Sera tasarımında pultruzyon metoduyla üretilen cam fiber takviyeli plastiklerin kullanılması

Abstract

ÖZET Cam elyaf takviyeli plastik (CTP) malzeme temel olarak kalıp görevi gören reçine içine gömülmüş sürekli veya kırpılmış elyaflardan oluşmaktadır ve çeşitli üretim metotları kullanılarak üretilmektedir. Bu metotlardan Pultruzyon metodu, CTP kalıplamasında, özellikle inşaat sektöründe hem ana malzeme hem de tamamlayıcı malzeme olarak kullanılan profil türündeki ürünlerin yapımında kullanılmaktadır. CTP malzemenin üstün mekanik dayanımının yanı sıra, hafifliği, korozyon dayanımı ve kimyasallara karşı yüksek direnç göstermesi, elektrik yalıtımı, düşük yoğunluk ve dayanım/yoğunluk oranının yüksekliği, düşük ısı iletkenliğine sahip olması, uzun yıllar bakım ve boya gibi ek bir hizmete ihtiyaç duymaması, elektromanyetik alan oluşturmaması nedeni ile radyo ve mikro dalga frekanslarını etkilememesi v.b. özellikler CTP profilleri inşaat sektöründe birçok malzemenin alternatifi olmasına katkı sağlamaktadır. Halen inşaat sektöründe hem ana malzeme hem de tamamlayıcı malzeme olarak kullanılmakta olan CTP ile yapılmış az sayıda örnekler bulunmaktadır. Bu projede; pultruzyon metodu ile üretilen CTP profiller kullanılarak model bir sera inşa edilmiş ve imal edilen bu seranın yükler etkisi altındaki davranışları incelenmiştir. Đnşa edilen serada kullanılan CTP profillerin mekanik özellikleri, ulusal ve uluslararası düzeyde kabul edilen test metotları kullanılarak belirlenmiş ve modern sera tasarımı için gerekli iyileştirmeler araştırılmıştır. Belirlenen mekanik özellikler kullanılarak sera sistemleri bilgisayar ortamında sonlu elemanlar metodu ile modellenerek statik ve dinamik yükler altındaki davranışları tespit edilmiştir. Nümerik modeli tamamlanan sera modelinin projesine ait plan, kesit ve görünüşler çizilmiştir. Ayrıca detay çalışmalar çerçevesinde uygulanabilirliğe yönelik profil çeşidi, sera elemanlarının birleştirme detayları ve profillerin temele ankrajlarına yönelik çalışmalar yapılmıştır. Yapılan çalışmalara bağlı olarak profil ebatları ve üç farklı bağlantı noktası için detaylar geliştirilmiştir. Ortaya çıkan nümerik çalışmalar ışığında sera modelinin arazide uygulaması gerçekleştirilmiştir. Yapılan bu proje TUBĐTAK tarafından “Bilimsel ve Teknolojik Araştırma Projelerini Destekleme Programı” kapsamında desteklenmiştir. Verdiği destek için TUBĐTAK’a teşekkürü bir borç biliriz. Ayrıca projeye yaptığı katkılardan dolayı ESA Kimya Metal San. ve Tic. Ltd. Şirketine teşekkür ederiz. Anahtar SözcüklerPultruzyon metodu, Cam Elyaf Takviyeli Plastik, Sera Tasarımı Bu projenin amacı, bir Değişken Hızlı Rüzgâr Türbini (DHRT) sisteminin analitik bir Maksimum Güç İzleme (MGİ) tabanlı doğrusal olmayan denetimini, rüzgâr sensörleri ve DHRT sisteminin parametre bilgilerini kullanmadan gerçekleştirmektir. DHRT sistemlerinin MGİ tabanlı denetimi söz konusu olduğunda iki önemli işlem öne çıkar. Bunlar MGİ noktasının anlık olarak saptanması ve izlenmesidir. MGİ noktasının doğru bir şekilde saptanabilmesi için analitik yöntemler kullanmak gereklidir, fakat bu yöntemlerin hepsinde rüzgâr hızının ölçülmesi ve türbin ve/veya generatör parametrelerinin değerlerinin bilinmesi gerekir. Literatürde önerilmiş olan analitik yöntemler; Kanat Ucu Hız Oranı (KUHO), Optimum Moment Denetimi (OMD) ve Güç Sinyali Geribeslemesi (GSG) tabanlı MGİ yöntemleridir. KUHO rüzgâr sensörü ve tüm türbin parametrelerini gerektirmektedir, OMD ve GSG ise generatörün moment sabitini ve tüm türbin parametrelerini gerektirmektedir. Moment sabiti kararlı durumda manyetik doyumla, geçici durumda ise kusurlu ayrıştırma nedeniyle değişmektedir. Rüzgâr sensörü ise tek noktadan ölçüm almakta yani türbin bıçaklarına etkiyen ortalama rüzgâr hızı ölçülememektedir. Sonuç olarak bu yöntemlerle uygulamada MGİ tam değil yaklaşık performansla yapılabilmektedir. Ayrıca, DHRT sistemlerinde kullanılan rüzgâr sensörlerinin güvenilirliği azalttığı unutulmamalıdır. MGİ noktasının anlık olarak izlenmesi ise kapalı çevrim denetim gerektirir. Doğrusal-integral (PI) ve doğrusallaştırma yöntemleri gibi tasarımında sistem parametreleri kullanılan doğrusal yaklaşımlar yukarıda anlatılan nedenden ötürü önemli sakıncalar oluşturmaktadır. Doğrusal denetleyiciler ile genel denetim performansı düşmekte ve MGİ noktası belirli bir hata ile izlenmektedir. Doğrusal olmayan sistemlerin denetiminde en yüksek performans doğrusal olmayan denetleyiciler ile elde edilmektedir. Sonuç olarak bu projede bir DHRT sisteminin analitik bir MGİ yöntemi tabanlı doğrusal olmayan denetimi, türbin eylemsizlik momenti hariç olmak üzere DHRT sistemine ait parametre bilgisi ve rüzgâr sensörü kullanılmadan gerçekleştirilmiştir. Türbin eylemsizlik momenti çalışma koşullarına bağlı olarak zamanla değişmemektedir, bu yüzden kullanımı bir sakınca oluşturmamaktadır. Proje çalışmasında, asenkron makine rotor alanı yönlendirmeli vektör denetim ile sürülerek rüzgâr türbini fiziksel emülatörü elde edilmiştir. Generatör olarak ise Sabit Mıknatıslı Senkron Makine (SMSM) kullanılmıştır. Ayrıca önerilen sistemi klasik sistem ile karşılaştırabilmek için, KUHO tabanlı MGİ yöntemi ve optimum tasarlanmış PI denetleyiciler ile klasik DHRT sistemi uygulaması gerçekleştirilmiştir. Rüzgâr hızında %10 ölçüm hatası ve türbin parametrelerinde %10 değişim gerçekleştiği takdirde, klasik sisteme göre önerilen sistem ile % 14.63 daha fazla enerji elde edilmektedir. Arka arkaya bağlı dönüştürücünün tasarımı, akım gerilim ölçüm devrelerinin tasarımı, soğutucu sıcaklıkları, DC bara sıçrama gerilimleri ve şebeke güç faktörü değerleri proje önerisinde verilen başarı ölçütlerini sağlamaktadır. Bu çalışma 114E159 numaralı araştırma projesi kapsamında Türkiye Bilimsel ve Teknolojik Araştırma Kurumu (TUBİTAK) tarafından finansal olarak desteklenmiştir. Projeye finansal katkılarından dolayı TUBİTAK’a teşekkür ederiz.

ABSTRACT The investigations have been continuous on the development of new methodology and greenhouse structural materials following to the technological development in the world. One of the new technological materials is the Glass fibre reinforced plastic (GRP) materials. Glass fibre reinforced plastic materials are basically constituted of resin and continuous or chopped fibre and are manufactured using various manufacturing methods. The pultrusion process is a proven manufacturing method for obtaining lengths of high quality GRP. The pultrusion process became a competitive alternative to traditional structural materials. Factors in choosing GRP materials for structural engineering applications are: lightweight, non-corrosive, chemically resistant, possess good fatigue strength, non-magnetic, and, subject to the materials selected, provide electrical and flame resistance. Having resolved fundamental manufacturing constraints through the development of the pultrusion process, the mass adoption of GRP sections as secondary and primary load bearing elements has been applied in limited construction. In this project; the structural behaviour of the model greenhouse structure, which constructed using pultruded GRP structural element, has been investigated. The mechanical properties of the pultruded GRP sections have been investigated using national and international standards and the material characteristics were developed to use as greenhouse structural materials. Than the model structures have been modelled in computer using well known finite element programs to investigate the structural behaviour under the static and dynamic loads. The new models have been developed and the application plans were drown. In addition; the pultruded GRP box section and three different connection details have been developed. The numerical outcomes of the greenhouse structure model have been constructed in the field. This project was funded by the TUBITAK “Scientific and Technological Research Project Supporting Program”. I am pleased to acknowledge the TUBITAK for providing financial support. I would also like to thank to ESA Chemical and Metal Company for their supports. Keywords: Pultrusion methods, Glass Fibre Reinforced Plastic, Modelling of greenhouse structure