Çelik silo tasarımı ve optimizasyonu

Abstract

Silolar, tarım ve endüstriyel alanlarda kullanılan, tahıl, yem, çimento ve diğer dökme malzemelerin depolanması amacıyla tasarlanmış büyük ve dikey yapılar olarak tanımlanır. Silolar, genellikle silindirik şekilli olup, içerdikleri malzemelerin dış etkenlerden korunmasını ve uzun süreli muhafaza edilmesini sağlarlar. Çelik, beton veya ahşap gibi farklı malzemelerden yapılabilirler ve bu malzemelerin seçiminde maliyet, dayanıklılık ve kullanım ömrü gibi kriterler dikkate alınır. Çelik silolar, yüksek mukavemet ve dayanıklılık özellikleri nedeniyle yaygın olarak tercih edilir. Siloların mühendislik tasarımında, malzeme bilimi, yapısal analiz, termodinamik ve akışkanlar mekaniği gibi disiplinlerden faydalanılır. Silo tasarımı ve optimizasyonu, mühendislik biliminin birçok dalını kapsayan karmaşık ve çok yönlü bir süreçtir. Yapısal dayanıklılık, malzeme seçimi ve ekonomik verimlilik gibi faktörlerin dikkatle değerlendirilmesi, siloların güvenli ve verimli bir şekilde çalışmasını sağlar. Bu çalışmanın temel amacı, optimum koşullarda çelik tahıl silosu tasarlamak ve bu tasarımların analizlerini gerçekleştirmektir. Bu çalışmada izlenen yöntem, ilk olarak literatür de yer alan bilgiler ve endüstri standartları doğrultusunda çelik tahıl silolarının genel özellikleri ve tasarım kriterleri incelenmiştir. Bu incelemelerin ardından, SolidWorks 2024 yazılımı kullanılarak, farklı sac kalınlıklarına sahip çeşitli silo modelleri oluşturulmuştur. Bu modeller için uygun malzeme seçimi yapılmış ve emniyet faktörleri hesaplanmıştır. Silonun stabilitesini artırmak ve olası yapısal sorunları minimize etmek amacıyla, destek elemanları tasarıma dahil edilmiştir. Çelik siloların maliyetinin büyük kısmını oluşturan yapı malzemesi, tavsiye edilen emniyet gerilmesi değerinin üzerine çıkmadan hafifletilmeye çalışılmıştır. Bu çalışmada, tahıl depolaması amacıyla farklı sac kalınlıkları ve destek elemanlarına sahip 85 adet silo modeli oluşturulmuştur. Silo boyutları, 1500x3000 mm sac levhalar kesilmeksizin kullanılarak çapı 4,77 metre ve yüksekliği (çatı hariç) 10,5 metre olarak belirlenmiş ve araştırma süresince sabit tutulmuştur. Oluşturulan modeller için kaynaklanabilirlik, işlenebilirlik ve maliyet yönünden uygun malzeme olarak St44 yapı çeliği seçilmiştir. Sonraki aşamada, oluşturulan silo modellerinin yapısal analizleri ANSYS sonlu elemanlar yazılımı ile gerçekleştirilmiştir. ANSYS yazılımı kullanılarak yapılan analizlerde, her bir silo modeli için statik yükleme koşulları altında oluşan toplam deformasyon, gerinim ve gerilme değerleri hesaplanmıştır. Ayrıca, her bir tasarımın toplam ağırlığı da değerlendirilmiştir. Bu analizler sonucunda elde edilen veriler karşılaştırılarak, en uygun performans ve maliyet dengesini sağlayan optimum silo tasarımı belirlenmiştir. Sonuç olarak, bu tez çalışması kapsamında, çelik tahıl silolarının tasarımında kullanılacak sac kalınlığı, malzeme seçimi ve destek elemanlarının etkisi detaylı bir şekilde incelenmiş ve analiz edilmiştir. Yapılan analizler neticesinde, çeşitli tasarım parametreleri dikkate alınarak, güvenli ve ekonomik bir çelik tahıl silosu tasarımı önerilmiştir. Sadece sac levhaların kullanımı yerine, uygun bölgelere aynı malzemeden NPU ve Lama destek elemanı konularak gerekli emniyet değerinin sağlanabildiği ve toplam silo gövdesi ağırlığının büyük ölçüde hafifletilebildiği gözlemlenmiştir. Sabit kalınlıkta gerekli emniyeti sağlayan silo modeli yerine değişken sac kalınlıklı ve destek elemanı takviyeli bir tasarım ile referans silo ağırlığının %58 azaltılabildiği sonucuna varılmıştır. Bu çalışma, endüstride çelik tahıl silolarının tasarımı ve analizi konusunda önemli bir kaynak teşkil etmekte olup, gelecekte yapılacak benzer çalışmalar için yol gösterici nitelikte bilgiler sunmaktadır.