlarını test ettikten sonra tasarımın amaca uygunluğu-na dair yaptıkları yorumlar dayanak noktası kategorisine alınmıştır. Ka-tılımcıların deneyimledikleri tasarımdan yola çıkarak bireysel olarak benzer amaçlı bir başka özgün tasarımı çizmeleri bir başka dayanak nok-tası kategorisidir. Bireysel özgün tasarım çizimlerinde hangi disiplinler-den faydalandıklarını anlatmaları ise sonuncu dayanak noktası kategori-sidir.

BULGULAR

Sıvıyı bir Yerden Bir Yere Taşıma Amaçlı Bir Rube Goldberg Ma-kinesi Tasarımı

Sonuç Kategorisi

Özel yetenekli öğrenciler üç ve dört kişilik gruplarda sıvıyı bir yer-den bir yere taşıma amaçlı nasıl bir tasarım yapacaklarına dair beyin fır-tınası yaptıktan sonra bireysel olarak tasarımlarını çizmişlerdir. Ö5 kodlu özel yetenekli öğrencinin çizdiği tasarım Şekil 1’de sunulmuştur.


448

Şekil 1. Ö5 Kodlu Özel Yetenekli Öğrencinin Sıvıyı Bir Yerden Bir

Yere Taşıma Amaçlı Rube Goldberg Makinesi Tasarımı Çizimi

Şekil 1’de Ö5 kodlu öğrenci destek çubuğuna serum lastiği sarmış, serum lastiğini ters U borusuna bağlamıştır. U borusunu destek çubuğa sabitlemiş, U borusundan sıvı akışını bürete yönlendirmiş, U borusu ile büret arasına serum lastiği koymuştur. Büreti destek çubuğuna sabitle-miş, büretin ucuna serum lastiği bağlamış, serum lastiğinin diğer ucunu ise kapalı kare boruya yönlendirmiştir. Katılımcı öğrencilerin her biri benzer bir Rube Goldberg makinesi tasarımı çizebilmişlerdir (f: 7). Öğ-renciler işbirlikli bir süreçte çalıştıklarından çizimleri benzerdir.

Dayanak Noktası Kategorisi

Özel yetenekli öğrenciler çizimlerini modelledikten sonra tasarımla-rının işlerliğini test etmişlerdir. Test ederken sıvı olarak su kullanmışlar-dır. Öğrencilerin sıvıyı bir yerden başka bir yere taşıma amaçlı Rube Goldberg makinesi tasarımlarından biri Şekil 2’de verilmiştir.

Şekil 2 incelendiğinde Şekil 1’deki ter U borusunun düz bağlandığı, ayrıca tasarıma bir büret daha eklenerek makinede sıvının yolağının uza-tıldığı görülmektedir. Bunun sebebi öğrencilerin çizimlerinden yola çıka-rak üç ve dört kişilik küçük gruplardan işbirlikli süreçte daha kapsamlı tasarımlar yapmalarıdır.


449

Şekil 2. Öğrencilerin Sıvıyı Bir Yerden Başka Bir Yere Taşıma Amaçlı

Yapılandırdıkları Bir Rube Goldberg Makinesi

Öğrenciler tasarımın amaca uygunluğunu yorumlarken Rube Gold-berg makinesinin çalışma prensibinde kullandıkları kavramları sıvıların akışkanlığı (f:3), yer çekimi (f:3), sıvıların bulundukları kabın şeklini al-ması (f:1), suyun viskozitesinin düşük olması (f:1) şeklinde açıklamışlar-dır.


Özel yetenekli öğrenciler tartıştıkları, tasarımlarını çizdikleri, tasar-ladıkları, işlerliğini denedikleri ve açıkladıkları Rube Goldberg makinesi tasarımından yola çıkarak bireysel olarak benzer amaçlı farklı özgün tasarımlar çizmişlerdir (f:7). Ö5 kodlu özel yetenekli öğrencinin benzer amaçlı özgün çizimi Şekil 3’te sunulmuştur.

Şekil 3. Ö5 Kodlu Özel Yetenekli Öğrencinin Sıvıyı Bir Yerden Bir

Yere Taşıma Amaçlı Farklı Bir Rube Goldberg Makinesi Tasarımı Çi-zimi


450

Şekil 3’te öğrenci Şekil 1’deki tasarımını biraz daha sadeleştirme yo-luna gitmiştir. Büreti iptal edip, U borusunu düz bağlamış, kapalı kare boru yerine de erlen kullanmıştır.


Özel yetenekli öğrenciler özgün çizimlerinde teknoloji-tasarım (f:3), sanat (f:3), bilim (f:2), matematik (f:1) ve mühendislikten (f:1) faydalan-dıklarını belirtmişlerdir.

Zaman Ölçme Amaçlı Bir Rube Goldberg Makinesi Tasarımı

Sonuç Kategorisi

Özel yetenekli öğrenciler üç ve dört kişilik gruplarda zaman ölçme amaçlı kimyasallardan faydalanarak nasıl bir tasarım yapacaklarına dair beyin fırtınası yaptıktan sonra bireysel olarak tasarımlarını çizmişlerdir. Ö6 kodlu özel yetenekli öğrencinin çizdiği tasarım Şekil 4’te sunulmuş-tur.

Şekil 4. Ö6 Kodlu Özel Yetenekli Öğrencinin Zaman Ölçme Amaçlı

Rube Goldberg Makinesi Tasarımı Çizimi

Şekil 4’te Ö6 kodlu öğrenci altı adet pet bardağı bir mukavvaya sa-bitlemek suretiyle bir zaman ölçme amaçlı Rube Goldberg makinesi tasa-rımı çizmiştir. Dibine sıvıyı sızdıracak kadar delik açılmış olan bardaklar sıvıyı en son bardaktan serum lastiği ile yedinci bardağa taşımaktadır. İlk bardak doldurulunca son bardağın dolma süresinden zaman hesaplana-bilir. Katılımcı öğrencilerin her biri benzer bir Rube Goldberg makinesi tasarımı çizebilmişlerdir (f: 7). Bunun sebebi öğrencilerin küçük gruplar-da işbirlikli bir süreçte çalışmış olmalarıdır.


451


Özel yetenekli öğrenciler çizimlerini modelledikten sonra tasarımla-rının işlerliğini test etmişlerdir. Test ederken zaman ölçme amaçlı sıvı olarak su kullanmışlardır. Öğrencilerin yapılandırdıkları zaman ölçme amaçlı Rube Goldberg makinesi tasarımlarından biri Şekil 5’te verilmiş-tir.

Şekil 5. Öğrencilerin Zaman Ölçme Amaçlı Yapılandırdıkları Bir Rube

Goldberg Makinesi

Şekil 5 incelendiğinde mukavva üzerindeki bardak sayısının Şekil 4’tekinden bir fazla olduğu görülmüştür. Bunun sebebi öğrencilere so-rulduğunda mukavvanın alabileceği bardak sayısı kadar ekleme yaptık-larını belirtmişlerdir. Bardaklar sıcak silikonla mukavvaya yapıştırılmış-tır. Bardakların dipleri sıvıyı sızdırmak üzere yine sıcak silikonla açılmış-tır. Öğrenciler en üst bardaktan sekizinci bardağa suyun akma süresini tekrarlanan ölçümlerle hesaplayıp ortalama almışlardır.

Öğrenciler tasarımın amaca uygunluğunu yorumlarken Rube Gold-berg makinesinin çalışma prensibinde kullandıkları kavramı sıvıların akışkanlığı (f:7) şeklinde açıklamışlardır.


Özel yetenekli öğrenciler tartıştıkları, tasarımlarını çizdikleri, tasar-ladıkları, işlerliğini denedikleri ve açıkladıkları Rube Goldberg makinesi tasarımından yola çıkarak bireysel olarak benzer amaçlı farklı özgün


452

tasarımlar çizmişlerdir (f:7). Ö6 kodlu özel yetenekli öğrencinin benzer amaçlı özgün çizimi Şekil 6’da sunulmuştur.

Şekil 6. Ö6 Kodlu Özel Yetenekli Öğrencinin Zaman Ölçme Amaçlı

Farklı Bir Rube Goldberg Makinesi Tasarımı Çizimi

Şekil 6’da öğrenci Şekil 4’deki tasarımındaki kapları sabitlemek, sa-yıca azaltmak, hacimce genişletmek yoluna gitmiştir.


Özel yetenekli öğrenciler özgün çizimlerinde bilimden (f:7) fayda-landıklarını belirtmişlerdir.

Balon Şişirme Amaçlı Bir Rube Goldberg Makinesi Tasarımı

Sonuç Kategorisi

Özel yetenekli öğrenciler üç ve dört kişilik gruplarda balon şişirme amaçlı kimyasallardan faydalanarak nasıl bir tasarım yapacaklarına dair beyin fırtınası yaptıktan sonra bireysel olarak tasarımlarını çizmişlerdir. Ö3 kodlu özel yetenekli öğrencinin çizdiği tasarım Şekil 7’de sunulmuş-tur.

Şekil 7. Ö3 Kodlu Özel Yetenekli Öğrencinin Balon Şişirme Amaçlı

Rube Goldberg Makinesi Tasarımı Çizimi


453

Şekil 7’de Ö3 kodlu öğrenci ispirto ocağında ısıttığı erlendeki sıvının buharıyla bir başka erlendeki sıvıyı ısıtmak suretiyle buharlaşan sıvının balonu şişirdiği bir Rube Goldberg makinesi tasarımı çizmiştir. Katılımcı öğrencilerin her biri benzer bir Rube Goldberg makinesi tasarımı çize-bilmişlerdir (f: 7). Bunun sebebi öğrencilerin küçük gruplarda işbirlikli bir süreçte çalışmış olmalarıdır.


Özel yetenekli öğrenciler çizimlerini modelledikten sonra tasarımla-rının işlerliğini test etmişlerdir. Test ederken ispirto ocağında ısıtılan erlende su, suyun buharının ısıttığı erlende de eter kullanmışlardır. Ete-rin ağzı balonla kapalı olduğundan ve eterin buharının balonu şişirme-sinden dolayı öğrenciler eter solumamışlardır. O sırada sınıf kapısı ve camları da açık tutulmuştur. Öğrencilerin yapılandırdıkları balon şişirme amaçlı Rube Goldberg makinesi tasarımlarından biri Şekil 8’de verilmiş-tir.

Şekil 8. Öğrencilerin Balon Şişirme Amaçlı Yapılandırdıkları Bir Rube

Goldberg Makinesi

Öğrenciler tasarımın amaca uygunluğunu yorumlarken Rube Gold-berg makinesinin çalışma prensibinde kullandıkları kavramı buharlaşma (f:5) şeklinde açıklamışlardır.


Özel yetenekli öğrenciler tartıştıkları, tasarımlarını çizdikleri, tasar-ladıkları, işlerliğini denedikleri ve açıkladıkları Rube Goldberg makinesi tasarımından yola çıkarak bireysel olarak benzer amaçlı farklı özgün


454

tasarımlar çizmişlerdir (f:7). Ö3 kodlu özel yetenekli öğrencinin benzer amaçlı özgün çizimi Şekil 9’da sunulmuştur.


Farklı Bir Rube Goldberg Makinesi Tasarımı Çizimi

Şekil 9’da öğrenci Şekil 7’deki tasarımındaki düzeneği araya su dolu bir erlen daha ilave etmek suretiyle genişletmiştir. Çünkü Rube Goldberg makinelerindeki amaç basit bir işlemi karmaşık bir sisteme yaptırmaktır. Sitem ne kadar karmaşıklaşırsa Rube Goldberg makine tasarımları içinde de o kadar yaratıcı düşüncelerinin gelişimi için katkı sağlayacağı düşü-nülmektedir.


Özel yetenekli öğrenciler özgün çizimlerinde bilim (f:6), teknoloji-tasarım (f:1) ve matematikten (f:1), faydalandıklarını belirtmişlerdir.

Balon Şişirme Amaçlı Daha Karmaşık Bir Rube Goldberg Makine-si Tasarımı

Sonuç Kategorisi

Özel yetenekli öğrenciler üç ve dört kişilik gruplarda balon şişirme amaçlı kimyasallardan faydalanarak daha karmaşık nasıl bir tasarım yapacaklarına dair beyin fırtınası yaptıktan sonra bireysel olarak tasa-rımlarını çizmişlerdir. Ö5 kodlu özel yetenekli öğrencinin çizdiği tasarım Şekil 10’da sunulmuştur.


455


Daha Karmaşık Bir Rube Goldberg Makinesi Tasarımı Çizimi

Şekil 10’da Ö5 kodlu öğrenci bir destek çubuğuna serum lastiği sar-mıştır. Serum lastiği bir başka destek çubuğuna sabitlenmiş bürete git-mekte, büretin ucuna takılan serum lastiği de farklı bir destek çubuğuna sabitlenmiş ikinci bir bürete gitmektedir. İkinci büretin ucuna takılan serum lastiğinin diğer ucu da nüçhe erleninin bağlantı noktasına takıl-mıştır. Dibine karbonat konan nüçhe erlenine balon takılmıştır. Sirkenin ise en tepeden, serum lastiğinin başlangıç noktasından (huni ile) ilavesi söz konusudur. Katılımcı öğrencilerin her biri benzer bir Rube Goldberg makinesi tasarımı çizebilmişlerdir (f: 7). Bunun sebebi öğrencilerin küçük gruplarda işbirlikli bir süreçte çalışmış olmalarıdır. Öğrenciler hangi kimyasalları tepkimeye sokacaklarına işbirlikli bir süreçte bilimsel tartı-şarak ve öğretmenle de aktif bir diyalog içinde olarak karar vermişlerdir.


Özel yetenekli öğrenciler çizimlerini modelledikten sonra tasarımla-rının işlerliğini test etmişlerdir. Öğrencilerin yapılandırdıkları balon şi-şirme amaçlı daha karmaşık Rube Goldberg makinesi tasarımlarından biri Şekil 11’de verilmiştir.


456

Şekil 11. Öğrencilerin Balon Şişirme Amaçlı Yapılandırdıkları Daha

Karmaşık Bir Rube Goldberg Makinesi

Şekil 11, Şekil 10’un bir yansımasıdır. İlk destek çubuğuna sarılan se-rum lastiğine huni ile ilave edilen sirke ikinci destek çubuğundaki bü-rete, oradan da üçünce destek çubuğundaki ikinci bürete akmaktadır. Büretten de nüçhe erleninin bağlantı noktasından erlenin dibindeki kar-bonat ile tepkimeye girerek çıkan gaz ile de erlene takılı balon şişmekte-dir. Öğrenciler tasarımın amaca uygunluğunu yorumlarken Rube Gold-berg makinesinin çalışma prensibinde kullandıkları kavramı kimyasal tepkime sonunda gaz çıkışı (f:6) şeklinde açıklamışlardır.


Özel yetenekli öğrenciler tartıştıkları, tasarımlarını çizdikleri, tasar-ladıkları, işlerliğini denedikleri ve açıkladıkları Rube Goldberg makinesi tasarımından yola çıkarak bireysel olarak benzer amaçlı farklı özgün tasarımlar çizmişlerdir (f:7). Ö1 kodlu özel yetenekli öğrencinin benzer amaçlı özgün çizimi Şekil 12’de sunulmuştur.


457

Şekil 12. Ö1 Kodlu Özel Yetenekli Öğrencinin Balon Şişirme Amaçlı Farklı Bir Rube Goldberg Makinesi Tasarımı Çizimi

Şekil 12’de öğrenci zaman ölçme amaçlı Rube Goldberg makinesin-deki yaşanmışlıklarını balon şişirme amaçlı Rube Goldberg makinesi tasarımına aktarmıştır. Dört adet bardak dipleri sıvıyı sızdıracak kadar açılarak mukavvaya sabitlenmiş, Beşinci bardağın ağzı kapalı, bağlantı-sına balon takılı, tepesi serum lastiği ile dördüncü bardağın altına bağlı-dır. En üstten sirke ilavesi en alt bardağa ulaşınca kimyasal tepkime ile gaz çıkışı olmakta ve kapalı kapta toplanana gaz balonu şişirmektedir.


Özel yetenekli öğrenciler özgün çizimlerinde bilim (f:7), teknoloji-tasarım (f:2) ve mühendislikten (f:1), faydalandıklarını belirtmişlerdir.

Kimyasal Tepkime Gerçekleştirme Amaçlı Bir Rube Goldberg Makinesi Tasarımı

Sonuç Kategorisi

Özel yetenekli öğrenciler üç ve dört kişilik gruplarda kimyasal bir tepkime gerçekleştirme amaçlı nasıl bir tasarım yapacaklarına dair beyin fırtınası yaptıktan sonra bireysel olarak tasarımlarını çizmişlerdir. Ö4 kodlu özel yetenekli öğrencinin çizdiği tasarım Şekil 13’te sunulmuştur.

Şekil 13. Ö4 Kodlu Özel Yetenekli Öğrencinin Kimyasal Tepkime

Gerçekleştirme Amaçlı Bir Rube Goldberg Makinesi Tasarımı Çizimi

Şekil 13’te Ö4 kodlu öğrenci en üstteki rampadan serbest bıraktığı top ile en alttaki çinko katısını derişik sülfürik asit çözeltisine düşüreceği bir Rube Goldberg makinesi çizmiştir. Katılımcı öğrencilerin her biri benzer bir Rube Goldberg makinesi tasarımı çizebilmişlerdir (f: 7). Bunun sebebi öğrencilerin küçük gruplarda işbirlikli bir süreçte çalışmış olmala-rıdır. Öğrenciler hangi kimyasalları tepkimeye sokacaklarına işbirlikli bir


458

süreçte bilimsel tartışarak ve öğretmenle de aktif bir diyalog içinde ola-rak karar vermişlerdir.


Özel yetenekli öğrenciler çizimlerini modelledikten sonra tasarımla-rının işlerliğini test etmişlerdir. Öğrencilerin yapılandırdıkları kimyasal tepkime gerçekleştirme amaçlı Rube Goldberg makinesi tasarımlarından biri Şekil 14’te verilmiştir.

Şekil 14. Öğrencilerin Kimyasal Tepkime Gerçekleştirme Amaçlı Yapı-

landırdıkları Bir Rube Goldberg Makinesi

Şekil 14, Şekil 13’ün bir yansımasıdır. İki destek çubuğunun arasına rampaların entegre edildiği mukavva sabitlenmiştir, Yukarıdan bırakılan top en son rampanın ucundaki çinko katısının derişik sülfürik asit çözel-tisi içerisine düşmesini sağlayacaktır. Öğrenciler tasarımın amaca uygun-luğunu yorumlarken Rube Goldberg makinesinin çalışma prensibinde kullandıkları kavramı çinko ile sülfürik asit arasındaki kimyasal tepkime (f:7) şeklinde açıklamışlardır.


Özel yetenekli öğrenciler tartıştıkları, tasarımlarını çizdikleri, tasar-ladıkları, işlerliğini denedikleri ve açıkladıkları Rube Goldberg makinesi tasarımından yola çıkarak bireysel olarak benzer amaçlı farklı özgün tasarımlar çizmişlerdir (f:7). Ö4 kodlu özel yetenekli öğrencinin benzer amaçlı özgün çizimi Şekil 15’te sunulmuştur.


459

Şekil 15. Ö4 Kodlu Özel Yetenekli Öğrencinin Kimyasal Tepkime

Gerçekleştirme Amaçlı Farklı Bir Rube Goldberg Makinesi Tasarımı Çizimi

Şekil 15’te öğrenci kimyasal tepkime gerçekleştirme amaçlı Rube Goldberg makinesinde çok daha karmaşık bir sistem kullanmıştır. Ser-best bırakılan el, topların birbirine sırayla çarpması ile domino taşlarını devirmektedir. En son domino taşının rampadan yuvarladığı top çinko katısına ilk hızlı yatay atış yaptırarak derişik sülfürik asit çözeltisi içeri-sine düşürmektedir.


Özel yetenekli öğrenciler özgün çizimlerinde bilim (f:7), matematik (f:2) ve teknoloji-tasarımdan (f:1) faydalandıklarını belirtmişlerdir.

Çoklu Asitlik Bazlık Tayini Amaçlı Bir Rube Goldberg Makinesi Tasarımı

Sonuç Kategorisi

Özel yetenekli öğrenciler üç ve dört kişilik gruplarda çoklu asitlik bazlık tayini amaçlı nasıl bir tasarım yapacaklarına dair beyin fırtınası yaptıktan sonra bireysel olarak tasarımlarını çizmişlerdir. Ö4 kodlu özel yetenekli öğrencinin çizdiği tasarım Şekil 16’da sunulmuştur.


460

Şekil 16. Ö4 Kodlu Özel Yetenekli Öğrencinin Çoklu Asitlik Bazlık

Tayini Amaçlı Bir Rube Goldberg Makinesi Tasarımı Çizimi

Şekil 16’da Ö4 kodlu öğrenci dört farklı desteğe dört farklı kimyasal içeren erlenler sabitlemiştir. Erlenlerin üzerinden serum lastiği geçiril-mektedir. Burada tasarımın mantığı tarımdaki damlatma sistemidir. Se-rum lastiğinin erlenlerin ağzına gelen kısımlarında sızdırma yarıkları vardır. Serum lastiğinin sonu sonuncu erlene sarkıtılmıştır. Böylece bi-rinci destek çubuğuna dolanan serum lastiğinden huni ile indikatör ila-vesinde aynı anda çoklu asitlik bazlık tayini yapabilen bir Rube Gold-berg makinesi çizilmiştir. Katılımcı öğrencilerin her biri benzer bir Rube Goldberg makinesi tasarımı çizebilmişlerdir (f: 7). Bunun sebebi öğrenci-lerin küçük gruplarda işbirlikli bir süreçte çalışmış olmalarıdır. Öğrenci-ler hangi kimyasalları ve hangi ayıracı kullanacaklarına işbirlikli bir sü-reçte bilimsel tartışarak ve öğretmenle de aktif bir diyalog içinde olarak karar vermişlerdir.


Özel yetenekli öğrenciler çizimlerini modelledikten sonra tasarımla-rının işlerliğini test etmişlerdir. Öğrencilerin yapılandırdıkları çoklu asit-lik bazlık tayini amaçlı Rube Goldberg makinesi tasarımlarından biri Şekil 17’de verilmiştir.


461

Şekil 17. Öğrencilerin Çoklu Asitlik Bazlık Tayini Amaçlı Yapılandır-

dıkları Bir Rube Goldberg Makinesi

Şekil 17, Şekil 16’nın bir yansımasıdır. Öğrenciler indikatör olarak metil kırmızısı kullanmışlardır. İlk iki erlene farklı derişimde ve farklı asitlik kuvvetinde asit çözeltileri koymuşlar, son iki erlene de farklı deri-şimde ve farklı bazlık kuvvetinde baz çözeltileri koymuşlardır. Öğrenci-ler tasarımın amaca uygunluğunu yorumlarken Rube Goldberg makine-sinin çalışma prensibinde kullandıkları kavramı indikatör tepkimesi (f:7) şeklinde açıklamışlardır.



Şekil 18. Ö5 Kodlu Özel Yetenekli Öğrencinin Çoklu Asitlik Bazlık Tayini Amaçlı Farklı Bir Rube Goldberg Makinesi Tasarımı Çizimi

Şekil 18’de Ö5 kodlu öğrenci çoklu asitlik bazlık tayini amaçlı Rube Goldberg makinesinde çoklu bağlantılar kullanmıştır. Şekline dair açık-


462

lamasında üstten döktüğü çilek suyunun erlenlere ulaştığında asidik ortamda kırmızı, bazik ortamda yeşil olacağından bahsetmiştir. Öğrenci-ler doğal indikatörler ve laboratuar indikatörleri hakkında detaylı bilgiyi işbirlikli bir süreçte bilimsel tartışarak ve öğretmenle de aktif bir diyalog içinde olarak edinmişlerdir.


Özel yetenekli öğrenciler özgün çizimlerinde bilim (f:4) ve matema-tikten (f:) faydalandıklarını belirtmişlerdir.

Farklı Bir Kimyasal Tepkime Gerçekleştirme Amaçlı Bir Rube Goldberg Makinesi Tasarımı

Sonuç Kategorisi

Özel yetenekli öğrenciler üç ve dört kişilik gruplarda farklı bir kim-yasal tepkime gerçekleştirme amaçlı nasıl bir tasarım yapacaklarına dair beyin fırtınası yaptıktan sonra bireysel olarak tasarımlarını çizmişlerdir. Ö2 kodlu özel yetenekli öğrencinin çizdiği tasarım Şekil 19’da sunulmuş-tur.

Şekil 19. Ö2 Kodlu Özel Yetenekli Öğrencinin Farklı Bir Kimyasal

Tepkime Gerçekleştirme Amaçlı Bir Rube Goldberg Makinesi Tasarı-mı Çizimi

Şekil 19’da Ö2 kodlu öğrenci mukavvaya dipleri sızdıracak biçimde delinmiş beş adet plastik bardak sabitlemiştir. Mukavvanın en altına sa-bitlenen altıncı bardakta ise magnezyum katısı vardır. Öğrenci en üstten derişik hidroklorik asit çözeltisi ilave edilmesi durumundaki Rube Gold-berg makinesi tasarımını çizmiştir. Katılımcı öğrencilerin her biri benzer bir Rube Goldberg makinesi tasarımı çizebilmişlerdir (f: 7). Bunun sebebi


463

öğrencilerin küçük gruplarda işbirlikli bir süreçte çalışmış olmalarıdır. Öğrenciler hangi kimyasalları ve hangi ayıracı kullanacaklarına işbirlikli bir süreçte bilimsel tartışarak ve öğretmenle de aktif bir diyalog içinde olarak karar vermişlerdir.


Özel yetenekli öğrenciler çizimlerini modelledikten sonra tasarımla-rının işlerliğini test etmişlerdir. Öğrencilerin yapılandırdıkları farklı bir kimyasal tepkime gerçekleştirme amaçlı Rube Goldberg makinesi tasa-rımlarından biri Şekil 20’de verilmiştir.

Şekil 20. Öğrencilerin Farklı Bir Kimyasal Tepkime Gerçekleştirme

Amaçlı Yapılandırdıkları Bir Rube Goldberg Makinesi

Şekil 20, Şekil 19’un bir yansımasıdır. En üstten ilave edilen derişik hidroklorik asit çözeltisi en alta ulaşınca magnezyum katısı ile etkileşip hidrojen gazı çıkarmaktadır. Makinenin çalışması lavobonun içerisinde ve cam kapı açık laboratuarda gerçekleştirilmiştir. Öğrenciler tasarımın amaca uygunluğunu yorumlarken Rube Goldberg makinesinin çalışma prensibinde kullandıkları magnezyum ile hidroklorik asit arasındaki tepkime (f:7) şeklinde açıklamışlardır.




464

Şekil 21. Ö3 Kodlu Özel Yetenekli Öğrencinin Farklı Bir Kimyasal

Tepkime Gerçekleştirme Amaçlı Farklı Bir Rube Goldberg Makinesi Tasarımı Çizimi

Şekil 21’de öğrenci farklı bir kimyasal tepkime gerçekleştirme amaçlı Rube Goldberg makinesinde destek çubuğa sabitlenmiş serum lastiğin-den derişik hidroklorik asit çözeltisini huni yardımıyla akıtma ile mag-nezyuma ulaştırmayı amaçlamıştır.


Özel yetenekli öğrenciler özgün çizimlerinde bilim (f:7), matematik (f:2), sanat (f:2) ve teknoloji-tasarımdan (f:1) faydalandıklarını belirtmiş-lerdir.

TARTIŞMA

Bu çalışmada bir STEAM uygulama süreci olarak argümantasyon temelli Rube Goldberg makine tasarımlarını içeren zenginleştirme öğre-tim ortamlarının özel yetenekli bireylerin yaratıcıklarına olan katkısı araştırılmıştır.

Öğrenciler kendilerine problem durumu olarak sunulan Rube Gold-berg makinelerini nasıl tasarlayacaklarına dair beyin fırtınası yürütmüş-ler daha sonra tasarımlarını çizmişlerdir. Bir prototipin tasarımından önce o prototipe dair çizim yapma öğrencilere olası hatalarını görme olanağı tanır. Daha sonra öğrenciler çizimlerindeki Rube Goldberg ma-kinelerini tasarlamışlar, tasarımlarının işlerliğini denemişler, işlerliği bilimsellik bakımından sorgulamışlardır; bu sayede sorgulayıcı araştırma temelinde eleştirel düşünmelerine ve yaratıcılıklarına katkı sağlanmıştır. En sonunda da alternatif bir Rube Goldberg makinesi tasarımı çizerek


465

kullandıkları disiplinleri irdelemişlerdir. Özetle STEAM eğitiminin en güçlü çıktısı burada Rube Goldberg makine tasarımlarında yaratıcılığın gelişmesi olmuştur; öğrencilerin giderek uygulamalarının ve çizimlerinin karmaşıklaşması bu durumun gerekçesi olarak sunulabilir. eleştirel dü-şünme olmuştur. Benzer olarak Yıldırım ve Altun (2015, s. 30) da çalış-malarında STEM eğitiminin eleştirel düşünmeye imkân verdiğini, birey-lerin yaratıcılığını ön plana çıkardığını, bireylere disiplinlerarası bakış kazandırdığını, bireylere mühendislik alanında prototip geliştirme fırsat-ları sunduğunu, bireylerin eğlenerek öğrendiğini ve üst düzey düşüne-bildiklerini söylemişlerdir.

Ulusal alanyazında Rube Goldberg makinelerinin öğretim ortamla-rında kullanımı yaygın değildir. Bu araştırmada birçok farklı Rube Gold-berg makine tasarımları ayrıntılı olarak betimlenmiştir. Öğrencilerin ha-yal gücü ve yaratıcılıklarıyla ürün ortaya koymalarının da ötesinde onla-rın işbirlikli çalışmaları, birbirleriyle ve öğretmenle bilimsel tartışma sü-reçlerini deneyimlemeleri onların etkili iletişim becerilerini de geliştirir, böylece daha yaratıcı Rube Goldberg makine tasarımlarına ulaşabilirler. Bu durum Kim ve Park’ın (2012) araştırmalarında da ortaya konulmuş-tur. Kim ve Park (2012) Rube Goldberg makinelerinin öğretim program-larına dâhil edilmesinin öğrencilerde hayal gücü, yaratıcılık ve problem çözmede etkili iletişimi geliştireceğini savunmaktadır.


Bölümde sunulan STEAM temelli Rube Goldberg makine tasarımları öğretim dizini ve örnek uygulama süreçleriyle yöntemin işlerliği somut-laştırılmaya çalışılmıştır. Araştırma sonucunda öğrencilerin tasarımları (sonuç), tasarımların işlerliği (dayanak noktası), alternatif tasarımlar (da-yanak noktası) ve STEAM temelinde multidisiplinerlik (dayanak noktası) argüman bileşenleri temelinde özel yetenekli öğrencilerin Rube Goldberg tasarımları yapmışlardır.

Araştırma sonucunda bölüm önerisi olarak:

• STEM’den STEAM’e geçişin bir A harfinin de ötesinde olduğu bu çalışmada somutlaştırılmaya çalışılmıştır. Öğrencilerin sunulan probleme yaratıcı prototip geliştirmeleri suretiyle işbirlikli çalışmaları ve birbirle-


466

riyle ve öğretmenle bilimsel tartışmaları da dayanak alınarak onların eleştirel düşünmelerinin geliştirildiği söylenebilir. İleriki araştırmalar için eleştirel düşünmeyi geliştirmede; düşünmeyi düşünmede Rube Goldberg makine tasarımları rehber olabilir.

• Rube Goldberg makinelerini öğretim süreçlerine entegre etmede ileriki çalışmalarda öğretmenlere örnek uygulamalar yürütülüp öğret-menlerin teknolojik pedagojik parmak izlerindeki yansımalar takip edi-lebilir.

KAYNAKÇA

Boy G. A. (2013). From STEM to STEAM: Toward a Human-Centered Education, Retrieved from https://ntrs.nasa.gov/search.jsp?R=20130011666 2017-09-10T16:59:03+00:00Z.

Freeley, A. J., & Steinberg, D. L. (2005). Argumentation and debate: Critical thinking for reasoned decision making. Belmont USA: Thomson Wadsworth.

Kaya, O. N. ve Kılıç, Z. (2008). Etkin bir fen öğretimi için tartışmacı söylev. Ahi Evran Üniversitesi Kırşehir Eğitim Fakültesi Dergisi, 9(3), 89-100.

Kim, Y., & Park, N. (2012). Elementary education of creativity im-provement using Rube Goldberg’s invention. J. J. Park et al. (Eds.), ITCS & STA, (pp. 257-263). New York: Springer.

Kuenzi, J. J. (2008). Science, Technology, Engineering and, Mathe-matics (STEM) Education: Background, Federal Policy, and Legislative Action. Congressional Research Service Reports, University of Nebraska - Lincoln.

Piro, J. (2010), Going from STEM to STEAM, Education Week, March 10, retrieved from http://www.ischoolcampus.com/wp-content/uploads/2010/03/Going-From-STEMto-STEAM.pdf.


467

Rogers, K. B. (2007). Lessons learned about educating the gifted and talented: A synthesis of the research on educational practice. Gifted Child Quarterly, 51(4), 382-396.

Sanders, M. (2009). STEM, STEM education, STEAMmania. The Technology Teacher, 68(4), 20- 26.

Stake, R. (1985). The art of case study research. London: Sage.

Subotnik, R. F., Olszewski-Kubilius, P., & Worrell, F. C. (2011). Re-thinking giftedness and gifted education: A proposed direction forward based on psychological science. Psychological Science, 12(1), 3-54.

Walton, D. (2006). Fundamentals of critical argumentation. New York USA: Cambridge University Press.

Yıldırım B., & Altun, Y. (2015). STEM eğitim ve mühendislik uygu-lamalarının fen bilgisi laboratuar dersindeki etkinliklerinin incelenmesi, El-Cezeri Fen ve Mühendislik Dergisi, 2(2), 28-40.

İNSAN KAYNAKLARI YÖNETİMİNDE İŞ SAĞLIĞI VE GÜVENLİĞİNİN ÖNEMİ KARGO ŞİRKETİNDE BİR

ARAŞTIRMA

Coşkun CANBAZ1, Dr. Öğr. Üyesi Reşit ERÇETİN2

1-2İstanbul Aydın Üniversitesi, Sosyal Bilimler Enstitüsü, İstanbul / Türkiye

Öz: Ülkemizde faaliyet gösteren işletmelerin rekabet etme düzeyleri her geçen gün artmakta ve bu artış ile birlikte işletmeler tarafında farklı istek ve ihtiyaçlar meydana gelmektedir. Yetenekli ve nitelikli potansiyel adayların işletmeye çekilmesi ve tutulması gibi durumlar standart bir durum gibi görülse de aslında işletmeler nezdinde bakıldığında bazı zorlukların ortaya çıktığı da görülmektedir. 1980’li yıllardan sonra per-sonel yönetiminden farklı olarak insan kaynakları yönetimine geçilme-siyle birlikte, işletme yöneticileri yetenekli ve nitelikleri adayları bulma ve elde tutma konusunda ağırlıklı olarak insan kaynakları profesyonelle-rini görevlendirmiştir. İnsan kaynakları profesyonellerinin hem sıradan adayların hem de kalifiye adayların işletmeden uzaklaşmadan devam edebilmelerini sağlamak için bir takım önlemleri alması ve uygulaması gerekmekteydi. 1990’lı yıllarda işletmelerin işgören temin etme ve bu-lundurma süreçlerinin gelişmesi ve aynı zamanda işletmelerin diğer ra-kiplere üstünlük sağlama konusunda bir arayışa girmesi ile birlikte iş sağlığı ve güvenliği önemi de ortaya çıktığı görülmektedir. İş sağlığı ve iş güvenliği, işgören işyerinde bulunduğu sırada fiziki veya psikolojik özre neden olan olayları ve iş hastalıklarının önüne geçilmesi adına öncelikle, çalışma ortamında alınması gereken tedbirlerin tespit edilmesiyle perso-nellerin bu konuda bilgilendirilmesi ve kontrol edilmesini içermektedir. Bu doğrultuda çalışmanın amacı insan kaynakları ve insan kaynaklarının yönetim süreçlerinin açıklanması iş sağlığı ve güvenliğinin nasıl uygula-

İNSAN KAYNAKLARI YÖNETİMİNDE İŞ SAĞLIĞI VE GÜVENLİĞİNİN ÖNEMİ KARGO ŞİRKETİNDE BİR ARAŞTIRMA

469

nacağı konusunun değerlendirilmesi ile birlikte insan kaynakları yöne-timinde iş sağlığı ve güvenliğinin öneminin ortaya konulmasıdır. İnsan kaynakları yönetimi süreçlerinde hiç kuşkusuz iş sağlığı ve güvenliği yöneticilerin, liderlerin ve insan kaynakları profesyonellerinin rolleri önemli olmaktadır. Bu bakımdan yöneticileri liderler ve insan kaynakları profesyonellerinin nasıl bir rolleri açısından insan kaynakları yönetimin-de iş sağlığı ve güvenliğinin öneminin ortaya konulmasıdır.

GİRİŞ

Çağımızda bir işletme, organizasyon, kurum veya kuruluşun, insan kaynakları dışındaki finansal ve iktisadi kaynakları ne kadar güçlü olur ise olsun, eğer o işletme, organizasyon, kurum veya kuruluşun iş gücü kaynakları güçlü değil ise performans gösterebilme olasılığı oldukça dü-şük olacaktır.

Doyuma ulaştırılmamış, motivasyonu sağlanmamış bir insan kay-nakları ile performans ve başarıya erişmek neredeyse mümkün değildir. Bu yönden değerlendirildiğinde insan kaynakları yönetiminin bir takım hedeflerinden söz edile bilinir. Performansı yükseltmek ve kaliteyi artır-mak rekabet edile bilinirliği mümkün kılmak, ancak ve ancak insan kay-nakları ile mümkündür. İşletme, organizasyon, kurum veya kuruluşların insan kaynakları yönetimine hem performans hem iş kalite hem de etkin-lik kazandırmak adına ihtiyaçları vardır.

İnsan kaynakları yönetimi motivasyon, güdüleme ve iş tatmini de-ğerlerinden yararlanarak insan gücünü etkin ve verimli kullanımını sağ-lamaktadır Süreklilik, insan kaynakları devri, personelin işyerinde bu-lunduğu sırada fiziki veya psikolojik özre neden olan olaylar, iş hastalık-ları, tüketici memnuniyetsizlikleri, kişilerin veya ekiplerin iş uyuşmazlık-ları ve benzeri değerlerdeki artışlar, insan kaynakları yönetiminin iyi uygulanmadığı, insan kaynakları stratejilerinin doğru belirlenmediği ve organizasyon eksikliklerinin birer göstergesidirler.

Günümüzde işletme, organizasyon, kurum veya kuruluş hangi bo-yutta olur ise olsun bütün faaliyetlerinin temelinde insan ve insan kay-nakları yatmaktadır. Çağımıza teknolojinin gelişmesi ve otomatik sistem-

Coşkun CANBAZ, Dr. Öğr. Üyesi Reşit ERÇETİN

470

lerin oluşturulması sonucunda her ne kadar insan gücüne olan gereksi-nim azaldığı düşünülse dahi insan unsuru halen temel kaynak konu-mundadır (Demir & Çavuş, 2010).

Unutulmamalıdır ki o teknolojini üreten, geliştiren ve ihtiyaç doğrul-tusunda kullanıma elverişli hale getiren de insandır. Bu noktada iş gücü gereksinimlerindeki nicel düşüme iş gücü gereksiniminin daha nitelikli bir boyuta getirmiştir. Sayının az olması mevcut insan gücünün maksi-mum kalitede olması gereğini de beraberinde getirmektedir. Bu doğrul-tuda nitelikli insan kaynaklarına olan gereksinimin arttığı ve kalitenin vaz geçilmez olduğu ön plana çıkmaktadır. Kaliteli insan gücünün doğru ve etkin yönetilmesinin önemi kavrandıkça insan kaynakları yönetiminin önemi de kavranmaktadır.

Uluslararası Çalışma Örgütü ve Dünya Sağlık Örgütünün personel sağlığı ve iş güvenliği kavramlarını net bir şekilde tanımlamıştır. Çalışan sağlığı ve iş güvenliği, bütün iş kollarında personellerin fiziki, psikolojik ve sosyal yönden iyilik hallerinin maksimum düzeyde tutulması, bu dü-zeyin devamlılığının sağlanması, personellerin iş şartları nedeni ile fiziki, psikolojik ve sosyal yönden zarar görmelerinin önüne geçilmesi, perso-nellerin görevleri sürecinde fiziki, psikolojik ve sosyal yönden sağlığa zarar verici unsurlardan korunmasıdır. İş sağlığı ve iş güvenliği perso-nelleri bedensel ve ruhsal yapıları ile örtüşen iş ortamlarında bulunmala-rını sağlamak ve sağlanan ortamın devamlılığının temin edilmesini de kapsamaktadır.

Çalışan sağlığı, personeli gerçekleştirdiği faaliyetlerden doğabilecek fiziki, bedensel ve sosyal zararların ya da iş nedeni ile oluşan rahatsızlık-lara karşı alınması gereken kuralları kapsamaktadır. İş güvenliği ise ağır-lıklı olarak personelin fiziki, bedensel ve sosyal bütünlüğüne zarar vere-bilecek tehlikelerin yok edilmesi adına tedbirlerin almasını kapsamakta-dır. Çalışan sağlığı ve çalışan güvenliğinin birbirlerinden bağımsız dü-şünülemez.

Personel sağlığı ve personel güvenliği, personelin işyerinde bulun-duğu sırada fiziki veya psikolojik özre neden olan olayları ve iş hastalık-larının önüne geçilmesi adına öncelikle, çalışma ortamında alınması ge-


471

reken tedbirlerin tespit edilmesiyle personellerin bu konuda bilgilendi-rilmesi ve kontrol edilmesini içermektedir.

Çalışan sağlığı ve çalışan güvenliği, personelin işyerinde bulunduğu sırada fiziki veya psikolojik özre neden olan olayları ve iş hastalıklarının tanısının koyulması ve tedavi edilmesinden öte personellerin fiziki, be-densel ve sosyal bütünlüğünün korunması, emniyetin sağlanması ve emniyeti riske atacak unsurların yok edilmesidir.

Bu doğrultuda personel sağlığı ve personel güvenliğinin kesin yaptı-rımlar etrafında toplanması gerekmektedir Bu da kamu düzeni yaptırım-ları, uzmanlık birimlerinin kurulması, teknik ve tıbbi incelmeler yapıl-ması, psikolojik analizlerin gerçekleştirilmesi ve teşvik edici sistemler oluşturup bu sistemlerin hayat geçirilmesi gerekmektedir. Bütün iş kolla-rında personellerin fiziki, bedensel ve sosyal bütünlüklerinin iyileştiril-mesi, iş koşullarının geliştirilmesi, personellerin fiziki, bedensel ve sosyal özellikleri doğrultusunda sorumluluk verilmesi personel sağlığı ve per-sonel güvenliğinin başlıca çalışma alanlarıdır.

Bu doğrultuda çalışmanın amacı insan kaynakları ve insan kaynakla-rının yönetim süreçlerinin açıklanması iş sağlığı ve güvenliğinin nasıl uygulanacağı konusunun değerlendirilmesi ile birlikte insan kaynakları yönetiminde iş sağlığı ve güvenliğinin öneminin ortaya konulmasıdır.

Bu doğrultuda çalışmanın amacı insan kaynakları ve insan kaynakla-rının yönetim süreçlerinin açıklanması iş sağlığı ve güvenliğinin nasıl uygulanacağı konusunun değerlendirilmesi ile birlikte insan kaynakları yönetiminde iş sağlığı ve güvenliğinin öneminin ortaya konulmasıdır.

İNSAN KAYNAKLARI YÖNETİMİ KAVRAMI

İnsan kaynakları kavramı işletme, organizasyon, kurum veya kuru-luşların ürün ve hizmet üretimi biçiminde ifade edilen amaçlarına ulaş-mak için ihtiyaç duyduğu temel kaynak insan kaynağı yani insan gücü-dür. İnsan kaynakları işletme, organizasyon, kurum veya kuruluşların, üretimlerini sürdüre bilmeleri adına bir yandan olmazsa olmaz özellik-teki bir unsur olup bir yandan da üretimin hedefidir (Özkan & Emiroğlu, 2006).


472

İnsan kaynakları kavramı işletme, organizasyon, kurum veya kuru-luşta, tepe konumdaki idareciden en alt statüdeki vasıfsız personellere kadar bütün personelleri içerisine almaktadır. Bu kavram işletme, orga-nizasyon, kurum veya kuruluş dahilinde olan personelleri içerisine aldığı gibi işletme, organizasyon, kurum veya kuruluşun haricinde olan ve po-tansiyel faydalana bilinecek personeli de kapsamaktadır (Uçak, 2007).

İnsan kaynakları yönetimi şeklinde ifade edilen bu fonksiyon, baş-langıçta asli fonksiyonlara destek olan bir işlev şeklinde görülmüştür. İnsan kaynakları yönetimi bu özelliği ile işletme, organizasyon, kurum veya kuruluşlarda çalışanı işe alma, çalışanı seçme, görevlendirme per-formans değerlendirme, maaş ve benzeri işlevleri yerine getirmektedir. İşletme, organizasyon, kurum veya kuruluşlarda insan kaynakları yöne-timinin yokluğu söz konusu olur ise bu fonksiyonları sorumlu idareciler yüklenecek ve yüklendikleri bu işlevin altından kalkmaları mümkün olmayacaktır.

Bu doğrultuda, işletme, organizasyon, kurum veya kuruluşlarda in-san kaynakları yönetimi fonksiyonunun rolü kurumdaki konumu da oldukça önem kazanmıştır. İşletme, organizasyon, kurum veya kuruluş-larda bu işlevin uzmanlık gerektirdiği ve işletme, organizasyon, kurum veya kuruluşların politikalarından bağımsız olarak düşünülemeyeceği açıktır (Yücesoy & Demir, 2011).

İNSAN KAYNAKLARI YÖNETİMİNDE İŞ SAĞLIĞI ve GÜVEN-LİĞİNİN GEREKLERİ

Modern uygarlıklarda bir kurumsal yapıdan, personellerin bedensel, ruhsal, sosyal bütünlüğünü ve emniyetlerini koruyucu özellikte iş ortamı temin etmesi beklenmektedir. Bu beklenti, gerek kurumun personellere karşı yüklendiği sorumluluğu, gerek kurumsal performansı yükseltme çabalarından kaynaklanmaktadır.

Çalışanın bedensel, ruhsal ve sosyal bütünlüğünü ile emniyeti, temel haklar içerisinde yer alan ve tüm haklarında temelini oluşturan yaşama ve iş görme hakkıyla direk ilişki içindedir. Bu sebeple personelin beden-sel, ruhsal, sosyal bütünlüğünü ve emniyeti konusu bütün kamuoyunun


473

ilgi alanına girmektedir. İnsan kaynakları yönetiminde iş sağlığı ve gü-venliğinin gerekleri aşağıda başlıklar halinde açıklanmıştır. Bunlar (Kü-çük, 2012);

• Çalışanları Korumak,

• Üretim Güvenliğini Sağlamak,

• İşletme Güvenliğini Sağlamaktır.

ÇALIŞANLARI KORUMAK

Çalışan korumak personelin bedensel, ruhsal, sosyal bütünlüğünü ve emniyeti konusunun temelini oluşturmaktadır. Personelleri çalışama ortamının bedensel, ruhsal, sosyal bütünlüğünü ve emniyeti tehdit edici unsurlardan korumak, konforlu ve emniyetli koşullarda görevini yerine getirmesini sağlamak, personeli işyerinde bulunduğu sırada fiziki veya psikolojik özre neden olan olayların önüne geçilmesine çabalamaktır. Bununla birlikte personellerin işyeri dışında daha mutlu ve huzurlu bir yaşan sürmelerini sağlamak da çalışanları korumanın bir parçasıdır (Kı-lıkış & Demir, 2012).

Personelin bedensel, ruhsal, sosyal bütünlüğünü ve emniyetinin sağ-lanması huzurlu bir toplum adına temel şartlardandır. Personelin beden-sel, ruhsal, sosyal bütünlüğünü ve emniyeti konusunda gerekli çalışma-ların yapıldığını bilmesi ve buna inanması iş doyumuna da olumlu etki-leri olaraktır (Gödelek, 2012).

ÜRETİM GÜVENLİĞİNİ SAĞLAMAK

İşyerlerinde üretim güvenliğinin sağlanması ile verimlilik artar. İş-yerlerinde personeller için alınacak her türlü önemler ile iş kazaları, mes-lek hastalıkları ve personelin işyerinde bulunduğu sırada fiziki veya psi-kolojik özre neden olan olaylar sebebi ile meydana gelen iş kazalarında sıklık oranı azalacak, dolayısı ile üretimde devamlılık korunacak ve iş veriminde artma olacaktır.


474

İŞLETME GÜVENLİĞİNİ SAĞLAMAK

İş güvenliğinin genel amacı, çalışanlara ve çalışanların ailelerine, iş-yerine ve yasal yükümlülüklerin yerine getirilmesi ve ülkemizin ekono-misine verebileceği zararları önlemektir. Çalışan korunması ve iş güven-liğinin tam olarak uygulandığı işletmelerde; işletme ekonomisinde ka-yıpları ve maliyeti minimum seviyeye indirilirken, iş gören verimliliği maksimum seviyeye çıkartılır.

İNSAN KAYNAKLARI YÖNETİMİNDE İŞ SAĞLIĞI ve GÜVEN-LİĞİ YÜKÜMLÜLÜKLERİ

İnsan kaynakları yönetiminde iş sağlığı ve güvenliği konusunda bir takım yükümlülükleri bulunmaktadır. İnsan kaynakları yönetiminde iş sağlığı ve güvenliği yükümlülükleri aşağıda başlıklar altında ele alınmış-tır. Bunlar (Kurt & Kurt, 2012);

• Önlem Alma Yükümlülüğü

• Bilgilendirme Ve Eğitim Yükümlülüğü

• İş Sağlığı Ve İş Güvenliği Kurulu Kurulması

• İşyeri Hekimi İstihdamı Ve Sağlık Birimi Oluşturulması

ÖNLEM ALMA YÜKÜMLÜLÜĞÜ

İşveren veya işveren vekili, iş sağlığı ve güvenliğinin uygulanması için bütün önlemleri almak, gerekli ekipmanları eksiksiz bulundurmak zorundadır. İşverenin önlem alma yükümlülüğünün son derece geniş tutulduğu belirtilmelidir. Her türlü önlem ile kastedilen yalnızca mevzu-atta öngörülen önlemler değil, bilim, teknik ve deneyimin gerektirdiği her türlü önlemdir. İş Sağlığı ve Güvenliği Yönetmeliği de kurumun ön-lem alma yükümlülüğünü en geniş anlamda tanımlamaktadır (Aytaç, 2011).

BİLGİLENDİRME ve EĞİTİM YÜKÜMLÜLÜĞÜ

4857 sayılı kanun ve kanuna uygun olarak düzenlenen İş Sağlığı ve Güvenliği Düzenlemesiyle Personellerin İş Sağlığı ve Güvenliği Eğitimle-


475

rinin Usul ve Esasları Yönetmeliği doğrultusunda kurumun personelin bedensel, ruhsal, sosyal bütünlüğünü ve emniyeti adına gerekli bilgilen-dirmelerin yapılması ve kurum çalışanlarının eğitmesi söz konusudur. Bununla birlikte, personellere kurum tarafından sağlanan eğitim ve bilgi-lendirme yalnızca göreve yeni başlama sürecinde değil, tüm görev yeri değişikliklerinde, düzenli olarak eğitim verilmesi kararlaştırılmıştır (Na-yir, 2013).

İŞ SAĞLIĞI ve İŞ GÜVENLİĞİ KURULU KURULMASI

1475 sayılı İş Kanununun 76. maddesine ve bu maddeye doğrultu-sunda 19.02.1973 tarihinde kabul edilen Çalışan Sağlığı ve İş Güvenliği Kurulları Hakkında Tüzük ile oluşturulan kurulları, değişen 4857 sayılı İş Kanunu’nun 80. maddesinde göre tekrardan düzenlemiştir. Çalışanları İş Sağlığı ve Güvenliği Kurulları Hakkında Yönetmelik 25426 sayılı Res-mi Gazetede yayımlanmıştır. Çalışan sağlığı ve iş güvenliği kurullarının kurulmasının başlıca sebebi, çalışan sağlığı ve çalışan güvenliğinin reel olarak personel ve kurumlar tarafından uygulanmasını sağlamaktır (Me-zarcıöz & Oğulata, 2012).

Bu doğrultuda personellerin maruz kaldıkları potansiyel tehlikelere karşı, personel sağlığı ve personel güvenliği kurulları minimum 50 per-sonel bulunduran bütün işletmelerde oluşturulmak mecburiyetindedir. Personel sağlığı ve personel güvenliği konusunda alınacak kararlar bu kurulda alınması sağlanmıştır. Personel sağlığı ve personel güvenliği kurulları, personelin işyerinde bulunduğu sırada fiziki veya psikolojik özre neden olan olayların incelenmesi ve risk değerlendirmesi yapılma-sından da sorumludur. Başarılı denetim ve kontrol süreçleri ile kurum dahilinde bir personel sağlığı ve personel güvenliği uzmanlığı kuruluna dönüşerek personelin işyerinde bulunduğu sırada fiziki veya psikolojik özre neden olan olayların minimum düzeye indirgenmesinde görev al-maktadır (Öztürk & Babacan, 2012).


476

İŞYERİ HEKİMİ İSTİHDAMI ve SAĞLIK BİRİMİ OLUŞTU-RULMASI

Ülkemizde minimum 50 personel bulunduran tüm kurumlar, mini-mum 1 işyeri hekimi bulundurmak mecburiyetindedir hükmü, ilk per-sonel sağlığı ve personel güvenliği düzenlemelerinde de bulunmaktadır. Potansiyel iş kazalarına karşı tedbirlerden bir tanesi olan işyeri hekimi iş kanunlarında yer verilen en eski düzenlemelerden bir tanesidir. 1930 senesinde sanayide mecburi olan sağlık birimi endüstrinin gelişimi ve büyümesiyle günümüzde küçük işletmelerde de mecburidir (Akıllı & Aydoğlu, 2012).

İNSAN KAYNAKLARI YÖNETİMİNDE İŞ SAĞLIĞI ve GÜVEN-LİĞİNİN ÖNEMİ

İnsan kaynakları yönetiminde iş sağlığı ve güvenliğinin önemi aşa-ğıdaki başlıklar altında değerlendirilerek açıklanmıştır (Tozkoparan & Taşoğlu, 2011);

• Çalışan Açısından Önemi

• Kurumsal Açısından Önemi

ÇALIŞAN AÇISINDAN ÖNEMİ

Mesleki kazalardan ve iş hastalıklarından direk etkilenen kişiler bu iş risklerine maruz kalan kurum personellerdir. Mesleki kazalar ağırlıklı olarak bedensel, ruhsal ve sosyal bütünlüğe zarar vermekte ve hatta per-sonelin yaşamını yitirmesine neden olabilmektedir. Bir taraftan da per-soneller yaşadıkları kazalar veya geçirdikleri rahatsızlıklardan dolayı ekonomik ve ruhsal tahribata uğramaktadırlar. Personelin işyerinde bu-lunduğu sırada fiziki veya psikolojik özre neden olan olay veya iş hasta-lığına yakalandığında, personelin ekonomik durumu da sarsılmakta ve bu doğrultuda ruhsal tahribatta yaşamaktadırlar.

KURUMSAL AÇISINDAN ÖNEMİ

Mesleki kazaların kurumlar açısından imaj kaybı ve finansal kayıplar şeklindedir. İş kazalarının maliyeti, işletmenin faaliyette bulunduğu ala-


477

na ve iş kazasının özelliğine göre farklılık göstermekle birlikte, persone-lin işyerinde bulunduğu sırada fiziki veya psikolojik özre neden olan olayların kurumlar açısından doğrudan ve dolaylı maliyetlere neden olmaktadır. İşyeri çevresinin iyileştirilmesi, emniyetin sağlanması, işin aksamasına neden olan araç ve ürün minimize edilmesi gerekmektedir. Gerçekleştirilecek ola bu girişimler performans ve verimliliği de arttıra-cak unsurlardır. İş güvenliği konusunda ortaya konulan gayretler aynı zamanda maliyetlerin de aşağıya çekilmesini sağlayacaktır (Karacan & Erdoğan, 2011).

Kurumun düzenli ve bilimsel değerler doğrultusunda yapılan iş gü-venliği harcamaları, güvenlik tedbirlerinin alınması, iş şartlarının iyileşti-rilmesi ve personelin bedensel, ruhsal ve sosyal bütünlüğe adına gerçek-leştirilen harcama ve sigortalar kuruma maliyet olarak görülse de perso-nelin işyerinde bulunduğu sırada fiziki veya psikolojik özre neden olan olaylardan ve iş hastalıkları neticesinde oluşacak tahribatlardan doğan maliyetler, tahribata uğrayan araç ve gereçlerin servisi, personelin tedavi giderleri, hukuki giderler, ödenecek tazminatlar, üretim süreçlerinin ak-saması ve bu doğrultuda pazar kaybı ve kurumun imaj kaybı göz önün alındığında ne kadar az olduğu ortaya çıkmaktadır (Ceylan, 2012).

ARAŞTIRMA BULGULARI

Araştırmacılardan (CANBAZ, 2016) “Kargo şirketlerinde İnsan Kay-nakları Yönetiminde İş Sağlığı ve Güvenliğinin Önemi” çalışmasında anket sonuçlarına göre bir karo şirketinde çalışan işveren, genel müdür, yönetici, alt düzey yönetici ve insan kaynakları pozisyonunda çalışan kişilerin insan kaynakları yönetiminde iş sağlığı ve güvenliğinin önemi algısı ölçülmüştür.

Alt düzey yöneticilerin güvenlik önceliği ile ilişikli algıları (3,6190) diğer çalışanlara göre daha yüksek seviyede olduğu görülmüştür. Özel-likle de işveren, genel müdür pozisyonunda çalışanların 5 üzerinden 4.6045 yüksek düzeyde olduğu görülmüştür.


478

Tablo 1. İş Sağılığı ve Güvenlik Eğiliminin Çalışanların Kurumdaki Pozisyonuna Göre Farklılığını İnceleyen F Testi

Kurumdaki Pozisyon

Çalı-şan

Sayısı

Ortalama Std.

Sapma

F Anlam-lılık

(P)

Yönetimin Bağlılığı

Yönetici 48 3,7891 ,91317 2,058 0,109

Alt düzey yönetici

42 3,7232 1,02986

Personel 46 3,5652 ,83987

Diğer 3 2,5000 1,39194

Güvenlik Önceliği

Yönetici 48 3,5417 ,86960 2,999 0,033


42 3,6190 ,85760

Personel 46 3,5543 ,67887

Diğer 3 2,1667 1,12731

Güvenlik İletişimi

Yönetici 48 3,4042 ,95649 ,864 0,462


42 3,5286 1,13638

Personel 46 3,3913 ,86096

Diğer 3 2,6000 1,44222

Güvenlik Eğitimi

Yönetici 48 3,6771 ,84733 1,888 0,135


42 3,7857 ,88444

Personel 46 3,4783 ,90496

Diğer 3 2,7500 1,52069

Güvenlik Farkında-

Yönetici 48 3,9208 ,90270 1,431 0,237

Alt düzey 42 3,9619 ,94661


479

lığı ve

Yetkinlik

yönetici

Personel 46 3,9217 ,76534

Diğer 3 2,8667 1,61658

Çalışanla-rın Katılı-mı

Yönetici 48 3,3646 ,90794 1,943 0,126


42 3,5833 ,97165

Personel 46 3,3587 ,87186

Diğer 3 2,3333 1,25831

Kadercilik Yönetici 48 2,7639 1,09633 1,238 0,298


42 2,8095 1,05253

Personel 46 2,8804 1,04920

Diğer 3 1,6667 ,88192

Raporlama Kültürü

Yönetici 48 3,8083 ,92065 2,260 0,084


42 3,8429 ,88845

Personel 46 3,5913 ,74709

Diğer 3 2,6667 1,44684

Güvenlik Uyumu

Yönetici 48 3,8125 0,97221 2,793 0,043


42 3,8968 1,06302

Personel 46 3,7391 0,8712

Diğer 3 2,2222 1,3471

Güvenlik Katılımı

Yönetici 48 3,9306 0,95268 4,044 0,009


42 4,0397 0,99648


480

Personel 46 3,7391 0,79788

Diğer 3 2,2222 1,17063

İş hayatı içinde 1-5 yıl arası olan çalışanların kadercilik ile alakalı al-gısı (3,1579) diğer çalışanlara göre daha yüksek düzeydedir. Anlamlılık değerinin p=0,028>0,05 olmasından dolayı kadercilik için H0 hipotezi reddedilir. Bu nedenle çalışanların kadercilik ile ilgili eğilim düzeyi İş hayatındaki çalışma süresine göre anlamlı farklılık gösterir.

Tablo 2. İş Sağılığı ve Güvenlik Eğiliminin Çalışanların İş Hayatında Toplam Süresine Göre Farklılığını İnceleyen F Testi

Toplam Ça-lışma Süresi

Çalışan

Sayısı

Ortalama Std.

Sapma

F Anlamlılık

(P)

Yönetimin Bağlılığı

1 yıldan az 6 4,2083 ,68313 1,533 0,184

1-5 yıl arası 38 3,8586 ,79916

6-10 yıl arası

51 3,6642 1,00948

11-15 yıl arası

22 3,5284 ,88383

16-20 yıl arası

8 3,5781 1,02194

20 yıldan fazla

14 3,1964 1,12095

Güvenlik Önceliği

1 yıldan az 6 3,9167 ,60553 2,081 0,072

1-5 yıl arası 38 3,7500 ,65244

6-10 yıl arası

51 3,5343 ,90970

11-15 yıl 22 3,3409 ,73414


481

arası

16-20 yıl arası

8 3,6875 ,97055

20 yıldan fazla

14 3,0536 ,92601

Güvenlik İletişimi

1 yıldan az 6 3,5667 ,99130 1,284 0,274

1-5 yıl arası 38 3,5684 ,88779

6-10 yıl arası

51 3,4902 1,03175

11-15 yıl arası

22 3,2727 ,92076

16-20 yıl arası

8 3,5500 1,05153

20 yıldan fazla

14 2,8571 1,14066

Güvenlik Eğitimi

1 yıldan az 6 3,9583 ,60035 ,650 0,662

1-5 yıl arası 38 3,7697 ,88413

6-10 yıl arası

51 3,6078 ,94638

11-15 yıl arası

22 3,4318 ,91672

16-20 yıl arası

8 3,5938 ,85500

20 yıldan fazla

14 3,4643 ,91387

Güvenlik Farkındalığı

1 yıldan az 6 3,8667 ,90037 ,935 0,460

1-5 yıl arası 38 4,1105 ,62851


482

ve

Yetkinlik

6-10 yıl arası

51 3,9176 ,99050

11-15 yıl arası

22 3,6091 1,04285

16-20 yıl arası

8 3,9750 ,76672

20 yıldan fazla

14 3,8000 ,94462

Çalışanların Katılımı

1 yıldan az 6 3,1667 ,91742 1,630 0,156

1-5 yıl arası 38 3,6908 ,81048

6-10 yıl arası

51 3,4314 ,97478

11-15 yıl arası

22 3,1591 ,91465

16-20 yıl arası

8 3,4375 1,04155

20 yıldan fazla

14 3,0179 ,94800

Kadercilik 1 yıldan az 6 2,6389 1,01334 2,608 0,028

1-5 yıl arası 38 3,1579 1,06257

6-10 yıl arası

51 2,6275 1,11683

11-15 yıl arası

22 2,9545 ,91168

16-20 yıl arası

8 2,9792 1,11426

20 yıldan fazla

14 2,1071 ,77241


483

Raporlama Kültürü

1 yıldan az 6 3,6667 ,46762

,959

0,445 1-5 yıl arası 38 3,9684 ,67947

6-10 yıl arası

51 3,6431 ,93493

11-15 yıl arası

22 3,5909 1,06811

16-20 yıl arası

8 3,8250 ,66279

20 yıldan fazla

14 3,5143 1,03690

Güvenlik Uyumu

1 yıldan az 6 4,0556 ,80046

1,118

0,354 1-5 yıl arası 38 3,9912 ,71654

6-10 yıl arası

51 3,7255 1,11496

11-15 yıl arası

22 3,5303 1,14392

16-20 yıl arası

8 4,0833 ,52705

20 yıldan fazla

14 3,5000 1,15285

Güvenlik Katılımı

1 yıldan az 6 3,7778 ,95839

,712

0,615 1-5 yıl arası 38 4,0702 ,78330

6-10 yıl arası

51 3,8366 1,04216

11-15 yıl arası

22 3,6818 1,05147

16-20 yıl arası

8 4,0000 ,47140


484

20 yıldan fazla

14 3,6429 1,08969

SONUÇ

Modern uygarlıklarda bir kurumsal yapıdan, iş görenin bedensel, ruhsal, sosyal bütünlüğünü ve emniyetlerini koruyucu özellikte iş ortamı temin etmesi beklenmektedir. Bu beklenti, gerek kurumun personellere karşı yüklendiği sorumluluğu, gerek kurumsal performansı yükseltme çabalarından kaynaklanmaktadır.

Çalışanın bedensel, ruhsal ve sosyal bütünlüğünü ile emniyeti, temel haklar içerisinde yer alan ve tüm haklarında temelini oluşturan yaşama ve iş görme hakkıyla direk ilişki içindedir. Bu sebeple personelin beden-sel, ruhsal, sosyal bütünlüğünü ve emniyeti konusu bütün kamuoyunun ilgi alanına girmektedir.

Güvenlik uyumu ile ilişkili algı düzeyi alt düzey yöneticilerde diğer çalışanlara göre daha yüksek düzeydedir. Alt düzeyi yöneticilerin gü-venlik katılım eğilimi diğer pozisyonda çalışanlara göre daha yüksek düzeydedir. Toplam çalışma süresi 1-5 yıl arası olan çalışanların kaderci-lik ile ilgili algısı diğer çalışanlara göre daha yüksek düzeydedir. Çalışan-ların kadercilik ile ilişkili eğilim düzeyi toplam kıdemine göre anlamlı farklılık gösterir. Çalışanların kadercilik dışındaki iş sağlığı ve güvenlik algıları toplam çalışma süresine göre anlamlı farklılık göstermemektedir.

Bu doğrultuda işyeri çevresinin iyileştirilmesi, emniyetin sağlanması, işin aksamasına neden olan araç ve ürün minimize edilmesi gerekmekte-dir. Gerçekleştirilecek ola bu girişimler performans ve verimliliği de art-tıracak unsurlardır. İş güvenliği konusunda ortaya konulan gayretler aynı zamanda maliyetlerin de aşağıya çekilmesini sağlayacaktır.

Kurumun düzenli ve bilimsel değerler doğrultusunda yapılan iş gü-venliği harcamaları, güvenlik tedbirlerinin alınması, iş şartlarının iyileşti-rilmesi ve personelin bedensel, ruhsal ve sosyal bütünlüğe adına gerçek-leştirilen harcama ve sigortalar kuruma maliyet olarak görülse de perso-nelin işyerinde bulunduğu sırada fiziki veya psikolojik özre neden olan


485

olaylardan ve iş hastalıkları neticesinde oluşacak tahribatlardan doğan maliyetler, tahribata uğrayan araç ve gereçlerin servisi, personelin tedavi giderleri, hukuki giderler, ödenecek tazminatlar, üretim süreçlerinin ak-saması ve bu doğrultuda pazar kaybı ve kurumun imaj kaybı göz önün alındığında ne kadar az olduğu ortaya çıkmaktadır.

KAYNAKÇA

Akalp, G. ve Yamankaradeniz, N. (2012). “İşletmelerde Güvenlik Kültürünün Oluşumunda Yönetimin Rolü ve Önemi”, Hacettepe Sağlık İdaresi Dergisi, 3(1), ss.1-9

Akgeyik, T., (2010). “İnsan Kaynakları Yönetimi Boyutuyla Kurum-sal Sosyal Sorumluluk”, İstanbul Üniversitesi İktisat Fakültesi ve Endüst-ri İlişkiler Bölümü Yayınları, 3(2), ss.65-106

Akıllı, H. ve Aydoğdu, Ö. (2012). “İş Sağlığı ve Güvenliğinin Öne-mi”, Maden Tetkik ve Arama Genel Müdürlüğü Yayınları, 3(1), ss.245-250

Akın, Ö. ve Çolak, E.E. (2012). “İnsan Kaynakları Yönetimi Uygula-malarıyla Örgütsel Performans Arasındaki İlişki Üzerine Bir Araştırma”, Çankırı Karatekin Üniversitesi İktisadi ve İdari Bilimler Fakültesi Dergi-si, 2(2), ss.85-114

Ardıç, K. ve Döven, M. (2004). “Türkiye’de İnsan Kaynakları Uygu-lamalarının Değerlendirilmesi”, Yönetim Bilimleri Dergisi, 2(2), ss.80-99

Aydınonat, N. E. (2012). “İş Sağlığı ve Güvenliği Kanunu Tasarısı İş Kazalarıyla İlgili Değerlendirme ve Öneriler”, Türkiye Ekonomi Politika-ları Araştırma Vakfı Dergisi, 2(1), ss.1-22

Aytaç, S. (2011). “İş Kazalarını Önlemede Güvenlik Kültürünün Önemi”, Türkmetal Dergisi, 5(2), ss.1-8

Cansız, E. (2007). “Üniversite Öğrencilerinin Girişimcilik Özellikleri-nin Belirlenmesi”, T.C. Süleyman Demirel Üniversitesi Sosyal Bilimler Enstitüsü İşletme Anabilim Dalı, Yüksek Lisans Tezi, Isparta


486

Ceylan, H. (2012). “Türkiye’deki İş Sağlığı ve Güvenliği Eğitimi So-runlar ve Çözüm Önerileri”, Kırklareli Üniversitesi Meslek Yüksekokulu Dergisi, 7(3), ss.94-104

Demir, Y. ve Çavuş, M.F. (2010). “İnsan Kaynakları Planlamasının Etkinliğinde İnsan Kaynakları Bilgi Sistemleri”, Akademik Bakış Dergisi, Nisan/Mayıs, Ss.1-17

Demirkaya, H. (2006). “İnsan Kaynakları Bölümünün Organizasyo-nu”, Kocaeli Üniversitesi Sosyal Bilimler Enstitüsü Dergisi, 2(12), ss.1-21

Ercan, İ. ve Kan, İ. (2004). “Ölçeklerde Güvenirlik ve Geçerlik”, Ulu-dağ Üniversitesi Tıp Fakültesi Dergisi, 30(3), ss.211-216

Erdem, B., (2010). “Otel İşletmelerinde İnsan Kaynakları Planlama-sının Yeri Ve Önemi”, Balıkesir Üniversitesi Turizm İşletmeciliği ve Otel-cilik Yüksek Okulu Yayınları, 2(3), ss.34-54

Erdoğdu, E., (2013). “İnsan Kaynakları Yönetiminde Personel Seçimi Ve Psikoteknik Testlerin Önemi”, T.C. Atılım Üniversitesi Sosyal Bilimler Enstitüsü İşletme Yönetimi Ana Bilim Dalı, Yüksek Lisans Tezi, Ankara

Ferocov, R. (2011). “İnsan Kaynakları Yönetiminde Performans De-ğerleme Ve Uygulama”, Qafqaz Üniversitesi Yayınları, Bakü

Gödelek, E. (2012). “İş Güvenliği Motivasyonu”, Mühendis ve Maki-na Dergisi, 46(543), ss.34-50

Karacan, E. ve Erdoğan, Ö.N. (2011). “İşçi Sağlığı ve İş Güvenliğine İnsan Kaynakları Yönetimi Fonksiyonları Açısından Çözümsel Bir Yakla-şım ”, Kocaeli Üniversitesi Sosyal Bilimler Enstitüsü Dergisi, 21(1), ss.102-116

Kılıkış, İ. ve Demir, S. (2012). “İşverenin İş Sağlığı ve Güvenliği Eği-timi Verme Yükümlülüğü Üzerine Bir İnceleme”, Çalışma İlişkileri Der-gisi, 3(1), ss.23-47

Kurt, D. ve Kurt, R. (2012). “6331 Sayılı İş Sağlığı ve Güvenliği Ka-nunu İle İşverenlere Getirilen Yükümlülükler ve İdari Yaptırımlar”, İSMMMO Mali Çözüm Dergisi, 5(2), ss.217-234


487

Küçük, G. (2012). “Yeni İş Sağlığı ve Güvenliği Kanunu”, Önlem İş Sağlığı Güvenliği, Yangın, Acil Durum, Çevre ve Risk Yönetimi Dergisi, 25(1), ss.81-83

Küçükönal, H. ve Korul, V. (2012). “Havayolu İşletmelerinde İnsan Kaynakları Yönetimi”, Sosyal Bilimler Dergisi, ss.67-90

Mezarcıöz, S. ve Oğulata, R.T. (2012). “6331 Sayılı İş Sağlığı ve Gü-venliği Kanunu-Tekstil İşletmelerinde İş Sağlığı ve Güvenliği Sorunları”, Mühendis ve Makine Dergisi, 55(655), ss.72-79

Nayir, A. (2012). “İş Sağlığı ve Güvenliği Eğitiminde Elektrikle Ça-lışmalara Genel Bakış ”, Electronic Journal of Vocational Colleges, 5(1), ss.129-135

Özkan, Ö. ve Emiroğlu, O.N. (2006). “Hastane Sağlık Çalışanlarına Yönelik İşçi Sağlığı Ve İş Güvenliği Hizmetleri”, Cumhuriyet Üniversite-si Hemşirelik Yüksekokulu Dergisi, 10(3), ss.43-51

Öztürk, H. ve Babacan, E. (2012). “Bir Ölçek Geliştirme Çalışması: Hastanede Çalışan Sağlık Personeli İçin İş Güvenliği Ölçeği”, Hemşire-likte Eğitim ve Araştırma Dergisi, 9 (1), ss.36-42

T.C. Çalışma ve Sosyal Güvenlik Bakanlığı, (2009). “İş Sağlığı ve Gü-venliği”, İş Sağlığı ve Güvenliği Dergisi, 9(42), ss.3-64

Tak, B. Sayılar, Y. ve Kaymaz, K. (2007). “Yetkinliklere Dayalı İnsan Kaynakları Yönetimi Ve Ücretlendirme Sistemi Üzerine Bir İnceleme”, İşletme Fakültesi Dergisi, 8(2), ss.233-266

Tozkoparan, G. ve Taşoğlu, J. (2011). “İş Sağlığı ve Güvenliği Uygu-lamaları İle İlgili İş görenlerin Tutumlarını Belirlemeye Yönelik Bir Araş-tırma”, Uludağ Üniversitesi İktisadi ve İdari Bilimler Fakültesi Dergisi, 30(1), ss.181-209

Uçak, A. (2007). “Sağlık Personelinin Maruz Kaldığı İş Kazaları ve Geri Bildirimlerinin Değerlendirilmesi”, Afyonkarahisar Kocatepe Üni-versitesi Sağlık Bilimleri Enstitüsü, Cerrahi Hastalıkları Hemşireliği Anabilim Dalı, Yüksek Lisans Tezi, Afyonkarahisar.


488

Uçkun, G., vd. (2013). “Kurumsal İtibarın Artırılmasında İş Sağlığı ve Güvenliği Kültürünün Rolü İle Meslek Yüksekokullarında Bulunan İş Güvenliği Uzmanlığı Programının Analizi”, 3.Uluslararası Meslek Yük-sekokulu Sempozyumu, ss.57-67

Yavan, Ö. (2012). “Stratejik İnsan Kaynakları Yönetimi ve Firma Per-formansı”, Akademik Bakış Dergisi, Eylül/Ekim, ss.1-20

Yılmaz, F. (2012). “İş Sağlığı ve Güvenliği Kanunu’nda İşveren ve Çalışanların Yükümlülükleri”, Yıldız Teknik Üniversitesi Meslek Yükse-kokulu İş Sağlığı ve Güvenliği Dergisi, 4(1), ss.1-12

Yücesoy, Y. ve Demir, M. (2011). “Çalışma Yaşamında Haklar”, Ça-lışma Yaşamında Haklar El Kitabı, I. Baskı, Uluslararası Çalışma Ofisi, Ankara.

SÜRDÜRÜLBİLİR KENTSEL TASARIMDA SÜREKLİLİK VE KAPALILIK

Doç. Dr. Ufuk Fatih KÜÇÜKALİ İstanbul Aydın Üniversitesi

Öz: Özellikle son yıllarda dünyadaki teknolojik, bilimsel gelişmeler ile kentleşme kavramının yeniden sorgulaması ile beraber; yaşanabilir kentler, insanların yaşam kalitesi ve kentsel mekân kalitesinin geliştiril-mesine yönelik ciddi araştırmalar yapılmakta ve bunların sonuçları araş-tırma raporları olarak sunulmaktadır. Kentsel mekân bir kentin ana bü-tünleşme aracıdır. Kentsel mekânlar kentlilerin ya da değişik kullanıcıla-rının kültürel birikimlerini paylaştığı, aktardığı, tekrar öğrendiği yerler-dir. Aynı zamanda kentin tanımlanması (o kente dair imaj oluşumu) bağ-lamında kullanıcıların; kültürel kimlikleri, kişisel gelişimleri ve insanla-rın birbirleriyle etkileşimleri sonucu kentli olma deneyimini elde etmesi de bu mekânlarda olmaktadır. Mekân kavramı, objektif / sübjektif, iç / dış mekân, doğal / yapay mekân, demokratik / antidemokratik mekân, geleneksel / çağdaş mekân gibi iki aşamalı olarak ele alınmaya başlan-mıştır. Bu bağlamda özel ve yarı özel mekânları anlatmak için kullanılan iç mekân kavramı kapalılık hissi uyandırmaktadır. Dış mekân ise kentsel ve toplumsal mekânı anlatmak için kullanılır ve açıklık hissi uyandırır. Kentsel dış mekân tasarımı, tasarımcılar açısından en az iç mekân tasa-rımı kadar önemlidir. İnsanlar evlerinde geçirdikleri zaman kadar da dış mekânlarda bulunurlar. Bu nedenle dış mekânlar olabildiğince estetik açıdan doyurucu ve fonksiyonel ihtiyaçlara cevap verebilecek nitelikte olmalıdır. Dış mekânda yapılar arasındaki boşlukların oranı insanların duyularını olumlu veya olumsuz yönde etkiler. Özelliği itibarı ile çok geniş - dar, büyük - küçük, yüksek - alçak, olan mekânlar, insanlar üze-rinde değişik duygular uyandırabilir ve onları etkileyerek izler bırakabi-

Doç. Dr. Ufuk Fatih KÜÇÜKALİ

490

lir. Bu çalışmada kentlerde kapalılık ve süreklilik oluşumu incelenerek bu olguların sürdürülebilir kentsel tasarımdaki önemleri tartışılmıştır.

GİRİŞ

Kentsel mekân tasarımı, çevre - insan etkileşiminin formüle edilmesi (Dietz ve diğ, 2007), kentin biçimsel yapılanışı ve kentsel mekânın kalite-si (İnceoğlu ve Aytuğ, 2009) gibi kavramlara günümüz mimarlık literatü-ründe ve hayatımızın her alanında sıkça rastlanılmaktadır. Kentlerin ve kentsel mekânların kalitesini iyileştirme çalışmaları da günümüzde gide-rek artan bir önem kazanmaktadır. Kentlerde kentsel / kamusal mekânla ilgili karşılaştığımız pratik ve kavramsal problemlerin birçoğu metodolo-jiktir. “Kentsel / kamusal mekân” denildiğinde neyin anlaşıldığı ya da neyin kastedildiğinin anlaşılamamasının temel nedeni bu konudaki ye-tersiz bilgi düzeyidir (Erdönmez ve Çelik, 2017). Bu sorunsalın çözüm-lenmesinde sosyal, politik, fonksiyonel ve estetik meselelerin gelişigüzel değil de bilimsel anlamda uzmanların araştırmaları ve konu ile ilgili iyi örnek çözümlemelerinin incelenmesi yol gösterici olacaktır. Kentsel mekânın “kalitesini” anlayabilmek için öncelikle kentin ve kentsel / ka-musal mekân kavramlarının ne olduğunun bilinmesi bir gerekliliktir. Bununla birlikte kent - insan arasındaki ilişkiyi anlayabilmek için insani ihtiyaç ve gereksinmelerinin neler olduğunu tespit edilmesinin gerekli olduğu ve bu ilişkiler paralelinde kullanıcıları tarafından; bu mekânların nasıl algılandığı da ayrı bir önem arz etmektedir.

YÖNTEM

Çalışma nitel bir araştırma olup veri toplama açısından bakıldığında, tanımlayıcı-analitik yöntemler kullanılmıştır. Bu araştırmada teorik alt-yapının kurgulanması için dijital arşiv ve kütüphaneler kullanmış, elde edilen bulgular içerik analizi yöntemiyle incelenmiştir. Nitel yöntem ya-nında, mimari mantık, düşünme ve akıl yürütme yaklaşımları da verileri analiz etmek için kullanılmıştır.


491

BULGULAR

Sürdürülebilir Kentsel Tasarım Kavramı

Sürdürülebilir kentleşme / kentsel gelişme yaklaşımını, sürdürülebi-lir kalkınma yönündeki genel evrensel amacın önemli bir parçası olarak görmek gerekir. Dünyada kentsel nüfus oranının hızla artması ile, kent-ler, metropoliten alanlar ve kentsel bölgeler yeni olgu ve sorunlarla karşı-laşmaktadır. Kentleşme ve sanayileşme süreçlerinde kaynakların dene-timsiz kullanımı ve tüketimi küresel ısınma, sera etkisi ve ozon aşınması gibi sorunlara yol açmış, doğal çevre üzerinde olumsuz sonuçlar yarat-mıştır. Diğer yandan kentlerde biriken nüfus grupları arasındaki sosyal ve ekonomik farklılaşmalar büyümüş; kentsel yoksulluk, kentsel güven-lik gibi sorunlar da kentsel yaşam kalitesini olumsuz etkilemeye başla-mıştır. Bu yeni olgu ve sorunlara çözüm bulabilmek için, sürdürülebilir kentlere ulaşma amacı; özellikle 20. yüzyılın sonlarından bu yana kent-leşmenin gündemindeki en önemli konular arasındadır.

Sürdürülebilir kentsel gelişme yaklaşımı, Avrupa Kentsel Şartı’nda da belirtildiği gibi sosyal adalet, sürdürülebilir ekonomiler ve çevresel sürdürülebilirlik konularının tümünü kapsamaktadır. Sosyal adalet ilkesi ile, insanların sağlık hizmeti, istihdam ve konut gibi temel sosyal gerek-sinimlere eşit biçimde erişiminin sağlanması ön görülmektedir. Bu temel gereksinimler çevre koruma amacı ile bütünleştirilmelidir. Sürdürülebi-lir ekonomi ilkesi, kentlerin ekonomik gelişimi sağlanırken doğal kay-nakların (atmosfer, toprak, su ve ormanlar gibi) kısıtlı olduğunun göz önünde bulundurulmasına işaret etmektedir. Çevresel sürdürülebilirlik ilkesi ise, doğal kaynakların sürekliliğinin sağlanması anlamına gelmek-tedir. Kaynakların kullanım düzeyi, bu kaynakların kendini yenileme hızını aşmamalıdır. Öte yandan salınan kirleticilerin oranının, doğal kaynakların bu kirleticileri bertaraf etmek amacıyla işleme tabii tutma hızını yani taşıma kapasitelerini aşmaması gerekmektedir. Biyolojik çe-şitliliğin, insan sağlığının, hava, su ve toprak kalitesinin, hayvan ve bitki yaşam ortamlarının korunması da çevresel sürdürülebilirlik ilkesi içinde yer almaktadır.


492

Ekonomik refahın, sosyal adaletin, çevre koruma ve geliştirmenin sağlanması için, birbirini tamamlayan ve güçlendiren amaçlara gereksi-nim vardır. Sürdürülebilir kentsel gelişme yaklaşımı, bu dengeli gelişime erişebilmek için, aşağıdaki temel amaçları birbiriyle bütünleştirmektedir (Commission of the European Communities, 1998):

• Kentsel alanlarda ekonomik refahı ve istihdamı güçlendirmek

• Kentsel alanlarda eşitliği, sosyal katılımı ve kentsel yenilemeyi teşvik etmek

• Kentsel çevreyi korumak ve geliştirmek

• Kentin yerel kapasite artırımına katkı yapmak

Birinci amaca ulaşmak için, yaratıcılığın teşvik edilmesi, üretkenliğin artırılması, büyük kentlerde olduğu kadar küçük ve orta ölçekli kentler-de de istihdam kaynaklarının değerlendirilmesi yolları ile kentlerin eko-nomik canlılığının güçlendirilmesi yönünde eylemler gerekmektedir. İkinci amaç, artan üretkenliğin getirdiği kazanca adil biçimde erişilmesi, sosyal dışlanmanın azaltılması ve güvenliğin artırılması yönündeki ey-lemleri içermektedir. Üçüncü amaç, kentsel gelişim uğruna, kentleri çev-releyen alanlara bu gelişimin maliyetini yıkmamayı, kentleri çevresel açıdan daha fazla sürdürülebilir kılan eylemleri gerçekleştirmeyi ön görmektedir. Dördüncü amaç, katılımı genişletmeye yönelik yaratıcı ve esnek karar verme süreçlerinin teşvik edilmesini, kurumsal süreçlerde işbirliğinin artırılmasını kapsamaktadır (Commission of the European Communities, 1998).

Benzer biçimde, Avrupa Çevre Ajansı da, kentsel sürdürülebilirliği sağlamak için ulaşılması gereken amaçları şu şekilde tarif etmektedir (European Environment Agency, 1995):

• Mekânın ve doğal kaynakların tüketimini en aza indirmek

• Kentsel nüfusun sağlığını korumak

• Kaynaklara ve hizmetlere eşit erişimi sağlamak

• Kültürel ve sosyal çeşitliliği sürdürmek


493

Özetle, sürdürülebilir kentsel gelişme yaklaşımı, kentsel gelişmenin etkilediği ve kentsel gelişmeyi etkileyen tüm çevresel (yapılı çevre / do-ğal çevre), sosyal, ekonomik unsurları birbiriyle ilişkili biçimde içermek-te; ekonomik ve sosyal gelişimin çevre koruma ve iyileştirme amacı ile birleştirilmesini ön görmekte; gelişim biçiminin halkın katılımı süreçle-riyle kararlaştırılmasını gerektirmektedir.

Tarihsel ve Tanımsal Gelişimi

Kentsel tasarım insanlık tarihi ile birlikte var olan bir tasarım eylemi olmakla birlikte, ilk kez 1960’lı yıllarda bir meslek ya da disiplin olarak adını duyurmaya başlamıştır. Geç modern olarak adlandırılan bu dö-nemde, kentsel tasarım olgusunun ortaya çıkışının, bu dönemin koşulla-rına bağlı olarak, hem pratik hem de kuramsal nedenleri vardır. Pratik alanda özellikle gelişmiş batı ülkelerinde, geleneksel eğitimden geçmiş mimar ve plancıların yarattığı yapılanmış çevrenin arzu edilen kentsel yaşam kalitesini kentlere ve kentlilere sunmakta yetersiz kalması, bu disiplinin oluşumu için gerekli zemini hazırlamıştır. Bu dönemde mi-marların genel olarak tek tek binaların tasarımıyla fazlasıyla uğraştığını, plancıların ise öncelikle yapılanmış çevrenin sosyal, politik ve idari gö-rünümleri üzerinde (yoğunluk, standartlar gibi kentin mekanik yanları, arazi kullanma kararları, vb.) yoğunlaştıklarını görmekteyiz. Sonuçta pek çok konunun mimarlık ve planlama arasındaki boşlukta kalması her iki meslek grubunun kentsel kalitedeki düşüşle ilgili olarak diğerini suçla-masına neden olmuştur.

Kentsel tasarımın ne olduğunu açıklamaya çalışan belirleyici bazı özelliklerin yani parametrelerin kullanıldığı yaklaşımlar görülmektedir. Bu yaklaşımlarda kentsel tasarımı belirleyen parametre niteliğindeki özellikler şunlardır;

• Kentsel tasarım kentsel çevrede bir tasarım faaliyetidir.

• Kentsel tasarım kamusal mekânın tasarımıdır.

• Kentsel tasarım daha geniş çerçevede tanımlanmış mimarlık faa-liyetidir.


494

• Kentsel tasarım kent planlaması ile mimarlık arasında yer alan yeni bir meslek olarak algılanabilmektedir.

Kentsel Mekân Kavramı

Kent ölçeğinde ve kentsel mekânlarla ilgili sorunları çözmede etkili olan bir tasarlama faaliyeti olarak ‘kentsel tasarım’, konu alanı dolayısıy-la kentsel mekân kavramını da bu kapsamda ele almayı gerekli kılmak-tadır. Bununla birlikte kentsel mekânlar, mimarlık kapsamında da en az kentsel tasarım kapsamında oldukları kadar önemli mekânlar olarak görülmektedirler. Kentsel mekânları genel olarak, mekânlar hiyerarşisi içinde dış mekânlar düzeyinde değerlendirmek mümkündür. Dış mekânlar, binaların dışında kalan, bina dış duvarları, yeşil doku ya da başka elemanlarla sınırlanmış açık mekânlardır. Kentsel mekânlar ise, dış mekânlar içinde kentin büyük ölçüde binalarla tanımlanan fakat binala-rın dışında kalan bölümleri olup, kentlerdeki toplu yaşam sonucu ortak ya da kişisel gereksinimlerinin karşılandığı mekân türleri olarak tanım-lanmaktadır. Kentsel mekânların farklı özellikleriyle de tanımlanmaları söz konusudur. Öncelikle kullanım özelliklerine bağlı olarak özel, kamu-sal, yarı - özel ve yarı - kamusal olmak üzere üç grupta ele alınmaktadır-lar. Özel kentsel mekânlar, özel kişilerin mülkiyetinde olup, bireysel kul-lanım özelliklerine sahipken, kamusal kentsel mekânlar ise toplumun kullanımına açık, kent insanının ortak kullandığı mekânlar bütünü ola-rak ifade edilmektedir.

Bunun yanında Trancik (1986) kentsel açık mekânları, mekânı çevre-leyen elemanların ve içerdikleri ögelerin özelliklerine göre sert mekânlar ve yumuşak mekânlar olmak üzere iki ayrı grupta ele almaktadır. Sert mekânlar büyük ölçüde duvarlarla çevrelenerek tanımlanmışlardır ve genellikle insan etkinliklerinin konumlandığı ana mekânlar olarak işlev-lerini sürdürürler. Yumuşak mekânlar ise daha çok doğal çevrenin ege-men olduğu, insanı rahatlatan, mevsimin algılanmasını sağlayan yeşil, açık alanlar olarak da adlandırılabilecek mekânlardır. Kentsel çevrede rekreasyonu olanaklı kılan parklar, bahçeler ve yeşil akslar bu kapsama girerler. Trancik’e (1986) göre, başarılı sert mekânlar üç önemli bileşenin uygun bir şekilde kombinasyonundan oluşmaktadır. Bu bileşenler;


495

• Üç boyutlu çerçeve: Mekânın sınırlarını, kapalılık derecesini orta-ya koyan mekânsal duvarların ve yapıların karakterlerini ifade etmekte-dir.

• İki boyutlu çerçeve: Yer düzleminin bağlantıları, malzeme ve do-kusuyla bu düzleme ait organizasyonu incelemektedir.

• Mekânda objelerin kullanımı: Ağaçlar, heykeller, su elemanları, kentsel mobilya, çitler, parmaklıklar, perdeler, duvarlar vb. elemanlardır.

Kentsel Tasarım Kriterlerinde Süreklilik

Kentsel tasarımda süreklilik, mekânda bulunan ve tekrar eden öğeye / yapıya bağlı olarak insanların kendilerini güvende hissetmelerine yar-dımcı olmaktadır. Bir mekânın sürekliliği, yönün sürekliliğiyle birlikte, genişlik ve üçüncü boyutta bir sürekliliği de gerektirmektedir. Bununla birlikte mekânın bitkilendirme, cephe özellikleri gibi çeşitli karakteristik özelliklerinin devam etmesi sürekliliği oluşturabilmektedir.

Kentsel Sınırların Sürekliliğinin Sağlanması

Kentsel mekânlarda kapalılık ve kuşatılmışlık etkilerinin oluşturul-ması, kentsel mekânı tanımlayan ve çevreleyen kent duvarının sürekliliği kavramını da beraberinde getirmektedir. Bu bakımdan sınırların sürekli-liği ilkesi, kapalılık ilkesi ile yakında ilişkili, onun devamı ya da bir an-lamda onun sonucu niteliğinde olan başka bir ilke olarak da değerlendi-rilebilir. Kent içinde binaların yan yana gelerek, bir kent duvarı oluştur-ması o kente kimliğini kazandıran önemli görünümlerden biridir. Ön plana çıkmaksızın bir fon oluşturan binalar, uzun bir süreç içerisinde bir kenti diğerinden farklı kılan unsurları, kentsel imajı oluşturmaktadır.

Trancik (1986), kent duvarının sürekliliğinin ve kesilmeden devam ettirilmesinin mekânda yanal kapalılığı sağlamak ve sokak seviyesindeki aktivitelere bir zemin oluşturmak açısından önemli olduğunu vurgula-maktadır. Bu kapsamda, kentsel mekânın başarısı ya da başarısızlığı, büyük ölçüde kenti sınırlayan duvarların sürekliliğine ve cephenin ka-rakterine bağlıdır. Bu duvara karakter veren, açıklıkların (pencere ve kapıların) ritmi, oranları, malzeme, renk ve süslemeleri, çıkmaları, kolo-


496

nadları, saçakları ve duvarların oluşturduğu siluet, kentsel mekâna ölçek veren duvarların yüksekliği kadar önemlidir. Çünkü bu duvarlar, bir taraftan kamusal ve özel alanları birbirinden ayıran bir sınır oluşturmak-ta, diğer taraftan da kamusal ve özel mekânlar arasında görsel ve fonksi-yonel bağlantılar kurmaktadır. Diğer bir deyişle, kent duvarı hem içeri-sindeki özel yaşamla dışarıdaki kamusal yaşamı birbirinden ayıran, hem de birbirleriyle buluşturan bir ortam oluşturmaktadır. Bu nedenle, kent duvarı özelliği oluşturan cepheler, değişen saydamlık dereceleri ve bi-çimlenişleriyle, iç mekânın ihtiyaçlarına olduğu kadar dış mekânın ihti-yaçlarına da cevap vererek mekânlar arasındaki ilişkileri ortaya koya-bilmektedir.

Curran (1983) ise, mekânı sınırlayan duvarların karakterlerini etkile-yen bir özellik olarak, cephenin yatay - düşey organizasyonunun önemi üzerinde durmaktadır. Bu kapsamda, kentsel mekânı tarif eden binaların cephelerinde yatay ve düşey elemanların birlikte kullanılması ve bilinçli organizasyonunu önermektedir. Yatay elemanların kullanımı mekânda yönlendirici ve süreklilik gösteren bir hareketi ifade etmekte, dikey or-ganizasyon ise yatay harekette kesiklikler ve duraklamalar oluşturmak-tadır. Böylece sokağın yataydaki hareketini cephelerin dikey elemanla-rıyla bölmek, kentsel mekân algısında vurgu noktaları oluşturmakta, kullanıcılar için perspektif etkisiyle kaçış noktasına doğru duraksamadan bakılmasını önlemekte, yataydaki çeşitlilikleri algılamasına olanak sağ-lanmaktadır.

Kentsel Dolaşımda Sürekliliğin Sağlanması

Kentsel dolaşımda sürekliliğin sağlanması, bir dolaşım ağı yaratarak sirkülasyonun oluşturulması amacıyla kentsel mekân içinde yaya ve taşıt dolaşımının ayrı ayrı sürekliliğinin sağlanması temeline dayanmaktadır.

Spreiregen (1965)’e göre, kentlerimizdeki karışıklığının büyük bir kısmı yaya dolaşımını ihlal etmekten ve çoğunlukla da yaya ve taşıt do-laşımının birbirini kesmek suretiyle, sürekliliklerinin sağlanamamasın-dan kaynaklanmaktadır. Oysa ki, her zaman yaya ulaşımının en temel yolu olan yürümek; çevreyi çok yönlü ve güçlü olarak algılama şansı vermesi, insanların birbirleri ile karşılaşma olanağını arttırması ve yakın


497

mesafelerde sağladığı esneklik nedeniyle kentin kullanılması ve yaşan-masında son derece etkili olmaktadır. Bu nedenle kentlerde yayalara ve yaya dolaşımına öncelikle önem verilmelidir. Diğer taraftan ise kentlerde motorlu taşıtlar olmadan bir yaşamın varlığından söz etmek de mümkün değildir. Gerçekte, kentsel mekânların pek çoğunda yaya ve taşıt dola-şımının bir kombinasyonunu görmeliyiz. Dolayısıyla yaya dolaşımını kesintiye uğratmadan taşıt ve yayaların bir arada çözülmesi ve bütünleş-tirilmesi gerekmektedir. Bununla birlikte taşıtların serbest yaya akışını engellemesiyle ortaya çıkan durumlarda, tasarımda üçüncü boyutta çö-zümlerin aranması söz konusudur. Bu problemin ideal çözümü, çoğun-lukla yaya ve taşıtların farklı seviyelerle birbirlerinden ayrılmasıyla sağ-lanmaktadır. Koşullara göre, kimi zaman taşıtların alt kotta yayaların üst kotta, ya da tersi sağlanarak, yaya ve taşıt dolaşımının birbirini kesme-den devamlılığı sağlanmalıdır.

Mekânlar Arasında Sürekliliğin Sağlanması

Her kent mekânından bir diğerine uygun geçişler sağlanarak, bir kentsel mekânın bir diğerine açılarak sürekliliğinin sağlanması ve böyle-ce kentsel mekânların birbirleriyle ilişkilendirilerek kentsel tasarımda bir mekânlar hiyerarşisine ulaşılması söz konusudur.

Bu ilke daha açık olarak, Fumihiko Maki’nin (1964) öncülüğünü yaptığı ‘bağlantı kuramı’ ile açıklanabilir. Maki’ye göre; kentsel mekânın en önemli karakteristiklerinden biri olan fonksiyonlar arası bağlantı, kentsel mekânları birbirine bağlayan bir yapıştırıcı görevi görmektedir. Kentsel tasarım ise, kenti oluşturan parçalar arasında anlaşılır ve anlamlı bağlantılar kurulması süreçleri ile ilgilenmektedir. Bu konuya ilişkin ola-rak Maki’nin (1964) şu sözleri de ilgi çekicidir; ‘Her mekân tüm mekân dokusunun bir parçasıdır. Mimarlık dünya içinde bir dünyadır’. Buna göre, kent içinde oluşturulan odak noktaları başta olmak üzere tüm kent-sel mekânların birbirine görsel ve fiziksel olarak bağlanarak, mekânların sürekliliğini sağlamak kentsel tasarımın en önemli amaçlarından biridir.


498

Kentsel Mekânda Sürekliliği Oluşturan Elemanlar

Mekânsal süreklilik kentsel mekânların önemli bir yönü olmuştur. Kentsel mekân içinde yaya ve araç trafiğinin yer aldığı geniş caddeler, meydanlar, plazalar, parklar, kamusal binalar kamusal mekânların ço-ğunluğunu oluşturmaktadır. Bu mekânlar arasındaki sürekliliği sağla-mak için yaya yolları, kaldırımlar, basamaklar, girişler, eşikler, arkadlar gibi geçiş bölgeleri kullanılır. Bu noktada, geçiş elemanları iç ve dış mekân, kamusal ve kamuya açık özel mekân arasındaki sürekliliği sağ-lamak için önem arz etmektedir. Bu geçişler aynı zamanda iki alanı ayırt etmeye de yardım eder.

Geçiş bölgesindeki serbest duran kolonlar gibi düzlemler, mekânda yer alan faaliyetlerin sürekliliğini de vurgulayabilirler. Mimari ürünün sürekliliği, geçiş bölgesindeki mekânı tanımlamak için önemli role sahip-tir. Mekânsal sürekliliğin elde edilmesi için elemanların şekli, rengi ve dokusunun tekrarı da kullanılabilmektedir.

Lynch (1995), bir kentin ya da yüzeyin sürekliliğini sağlamada ritmik tekrarlardan, aynı tür cephe kaplamaları, dükkanların yan yana sıralan-ması, aynı tür sembollerin sürekli olarak kullanımı ile bir yüzeyin, for-mun veya kullanımın devamlılığından bahsetmektedir. Bunlar algısal açıdan karmaşık bir çevrede elemanları birbiriyle ilişkilendirmemizi, karmaşık bir yapı içinde öne çıkan tekil öğeler olarak düşünmemizi ve algılamamıza yardımcı olurlar. Von Meiss (2013) ise süreklilikten bahse-derken, yaratılan dokunun sürekliliğindeki dalgalanmanın o dokudan sonra neyin geleceğini sakladığını ve bir çeşit sürprizler barındırdığını vurgulamaktadır. Kentsel mekân içinde yapıların çatı bitişleriyle sürekli bir çizgi elde edilebileceğini ve bu yapıların birleşimleri ve artikülasyon-ları göz ardı edildiğinde, hacimler, konturlar ve yüzeyler arası süreklilik yakalanabileceğini belirtmektedir.

Sonuç olarak, iç ve dış mekân arasında süreklilik sağlanmazsa, kent-sel kamusal alan yapılandırılamayabilir ve insanlar tarafından anlaşıla-mayabilir.


499

Kentsel Tasarım Kriterlerinde Kapalılık

Kentsel dış mekânı sınırlayan çevredeki yapıların boyutları, mekânın boyutları, ve algılanan boyutlar arasındaki ilişki, kullanıcılar üzerinde farklı psikolojik etkiler oluşturur. Kentsel dış mekândaki yatay ve düşey boyutlar arasındaki oranlar, mekânın algılanmasını ve mekân içerisinde-ki kullanıcı davranışlarını belirler. Greater London Council’ e göre (1986) açık mekânda, ortada kalma – açıkta kalma hissi ile, dış şartların çeşitli etkilerine maruz kalma, canlanma ve hareket etme isteği oluşur. Kapalı mekânda ise; kullanıcıdan kullanıcıya fark etmekle birlikte klostrofobi, yalnızlık hissi ve mahremiyet duygusu oluşur.

Kentsel Mekânda Negatif ve Pozitif Kapalılık

Ashihara’ ya göre (1981) kapalılık ile ilişkili olarak kentsel mekânlar genelde iki ana grupta incelenebilir (Şekil 1.):

• Negatif mekân: Belirli bir biçimi olmayan, binalar inşa edildikten sonra geriye kalan hacim olarak değerlendirilir.

• Pozitif mekân: Belirgin ve kesin bir biçimi olan mekân olarak ta-nımlanır.

Şekil 1. Negatif ve Pozitif Mekân

Bu iki mekân türünde plan geometrileri tümüyle farklı değerlerde olup pozitif mekân ile negatif mekân arasındaki en önemli farklılık işlev-


500

lerindedir. Öyle ki, pozitif mekânlar insanların kendilerini içinde rahat hissettikleri ve kullandıkları, negatif mekânlar ise göreli olarak rahatsız hissettikleri ve kullanma eğilimi göstermedikleri mekânlardır. Kapalılık, mekânsal biçimlenmenin tanımlanmasının ötesinde kapalılık hissinin oluşması ile açıklanabilir.

Kentsel Mekânda Kapalılığın Derecelendirilmesi

Kapalılığın derecelenmesinde 3. boyutta yapı yükseklikleri etkili olurken, 2. boyutta, bina kütlelerinin plan düzlemindeki organizasyonu önem kazanmaktadır. Bu çerçevede yapılacak düzenlemeler insan üze-rinde farklı etkiler bırakan kentsel dış mekânların oluşmasına neden olur. Bu etkiler fiziksel, sosyal, psikolojik ve toplumsal bağlamlarda fark-lılıklar gösterebilir. Bu değişkenlere rağmen kenti algılama açısından bir genelleme yapılabilir. Şekil 2, Şekil 3 ve Şekil 4 de kapalılığın dereceleri olan kapalılık hissi çok az olan mekân, kısmi kapalılık hissi olan mekân ve güçlü kapalılık hissi olan mekânlar bina kütlelerin yerleşimlerine göre şematik olarak verilmiştir.

Şekil 2. Kapalılık Derecelendirmesine Göre Kapalılık Hissi Çok Az Olan Mekân

Kapalılık derecelendirmesine göre kapalılık hissi çok az olan mekânlarda etkili bir mekân hissi oldukça az olup, yerini tarif etmek ko-lay olmamaktadır. Kullanıcılar için ölçek hissi ve mekânın algılanması,


501

sahiplenilmesi ve buna bağlı hareket etme durumları oldukça sınırlıdır. Bu mekânlarda sosyal ilişki geliştirmek oldukça zordur.

Şekil. 3. Kapalılık Derecelendirmesine Göre Kısmi Kapalılık Hissi Olan Mekân

Kapalılık derecelendirmesine göre kısmi kapalılık hissi olan mekânlarda etkili bir mekân hissi tam olarak oluşamaz ve kullanıcılar yerini tarif etmekte zorlanırlar. Bu mekânlarda sosyal ilişki geliştirmek kapalılık hissi çok az olan mekânlara kıyasla daha kolaydır. Ancak yine de mekânsal açıdan kullanıcıların mekânı kullanımı ve algı mekanizma-larında yetersizlikler söz konusudur.


502

Şekil 4. Kapalılık Derecelendirmesine Göre Güçlü Kapalılık Hissi

Olan Mekân

Greater London Council’de (1986) güçlü kapalılık etkisi; etkili bir mekân hissi veren, yerini tarif etmenin kolay olduğu, vandallık etkisinin az olduğu, kullanıcılar arasında sosyal ilişkilerin kolay bir şekilde gelişti-rildiği mekânlar olarak belirtilmiştir.

Kentsel Mekânlarda Kapalılık Elemanları

Kentsel mekânlarda kapalılık elemanları; perde duvar, ağaç ve çalılar (Şekil 5), değişen yüzeyler ve ağaç kümeleri (Şekil 6), zemin düzenleme-leri (Şekil 7), binalar (Şekil 8), bina duvarları (Şekil 9), köprüler ve geçit-ler (Şekil 10) olarak değerlendirilebilir.

Şekil 5. Kentsel Mekânlarda Kapalılık Elemanı Olarak Perde Duvar,

Ağaç ve Çalılar


503

Şekil 6. Kentsel Mekânlarda Kapalılık Elemanı Olarak Değişen Yüzey-

ler ve Ağaç Kümeleri

Şekil 7. Kentsel Mekânlarda Kapalılık Elemanı Olarak Zemin Düzen-

lemeleri

Şekil 8. Kentsel Mekânlarda Kapalılık Elemanı Olarak Binalar

Şekil 9. Kentsel Mekânlarda Kapalılık Elemanı Olarak Bina Duvarları


504

Şekil 10. Kentsel Mekânlarda Kapalılık Elemanı Olarak Köprüler ve

Geçitler

Kent mekânındaki kapalılığın elemanları; mekânı sınırlama özelliği-ne sahip her türlü doğal ve yapay elemanlar olabilirler. Bunlar, sahip oldukları özellikler ve mekânı sınırlamada üstlendikleri öneme göre birincil ve ikincil mekân elemanları olarak ayrılmaktadır. Birincil mekân elemanları, bazen bina duvarları, büyük ağaçlar olabildiği gibi, bazen de köprüler, geçitler veya yapı gurupları olabilir. İkincil mekân elemanları ise birincil elemanlara göre algısal açıdan daha tali elemanları ifade et-mektedir.

Çevre Blok Formu

Kapalılık açısından binaların genel olarak dizilişi, halka açık yollara ve alanlara bakan kısımları blok halinde olmalıdır. Binaların blok halin-de olması, orta ila yüksek yoğunlukta çeşitli bina kullanımlarına uyum sağlamanın en iyi yoludur. Çevre blok formunun kullanılması, kamusal ve özel alanların açıkça ayırt edildiğini, bölgelere dikkat çeken ve güven-liği artıran okunaklı şehir manzarası sunmaya yardımcı olacaktır.

Apartman blokları (Şekil 11) halka açık ortak açık alan ve bir park meydanı şeklinde bölünmüş olan, bir sokağa açılan yan yana gelerek bir avlu sistemi oluşturan apartman bloklarından oluşur. İç açık alana eri-şim, bu alanların güvenliğini ve yaşanabilirliğini sağlamak için kontrol altında tutulmaktadır. Bu seçenek en yüksek insan etkileşimi ve sosyal iletişim olanaklarına izin verir.


505

Şekil 11. Apartman Blokları

Teras / şerit formunda (Şekil 12) yapılar bir çizgi düzeninde yerleşti-rilmişlerdir. Bu formdaki yapılarda özel açık alanlar apartman blok dü-zenine göre daha küçük olur. Bu form yüksek kalitede ve sadece konut-larda yaşayan sakinleri tarafından kullanılan bir açık alan oluşturur. Bir iç şerit oluşturan şerit düzenlemelerinde, konutlar kamuya açık bir eri-şime sahiptir ve bu formda mekânın yarı açıklığı vurgulanarak yaşanabi-lirliği korumak için tasarlanmıştır. Bu düzenleme orta yoğunluklu bir konut tipi düzenlemesidir ve geçiş bölgelerinde daha yüksek ve daha düşük yoğunluklu konut alanları arasındaki köprü olarak kullanılabilir.

Şekil 12. Teraslar ve Şerit Formunda Düzenlemeler

Teras / avlu formunda yapılar (Şekil 13) blok içinde konumlandı-rılmış olup konut iç avluları ile çevresinde ki teraslardan oluşan yaşam alanlarıdır. Bu form kamuya açık erişimine izin vermez ve böylece iç


506

avlular içinde kontrollü bir sosyal ilişki düzeyi ortaya konulmasını des-tekler. Bu düzenleme orta yoğunluklu bir konut tipi düzenlemesidir.

Şekil 13. Teras ve Avlu Formundaki Düzenlemeler

Teraslar (Şekil 14), sokağa bakan teraslardan oluşan bir çevre bloğu-dur. Bu blok içindeki özel açık alanların miktarı en üst düzeydedir. Blok-ta kamuya açık erişim yoktur, böylece arazilerin arka bahçeleri içinde yüksek derecede mahremiyet sağlanır. Bu seçenek, şehir merkezindeki daha düşük yoğunluklu alanlarda daha uygun olabilir.

Şekil 14. Teras Formundaki Düzenlemeler

Tipolojiler

Tipolojiler çevre blok, avlılar, kentsel villalar veya teraslar dahil ol-mak üzere çeşitli formlara sahiptir. Bazı özel durumlarda, dışa doğru çevreleyen çevre bloğuna alternatif bir form tipi olarak içe dönük avlu tipi de olabilir.


507

Şekil 15. Tipik Çevre Blok Tipolojisi

Tipik Çevre Blok (Şekil 15) sürekli kenar aktivasyonu ve yüksek yo-ğunluklu bir gelişime sahiptir. Arsa bazlı bir yapı içerisinde, yüksek kali-teli iç özel açık alan içerisinde çeşitli ev tiplerinden oluşur.

Şekil 16. Avlu Tipolojisi

Avlu (Şekil 16) tipolojisinde emniyet ve güvenlik nedeniyle tek bir giriş üzerindeki kontrol sağlanır. Özellikle hassas bir eğitim veya bakım tesisi için avlu tipolojisi yerleşim alanları oldukça uygundur. Bu tipoloji ile cadde ile direk bağlantı kurulmamasına bağlı olarak bir mahremiyet oluşturulurken kullanıcılar açısından sosyalleşme olanaklarını ortaya koyar.


508

Şekil 17. Kentsel Villa Tipolojisi

Kentsel Villa tipolojisinde (Şekil 17) aileler ve yaşlı insanlar için mahremiyet ve barınma seçenekleri sunulur. Kentsel villa, evler ve teras arasında bir köprü tipidir. Genellikle dairelerden daha büyüktür. Ancak teras tipolojisinde olduğu gibi sokağa tek tek ön kapıları yoktur.

Şekil 18. Teras Tipolojisi

Teras tipolojisinde (Şekil 18) kapalı ve aktif bir çevre sunulur. Ancak sokak manzarasında perspektif açısından kaçış noktasına doğru bir sü-reklilik duygusu yaratacak şekilde bina hattının tekil ölçeğini ve özellik-lerinin algılanmasını azaltır. Her haneye sokaktan kendi ön kapılarına erişim sağlanır ve açık alan miktarı en üst düzeye çıkar.

TARTIŞMA

Kentlerde kapalılık ve süreklilik oluşumu ve bu olguların işleyiş me-kanizmalarını anlayabilmek için öncelikle kentsel / kamusal mekân kav-ramlarının ne olduğunun bilinmesi, değerlendirme parametreleri ve öl-çütlerinin ortaya konulması gerekmektedir. O halde kamusal alanlar, tüm kentlilerin kullanımına sunulan, tüm kentlilerin erişebildiği ve ortak bir sosyal hayat çerçevesinde bir kente kimlik kazandıran ve yaşatan en


509

önemli kentsel mekânlardır. Bir kentin tarihi, sosyal, toplumsal, ekono-mik, kültürel ve mekânsal çeşitliliği kentin sahip olduğu kamusal alanla-rın çeşitliliğine bağlıdır. İnsan ve yaşadığı kent arasındaki ilişki, kentteki kamusal alanların mimari ve fiziksel özellikleri olan kapalılık ve sürekli-lik özelliklerinin sonucunda sosyal, kültürel hayatı ve kolektif etkinlikleri desteklemelidir. Kamusal alanları toplumu yönlendiren bir unsur olarak ele alırsak, bu yönlendirme ve etkileşimi kent, kentsel bellek, kamusal alan, fiziksel çevre ile sosyal ve psikolojik çevre etkileşimi gibi kavramlar bağlamında analiz etmek gerekmektedir.


Kentlerde kapalılık ve süreklilik oluşumu incelenerek bu olguların sürdürülebilir kentsel tasarımdaki önemleri analiz edildiğinde bu olgula-rı bir sistem içerisinde değerlendirebilmek için öncelikle kent - insan ara-sındaki ilişkiyi ortaya koyan insani ihtiyaç ve gereksinmelerinin neler olduğunun tespit edilmesi gerekmektedir. Bu amaçla kullanıcılar tara-fından kent mekânının nasıl algılandığı ve kullanıcıların davranış mode-linde ne gibi etkilere neden olduğu ortaya konulmadıkça insan - doğa etkileşiminin en yoğun yaşandığı kentsel alanlarda sürdürülebilir tasa-rım faaliyetlerinden söz edilmesi mümkün değildir.

KAYNAKÇA

Ashihara, Y. (1981). Exterior design in architecture. Van Nostrand Reinhold Company.

Commission of the European Communities, (1998). Future Noise Pol-icy, European Commission Green Paper, 540 Final, Belgium.

Curran, R. J. (1983). Architecture and the urban experience (No. 711.1: 72). Van Nostrand Reinhold Company,.

Dietz, T., Rosa, E. A., & York, R. (2007). Driving the human ecological footprint. Frontiers in Ecology and the Environment, 5(1), 13-18.

Erdönmez, E., Çelik, F. (2017). Kentsel mekânda kamusal alan ilişkileri. Kültür Envanteri, 14(14).


510

European Environment Agency, (1995). Europe’s Environment: The Dobris Assessment – London: Earthscan.

Greater London Council, (1986). Evelyn Dennington, Baroness Den-ington on GLC. London Broad-casting Company / Independernt Radio News, Mart 27.

İnceoğlu, M., & Aytuğ, A. (2009). Kentsel Mekânda Kalite Kavramı. Megaron, 4(3).

Lynch, K. (1995). City sense and city design: writings and projects of Kevin Lynch. MIT press.

Maki, F. (1964). Investigations in collective form. The School of Ar-chitecture.

Trancik, R. (1986). Finding lost space: theories of urban design. John Wiley & Sons.

Spreiregen, P., D., (1965). Urban design: The architecture of towns and cities. McGraw-Hill.

Von Meiss, P. (2013). Elements of architecture: from form to place. Routledge.

MİNERAL RADON FİLTRELERİ SOĞURUM KAPASİTELERİ

Prof. Dr. Ahmet Erdal OSMANLIOĞLU İstanbul Üniversitesi – Cerrahpaşa, Mühendislik Fakültesi, İstanbul / Türkiye

Öz: Radon (Rn-222), kaya, toprak ve sudaki doğal uranyumun rad-yoaktif bozunum sonucunda oluşur. Bu bozunum zinciri bütün doğal malzemelerde farklı düzeylerde bulunur ve ortama salınır. Solunduğun-da akciğerlerde kısmen bir değişime uğrar ve akciğerde radyoaktif kalın-tılar bırakır. Bugüne kadar olan bilimsel çalışmalar bu kalıntıların kanser oluşumunda ilk sırada risk taşıdığını göstermektedir. Bu nedenle, birçok ülkede düzenli radon ölçümü ve radon giderilmesine yönelik çalışmalar yapılmaktadır. Radon, uranyumun bozunum zincirindeki radyum (Ra-226) kaynaklı bir gaz olup 86 atom numarası ile periyodik cetvelin soy gazlar sınıfında yer alan renksiz ve kokusuz bir radyoaktif gazdır. Radon oluşumu ile kısa yarı ömürlü bozunum ürünlerinin birikmesiyle hava ve suda radyoaktivite düzeyi artmaktadır. Radon suda çözünebilme özelli-ğine sahip olduğundan yer altı sularındaki radon derişimi daha yüksek-tir. Uranyum, toryum, potasyum ve linyit madenleri başta olmak üzere taş ocakları, tünel vb. kazı alanlarından radon içeren atık su çıkışı olmak-tadır. Ayrıca yeraltı madenlerinde ve tünellerde kazı sırasında ortamdaki havaya radon karışmaktadır. Yeraltında oluşan bu radyoaktif gazın ha-valandırma sistemlerinde tutularak temizlenmesi gereklidir. Bu projede bu tür atık sularda ve havadaki radon oranını düşürmek üzere mineral esaslı radon filtresi yapılması amaçlanmaktadır. Proje kapsamında yapı-lacak olan filtre ile hava ve sudaki radonun tutulması hedeflenmektedir. Proje hedefine ulaşması durumunda, başta radonun yoğun olarak çıktığı uranyum, linyit, potasyum ve toryum maden ocakları başta olmak üzere radon derişimi yüksek olan tüm kazı çalışmalarından kaynaklanan atık suları ve ortam havası filtre yardımıyla temizlenebilecektir. Proje kapsa-

Prof. Dr. Ahmet Erdal OSMANLIOĞLU

512

mındaki ana başlıklar; radon çıkışı olan örneklerde ölçümler, mineral filtre malzemelerinin hazırlanması, su ve gazların filtreden geçişi için deney düzeneğinin hazırlanması, laboratuvar ortamında hazırlanan filt-relerden radon içeren su/gaz örneklerinin geçirilerek ölçümlerin alınma-sı ve değerlendirilmesidir.


Doğal uranyum cevheri üç izotoptan oluşur; Uranyum-234, Uran-yum-235 ve Uranyum-238. U-238, diğer bozunum ürünlerinin yanında doğada Radyum-226 ve Radon-222 izotoplarını da beraberine bulundu-rur. Doğal uranyum cevheri ile ilişkili radyolojik olarak en önemli radyo-izotoplar; Radyum-226 ve buna bağlı kısa yarılanma süreli bozunum ürünleridir. Rn-222, gaz formunda ve 3.8 gün yarılanma süreli olan rad-yumun birincil bozunum ürünüdür. Bir izotopun yarı ömrü, çok sayıda atomun yarısının bir sonraki bozunum ürününe dönüşmesi için gereken süredir. Rn-222 atomunun ortalama yarılanma süresi 3.8 gündür; Bu sü-re, katı bir atoma bozulmadan önce kristal yapı içinde bir gaz olarak bu-lunduğu ortalama bozunum süresidir. Projede sahadan temin edilen uranyum cevheri mostrasının yüzey suları içerisinde doğal uranyum minerali bileşikleri bulunduğundan deneylerde radon kaynağı olarak kullanılmıştır. Bu projede Rn-222 gazını kapalı kapta biriktirerek deney-lerde kullanılması esas alınmıştır. Ayrıca radon çıkışına neden olan nu-munenin geometrisi de çok önemlidir, çünkü bozunumla ortaya çıkan radon miktarı yüzey alanıyla orantılı olacaktır. Küresel bir şekildeki par-ça, aynı malzemenin ince bir tabakasından çok daha az radon salınımı sağlayacaktır. Radon kaynağı olarak uranyum cevheri mostrasından elde edilen yüzey suyunun kullanılması içerisinde uranyum mineral parça-cıkları bulunduğundan radon gazı çıkışına çok daha elverişlidir.


513

Şekil 1. Doğal uranyum bozunum zinciri ve yarılanma süreleri

Literatürde yeraltı maden işletmelerinde, yeraltı kazı ve tünel çalış-malarında havadaki ve yeraltı suyundaki radon miktarı düzenli olarak kontrol edilmesi gereken ve sağlığı tehdit edebilecek düzeylere gelmesi durumunda da önlem alınması gereken bir konu olarak öne çıkmaktadır. Radon gazının madencilikte ve yeraltı kazı çalışmalarında önemli bir sağlık etkisi oluşturduğuna dair araştırıcıların yürütmüş olduğu çeşitli çalışmalar bulunmaktadır. Demir madenlerinden kaynaklanan radon gazının etkileri Radford ve Renard (1984) tarafından incelenmiştir. Ma-denlerden kaynaklana atık sulardaki radyoizotoplar araştırılmıştır. (Chau, Niewodniczanski, Dorda, Ochonski, Chrusciel, Tomza, 1997). Ülkemizde ise bu amaçla yapılan çalışmalar oldukça sınırlı olup genelli-kle yeraltı kömür ocaklarındaki radon oranlarının değerlendirilmesi ile ilgili yapılmıştır. Yeraltı maden ocaklarında radon gazı yayılımı incele-nerek dağılım parametreleri araştırılmıştır (Fişne, Ökten, Çelebi, 2004). Aynı araştırıcılar Zonguldak kömür havzasında radon risk değer-lendirmesi kapsamında araştırmalar gerçekleştirmiştir (Çelebi, Fişne,


514

Ökten, 2003). Yapılan çalışmalarda kömür madenlerinde radon kon-santrasyonları belirlenmiştir (Fişne, Ökten, Çelebi, 2005).

YÖNTEM

Projenin konusu radyoaktif bir gaz olan radon gazını tutabilecek bir mineral esaslı filtre geliştirilmesidir. Bu kapsamda öncelikle radon gazı üreten örneklerinde radon gazı çıkışı projede alınacak olan radon ölçüm cihazı ile belirlenerek ölçülecektir. Gaz ve suların temizlenmesinde sık-lıkla kullanılan ve başlıca endüstriyel hammaddeler olan zeolit ve diya-tomit gibi mineralleri kullanarak bağlayıcı bir katkı ile farklı içerikte mi-neral filtre örnekleri hazırlanacaktır. İçeriğinde radon gazı bulunan su örneklerdeki hazırlanacak olan deney düzeneği içerisindeki filtrelerden geçirilerek sudaki radonun hazırlanan filtrelerden geçiş ölçümleri yapı-lacaktır (Şekil 1).

Havadaki radon gazının ölçülerek hazırlanan filtre malzemelerinin etkisini ölçmek için ise doğrudan havadaki radon içeriğinin filtreden geçişi sonrasında tekrar ölçülerek farklı içerikteki mineral filtrelerin ra-don tutma düzeyleri belirlenecektir (Şekil 2).

Böylece projede hedeflenen amaca ulaşılması durumunda, radonun yoğun olarak çıktığı uranyum, linyit, potasyum ve toryum maden saha-ları başta olmak üzere havada radon miktarı yüksek olan tüm kazı çalış-malarından kaynaklanan atık su ve havanın benzer filtreler yardımıyla ne düzeyde temizlenebileceği gösterilmiş olacaktır.

Radon Ölçümleri

Rn-222 kaynağı olarak, uranyum yatağı mostra yüzeylerinden temin edilen uranyum parçacıkları içeren yüzey sularından alınan su örneği özel bir kap içerisine konulmuş ve kapatılarak sızdırmaz hale getirilmiş-tir. Kabın dış bağlantıları, dışardan hava girişine izin veren ancak kap içerisinden gaz çıkışını engelleyen hava vanası kullanılarak oluşan radon gazının dışarıya çıkışı engellenmiştir (Şekil 2). Uranyum sahası yüzey sularından temin edilen sulu çözeltideki Ra-226 nın bozunum ürünleri olan Rn-222, Pb-214, Bi-214 arasında dengeye ulaşabilmesi için en az yedi radon yarılanma süresi kadar sızdırmaz kap içerisinde bekletilmesi ge-


515

rekmektedir. Radonun yarılanma süresi 3.8 gün olduğundan radon gazı-nın denge durumuna tam olarak ulaşması için kap içerisindeki sulu çö-zelti radonun oluşması için 25 gün kapalı durumda bekletilmiştir.

Doğal kayalardaki radyoaktif denge esas alındığında Ra-226’nın ak-tivitesi de buna bağlı olarak gelişecektir. Radium-226, Radon-222 gazının ana ebeveynidir ve bozunumu süresince Radon 222 üretir. Projenin baş-langıç deneylerinde öncelikle radon gazının kapalı kap içerisinde uran-yum bileşiklerinin yayılması ölçümlerle takip edilerek radon gazının kap içerisinde dengeye ulaşması beklenmiştir. Radonun kap içerisindeki de-rişimi, önceki araştırma verilerine uygun olarak belirli bir birikim süresi-ne kadar bir artış izlemiş ve sonrasında gaz çıkışındaki bu artış, diğer radyoaktif bozulma ürünleri nedeniyle kararlı bir dengeye ulaşmıştır.

Şekil 2. Radon 222 Gaz Biriktirme Haznesi ve Bağlantıları

Ra-226’nın bozunumu ile açığa çıkan Radon-222 atom sayısının teo-rik oranı, yayılma oranı olarak bilinir. Basit bir ölçeklendirme hesapla-ması, Uranyum minerali olan 1 kg lık bir saf uraninit örneğinden Radon-222 çıkışı saatte yaklaşık 9.2 Bq/litre veya günde 24 x 9.2 = 220 Bq aktivi-teye sahip olacağını göstermektedir. Radonun birikmesi için bekletilen kapalı kap içerisinde ölçülen radonun aktivitesi, aşağıdaki denklem kul-


516

lanılarak hesaplanan değerlerle karşılaştırılmış ve yaklaşık benzer değer-ler elde edildiğinden ölçülen değerlerin doğruluğu teorik hesaplamalarla da teyit edilmiştir.

( )56.967 10

1 Ts

cCEV e eλτ λ

−

− −

×=

−

Burada; c : Radonun T süresince sayım değeri

E : Cihazın verimi (%) sV : Kapın hacmı (m3)

T : Sayım süresi (saniye) τ : Bozunum süresi (saniye) λ : Bozunum sabiti

Filtre Örneklerinin Hazırlanması

Projede mineral filtre deneyleri için katkı oranları birbirinden farklı olmak üzere dört örnek (Bentonit, Kaolen, Zeolit, Diyatomit) grubu ha-zırlanmıştır. Hazırlanan bu filtre örneklerinin yanı sıra katkısız olarak sadece bağlayıcıdan oluşan referans örnek grubu da hazırlanmıştır. Her bir örneğin içeriğinde farklı oranlarda doğal mineral soğurucu katkı bu-lunmaktadır. Araştırmada kullanılmak üzere hazırlanmış olan örnek gruplarının sayıları ve içerikleri Tablo 1 de verilmektedir.


517

Tablo 1. Filtre Örnek Grup İçerikleri ve Sayıları

Katkı Mi-nerali

Katkı Oranı 0%w

Katkı Oranı 10%w

Katkı Oranı 20%w

Katkı Oranı 30%w

Toplam Örnek

Bentonit 3 3 3 9

Kaolen 3 3 3 9

Zeolit 3 3 3 9

Diyatomit 3 3 3 9

Referans 4

Toplam 4 12 12 12 40

Örnekler deney sistemine uygun olarak 10 mm kalınlığında ve 45 mm çapında sulu döküm olarak plastik kalıplarda hazırlanmış ve ekle-nen bağlayıcı ile maksimum sertleşme oranını sağlanması için 21 gün kür havuzunda sertleşmeleri için bekletilmiştir. Kullanılan plastik örnek ka-lıpları ile deneyler için hazırlanan örnekleri Şekil 3’ de gösterilmektedir.

Şekil 3. Filtre Örnekleri

Deney Sistemi

Projeden satın alımı gerçekleştirilen radon ölçüm cihazı (Rad7) kuru-larak daha önceden hazırlanmış olan radon biriktirme hücresine bağ-lanmıştır. Cihazla birlikte kullanılacak olan yazıcı, bluetooth adaptörü ve CAPTURE isimli yazılım kurularak kullanıma hazır hale getirilmiştir


518

(Şekil 4). Radon gaz haznesinden radon gazının dışarıya kaçmasına izin verilmemiş ve deney sistemi bağlantıları buna göre düzenlenmiştir. Kul-lanılan tek yönlü gaz valfleri sayesinde deney sistemine proje kapsamın-da satın alınmış olan radon ölçüm cihazı (RAD7) bağlandıktan sonra kap içerisinde vakum oluşmasının önüne geçilmiş ve düzenli gaz akışına olanak verilmiştir. Ayrıca bu yöntem ile kapta biriken radonun hazırlık aşamasında dışarıya kaçışına izin verilmemiş ve doğrudan radon ölçüm cihazına girişini sağlamak üzere gaz hortum bağlantıları yapılmıştır. Pro-jede radon kaynağı olarak kullanılan örneğin sulu fazda olması nedeniy-le, cihazın ölçüm sisteminin nemden etkilenmemesi için gaz kurutma kolonu deney sistemine ara kademe olarak eklenmiştir. Ayrıca radon gazının geri beslemesini önlemek üzere tek yönlü valfler kullanılmıştır.

Şekil 4. Radon 222 Yazıcı, Gaz Kurutma Kolonu CAPTURE Yazılımı

Radon Ölçümleri

Deney sistemi radon ölçüm cihazına bağlanmış ve CAPTURE yazılı ile sonuçlar bilgisayara aktarılmaya başlanmıştır. Başlangıçta “sniff” aya-rında filtresiz olarak doğrudan radon gazı deneme ölçümleri alınmış ve filtresiz radon gazı aktivite değerleri belirlenmiştir. Başlangıç değerler belirlendikten sonra projede planlanan deney programına uygun olarak referans örneklerden başlamak üzere her bir filtre örnek grubundaki filt-relerin performans ölçümlerine geçilmiştir. Ölçümler sırasında radon gazı ölçüm süreleri olarak cihazın kataloğunda tavsiye edilen standart


519

süreler esas alınmakla birlikte radon gazının kap içerisinde birikmesine olanak verebilmek için radon bozunum süreleri de dikkate alınarak belir-lenen zaman aralıklarında gerçekleştirilmiştir. Radon birikme süresine bağlı olmakla birlikte ölçümler eşit zaman aralıklarında ve kesintisiz sü-recek şekilde planlanarak uygulanmıştır (Şekil 5).

Şekil 5. Radon Ölçüm Deney Sistemi

BULGULAR

Deneyde kullanılan kapalı kaptaki katı ve gaz fazlarında t (s) zamanı başına toplam radon miktarındaki C (Bq/m3) değişimi ölçüm sonuçları ile aşağıdaki eşitlik kullanılarak sonuçlar karşılaştırılarak kaydedilmiştir (Şekil 6).

dC E Cdt V

λ= −

burada;

E : Örnekten yayılan radon miktarı (Bq/saniye)

V : Kap hacmi (m3)

λ : Bozunum sabiti (saniye -1)


520

Deney kabı içerisinde biriken radonun t süresi sonundaki miktarı öl-çülerek başlangıç radon miktarı,C0 (Bq/m3) aşağıdaki eşitlikle hesaplan-mış ve belirlenen değerler kaydedilmiştir (Şekil 7).

( ) 0(1 )t

t

EC t C eC e

λλλ

−−= +

−

Şekil 6. Radon Miktarı

Şekil 7. Radon Birikme Hızları


521

Radon biriktirme işlemleri ve radon ölçüm deneyleri başarı ile ger-çekleştirildikten ve değerleri kaydedildikten sonra referans ölçümlere geçilerek sadece bağlayıcı ile hazırlanmış olan filtreler kullanılarak ilk başlangıç deneyleri başarı ile gerçekleştirilmiştir. Sadece bağlayıcı kulla-nılarak hazırlanmış olan referans örneklerin radon gazını %63 - 72 ara-sında tutabildiği ilk deneylerde elde edilen sonuçlardır.

Şekil 8. Radon Soğurum Değişimleri

TARTIŞMA

Radon, literatürlerde ağırlıklı olarak yeraltı maden işletmelerinde ça-lışıldığı görülmektedir. Oysa radon sadece yeraltı maden ocaklarında veya kazı alanlarında görülmemekte aynı zamanda yeryüzüne çıkan yeraltı sularında da yüksek radon içeriği görülebilmektedir. Bu nedenle bu tür derin kuyulardan çıkarılan suların insan ve çevresine zarar ver-memesi için düzenli olarak radon ölçümlerinin yapılması ve gerektiğin-de bu projede sonucunda önerilecek bir filtrasyonun uygulanması ge-rekmektedir. İstanbul Üniversitesi - Cerrahpaşa, Bilimsel Araştırma Pro-jeleri Koordinasyon Birimi tarafından desteklenen (Proje numarası FBA-2018-27741) bu araştırmanın projede hedeflenen amaca ulaşılması duru-munda, radonun yoğun olarak çıktığı uranyum, linyit, potasyum ve tor-


522

yum maden sahaları başta olmak üzere radon miktarı yüksek olan tüm kazı çalışmalarından kaynaklanan atık su ve havanın benzer filtreler yardımıyla ne düzeyde temizlenebileceği gösterilmiş olacaktır.


Radon birikimi ve radondan sonra ölçüm testleri başarıyla yapıldı ve değerleri kaydedildi. Referans numunelerin radon gazı% 63 - 72 arasında tutabildiği ön deneylerde elde edilen sonuçlar. Hazırlanan filtrelerdeki her bir mineralin etkileri, radon gazını tutmak için soğurum özelliğine sahiptir. Sonuçlar, matris malzemesine kil minerallerinin eklenmesinin, radon soğurum miktarının arttırdığını göstermektedir. Test malzemele-rinin karşılaştırılması durumunda, en iyi soğurum performansı% 30 di-yatomit filtre örneği için kaydedilmiştir.

KAYNAKÇA

Çelebi, N., Fişne, A., Ökten, G. (2003). Risk assessment of radon ex-posures in Zonguldak bituminous coal basin, Turkey, 2003, International Conference on Isotopic and Nuclear Analytical Techniques for Health and Environment, No. 135, Vienna, Austria.

Edward, P., Radford, M.D., Renard, C. (1984). Lung Cancer in Swedish Iron Miners Exposed to Low Doses of Radon Daughters N Engl J Med 310:1485-1494.

Fişne, A., Ökten, G., Çelebi, N. (2005). Radon Concentration Meas-urements in Bituminous Coal Mines, Radiation Protection Dosimetry, p. 1 -5.

Fişne, A., Öztürk, C.A., Ökten, G. (2004). Hazard Assessment of Coal Mine for Radon Concentration. Advances in Mineral Resources Man-agement and Environmental Geotechnology, 767 - 770.

Nguyen, C.,, Niewodniczański, J., Dorda, A., Ochoński, E., Chruscie, l., Tomza, I. (1997). Determination of radium isotopes in mine waters through alpha- and beta-activities measured by liquid scintillation spect-rometry. Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry. (222), 69–74.

https://link.springer.com/journal/10967

DONDURARAK KURUTMA, MİKRODALGA KURUTMA VE SICAK HAVADA KURUTMA İŞLEMLERİNİN MUZ DİLİMLERİNİN ANTİOKSİDAN AKTİVİTE VE BAZI FİZİKOKİMYASAL ÖZELLİK-

LER ÜZERİNE ETKİLERİNİN KIYASLANMASI

Sibel BÖLEK

Sağlık Bilimleri Üniversitesi, Sağlık Bilimleri Enstitüsü, İstanbul / Türkiye

Öz: Günümüzde sağlıksız atıştırmalıkların tüketimin hızla yaygın-laştığı bir dönemde, kurutulmuş gıdalar sağlıklı atıştırmalık olarak tüke-tilme potansiyeline sahiptir. Ancak kurutma işleminde gıdaların hem besleyici değerlerinin hem de fiziksel ve duyusal özelliklerinin iyi bir biçimde korunması, kurutulmuş gıdaların bir kısmı sağlık açısından sa-kıncalı olan katkı maddeleriyle zenginleştirilmiş sağlıksız atıştırmalıkla-rın yerine tüketiminin sağlanması açısından son derece önemlidir. Bu çalışmada muz dilimleri dondurarak kurutma, mikrodalga kurutma ve sıcak hava ile kurutuma yöntemleri kullanılarak %73,22 nem içeriğinden %12,11 nem içeriğine kurutulmuştur. Kurutulmuş muz dilimleri renk değerleri, rehidrasyon kapasiteleri, kül içerikleri, su aktiviteleri, antiok-sidan aktiviteleri ve duyusal özellikleri açısından kıyaslanarak meyvenin fiziksel, kimyasal ve duyusal özelliklerini en iyi şekilde koruyan kuruma yöntemi araştırılmıştır. Çalışmanın sonucunda kurutma yönteminin muz meyvesinin fiziksel, kimyasal ve duyusal özelliklerini istatistiksel olarak önemli ölçüde etkilediği saptanmıştır (p < 0,05). Dondurarak kurutma işleminin muzun kalite karakteristiklerini en iyi şekilde koruyan yöntem olduğu yapılan analizlerle ortaya konulmuştur. Diğer taraftan yeni bir teknik olan mikrodalga kurutma yönteminin de gıdanın fiziksel, kimya-sal ve duyusal özelliklerini korumada dondurarak kurutma işleminden sonra iyi bir yöntem olduğu sonucuna ulaşılmıştır. Nispeten düşük yatı-rım ve işletme maliyeti gerektiren sıcak havada kurutma işleminin gıda-ların kalite karakteristiklerinde istenmeyen değişikliklere yol açtığı belir-lenmiştir.

Sibel BÖLEK

524


Kurutma, insanın doğadan öğrendiği en eski gıda muhafaza yöntem-lerinden biridir. Gıdalardaki suyun azaltılması, hem mikroorganizmala-rın gelişimini önemli ölçüde sınırlamakta hem de suya bağımlı kimyasal reaksiyonların hızını düşürmektedir. Bunun yanında taşıma ve depola-ma kolaylığı gibi avantajları beraberinde getirmektedir. İlk çağlarda özel-likle güneşte kurutma yöntemi kullanılarak gıdaların uzun süre muhafa-za edilmesi mümkün olmuştur. Günümüzde halen bazı bölgelerde kul-lanılmakta olan güneşte kurutma işlemi üründe belirgin kalite kayıpları-na neden olmaktadır. Bu nedenle teknolojik gelişmelerle birlikte bu alanda birçok farklı kurutma yöntemi geliştirilmesi yoluna gidilmiştir. Bu yöntemler üründe kalite kayıplarını azaltılmasında son derece etkili olmuştur (Sonmete, Mengeş, Ertekin, Özcan, 2017). Gıdaların kurutul-masında dondurarak kurutma (Ceballos, Giraldo, Orrego, 2012; Meda ve Ratti, 2005; Marques, Ferreira, Freire, 2007), sıcak hava ile kurutma (Bö-lek ve Obuz, 2014; Gokhale ve Lele, 2014; Karabulut, Topcu, Duran, Turan, Ozturk, 2007), vakum kurutma (Arévalo-Pinedo ve Murr, 2007; Lee ve Kim, 2009; Swasdisevi, Devahastin, Sa-Adchom ve Soponronnarit, 2009), ozmotik kurutma (Azoubel ve Murr, 2004; Fernandes, Gallão ve Rodrigues, 2008; Kaymak-Ertekin ve Sultanoğlu, 2000), mikrodalga ku-rutma (Sunjka, Rennie, Beaudry ve Raghavan, 2004; Wang, Fang, Hu, 2009; Wang ve Xi, 2005), ısı pompalı kurutma (Hawlader, Perera ve Tian, 2006; Hii, Law, Suzannah, 2012; Pal, Khan, Mohanty, 2008) gibi sistemle-rin kullanıldığı birçok çalışma mevcuttur. Liyofilizasyon olarak da bili-nen dondurarak kurutma işlemi ısıya hassas olan ve uçucu aroma mad-delerini içeren gıdalar için sıklıkla kullanılan ve gıdanın kalitesinin en iyi şekilde korunduğu kurutma yöntemlerinden birisidir. Gıdaların içerdiği suyun dondurulduktan sonra süblimleşme ile uzaklaştırılması esasına dayanan bu yöntemde sıcaklıktan kaynaklı fiziksel ve kimyasal olumsuz-luklar ile vitamin değeri gibi besin kayıplarının önemli ölçüde engellen-mesi söz konusudur. Ancak kuruluş ve işletme maliyetlerinin çok yük-sek olması sistemin dezavantajlarıdır (Cemeroğlu, 2010). Sıcak havada kurutma işlemi kuruluş ve işletme masraflarının nispeten düşük olan bir sistem olmasına rağmen uygulanan sıcaklık ve hava akımı nedeniyle son

DONDURARAK KURUTMA, MİKRODALGA KURUTMA VE SICAK HAVADA KU-RUTMA İŞLEMLERİNİN MUZ DİLİMLERİNİN ANTİOKSİDAN AKTİVİTE VE BAZI

FİZİKOKİMYASAL ÖZELLİKLER ÜZERİNE ETKİLERİNİN KIYASLANMASI

525

üründe önemli ölçüde besin ve kalite kayıplarına yol açmaktadır. Bahsi edilen sistemlerin sahip olduğu dezavantajlar mikrodalga kurutma gibi yeni sistemlerin geliştirilmesine zemin hazırlamıştır.

Son yıllarda yoğun çalışma temposu ve hızlı yaşam tarzı öğün atla-ma ve bunun yerine atıştırmalıklarla beslenme kültürünü beraberinde getirmiştir. Bunun sonucunda bireylerin genellikle şeker ve yağ oranı yüksek, lif oranı düşük hamur işleriyle içeriğinde sağlık açısından sakın-caları bilinen katkı maddeleri içeren paketlenmiş gıdalara yönelmesi söz konusu olmuştur. Bu nedenle sağlıklı atıştırmalıkların yaygınlaştırılması bireylerin ve toplumların sağlıklı bir yaşam sürdürmesi adına son derece önemlidir. Bu bakış açısıyla sağlıklı atıştırmalık olarak kurutulmuş mey-veler ayrı bir öneme sahiptir. İçerdikleri yüksek diyet lif oranı, vitamin ve mineral maddeler ayrıca yüksek antioksidan aktiviteleri sebebiyle kurutulmuş meyveler sağlıklı atıştırmalık olarak değerlendirilebilirler.

Bu çalışmanın amacı yüksek antioksidan aktivitesi ile içerdiği vita-min ve mineral maddeler açısından insan sağlığında son derece faydalı olan muzu farklı yöntemlerle kurutarak, kalite kayıplarını en iyi şekilde koruyan kurutma yöntemini ortaya koymaktır.

YÖNTEM

Çalışmada Mersin’in Anamur ilçesinde yetişen Anamur muzu kulla-nılmıştır. Muzlara ait fiziksel özellikler Tablo 1’de verilmiştir. Analiz sonuçlarında homojenliğin sağlanması için aynı boyutta muz örnekleri seçilmiştir. Kabukları manuel olarak soyulan muzlar 4 mm kalınlığında dilimlenmiştir.

Sibel BÖLEK

526

Tablo 1. Muz Örneklerine Ait Fiziksel Özellikler

Fiziksel Özellik Soyulmuş Soyulmamış

Ortalama uzunluk (mm)

125,30 ± 0,7 122,40 ± 0,8

Ortalama kalınlık (mm)

34,40 ± 0,5 29,36 ± 0,6

Ortalama yükseklik (mm)

31,22 ± 0,6 26,44 ± 0,5

Ortalama meyve ağır-lığı (g)

99,18 ±0,9 75,12 ± 0,5

Sıcak havada kurutma işlemi için 295x600x520 mm boyutlarında 0-250 °C aralığında çalışan konvansiyonel fırın (Arçelik, MF35B) kullanıl-mıştır. Mikrodalga kurutma için 290x461x351 mm boyutlarında olan 5 farklı mikrodalga gücünde (90 W, 180 W, 360 W, 600 W, 800 W) çalışan programlanabilir ticari mikrodalga fırın (Siemens, HF12G540) kullanıl-mıştır. Dondurarak kurutma işlemi için Heto HD1 (Heto Lab Equipment) tipi dondurarak kurutucu kullanılmıştır. Muz dilimleri konvansiyonel fırında, 70 °C sıcaklıkta 4 saat kurutulmuştur. Mikrodalga fırında kurut-ma 360 W gücünde 25 dk boyunca kurutulmuştur. Mikrodalga fırında gerçekleştirilen kurutma işleminde yanmayı önlemek için 1 dk uygulama ve 2 dk bekletme şeklinde kesikli bir kurutma işlemi yapılmıştır. Dondu-rarak kurutma işlemi ise 36 saatte tamamlanmıştır.

Nem Tayini

AOAC (1990) ‘da anlatılan yönteme uygun olarak vakumlu etüv yardımıyla toplam kuru madde tayini yapılmıştır.

Renk Tayini

Renk tayini kurutulmuş ve kurutulmamış örneklerde gerçekleştiril-miştir. Renk Ölçer (Minolta, CR300, Japonya) yardımıyla örneklerin L*, a* ve b* değerleri belirlenmiştir. L*= 100 değeri aydınlık değerini L*= 0 değeri karanlığı ifade etmektedir. “+a*” değerleri kırmızılığı, “-a*” değer-



527

leri yeşil rengi belirtmektedir. “+b” değerleri sarılığı, “-b” değerleri ma-viliği belirtmektedir (McGuire, 1992).

Rehidrasyon Kapasitesi Tayini

Rehidrasyon kapasitesini belirlemek için muz dilimleri (10 gram) 150 ml saf su içerisinde oda sıcaklığında 24 saat bekletilmiştir. 24 saat sonun-da muz dilimleri bir elekten süzülerek rehidrasyon oranı, ıslak ürün ağır-lığı kuru ürün ağırlığına bölünerek bulunmuştur (Cemeroğlu, 2010).

Kül Tayini

Kül tayininde kullanılacak porselen krozeler Nüve MF 110 Furnace model kül fırınında 900 °C’ de 5 saat bekletilerek sabit tartıma getirilmiş-tir. Muz örneklerinden 2 gram alınarak sabit tartıma getirilmiş porselen krozelere konulmuştur. Yakma işlemi porselen krozelere konulmuş muz örneklerini 600 °C’ de 5 saat kül fırınında bekletilerek gerçekleştirilmiştir. Yakma işlemi öncesi ve sonrasında tartımlar arasındaki fark yardımıyla örneklerin kül miktarları belirlenmiştir.

Su aktivitesi Tayini

Su aktivitesi tayini Testo 400 marka su aktivitesi cihazı kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Muz dilimleri küçük parçalar haline getirildikten sonra 3 gram örnek, cihazın ölçüm haznesine yerleştirilerek dengeye gelinceye kadar bekletilmiştir.

Antioksidan Aktivite Tayini

Antioksidan aktivite tayini için farklı konsantrasyonlarda örnek ekst-raktları (10-40µg/ml) hazırlanmıştır. Hazırlanan ekstrakttan 0,1 ml alına-rak 2,9 ml 0,1 mM DPPH solüsyonuna ilave edilerek 30 dk boyunca ka-ranlıkta bekletilmiştir. Daha sonra 517 nm dalga boyunda UV-VIS spekt-rofotometre kullanılarak ölçüm yapılmıştır. Sonuçlar EC50 olarak açık-lanmıştır.

Duyusal Analiz

Farklı yöntemlerle kurutulmuş muzlardan duyusal olarak en çok be-ğenilen örneği belirlemek amacıyla 5 puanlı hedonik bir skala (5= Çok beğendim, 1=Hiç beğenmedim) kullanılmıştır. Kurutulmuş muz dilimle-

Sibel BÖLEK

528

ri rastgele 3 haneli kodlarla kodlanarak panelistlere sunulmuştur. Duyu-sal analiz için yaşları 22-33 arasında değişen 8 panelist (4 erkek 4 kadın) kullanılmıştır. Örnekleri tadarken ağızda oluşan kalıntıları gidermek amacıyla su kullanılmıştır.

İstatistiksel Analiz

Analizlerden elde edilen tüm sonuçlara SPSS (version 15 for win-dows, SPSS, Inc., Chicago, IL, USA) istatistiksel paket programı ile var-yans analizi uygulanmıştır. Tüm kurutma uygulamaları üç tekerrürlü yapılmış ve analizleri de 3 paralel olarak gerçekleştirilmiştir. İstatistiksel farklılıklar 0,05 düzeyinde DUNCAN testi ile belirlenmiştir.

BULGULAR

Nem tayini

Nem tayini gıda işleme ve gıda kontrolünde yaygın olarak kullanılan temel analizlerden biridir. Gıdanın nemi gıdanın dayanıklılığını önemli ölçüde etkilemektedir. Nem gıdadaki biyolojik ve kimyasal reaksiyonlar üzerinde önemli bir etkiye sahiptir. Mikroorganizmaların büyük bir ço-ğunluğu su oranı %15’ten yüksek olan gıdalarda faaliyet göstermektedir. Bu nedenle uzun raf ömrü beklenen kurutulmuş gıdalarda nem oranı %15’in altına düşürülmelidir. Uygulanan kurutma işlemi ile muz dilim-leri %73,22 nem seviyesinden %12,11 nem içeriğine kadar kurutulmuş-tur.

Renk Tayini

Bir gıdanın tüketici açısından kabul edilmesinde renk en önemli kali-te kriterlerinden biridir. Gıda hakkındaki ilk izlenim genellikle gıdanın sadece rengine bakılarak oluşabilmektedir. Bu nedenle ürünün renk özel-likleri ve işlem sırasında gıdanın renginde oluşan değişimlerin dikkatli bir şekilde ele alınması gerekmektedir. Kurutulmuş muz dilimlerin renk değerleri Tablo 2’de verilmiştir.



529

Tablo 2. Muz Dilimlerinin Renk Değerleri

Muz örnekleri L* a* b*

Kurutulmamış 66,25 ± 0,01a -1,86 ± 0,03d 16,43 ± 0,02a

Dondurarak kurutul-muş

58,16 ± 0,04b -1,62 ± 0,02c 14,25 ± 0,01b

Mikrodalga kurutul-muş

51,28 ± 0,02c -1,03 ± 0,02b 12,10 ± 0,03c

Sıcak havada kuru-tulmuş

43,88 ± 0,02d 0,86 ± 0,03a 11,02 ± 0,02d

a-d p < 0,05 Aynı sütundaki farklı harfler istatistiki açıdan farklıdır

Kurutma işlemi muz dilimlerinin L*,a* ve b* değerlerini önemli öl-çüde etkilemiştir (p < 0.05). Dondurarak kurutma işleminde hava ve yüksek sıcaklık kullanılmadığı için enzimatik ve enzimatik olmayan re-aksiyonlar sınırlandırılmaktadır. Bu nedenle muz dilimlerinin L* ve b* değerlerindeki azalma diğer yöntemlerin kullanıldığı kurutma işlemle-rinden daha düşük seviyede gerçekleşmiştir. En düşük L* ve b* değerleri sıcak hava kullanılarak kurutulmuş örneklerde gözlemlenmiştir. Bu so-nuçlar havuç dilimlerinin kurutulmasına sıcak hava, vakum kurutma ve dondurarak kurutma işlemlerini uygulayan Lin, Durance ve Scaman (1998) tarafından yapılan çalışma ile uyumludur.

Rehidrasyon Kapasitesi Tayini

Rehidrasyon kapasitesi kurutulmuş ürünlerin kalitesini belirlemede kullanılan en önemli parametrelerden biridir (Üstün, Tosun, Cemeroğlu, 1999). Kurutulmuş ürünlerin su alarak tekrar eski haline gelmesi kuruma sırasında ürünün zarar görmediğini göstermektedir. Kurutulmuş ürünle-rin rehidrasyon oranları Tablo 3’te verilmiştir.

Sibel BÖLEK

530

Tablo 3. Kurutulmuş Ürünlerin Rehidrasyon Oranları

Muz örnekleri Rehidrasyon oranları

Dondurarak kurutulmuş 4,26 ± 0,03a

Mikrodalga kurutulmuş 3,88 ± 0,02b

Sıcak havada kurutulmuş 3,26 ± 0,02c

a-c p < 0,05 Aynı sütundaki farklı harfler istatistiki açıdan farklıdır

Kurutma tekniği muz dilimlerinin rehidrasyon kapasitelerini önemli ölçüde etkilemiştir (p < 0,05). Rehidrasyon kapasitesi en yüksek olan örnekler gıdanın kurutma esnasında kalitesini en iyi koruyan yöntem-lerden biri olan dondurarak kurutulmuş örnekler olurken, sıcak havada kurutulmuş örneklerin rehidrasyon kapasitesi en düşük bulunuştur.

Kül tayini

Kül gıdanın içerdiği mineral madde miktarını göstermektedir. Muz dilimlerinin kül içerikleri Tablo 4’te verilmiştir. Kül değerleri üzerinde kurutma yöntemi istatistiksel olarak önemsiz bulunmuştur. Sıcak havada kurutulmuş örneklerde kül açısından en düşük değerlerin elde edilmesi kurutma ile bazı mineral maddelerin zarar görmüş olması ile açıklanabi-lir.

Tablo 4. Muz Dilimlerin Kül Değerleri

Muz örnekleri Kül içerikleri

Kurutulmamış 3,55 ± 0,02a


Mikrodalga kurutulmuş 3,52 ± 0,01a

Sıcak havada kurutulmuş 3,51 ± 0,01a

Su Aktivitesi Tayini

Su aktivitesi, gıdalardaki suyun buhar basıncının, aynı sıcaklık ve basınçtaki saf suyun buhar basıncına oranıdır. Su aktivitesinin 0,60’ın altına düşürülmesi gıdalardaki mikrobiyal ve kimyasal stabilitenin sağ-



531

lanması açısından son derece önemlidir. Kurutulmuş muz dilimlerinin su aktivitesi değerleri Tablo 5’te verilmiştir.

Tablo 5. Muz Dilimlerin Su Aktivite Değerleri

Muz örnekleri Su aktivitesi


Mikrodalga kurutulmuş 0,50 ± 0,01a


Kurutma işlemleri ile muz dilimlerinin su aktiviteleri 0,6 değerinin aşağısında düşürüldüğünden mikrobiyolojik ve kimyasal açıdan stabil ürün elde edilmiştir.

Antioksidan Aktivite Tayini

Dengeli bir beslenmede, diyetle alınan antioksidanlar önemli bir yere sahiptir. Antioksidanlar gıdaların yapısında doğal olarak bulunmakta-dır. Dengesiz beslenme, uygun olmayan gıda işleme koşulları gibi ne-denlerle serbest radikal oluşuma da artabilmektedir Meyve ve sebzelerde bulunan antioksidatif bileşikler oksidatif stresle bağlantılı hastalıklardan korunmada önemli bileşikler olarak önem kazanmaktadır (Davies, 2000; Hasler, 2000). Bu nedenle, vücuda alınan gıdaların antioksidan düzeyle-rinin belirlenmesi ve gıda işeme yöntemlerinin gıdaların antioksidan aktivite değerlerinin değişiminin belirlenmesi üzerine büyük bir ilgi oluşmuştur. Bu çalışmada farklı yöntemlerle kurutulmuş muz dilimleri-nin antioksidan aktivite değerleri Tablo 6’da verilmiştir. Kurutma yön-temi muz dilimlerinin antioksidan aktivite değerlerini istatistiksel olarak önemli düzeyde etkilemiştir (p < 0,05).

Sibel BÖLEK

532

Tablo 6. Muz Dilimlerinin Antioksidan Aktivite Değerleri

Muz örnekleri EC50

(mg örnek/ mg DPPH)

Kurutulmamış 3,33 ± 0,02b

Dondurarak kurutulmuş 3,34 ± 0,02d

Mikrodalga kurutulmuş 3,37± 0,03c


a-d p < 0,05 Aynı sütundaki farklı harfler istatistiki açıdan farklıdır

Tablo 6’daki değerler incelendiğinde en yüksek antioksidan aktivite değerinin sıcak havada kurutulmuş örneklerde olduğu gözlemlenmek-tedir. Bu sonuç sıcaklığın yükselmesi ile gerçekleşen Maillard reaksiyon ürünlerinin yüksek antioksidan aktivitesi ile açıklanabilir. (Dutra, Olivei-ra, Franca, Ferraz, Afonso, 2001).

Kurutulmuş Muz Dilimlerinin Duyusal Özellikleri

Duyusal analiz bir gıdanın tüketici tarafından kabul edilip edilmeye-ceğini öngörmede kullanılan son derece önemli bir analizdir. Gıdanın besleyici değeri, fonksiyonel özellikleri ne kadar iyi olursa olsun duyusal nitelikleri tüketici tarafından arzu edilen özellikte değilse o gıdanın tüke-timi sınırlı kalmaktadır. Bu nedenle yeni geliştirilen bir üründe ya da var olan bir ürünün özelliklerini değiştiren işlem sonucunda tüketici beğeni-sini saptamak son derece önemlidir. Muz dilimlerinin duyusal analiz sonuçları Tablo 7’de verilmiştir.

Muz örnekleri Görünüş Doku Lezzet Genel İzlenim

Dondurarak kurutulmuş 4,95 ± 0,01a 4,93 ± 0,01a 4,90 ± 0,06a 4,92 ± 0,02a

Mikrodalga kurutulmuş 4,22 ± 0,02b 3,98 ± 0,03b 4,15 ± 0,05b 4,46 ± 0,02b

Sıcak havada kurutulmuş 3,18 ± 0,02c 3,15 ± 0,02c 3,66 ± 0,07c 4,02 ± 0,02c

a-c p < 0,05 Aynı sütundaki farklı harfler istatistiki açıdan farklıdır



533

Tablo 7’deki değerler incelendiğinde kurutma yönteminin muz di-limlerinin duyusal özelliklerini önemli ölçüde etkilediği gözlemlenmek-tedir (p < 0,05). Dondurarak kurutulmuş muz dilimleri görünüş, doku, lezzet ve genel izlenim açısından en yüksek puanı alan örnekler olmuş-tur (p < 0,05). Mikrodalga kurutma işlemi ile kurutulmuş muz dilimleri ise duyusal panel tarafından görünüş, doku, lezzet ve genel izlenim açı-sından sıcak havada kurutulmuş muz dilimlerine göre daha yüksek puan almışlardır. Gıdanın fiziksel ve kimyasal özelliklerini en iyi şekilde koruyan yöntemlerden biri olan dondurarak kurutma işleminin gıdanın duyusal özelliklerini de diğer yöntemlerden daha iyi koruduğu ortaya çıkarılmıştır. Bu sonuçlar muzların sıcak hava, mikrodalga ve vakum kurutucu ile kurutulduğu çalışmada elde edilen duyusal analiz sonuçları ile uyumludur (Mui, Durance, Scaman, 2002).

TARTIŞMA

Günümüzde sağlıksız atıştırmalıkların tüketimin hızla yaygınlaştığı bir dönemde kurutulmuş gıdalar sağlıklı atıştırmalık olarak tüketilme potansiyeline sahiptir. Ancak kurutma işleminde gıdaların hem besleyici değerleri hem de fiziksel ve duyusal özelliklerinin iyi bir biçimde ko-runması kurutulmuş gıdaların bir kısmı sağlık açısından sakıncalı olan katkı maddeleriyle zenginleştirilmiş sağlıksız atıştırmalıkların yerine tüketiminin sağlanması açısından son derece önemlidir. Bu çalışmada uygulanan kurutma işlemlerinden dondurarak kurutma işleminin gıda-nın fiziksel, kimyasal ve duyusal özelliklerini iyi biçimde koruduğu sap-tanmıştır. Nispeten yüksek yatırım ve işletme maliyeti gerektiren dondu-rarak kurutma işleminin kurutulmuş gıdaların arzu edilen nitelikte elde edilmesinde uygun bir yöntem olduğu ortaya çıkarılmıştır. Diğer taraf-tan yeni bir teknik olan mikrodalga kurutma yönteminin de gıdanın fi-ziksel, kimyasal ve duyusal özelliklerini korumada dondurarak kurutma işleminden sonra iyi bir yöntem olduğu sonucuna ulaşılmıştır. Ayrıca düşük yatırım ve işletme maliyeti gerektiren sıcak havada kurutma işle-minin gıdaların fiziksel, kimyasal ve duyusal özelliklerinde istenmeyen değişikliklere yol açtığı belirlenmiştir.

Sibel BÖLEK

534


Bu çalışmada zengin vitamin ve mineral madde içeriğinin yanında yüksek antioksidan aktiviteye sahip olan muz meyvesi farklı yöntemlerle kurutularak meyvenin fiziksel, kimyasal ve duyusal özelliklerini en iyi şekilde koruyan yöntem araştırılmıştır. Dondurarak kurutma işleminin muzun fiziksel, kimyasal ve duyusal özelliklerini en iyi şekilde koruyan yöntem olduğu yapılan analizlerle ortaya konulmuştur. Dondurarak kurutma işleminin yatırım ve işletme masraflarının yüksek olması nede-niyle bu alanda daha tasarruflu cihazların tasarlanması yönünde çalış-maların yapılması gerekmektedir. Diğer taraftan mikrodalga kurutma işleminin sıcak havada kurutma yöntemine göre daha yüksek kalitede ürün elde edilmesine olanak sağladığı ortaya konulmuştur. Kurutma ile muzdaki mevcut su mikrobiyal olarak güvenilir bir seviyeye indirilmiş-tir. Diğer taraftan besin ögeleri açısından yoğunlaştırılmış bir özellik ka-zandırılmıştır. Kurutulmuş gıdalar sağlıklı atıştırmalık olarak tüketilme potansiyeline sahip olduğu için gıdaların kurutulması için yeni yöntem-lerin geliştirilmesi son derece önemlidir.

KAYNAKÇA

Arévalo-Pinedo, A., & Murr, F. E. X. (2007). Influence of pre-treatments on the drying kinetics during vacuum drying of carrot and pumpkin. Journal of Food Engineering, 80(1), 152-156.

Association of Official Analytical Chemists International (AOAC) (1990). Official Methods of Analysis, 15th (edited by. K. Helrich) Pp. 1028–1039. Arlington, VA: Association of Official Analytical Chemists Inc.

Azoubel, P. M., & Murr, F. E. X. (2004). Mass transfer kinetics of os-motic dehydration of cherry tomato. Journal of Food Engineering, 61(3), 291-295.

Bloıs, M. S. 1958. Antioxidant Determinations by the Use of a Stable Free Radical. Nature, 181, 1199-1200.



535

Bölek, S., & Obuz, E. (2014). Quality characteristics of Trabzon per-simmon dried at several temperatures and pretreated by different met-hods. Turkish Journal of Agriculture and Forestry, 38(2), 242-249.

Ceballos, A. M., Giraldo, G. I., & Orrego, C. E. (2012). Effect of free-zing rate on quality parameters of freeze dried soursop fruit pulp. Jour-nal of food engineering, 111(2), 360-365.

Cemeroğlu B, 2010. Gıda Analizleri, Gıda Teknolojisi Yayınları Der-neği Yayınları, No:39, 2. Baskı Ankara.

Davies KJA. (2000) Oxidative stress, antioxidant defenses, and da-mage removal, repair, and replacement systems. International Union of Biochemistry and Molecular Biology Life, 50, 279-289.

Dutra, E. R., Oliveira, L. S., Franca, A. S., Ferraz, V. P., & Afonso, R. J. C. F. (2001). A preliminary study on the feasibility of using the composi-tion of coffee roasting exhaust gas for the determination of the degree of roast. Journal of Food Engineering, 47(3), 241-246.

Fernandes, F. A., Gallão, M. I., & Rodrigues, S. (2008). Effect of osmo-tic dehydration and ultrasound pre-treatment on cell structure: Melon dehydration. LWT-Food Science and Technology, 41(4), 604-610.

Gokhale, S. V., & Lele, S. S. (2014). Betalain Content and Antioxidant Activity of Beta vulgaris: Effect of Hot Air Convective Drying and Stora-ge. Journal of food processing and preservation, 38(1), 585-590.

Hasler, C.M. (2000) Plants as medicine: The role of phytochemicals in optimal health. In Phytochemicals and Phytopharmaceuticals, edited by F. Shahidi and C.- T. Ho, pp. 1-12. Champaign, Illinois: AOAC Press.

Hawlader, M. N. A., Perera, C. O., & Tian, M. (2006). Comparison of the retention of 6-gingerol in drying of ginger under modified atmosphe-re heat pump drying and other drying methods. Drying Technology, 24(1), 51-56.

Hii, C. L., Law, C. L., & Suzannah, S. (2012). Drying kinetics of the individual layer of cocoa beans during heat pump drying. Journal of Food Engineering, 108(2), 276-282.

Sibel BÖLEK

536

Karabulut, I., Topcu, A., Duran, A., Turan, S., & Ozturk, B. (2007). Ef-fect of hot air drying and sun drying on color values and β-carotene con-tent of apricot (Prunus armenica L.). LWT-Food Science and Technology, 40(5), 753-758.

Kaymak-Ertekin, F., & Sultanoğlu, M. (2000). Modelling of mass transfer during osmotic dehydration of apples. Journal of food Enginee-ring, 46(4), 243-250.

Lee, J. H., & Kim, H. J. (2009). Vacuum drying kinetics of Asian white radish (Raphanus sativus L.) slices. LWT-Food Science and Technology, 42(1), 180-186.

Lin, T. M., Durance, T. D., & Scaman, C. H. (1998). Characterization of vacuum microwave, air and freeze dried carrot slices. Food Research International, 31(2), 111-117.

Marques, L. G., Ferreira, M. C., & Freire, J. T. (2007). Freeze-drying of acerola (Malpighia glabra L.). Chemical Engineering and Processing: Pro-cess Intensification, 46(5), 451-457.

McGuire, R.G. (1992). Reporting of objective color measurements. HortScience, 27, 1254-1255.

Meda, L., & Ratti, C. (2005). Rehydration of freeze‐dried strawberries at varying temperatures. Journal of Food Process Engineering, 28(3), 233-246.

Mui, W. W., Durance, T. D., & Scaman, C. H. (2002). Flavor and texture of banana chips dried by combinations of hot air, vacuum, and microwave processing. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 50(7), 1883-1889.

Pal, U. S., Khan, M. K., & Mohanty, S. N. (2008). Heat pump drying of green sweet pepper. Drying Technology, 26(12), 1584-1590.

Sonmete, M. H., Mengeş, H. O., Ertekin, C., & Özcan, M. M. (2017). Mathematical modeling of thin layer drying of carrot slices by forced convection. Journal of Food Measurement and Characterization, 11(2), 629-638.



537

Sunjka, P. S., Rennie, T. J., Beaudry, C., & Raghavan, G. S. V. (2004). Microwave-convective and microwave-vacuum drying of cranberries: A comparative study. Drying Technology, 22(5), 1217-1231.

Swasdisevi, T., Devahastin, S., Sa-Adchom, P., & Soponronnarit, S. (2009). Mathematical modeling of combined far-infrared and vacuum drying banana slice. Journal of Food Engineering, 92(1), 100-106.

Üstün, Ş., Tosun, İ., & Cemeroğlu, B. (1999). Reçel üretimi amacıyla kurutulmuş kayısıların rehidrasyonu. GIDA, 24(2).

Wang, J., & Xi, Y. S. (2005). Drying characteristics and drying quality of carrot using a two-stage microwave process. Journal of food Enginee-ring, 68(4), 505-511.

Wang, Z. F., Fang, S. Z., & Hu, X. S. (2009). Effective diffusivities and energy consumption of whole fruit Chinese jujube (Zizyphus jujuba Mil-ler) in microwave drying. Drying technology, 27(10), 1097-1104.

Documents

· MÜHENDİSLİK ve MULTİDİSİPLİNER YAKLAŞIMLAR. EDİTÖRLER. PROF. DR. Ayşegül AKDOĞAN EKER. PROF. DR. Adnan DİKİCİOĞLU. Güven Plus Grup A.Ş. Yayınları