2010 Mart Sayısı Derginin Tümü - Sigma Dergisi
Transkript
2010 Mart Sayısı Derginin Tümü - Sigma Dergisi
The owner, on the behalf of Yıldız Technical University / Yıldız Teknik Üniversitesi adına, Sahibi Prof.Dr. İsmail YÜKSEK Editör / Editor Haluk GÖRGÜN Yayın Kurulu / Editorial Board Sabri ALTINTAŞ (Boğaziçi Ün.) Salih DİNÇER (Y.T.Ü.) Avadis Simon HACİNLİYAN (Yeditepe Ün.) Olcay KINCAY (Y.T.Ü.) Levent OVACIK (İ.T.Ü.) Kutay ÖZAYDIN (Y.T.Ü.) Tülay ÖZBELGE (O.D.T.Ü.) Bülent SANKUR (Boğaziçi Ün.) Zerrin ŞENTÜRK (İ.T.Ü.) Galip G. TEPEHAN (Kadir Has Ün.) Canbolat UÇAK (Yeditepe Ün.) Hilmi ÜNLÜ (İ.T.Ü.) Editör Sekreteri / Editorial Secretary Şenol BİLGİN Yazılım / Software Yavuz EREN Sigma Mühendislik ve Fen Bilimleri Dergisi, Mart Haziran, Eylül ve Aralık aylarında yayınlanır. Sigma Journal of Engineering and Natural Sciences is published in March, June, September and December. Makaleler ve yazışmalar için adres: Address for the manuscripts and correspondence: Sigma Dergisi Editörlüğü Yıldız Teknik Üniversitesi Yerleşkesi 34349 Yıldız-İSTANBUL Tel: 0212 259 21 53 Dahili: 16 Belgeç: 0212 227 67 49 Tel: 0212 383 31 40 Dahili: 16 e-ileti/e-mail: sigma@yildiz.edu.tr http://www.sigma.yildiz.edu.tr ISSN: 1304-7191 Kapak Tasarımı Emrah GÜNAY, Altay ATASU Bu dergi Yıldız Teknik Üniversitesi Matbaa’sında basılmıştır. 34349, Yıldız-İSTANBUL İstanbul 2010 BU SAYININ BİLİMSEL HAKEMLERİ Referees for this issue Ayşe OGAN (Marmara Ün.) Kemal BARIŞ (Karaelmas Ün.) Bülent KESKİNLER (G.Y.T.E.) Mustafa ZORBOZAN (Y.T.Ü.) Cengiz KAHRAMAN (İ.T.Ü.) Nahit KUMBASAR (İ.T.Ü.) Dilek ÇALGAN (Boğaziçi Ün.) Necati ECEVİT (G.Y.T.E.) Erdal BAYRAMLI (O.D.T.Ü.) Neşet KADIRGAN (Marmara Ün.) Esen BOLAT (Y.T.Ü.) Oktay VELİEV (Doğuş Ün.) Etibar PENAHLI (Fırat Ün.) Refiye YANARDAĞ (İstanbul Ün.) Göknur BAYRAM (O.D.T.Ü.) Sait KIZGUT (Karaelmas Ün.) Güngör GÜNDÜZ (O.D.T.Ü.) Salih DİNÇER (Y.T.Ü.) Hasan GÜMRAL (Yeditepe Ün.) Suna BALCI (Gazi Ün.) Hüseyin BAŞLIGİL (Y.T.Ü.) Vasif N. NABİYEV (K.T.Ü.) İffet YAKAR ELBEYLİ (Tübitak-Mam) Vedat DİDARİ (Karaelmas Ün.) Zekai CELEP (İ.T.Ü.) II SIGMA Cilt/Volume 28 Sayı/Issue 1 İÇİNDEKİLER Contents Research Articles/Araştırma Makaleleri Mehmet KILIÇ, Rıza DEMİRBİLEK 1 The Assistance of the Numeric Calculations for Estimation of Required Parameters of Photorefractive Crystals for Two Center Holographic Recording Fotokırıcı Kristalerde Çift Merkeze Dayalı Holografik Kayıt için Gerekli olan Kristal Parametrelerinin Elde Edilmesinde Nümerik Hesap Yardımı Neşe ATACI, İnci ARISAN 9 Using Aqueous Two-Phase System Combined with Isopropanol Precipitation for Isolation of Plasmid DNA from Alkaline Lysate Plasmid DNA'nın Alkali Lizat'tan İzole Edilmesinde İki Fazlı Sulu Sistem ile İsopropanol Çöktürme Yönteminin Birleştirilerek Kullanımının İncelenmesi Fatma AYDIN AKGÜN 15 Green’s Function of Discontinuos Boundary Value Problem with Eigenparameter in Boundary Conditions Sınır Koşulunda Öz Parametre Bulunan Süreksiz Sınır Değer Probleminin Green Fonksiyonu Seyfullah KEYF 26 Investigation of Penetration and Penetration Index in Bitumen Modified with SBS and Reactive Terpolymer SBS ve Reaktif Terpolimer ile Modifiye Edilmiş Bitümde Penetrasyon ve Penetrasyon İndeksinin İncelenmesi III Yeşim YAYLA, Aytaç YILDIZ, Birol AKYÜZ 35 Use of Proactive and Reactive Product Development Strategies in Enterprises Applying Concurrent Engineering Approach: a Field Survey in Turkish Ceramic Sector Eş Zamanlı Mühendislik Yaklaşımını Uygulayan Firmalarda Proaktif ve Reaktif Ürün Geliştirme Stratejilerinin Kullanımı: Seramik Sektöründe Bir Saha Araştırması Review Paper/Derleme Makalesi İzzet KARAKURT, Gökhan AYDIN, Kerim AYDINER 49 Mitigation and Utilization Technologies of Low Concentration Methane in Mine Ventilation Air Ocak Havasındaki Düşük Konsantrasyonlu Metanın Azaltım ve Kullanım Teknolojileri IV Bilime katkı sağlamak amacıyla üniversitemiz 1983 yılından beri önce Yıldız Teknik Üniversitesi Dergisi sonra Sigma Mühendislik ve Fen Bilimleri Dergisi adı altında yayın faaliyetlerini nitelikli olarak sürdürmektedir. Sigma Mühendislik ve Fen Bilimleri Dergisi ulusal hakemli bir dergi olup periyodik olarak, Mart, Haziran, Eylül ve Aralık aylarında olmak üzere yılda dört kez yayınlanmaktadır. Dergimizde ağırlıklı olarak bilimsel araştırma makaleleri ve bilimsel derlemeler yayınlanmaktadır. Sigma Mühendislik ve Fen Bilimleri Dergisi editörlük görevine Mart 2010 itibari ile başladığımı sizlerle paylaşmak isterim. Bu vesile ile 1983 yılından beri üniversitemizin dergisine emeği geçen editörlerimiz Sayın Prof.Dr. Nihat Kınıkoğlu ve Sayın Doç.Dr. Hikmet Yükselici’ye, kıymetli yayın kurulu üyelerimize, gelen makaleleri inceleyen değerli hakemlerimize, editör sekreterimize ve yazılım sorumlumuza içtenlikle teşekkür ederim. Editör olarak bundan sonra Sigma Mühendislik ve Fen Bilimleri Dergisi’nin daha çok makale alan ve yayınlayan, kısa sürede gelen makalelerin değerlendirildiği, ulusal ve uluslararası indekslerce taranan ve ağrılıklı olarak elektronik iletişim içinde olan bir dergi olabilmesi için emek sarf edeceğimi belirtmek isterim. Dergimize ve bilime katkıları olan değerli zamanlarından fedakârlık yapan tüm bilim insanlarına teşekkür eder, araştırmalarında ve bilimsel çalışmalarında başarılar dilerim. Saygılarımla, Doç.Dr. Haluk Görgün Editör V Bu sayfa boş bırakılmıştır. VI Journal of Engineering and Natural Sciences Mühendislik ve Fen Bilimleri Dergisi Sigma 28, 1-8, 2010 Research Article / Araştırma Makalesi THE ASSISTANCE OF THE NUMERIC CALCULATIONS FOR ESTIMATION OF REQUIRED PARAMETERS OF PHOTOREFRACTIVE CRYSTALS FOR TWO CENTER HOLOGRAPHIC RECORDING Mehmet KILIÇ, Rıza DEMİRBİLEK* Yıldız Teknik Üniversitesi, Fen-Edebiyat Fakültesi, Fizik Bölümü, Esenler-İSTANBUL Received/Geliş: 08.07.2009 Revised/Düzeltme: 08.01.2010 Accepted/Kabul: 18.02.2010 ABSTRACT The dependence of the diffraction efficiency of LiNbO3 for two center holographic recording (TCHR) on time calculated by implemented computer program is compared with those obtained from the previous experimental results. The applicability of this method to other photorefractive crystals was shown in the Strontium Barium Niobat (SBN) sample. It is assumed that with the assistance of this program some unknown parameters of the photorefractive crystals can be determined by means of fitting the experimental results for TCHR. Keywords: Two center holographic recording, LiNbO3, SBN. PACS numbers/numaraları: 42.70.Ln, 42.40.Lx, 42.40.Ht. FOTOKIRICI KRİSTALERDE ÇİFT MERKEZE DAYALI HOLOGRAFİK KAYIT İÇİN GEREKLİ OLAN KRİSTAL PARAMETRELERİNİN ELDE EDİLMESİNDE NÜMERİK HESAP YARDIMI ÖZET Lityum Niobat (LiNbO3) kristalinin çift merkeze dayalı holografik kayıt (ÇMHK) yönteminde kırınım verimliliğinin zamana bağlı değişimi, hazırlanan bir program aracılığıyla sayısal olarak hesaplanıp daha önce yapılmış deneysel sonuçlarla karşılaştırma yapılmıştır. Bu yöntemin diğer fotokırıcı kristallere de uygulanabileceği Stronsiyum Barium Niobat (SBN) örneğinde görülmüştür. Bu program kullanılarak, foto kırıcı kristallerin bilinmeyen bazı parametrelerinin, ölçülmüş deneysel sonuçlarla uyumlandırılması ile belirlenebileceği öngörülmektedir. Anahtar Sözcükler: Çift merkeze dayalı holografik kayıt, LiNbO3, SBN. 1. GİRİŞ Optik bilgi depolama yöntemlerinden biri olan holografik bilgi depolama, küçük hacimli kayıt malzemesine büyük miktarda bilgi kaydının yapılabilmesi, hızlı veri transferi, kaydedilmiş olan bilginin uzun süre saklanabilmesi gibi avantajlarından dolayı birçok araştırmanın konusu olmuştur. [1-7]. Ancak kaydedilmiş bir hologramdan bilgi okunurken, hologramın homojen referans ışığı ile aydınlatılması gerekliliği, kaydedilmiş bilginin silinmesi problemini ortaya çıkarır. Bu problemin aşılmasında bazı yöntemler geliştirilmiştir. Termal sabitleme [8], elektriksel * Corresponding Author/Sorumlu Yazar: e-mail/e-ileti: ridemir@yildiz.edu.tr, tel: (212) 383 42 86 1 M. Kılıç, R. Demirbilek Sigma 28, 1-8, 2010 sabitleme [9], iki adımlı kayıt ve çift merkeze dayalı holografik kayıt [2,3] bunlardan başlıcalarıdır. Çift merkeze dayalı holografik kayıt yönteminde, elektronlar UV ışık (yüksek enerjili foton) yardımı ile derin seviyelerden iletkenlik bandına ve buradan sığ seviyelere dağılır. Kırmızı (düşük enerjili foton) kayıt ışığı kullanılarak sığ seviyede bulunan bu elektronlarla her iki seviyeyi (derin ve sığ) kapsayan hologram kaydı yapılır (Şekil 1). Daha sonra kırmızı ışık ile okuma yapıldığında derin seviyeler etkilenmeyeceği için kaydedilen sinyalin bir kısmı silinmeden kalacaktır. Böylece holografik olarak kaydedilmiş bilgi istenildiği kadar kaybolmadan kullanılacaktır. IB hνkayıt hνduyar. hνduyar. S D DB Şekil 1. IB, iletkenlik bandı; DB, değerlik bandı; D, derin seviyeler (örn. LiNbO3:Mn2+/3+); S, sığ seviyeler (örn. LiNbO3:Fe2+/3+). ÇMHK yöntemi, çift iyon katkılı LiNbO3 kristali için deneysel olarak Adibi ve arkadaşları [3] tarafından başarı ile gerçekleştirilmiştir. Adı geçen araştırmacılar, deneysel gözlemler ve nümerik hesap yardımıyla Fe ve Mn katkılı LiNbO3 kristalinin bilinmeyen parametrelerinin hesabını yaparak bu kristalde ÇMHK işleminin, katkı iyonlarının konsantrasyonuna, tavlamaya ve duyarlılaştırma dalga boyuna bağlılığını incelemişler ve gerekli optimizasyon işlemlerini yapmışlardır [3]. SBN kristalinin elektrooptik katsayı değerinin büyük olması nedeniyle fotokırıcılığı, LiNbO3 kristaline göre daha yüksektir (r13,LN=10,9x10-12 m/V, r13,SBN=47x10-12 m/V). Bu nedenle, ÇMHK yöntemi için SBN kristalinde daha hızlı kayıt yapılabileceği düşünülerek, Demirbilek ve arkadaşları tarafından bu kristal incelenmiş, ancak LiNbO3 kristalindeki gibi bir sonuç alınamamıştır [10]. Bir kristalde ÇMHK yönteminin hangi koşullarda işleyebileceğinin anlaşılması, bu yöntemde hangi parametrelerin ne kadar rol oynadığının bilinmesi ile cevaplanabilir. Bunu test etmenin yollarından biri, dikkate alınan kristal için benzeşim yaparak parametrelerin değişimine bağlılığını incelemektir. Bu çalışmada ÇMHK yönteminin denklem sistemi gözden geçirilmiş ve bu yöntemde fotokırıcı kristaller için nümerik sonuçlar verebilecek bir matlab® kodlaması hazırlanmıştır. Hazırlanan kodlamanın doğru çalıştığı Fe ve Mn katkılı LiNbO3 kristalinin deneysel sonuçları ile karşılaştırılarak kontrol edilmiş ve bunun diğer fotokırıcı kristallere uygulanabileceği SBN örneğinde gösterilmiştir. 2 The Assistance of the Numeric Calculations for … Sigma 28, 1-8, 2010 2. YÖNTEM ÇMHK yönteminin kuramsal modellemesinde, iletim bandındaki elektron yoğunluğu, derin ve sığ seviyelerdeki elektron yoğunluğu, akım yoğunluğu ve elektrik alan, bilinmesi gereken parametreler olarak sıralanabilir. Bu parametrelerin elde edilmesi için aşağıda sıralanan eşitliklerin [3] nümerik olarak çözülmesi gerekmektedir. ∂N D− = − ⎡⎣ qD , K sD , K I K + qD ,UV sD ,UV IUV ⎤⎦ N D− + γ D n ( N D − N D− ) ∂t (1) ∂N S− = − ⎡⎣ qS , K sS , K I K + qS ,UV sS ,UV IUV ⎤⎦ N S− + γ S n ( N S − N S− ) ∂t (2) ⎛ dN − dN D− dn ⎞ ∂j = −e ⎜ D + + ⎟ ∂x dt dt ⎠ ⎝ dt (3) j = eμ nE + k BT μ ∂n + (κ S , K I K + κ S ,UV IUV ) N S− + (κ D , K I K + κ D ,UV IUV ) N D− ∂x ∂E ρ e = =− ( N S− + N D− + n − N A ) ∂x εε o εε o (4) (5) Burada ilk iki eşitlik derin (D) ve sığ( S) seviyeler için oran denklemleridir. (1) denkleminde ilk ifadede, ND− D2+ konsantrasyonu, IK ve IUV sırasıyla kullanılan kırmızı ve UV ışığın şiddetleri, qD,KsD,K ve qD,UVsD,UV kırmızı ve UV ışığı altında D2+ için foton soğurma ve elektronların D2+ seviyesinden iletkenlik bandına uyarılma etki kesiti olmak üzere derin seviyeli tuzaktan çıkan elektron sayısını göstermektedir. (1) denklemindeki ikinci ifadede ise, γD elektron rekombinasyon katsayısı, n iletkenlik bandındaki serbest elektron yoğunluğu ve ND toplam D konsantrasyonu olmak üzere derin seviyeli tuzağa giren elektron sayısını göstermektedir. Benzer ifadeler (2) denkleminde sığ seviyeli durumlar için kullanılmıştır. Üçüncü eşitlik akım süreklilik denklemi, dördüncü eşitlik sırasıyla sürüklenme, difüzyon ve hacimsel fotovoltaik akımlarının toplamından oluşan akım denklemidir. Ayrıca, µ elektron mobilitesini, E elektrik alanını, kB Boltzmann sabitini, T sıcaklığı ve κ sığ ve derin seviyeler için kırmızı ve UV ışık altındaki hacimsel fotovoltaik katsayısını göstermektedir. (5) numaralı eşitlik ise yük yoğunluğu ile elektrik alan ilişkisini betimleyen Poisson denklemidir. Sistemi oluşturan bu kısmi diferansiyel denklemler (Denk.1-5), hem konumun hem de zamanın fonksiyonudurlar. Bu haliyle çözümü zor olan bu denklemlerin çözümünü kolaylaştırmak amacıyla bazı yaklaşımlar yapılmıştır. Öncelikle duyarlılaştırma ışığı şiddetinin homojen olması, kayıt ışığı şiddetinin ise bir boyutlu sinüssel bir değişime sahip olması deneysel koşullarla sağlanır, dolayısıyla hesaplamalarda bu şekilde ele alınabilir. I k = I k ,0 (1 + m cos ( Kx ) ) (6) Bu denklemde K, kayıt deseni örgüsü vektörünün büyüklüğü, m ise kayıt şiddet deseninin modülasyon derinliğidir. Bu denklem sistemi her bir giriş setine karşılık bir çıktı seti verir. Böyle bir sistem için periyodik bir girdi seti aynı periyotlu bir çıktı seti verecektir [11, 3]. Bu özelliği ile bu karmaşık denklem sistemi, Foruier dönüşümü yapılarak çözümü kolaylaştırma yoluna gidilmiştir [11]. Bu amaçla her bir değişken için fourier açılımının ilk iki terimi (sıfırıncı ve birinci mertebe terimler) kullanılarak bu denklemeler yeniden yazılır. Örnek olarak elektrik alan denkleminin fourier dönüşümü aşağıdaki gibi (7) olur: 3 M. Kılıç, R. Demirbilek Sigma 28, 1-8, 2010 E = E0 + E1 exp ( iKx ) (7) Böylece, kuramsal modeli oluşturan 5 adet kısmi diferansiyel denklem sistemi, 5 adet sıfırıncı ve 5 adet birinci mertebe olmak üzere toplam 10 adet adi diferansiyel denkleme dönüştürülür [11]. Bu aşamadan sonra çözüme varabilmek için adiabatik yaklaşım [3] (∂n/∂t=∂n0/∂t=∂n1/∂t=0) yapılır ve n<< ND−, NS−, NA olarak kabul edilir [3]. Şimdiye kadar literatürde çıkmış çalışmalarda, LiNbO3 kristali için elektron taşıma parametrelerinden difüzyon alanının, güçlü hacimsel fotovoltaik alan karşısında [12, 3], SBN kristalinde ise hacimsel fotovoltaik alanın difüzyon alanı karşısında holografik kayıtta ihmal edilebileceği [13, 14] belirtilmiştir. Bu çalışmada, tüm foto kırıcı kristallerde parametre rollerini herhangi bir kısıtlama yapmadan araştırabilme amacıyla bu ihmaller yapılmamıştır. Yukarıda değinilen fourier dönüşümü ve adiabatik yaklaşım sonucu elde edilen denklem sistemi, bilgisayar ortamında sayısal olarak hesaplanacak şekilde kodlanmıştır. Şekil 2’de bu kodlama şematik olarak gösterilmiştir. Değişkenlerin Fourier Serisi Açılımından Elde Edilen Eşitlikler ode45* çekirdeği Matlab Programı Farklı Parametreler için Nümerik Çözümler E1 Δn Denk. 8 Denk. 9 Kırınım verimliliği η Şekil 2. Yapılan hesaplamanın akış diyagramı 2.1. Holografik Ölçüm Düzeneği ve Kırınım Verimliliğinin Belirlenmesi Holografik kayıtta kristalde girişim desenlerine bağlı olarak periyodik elektron yoğunluğu oluşur. Bu periyodik elektron yoğunluğuna bağlı yerel elektrik alanı periyodik kırılma indisi değişimine neden olur. Söz konusu bu kırılma indisi değişimi elektrik alanına Denk.8 bağıntısı ile bağlıdır. Δn = − nef3 2 ref E1 (8) Kristalde oluşturulan periyodik kırılma indisi deseni, kristale düşürülen bir ışık demetini kırınıma uğratır (Şekil 3). Bu kırınımın ölçüsü Kogelnik [15] bağıntısı ile kırılma indisi değişimine bağlıdır (Denk. 9). 4 The Assistance of the Numeric Calculations for … Sigma 28, 1-8, 2010 ⎡ πΔnL ⎤ ⎥ ⎣ λ cos θ ⎦ η = sin 2 ⎢ (9) Burada η, kırınım verimliliği olmak üzere L, λ ve θ sırasıyla numune kalınlığı, kayıt ışığının dalga boyu ve kayıt ışığının geliş açısıdır (Şekil 3). Kırınım verimliliği, deneysel olarak numuneye düşürülen (λR) referans ışığının kırınıma uğrayan kısmının şiddetinin numuneden geçen ışığın şiddetine oranlanması ile belirlenir. Numune tutucu λR Detektör θ λK Detektör Numune L, Δn Şekil 3. Holografik kayıtta kayıt geometrisi. λK kayıt ışığı dalga boyu, λR referans ışığı dalga boyu 3. SONUÇ VE ÇIKARIMLAR İlk olarak Fe ve Mn katkılı LiNbO3 kristali için sayısal hesap yapılmıştır. Hesaplamada kullanılan parametreler, Adibi ve arkadaşları tarafından Fe ve Mn katkılı LiNbO3 kristali için yaptıkları çalışmadan alınmıştır [3]. Fe ve Mn katkılı LiNbO3 için, bu çalışmada yapılan hesaplarla elde edilen kırınım verimliliğinin zamana göre değişimi, deneysel sonuçlarla [3, 10] uyumlu olduğu açık bir biçimde görülmektedir (Şekil 4). LiNbO3:Fe:Mn 0,10 deneysel hesap η, kirinim verimliligi 0,08 0,06 0,04 KAYIT 0,02 OKUMA 0,00 0 5000 10000 15000 20000 25000 zaman, s Şekil 4. LiNbO3:Fe:Mn kristalinde çift merkeze dayalı holografik kayıt ve okuma. Burada kesikli çizgi deneysel [3], düz çizgi ise nümerik hesap sonucu elde edilen sonuçlardır. Her iki durumda da kaydedilmiş olan bilginin yaklaşık %55-60 lık kısmının okuma esnasında silindiği (kalan sinyalin %40-45 civarında olduğu) görülmektedir. 5 M. Kılıç, R. Demirbilek Sigma 28, 1-8, 2010 LiNbO3 kristali için yapılan nümerik hesap, SBN kristali için de yapılmıştır. SBN kristali için yapılan hesaplamalarda gerekli olan parametrelerden mobilite [16], kırılma indisi [17], dielektrik katsayı [16], elektrooptik katsayı [18] değerleri belirtilen kaynaklardan alınmıştır (Çizelge 1). Çizelge 1. SBN kristali için yapılan hesaplamalarda kullanılan bazı kristal parametreleri Parametre µ, elektron mobilitesi (m2/Vs) n0, kırılma indisi ε, dielektrik katsayı r, elektrooptik katsayı (m/V) Değer 2,7x10-6 2,33 880 47x10-12 Kaynak [16] [17] [16] [18] Yapılan test hesaplarında hacimsel fotovoltaik alanın kırınım verimliliğine etkisinin az olması ve difüzyon etkisine göre ihmal edilebilir olması göz önünde bulundurularak 10-34 m3/V civarında (LiNbO3 kristaline göre yaklaşık 2 mertebe daha küçük[13, 14]) alınmıştır. Literatürde, tek katkılı SBN (Ce:SBN) için rekombinasyon katsayısı deneysel sonuçlardan yararlanılarak 10-16 m3/s olarak belirlenmiştir [16]. Bu değer dikkate alınarak yapılan hesaplamaların eldeki deneysel sonuçlarla [10] uyumluluğu test edilerek en uygun rekombinasyon katsayısı değerlerinin sığ seviyeler için 10-17 m3/s ve derin seviyeler için 10-16 m3/s olması gerektiği görülmüştür. SBN:Fe:Mn η, kirinim verimliligi 0,004 deneysel hesap 0,003 OKUMA KAYIT 0,002 0,001 0,000 0 500 1000 1500 zaman, s Şekil 5. SBN:Fe:Mn kristalinde çift merkeze dayalı holografik kayıt ve okuma. Burada kesikli çizgi deneysel [10], düz çizgi ise nümerik hesap sonucu elde edilen sonuçlardır. Her iki durumda da kaydedilmiş olan bilginin tamamına yakınının okuma esnasında silindiği görülmektedir. Fe ve Mn katkılı SBN için hesaplanan kırınım verimliliğinin zamana göre değişimi deneysel sonuçlarla[10] uyumlu olduğu görülmektedir (Şekil 5). Geliştirilen bu programla yapılan hesapların deneysel sonuçlarla uyumluluğu açıkça görülmektedir. En azından ölçümleri alınmış LiNbO3 ve SBN için bu böyledir. Bununla, diğer foto kırıcı kristallerin holografide gerekli olabilecek parametrelerin, basit holografik ölçümlerin geliştirilen model hesabı ile uyumlandırılması sonucu elde edilebileceği söylenebilir. Şimdiye kadar yapılmış bazı ön testler ve Şekil 5’deki uyumlama işlemi ile bir kristalde ÇMHK’nın 6 The Assistance of the Numeric Calculations for … Sigma 28, 1-8, 2010 olabilmesinde, rekombinasyon katsayısının önemli rol oynadığı görülmektedir. Bu ve benzeri bağlılıkların araştırılması planlanmıştır. Teşekkür SBN kristalinde ÇMHK araştırmalarının başlamasını sağlamasından dolayı sayın Prof. Sigmar E. Kapphan’a, SBN kristalinde hacimsel fotovoltaik etki konusundaki katkılarından dolayı sayın Prof. Eckart Kraetzig’e ve kodlamanın ilk aşamasında yardımcı olan fizikçi Hannu Wicterich’e teşekkür ederiz. REFERENCES / KAYNAKLAR [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] Ashley, J., Bernal, M.P., Burr, G. W., Coufal, H., Guenther, H., Hoffnagle, J.A., Jefferson, C. M., Marcus, B., Macfarlane, R.M., Shelby, R.M., Sincerbox, “Holographic data storage”, G.T., IBM J. Res. Develop. 44, 3, 341-368, 2000. Buse K., Adibi A. and Psaltis, D., “Non-Volatile Holographic Storage in Doubly-Doped Lithium Niobate”, Nature 393, 665-668, 1998. Adibi, A., Buse, K., and Psaltis, D., “Two-center holographic recording”, J. Opt. Soc. Am. B, 18, 5, 584-601, 2001. Shen, Y., Zhang, G., Qingjun, B.F., Xu, J., “Theoretical studies on nonvolatile two-step, two-color holographic recordingsensitivity for LiNbO3:Fe”, Optics Communications 256, 24-34, 2005. Ren, L., Liu, L., Liu, D., Zhou, C., Li, G., “Experimental and theoretical study of nonvolatile photorefractive holograms in doubly doped LiNbO3:Fe:Cu”, Optical Materials 23, 261-267, 2003. Lee M., Takekawa, S., Furukawa, Y., Kitamura, K., Hatano, H., “Nonvolatile and quasinonvolatile holographic recording in near-stoichiometric litfium niobate doubly doped with Tb and Fe”, Optical Materials 18, 53-56, 2001. Ren, L., Liu, L., Liu, D., Yao, B., “Dynamic characteristics of holographic recording and fixing in LiNbO3:Ce:Cu crystal”, Optics Communications 238, 363-369, 2004. Amodei, J.J., and Steabler, D.L., “Holographic Pattern Fixing in Electro-optic Crystals”, Appl. Phys. Lett. 18, 12, 540-542, 1971. Micheron, F. and Bismuth, G., “Electrical Control of Fixation of Holographic Patterns in Ferroelectric Materials”, Appl. Phys. Lett. 20, 2, 79-81, 1972. Demirbilek, R., Kapphan, S.E., Kutsenko, A.B. and Pankrath, R., “Investigation of twocenter holographic recording in SBN:Ce:Cr and SBN:Mn:Fe”, Phys. stat. sol. 2, 1, 653656, 2005. Kukhtarev, N.V., “Kinetics of hologram recording and erasure in electrooptics crystals”, Sov. Tech. Phys. Lett., 2, 12, 438-440, 1976. Glass, A.M., Von der Linde, D., Negran, T.J., “High-voltage bulk photovoltaic effect and the photorefractive process in LiNbO3”, Applied Physics Letters, 25, 4, 233-235, 1974. Simon, M., Buse, K., Pankrath, R., Krätzig, E., Freschi, A.A., “Photoconductivity of Photorefractive Sr0.61Ba0.39Nb2O6:Ce Crystals at High Light Intensities”, J. Appl. Phys., 80, 251-255, 1996. Buse, K., Stevendaal, U.V., Pankrath, R., Krätzig, E., “Light-Induced Charge Transport Properties of Sr0.61Ba0.39Nb2O6:Ce Crystals”, J. Opt. Soc.Am. B, 13, 1461-1467, 1996. Kogelnik, H., “Coupled wave theory for thick hologram gratings”, Bell Syst. Tech. J., 48, 2909-2947, 1969. Buse, K., Gerwens, A., Wevering, S. and Krätzig, E., “Charge Transport Parameters of Photorefractive Strontium-Barium Niobate Crystals Doped with Cerium”, J. Opt. Soc. Am.B, 15, 6, 1674-1677, 1998. 7 M. Kılıç, R. Demirbilek [17] [18] Sigma 28, 1-8, 2010 Fujimura, R., Kubato, E., Matoba, O., Shimura, T., Kuroda, K., “Photorefractive and photochromic properties of Ru doped Sr0.61Ba0.39Nb2O6 crystal”, Optics Communications 213, 373-378, 2002 Dörfler, U.B., Piechatzag R., Woike, Th., Imlau, M.K., Wirth, V., Bohaty, L., Volk, T., Pankrath, R., Wöhlecke, M., “A holographic method for the determination of all linear electrooptic coefficients applied to Ce-doped strontium-barium-niobate”, Appl. Phys. B, 68, 843-848, 1999. 8 Journal of Engineering and Natural Sciences Mühendislik ve Fen Bilimleri Dergisi Sigma 28, 9-14, 2010 Research Article / Araştırma Makalesi USING AQUEOUS TWO-PHASE SYSTEM COMBINED WITH ISOPROPANOL PRECIPITATION FOR ISOLATION OF PLASMID DNA FROM ALKALINE LYSATE Neşe ATACI*, İnci ARISAN Yildiz Technical University, Science & Art Faculty, Chemistry Department, Davutpasa Campus, Esenler-ISTANBUL Received/Geliş: 30.09.2009 Revised/Düzeltme: 08.01.2010 Accepted/Kabul: 18.02.2010 ABSTRACT This work presents a study of the partitioning of a plasmid from alkaline lysate in polyethylene glycol (PEG) / ammonium sulfate aqueous two-phase system (ATPS). The aqueous two-phase extraction system was prepared with a 35 % w/w PEG 600, 6 % w/w ammonium sulfate and 20 % w/w of lysate load. The performance of this process was determined by qualitative assays. Qualitative analysis was realized by using 1 % of agarose gel electrophoresis. PEG 600 (35% w/w) - (NH4)2SO4 (6% w/w) system recovered total amount of plasmid with small amount of RNA in bottom phase. In addition, the bottom phase of the system was integrated with 2-propanol precipitation step. Plasmid yield and RNA profile were observed for the use of different 2-propanol concentrations. Finally, maximized plasmid yield was obtained at 0,7 (v/v) 2-propanol concentration. In higher concentrations than 2-propanol of 0,7 (v/v) plasmid yields were decreased, and in this case plasmid was removed together with RNA in supernatant. Keywords: Plasmid DNA, plasmid isolation, aqueous two phase systems, gene therapy, 2-propanol precipitation. PLASMİD DNA'NIN ALKALİ LİZAT'TAN İZOLE EDİLMESİNDE İKİ FAZLI SULU SİSTEM İLE İSOPROPANOL ÇÖKTÜRME YÖNTEMİNİN BİRLEŞTİRİLEREK KULLANIMININ İNCELENMESİ ÖZET Bu çalışmada plazmid DNA’nın alkali lizat örneğinden polietilen glikol 600 ve amonyum sülfat bileşiminden oluşan iki fazlı sulu sistemde ayrılması ve bu ortamdan plazmid DNA’nın daha saf olarak elde edilmesi için 2- propanol ile çöktürme yönteminin kullanılması incelendi. Seçilen iki fazlı sulu sistemin bileşimi % 35 w/w PEG 600– % 6 w/w amonyum sülfattır. Kullanılan iki fazlı sulu sisteme uygulanan lizat örneği kütlece % 20 dir. Elde edilen sonuçlar %1'lik agarose gel elektroforezinden alınan jel örnekleri ile kalitatif olarak incelendi. PEG 600 (%35 w/w) - (NH4)2SO4 (%6 w/w) bileşiminden oluşan iki fazlı sulu sistemin alt fazından plazmid DNA’nın yanısıra safsızlık olarak RNA gözlemlendi. Plazmid DNA’nın RNA’dan uzaklaştırılarak daha saf olarak elde edilmesi için farklı konsantrasyonlarda 2-propropanol ile çöktürme işlemi yapıldı Sonuç olarak plazmidin veriminin en yüksek olduğu 2-propanol konsantrasyonu 0,7 (v/v) olarak belirlendi. 0,7 (v/v) den daha yüksek 2-propanol konsantrasyonları için plazmid veriminin düştüğü gözlendi. Anahtar Sözcükler: Plazmid DNA, plazmid izolasyonu, iki fazlı sulu sistemler, gen tedavisi, 2-propanol ile çöktürme. * Corresponding Author/Sorumlu Yazar: e-mail/e-ileti: atacin@yahoo.com, tel: (212) 383 42 07 9 N. Atacı, İ. Arısan Sigma 28, 9-14, 2010 1. INTRODUCTION Future developments in molecular therapies such as gene therapy and DNA vaccination have increased to develop new methods for plasmid purification in the healthcare fields.[1] Gene therapy and DNA vaccination are performed by introducing nucleic acids into the human cell. Both viral and non-viral vectors have been used as vehicles to transport genetic materials into the target cells. However, viral vectors because of toxicity and immunogenicity are regarded less acceptable. Although non-viral vectors based on plasmid DNA are less effective for transecting target cells, these agents are better alternatives cause of their safety perspective and easier produce. Gene therapy and plasmid based vaccines demand methods to produce and purify this molecule at large scale and pharmaceutical grade [2- 4]. Plasmid production always begins with the culture of transformed Escherichia coli bacteria followed by an alkaline lysate method to release plasmid from the Escherichia coli cell. RNAse free alkaline lysis method efficiently removes most of the cell walls, organelles, proteins and genomic DNA of the bacteria. RNA is leaving as main contaminant together with target plasmid [5, 6]. Currently used traditional chromatographic process such as anion-exchange and sizeexclusion, have been reported to be very efficient in removing RNA. However, limiting process in large size molecule, time consuming and costly cleaning procedure have increased the interest to use new simple low cost alternative methods [6- 8]. As non chromatographic process, aqueous two-phase systems especially in biotechnology application, is preferred, because high proportion of water (80-95%) is provided nontoxic environment. Lower viscosity of the phases and high interfacial contact between phases cause more mass transfer of biological molecule between phases in a short time. Binodial curve describes the composition and concentration of phase where phase separation occurs. The system is composed polyethylene glycol enriched top phase / a second polymer or a salt enriched bottom phase [7, 9]. Here we describe the partitioning of a 6.1 kbp plasmid DNA vector, present in an Escherichia coli alkaline lysate, in the PEG 600 / ammonium sulfate polymer-salt aqueous two phase system combined with 2-propanol precipitation for more pure pDNA without RNA contamination. 1.1. Materials and Methods Chemicals PEG 600 was obtained from Sigma. Ammonium sulfate and 2-propanol were from Merck. The 6050 bp (base pair) ColE1-type plasmid pVAX1/lacZ, designed by Invitrogen (Carlsbad, CA, USA) for the development of DNA vaccines, was used as a model plasmid. This vector contains the human cytomegalovirus (CMV) immediate early promoter; the BGH polyadenylation sequences, a kanamycine resistance gene, a pMB1 origin (pUC-derived), a multiple cloning site, a T7 promoter/priming site and a reporter (β-galactosidase) gene. Escherichia coli DH5α from invitrogen was used as the host strain. Standard Plasmid DNA The pDNA used as a control was purified using the Qiagen Mega Kit (Qiagen, Hilden, Germany) and resuspended in TE buffer (10 mMTris-HCl, 1mM EDTA, pH:8) pDNA was quantitated by UV spectrophotometer and purity was assessed by the ratio 260/280 (Jasco Model Spectrophotometer, 7850). Purified DNA preparations were pooled and stored a +4 0C until used in gel electrophoresis as control sample. Plasmid Production Escherichia coli cells harboring plasmid pVAX1/lacZ was cultivated overnight (up to a optical density of approximately 3) in 1000 ml shake flasks containing 250 mL of Luria Bertani medium (10g/L tryptone, 5 gr/L yeast extract, 5 g/L NaCl) supplemented with 30 µg /mL of 10 Using Aqueous Two-Phase System Combined with … Sigma 28, 9-14, 2010 kanamycine at 37 0C and 200 rpm. Growth was suspended at late log phase. Cells were stored at 20 0C until further processing with alkaline lysis as described below. Alkaline Lysis Cells (250 mL) were harvested by centrifugation at 15.000x g (20 min. 4 0C) and the pellets suspended in 8 ml of 50 mM glucose, 25 mM Tris-HCl, 10 mM EDTA, pH: 8 (buffer 1) The cells were lysed by adding and gently mixing (10 min in ice) 8ml of 200 mM NaOH, 1% (w/v) sodium dodecyl sulfate (buffer 2). The lysate was neutralized with 8 ml of a solution of 3M potassium acetate, 11.5 % (v/v) glacial acetic acid (10 min on ice) (buffer 3). All buffers were previously chilled. After neutralization, cell debris, protein and gDNA precipitates were removed by centrifugation (15.000 x g, 20 min. 4 0C). The second centrifugation at 15.000 g, 20 min. at the same temperature was performed to further clarify the supernatant. The plasmid containing lysate was kept at -20 0C until used in ATPS described below [10, 11]. Aqueous two - phase Extraction ATPS were prepared in 15 ml graduated tube with conical tips by adding distilled water, ammonium sulphate, PEG 600, Escherichia coli lysate and, up to a total weight of 5 g. The amount of lysate loaded was 1 g [12]. The components were added in the following order; PEG, salt, water, lysate. After thoroughly mixing, the mixture was centrifuged for 30 min.15000 g at 40C. Top and bottom phase were isolated and stored at 40C for analysis. Each phase was analyzed by gel electrophoresis in 1 % agarose gel run with TAE (Tris-Acetate-EDTA) buffer in the presence of 0.5 µg/mL ethidium bromide. Cell Culture Alkaline lysis ATPS process Top phase ATPS Bottom phase Isopropanol pp Agarose gel electrophoresis Precipitation step Qualitative analysis Figure 1. Schematic representation of the pDNA isolation using two step; ATPS and 2-propanol precipitation 11 N. Atacı, İ. Arısan Sigma 28, 9-14, 2010 2. RESULTS Partitioning pDNA in PEG / (NH4)2SO4 Systems The partitioning and purification of a 6.1 kbp pDNA vector by using ATPS polymersalt system was examined PEG molecular weight of 600 and ammonium sulfate. ATPS composition is the PEG 600 35 % (w/w) - (NH4)2SO4 6% (w/w). 20 % (w/w) lysate was load to the ATPS system. Volume of bottom phase is ~ 0.35 mL and top phase is ~ 4.2 mL. PEG 600 molecular weight was directed pDNA to the salt enriched bottom phase. Although RNA having a similar structure and physical properties as pDNA most of amount of RNA is partitioning in the top phase of the system as shown in Figure 1. The rest of the RNA together with total plasmid is in a bottom phase (Line 2, 4, 6 in Fig. 1). According to Joao Carlos and colleagues, plasmid behaves as being insoluble in the top phase, and accumulates in the salt enriched bottom phase of the system. Thus, the highest yields are achieved in the bottom phase of the ATPS process. Minimum contaminations (protein and endotoxines) in the system were obtained by 20 % (w/w) lysate load. More lysate load could increase both contaminants in pDNA and in the system that could result a decrease performance of the ATPS systems [12, 13]. The system PEG 600 / ammonium sulfate composition of 35 and 6% (w/w) respectively, is used to remove most impurities to the top phase. However it could not partition all RNA from the pDNA. oc sc RNA Figure 2. Agarose gel analysis of the ATPS [35% (w/w) PEG 600 / 6 %( w/w) (NH4)2SO4] Lane (2) pure pDNA control; lane (4) bottom phase; lane (6) top phase oc:open circle form, sc: super coiled form Effect of 2-propanol Precipitation on Removing RNA from pDNA Plasmid DNA in bottom phase of the PEG 600 35 %( w/w) - (NH4)2SO4 6% (w/w) ATPS system was precipitated by using different 2-propanol concentrations. 2-propanol precipitation mechanisms are depending on reduction of free water molecules which solvate biomolecules into aqueous solution. Bottom phase of the system is salt rich phase [14]. It means that the effect of 2-propanol was observed in the presence of ammonium salt. Bottom phase was 12 Using Aqueous Two-Phase System Combined with … Sigma 28, 9-14, 2010 diluted 0.4 (v/v) and was treated with 2-propanol at 4 0C for 30 min. After precipitation pDNA and RNA profile were observed on agarose gel (Line 1- 9 in Fig. 2). Various concentrations of 2propanol were used to remove RNA. The precipitation profile obtained (Figure 2) indicated that 2-propanol concentration 0.7 (v/v) is required to maximize plasmid precipitation and also to achieve plasmid without RNA contamination. It can be seen that from Figure 2, 2-propanol has no effect on plasmid isoforms distributions. Higher than 2-isopropanol concentration of 0.7 (v/v) plasmid precipitation yields was decreased and RNA contaminants were remained at supernatant. When the 2-propanol concentration increased the amount of RNA in supernatant was increased. Plasmid DNA was found to be remove together with RNA when the 2-propanol concentrations were 0.8 (v/v), 0.9 (v/v) and 1.0 (v/v). oc sc RNA Figure 3. Agarose gel analysis of 2-propanol precipitation of 35 %( w/w) PEG 600 / 6 % (w/w) ammonium sulfate ATPS bottom phase. Lane1, pure pDNA control; lane2–9, 2-propanol precipitation of bottom phase at 0.7 to 1.0 (v/v); lane2, precipitant sample of bottom phase after 2-propanol precipitation at 0.7 (v/v); lane3, supernatant sample of bottom phase after 2-propanol precipitation at 0.7 (v/v); lane4, lane5 respectively precipitant, supernatant sample at 0.8 (v/v); lane6, lane7 respectively precipitant, supernatant sample at 0.9 (v/v); lane8, lane9 respectively precipitant, supernatant sample at 1.0 (v/v). oc: open circle form, sc: super coiled form. 3. DISCUSSION This work shows that it is possible to use of ATPS system combined with 2-propanol precipitation to separate RNA from plasmid. 2-propanol concentration of 0.7 (v/v) was aggregated plasmid more efficiently than RNA. Plasmid was found to be removed together with RNA in the supernatant in higher 2-propanol concentration than 0.7 (v/v). The simplicity of this method applying for plasmid DNA isolation and purification can be used as separation step to obtained pure plasmid in gene therapy and in vaccines or pre-purification step to remove large percentage of major contaminants, such as RNA. 13 N. Atacı, İ. Arısan Sigma 28, 9-14, 2010 Acknowledgment Nese Ataci acknowledges for financial support to an Erasmus grant (222221–IC–1-2003-1-TR ERASMUS-EUC-1 TR ISTANBUL 07), and the authors also acknowledge to Assoc. Prof. Dr. Joao Carlos Marcos from the University of Minho (UM), Portugal for him educational guidance. REFERENCES / KAYNAKLAR [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] Stadler J., Lemmens R., Nyhammar T., “Plasmid DNA Purification”, J .Gene Med., 6, 5466, 2004. Li S., “Nonviral gene therapy: promises and challenges”, Gene Ther., 7, 31- 34, 2000. Anderson W.F., “Human gene therapy”, Nature, 392, 25-30, 1998. Robbins P.D., Tahara H., Ghivizzani S.C., “Viral vector for gene therapy”, TibTech., 16, 35-40, 1998. Wahlund P.O., Gustavsson P.E., Izumrudov V.A.,et. al., “Precipitation by polycation as capture step in purification of plasmid DNA from a clarified lysate”, .Biotechnol. Bioeng., 87, 675-684, 2004. Tseng W.C., Ho F.L., Fang T.Y., et.al., “Effect of alcohol on purification of plasmid DNA using ion-exchange membrane”. J. Member Sci., 233, 161-167, 2004. Ribeiro S.C., Monteiro G.A., Cabral J.M.S.,et. al., “Isolation of plasmid DNA from cell lysate by aqueous two-phase systems”, Biotechnol. Bioeng., 78, 376-384, 2002. Frerix A., Müller M., Kula M.R., et.al., “Scalable recovery of plasmid DNA based on Aqueous two phase separation”, Biotechnol. Appl. Biochem., 42, 57- 66, 2005. Zaslavsky B.Y., “Aqueos Two-Phase Partitioning”, Marcel Dekker Inc., New York, 1995. Sambrook J., Fritsch E.F., Maniatis T., “Molecular cloning” A laboratory manual, third edition, CSH Laboratory Press, 1998. Birnboim H.C., Doly J., “A rapid alkaline extraction procedure for screening recombinant plasmid DNA”, Nucl. Acids Res., 7, 1513-1523, 1979. Trindade I.P., Diogo MM., Prazeres D.M.F., et.al., “Purification of plasmid DNAvectors by aqueous two-phase extraction and hydrophobic interaction chromatography”. J.Chromatogr.A., 1082, 176-184, 2005. Duarte S.P., Fortes A.G., Prazeres D.M.F., et.al., “Preparation of plasmid DNA from alkaline lysate by a two step aqueous two-phase extraction process”. J. Chromatogr. A.., 1164, 105-112, 2007. Freitas S.S., Santos J.A.L., Prazeres D.M.F., “Optimization of isopropanol and ammonium sulphate precipitation steps in the purification of plasmid DNA” J. Biotechnol., 118, 55-62, 2005. 14 Journal of Engineering and Natural Sciences Mühendislik ve Fen Bilimleri Dergisi Sigma 28, 15-25, 2010 Research Article / Araştırma Makalesi GREEN’S FUNCTION OF DISCONTINUOS BOUNDARY VALUE PROBLEM WITH EIGENPARAMETER IN BOUNDARY CONDITIONS Fatma AYDIN AKGÜN* Yildiz Technical University, Faculty of Chemical-Metallurgy, Department of Mathematical Engineering, Davutpasa Campus, Esenler-ISTANBUL Received/Geliş: 16.04.2009 Revised/Düzeltme: 26.02.2010 Accepted/Kabul: 15.03.2010 ABSTRACT We constructed Green’s function solution of discontinuous Sturm-Liouville problems with eigenparameter in boundary conditions. Keywords: Discontinuous Sturm–Liouville problems, eigenparameter, Green’s function, eigenvalue, eigenfunction. MSC numbers/numaraları: 34L20, 35R10. SINIR KOŞULUNDA ÖZ PARAMETRE BULUNAN SÜREKSİZ SINIR DEĞER PROBLEMİNİN GREEN FONKSİYONU ÖZET Bu makalede sınır koşullarında özparametre bulunan, süreksiz Sturm-Liouville problemleri için Green fonksiyonu inşa edilmiştir. Anahtar Sözcükler: Süreksiz Sturm-Liouville problemleri, özparametre, Green fonksiyonu, özdeğer, özfonksiyon. 1. INTRODUCTION In this paper, we establish the Green’s function for Sturm-Liouville equation y '' ( x) + q( x) y ( x) = λy ( x) - on the interval (1.1) ⎡ π ⎞ ⎛π ⎤ ⎢0, 2 ⎟ ∪ ⎜ 2 , π ⎥ , with the eigenparameter-dependent boundary conditions ⎣ ⎠ ⎝ ⎦ λ y (0) + y ' (0) = 0 , (1.2) λy (π ) + y ' (π ) = 0 (1.3) and the transmission conditions * fakgun@yildiz.edu.tr, tel: (212) 383 46 16 15 F. Aydın Akgün Sigma 28, 15-25, 2010 ⎛π ⎞ ⎛π ⎞ y ⎜ + 0 ⎟ − δy⎜ − 0 ⎟ = 0 , 2 2 ⎝ ⎠ ⎝ ⎠ (1.4) ⎛π ⎞ ⎛π ⎞ y ' ⎜ − 0 ⎟ − δy ' ⎜ + 0 ⎟ = 0 , ⎝2 ⎠ ⎝2 ⎠ (1.5) ⎡ π ⎞ ⎛π ⎤ q(x) is continuous on ⎢0, ⎟ ∪ ⎜ , π ⎥ having the finite ⎣ 2⎠ ⎝2 ⎦ ⎛π ⎛π ⎞ ⎞ limits q⎜ + 0 ⎟ = lim q ( x ) and q⎜ − 0 ⎟ = lim q ( x ) , λ is a real eigenparameter π ⎝2 ⎝2 ⎠ x→ +0 ⎠ x → π −0 where the real valued function δ ≠0 2 2 is an arbitrary real number. Many topics in mathematical physics require investigations of eigenvalues and eigenfunctions of boundary value problems. In spite of the fact that the general theory and methods of boundary value problems with continuous coefficients are highly developed, very little is known about a general character of similar problems with discontinuity. Some problems with transmission conditions which arise in mechanics, such as thermal conduction problems for a thin laminated plate, were studied in [1]. In recent years, continuous results have been obtained for the boundary value problems with eigenparameter dependent boundary conditions. Some of these results can be seen in [2, 3, 4, 5, 6, 7, 8]. In particular, [4, 6, 9, 10] contain many references to problems in physics and mechanics. Some special cases of the problem (1.1)-(1.5) arise from applications of the method of separation of variables to the varied assortment of physical problems [1, 5, 10]. It must be noted that asymptotic formulas of eigenvalues and eigenfunctions of this problem are investigated in [11]. In this paper we will consider eigenparameter dependent boundary conditions and will extend some results of the standard Sturm-Liouville problems to discontinuous cases. In particular, we will construct Green’s function for the problem (1.1)-(1.5) using a method described in [12]. and, 2. SOME BASIC SOLUTIONS ACCORDING TO TRANSMISSION CONDITIONS We define two fundamental solutions ⎧ ⎪⎪ φ1 ( x, λ ) φ ( x, λ ) = ⎨ ⎪φ 2 ( x, λ ) ⎪⎩ ⎡ π⎞ for x ∈ ⎢0, ⎟ ⎣ 2⎠ ⎛π ⎤ for x ∈ ⎜ , π ⎥ ⎝2 ⎦ (2.1) and ⎧ ⎪⎪ χ 1 ( x, λ ) χ ( x, λ ) = ⎨ ⎪ χ 2 ( x, λ ) ⎪⎩ ⎡ π⎞ for x ∈ ⎢0, ⎟ ⎣ 2⎠ ⎛π ⎤ for x ∈ ⎜ , π ⎥ ⎝2 ⎦ (2.2) of the differential equation (1.1) which satisfy one of the boundary conditions in (1.2), (1.3) and both of the transmission conditions (1.4), (1.5) as follows. 16 Green’s Function of Discontinuos Boundary Value … φ1 ( x, λ ) Let Sigma 28, 15-25, 2010 ⎡ π⎞ ⎟ , satisfying the initial ⎣ 2⎠ be a solution of the equation (1.1) on ⎢0, conditions φ1 (0, λ ) = 1 , φ1' (0, λ ) = − λ . (2.3) It has been shown in [11] that the solution of (1.1) with (2.3) is unique on ⎡ π⎤ ⎢0, 2 ⎥ . ⎣ ⎦ ⎛π ⎤ ⎜ , π ⎥ together with the special type initial ⎝2 ⎦ Now consider the differential equation (1.1) on conditions ⎛π ⎞ ⎛π ⎞ y ⎜ ⎟ = δφ1 ⎜ − 0, λ ⎟ , 2 2 ⎝ ⎠ ⎝ ⎠ (2.4) ⎞ ⎛π ⎞ 1 ⎛π y ' ⎜ ⎟ = φ1' ⎜ − 0, λ ⎟ . 2 δ 2 ⎝ ⎠ ⎝ ⎠ (2.5) We will prove that these initial conditions define a unique solution which is also an entire function of the parameter the sequence λ ∈C y = φ 2 ( x, λ ) , ⎡π ⎤ , π ⎥ . Consider ⎣2 ⎦ for each fixed x ∈ ⎢ y n ( x, λ ), n = 0,1,2,... defined by the recurrence formula π ⎞ ⎛π ⎛π ⎞ ⎛ ⎞ y n ( x) = φ1 ⎜ − 0, λ ⎟ + ⎜ x − ⎟φ '1 ⎜ − 0, λ ⎟ + (q(t ) − λ ) y n −1 (t , λ )( x − t )dt. (2.6) 2 2 2 ⎝ ⎠ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠ π x ∫ 2 Let Q = is max q( x) . It is obvious that for each positive, real number N > 0 there ⎛π ⎤ x∈⎜ ,π ⎥ ⎝2 ⎦ π⎞ ⎡π ⎤ ⎞⎛ ⎛π K > 0 such that φ1' ⎜ − 0, λ ⎟⎜ x − ⎟ ≤ K for all x ∈ ⎢ , π ⎥ and λ < N . 2 2 ⎠ ⎝ ⎠⎝ ⎣2 ⎦ Thus, 2 x y1 ( x) − y 0 ( x) ≤ ∫ π (Q + N ) K ( x − t )dt = 2 1 π⎞ ⎛ (Q + N ) K ⎜ x − ⎟ . 2 2⎠ ⎝ (2.7) By induction, it follows from (2.7) that x yn ( x) − y n −1 ( x) ≤ (Q + N ) ∫y π n −1 (t , λ ) − y n −2 (t , λ ) ( x − t ) dt 2 17 for n = 2,3,.. . (2.8) F. Aydın Akgün Sigma 28, 15-25, 2010 π⎞ n⎛ n +1 K (Q + N ) ⎜ x − ⎟ 2⎠ ⎝ yn ( x) − y n −1 ( x) ≤ (n + 1)! for n = 2,3,.. . (2.9) Hence, the series ∞ φ 2 ( x) = y 0 ( x) + ∑ ( y n ( x) − y n −1 ( x) ) (2.10) n =1 converges uniformly for values of λ satisfying λ ≤ N in the interval π 2 < x ≤ π for n ≥ 2 . Moreover, we can obtain the following equations by differentiating the equation (2.6) (y ) ∫ (q(t ) − λ )( y x ' n ( x) − y ' n −1 ( x) = n −1 (t , π (y '' ( x) − y n '' n −1 ( x ) λ ) − y n − 2 (t , λ ) )dt , (2.11) 2 ) = ( q ( x ) − λ )( y n −1 (x, λ ) − y n − 2 ( x, λ ) ) . (2.12) By virtue of (2.9) each of the series ∞ x ∑ ∫ (q(t ) − λ )( y n −1 (t , n =1 π λ ) − y n − 2 (t , λ ) )dt 2 and ∞ ∑ ( q ( x ) − λ )( y n −1 (x, λ ) − y n − 2 ( x, λ ) ) n =1 converge uniformly for λ ≤N on the interval ⎛π ⎤ ⎜ ,π ⎥ . ⎝2 ⎦ Hence, it follows from (2.11) and (2.12) that the differentiated series ∑ (y ∞ ' n −1 (x, λ ) − y ' n − 2 ( x, λ ) n =1 also converge uniformly in ) and ∑ ( y ∞ '' n −1 (x, λ ) − y '' n − 2 ( x, λ ) ) n =1 ⎛π ⎤ x on the interval ⎜ , π ⎥ . Now taking (2.10) and (2.12) into ⎝2 ⎦ account, we have 18 Green’s Function of Discontinuos Boundary Value … ∞ ( φ 2 '' ( x, λ ) = ∑ y '' n ( x, λ ) − y '' n −1 ( x, λ ) Sigma 28, 15-25, 2010 ) n =1 = (q( x) − λ ) ∞ ∑ (y n −1 ( x, λ ) − y n − 2 ( x, λ ) ) n =1 = (q( x) − λ )φ 2 ( x, λ ). Thus φ 2 ( x, λ ) satisfies the differential equation (1.1) on the interval initial conditions (2.4) and (2.5). Hence, the function ⎛π ⎤ ⎜ , π ⎥ and the ⎝2 ⎦ φ ( x, λ ) defined by equation (2.1) satisfies ⎡ π ⎞ ⎛π ⎤ ⎟ ∪ ⎜ , π ⎥ , the boundary condition (1.2) and the ⎣ 2⎠ ⎝2 ⎦ the differential equation (1.1) on ⎢0, transmission conditions (1.4) and (1.5). We now turn to the unique solution χ 2 ( x, λ ) of the equation (1.1) on ⎛π ⎤ ⎜ ,π ⎥ ⎝2 ⎦ satisfying the initial conditions χ 2 (π , λ ) = −1 and χ 2' (π , λ ) = λ (2.13) λ for fixed x . χ1 ( x, λ ) will be defined in terms of χ 2 ( x, λ ) which is an entire function of The function and by the conditions ⎛π ⎞ 1 ⎛π ⎞ y ⎜ ⎟ = χ 2 ⎜ + 0, λ ⎟ , ⎝2⎠ δ ⎝2 ⎠ (2.14) ⎛π ⎞ ⎛π ⎞ y ' ⎜ ⎟ = δχ ' 2 ⎜ + 0, λ ⎟ . ⎝2⎠ ⎝2 ⎠ (2.15) φ 2 ( x, λ ) we can prove that the solution χ1 ( x, λ ) which is also an Applying the same technique as in the definition of equation (1.1) with conditions (2.14)-(2.15) has a unique entire function of ⎡ π⎞ x ∈ ⎢0, ⎟ . Thus χ ( x, λ ) satisfies the differential equation (1.1), the ⎣ 2⎠ ⎡ π ⎞ ⎛π ⎤ boundary condition (1.3) and the transmission conditions (1.4) and (1.5) on ⎢0, ⎟ ∪ ⎜ , π ⎥ . ⎣ 2⎠ ⎝2 ⎦ λ for fixed The Wronskian ω i (λ ) = Wλ (φi , χ i ; x) = φi ( x, λ ) χ i' ( x, λ ) − χ i ( x, λ )φi' ( x, λ ) are independent of (2.16) x for i = 1,2 and it can easily be shown that ω1 (λ ) = ω 2 (λ ) = ω (λ ) . (2.17) 19 F. Aydın Akgün Sigma 28, 15-25, 2010 Theorem 1: The eigenvalues of the problem (1.1)-(1.5) consist of zeros of the function ω (λ ) . Theorem can be proved easily by the same technique as for Theorem 1 in [12]. Lemma 1: Let λ = s 2 .Then the following integral equations hold. x 1 φ1 ( x) = − Sin sx + Cos sx + q (τ ) Sin s ( x − τ )φ1 (τ )dτ s0 ∫ (2.18) 1 π ⎞ ⎛π ⎞ π ⎞ ⎛π ⎞ 1 ⎛ ⎛ Sin s⎜ x − ⎟φ1' ⎜ ⎟ + δCos s⎜ x − ⎟φ1 ⎜ ⎟ + q (τ ) Sin s ( x − τ )φ 2 (τ )dτ (2.19) δs 2⎠ ⎝2⎠ 2⎠ ⎝2⎠ s 0 ⎝ ⎝ x φ 2 ( x) = ∫ Proof: Consider the solution φ1 ( x, λ ) of the differential equation (1.1) − φ1' ' ( x) + q( x)φ1 ( x) = s 2φ1 ( x) . Multiplying both sides by x ∫ Sin s ( x − τ ) and then integrating we get x − φ τ ) Sin s ( x − τ )dτ − s '' 1( 0 for (2.20) 2 x ∫ φ (τ )Sin s( x − τ )dτ + ∫ q(τ )Sin s( x − τ )φ (τ )dτ = 0 1 1 0 0 ⎡ π⎞ x ∈ ⎢0, ⎟ . After integrating by parts twice the first integral and using the conditions in ⎣ 2⎠ (2.3) we obtain x φ1 ( x) = − Sin sx + Cos sx + 1 q (τ ) Sin s ( x − τ )φ1 (τ )dτ . s0 ∫ Similarly, performing the same calculations for and (2.5) we get φ 2 ( x) and using the conditions (2.4) 1 π ⎞ ⎛π ⎞ π ⎞ ⎛π ⎞ 1 ⎛ ⎛ Sin s⎜ x − ⎟φ1' ⎜ ⎟ + δCos s⎜ x − ⎟φ1 ⎜ ⎟ + q (τ ) Sin s ( x − τ )φ 2 (τ )dτ δs 2⎠ ⎝2⎠ 2⎠ ⎝2⎠ s 0 ⎝ ⎝ x φ 2 ( x) = for ∫ ⎛π ⎤ x ∈ ⎜ ,π ⎥ . ⎝2 ⎦ Lemma 2: Let λ = s 2 for s being a complex number. Let Im s = t . Then, the following asymptotic equations hold for ⎛ ⎝ φ1 ( x, λ ) = 2Cos⎜ sx + λ →∞. π⎞ ( −1 ⎟+O s e 4⎠ t x ) (2.21) 20 Green’s Function of Discontinuos Boundary Value … Sigma 28, 15-25, 2010 π⎞ ⎛ π π⎞ ⎛ Sin s⎜ x − ⎟ Sin⎜ s + ⎟ + 2⎠ ⎝ 2 4⎠ δ ⎝ π⎞ ⎛ π π⎞ ⎛ t x 2δ Cos s⎜ x − ⎟Cos⎜ s + ⎟ + O s −1e 2⎠ ⎝ ⎝ 2 4⎠ φ 2 ( x, λ ) = − 2 ( (2.22) ) ( ) χ 2 ( x, λ ) = s Sin s( x − π ) + O e t x ⎛ ⎝ χ 1 ( x, λ ) = δ s Sin s⎜ x − Theorem 2: Let λ ω (λ ) (2.23) ( ) π⎞ π⎞ ⎛π ⎞ ⎛ ⎛π ⎞ 1 t x (2.24) ⎟Cos s⎜ ⎟ − s Cos s⎜ x − ⎟ Sin s⎜ ⎟ + O e δ 2⎠ 2 2 2 ⎝ ⎠ ⎠ ⎝ ⎝ ⎠ = s 2 and Im s = t . The asymptotic representation of characteristic function is ω (λ ) = δ 2 s 2 Cos s ( ) π π 2s 2 ⎛ π π⎞ ⎛ π π⎞ t x Cos⎜ s + ⎟ − Sin s Sin ⎜ s + ⎟ + O e . (2.25) δ 2 2 4 2 2 4 ⎝ ⎠ ⎝ ⎠ Proof: This result is a direct consequence of equation (2.16) and Lemma 2. 3. ASYMPTOTIC REPRESENTATION OF GREEN FUNCTION Let us consider Sturm-Liouville equation L( y ) = − y '' ( x) + q( x) y ( x) = − f ( x) (3.1) together with eigenparameter-dependent boundary conditions (1.2)-(1.3) and transmission conditions (1.4)-(1.5). Here ⎡ π ⎞ ⎛π ⎤ f (x) is continuous function on the interval ⎢0, ⎟ ∪ ⎜ , π ⎥ . ⎣ 2⎠ ⎝2 ⎦ We can represent the general solution of (3.1) in the following form ⎧ ⎪⎪ A1φ1 ( x, λ ) + B1 χ 1 ( x, λ ) Y ( x, λ ) = ⎨ ⎪ A2φ 2 ( x, λ ) + B2 χ 2 ( x, λ ) ⎪⎩ ⎡ π⎞ for x ∈ ⎢0, ⎟ ⎣ 2⎠ ⎛π ⎤ for x ∈ ⎜ , π ⎥ ⎝2 ⎦ . (3.2) We applied the standard method of variation of the constants to (3.2), thus, the functions A1 ( x, λ ), B1 ( x, λ ) and A2 ( x, λ ), B2 ( x, λ ) satisfies the linear system of equations A1'φ1 ( x, λ ) + B1' χ 1 ( x, λ ) = 0, (3.3) A1'φ1' ( x, λ ) + B1' χ 1' ( x, λ ) = f ( x), for ⎡ π⎞ x ∈ ⎢0, ⎟ and ⎣ 2⎠ 21 F. Aydın Akgün Sigma 28, 15-25, 2010 A2' φ 2 ( x, λ ) + B2' χ 2 ( x, λ ) = 0, (3.4) A2' φ 2' ( x, λ ) + B2' χ 2' ( x, λ ) = f ( x), for ⎛π ⎤ x ∈ ⎜ , π ⎥ . Since λ is not an eigenvalue and ⎝2 ⎦ Wλ (φi , χ i ; x) ≠ 0 for i = 1,2 each of the linear system in (3.3) and (3.4) has a unique solution which leads 1 A1 ( x, λ ) = ω (λ ) π 2 ⎡ π⎞ x ∈ ⎢0, ⎟, ⎣ 2⎠ ∫ f ( y) χ ( y, λ )dy + A 1 1 x ⎡ π⎞ x ∈ ⎢0, ⎟, ⎣ 2⎠ x 1 f ( y )φ1 ( y , λ )dy + B1 ω (λ ) 0 ∫ B1 ( x, λ ) = π 1 A2 ( x, λ ) = ω (λ ) ∫ f ( y)χ x 2 ( y, ⎛π ⎤ λ )dy + A2 x ∈ ⎜ , π ⎥, ⎝2 ⎦ ⎛π ⎤ x ∈ ⎜ , π ⎥. ⎝2 ⎦ x B2 ( x, λ ) = 1 f ( y )φ 2 ( y, λ )dy + B2 ω (λ ) π ∫ 2 Where A1 , A2 , B1 and B2 are arbitrary constants. Substituting these expressions to (3.2), we obtain the solution of (3.1) φ ( x, λ ) Y ( x, λ ) = 1 ω (λ ) for π 2 ∫ χ 1 ( x, λ ) f ( y )φ1 ( y, λ )dy + A1φ1 ( x, λ ) + B1 χ1 ( x, λ ) (3.5) ω (λ ) ∫0 x f ( y ) χ 1 ( y, λ )dy + x ⎡ π⎞ x ∈ ⎢0, ⎟ and ⎣ 2⎠ π Y ( x, λ ) = φ 2 ( x, λ ) χ ( x, λ ) f ( y ) χ 2 ( y, λ )dy + 2 f ( y )φ 2 ( y, λ )dy + A2φ 2 ( x, λ ) + B2 χ 2 ( x, λ ) (3.6) ω (λ ) ∫x ω (λ ) π∫ x 2 for ⎛π ⎤ x ∈ ⎜ ,π ⎥ . ⎝2 ⎦ Substituting these solutions into the eigenparameter-dependent boundary conditions (1.2)-(1.3) and the transmission conditions (1.3)-(1.4), we obtain the resolvent of the boundary value problem (1.1)-(1.5) as π χ ( x, λ ) φ ( x, λ ) f ( y )φ ( y, λ )dy + f ( y ) χ ( y, λ )dy ω (λ ) ∫0 ω (λ ) ∫x x Y ( x, λ ) = 22 . (3.7) Green’s Function of Discontinuos Boundary Value … Sigma 28, 15-25, 2010 We can now easily find the Green’s function of the problem (1.1)-(1.5) from the resolvent (3.1). Theorem 3: If the equation L (u ) = 0 has only trivial solution, then, for any function f (x) which is continuous on the interval given by [a, b] , there exists a solution of the equation Lu = f (x) b ∫ u ( x) = G ( x, ξ ; λ ) f (ξ ) dξ . a Proof of this theorem can be found in [13] where G ( x, ξ ; λ ) denotes the Greeen’s function for the operator L . From Theorem 3 we have π ∫ Y ( x, λ ) = G ( x, y; λ ) f ( y )dy . 0 and from (3.7), the Green’s function of the problem (1.1)-(1.5) can be represented as follows ⎧ 1 ⎪⎪ ω (λ ) χ ( x, λ )φ ( y, λ ), G ( x, y; λ ) = ⎨ 1 ⎪ χ ( y, λ )φ ( x, λ ), ⎩⎪ ω (λ ) 0 ≤ y ≤ x ≤ π, x ≠ 0 ≤ x ≤ y ≤ π, x ≠ π 2 π 2 , y≠ , y≠ π 2 π . (3.8) 2 Finally, in view of the condition (2.10) and using the asymptotic formulas in (2.21)(2.25), we obtain the asymptotic representation of Green’s function 23 G ( x, y; λ ) for λ → ∞ as F. Aydın Akgün Sigma 28, 15-25, 2010 ⎧ π ⎞⎛ π⎞⎞ ⎛ ⎛ Cos⎜ sy + ⎟⎜⎜ Sin s⎜ x − ⎟ ⎟⎟ ⎪ 4 2⎠⎠ ⎝ ⎠ ⎝ t ( y− x) ⎝ ⎪ + O s −2 e ⎪ ⎛ π π⎞ s Cos⎜ s + ⎟ ⎪ ⎝ 2 4⎠ ⎪ π⎞ ⎛ ⎪ Sin s (x − π )Cos⎜ sy + ⎟ ⎪ 4⎠ t ( y−x) ⎝ ⎪ + O( s −2 e ) ⎪ δs Cos s π Cos⎛ s π + π ⎞ − s Sin s π Sin ⎛ s π + π ⎞ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎪ 2 2 ⎝ 2 4⎠ δ ⎝ 2 4⎠ ⎪ ⎡ − 1 π π ⎞⎤ ⎛ ⎞ ⎛ ⎪ Sin s( x − π )⎢ Sin s⎜ y − ⎟ + δCos s⎜ y − ⎟⎥ ⎪ 2 2 ⎠⎦ δ ⎝ ⎠ ⎝ t ( y−x) ⎣ ) + O( s − 2 e ⎪ s π π ⎪ δs Cos s + Sin s ⎪ 2 δ 2 G ( x, y; λ ) = ⎨ π ⎞⎛ π⎞⎞ ⎛ ⎛ ⎪ Cos⎜ sx + ⎟⎜⎜ Sin s⎜ y − ⎟ ⎟⎟ ⎪ 4 ⎠⎝ 2⎠⎠ ⎝ ⎝ t ( y−x) + O( s − 2 e ) ⎪ π π ⎛ ⎞ ⎪ s Cos⎜ s + ⎟ ⎪ ⎝ 2 4⎠ ⎪ π⎞ ⎛ ⎪ Sin s ( y − π )Cos⎜ sx + ⎟ 4⎠ t ( y−x) ⎪ ⎝ + O( s − 2 e ) ⎪ π π ⎛ π π⎞ s ⎛ π π⎞ ⎪ δs Cos s Cos⎜ s + ⎟ − Sin s Sin ⎜ s + ⎟ 2 2 ⎝ 2 4⎠ δ ⎝ 2 4⎠ ⎪ ⎪ ⎡−1 π⎞ π ⎞⎤ ⎛ ⎛ ⎪ Sin s ( y − π )⎢ Sin s⎜ x − ⎟ + δCos s⎜ x − ⎟⎥ δ 2 2 ⎠⎦ ⎝ ⎠ ⎝ t ( y− x) ⎣ ⎪ + O( s −2 e ) ⎪ π s π δs Cos s + Sin s ⎪ 2 δ 2 ⎩ ( ) 0≤ y≤ x< 0≤ y< π 2 π 2 π 2 ≤ x≤π < y ≤ x≤π 0≤ x≤ y< 0≤ x< π 2 π 2 π 2 < y ≤π < x< y ≤π REFERENCES / KAYNAKLAR [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] Tikhonov A.N., Samarskii A.A., “Equations of Mathematical Physics”, Pergamon: Oxford and New York, 1963. Akdoğan Z., Demirci M., Mukhtarov OSh., “Discontinuous Sturm–Liouville Problem with Eigenparameter-Dependent Boundary and Transmission Conditions”, Acta Applicandae Mathematicae, 86:329–344, 2005. Binding P.A., Browne P.J., Watson B.A., “Strum–Liouville Problems with Boundary Conditions Rationally Dependent on the Eigenparameter II.”, Journal of Computational and Applied Mathematics, 148:147–169, 2002. Fulton C.T., “Two-Point Boundary Value Problems with Eigenparameter Contained in the Boundary Conditions”, Proc. R. Soc. Edinburg A77, 293-308, 1977. Mukhtarov O.Sh., Kadakal M., Muhtarov F.S., “On Discontinuous Sturm–Liouville Problem with Transmission Conditions”, Journal of Mathematics of Kyoto University, 444:779–798 2004. Shkalikov A.A., “Boundary Value Problems for Ordinary Differential Equations with a Parameter in Boundary Conditions”, Trudy. Sem. Petrovsk. 9, 190-229, 1983. Tunc E., Muhtarov O.Sh., “Fundamental Solution and Eigenvalues of One Boundary Value-Problem with Transmission Conditions”, Applied Mathematics and Computation, 157:347–355, 2004. Yakubov S., “Completeness of Root Functions of Regular Differential Operators”, Logman, Scientific and Technical, New York, 1994. 24 Green’s Function of Discontinuos Boundary Value … [9] [10] [11] [12] [13] Sigma 28, 15-25, 2010 Titeux I., Yakubov Ya., “Completeness of Rooth Functions for Thermal Conduction in a Strip with Piecewise Continuous Coefficients”, Mathematical Models and Methods in Applied Sciences, 7(7): 1035-1050, 1997. Voitovich N.N., Katsenalbaum B.Z., Sivov A.N., “Generalized method of Eigen-vibration in the Theory of Diffraction”, Nauka: Moskow, 1997. Aydın Akgun F., "On Boundary Value Problems which have Spectral Parameter in Boundary Conditions”, PhD Thesis, Mathematical Engineering Department, Y.T.Ü, 2008. Akdoğan Z., Demirci M., Muhtarov Osh., “Green Function of Discontinuous Boundary Value Problem with Transmission Conditions”, Math. Meth. Appl. Sci., 30: 1719-1738, 2007. Naimark M.A., “Linear Differential Operators”, Part I, George G. Harrap & Co.Ltd., London, 1968. 25 Journal of Engineering and Natural Sciences Mühendislik ve Fen Bilimleri Dergisi Sigma 28, 26-34, 2010 Research Article / Araştırma Makalesi INVESTIGATION OF PENETRATION AND PENETRATION INDEX IN BITUMEN MODIFIED WITH SBS AND REACTIVE TERPOLYMER Seyfullah KEYF* Yıldız Teknik Üniversitesi, Kimya-Metalurji Fakültesi, Kimya Mühendisliği Bölümü, Esenler-İSTANBUL Received/Geliş: 22.10.2009 Revised/Düzeltme: 16.03.2010 Accepted/Kabul: 23.03.2010 ABSTRACT The aim of this work is to develope properties of bitumen in asphalt which modifying is applied on road in city. In order to reduce the sensitivity of bitumen against to temperature and to increase service-life of over structure was formed new asphalt composition. ELVALOY RET, elastomeric reactive terpolymer, which was developed by DUPONT company was used as a new additive. With addition of Elvaloy RET and SBS in bitumen, the values of penetration decreased, penetration index increased in final product according to binding with pure bitumen. Keywords: Modified bitumen, elastomeric reactive terpolymer, SBS. SBS VE REAKTİF TERPOLİMER İLE MODİFİYE EDİLMİŞ BİTÜMDE PENETRASYON VE PENETRASYON İNDEKSİNİN İNCELENMESİ ÖZET Bu çalışmanın amacı, kent içi karayollarında uygulanmakta olan asfalttaki bitümün modifiye edilerek özelliklerinin geliştirilmesidir. Bitümün sıcaklığa karşı duyarlılığını azaltmak ve üst yapının hizmet ömrünü artırmak amacıyla bitüme katkı maddesi ekliyerek yeni asfalt bileşimi oluşturuldu. Yeni bir katkı malzemesi olarak DUPONT firması tarafından geliştirilen elastomerik reaktif terpolimer olan ELVALOY RET kullanıldı. Elvaloy RET ve SBS in bitüme ilave edilmesiyle son üründe saf bitümlü bağlayıcıya göre penetrasyon değerinin azaldığı, penetrasyon indeksinin arttığı belirlendi. Anahtar Sözcükler: Modifiye bitüm, elastomerik reaktif terpolimer, SBS. 1. GİRİŞ Karayolu üst yapısında genel olarak karışım ve yapısal tasarım olmak üzere iki adet kavram bulunmaktadır. Yapısal tasarımın amacı, asfalt bağlayıcılı tabakanın tabanında oluşan ve asfalt betonu içerisinde çatlamalara neden olan çekme gerilmelerine ve taban zemini üzerinde oluşan ve basınç bozulmalarına dayanıklı bir üstyapı tasarlamaktır. Karışım tasarımındaki genel düşünceyse karışımı en uygun hale getirmek ve yapısal tasarım için gerekli verileri mantıklı ve doğru tahmin etmektir. Bu değerlendirme yöntemlerinin matematiksel yöntemlerle desteklenmesi gerekmektedir. * keyf@yildiz.edu.tr, tel: (212) 383 47 77 26 Investigation of Penetration and Penetration … Sigma 28, 26-34, 2010 Asfalt üst yapıların işleyişinin ölçülmesi, üst yapıda oluşabilecek tehlikeli duruma göre değerlendirilmektedir; • • • Isıl çatlaklar (yüksek ya da düşük sıcaklık çatlakları) Yorulma çatlakları Tekerlek izi ya da kalıcı bozulmalarıdır. Bunların dışında, nemden ileri gelen bozulmalar, sürtünme katsayısındaki azalma gibi sürüş güvenliğini azaltacak nedenler de üst yapının bozulması açısından tehlikeli olabilir. Ancak bugüne kadar yapılmış olan çalışmalar genelde yukarıda belirtilen üç tehlikeli durum için yapılmıştır. Tüm bunlara karşın yük ve çevre koşulları bakımından üst yapının işleyişi ya da servis yeteneği indeksindeki azalma; • • • • Yorulma çatlakları Isıl çatlaklar Kalıcı bozulma Nemden dolayı bozulma [1]. Asfalt genelde doygunlar, aromatikler, reçine ve asfalten içerir. Asfalt yolun performansı, yüksek oranda sıcaklıktan ve yük kuvvetinden etkilenebilir. Düşük sıcaklıkta asfaltta çatlama, yüksek sıcaklıkta yumuşama gözlenir, asfaltın esneklik sıcaklık aralığı dardır ve baskı altında belirgin bir gevşeme ve sünme göstermesi olağandır. Bitüm, viskoelastik ve termoplastik özelliklere sahip olması nedeniyle, dünyada en çok kullanılan malzemelerin başında gelmektedir. Hem yük altında hem de ısı karşısında değişiklik göstermektedir. Bu yönüyle çok dikkatli ve çoğunlukla “modifiye” edilerek kullanılması gerekmektedir [2]. Yol üstyapısında oluşan bozulmaların önüne geçebilmek için yapılan modifikasyon, karışımın modifiyesi ve bitümün modifiyesi olarak iki farklı şekilde olmaktadır. Asfalta polimer eklenmesiyle asfaltın yapısı ve kullanım performansı değiştirilebilir [3]. Bu nedenle bağlayıcı olarak kullanılan bitümün bileşiminin ısıl değişikliklere, havadaki oksijene, neme, ışığa karşı dayanımının arttırılması gerekmektedir. Bu etkilere karşı dayanımının arttırılması için bitümün modifiye edilmesinin çalışmaları oldukça önemlidir [4]. Günümüzde asfaltın modifikasyonu amacıyla bir çok çeşit polimer kullanılır. Stiren butadien stiren (SBS) bu polimerlere bir örnektir [1] . İyi tasarlanmış polimer modifiye birümün (PMB) reaktif etilen terpolymer ( Elvaloy RET) katkılı olması yola uzun servis ömrü katar ve yol bakım ihtiyaçlarının önemli ölçüde azaltır. Bunlar test sonuçlarıyla kanıtlanmıştır ve saha tecrübesi DuPont EGA terpolimeriyle yapılan asfaltın modifiye edilmemiş ya da stiren-butadien-stiren (SBS) blok kopolimeri gibi çok kullanılan modifiye kimyasallarla modifiye edilen asfaltın tersine soyulma, kızışma, çatlama ve yorulmaya karşı üstün direnç gösterdiği anlaşılmıştır [5]. Bu çalışmada bitüm, SBS ve reaktif etilen terpolymer ( Elvaloy RET) ile modifiye edilerek Elvaloy RET in çatlama ve yorulmaya karşı direnci ile SBS in elastikiyet özellikleri birleştirilmeye çalışılarak, SBS ve reaktif etilen terpolymer kullanılan bitüm için penetrason ve penetrasyon indeksi değerleri incelenmiştir. 2. MATERYAL VE YÖNTEM 2.1. Bitum Modifiye Eden Kimyasallar Bitümü sıcak karışım olarak modifiye eden kimyasalları genel olarak ikiye ayırabiliriz. 1. Fiziksel olarak karıştırılanlar ( homojen karışan zamanla birbirinden ayrılan) - (VE) VESTOPLAST (Plastomer) - (OL) OLEXOBİT (Elastomer) - (GL) GILSONITE (Kaya Asfaltı) 27 S. Keyf Sigma 28, 26-34, 2010 - (VI) VIATOP (Fiber) - (KR) KRATON D 1101 CM ( Elastomer ) - (EL) ELVALOY AC (Elastomer) 2. Kimyasal olarak karıştırılanlar ( bitümün içersindeki asfaltenin karboksilik asit gruplaryla tepkimeye girerek bitüme bağlanan yeni kimyasal bir yapının oluşturulması ) [6]. ELVALOY RET (EVLR) (Elastomer) Şekil 1. Reaktif etilen terpolimerin (Elvaloy RET) yapısı [7]. Reaktif etilen terpolimer (Elvaloy RET) yapısında etilen, n-bütil akrilat ve glisid metaakrilatı (GMA) gelişigüzel içeren bir terpolimerdir. Moleküler ağırlık ve komonomer basamaklar polimerin üretimi esnasında farklılıklar gösterebilir. Elvaloy RET asfaltla karıştırıldığında ve ısıtıldığında asfaltenin karboksilik asit grubuyla kimyasal tepkimeyi veren GMA kısmıdır. Tepkimeden sonra Elvaloy RET terpolimerleri asfalt molekülüyle kovalent bağ yapar ve ayrılmaz. [5]. Şekil 2. Bitümün reaktif etilen terpolimerle tepkimesi [5]. SBS blok kopolimerleri bitümün elastikiyetini arttıran elastomer olarak sınıflandırılır ve bunlar bitümün modifikasyonu için en uygun polimerlerdir. Düşük sıcaklık elastikiyetini arttırsa da bazı çalışmalarda yüksek sıcaklıklarda penetrasyona dirençte düşme gözlendiğini iddia etmektedir. SBS kopolimerlerinin direnç ve elastikiyeti fiziksel ve üç boyutlu yapıda molekül içi bağların çapraz bağlı gibi davranmasından kaynaklanmaktadır [8]. 28 Investigation of Penetration and Penetration … Sigma 28, 26-34, 2010 2.2. Bitüm Modifikasyonu Deneyde kullanılan 50/70 bitüm TÜPRAŞ rafinerisinden temin edilmiştir. Bitüme % 1-5 aralığındaki oranlarda, SBS fiziksel olarak katılmasıyla beraber Elvaloy RET’in bitüm içindeki asfaltenin karboksilik asit grubuyla kimyasal tepkime vererek katılması sağlanmıştır. Bitümün elastikiyet ve yük altında dayanımının arttırılması hedeflenmiştir. 2.2.1. Deneysel Çalışma 2.2.1.1. Deneysel Çalışmada Kullanılan Kimyasalların Teknik Özellikleri 2.2.1.1.1. Elvaloy RET’in Teknik Özellikleri Çizelge 1. Elvaloy RET’in teknik özellikleri [1] Fiziksel özellikler Değerler Test yöntemleri 3 Yoğunluk 0,94 g/cm Eriyik akış hızı (190 °C/2,16 kg) 8 g/10 dak ASTM D1238 Isıl özellikler Değerler Test yöntemleri Erime noktası 72°C Süreçteki en yüksek sıcaklık 280°C ISO 1133 2.2.1.1.2. Stiren Butadien Stiren (SBS)’in Teknik Özellikleri Çizelge 2. SBS’nin teknik özellikleri [9] Özellik Eriyik akış hızı 200°C/5 kg Özgül ağırlık Yığın yoğunluğu Test yöntemi Birim ISO 1133 g / 10 dak. ISO 2781 ASTM D1895 B mg/m3 metodu Yığın yoğunluğu ASTM D1895 B mg/m3 metodu Sertlik ISO 868 Shore A (30s) Gerilme direnci[b] ISO 37 MPa Kopma anında uzama[b] ISO 37 % %300 modül[b] ISO 37 MPa [b] Toluen çözeltisinde şekillendirilmiş filmler üzerinde ölçülmüştür. Tipik değer <1 094 0,3 (F) 0,4 (S,U,M,MU) 72 33 880 2,9 2.2.1.1.3. Elvaloy RET’in Bitüm İçindeki Asfaltenin Karboksilik Asit Grubuyla Kimyasal Tepkimeyi Hızlandıran Polifosforik Asit’in Teknik Özellikleri Polifosforik asidin genel formülü n>1 için Hn+2PnO3n+1’dir. Deneyin 4. saatinde 2 numune alındıktan sonra sisteme ilave edilerek tepkimenin oluşum zamanını 24 saatten 6 saate kadar düşürür. 29 S. Keyf Sigma 28, 26-34, 2010 Çizelge 3. Polifosforik asidin teknik özellikleri [10] Fiziksel durum Sıvı Görünüm Renk PH Kıvamlı Renksiz-soluk yeşil <2 Erime noktası Kaynama noktası Özgül yoğunluğu (25 °C) Suda çözünürlüğü Organik çözücülerdeki çözünürlüğü Dinamik viskozitesi 16-30°C 310°C 1920 kg/m3 Çözünür, reaktiftir Alkollerde çözünür, reaktiftir 25°C’de 840 mPa 100°C’de 35 mPa.s 2.2.1.2. Deneysel Çalışmanın Yapılışı 50-70 AC li bitüm 2- 3 kg arası tartılır, aşağıdaki işlemler yapılarak devam edilir. Başlangıç: 220 0C’ye kadar bitüm ısıtılır, yüzdesi belli olan SBS içine katılır ve 90 devir/dk devirle sürekli karıştırılır. • 1.saat: SBS’in bitümde eritilmesine devam edilir. • 2.saat: SBS’in bitümde eritilmesine devam edilir, sıcaklık 195 0C’e düşürülerek yüzdesi belli olan Elvaloy RET ilave edilir. • 3. saat: SBS ve Elvaloy RET içeren 1. numune alınır. Her iki modifiyer iyice karıştırıldıktan sonra; • 4. saat: 2.numune alınır, yüzdesi belli olan süper polifosforik asitten katılarak Elvaloy RET’in asfaltenik asitle tepkimesi hızlandırılır. • 5. saat: 3. numune alınır. • 6. saat: 4.numune alınır • 7. saat: 5. numune alınır • 8. saat: 6. numune alınır Deney yapılan numunelere penetrasyon testleri yapılır. Değişik karışımlardaki testlerdeki numunelerin modifikasyonun aşamalarındaki gelişimi ve değişimi incelemek için gereklidir; • 1. numune SBS ve Elvaloy RET ’in karışımının değerlerini test etmek için elde edilir. • 2. numune süper polifosforik asitin Elvaloy RET ve asfaltenik asit tepkimesinin hızlanmasıyla değişen özellikleri test etmek için elde edilir. • 3. numune SBS ve Elvaloy RET karışmından, Elvaloy RET’in asfaltenin karboksilik asit grubuyla kimyasal tepkimeye girmesiyle değişen fiziksel özellikler test edilir. • 4. numune 3. numunedeki değişimlerin devam edip etmediği gözlemlenir. • 5. numuneyle tepkime sonlanmaya yaklaştığı gözlemlenir. • 5. numune ile 6. numune değerlerinin birbirine yakın olması durumunda tepkimenin bittiğini belirlemek için incelenir. 2.3. DENEYSEL ÇALIŞMA TEST SONUÇLARI 2.3.1. Penetrasyon Testi Bitümlü bağlayıcıların kıvamlılığı é penetrasyon deneyi ile tayin edilir. Penetrasyon; özellikleri belli bir iğnenin belirli yük altında, belli bir sure içinde, belli sıcaklıkta bağlayıcıya dikey doğrultuda batma uzunluğudur. 30 Investigation of Penetration and Penetration … Sigma 28, 26-34, 2010 Yapılan test sonucu penetrometrede okunan değerler aşağıdaki grafikte görülmektedir. Şekil 3. SBS ve Elvaloy RET (EVLR) ile modifiye edilen 50/70 bitüme ait penetrasyon değerleri 50/70 saf bitümün penetrasyon değeri 63 bulunmuştur, bitüm içeriğindeki SBS oranı arttıkça penetrasyon değerlerinde düşme olmuştur. SBS’in katılmasıyla penetrasyon değerinin azaldığını göstermektedir. Penetrasyon değerlerinde gerçekleşen azalma, yüzdesi belli benzer SBS kontsanrasyonlu diğer çalışmalardaki penetrasyon azalması değerinden daha fazla penetrason düşüşü Elvaloy RET’in bitüme katılması ve tepkimesinden kaynaklandığı belirlenmiştir. 2.3.2. Yumuşama Noktası Yumuşama noktası genel olarak; bir su banyosu içine yerleştirilmiş ve üzerinde bir bilye bulunan standart bir kalıp içerisindeki bitümlü malzemenin, belirli bir hızla ısıtılması sonucunda yumuşayarak tabana değdiği anda termometreden okunan sıcaklık olarak tanımlanabilir Yapılan test sonucu numunelerin yumuşama noktası değerleri aşağıdaki tabloda görülmektedir. 31 S. Keyf Sigma 28, 26-34, 2010 Çizelge 4. SBS ve Elvaloy RET (EVLR) ile modifiye edilen 50/70 bitüme ait yumuşama noktası değerleri %1 SBS %2 EVLR Yumuşama Noktası 0C %1.5 SBS %2 EVLR Yumuşama Noktası 0C 1.Num. 62 63 64 66 68 2.Num. 63 64 66 68 71 3.Num. 67 68 70 73 77 4.Num. 69 70 72 75 79 5.Num. 70 71 73 76 80 6.Num. 71 72 74 77 81 Test Numarası %2 SBS %2 EVLR Yumuşama Noktası 0C %2.5 SBS %2 EVLR Yumuşama Noktası 0C %3 SBS %2 EVLR Yumuşama Noktası 0C 2.3.3. Bitümlü Bağlayıcıların Isıya Karşı Duyarlılığını (Penetrasyon İndeksi) Bitümlü bağlayıcıların ısıya karşı duyarlılıkları, karışım hazırlama sırasında enerji ve süre bakımından, uygulamada ise kaplamaların yüksek sıcaklıklarda kalıcı deformasyon ve düşük sıcaklıklarda ısıl çatlak oluşumu bakımından büyük önem arz etmektedir. Isı duyarlılığı düşük bağlayıcılar karışım hazırlama sırasında olumsuzluklara neden olmasına rağmen kaplama performansının artmasını sağlamaktadır. Bitümlü bağlayıcıların ısıya karşı duyarlılığını saptamak amacıyla yumuşama noktası ve standart penetrasyon deney sonuçları kullanılarak Penetrasyon İndeksi (PI) değeri belirlenmektedir [12]. A = (1) ( log 800- log P25 ) / (TYN-25) (2) PI = ( 20 - 500A ) / ( 1+ 50A) Formüldeki P25, bitümün 25°C’deki penetrasyon değerini, TYN ise yumuşama noktasını göstermektedir. Bitümlü bağlayıcıların ısıya karşı duyarlılıkları arttıkça PI değerleri azalmaktadır. Penetrasyon İndeksi’nin 2’den küçük olması bitümün ısıya çok duyarlı olduğunu, 2’den büyük olması ise ısıya karşı az duyarlı olduğunu göstermektedir 50/70 saf bitümün yumuşama noktası değeri 48 0C belirlenmiştir. Bitüm içeriğindeki SBS ve Elvaloy RET (EVLR) oranı arttıkça penetrasyon indeksinin belirgin olarak bir artış olduğu belirlenmiştir. Saf bitümün ısıya karşı duyarlı olduğunu, bitüm içersindeki SBS ve Elvaloy REY (EVLR) oranı arttıkça bitümün sıcaklığa karşı duyarlılığını azaldığı belirlendi. Yapılan test sonuclarıyla penetrasyon indeksi hesaplanarak penetrasyon indeksinin zamanla değişimi aşağıdaki grafikte görülmektedir. 32 Investigation of Penetration and Penetration … Sigma 28, 26-34, 2010 Şekil 4. SBS ve Elvaloy RET (EVLR) ile modifiye edilen 50/70 bitüme ait penetrasyon indeksi grafiği 3. SONUÇLAR VE TARTIŞMA Bu çalışmada bitümün modifiyesinde heteropolimer (SBS) ve reaktif terpolimer (Elvaloy RET) kullanıldı. Bitümün heteropolimer ve reaktif terpolimer ile modifiye edilen numuneleri penetrasyon, testlerine tabi tutularak çıkan sonuçlar değerlendirilmiştir. Saf bitüme bitümle reaksiyona giren Elvaloy RET ve bitüme fiziksel karışan SBS (Kraton D1101) ilave edilmesiyle son üründe saf bitümlü bağlayıcıya göre penetrasyon değerinin azaldığı belirlendi. Penetrasyon değerlerindeki azalmanın katılan SBS (Kraton D1101)’den ve özellikle oksijenden dolayı bitümün sertleşmesini geciktirmede etkili olan reaktif terpolimer (Elvaloy RET)’den kaynaklandığı bilinmektedir. Penetrasyon testinde öncelikle başlangıçtan itibaren 2 saat süreyle SBS’nin eritilmesiyle penetrasyon değerinde oldukça önemli oranda bir azalma görülmüştür, ortama Elvaloy RET’in katılmasından sonra eklenen katalizör polifosforik asitin 4. saatten 5. saate doğru Elvaloy RET’ in tepkimeye girmesinden kaynaklı penetrasyon değerinde bir azalmanın olduğu belirgin bir şekilde tespit edilmiştir. Penetrasyon indeksi öncelikle başlangıçtan itibaren 2 saat süreyle içinde SBS’nin eritilmesiyle penetrasyon indeksi değeri önemli ölçüde bir artma görülmüştür, ortama Elvaloy RET’in katılmasından sonra eklenen katalizör polifosforik asitin 4. saatten 5. saate doğru Elvaloy RET in tepkimesinden kaynaklı penetrasyon indeksi değerinde artışa neden olduğu belirgin bir tespit edilmiştir. 50/70 saf bitümün penetrasyon indeksi 1.28 iken diğer bir deyişle sıcaklıktan oldukça etkilenirken, SBS ve Elvaloy RET ile modifiye edilen bitüm en düşük 2.04 en yüksek 5.11 gibi değerlere ulaşarak sıcaklıktan çok az etkilenen bitüm olacağı tespiti yapılmıştır. Bu çalışmada SBS ve Elvaloy RET ile modifiye edilen bitümün penetrasyon değerleri azalttığını ve penetrasyon indeksini arttırdığı tespit edilmiştir. Penetrasyon azalmaya bağlı olarak modifiye edilmiş bitümün; sıcaklığa karşı dayanımının arttığını, daha uzun kullanım ömrüne sahip olacağı belirlenmiştir. 33 S. Keyf Sigma 28, 26-34, 2010 REFERENCES / KAYNAKLAR [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] M. Ilıcalı, S. Tayfur, H. Özen, “The Effects of SBS Additives on the Properties of Bituminous Binders”, EUROASPHALT&EUROBITUME Congress Spain, 20 September, 2000. http://www.e-kutuphane.imo.org.tr/pdf/11160.pdf [Erişim Tarihi: Eylül 24, 2009]. Cont, Y., Huang, W., Liao, K., “Compatibilty Between SBS and Asphalt”, Petroluem Science and Technology, 26: 346-352., 2008. Keyvanklıoğlu,N. “Köprüler ve Viyadüklerde Kullanılan Modifiye Asfalt Bazlı Yalıtım Örtüsü”, I. Asfalt Sempozyumu, 1996, pp 176-183,Ankara http://www2.dupont.com/Elvaloy/en_US/assets/downloads/elvaloy_4170.pdf [Erişim Tarihi: Eylül 6, 2009]. M.W. Witczak, I. Hafez.,and X. Qi., “Laboratory Characterization of Elvaloy Modified Asphalt Mixtures”, Vol 1. Technical Report, June 1995, pp 1-13 Keyf, S., Ö.zen., H. “Terpolimerle Bitüm Modifiyesi Test Sonuçlarının İncelenmesi”, UKMK 6, 6.Ulusal Kim. Müh. Kong. 2004, KT -117, Sengöz, B. ve Isıkyakar, G., “Evaluation of The Properties and Microstructure of SBS and EVA Polymer Modified Bitumen”, Construction and Building Materials, Volume 22, Issue 9,Pages 1897-1905, 2008. http://docs.kraton.com/pdfDocuments/2009091710530834364453.PDF [Erişim Tarihi: Ekim 16, 2009]. http://www.thermphos.com/Brochures/~/media/Pdf/brochure/Brochure01%20pdf.ashx [Erişim Tarihi: Eylül 26, 2009]. Keçeciler, A. F., Akkol, G., Gümrükçüoğlu, A. ve Gökçe, A. F., “Bitümlü Malzemeler Laboratuar El Kitabı”, Araştırma Dairesi Başkanlığı, Ankara, 1990. Yılmaz, M., Ahmedzade, P., “Saf ve sbs modifiyeli bitümlü bağlayıcıların kısa dönem yaşlanmadan sonraki özelliklerinin iki farklı yaşlandırma yöntemi kullanılarak incelenmesi”, Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Der. Cilt 23, No 3, 569-575, 2008. 34 Journal of Engineering and Natural Sciences Mühendislik ve Fen Bilimleri Dergisi Sigma 28, 35-48, 2010 Research Article / Araştırma Makalesi USE OF PROACTIVE AND REACTIVE PRODUCT DEVELOPMENT STRATEGIES IN ENTERPRISES APPLYING CONCURRENT ENGINEERING APPROACH: A FIELD SURVEY IN TURKISH CERAMIC SECTOR Yeşim YAYLA*1, Aytaç YILDIZ1, Birol AKYÜZ2 1 2 Marmara Üniversitesi, Teknik Eğitim Fakültesi, Makine Eğitimi Bölümü, Göztepe-İSTANBUL Bilecik Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Makine ve İmalat Mühendisliği Bölümü, BİLECİK Received/Geliş: 04.06.2009 Revised/Düzeltme: 02.03.2010 Accepted/Kabul: 25.03.2010 ABSTRACT The concept of concurrent engineering has been widely recognized by the companies to combine the different activities of different departments to enable fast and efficient product development method. An organization must have an appropriate business strategy to create successful new products or improve existing products in order to gain advantage over competitors. The basic strategic decision that needs to be made in product development is whether to adopt a proactive or reactive strategy. A proactive product development strategy explicitly allocates resources to search and identify opportunities and to preempt possible adverse effects. A reactive strategy needs to deal with the pressures from competition. In this study, the results of a field study to ascertain which strategy among reactive or proactive product development are used in ceramic sector firms employing concurrent engineering product development approach. In the framework of the study, 52 firms active in ceramic sector are surveyed with a questionnaire. The data of the survey is analysed with SPSS 15.00 statistical analysis software and the results are evaluated with clustering and MANOVA analyses. From the field survey perspective, the effectiveness of reactive and proactive product development strategies of the firms employing concurrent engineering approach is interpreted. Keywords: Turkish ceramic industry, concurrent engineering, proactive product development strategies, reactive product development strategies. EŞ ZAMANLI MÜHENDİSLİK YAKLAŞIMINI UYGULAYAN FİRMALARDA PROAKTİF VE REAKTİF ÜRÜN GELİŞTİRME STRATEJİLERİNİN KULLANIMI: SERAMİK SEKTÖRÜNDE BİR SAHA ARAŞTIRMASI ÖZET Ürün geliştirme prosesi boyunca farklı bölümler tarafından gerçekleştirilecek olan faaliyetleri bütünleştiren eş zamanlı mühendislik, hızlı ve etkili bir ürün geliştirme yaklaşımı olarak firmalarca yaygın olarak kullanılmaktadır. İşletmelerin kullandıkları ürün geliştirme stratejileri, eş zamanlı mühendislik yaklaşımı uygulamasının sağlayacağı yararları önemli oranda etkileyecektir. Bu stratejilerden biri olan proaktif ürün geliştirme stratejisinde, fırsatlar belirlenmeli ve gerektiğinde olumsuz etkileri ortadan kaldırmak üzere kaynaklar açıkça ortaya konulmalıdır. Bir diğer strateji olan reaktif ürün geliştirme stratejisinde ise, rakiplerden gelecek olan baskıların üstesinden gelinmelidir. Reaktif stratejiler, uzun vadede pazar payı kazanma konusunda başarılı olarak değerlendirilmemektedir. Bu makalede, seramik sektöründe faaliyet gösteren ve eş zamanlı ürün geliştirme yaklaşımını uygulayan firmalarda, reaktif ve proaktif ürün geliştirme stratejilerinden hangisinin daha etkili olarak kullanıldığının tespitine yönelik yapılan bir saha araştırmasının sonuçlarına yer verilmiştir. Araştırma kapsamında, seramik sektöründe faaliyet gösteren 52 firmayı kapsayan bir anket çalışması yapılmıştır. Elde edilen veriler SPSS 15.0 istatistik programı kullanılarak, kümeleme ve tek yönlü MANOVA analizleri ile değerlendirilmiştir. Saha araştırması sonuçlarından hareketle seramik sektöründe yer alan ve eşzamanlı mühendislik yaklaşımını uygulayan firmalarda reaktif ve proaktif ürün geliştirme stratejilerinin kullanımları mukayeseli olarak yorumlanmıştır. Anahtar Sözcükler: Türk Seramik sektörü, eş zamanlı mühendislik, proaktif ürün geliştirme stratejileri, reaktif ürün geliştirme stratejileri. * Corresponding Author/Sorumlu Yazar: e-mail/e-ileti: yayla@marmara.edu.tr, tel: (216) 336 57 70 / 319 35 Y. Yayla, A. Yıldız, B. Akyüz Sigma 28, 35-48, 2010 1. GİRİŞ Başarılı ürün geliştirme faaliyetleri, müşteriler için değer yaratmanın en önemli yoludur. Müşteri memnuniyetini artırmak için, ürün geliştirme ve süreç tasarımında müşteri istek ve beklentilerini karşılamaya yönelik faaliyetlerde bulunmak gerekmektedir [1,2]. Müşteri ihtiyaç ve beklentileri belirlendikten sonra, ürün geliştirme süreçlerinin bu beklentileri karşılayacak biçimde planlanması ve yönetilmesi ürün geliştirme organizasyonu çalışmalarını oluşturmaktadır [3,4]. Müşterilerin istek ve beklentilerini en hızlı ve en doğru şekilde tespit ederek en kısa zamanda ürün geliştirme sürecine yansıtabilen, müşteri odaklı bir yaklaşıma göre tasarlanarak üretilmiş ürünleri rakiplerinden önce pazara sunabilen firmalar, günümüzün rekabet ortamında başarıya ulaşan firmalar olacaktır [5]. Geleneksel ürün geliştirme yaklaşımında (seri ürün geliştirme yaklaşımı), ürünün tasarımı farklı zamanlarda ve birbirleriyle iletişimi çok az olan farklı bölümler tarafından yapılmaktadır. Bu durum, ürün hakkında bilgi eksikliğine ve üretim ile ilgili verilerin tam ve doğru olarak bilinmemesine neden olmaktadır. Bu nedenle, ürün geliştirme süreçlerinin ilerleyen aşamalarında sorunlar ve tasarım değişiklikleri ortaya çıkmaktadır [1,2]. Etkin ürün geliştirme faaliyetlerinin ortaya çıkarılması, işletmenin tüm bölümlerinin birlikte çalışmasını gerektirir. Bu, ürün kalitesini ve işletme performansını artırır. Özellikle, tasarım ve üretim bölümlerinin birlikte çalışması, kaliteyi geliştirmek, maliyetleri düşürmek için önemlidir [6-9]. Tasarım ve üretime ilişkin çalışmaların ve hatta destek hizmetlerin aynı zamanda yürütülmesi durumunda, belirtilen bu sorunların çözülmesi sağlanacaktır düşüncesiyle, eş zamanlı mühendislik (paralel ürün geliştirme, bütünleşik ürün geliştirme, çapraz fonksiyonel ürün geliştirme) adı verilen yaklaşım ortaya çıkmıştır [1,10-12]. İşletmeler yeni ürünler geliştirerek içinde yer aldıkları pazarda büyümeye çalışmaktadır. Ürün geliştirme, insan kaynakları, üretim ve pazarlama fonksiyonları stratejik karar alanları içinde yer almaktadır. Stratejilerin işletme performansına etki alanları; ürün kalitesi, maliyetler, esneklik ve fiyattır. Ürün geliştirme süresinin kısaltılması ve ürünün pazara giriş süresinin hızlandırılması, kaliteyi arttırmak, ürün geliştirme süreçlerinin performansını attırmak ve rekabette uzun dönemli avantajlar sağlamak, ürün geliştirme stratejilerinin kullanılmasının nedenleri arasında yer almaktadır [13]. İşletmeler, ürün geliştirme prosesinin herhangi bir aşamasında ortaya çıkan problem(ler)le baş edebilmek ve karşılaşılan bu problem(ler)i kaynağında çözebilmek için ürün geliştirme performansını artırmaya yönelik uygun stratejiler ve metotlar kullanmaktadır. Bu makalede, seramik sektöründe faaliyet gösteren ve eş zamanlı ürün geliştirme yaklaşımını uygulayan firmalarda, reaktif ve proaktif ürün geliştirme stratejilerinden hangisinin daha etkili olarak kullanıldığının tespitine yönelik bir saha araştırmasına yer verilmiştir. Bu bağlamda, çalışmanın ilk bölümlerinde; eş zamanlı ürün geliştirme yaklaşımı, proaktif ve reaktif ürün geliştirme stratejileri ve saha araştırmasının gerçekleştirildiği Türk seramik sektörü hakkında bilgi verilmiştir. Çalışmanın devamında, Türk seramik sektöründe faaliyet gösteren 52 firmanın yer aldığı bir anket çalışmasını kapsayan saha araştırmasına ilişkin metodoloji yer almaktadır. Araştırma metodolojisi başlığı altında; örnek özellikleri ve anket verilerinin toplanması, ankette kullanılan ölçekler, kümeleme ve tek yönlü MANOVA analizi sonuçları incelenmiştir. Sonuç ve değerlendirme bölümünde, sektörel bazda ortaya çıkan istatistiksel analiz sonuçları temel alınarak konu ile ilgili yorum ve önerilere yer verilmiştir. 2. EŞ ZAMANLI ÜRÜN GELİŞTİRME YAKLAŞIMI Ürün geliştirme yaklaşımlarını seri ürün geliştirme yaklaşımı (seri mühendislik) ve eş zamanlı ürün geliştirme yaklaşımı (eş zamanlı mühendislik) olarak iki kısımda incelemek mümkündür. Seri ürün geliştirme yaklaşımında; ürün geliştirme çalışmaları ve süreç faaliyetleri bir işlem sırasını takip ederek sıralı olarak yerine getirilmektedir. Eş zamanlı ürün geliştirme yaklaşımı; 36 Use of Proactive and Reactive Product Development … Sigma 28, 35-48, 2010 ürün geliştirme çalışmalarının ve süreç faaliyetlerinin eş zamanlı olarak gerçekleştirilmesi esasına dayanmaktadır [14,15]. Seri ürün geliştirme yaklaşımında bir aşama tamamlanmadan diğerine geçilememektedir [16]. Bu durumda; süreçlerin yavaşlaması, bürokrasinin artması, ürün geliştirme prosesinin herhangi bir aşamasında ortaya çıkan tasarım değişikliklerinden kaynaklanan yüksek maliyetler ve ürün geliştirme zamanının uzaması gibi olumsuzluklar ortaya çıkmaktadır [8,17]. Mühendislik bölümü, pazarlama bölümünden müşteri ihtiyaçlarını alarak bunları tasarım elemanlarına aktarmaya çalışmaktadır. Bu sırada, zaman ve bilgi kaybı söz konusu olmaktadır. Aynı problem tasarım elemanlarının, bilgileri üretim bölümüne aktarması esnasında da devam etmektedir [7,18]. Şekil 1’ de, seri ürün geliştirme yaklaşımının aşamaları görülmektedir. Pazarlama Geliştirme Üretim Satış Servis Şekil 1. Seri Ürün Geliştirme Yaklaşımı [16] Seri ürün geliştirme yaklaşımında ortaya çıkan bu sorunların çözülmesi için paralel veya eş zamanlı ürün geliştirme süreçleri uygulanmaktadır. Eş zamanlı ürün geliştirme yaklaşımı; pazar ve müşteri ihtiyaçlarını karşılayacak yüksek kaliteli, düşük maliyetli ürünlerin tasarımı, üretimi ve geliştirilmesi için kullanılan bir metodolojidir [19]. Bu yaklaşım, fikir aşamasından ürünün pazara sunumuna kadar bütün ürün geliştirme süreçlerinde; işletmenin ana bölümlerinin, müşterilerin ve tedarikçilerin de işbirliği ile ürün geliştirme faaliyetlerinin gerçekleştirilmesini sağlar [20-24]. Eş zamanlı mühendislik, ürün geliştirme çalışmalarında çapraz fonksiyonel ekiplerin kullanılmasını, ekip üyelerinin ürün geliştirme prosesinin erken aşamalarında katılımının sağlanmasını ve ürün geliştirme süreçlerinin paralel olarak çalışmasını öngörmektedir [25]. Şekil 2’ de, eş zamanlı ürün geliştirme yaklaşımının aşamaları yer almaktadır. Pazarlama Geliştirme Üretim Satış Servis Şekil 2. Eş Zamanlı Ürün Geliştirme Yaklaşımı [16] Küresel ekonomilere ve yeni pazarlara ürün sunma gerekliliği, organizasyonların yeniden yapılanması ve faaliyetlerin yeniden düzenlenmesi zorunluluğu, yeni ürün geliştirme süresinin kısaltılması gereği, yeni teknolojilerin ortaya çıkması ve bunlara olan gereksinimin artması, müşteri beklentilerinin artması, ileri teknoloji ürünlerinin kullanılması ve bu ürünlerin karmaşıklığı, çevre bilincinin giderek önem kazanması, ürünlerin geri dönüşümlerinin tasarımda 37 Y. Yayla, A. Yıldız, B. Akyüz Sigma 28, 35-48, 2010 dikkate alınması gereği, uluslararası yasal düzenlemelerin yapılması ve ülkeler arası ekonomik işbirliği, işletmeleri, modern ürün geliştirme metodolojisi olan eş zamanlı mühendisliği uygulamaya zorlayan nedenler olarak sıralanabilir [22,26-29]. Ürün tasarım süreçleri ve üretim sistemlerinin tasarımının eş zamanlı olarak gerçekleştirilmesi ile bir projenin bütün olarak tamamlanma zamanı kısalmakta, maliyetler azalarak işletme daha rekabetçi bir hale gelmekte, ekip halinde çalışma, kalite ve performans hedeflerine ulaşmayı sağlamaktadır [1,6,7,10-12,30-32]. Eş zamanlı mühendislik, müşteri odaklılığı ve ürünün kaliteli olmasını sağladığı için toplam kalite yönetimi ile uyumlu bir yaklaşımdır [23,24]. 3. ÜRÜN GELİŞTİRME STRATEJİLERİ Strateji, bir işletmenin, varlığını sürdürebilmesi ve amaçlarına ulaşabilmesi için nasıl rekabet etmesi gerektiğini belirler. Bu nedenle ürün geliştirme stratejileri, işletmenin rekabet gücünün belirlenmesinde önemli bir faktördür. Strateji, işletmeyi bütünleştiren, kararlarda tutarlılık sağlayan ve işletmeyi doğru hedefe yönelten ortak görüştür [33,34]. İşletmenin temel amaçlarını, politikalarını ve hareket sırasını gösteren uzun süreli bir plan olarak da tanımlanmaktadır [22,35]. Stratejiler belirlenirken; zaman, teknolojik değişim, küreselleşme, fiyat, pazarlama, ürün farklılaştırma ve strateji tipleri dikkate alınır [36]. Ürün geliştirme stratejileri, işletme kaynakları ile çevre faktörlerinin uyumunu sağlar [34]. Bu stratejiler, ürün geliştirme performansını etkilediğinden, uygun ürün geliştirme stratejilerinin doğru seçilmesi gerekir [35,37]. İşletmelerde uygulanmakta olan ürün geliştirme stratejileri; yeni ürün kararlarının akışı ile pazar dinamikleri, ürün yaşam çevrimi ve organizasyonun kapasitesine bağlıdır [28,38]. Ürün geliştirme stratejileri belirlenirken; kaynakların yeterliliği, üretim teknolojilerindeki gelişmeler, firmalar arası rekabet, yeni ürünlere yapılan yatırımların geri dönüşü (Return on investment-ROI), müşteri desteği ve memnuniyeti, mevcut kaynakların kullanımı göz önünde bulundurulur [39,40]. Ürün geliştirme performansı yüksek işletmeler, rakiplerinden daha kısa sürede ve daha az maliyetle yeni ürün geliştirmektedir [35,37]. Yeni ürünler, işletmenin pazardaki rekabet avantajını artırarak, stratejik yönünü güçlendirmekte; müşterilerin rakip işletmelere kaymasını önleyerek satış başarısı sağlamaktadır [33-35]. İşletmeler yeni ürünler geliştirerek bulundukları pazarlarda büyümeye çalışmaktadır. Bazı araştırmalar işletmelerin yüksek performans için birden fazla strateji kullandıklarını göstermiştir. Ürün geliştirme stratejilerinin 4 temel amacı vardır [13,40]: * Mükemmel kalitede ürün geliştirmek, * Organizasyondaki görevlerin koordinasyonunu sağlamak, * Ürün geliştirme süreçlerinin performansını artırmak, * Rekabette uzun dönemli avantajlar sağlamak, Ürün geliştirme stratejileri reaktif ve proaktif stratejiler olarak ikiye ayrılmaktadır [34,39,41]. Proaktif stratejileri uygulayan işletmelerin en önemli özellikleri, çevrelerindeki değişimleri tahmin etmeleri ve bunları rakiplerinden önce davranarak fırsatlara dönüştürmeleridir. Reaktif stratejileri izleyen işletmeler ise, değişimi başlatan değil, değişimlere ayak uydurmaya çalışan işletmelerdir [35,39]. Proaktif ürün geliştirme stratejisini uygulayan firmalar, teknolojik yeniliklerin adaptasyonunda, genellikle reaktif ürün geliştirme stratejilerini uygulayan firmaların önünde olacaktır. Bu yüzden proaktif stratejileri takip eden organizasyonlar, reaktif stratejileri takip eden firmalardan daha iyi konumdadır [42]. 38 Use of Proactive and Reactive Product Development … Sigma 28, 35-48, 2010 3.1. Proaktif Ürün Geliştirme Stratejileri Strateji ve stratejideki değişiklikler, organizasyonların yeteneklerini ortaya çıkarmakta ve bir kalıba sokmaktadır. Yeteneklere sahip olmak, teknolojik yenilik adaptasyonu için gereklidir. Bununla birlikte, firmanın yeteneklerini değiştirmek, yönetimden ve stratejileri belirlemekten daha zordur. Firmalar, yenilik adaptasyonunda ihtiyaç duyulan kaynaklar üzerindeki rakip istekler hakkında karar verme olayının yasal bir tabana sahip olması için, oldukça tutarlı ve kabul edilebilir bir stratejiye ihtiyaç duymaktadırlar [42]. Proaktif ürün geliştirme stratejisi, bir işletmenin çevresinde olan fırsatları araştırmasını, kendine yeni fırsatlar yaratmasını ve bu fırsatları kendi lehine kullanarak yeni ürün ve prosesler geliştirmesini sağlamaktadır [43]. Böylece, bu strateji işletmelerin rekabet avantajı elde etmeleri için, gerekli vizyonu ve bakış açısını sağlar [44]. Proaktif ürün geliştirme stratejisini benimseyen işletmelerde, ürün geliştirme çalışmalarında yaratıcılığın teşvik edilmesi ve risklerin göze alınması önemlidir [34,39,45]. Proaktif ürün geliştirme stratejilerinin kullanılması, eş zamanlı ürün geliştirme yaklaşımının başarısını ve ürün geliştirme performansını pozitif yönde etkilemektedir [39,46-48]. Ürün geliştirme çalışmalarında bir araç ve teknik olarak QFD metodolojisinin kullanılması, firmalarda reaktif ürün geliştirme stratejileri yerine proaktif ürün geliştirme stratejilerinin kullanımını teşvik etmektedir. Proaktif ürün geliştirme stratejilerinin kullanımı; daha az ve daha erken dizayn değişiklikleri, ürün geliştirme süresinin kısaltılması, daha az başlangıç problemleri, daha düşük başlangıç maliyetleri, daha az saha problemleri, ve daha çok tatmin edilmiş müşteri ile sonuçlanmaktadır [49]. Bu stratejiler, işletmelerin ürün geliştirme performanslarının artırılmasında büyük öneme sahiptir [50]. Proaktif ürün geliştirme stratejileri kendi içinde; Ar-Ge esaslı (R&D based), girişimci (entrepreneurial), satın almacı (acquisitive) ve pazar esaslı (market based) olmak üzere dört kısımda incelenmektedir [51,52]. 3.2. Reaktif Ürün Geliştirme Stratejileri Reaktif stratejileri uygulayan işletmeler; rakiplerin davranışlarını inceleyerek, bekle-gör mantığı ile hareket ederek, müşteri tepkilerine göre davranan işletmelerdir [34,48]. Reaktif ürün geliştirme stratejisine sahip olan işletmelerde sistemin geliştirilmesinde yönlendirici güçler müşterilerdir. Bu müşteriler, işletme ile yakın işbirliği içinde olmak istemektedirler. Mevcut sistem için yeni fonksiyonlar ve alt modüllerin geliştirilmesi, üründe var olmayan parça için talebi olan özel müşterilerle yakın işbirliğinde bulunarak ortaya çıkmaktadır. Bu stratejiye sahip olan işletmeler, girişimci iş kültürü ile karakterize edilmekte ve yenilikler, satış toplantılarında ve şirket çalışanları ve müşterilerin katılımlarının olduğu uygulama projelerinde ortaya çıkmaya başlamaktadır [53]. Reaktif stratejiler; savunmacı (defensive), tepkisel (responsive), taklitçi (imitative) ve ikincil fakat daha iyi (second but better) olmak üzere dört kısımda incelenmektedir [39,51,54] Şekil 3’te reaktif ürün geliştirme stratejileri gösterilmektedir. Kullanıcı Üretici Tepkisel/Cevabi İkincil Fakat Daha iyi Üretici Rakipler/Rekabet Rakipler/Rekabet Taklitçi Savunmacı Rakipler/Rekabet Şekil 3. Reaktif Ürün Geliştirme Stratejileri [34] 39 Üretici Üretici Y. Yayla, A. Yıldız, B. Akyüz Sigma 28, 35-48, 2010 Proaktif/reaktif ürün geliştirme stratejilerini uygulayan firmaların özellikleri Çizelge 1’de görülmektedir. Çizelge 1. Proaktif/Reaktif Ürün Geliştirme Stratejilerini Uygulayan Firmaların Özellikleri [41] Proaktif Stratejileri uygulayan firmalar Reaktif Stratejileri uygulayan firmalar Yeni ürün ve yeni pazarlarda büyümeye odaklanır Var olan ürüne odaklanır Patent sayısını artırmaya çalışır Mevcutları korumaya çalışır Pazarı ve pazar şartlarını kendisi belirler Küçük yenilikler yapar Küresel pazarda daha çok pay elde etmeye çalışır Küçük pazarlarda rekabet etmeye çalışır Rekabet için önemli miktarda kaynak ayırır Fazla harcama yapmadan rekabete çalışır 4. TÜRK SERAMİK SEKTÖRÜ Dünyada rekabetin en yoğun olduğu sektörlerden bir tanesi de seramik sektörüdür. Dünya genelinde 1980’li yıllardan itibaren seramik üretimi ve tüketimi hızla artmıştır. Bu gelişmenin temel nedenleri; dünya nüfusunun hızlı ve sürekli olarak artması ve inşaat sektöründe seramik malzemelerin kullanımının yaygınlaşmasıdır. Seramik malzemelerin daha kullanışlı, dayanıklı, sağlıklı ve dekoratif olması gibi nedenlerle seramik tüketimi moda haline gelmiştir [55]. Ülkelerin ekonomik kalkınmışlıkları ve kişi başına düşen milli geliri, ekonomilerinin güçlü olması ile doğrudan bağlantılıdır. Üretilen ürünlerin dünya pazarlarına ihraç edilmesi, ekonomik kalkınma için çok önemlidir. Türk seramik sektörünün başarısı ülke ekonomisi açısından önemli bir yere sahiptir [56]. Son yıllarda çok hızlı büyüme gösteren seramik sektörünün, teknolojinin hızlı ilerlemesine paralel olarak araştırma ve teknolojik ihtiyaçları da hızlı bir şekilde artmaktadır. Bu nedenle sektörün, gelişimini sürdürebilmesi ve rekabette ön sıralara yerleşebilmesi için, ürün geliştirme çalışmalarına daha çok önem verilmesi ve sorunlarının giderilmesi gerekmektedir [57]. Seramik sektörü, 60 üretici firma ile faaliyetlerini sürdürmekte, son yıllarda artan üretim kapasitesi ve ihracat olanaklarıyla özellikle seramik kaplama malzemeleri ve sağlık gereçleri alt sektörü ile dünyadaki rakipleri ile rekabet edebilmektedir [56]. Kurulu kapasite miktarları, ürün kalitesi ve ürün çeşitliliği gibi faktörler göz önüne alındığında, Türk seramik sektörü içinde en gelişmiş alt sektörler; kaplama malzemeleri, sağlık gereçleri, sofra ve süs eşyaları, teknik seramiklerdir [58]. 1972 yılında toplam üretim 1 milyon metrekare dahi değilken, 2008 yılı itibarı ile toplam 360 milyon metrekare yer karosu, 23 milyon adet sağlık gereci üretimi gerçekleştirilmiştir [59]. 2007–2013 yıllarını kapsayan Dokuzuncu Kalkınma Planları’nda belirtildiğine göre, Türk seramik sektörünün, seramik kaplama malzemeleri üretimini 600 milyon m2 ve toplam ihracatını 2,7 milyar dolara çıkararak, dünyada ilk 5 ve Avrupa’da ilk 2 arasında olması öngörülmektedir [56]. Bu sektörün yükselişinde, ürün geliştirmeye verilen önemin yanı sıra, üretim teknolojisine sürekli yatırım stratejisinin de büyük payı vardır. Seramik kaplama malzemeleri ve seramik sağlık gereçleri alanında ürün yelpazesini genişleten ve dünya pazarlarındaki rekabet ortamının koşullarına göre yenileme esnekliğini kazanan Türk seramik firmaları, ürün tasarımında rekabeti artıracak bir "Türk Markası" oluşturma noktasına gelmiştir [60]. Türkiye'nin dış pazarlarda rekabet özelliklerini değerlendirmeye yönelik proje araştırma 40 Use of Proactive and Reactive Product Development … Sigma 28, 35-48, 2010 sonuçları (Competitive Advantage of Turkey-CAT), seramik sektörünü Türkiye'nin yurt dışında rekabet edebilir ilk altı sektörü arasında göstermiştir [61]. Orta Anadolu Çimento ve Toprak Ürünleri İhracatçıları Birliği kayıtlarına göre 2008 yılında seramik sektörü ihracat kaydı bir önceki yıla göre miktar bazında %8 azalarak, değer bazında ise %5 artış göstererek 1,6 milyon ton ve 862 milyon $ seviyesinde gerçekleşmiştir. 2008 yılı içerisinde seramik sektöründe en çok ihracat gerçekleştirilen ülkeler Almanya, İngiltere, İsrail, Fransa ve Romanya olmuştur. Seramik sektörünün 2008 yılı Türkiye geneli ihracat kaydı ise %7 oranında artışla 927 milyon $ olmuştur. Seramik kaplama malzemeleri ihracatı bir önceki yıla göre miktar bazında %7 azalmış, değer bazında ise %6 artış kaydederek 495 milyon $ olmuştur. Seramik kaplama malzemelerinde en çok ihracat kaydı Almanya, İngiltere, İsrail, Kanada ve Romanya’ya gerçekleştirilmiştir. Türkiye geneli seramik kaplama malzemeleri ihracat kaydı ise %8 oranında artışla 525 milyon $ olmuştur. Birlik kayıtlarına göre, 2008 yılında 90,1 milyon m² karo ve fayans ihracat kaydı yapılmıştır. Seramik sağlık gereçleri ihracat kaydı ise miktar ve değer bazında %15’er oranda azalarak 97 bin ton ve 165 milyon $ seviyesinde gerçekleşmiştir. Söz konusu mal grubunda en fazla ihracat kaydı yapılan ülkeler sırasıyla İngiltere, Almanya, Fransa, İtalya ve İspanya’dır. Türkiye geneli seramik sağlık gereçleri ihracat kaydı ise %12 azalarak 180 milyon $ olmuştur. Birlik kayıtlarına göre, 2007 yılında 7,7 milyon adet vitrifiye ihracat kaydı yapılmıştır. Çimento ve toprak ürünleri sektöründe 2008 yılı kümülatif bazda görülen ihracat artışı, değerlendirme yaparken aldatıcı sonuçlar verebilir. Türkiye’nin çimento, seramik ve cam sektörleri ihracatında, yılın ilk sekiz ayına kıyasla Eylül ayından itibaren düşüş yaşanmaya başlamıştır. Aralık ayında seramik sektörü ihracatında ise seramik kaplama malzemelerinde %32, seramik sağlık gereçlerinde %29 olmak üzere sektör toplamında %30 düşüş yaşanmıştır [62]. Alt mal grupları bazında seramik ürünleri ihracat rakamları 2009 yılı Ocak ayında 48.345.584,89 $ seviyesinde gerçekleşirken bu rakam aynı yılın Şubat ayı itibarı ile 47.345.589,28 $ olmuştur [63]. 5. ARAŞTIRMA METODOLOJİSİ 5.1. Örnek Verilerin Toplanması Ülkelerin ekonomik kalkınmışlıkları ve kişi başına düşen milli geliri, ekonomilerinin güçlü olması ile doğrudan bağlantılıdır. Üretilen ürünlerin dünya pazarlarına ihraç edilmesi, ekonomik kalkınma için çok önemlidir. Bu bağlamda, Türk seramik sektörünün başarısı ülke ekonomisi açısından önemli bir yere sahiptir. Türk seramik sektörü, küresel rekabetin yoğun olduğu, değişimin ve gelişimin sürekli olduğu, müşteri tercihlerinin hızlı değiştiği, ürün yaşam çevriminin hızlı olduğu önemli sektörlerden bir tanesidir. Bu nedenle, eş zamanlı ürün geliştirme yaklaşımını uygulayan ve uygulamayan firmaların ürün geliştirme stratejilerinin değerlendirilmesi amacıyla, saha araştırması kapsamında yapılan anket çalışmasına seramik sektöründe yer alan firmalar dâhil edilmiştir. Bu firmalara ait bilgiler, Sanayi ve Dış Ticaret Müsteşarlığından ve Seramik Federasyonundan (Serfed) elde edilmiştir. Ana kütlenin tamamı 60 firmadan oluşmaktadır. Bu firmalardan 52 tanesi anket çalışmasına katılma talebine olumlu cevap vermiş ve saha çalışması kapsamında incelenmiştir. Anket uygulanan firmaların 28 tanesi kaplama malzemeleri, 16 tanesi sağlık gereçleri, 4 tanesi sofra ve süs eşyaları ve 4 tanesi teknik seramikler alanında faaliyet göstermektedir. Anket verileri, 50 firmadan yüz yüze görüşme yöntemi ile 2 firmadan da faks yoluyla toplanmıştır. Elde edilen veriler SPSS 15.0 istatistik programı kullanılarak değerlendirilmiştir. Değerlendirme kapsamında, tek yönlü MANOVA ve kümeleme analizi yapılmıştır. Örneğe ait özellikler Çizelge 2. de görülmektedir. 41 Y. Yayla, A. Yıldız, B. Akyüz Sigma 28, 35-48, 2010 Çizelge 2. Ankete Katılan Firmaların Özellikleri Faaliyet Süresi (Yıl) 1–5 3 Faaliyet Alanı Kaplama Malzemeleri Çalışan Sayısı 28 1–49 6 6–10 9 Sağlık Gereçleri 16 50–99 2 11–15 20 Sofra ve Süs Eşyaları 4 100–249 10 16–20 5 Teknik Seramikler 4 250–499 17 21–25 2 500–749 7 26–30 4 750–999 2 31–35 4 1000–1499 4 36–40 3 1500 den fazla 4 40 dan Fazla 2 Toplam firma sayısı 52 52 52 Çizelge 2 incelendiğinde, ankete katılan firmalardan 20 tanesinin en az 20 yıldır, 20 tanesinin de 11–15 yıldır sektörde faaliyette bulunduğu görülmektedir. Bu firmaların, 28’i kaplama malzemeleri 16’sı sağlık gereçleri, 4’ü sofra ve süs eşyaları, 4’ü de teknik seramikler alanında faaliyet göstermektedir. Aynı çizelgede, ankete katılan 17 firmanın 250–499 arasında çalışanının bulunduğu, 8 firmanın ise 1000’den fazla çalışanının bulunduğu görülmektedir. Buna göre, sektördeki firmaların büyük çoğunluğunun DİE ve KOSGEB kriterlerine göre büyük ölçekli firmalar olduğu gözlemlenmektedir. 5.2. Ankette Kullanılan Ölçekler Ürün geliştirme stratejileri; proaktif stratejiler için altı, reaktif stratejiler için altı olmak üzere toplam on iki soruluk, eş zamanlı ürün geliştirme yaklaşımı ise altı soruluk bir ölçekle değerlendirilmiştir. Ürün geliştirme stratejileri ve eş zamanlı ürün geliştirme yaklaşımı ölçeklerinin cevaplandırılmasında, (1) kesinlikle katılmıyorum, (2) katılmıyorum, (3)kararsızım, (4) katılıyorum, (5) tamamen katılıyorum şeklinde 5’li likert ölçeği kullanılmıştır. 5.3. Kümeleme Analizi ve Tek Yönlü MANOVA Analizi Sonuçları Saha araştırmasından elde edilen verilerin değerlendirilmesi aşamasında ilk olarak, eş zamanlı ürün geliştirme yaklaşımı için geliştirilen ölçekler kullanılarak kümeleme analizi yapılarak eş zamanlı mühendislik yaklaşımını uygulayan firmalar (1.0) ve uygulamayan firmalar (2.0) sınıflandırılmıştır. Kümeleme analizi sonuçları Çizelge 3’te görülmektedir. Çizelgeye göre, ankete katılan firmaların büyük bir çoğunluğu eş zamanlı mühendislik yaklaşımını uygulamaktadır. Çizelge 3. Kümeleme Analizi Eş Zamanlı Ürün Geliştirme Yaklaşımı Firma Sayısı Uygulamayan Firmalar (1.0) 16 Uygulayan Firmalar (2.0) 36 42 Use of Proactive and Reactive Product Development … Sigma 28, 35-48, 2010 Kümeleme analizinden sonra, eş zamanlı ürün geliştirme yaklaşımını kullanan firmaların, proaktif ve reaktif ürün geliştirme stratejilerinden hangisini etkin olarak uyguladığının tespitine yönelik olarak tek yönlü MANOVA analizi yapılmıştır. Bu analizde, eş zamanlı mühendislik yaklaşımına bağımsız değişken, proaktif ve reaktif ürün geliştirme stratejilerine bağımlı değişken olarak yer verilmiştir. MANOVA analizinde gerekli olan, gruplar boyunca bağımlı değişkenlerin kovaryans matrislerinin eşit olduğu varsayımını test etmek için Box’s M testi kullanılır. Buradaki anlamlılık (Sig.) değeri 0.05’ten küçük ise MANOVA testi için temel varsayım olan kovaryans eşitliğinin sağlanmadığı ifade edilir [64]. Çizelge 4 incelendiğinde, sig. değeri 0.05’ten büyük (0,294) olduğu için temel varsayım olan kovaryans eşitliğinin sağlandığı gözlenmektedir. Çizelge 4. Kovaryans Eşitliği Test Sonuçları Box's M 3.932 F 1.239 df1 3 df2 17371.492 Sig. .294 Levene Testi, bir diğer varsayım olan, bağımlı değişkenlerdeki, gruplar arası varyans eşitliği şartını test eder. Anlamlılık (Sig.) değeri 0.05’ten büyük ise, o bağımlı değişken için varyans eşitliği sağlanmıştır sonucuna varılır [64]. Çizelge 5 incelendiğinde, Sig. değerleri 0.05’ten büyük olan proaktif ve reaktif ürün geliştirme stratejileri değişkenlerinin her biri için varyans eşitliğinin sağlanmış olduğu görülmektedir. Çizelge 5. Levene Testi Sonuçları F df1 df2 Sig. PRST .288 1 50 .594 REST 1.788 1 50 .187 PRST: Proaktif ürün geliştirme stratejisi REST: Reaktif ürün geliştirme stratejisi Çizelge 6’da bağımlı ve bağımsız değişkenler için ortalama, standart sapma ve örneklem büyüklüğü değerleri yer almaktadır. Ortalama değerlere bakıldığında, eş zamanlı mühendislik yaklaşımını uygulayan firmalarda proaktif ürün geliştirme stratejisinin ( ortalama= 3.9889) daha etkili olarak kullanıldığı görülmektedir. 43 Y. Yayla, A. Yıldız, B. Akyüz Sigma 28, 35-48, 2010 Çizelge 6. Tanımlayıcı İstatistikler EÜGY PRST REST Ortalama Standart sapma .65676 Örneklem Büyüklüğü 16 1.00 3.4750 2.00 .53226 36 Toplam 3.9889 3.8308 .61534 52 1.00 3.5938 .44292 16 2.00 3.6942 3.6633 .64290 36 .58612 52 Toplam 1.0: Eş zamanlı mühendislik yaklaşımını uygulamayan firmalar 2.0: Eş zamanlı mühendislik yaklaşımını uygulayan firmalar PRST: Proaktif ürün geliştirme stratejisi REST: Reaktif ürün geliştirme stratejisi EÜGY: Eş zamanlı ürün geliştirme yaklaşımı Çizelge 7’de, çoklu karşılaştırma test sonuçları görülmektedir. Bu çizelgede, genellikle Sig. kolonuna bakılır. Bu kolonda da Wilk’s Lambda değeri tercih edilir. Bu çizelgede, Sig. değeri 0.05’ten küçük olduğunda, gruplar arası farklılık vardır sonucuna varılır [64]. Çizelge 7 incelendiğinde, sig. değeri 0.05’ten küçük (0,014) olduğu için, eş zamanlı ürün geliştirme yaklaşımının kullanılmasının ürün geliştirme stratejilerini etkilediği görülmektedir ve bu çizelge, ortalama değerlere göre yapılan yorumu da desteklemektedir. Çizelge 7. Çoklu Karşılaştırma Test Sonuçları Değer F Anlamlılık (sig.) Kısmi Eta Kare Pillai's Trace .987 1864.623(a) .000 .987 Wilks' Lambda .013 1864.623(a) .000 .987 Hotelling's Trace 76.107 1864.623(a) .000 .987 Roy's Largest Root 76.107 Etki Kesişme EÜGY 1864.623(a) .000 .987 Pillai's Trace .160 4.650(a) .014 .160 Wilk’s Lambda .840 4.650(a) .014 .160 Hotelling's Trace .190 4.650(a) .014 .160 Roy's Largest Root .190 4.650(a) .014 .160 Eş zamanlı ürün geliştirme yaklaşımının uygulanması ile proaktif veya reaktif ürün geliştirme stratejilerinin kullanımı arasında anlamlı bir ilişkinin olup olmadığını incelemek için tek yönlü MANOVA analizi sonuçları (Çizelge 8) kullanılmaktadır. Çizelge 8 incelendiğinde, eş zamanlı ürün geliştirme yaklaşımı uygulaması ile proaktif ürün geliştirme stratejilerinin kullanılması arasında anlamlı bir ilişkinin ortaya çıktığı (sig=0,004) ancak reaktif ürün geliştirme stratejilerinin kullanılması arasında anlamlı bir ilişkinin ortaya çıkmadığı (sig=0.574>0.05) gözlemlenmektedir. Bu sonuç, saha araştırmasında yer alan firmalardan eş zamanlı ürün 44 Use of Proactive and Reactive Product Development … Sigma 28, 35-48, 2010 geliştirme yaklaşımını kullananların, etkili olarak proaktif ürün geliştirme stratejilerini uyguladığı şeklinde yorumlanabilir. Çizelge 8. Tek Yönlü MANOVA Analizi Sonuçları Kaynak Bağımlı Değişken Serbestlik derecesi (df) Ortalam a kare F Anlamlılık (sig.) Kısmi Eta Kare Düzeltilmiş Model PRST 1 2.925 8.926 .004 .151 REST 1 .112 .321 .574 .006 Kesişme PRST 1 617.09 1883.03 .000 .974 REST 1 588.33 1689.76 .000 .971 EÜGY PRST 1 2.925 8.926 .004 .151 1 50 .112 .328 .321 .574 .006 Hata REST PRST REST 50 .348 PRST 52 REST 52 PRST 51 REST 51 Toplam Düzeltilmiş Toplam 6. SONUÇ VE DEĞERLENDİRME Türk seramik sektöründe faaliyet gösteren ve eş zamanlı ürün geliştirme yaklaşımını uygulayan ve uygulamayan firmaların ürün geliştirme stratejilerinin değerlendirilmesi amacıyla yapılan saha araştırmasından elde edilen bulgulardan, proaktif ürün geliştirme stratejisinin, eş zamanlı mühendislik yaklaşımını uygulayan firmalarda daha etkili olarak kullanıldığı sonucu elde edilmiştir. Buradan elde edilen sonuçlar, Di Benedetto (1999), Nijssen ve Frambach (2000) tarafından yapılan araştırmaların sonuçları ile paralellik göstermektedir. Sektörde, eş zamanlı ürün geliştirme yaklaşımını uygulayan ve proaktif ürün geliştirme stratejisini benimseyen firmaların, Ar-ge çalışmalarına bütçelerinden daha fazla kaynak ayırdıkları, ürün geliştirme çalışmalarına profesyonelce yaklaştıkları, bu amaçla özel ürün geliştirme ekipleri oluşturdukları ve gerektiğinde ürün geliştirme konusunda uzman firmalardan danışmalık hizmetleri aldıkları, yeni ürün geliştirme için gerekli ortalama sürenin daha kısa olduğu, piyasaya daha sıklıkla yeni ürün sundukları ve son 3 yılda geliştirdikleri ürün sayısının daha yüksek olduğu tespit edilmiştir. Bu bulgular, söz konusu firmaların; pazar paylarının daha da artacağı, müşterilerinin istek ve beklentilerini kısa sürede ve en doğru şekilde ürün geliştirme prosesine yansıtabilecekleri, ürünlerini daha kısa sürede geliştirerek rakiplerinden önce pazara sunabilecekleri, ürün geliştirme çalışmalarında harcadıkları çabaların karşılığını daha kısa sürede fazlasıyla kazanacakları ve pazarda lider olma yolunda önemli bir avantaj elde edecekleri şeklinde yorum yapmamızı mümkün kılmaktadır. Konu ile ilgili olarak sektörel bazda ortaya çıkan bu sonuçlar, özellikle seramik sektöründe faaliyet gösteren uygulamacılara ve araştırmacılara yol gösterici olacaktır. 45 Y. Yayla, A. Yıldız, B. Akyüz Sigma 28, 35-48, 2010 REFERENCES / KAYNAKLAR [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] Reinertsen, G.D., “Managing the Design Factory”, The Free Press, New York, USA, 1997. Tang, D., Eversheim, W., Schuh, G., “A New Generation of Cooperative Development Paradigm in the Tool and Die Making Branch: Strategy and Technology”, Robotics and Computer Integrated Manufacturing, 20, 304-311, 2004. Di Benedetto, C.A., “Identifying The Key Success Factors In New Product Launch”, Journal of Production Innovation Management, 16, 533-539, 1999. Gonzalez, J.M.F., Palacios, M.B.T., “The Effect of New Product Development Techniques on New Product Success in Spanish Firm”, Industrial Marketing Management, 31, 263-269, 2002. Akyüz, B., Yayla, A.Y., “Tasarımda DFX Metodolojileri”, 1.Uluslararası Mesleki ve Teknik Eğitim Teknolojileri Kongresi–MTET2005, Istanbul, 5-7, Eylül (2005), 10881093. Anderson, D.M., “Agile Product Development for Mass Customization”, McGraw-Hill Companies, Inc., New York, USA, 1998. Prasad, B., “Concurrent Engineering Fundamentals”, Volume I, Prentice-Hall, Inc., New Jersy, USA, 1996. Sekine, K., Arai, K., “Design Team Revolution”, Productivity Press, Portland, Oregon, USA, 1994. Vonderembse, M.A., Raghunathan, T.S., “Quality Function’s Impact on Product Development”, International Journal of Quality Science, 2,4, 253-265, 1997. Baylis, C., “Simultaneous Engineering”, World Class Design to Manufacture, Vo1, No.1, 17-20, 1994. Fleischer, M., Liker, K.J., “Concurrent Engineering Effectiveness”, Hanser Gardner Publications, Cincinnati, USA, 1997. Salomone A.T., “Concurrent Engineering”, Marcel Dekker, Inc., New York, USA, 1995. Wright, P.R., “Top Managers’ Strategic Cognitions of the Strategy Making Process: Differences Between High and Low Performing Firms”, Journal of General Management, Vol: 30, No.1.63-71, 2004. Eppinger, S.D., Chitkara, A.R., “The New Practice of Global Product Development”, MIT Sloan Management Review, 47, 4, 22-30, 2006. Minderhoud, S., Fraser, P., “Shifting Paradigms of Product Development in Fast and Dynamics Markets”, Reliability Engineering and System Safety, 88, 130-133, 2005. Berden, P.J.T., Brombacher, A.C., Sander P.C., “The Building Bricks of Product Quality: An Overview of Some Basic Concepts and Principles”, International Journal of Production Economics, 87, 3-15, 2000. Thomas, R.J., “New Product Development”, John Wiley & Sons, Inc. New York, USA, 1993. Hörte, A.S., “CPDR on Innovation and Product Development”, Centre for Product Development Research- CPDR, Halmstad, Sweden, 2006, 1-154. Otto, N. K., Wood, L.K., “Product Design”, Prentice Hall Inc., USA, 2001. Ainscough, M., Neaily, K., Tennant, C., “A Self-Assessment Tool for Implementing Concurrent Engineering Through Change Management”, International Journal of Project Management, 21, 426-430, 2003. Priest, W.J., Sanchez, M.J., “Product Development and Design for Manufacturing”, Marcel Dekker, Inc., New York, USA, 2001. Raturi, A. S., Evans, J.R., “Principles of Operations Management”, Thomson, South Western, USA, 2005. Shunk, L.D., “Integrated Process Design and Development”, Richard D.Irwın, Inc., 1992. 46 Use of Proactive and Reactive Product Development … [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] Sigma 28, 35-48, 2010 Swink, L. M., “A Tutorial on Implementing Concurrent Engineering in New Product Development Programs”, Journal of Operations Management, 16, 103-125, 1998. Koufteros, X., Marcoulides, A.G., “Product Development Practices And Performance: A Structural Equation Modeling-Based Multi-Group Analysis”, International Journal of Production Economics, Vol.103, Issue.1, 290-297, 2006. Driva, H., Pawar, K.S., Menon, U., “Measuring Product Development Performance in Manufacturing Organizations”, International Journal of Production Economics, 63, 147148, 2000. Hartley, J.R., “Concurrent Engineering”, Productivity Press, New York, USA, 1998. Kumar, S., Phrommathed, P., “New Product development”, Springer, New York, USA, 2005. Kusar, J., Duhovnik, J., Grum, J., Starbek, M., “How to Reduce New Product Development Time”, Robotics and Computer Manufacturing, 20, 2-6, 2004. Chase, B.R., Aquilano, J.N., Jacobs, F.R., “Operations Management for Competitive Advantage”, Eleveth Ed., McGraw-Hill Companies, Inc., New York, USA, 2006. Maylor, H., “Concurrent New Product Development: An Empirical Assessment”, International Journal of Operations & Production Management, Vol.17, No.12, 11961214, 1997. Sipper, D., Bulfin, R.L., “Production, Planning, Control and integration”, McGraw-Hill Companies, Inc., New York, USA, 1997. Rundquist, J., Chibba, A., “The use of Processes and Methods in NPD- a Survey of Swedish Industry”, International Journal of Innovation and Technology Management”, Vol.1, No: 1, 37-54, 2004. Urban G.L., Hauser, J.R., “Design and Marketing New Products”, Prentice-Hall, Englewood Cliffs, New Jersey, 1980. Kahn, B.K., “The PDMA Handbook of New Product Development”, John Wiley& Sons, Inc., New Jersey, USA, 2005. March-Chorda, I., Gunasekaran, A., Lloria-Aramburo, B., “Product Development in Spanish SMEs an Empirical Research”, Technovation, 22, 301-312, 2002. Sohal, S.A., Gordon, J., Fuller, G., Simon, A., “Manufacturing Practices and Competitive Capability: An Australian Study”, Technovation, 19, 295-299, 1999. Heizer, J., Render, B., “Operations Management”, Pearson Prentice Hall, 7th Edition, New Jersey, USA, 2004. Gilbert, J.T., “Choosing an Innovation Strategy: Theory and Practice”, Business Horizons, Vol.37, Iss: 6, Nov/Dec, 16-25, 1994. Wheelwright, C.S., Clark, B.K., “Revolutionizing Product Development” The Free Press, New York, USA, 1992. Barclay, I, Dann, Z., Holroyd, P., “New Product Development”, CRC Press, New York, USA, 2000. Tzokas, N., Saren, M., “Building Relationship Platforms in Consumer Markets: A Value Chain Approach”, Journal of Strategic Marketing, Volume 5, Issue 2, 105-120, 1997. Lumpkin, G.T., Dess, G.G., “Clarifying the Entrepreneurial Orientation Construct and Linking it to Performance”, Academy of Management Review, 21, 1, 135-172, 1996. Entrialgo, M., Fernandez, E., Vazquez, C. J., “Linking Entrepreneurship and Strategic Management: Evidence from Spanish SMEs”, Technovation, 20, 427- 436, 2000. Wood, V. R., Robertson, K. R., “Strategic Orientation and Export Success: An Empirical Study”, International Marketing Review, 14, 6, 424-444, 1997. Cooper, G.R., Edgett, J.S., Kleinschmidt, E.J., “Improving New Product Development Performance and Practices”, American Productivity & Quality Center –APQC, USA, 2003. 47 Y. Yayla, A. Yıldız, B. Akyüz [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] Sigma 28, 35-48, 2010 Hörte, A.S., “A Manufacturing Strategy Perspective on Product Development”, The Second International Conference and Exhibition on computer integrated manufacturing, Singapore, 6-10 September, 1-7, 1993. Urban, G.L., “Digital Marketing Strategy” Pearson Education, Inc., New Jersey, 2004. Rawlings-Quinn, R., “Quality Function Deployment (QFD): A Case Study”, PSTC (Pressure Sensitive Tape Council)'s 25th Anniversary Technical Meeting, Atlanta, Georgia, May, 2002, 1-3. Poolton, J., Barclay, I.: “New Product Development from Past Research to Future Applications”, Industrial Marketing Management, 27, 197-214, 1998. Urban, G.L., Hauser, J.R., “Design and Marketing New Products”, Prentice-Hall Int.Inc. 2nd Edition, New Jersey, (1993). Weir, K.A., Kochhar, A.K., Lebeau, S.A., Edgeley, D.G., “An Emprical Study of the Alignment between Manufacturing and Marketing Strategies”, Elsevier Science Ltd., Long Range Planning, Vol. 33, 833-842, 2000. Koch, C., “Innovation Networking Between Stability and Political Dynamics”, Technovation, 24, 729-739, 2004. Kotler, P., “Pazarlama Yönetimi”, (Çev: Nejat Muallimoğlu), Beta Basım A.Ş., Millennium Baskı, İstanbul, 2000. Safel, R., “İnşaat Sektörü”, Türkiye Vakıflar Bankası A.O. Sektör Araştırmaları Serisi, No: 21, Ekim, 9-30, 2000. http://www.serfed.com [Erişim Tarihi: Ocak 21, 2007]. Kafalı, M.A.: “Seramik Yer ve Duvar Kaplamaları”, Türkiye Kalkınma Bankası A.Ş. Sektörel Araştırmalar Müdürlüğü, Ankara, Mayıs , 2005, 1-60. Dündar, S.O., “Seramik ve Sofra Süs Eşyası”, Türkiye Kalkınma Bankası A.Ş. Sektörel Araştırmalar Müdürlüğü, Ankara, Aralık, 1-68, 2005. http://www.boyutpedia.com [Erişim Tarihi: Mart 8, 2009]. http://www.tim.org.tr [Erişim Tarihi: Mart 18, 2007]. http://www.ihracatdunyasi.com [Erişim Tarihi: Ocak 22, 2007]. http://www.oaib.gov.tr [Erişim Tarihi: Mart 18, 2009]. http://www.tim.org.tr [Erişim Tarihi: Mart 3, 2009]. Kalaycı, Ş., “SPSS Uygulamalı Çok Değişkenli İstatistik Teknikleri”, Asil Yayın Dağıtım, Ankara, Türkiye, 2005, 330,405. 48 Sigma 28, Journal of Engineering and Natural Sciences Mühendislik ve Fen Bilimleri Dergisi Review Paper / Derleme Makalesi MITIGATION AND UTILIZATION TECHNOLOGIES CONCENTRATION METHANE IN MINE VENTILATION AIR 49-65, 2010 OF LOW İzzet KARAKURT*, Gökhan AYDIN, Kerim AYDINER Karadeniz Teknik Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Maden Mühendisliği Bölümü, TRABZON Received/Geliş: 24.11.2009 Revised/Düzeltme: 16.03.2010 Accepted/Kabul: 23.03.2010 ABSTRACT Methane released from coal mines is an effective greenhouse gas in addition to its flammability even at lower concentrations (5-15%). Drainage of the methane being available at coal seam/seams is possible by using conventional methods prior to, during and after the mining. Drained methane may be utilized for various purposes depending on its concentration. Low amount of methane that can’t be produced by drainage methods, is released into atmosphere from mine exhaust as diluted by mine ventilation. The methane released into atmosphere via mine exhaust, constitutes globally approximately 60-70% of the methane emissions from underground coal mining although it has low concentrations. In recent years, attempts enabling the utilization of low concentration methane released into atmosphere have gradually increased. These studies focused on the oxidation of the methane are based on the use of the captured ventilation air as the principle or auxiliary fuel. CO2 and heat released from the oxidation of methane, can also be utilized to produce energy, if meets the demands. In this study, an assessment of mitigation and utilization technologies of low concentration methane released into atmosphere from mine exhaust is presented. Additionally, a comparison of the technologies is given from various aspects and some applications are mentioned. Keywords: Methane, greenhouse gases, coal mine methane, mine ventilation. OCAK HAVASINDAKİ DÜŞÜK KONSANTRASYONLU METANIN AZALTIM VE KULLANIM TEKNOLOJİLERİ ÖZET Kömür madenlerinden açığa çıkan metan, düşük konsantrasyonlarda bile (%5–15) patlayıcı olmasının yanı sıra etkili bir sera gazıdır. Geleneksel yöntemler kullanılarak damar(lar)da mevcut metanın, üretim öncesinde, üretim sırasında ve sonrasında drenajı mümkündür. Drenajı yapılan metan, konsantrasyonuna bağlı olarak farklı amaçlar için kullanabilir. Drenaj yöntemleri ile üretilemeyen düşük miktarlardaki metan, ocak havası ile seyreltilerek hava çıkış kuyusundan atmosfere salınır. Atmosfere bırakılan metan, düşük konsantrasyona sahip olmasına rağmen küresel anlamda yeraltı kömür madenlerinden açığa çıkan toplam metan emisyonunun yaklaşık % 60-70’ini oluşturur. Günümüzde, atmosfere salınan düşük konsantrasyonlu metanın kullanılabilirliğine yönelik arayışlar giderek artmaktadır. Metanın oksidasyonu üzerinde odaklanan bu çalışmalar, ağırlıklı olarak atmosfere salınan ocak havasının yardımcı veya ana yakıt olarak kullanımını temel alır. Metanın oksidasyonu ile açığa çıkan CO2 ve ısı gereksinimleri karşılaması durumunda enerji üretiminde de kullanılabilir. Bu çalışmada, yeraltı kömür madenlerinde havalandırma çıkış kuyusundan atmosfere salınan düşük konsantrasyonlardaki metanın, azaltım ve kullanım teknolojileri hakkında bir değerlendirme sunulmuştur. Ek olarak, bu azaltım ve kullanım teknolojilerin değişik açılardan kıyaslamaları yapılmış ve bazı yöntemlere ait uygulamalardan bahsedilmiştir. Anahtar Sözcükler: Metan, sera gazları, kömür kaynaklı metan, maden havalandırma. * Corresponding Author/Sorumlu Yazar: e-mail/e-ileti: karakurt@ktu.edu.tr, tel: (462) 377 40 86 49 İ. Karakurt, G. Aydın, K. Aydıner Sigma 28, 49-65, 2010 1. GİRİŞ Küresel ısınmaya yol açan sera gazları esas olarak, fosil yakıtların yakılması (enerji ve çevrim), sanayi, ulaştırma, arazi ve katı atık yönetimi, enerji ilişkili ve enerji dışı tarımsal faaliyetlerden (anı yakma, çeltik üretimi, hayvancılık ve gübreleme gibi) kaynaklanır. İnsanların faaliyetleri sonucunda oluşan sera gazlarının atmosferde birikmesiyle, dünyadan yansıyan güneş ışınlarının uzay boşluğuna verilmesi yerine, tekrar dünyaya dönmesi yeryüzü sıcaklığını giderek arttırmaktadır. Küresel sıcaklıklardaki artışlara bağlı olarak da hidrolojik döngünün değişmesi, kara ve deniz buzullarının erimesi, kar ve buz örtüsünün alansal daralması, deniz seviyesinin yükselmesi, iklim kuşaklarının yer değiştirmesi ve yüksek sıcaklıklara bağlı salgın hastalıkların ve zararlıların artması gibi dünya ölçeğinde sosyo-ekonomik sektörleri, ekolojik sistemleri ve insan yaşamını doğrudan etkileyecek önemli değişikliklerin oluşması beklenmektedir [1,2] En önemli antropojenik (insan kaynaklı) sera gazları karbondioksit, metan, azot oksitler (nitrojen oksitler) ve kloroflorokarbonlardır. Şekil 1, sera gazlarının küresel ısınma üzerindeki etkisini göstermektedir. Küresel ölçekte sera gazları incelendiğinde karbondioksit % 74’lik oranla ilk sırayı almaktadır. Karbondioksiti sırasıyla metan, nitrojen oksit ve yüksek küresel ısınma potansiyeline sahip gazlar takip etmektedir. Metan % 16 Nitrojen Oksit %9 Kloroflorokarbonlar %1 Karbon dioksit % 74 Şekil 1. Antropojenik sera gazı emisyonları [3,4] Küresel ısınmaya etki olarak karbondioksitten sonra gelmesine rağmen, metanın küresel ısınma potansiyeli karbondioksitin 21 katıdır [5]. Küresel ısınma potansiyeli, eş değer miktardaki gazların küresel ısınma üzerindeki etkisinin aynı miktardaki karbondioksite oranıdır [6]. Çizelge 1’de karbondioksit dışındaki sera gazlarının yıllara göre açığa çıkan miktarları verilmiştir. Çizelgeden de görüleceği gibi atmosfere salınan metan miktarları yıllara göre doğrusal olarak artmaktadır ve bu artışın gelecekte de sürmesi beklenmektedir. Metanın yıllık artış oranları da diğer gazlara kıyasla daha yüksektir. 50 Mitigation and Utilization Technologies of Low … Sigma 28, 49-65, 2010 Çizelge 1. 1990–2005 yılları arasında açığa çıkan CO2 dışındaki sera gazlarının miktarları (Eşd. CO2 Mt) [5,7] Yıllar 1990 1995 5816,07 5845,57 Metan 2914,86 Nitrojen Oksit 2871,28 239,14 258,19 YPG 8926,49 9018,62 Toplam Not. Metan, nitrik oksit ve yüksek potansiyele sahip karbondioksit değerlerine dönüştürülerek hesaplanmıştır. 2000 2005 6020,16 6407,49 3113,76 3285,63 380,04 503,41 9513,96 10196,53 gazlar için verilen değerler eşdeğer Metan başlıca tarım, enerji, sanayi ve atık sektörlerinden açığa çıkmaktadır. Çizelge 2’de enerji üretim faaliyetleri sonucunda açığa çıkan metanın yıllara göre yayınım miktarları verilmektedir. Enerji sektörü antropojenik metan yayınımından sorumlu ikinci sektördür (%30). Enerji sektöründen açığa çıkan metan başlıca petrol ve doğal gaz sistemleri, kömür madenciliği, fosil yakıtlar ve biyokütle yakılmasından kaynaklanmaktadır. Kömür üretiminden kaynaklanan metan yayınımı enerji kaynaklı yayınımların yaklaşık olarak % 20’ sini oluşturur. Madencilik kaynaklı yayınım miktarı iki ana faktörün kontrolündedir. Bunlar kömür damarının derinliği ve kömürleşme derecesidir (kömür rankı). Linyit düşük miktarlarda metan içerirken antrasit ve semiantrasit gibi kömürler yüksek karbon içeriğine sahiptir ve genellikle yüksek miktarlarda metan içerirler. Kömürleşme sürecinde oluşan ve kömür damarının üzerini örten örtü tabakasının kalınlığı ve bu tabakanın kırık-çatlak yapısına bağlı olarak kömür içinde az ya da çok miktarlarda tutulan metan, daha çok yeraltı madenciliğinde ortaya çıkar. Derinlikle birlikte basıncın artmasına bağlı olarak, kömür damarı içerisinde bulunan metan gazının yüzeye ulaşması engellenmiş olur. Bu nedenle yeraltı madencilik çalışmalarında açık işletmelere oranla daha çok metan yayınımı söz konusudur. Çizelge 2. Enerji üretim faaliyetlerden kaynaklanan metan yayınımı miktarları (Eşd. CO2 Mt) [5] Yıllar Doğal gaz ve petrol Kömür madenciliği Fosil yakıtlar Biokütle yanması 1990 993,57 516,74 66,58 160,98 1995 977,25 451,55 63,08 167,68 2000 1029,87 376,88 61,6 177,61 2005 1165,03 388,14 63,84 186,25 Madencilik kaynaklı metan yayınımlarının önemli kısmı yeraltı kömür madenciliğinde ortay çıkar. Yeraltı kömür madenlerinde üretim faaliyetleri sırasında açığa çıkan metan, havalandırma sisteminde yapılan düzenlemelerle seyreltilir. Seyreltilen metan çıkış kuyusundan atmosfere bırakılır. Atmosfere salınan bu gaz, düşük konsantrasyonlarda olmasına rağmen kömür kaynaklı toplam metan yayınımın yaklaşık % 60-70’ini oluşturur [8]. Bu çalışmada, havalandırma çıkış kuyusundan atmosfere salınan ve içerdiği metan miktarı çok düşük olan gazın tutulması ve farklı amaçlarda kullanılması için uygun yöntem ve teknolojiler hakkında bir değerlendirme sunulmuştur. Ek olarak, söz konusu yöntem ve teknolojilerin birbirlerine göre çeşitli ölçütler tabanında kıyaslamaları yapılarak mevcut bazı uygulamalar tanıtılmıştır. 2. OCAK HAVASINDAKİ DÜŞÜK KULLANIM/AZALTIM TEKNOLOJİLERİ KONSANTRASYONLU METANIN Gaz içeriği yüksek kömür damarlarında üretimin verimli bir şekilde devam ettirilebilmesi için damarda bulunan gazın üretilmesi veya ortamdan uzaklaştırılması gerekir. Drenajla ele edilen gaz % 30–95 arasında metan içerebilmektedir. Drenaj sisteminden istenilen konsantrasyon ve 51 İ. Karakurt, G. Aydın, K. Aydıner Sigma 28, 49-65, 2010 süreklilikte gaz elde edilebilmesi, üretilen gazın farklı alanlarda kullanılabilme olanağını mümkün kılar [6]. Şekil 2, kömür kaynaklı metanın kullanım ve azaltım seçeneklerine yönelik bir değerlendirmeyi göstermektedir. Drenajla elde edilen ve metan konsantrasyonu %30’un üzerinde olan gaz karışımı, endüstride farklı amaçlar için kullanılabilirken ocak havasına karışarak çıkış kuyusundan atmosfere salınan ve içerdiği metan miktarı düşük olan gazın değerlendirilmesi çok zordur [9]. Çıkış kuyusundan atmosfere salınan kirli havanın (gaz karışımı) hem sera gazı üzerindeki etkisini azaltan hem de hava içindeki metanın değişik amaçlarda kullanımını sağlayan etkin bir teknoloji mevcut değildir. Ancak arayışlar devam etmektedir. Son yıllarda bu yönde yapılan çalışmaların çoğu, düşük konsantrasyonlu metanın oksidasyonu üzerine yoğunlaşmıştır. Metan, oksidasyon ile karbondioksite dönüştürülmekte ve açığa çıkan ısı ile birlikte enerji üretilebilmektedir. Ek olarak metanın küresel ısınma üzerindeki etkisi 20 kata kadar azaltılabilmektedir [10,11]. Metanın oksidasyon teknolojileri, kinetik yanma mekanizmaları açısından termal ve katalitik oksidasyon olarak ayrımlandırılabilir [12,13]. Her iki yöntemde de ocak havasındaki metan, yardımcı ve ana yakıt olmak üzere iki temel kategoride işlem görür. 2.1. Metanın Oksidasyon Mekanizması Ocak havasındaki metanın oksidasyon mekanizması genellikle termal ya da katalitiktir. Metanın yanma mekanizması aşağıdaki bağıntı ile ifade edilebilir. CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O, ∆H(298) = -802,7 kJ/mol (1) Yukarıdaki ifade, metanın yanma mekanizmasını açıklayan basit bir ifadedir. Herhangi bir yanma mekanizmasında çok sayıda reaksiyon zincirinin oluşması söz konusudur [14,15]. Metanın yanması, hava/metan oranına göre aşağıdaki reaksiyonlar gereğince CO ya da CO2 üretebilir. Bu reaksiyonlar; CH4 + 3/2O2 = CO + 2H2O (2) CH4 + H2O = CO + 3H2 (3) 2H2 + O2 =2H2O (4) CO + H2O =CO2 +H2 (5) 52 Mitigation and Utilization Technologies of Low … Klasik Teknolojiler (Süreklilik sorunu yoksa) Yüksek Metan Konsantrasyonu > % 30 Özellikler Metan kons. ve Akışında Değişim Madencilik Öncesi ve Sonrası Drene Edilmiş Gaz KÖMÜR KAYNAKLI METAN Düşük Metan Konsantrasyonu < % 0-1 Kullanılması Oldukça Zor Ocak Havasındaki Metan Özellikler Başlıca Metan Kons. Değişim Sigma 28, 49-65, 2010 Azaltım - Yakma Azaltım ve Kullanım - Saflaştırma (gaz olarak kullanım için) - Pistonlu gaz motorları - Gaz türbinleri - Yakıt hücreleri - Elektrik santrallerinde kömür ile birlikte kullanım - Kimyasal kullanım (metanol üretimi vb) - Maden alanında değişik amaçlarda kullanım (ısıtma vb) Azaltım - Termal akış dönüşüm reaktörü (TFRR) - Katalitik akış dönüşüm reaktörü (CFRR) - Katalitik-monolitik reaktörler (CMR) Azaltım ve Kullanım - Fakir yanma modlu katalitik gaz türbini - Gaz türbini - Arındırma, soğutma, kurutma ve ısıtmalı katalitik yanma - Güç santralleri hava girişi - Gaz türbinleri ve motorları için yanma havası - Konsantratörler (yoğunlaştırıcılar) Hibrit Kullanım - Akışkan Yataklı - Döner Fırın Atıklar Şekil 2. Kömür kaynaklı metanın kullanım ve azaltım seçenekleri [15,16] 53 İ. Karakurt, G. Aydın, K. Aydıner Sigma 28, 49-65, 2010 Metanın katalitik yanma mekanizmasında, çok sayıda farklı reaksiyonun meydana gelmesi mümkündür. Heterojen reaksiyonların da meydana geldiği bir katalitik yanma mekanizması oldukça karışıktır. Basit bir ifadeyle, metanın katalitik oksidasyonunda meydana gelen muhtemel yanma reaksiyonu Şekil 3’te verilmektedir. CO(g) HCHO(g) CH4(g) CH3- (a) ya da CH2- (a) H2(g) +O Çözülme HCHO(a) CH4(a) +O CO(a) + 2H(a) CO2 (g) + H2O (g) Doğrudan Oksidasyon Şekil 3. Metanın katalitik oksidasyonun da muhtemel yanma reaksiyonu : (a) adsorbe edilmiş, (g) gaz fazı [12,17] 2.2. Ocak Havasındaki Metanın Yardımcı Yakıt Olarak Kullanımı Çıkış kuyusunda tutulan ocak havası, mevcut yanma işleminin performansını arttırmak için ortam havası olarak kullanılabilmektedir. Ocak havasındaki düşük konsantrasyonlu metan burada yardımcı yakıt işlevini görür. Çizelge 3’de ocak havasındaki metanın yardımcı yakıt olarak kullanımı ya da azaltımı seçeneklerine yönelik bir değerlendirme sunulmuştur. Çizelge 3. Maden havasındaki metanın yardımcı yakıt olarak kullanım/azaltım seçenekleri [9] Teknoloji Elektrik santrali için yanma havası Oksidasyon Mek. Termal Temel Kullanım Elektrik santrali fırınlarında yanma Uygulama Azaltım/kullanım, henüz pilot ölçekte. Büyük ölçekli uygulaması da düşünülmektedir. Azaltım/kullanım. Henüz uygulama yok Gaz türbin/motoru için yanma havası Fırınlarda kömürün hibritleştirilmesi Akışkan bir yatakta kömürün hibritleştirilmesi Termal Klasik gaz türbin/motorlarında yanma Termal Döner yanma odasında yanma Azaltım/kullanım. Pilot ölçekte uygulama mevcut Termal Akışkan bir yatak içerisinde yanma Azaltım/kullanım. Sadece bir kavram olarak var. Yöntemin temel uygulama alanları; i. ii. iii. iv. Enerji santrallerinde kömür ile birlikte yanma işlemlerinde Atık kömürlerin hibritleşmesini sağlayan yanma ünitelerinde Klasik gaz türbinlerinde İçten yanmalı motorlarda 54 Mitigation and Utilization Technologies of Low … Sigma 28, 49-65, 2010 Ocak havasının yardımcı yakıt olarak kullanıldığı teknolojilerde enerji kazanımı mümkün olabilmektedir. Ancak, en önemli sorun uygulama için gerekli ünitelerin ocak çıkış kuyusuna güvenli bağlantısının sağlanmasıdır. Ocak havasındaki düşük konsantrasyonlu metanın yardımcı yakıt olarak kullanımının teknik ve mühendislik açıdan uygulanabilirliğinin ana işletim parametreleri temelinde bir değerlendirmesi Çizelge 4’de sunulmuştur. Çizelge 4. Ocak havasındaki metanın yardımcı yakıt olarak kullanım teknolojilerinin karşılaştırılması [15] Teknoloji Özellik Enerji santrallerinde kömür ile birlikte kullanım İnce kömürle birlikte fırınlarda Atık kömürlerin hibritleştirilmesini sağlayan yanma üniteleri (akışkan yataklı ortam) Döner fırın Atık kömürlerin hibritleştirilmesini sağlayan yanma üniteleri (fırınlar) Akışkan yataklı Yanma Derecesi (oC) 1400–1650 Teknik ve Mühendislik Olarak Uygulanabilirlik Teknik olarak uygulanıyor Mühendislik olarak herhangi bir madende uygulama yok 1200–1550 Teknik olarak uygulanabilir Mühendislik olarak herhangi bir madende uygulama yok 850–950 Klasik Gaz türbinleri Gaz türbini 1400–1650 İçten yanmalı motorlar Motor 1800–2000 Teknik olarak uygulanabilir Mühendislik olarak herhangi bir madende uygulama yok Teknik olarak uygulanabilir Mühendislik olarak herhangi bir madende uygulama yok Teknik olarak uygulanabilir Mühendislik olarak uygulaması var 55 Potansiyel Sorunlar Sınırlı uygulama alanı Mevcut fırın/kazanların potansiyel işletim problemleri Kendiliğinden yanma Kömür atık kalitesi için minimum gereksinim Kömür atık kalitesi için minimum gereksinim CH4 oksidasyonu için gerekli deneme testleri Türbin yakıtlarının az olması Tek bir kompresör kullanımında fazla miktarda CH4 yayılmaktadır. İki kompresör kullanımında da ekipman fazlalığı söz konusudur. Bu da ocak havası kapasitesini düşürmektedir. Motor yakıtlarının az olması Düşük miktarlarda ocak havasının kullanılması İ. Karakurt, G. Aydın, K. Aydıner Sigma 28, 49-65, 2010 2.2.1. Ocak Havasındaki Metanın Enerji Santrallerinde Kömür ile Birlikte Kullanımı Ocak havası, enerji santralleri gibi büyük kapasiteli işletmelerde mevcut yakıtların yanında ortam havası olarak (yardımcı yakıt) kullanılabilmektedir. İşlemin teknik olarak uygulanabilirliğine yönelik Avustralya da bir enerji santralinde pilot ölçekli bir çalışma yapılmış ve çalışma sonucunda uygulamanın teknik açıdan uygun olduğu görülmüştür. [8] Enerji santralinin, ocak havası çıkış kuyusuna yakın olduğu durumda daha verimli bir uygulamanın mümkün olacağı belirtilmiştir. Ocak havasındaki metan oranının değişkenliği ve akış oranı, enerji santrallerindeki mevcut ekipmanların duraylılığını teknik olarak etkileyebilir. Yanma esnasında mevcut düzeneğe (fırın vb.) giren ocak havasındaki metanın konsantrasyonu aniden yükselebilir. Bu ani sıcaklık artışı, santraldeki düzeneklere zarar verebileceği gibi aşırı cüruf ya da tortu oluşumuna da sebep olabilir. Santral iş yükü karmaşıklığının artmasına da sebep olan bu ekenler, yöntemin uygulamasını sınırlar. Bu nedenle, enerji santralleri genellikle tüm gazlı madenler için uygun değildir [15]. 2.2.2. Atık Kömürlerin Hibritleşmesini Sağlayan Yanma Ünitelerinde Kullanım Ocak havasının yardımcı yakıt olarak kullanıldığı bir diğer alan, atık kömürlerin hibritleştirildiği akışkan yataklı ya da döner yanma üniteleridir. Ancak yöntemde yanma işleminin organize edilebilmesi ve duraylılığının sağlanması için mevcut ekipmanlara ilave düzenlemelerin yapılması gerekir. Değişik firmalar tarafından düşük kalitedeki atık kömürlerin hibritleştirilmesi için bazı döner fırınlar geliştirilmiştir. Geliştirilen bu fırınlarda yapılan ilk deneme çalışmaları yanma işleminin sürekliliği için yüksek kaliteli gazın ya da yakıtın gerekliliğini ortaya koymuştur. Cobb [18]’un yürüttüğü bir çalışmada bu tür fırınlarda yüksek kaliteli sert kömür atıklarının da yanma işleminde kullanılması durumunda düşük verimler elde edilmiştir. Akışkan yataklı yanma ünitelerinin atık kömür hibritleşme işlemlerinde yardımcı yakıt olarak ocak havasının kullanıldığı çok sayıda pilot çapta tesis mevcut iken metanın bu ünitelerde tamamıyla oksidasyona uğradığına dair herhangi bir deneysel çalışma yoktur. Bu nedenle büyük çaplı tesisler kurulmadan önce bu testlerin de yapılması gerekir [19]. 2.2.3. İçten Yanmalı Motorlarda Kullanım İçten yanmalı motorlar elektrik üretimi için genellikle orta kalitede gazı kullanırlar ve yanma işlemlerinde ocak havasını ortam havası olarak kullanılması için uygundurlar. Ulaşım olarak avantajlı olması durumunda ocak havasındaki metanın azaltımı için düşük yatırım maliyeti gerektiren bir seçenektir. Yanma esnasında yüksek sıcaklıktan dolayı bu uygulamada diğer uygulamalara göre daha çok NOx gazı açığa çıkmaktadır [8]. Yöntemin ilk yatırım maliyeti düşük olması gibi bir avantajı olmasına rağmen, ocak havasındaki metanın çok düşük bir yüzdesi bu yöntemle kullanılabilmektedir. 2.2.4. Klasik Gaz Türbinlerinde Kullanım Gaz türbinleri gaz motorları ile benzer özellikler sergilerler ve ocak havasındaki metanın çok düşük bir yüzdesi türbinin yakıt ihtiyacını giderir. Diğer taraftan ocak havasının yanma işlemini seyreltme ve türbini soğutma işlevi için kullanılması durumunda hava içindeki metanın yanmadan türbini terk etmesi ile sonuçlanır. Bu durumdan sakınmak için, sıkıştırılmış ocak havasının yanı sıra diğer kaynaklardan da sıkıştırılmış hava gerektiren daha karışık türbin sistemlerinin kullanılması gereklidir [15,20]. 56 Mitigation and Utilization Technologies of Low … Sigma 28, 49-65, 2010 2.3. Ocak Havasındaki Metanın Ana Yakıt Olarak Kullanımı Ocak havasının ana yakıt olarak kullanıldığı bu yöntemde, metan mevcut yanma işlemlerinde birincil yakıt olarak kullanılır. Ancak metanın mevcut yanma işlemlerinde ana yakıt olarak kullanımı; gazın konsantrasyonuna, ana yakıt olarak kullanılacağı düzeneğin minimum gaz gereksinimine bağlı olarak bazı teknolojiler için mümkün olmayabilir. Ocak havasındaki metanın, ana yakıt olarak kullanım/azaltım seçenekleri Çizelge 5’de verilmiştir. Bu alanlar başlıca; i. ii. iii. iv. v. Termal akış dönüşüm reaktörleri Katalitik akış dönüşüm reaktörleri Katalitik-monolitik reaktörler Fakir Yanma modlu gaz türbinleri Konsantratörlerdir. 2.3.1. Termal Akış Dönüşüm Reaktörleri Termal akış dönüşüm reaktörleri, organik bileşiklerin termal oksidasyon süreçleri için kullanılan düzeneklerdir. Çalışma prensipleri çok sayıda araştırmacı tarafından [20,21] açıklanan bu düzenekler, merkezinde bir dizi elektrik ısıtıcı parçaların bulunduğu silika ya da seramik kaplamalı bileşenden oluşurlar. Üzerinde bulunan kanallar ya da valf gibi bileşenlerle ocak havasının içeri girmesi sağlanır [22]. Tipik bir termal akış dönüşüm reaktörünün görünümü Şekil 4’de verilmiştir. Bu reaktörler, ocak havasındaki metanın sıcak ve katı bir ortamda yanarak ısıya dönüşmesini sağlar. Bu ortam sıcaklığı ocak havasındaki metanın tutuşma sıcaklığı için gereklidir. Valf 2 Hava & CH4 Valf 1 Isıtıcı Ortam Valf 1 Hava CO2 H2O Isı Isı Değiştirici Isıtıcı Ortam Valf 2 Valf 1 açık Valf 2 açık Şekil 4. Termal akış dönüşüm reaktörü şematik görünümü [5] Termal yanma teknolojisinde, işlemin başlaması için ortamdaki elektrikli ısıtıcı bileşenler, metanın otomatik tutuşmasını sağlamak amacıyla reaktörün orta tabanının önceden ısınmasını sağlarlar. İşlemin ilk safhasının ilk yarısında, ocak havası ortam sıcaklığında reaktöre girer ve reaktörün bir kenarı boyunca dolaşır. Metanın oksidasyonu, reaktör tabakasının ortalarına yakın bir yerde, reaktör içindeki karışımın metanın kendiliğinden tutuşma sıcaklığını aştığında meydana gelir. Reaktör tabakasının yanma işlemine uzak kısımları yeterince ısındığında ya da yanma işlemine yakın kenarları ortama giren ocak havası nedeniyle soğuduğunda, reaktör otomatik olarak akışın yönünü değiştirir. 57 İ. Karakurt, G. Aydın, K. Aydıner Sigma 28, 49-65, 2010 Çizelge 5. Maden havasındaki metanın ana yakıt olarak kullanım/azaltım seçenekleri [9] Teknoloji Termal akış dönüşüm reaktörü Katalitik akış dönüşüm reaktörü Bağımsız katalitik yakma odası Gaz türbini katalitik yanma Oksidasyon Mekanizması Termal Temel Kullanım Uygulama Isı alıp veren akış dönüşüm reaktörü Metan azaltım seçeneği var, kullanım seçeneği için çalışmalar devam ediyor Azaltım seçeneği var, kullanım seçeneği için çalışmalar devam ediyor Azaltım seçeneği var, kullanım seçeneği henüz mevcut değil Azaltım; yanma olarak uygulama var. Kullanım olarak laboratuar ölçekte uygulama var Azaltım; yanma olarak uygulama var. Kullanım olarak laboratuar ölçekte uygulama var (Geliştirilmeye ihtiyacı var) Azaltım/kullanım seçenekleri hala geliştirme aşamasında Katalitik Isı alıp veren akış dönüşüm reaktörü Katalitik Geri kazanımlı bağımsız reaktör Katalitik Katalitik yakma odalı ve geri kazanımlı gaz türbini Gaz türbini Termal Yakma odalı ve geri kazanımlı gaz türbini Yoğunlaştırıcı N/A Adsorplama Adsorblayıcı ve uzaklaştırıcı kullanılarak akışkan/hareketli yataklı çoklu safha Böylelikle, yeni ocak havasının ortama girmesiyle sıcak olan kısımlar soğumaya, soğuk olan kısımlar da tekrar ısınmaya başlar. Reaktörün merkezine yakın ve/veya merkezinde metan, kendiliğinden yanma sıcaklığına ulaşır, oksidasyona uğrar ve CO2 ve ısı açığa çıkar. Merkezde sıcaklık 1000 oC’ye çıkar. Bu sıcaklığa ek olarak adyabatik sıcaklık artışı söz konusudur [5,12,23,24]. Termal akış dönüşüm reaktörleri ocak havasındaki metanın % 95’den fazlasının oksidasyonunu sağlayarak karbondioksite dönüşmesine imkân tanır [25]. Termal akış dönüşüm reaktörlerinin, hava akışının dolaşım şekli ve valf durumuna göre tasarlanmış alternatifleri mevcuttur (Şekil 5) [25]. 58 Mitigation and Utilization Technologies of Low … (a) Sigma 28, 49-65, 2010 Valf 2 (Kapalı) Valf 1 (Açık) Hava CO2&H2O (Kapalı) Hava& CH4 (Açık) (b) Valf 1 (Kapalı) Valf 2 (Açık) Hava & CH4 (Açık) Hava CO2&H2O (Kapalı) Şekil 5. Hava akış yönü ve valf durumuna göre tasarlanmış termal akış dönüşüm reaktörleri (a) aşağı yönlü akış, (b) yukarı yönlü akış 2.3.2. Katalitik Akış Dönüşüm Reaktörleri Çalışma prensibi olarak termal akış dönüşüm reaktöründen farkı, kullanılan katalizör olan katalitik akış dönüşüm reaktörleri, ocak havasındaki düşük konsantrasyonlarda bulunan metanın katalitik oksidasyonu ile enerji üretimini sağlayan düzeneklerdir. Bu reaktörler yanma esnasında metanın kendiliğinden tutuşma sıcaklığını düşürür ve oksidasyon ile açığa çıkan enerji süresince de sistem reaksiyonunun sürekliliğini korur [26]. Sistemdeki aşırı ısınmalar ısı değiştiricisine ya hava ilavesi ya da hava-su ilavesi ile önlenebilir. Bu tür reaktörlerin düşük sıcaklıklarda çalışma, NOx gazının açığa çıkmaması (ihmal edilebilir oranlarda açığa çıkar), mühendislik ve üretim maliyetini düşük olması, ısı kaybının az olması ve daha küçük ekipman gerektirmesi gibi avantajları vardır [5,27,28,29]. Katalitik akış dönüşüm reaktörleri ocak havasındaki metanın yaklaşık % 90’ının oksidasyonunu sağlar. Böylelikle ocak havasının sera gaz etkisini azaltmasının yanı sıra önemli bir enerji kaynağının da elde edilmesine imkan tanır [30]. Şekil 6’da tipik bir katalitik akış dönüşüm reaktörü verilmiştir. Katalitik akış dönüşüm reaktörleri, atmosfere salınan ocak havasındaki düşük konsantrasyonlu metanın azaltılması/kullanılması için teknik olarak uygulanabilen bir teknolojidir. Sapoundjiev ve Aube [29]’nin yaptıkları bir çalışma, bu reaktörlerin termal enerji kullanıcılarına uzak olan kömür madenlerinde elektrik üretimi için kullanılabilir olduğunu göstermiştir. Katalitik reaktörlerin ticari olarak yaygınlaştırılmasının kömür madenlerinden açığa çıkan metanın büyük çoğunluğunu oluşturan ocak havasındaki metanın azaltılabilirliği konusunda kömür işletmelerine büyük kazanç sağlayacağını belirten araştırmacılar, bu teknolojinin farklı alanlardan açığa çıkan metan emisyonlarını azaltmak için de uygulanabileceğini ifade etmişlerdir. Şekil 7’de, ocak çıkış kuyusunda tutulan ve % 0,5 metan konsantrasyonuna sahip maden 59 İ. Karakurt, G. Aydın, K. Aydıner Sigma 28, 49-65, 2010 havasının katalitik akış dönüşüm reaktöründe kullanılması durumunda işletmeye ve küresel ısınmaya sağladığı avantajlar verilmiştir. Metanın küresel ısınma potansiyelinin CO2’e oranla 21 kat daha fazla olduğu ve değerlendirilmesi durumunda işletmeye getireceği katkı göz önüne alındığında katalitik reaktör yönteminin kullanımının önemi daha da artmaktadır. Valf 2 Valf 1 Isıtıcı Ortam Katalizör Hava &CH4 Hava CO2 H2O Isı Isı Değiştirici Katalizör Valf 1 Valf 2 Isıtıcı Ortam Valf 1 açık Valf 2 açık Şekil 6. Katalitik akış dönüşüm reaktörü şematik görünümü [5]. Hava+CO2+H20 (Yıllık 30 kt CO2’te Eşdeğer ) Hava+CH4 (Yıllık 238 kt CO2’te Eşdeğer ) Giren Hava Katalitik Akış Dönüşüm Reaktörü Ocak Havası (% 0,5 Metan) Sıcak Hava (650–800 oC) Yeraltı Kömür Madeni Hava Çıkış Yolları İşletmeye Isı Desteği Damardan Metan Emisyonu • • • • Termal Enerji Bölgesel Isıtma Isıtma Sıcak Su Sistem Soğutma Buhar Oluşturma Turbo Jeneratör İşletmeye Elektrik Desteği Şekil 7. Katalitik akış dönüşüm reaktör teknolojisinin avantajları [29] 60 Elektrik Santrali Mitigation and Utilization Technologies of Low … Sigma 28, 49-65, 2010 2.3.3. Katalitik-Monolitik Reaktörleri Katalitik-monolitik reaktörlerinde yüksek mekanik dayanım, büyük geometrik alan ve kütlesel akış ve çok düşük oranlarda basınç düşmesi gibi göze çarpan özellikleri olan ve bal peteğine benzer delikli bir monolitik reaktör kullanılır [31]. Bu monolitik reaktörler katalitik olarak aktif parçacıklar içeren gözenekli bir yapı ile kaplanmış paralel yapılardan oluşurlar. Bu nedenle diğer oksidasyon teknolojileri (termal ya da katalitik) ile karşılaştırıldığında, aynı miktarda ocak havasının oksidasyonunda daha etkin olabilirler. Ancak, havanın ön ısıtması için diğer yöntemlerdeki yenileyici tabaka olma özelliğine rağmen burada ek donanım gerekmektedir. Ocak havasındaki metanın oksidasyon teknolojilerinin (termal akış dönüşüm, katalitik akış dönüşüm ve katalitik-monolitik reaktör) karşılaştırılması Çizelge 6’de verilmiştir. Çizelge 6. Ocak havasındaki metanın oksidasyon teknolojilerinin (termal akış dönüşüm, katalitik akış dönüşüm ve katalitik-monolitik reaktör) karşılaştırılması [15]. Özellik Çalışma prensipleri Katalizör Kendiliğinden tutuşma sıcaklığı İşlem süresi Minimum CH4 konsantrasyonu Uygulanabilirlik Açığa çıkan ısının elektrik üretiminde kullanma potansiyeli Termal Akış Dönüşüm Reaktör Teknolojisi Akış dönüşüm Yok 1000 oC Katalitik Akış Dönüşüm Reaktör Teknolojisi Akış dönüşüm Var 350–800 oC Monolitik reaktör Var 500 oC Kısa % 0,2 Uzun % 0,1 Sürekli % 0,4 CH4 Azaltılması CH4 kons. arttırmak ve sabit tutmak için ek olarak yakıta ihtiyaç olabilir Değişken CH4 Azaltılması CH4 kons. arttırmak ve sabit tutmak için ek olarak yakıta ihtiyaç olabilir Değişken CH4 Azaltılması CH4 kons. arttırmak ve sabit tutmak için ek olarak yakıta ihtiyaç olabilir Değişken Katalitik-Monolitik Reaktör Teknolojisi CH4 (metan) konsantrasyonu değişebilirliği İşletmede yer kaplama İşletim İşletim ömrü Büyük yer kaplar Geniş yer kaplar Az yer kaplar Karışık N/A Karışık N/A NOx emisyonu CO emisyonu N/A Düşük Düşük Düşük Basit > 8000 saat (katalizör için) Düşük ( < 1 ppm) Düşük (~ 0 ppm) Ocak çıkış kuyusunda tutulan maden havasının hacminin büyük, metan konsantrasyonunun düşük ve değişken olması oksidasyon yöntemlerinin verimli çalışmasını önemli ölçüde etkilemektedir. Termal akış dönüşüm reaktörlerini üreten firmalar, bu reaktörlerin % 0,08 metan konsantrasyonunda çalışabileceğini belirtirken Utah Üniversitesi’nde yapılan bir çalışmada bu rakamın % 0,35 olduğu ve işlem sürekliliğinin sağlanması açısından minimum metan konsantrasyonunun bu eşik değerde kalması gerektiği belirtilmiştir [8]. Katalitik akış dönüşüm reaktörlerinde oksidasyon işleminin gerçekleşebileceği reaktöre giren havadaki metan konsantrasyonunun % 0,1’den yüksek olması gerektiğini belirten araştırmacılar, bu oranda işlem süresinin belli olmadığını da belirtmişlerdir [28]. Katalitik-monolitik reaktör yöntemi için gerekli minimum metan konsantrasyonunu belirlemeyi amaçlayan ve laboratuarda yapılan bir deneysel 61 İ. Karakurt, G. Aydın, K. Aydıner Sigma 28, 49-65, 2010 çalışmada, bu reaktörün % 0,4 metan konsantrasyonundan daha fazla oranlarda çalışabileceğini belirlemişlerdir [15]. 2.3.4. Fakir Yanma Modlu Gaz Türbinleri Günümüzde güçlendirilmiş gaz türbini, katalitik türbin ve yanma odalı mikro türbinler başta olmak üzere birçok fakir yanma modlu türbinler geliştirilmektedir [32]. Ocak havasındaki düşük konsantrasyonlu metan, daha çok güçlendirilmiş gaz türbinlerinde ana yakıt olarak kullanılmaktadır. Geliştirilmekte olan bu fakir yanma modlu gaz türbinlerinin bazı özelliklerinin karşılaştırılması Çizelge 7’de sunulmuştur. Bu gaz türbinleri için minimum metan konsantrasyonunun %1-1,6 olması istenir. Ocak havasındaki metanın düşük konsantrasyonlarda olduğu düşünülürse bu havanın yakıt olarak kullanımı için ekstra metan ilavesi gerekebilir. Bu tür türbinlerde ocak havasındaki düşük konsantrasyonlu metan yakıt olarak kullanılabileceği gibi madencilik öncesi ve sonrası ele geçirilen metan da yakıt olarak kullanılabilir. % 1-1,6 metan konsantrasyonuna sahip ocak havasının, bu tür gaz türbinlerinde kullanımının teknik ve ekonomik açıdan değerlendirilmesi Avustralya’da iki kömür madeninde gerçekleştirilmiştir [33]. Yapılan çalışmanın sonucunda, türbinlerdeki ateşlemenin % 50-60’ını sağlayan yakıtın % 1 metan konsantrasyonuna sahip havanın olduğu, % 1,6 metan konsantrasyonuna sahip havanın da yakıt olarak % 30-60 oranında bir ateşleme sağladığı görülmüştür. Öte yandan, % 1 metan konsantrasyonunun kullanıldığı türbinde her iki kömür madeni için ocak havasının neredeyse % 100 kullanılabildiği, buna karşın % 1,6 metan konsantrasyonun kullanıldığı türbinde % 50 ve % 30 ocak havasının kullanıldığı belirlenmiştir. Çizelge 7. Fakir Yanma modlu gaz türbin teknolojilerinin karşılaştırılması [15] Özellik Çalışma prensipleri Katalizör Kendiliğinden tutuşma sıcaklığı Deneyim Minimum CH4 oranı Uygulanabilirlik Isı kazanım imkânı İşletim İşlem süresi NOx emisyonu COx emisyonu Güçlendirilmiş Türbin Yanma Odası içinde hava ısıtıcı Yok 700–1000 oC Monolitik reaktör Katalitik Mikro Türbin Monolitik reaktör Var 500 oC Var N/A Pilot ölçekli Laboratuar ölçekli % 1,6 CH4 azaltım ve güç üretimi, CH4 kons. artışı için ek yakıt gerekli Yapılabilir Basit ve istikrarlı Yüksek yanma sıcaklığından dolayı kısa olabilir Yüksek Düşük %1 CH4 azaltım ve güç üretimi, CH4 kons. artışı için ek yakıt gerekli Yapılabilir Basit ve istikrarlı >8000 saat katalizör için, 20 yıl türbin için Geleneksel mikro türbin %1 CH4 azaltım ve güç üretimi, CH4 kons. artışı için ek yakıt gerekli Yapılabilir Basit ve istikrarlı N/A Katalitik Türbin Düşük (< 3 ppm) Düşük (~ 0 ppm) Düşük Düşük 2.3.5. Konsantratörler (Yoğunlaştırıcılar) Konsantratörler, gaz haline gelen organik bileşiklerin ele geçirilmesi için birçok endüstride kullanılmaktadırlar. Bu konsantratörler, maden havasındaki düşük konsantrasyonlu metanın 62 Mitigation and Utilization Technologies of Low … Sigma 28, 49-65, 2010 konsantrasyonunu arttırmada kullanılarak, fakir yanma modlu gaz türbinleri gibi, gazın kullanım alanlarının ihtiyacını karşılayacak CH4 oranının elde edilmesini sağlarlar. Konsantratörlere metan konsantrasyonu % 0,1 ile 0,9 aralığında olan hava girer ve zenginleştirme işlemi sonrasında bu oran % 20’lere kadar çıkar. Eğer zenginleştirme sonucu metan oranı % 30 veya daha yüksek ise geleneksel gaz türbinleri kullanılarak elektrik üretimi için işlem yapılabilir [15]. 3. SONUÇLAR Etkili bir sera gazı olan metan, insan kaynaklı sera gazı emisyonlarına karbondioksitten sonra en fazla katkıda bulunan gazdır. Başlıca oluşum kaynakları; tarım, bataklık, petrol ve doğal gaz sistemleri, kömür madenleri ve fosil yakıtlarıdır. Kömür madenleri antropojenik (insan kaynaklı) metan emisyonlarının % 7’sinden sorumludur. Bu emisyonların yaklaşık % 70’i yeraltı kömür madenleri ocak çıkış kuyularından açığa çıkmaktadır. Ocak çıkış kuyularından açığa çıkan metanın sera gazı etkisinin azaltımı ve kullanımına yönelik etkin bir teknoloji henüz olmamasına rağmen bu yöndeki çalışmalar son dönemlerde hız kazanmıştır. Bu çalışmaların çoğu, ocak havası içindeki düşük konsantrasyonlu metanın oksidasyonu üzerine yoğunlaşmıştır. Bu teknolojilere yönelik bir değerlendirmenin sunulduğu çalışmanın sonuçları aşağıdaki gibi özetlenebilir: Drenajla elde edilen gaz içerdiği metan konsantrasyonuna göre değişik amaçlarda kullanılabilmesine rağmen ocak çıkış kuyusundan atmosfere salınan gazın; yüksek hacimli olması, düşük ve değişken konsantrasyonlarda metan içermesi nedeniyle değerlendirilmesi zordur. Ocak çıkış kuyusunda tutulan gazın (metan), sera gazı etkisinin azaltımı ve değerlendirilebilirliği, çalışmada bahsedilen mevcut teknolojilerde yardımcı ve ana yakıt olarak kullanılabilmesi ile mümkün olabilmektedir. Ocak havasının yardımcı yakıt olarak kullanıldığı teknolojiler açığa çıkan metanın sera gazı etkisini azaltmak için daha uygun iken, ocak havasının ana yakıt olarak kullanıldığı teknolojiler, hem metanın küresel ısınma üzerindeki etkisini azaltmak hem de gazın farklı amaçlarda değerlendirilmesinin sağlanması için daha uygundur. Ocak havası, mevcut teknolojilerde yardımcı ve ana yakıt olarak kullanım için yeterli oranlarda metan içermiyorsa, gazın metan içeriğinin arttırılması gerekir. Bu işlem için uygun düzenekler konsantratörlerdir (yoğunlaştırıcılar). Konsantratörlerde zenginleştirmeye tabi tutulan ocak havasındaki metan miktarı % 30’un üzerine çıkarılabilirse klasik gaz türbinleri aracılığı ile enerji üretimi de mümkün olabilmektedir. Ocak havasındaki metanın sera gazı etkisinin azaltımı ve farklı alanlarda değerlendirilebilirliği için kullanılan oksidasyon teknolojilerinin uygulanabilirliği, sahaya bağlı olarak değişebilmektedir. Bu nedenle, oksidasyon teknolojisinin herhangi bir sahaya uygulanabilirliği için saha etüdünün iyi bir şekilde yapılması gerekmektedir. Yeraltı kömür madenleri ocak çıkış kuyularından atmosfere salınan metanın küresel ısınma üzerindeki etkisi, çalışmada bahsedilen oksidasyon teknolojileri ile % 95 oranında azaltılabilmektedir. Diğer bir deyişle, kömür madenlerinin neden olduğu metan emisyonları yaklaşık % 67 oranında azaltılabilmektedir. REFERENCES / KAYNAKLAR [1] [2] [3] Aydın, G., “Kömür Kökenli Metanın Kullanım Teknolojileri ve Enerji Üretiminden Kaynaklanan Antropojenik Metan Emisyonlarının Analizi”, Yüksek Lisans Tezi, Fen Bilimleri Enstitüsü, KTÜ, 2008. US EPA, 2003a, “An Assessment of the Worldwide Market Potential for Oxidizing Coal Mine Ventilation Air Methane, United States Environmental Protection Agency, July. Kruger, D. and Franklin, P., “The Methane to Markets Partnership: Opportunities for coal mine methane utilization”, 11th U.S./North American Mine Ventilation Symposium, (2006) June, 3-8. 63 İ. Karakurt, G. Aydın, K. Aydıner [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] Sigma 28, 49-65, 2010 Karakurt, İ., Aydın, G. ve Aydıner, K., “Kömür Madenlerinden Açığa Çıkan Metan Gazının Azaltım Seçenekleri”, 3. Madencilik ve Çevre Sempozyumu, sayfa 165–172, 11– 12 Haziran (2009a), Ankara. U.S.EPA, 2006, “Coalbed Methane Outreach Program”, (CMOP), U.S. Environmental Protection Agency, Erişim Haziran (2009). Aydın, G. ve Karakurt, İ., “Yeraltı Kömür Damarlarından Üretilen Metanın Kullanım Teknolojileri”, Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Fakültesi, Mühendislik Bilimleri Dergisi. Cilt 15, Sayı 1, Sayfa 129–136, 2009a Aydın, G. ve Karakurt, İ., “Çeşitli Kaynaklara Bağlı Olarak Enerji Sektöründen Açığa Çıkan Küresel Metan Emisyonlarının Bölgesel Analizi”, Türkiye 21. Uluslar arası Madencilik Kongresi ve Sergisi, sayfa 629–637, 6–8 Mayıs, (2009b) Kemer-Antalya. Carothers, P. and Deo, M., Climate Protection Division, EPA-430-R-001, “Technical and Economic Assessment: mitigation of Methane Emissions from Coal Mine Ventilation Air. Coalbed Methane Outreach Program”, 2000. Su, S. ve Agnew, J., “Catalytic Combustion of Coal Mine Ventilation Air Methane”, Fuel, Volume 85, 1201-1210, 2006. You, C. and Xu, X., “Utilization of Ventilation Air Methane as a Supplementary Fuel at a Circulating Fluidized Bed Combustion Boiler”, Environmental Science&Technology, 42, 2590-2503, 2008. Su, S., Chen, Hongwei., Teakle, P. and Xue, S., “Characteristics of Coal Mine Ventilation Air Flows”, Journal of Environmental Management” Volume 86, 44-62, 2008. Mallet, C.W. and Su, S., “Progress in Developing Ventilation Air Methane Mitigation and Utilization Technologies”, 3rd International Methane&Nitrous Oxide Mitigation Conference, p 7, November 17-21, (2003) Beijing-China. Carothers, P., Schultz, L.H. and Talkington, C.C., (2003), “Mitigation of Methane Emissions from Coal Mine Ventilation Air: An Update”, Available from http://www.irgltd.com/Resources/Publications/US/200305%20Mitigation%20of%20Methane%20Emissions%20from%20Coal%20Mine%20Vent ilation%20Air%20Update.pdf, accessed August 2009. Lee, J.H. and Trimm, D.L., “Catalytic Combustion of Methane”, Fuel Processing Technology, 42, 339-359, 1995. Su, S., Andrew, J., Beath., Guo, H. et al., “An Assessment of Mine Methane Mitigation and Utilization Technologies”, Progress in Energy and Combustion Science, Volume 31, 123-170, 2005. Karakurt, İ., Aydın, G. ve Aydıner, K., “Maden Havasındaki Metanın Oksidasyonu ile Enerji Üretimi”, 3. Balkan Madencilik Kongresi, sayfa 585–592, 1–3 Ekim, (2009b) İzmir-Türkiye. Oh, SH., Mitchell, PJ., Siewert, RM., “Methane Oxidation over Noble Metal Catalysts as related to Controlling Natural Gas Vehicle Emissions”. Catalytic Control of Air Pollution: Mobile and Stationary Sources. 202nd National Meeting of the American Chemical Society, 25-30 August, ACS Series, Volume 495, 1991, page 12-25. Cobb, J.T., 1992, “Coal Desulphurization in a Rotary Kiln Combustor”, Final Report, March 15, July. BCR National Lab, Pittsburg, USA. Su, S. ve Mallett, C.W., “Investigation into Waste Coal Handling Facilities”, CSIRO Exploration and Mining Report, Brisbane, August, 2003. King, B. ve Traves, D., 2000, “Catalytic Flow Reversal Reactor/gas Turbine Greenhouse Gas Emissions Reduction Technology”, Atlantic Canada Environmental Business&Expo, 25-27 April, Erişim 20 Mayıs 2009. Danell, R., Nunn, J. ve Kallstrand A., 2002, “Demonstration of MEGTEC Vocsidizer for Methane Utilization”, ACARP report, Brisbane, Erişim 26 Mayıs 2009. 64 Mitigation and Utilization Technologies of Low … [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] Sigma 28, 49-65, 2010 Sommers, J.M. ve Schultz, H.L., “Thermal Oxidation of Coal Mine Ventilation Air Methane”, 12th US/North Ameriacan Mine Ventilation Symposium, 9-11 June, (2008) Reno, Nevada, USA. Ruixiang, L., Yongqi, L. and Zhengqiang, G., 2008, “Methane Emission Control by Thermal Oxidation in a Reverse Flow Reactor” Bioinformatics and Biomedical Engineering, ICBBE, Erişim 22 Mayıs 2009. Xianzhao, H., Ma, Peijong., Yu, Y. Et al.(2008), “The Ventilation Air Methane Combustion System and Its Clean Development Mechanisms Analysis”, Available from: http://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=4535384&isnumber=4534880a ccessed from May 2009. Kosmack, A. D., “Capture and Use of Mine Ventilation Air Methane”, 2nd Annual Conference on Carbon Sequestration, May 5-8, Virginia (2003). Marin, P., Ordonez, S. and Diez, F., “Procedures for Heat Recovery in the Catalytic Combustion of Lean Methane-air Mixtures in a Reverse Flow Reactor”, Chemical Engineering Journal, 147, 356-365, 2009. Gosiewski, K., Matros, Y.S., Warmuzinski, K. et al., “Homogeneous vs. Catalytic Combustion of Lean Methane-Air Mixtures in Reverse-Flow Reactors”, Chemical Engineering Science, 63, 5010-5019, 2008. Hristo, S. and Gilles, J., “Introduction of Catalytic Flow-Reversal Reactor Technology and Its Potential in China Coal Mines”, 3rd International Methane and Nitrous Oxide Mitigation Conference, Beijing (2003) China. Sapoundjiev, H. ve Aube, F., 1999, “Catalytic Flow Reversal Reactor Technology: An Opportunity for Heat Recovery and Greenhouse Gas Elimination from Mine Ventilation Air”, Available from: http://canmetenergy-canmetenergie.nrcanrncan.gc.ca/fichier.php/codectec/Fr/1999-51/1999-51e.pdf, accessed June 2009. Sapoundjiev, H., Aube, F. ve Trottier, R., 1999, “Eimination of Dilute Methane Emissions from Underground Mine and Oil and Natural Gas Production Sectors”, Available from: http://canmetenergy-canmetenergie.nrcan-rncan.gc.ca/fichier.php/codectec/En/199913/1999-13e.pdf, accessed July 2009. Climino, S., Pirone, R. and Russo, G., “Thermal Stability of Perpvskite-based Monolitic Reactors in the Catalytic Combustion of Methane”, Ind. Chem. Res., 40, 80-85, 2001. US EPA, 2003b, “Coalbed Methane Extra, A publication of the Coalbed Methane Outreach Program”, EPA-430-N-00-04, July. Su, S. ve Beath A.C., “Development of Ventilation Air Methane Catalytic Combustion Gas Turbine”, 3rd International Methane and Nitrous Oxide Mitigation Conference, Beijing, 17-21 November, (2003) China. 65 SİGMA MÜHENDİSLİK VE FEN BİLİMLERİ DERGİSİNDE YAYINLANACAK YAZILARDA ARANILAN ÖZELLİKLER GENEL BİLGİLER Sigma Mühendislik ve Fen Bilimleri Dergisi, yeterli sayıda makalenin bulunması durumunda Mart, Haziran, Eylül, Aralık aylarında yayınlanır. 1. Sigma Mühendislik ve Fen Bilimleri Dergisi temel ve uygulamalı bilim dallarındaki çalışmaları kısa sürede yayınlayarak ilgili bilim dalları arasındaki iletişimi sağlamak amacıyla aşağıdaki yazı türlerini kabul etmektedir. 1. Araştırma Makaleleri: Orjinal bir araştırmayı bulgu ve sonuçlarıyla yansıtan makaleler, 2. Derleme Yazıları: Yeterli sayıda bilimsel makaleyi tarayarak (en az son on yılın konu ile ilgili bütün önemli yayınları ) konuyu bugünkü bilgi düzeyinde özetleyen, bulguları karşılaştıran ve değerlendirme yapan geniş bir kaynak listesine sahip yazılar. Derleme yazılarında on sayfa sınırlaması yoktur. 3. Kısa Bildiriler: Orjinal bir çalışmanın sonuçlarını zaman kaybetmeden bildiren veya Sigma'da daha önce yayınlanmış bir eser hakkında görüş öne süren kısa yazılar, 4. Bilim Haberleri: i ) Kongre, konferans, sempozyum vb. hakkında kısa bilgi veren yazılar, ii ) Türkiye ve Dünyada önemli olaylar hakkında bilimsel açıklama yapan yazılar, iii ) İlk defa uygulamaya konulan araç ve gereçler hakkında bilgi veren yazılar, iv ) Yeni yayınlanmış olan bilimsel kitapları tanıtan yazılar, 2. Sigma Mühendislik ve Fen Bilimleri Dergisi'nde makaleler Türkçe ve İngilizce olarak yayınlanır. Türkçe makalelerinizde Türk Dil Kurumu’nun hazırladığı Büyük Türkçe Sözlük’te yer alan sözcükler kullanılmalıdır. (www.tdk.gov.tr) 3. Eserler Sigma yazım kurallarına uygun olarak düzenlenip, 4 kopya, disket (veya CD), olarak İnternet sayfamızdaki “Makale Sunum Formu” ile birlikte “Sigma Mühendislik ve Fen Bilimleri Dergisi Editörlüğü, 34349 Yıldız-İstanbul” veya “sigma@yildiz.edu.tr” adresine gönderilmelidir. 4. Yazılar mümkün olduğunca kısa ve yalın bir dille yazılmış olmalı, çizelge ve şekillerle birlikte 10 sayfayı geçmemelidir. 5. Gönderilen eserlerin içeriği ve aşağıdaki yazılım kurallarına uygun olup olmadıkları, editörce belirlenen konu ile ilgili hakemler tarafından kontrol edilir. Önerilen düzeltmeler yapılmış veya karşı görüşleri editör tarafından onaylanmış yazılar yayına kabul edilir. 6. Makalenin Sigma Mühendislik ve Fen Bilimleri Dergisi’ne sunulması ile yazar, makalenin daha önce başka bir dergide herhangi bir dilde yayınlanmamış, yeni bir çalışma olduğunu kabul etmiş olur. Yazıların tüm sorumluluğu yazara aittir. 7. Yayına kabul edilmeyen yazılar yazara iade edilir. VII SİGMA YAZIM KURALLARI 1. Yazılacak eserlerde metin alanı E12.5x19 cm olmalı, normal sayfalarda yukarıdan 5 cm, soldan 4.25 cm, ilk sayfalarda ise yukarıdan 7 cm boşluk bırakılmalıdır. 2. Metinde "Microsoft Word" yazım programının "Times New Roman" yazı karakteri kullanılmalıdır. Kullanılacak harf büyüklükleri ve özellikleri örnekte belirtilmiştir. 3. Eserin çıkışı Lazer yazıcıdan 1.hamur A4 büyüklüğündeki (210x297 mm) beyaz kağıda alınmalıdır. 4. Dizgi yapılırken satır araları değiştirilmemeli, satırlar birer ara ile yazılmalıdır. 5. Şekil ve çizelgeler numaralandırılmalı ve adlandırılmalıdır. Şekil adları şekil altına, çizelge adları ise çizelgelerin üstüne yazılmalıdır. 6. Makalenin genel görünümü aşağıdaki şekildedir. 1. BAŞLIK: Metne uygun, kısa ve açık olmalıdır. 2. YAZAR: İsimleri ve adresleri aşağıdaki örnekte olduğu gibi yazılmalıdır. Birden fazla yazar varsa ve adresleri farklı ise adresler (*) kullanılarak belirtilmelidir. Çetin TAŞSEVEN*, Ramiz GAMİDOV** *Yıldız Teknik Üniversitesi, Fen-Edebiyat Fakültesi, Fizik Bölümü Davutpaşa - İstanbul **TÜBİTAK, UME 3. ÖZET: Herbiri 250 kelimeyi geçmeyecek şekilde önce İngilizce başlık ve özet sonra Türkçe başlık ve özet şeklinde yazılmalıdır. Özetten sonra Anahtar Sözcükler yazılmalı, Abstract’tan sonra da Keywords’un yazılması gerekmektedir. 4. GİRİŞ: Giriş bölümünde amacı, o güne kadar konu ile ilgili olarak yapılmış belli başlı çalışmalar ve çalışmanın getirdiği yenilik belirtilmelidir. 5. KONU BAŞLIKLARI: 1. GİRİŞ (veya INTRODUCTION) 2. SONUÇLAR numaralandırılmalıdır. KAYNAKLAR (veya RESULTS) ... şeklinde (REFERANSLAR) için ayrı bir numara vermeye gerek yoktur. 6. EŞİTLİKLER: Sırayla (1) numaralandırılmalıdır. Numara eşitliğin bulunduğu satırın en sonunda yer almalıdır. 7. KURAMSAL ÇÖZÜMLEME: Bu bölümde gerekli olduğu takdirde, çalışmaya esas teşkil eden kuramsal bilgiler açıklanmalıdır. 8. DENEYSEL ÇALIŞMA: Yapılan çalışmada kullanılan maddeler, cihazlar veya düzenek, deneysel yöntem, deneyle ve işlemler bir biçimde verilmelidir. Eser, kuramsal bir çalışma ile ilgili ise bu bölümün adı HESAPLAMALAR olarak değiştirilebilir. Hesaplamalarda kullanılan değerler, yöntem, varsa yapılan kabuller açıkça anlatılmalıdır. VIII 9. SONUÇLAR VE TARTIŞMA: Bu bölüm ayrı ayrı veya birlikte yazılabilir. Bu kısımda, yazar gözlemlerinin, ölçümlerinin veya hesaplama sonuçlarının güvenirliğini tartışmalı, çalışmalarının "Giriş" bölümünde belirtilen bilimsel amaca katkısını belirtmelidir. 10. TEŞEKKÜR: Mümkün olduğu kadar kısa olmalıdır. 11. KAYNAKLAR: Makalenin bu bölümünde 4. ve 5. Bölümlerde atıfta bulunulmuş konu ile ilgili araştırma makalelerine yer verilmelidir. Kaynaklar eserin başından itibaren sıra ile numaralanarak köşeli [ ] parantez içinde belirtilmelidir. Üçten fazla yazarlarda baştan üç isim alınıp, diğer isimler için Türkçe yayınlarda "ve diğerleri , "İngilizce yayınlarda "et.al." deyimi eklenmelidir. Kaynak bir makale ise: Yazarın soyadı, adının baş harfi, makalenin tam başlığı, derginin adı (veya uluslararası kısaltmaları), cilt numarası, sayı numarası, başlangıç ve bitiş sayfa numaraları ve yılı yazılmalıdır. [1] Tschuikow-Roux E.,İnel Y.,Kodama S.,et.al., "Vacuum-Ultraviolet Photolysis of Carbon Suboxide in the Presence of Methane", j.Chem.Phys., 56,7,3238 3246,1972. Kaynak bir kitap ise: Yazarın soyadı, adının baş harfi, kitabın adı, basım sayısı, yayınlayan, yayınlandığı yer, yıl, başlangıç ve bitiş sayfa numaraları yazılmalıdır. [1] Karadeniz A.A., "Yüksek Matematik", 2 Cilt, 5.Baskı, Çağlayan Kitabevi, İstanbul, 1988, 201-219. Kaynak Sempozyumdan alınmış bir tebliğ ise: Yazarın soyadı, adının baş harfi, tebliğin adı, sempozyumun adı, yapıldığı yer, parantez içinde yıl, başlangıç ve bitiş sayfa numaraları yazılmalıdır. [1] Atay N.Z., "Interfacial Transport Studies Using a Rotating Diffusion Cell " NATO Advanced Study Institute on Structure Dynamics of Colloidal Systems, Aberyswyth, Wales, U.K., Eylül, 1989, 25-32. Kaynak proje ise: Yazarın soyadı, adının baş harfi, kuruluşun kısaltılmış adı, proje numarası, yayınladığı yer ve yıl yazılmalıdır. [1] Doğan I.,İnel Y.,"Sudaki Organik Kirleticilerin İncelenmesi", B.Ü.,Çev. Bil. Ens., BÜÇBE 88/010, 1988. Kaynak basılmış bir tez ise: Yazarın soyadı, adının baş harfi, tezin adı, tezin türü, tezin sunulduğu kuruluş ve yıl yazılmalıdır. [1] Soydan B.," Benzindeki Kurşunun Polagrafi ile Kantitatif Tayini ", Yüksek Lisans Tezi, Kimya Fakültesi, İ.T.Ü., 1979. Kaynak bir web sayfası ise: Holland, M. (1996) Harvard system [Internet] Poole, Bournemouth University. Available from:http://... [accessed August 22,2002]. IX REQUIREMENTS FOR THE ARTICLES TO BE SUBMITTED TO THE SIGMA GENERAL INFORMATION Sigma is published in March, June, September and December. 1. Aim and scope: Sigma is a medium for the publication of articles on significant developments in basic and applied sciences. Two referees, specialized on the subject, and selected by the Board of Editors review the manuscripts submitted. Because of the interdisciplinary nature of the journal, authors are asked to write their paper in a manner understandable to their colleagues in other disciplines. Articles under the categories listed below is accepted to be published: Research Articles reflects an original experimental and/or theoretical resarch works. A coherent treatment emphasizing new insight is expected rather than a simple accumulation of data. Short Communications are brief reports of significant, original and timely research results that warrant rapid publication. The length of short communication is limited to for printed pages. Review Papers include authoritative reviews of recent advances in the basic and applied sciences with emphasis on the fundamental aspects of the subject. Manuscripts are generally of greater length than those found in other categories but contributions dealing in part with original research are not excluded. Contributors who may be invited by the editors, or who may submit outline proposals directly are offered a small royalty upon the publication of the article. Science News consists of short informative articles about congress, conferences and symposiums. Articles commenting on important affairs, recently introduced tools and equipment recently published research works are accepted. 2. Submission: Manuscripts should be sent in quadruplicate to “Sigma Mühendislik ve Fen Bilimleri Dergisi Editörlüğü, 34349 Yıldız/İstanbul-Turkey”, along with a signed manuscript submission form. Manuscripts should be written in Turkish or English and the lenght of the paper is not to exceed ten pages including charts and figures. By submitting a paper for publication in Sigma, the authors imply that it represents original work not previously published elsewhere in any language. The manuscripts will be returned to the authors in case their paper is not accepted for publication. 3. 4. 5. PREPARATION OF CAMERA-READY MANUSCRIPTS 1. The title, authors names and addresses, and the abstract are to be typed on the first sheet. The title should be typed in capitals. Leave single space and type the authors names and addresses on separate lines: X Eric VAUTHEY* and W. Quan ZHANG** * Physical Chemistry Laboratory, Swiss Federal Institute of Technology, ETH-Zentrum, CH-8092 Zurich, Switzerland **Departmen of Physics, Zhejiang Institute of Silk Textiles Hanghou Zhejiang, 310033, China 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. An abstract of not more than 250 words should be provided, summarizing the new information and the author’s conclusions. The text is to be typed with regular Times New Roman font on subsequent sheets, singlespace in a single column 12.5 cm wide and 19 cm high, leaving 4.25 cm margins at the left and 3 cm margins at the top and bottom. Figures and Tables: Each figure and table must be numbered (e.g. “Figure 1. “and ” Table I. “) and have a caption. Captions should be placed at the bottom for figures and at the bottom for tables. The title should be brief and such that it conveys to the informed reader the particular nature of the contents of the paper. Displayed formulae should be typed and numbered, full right (e.g., ... (1) ). Special attention should be paid to clarity in the introduction and the conclusions. Main section headings and subheadings are optional. Main headings should be typed centered on the column, capitalizing the first letter of all main words. Subheadings should be typed in the same style, full left. Do not underline the headigs and leave a single space between all headings and the paragraph that precedes and follows them. The footnotes should be typed at the end of the page on which they are alluded to. Please do not mix footnotes and references. The acknowledgemet statement should be separated by a single space from the text. The word “Acknowledge” statement should be typed fullu left followed by a dhas and then by the acknowledge statement itself. References to other papers should be as consecutively numbered in the text and should be listed by number on a separate sheet at the end of the paper. The references should be as complete as possible an be presented as follows: For a book: [1] F. Abeles. Optical Properties of Solids. North-Holland, Amsterdam, 1972. For a paper in a journal: [1] L. Brus. Quantum crystallites and nonlinear optics. Appl. Phys. A, 53: 465, 1991. For a thesis: [1] G. Mei. Quantum Confinement Effects in II-VI Semiconductor,Nanocrystals. PhD thesis, Rensselaer Polytechnic Institute, Troy, NY, 1992. For a conference report: [1] M. B. Green, Superstrings and the unification of forces and particles, in: Proc. Fourth Marcel Grossmann Meeting on General relativity 1986) (Rome, June 1985) Vol. 1, ed. R. Ruffini (North-Holland, Amsterdam, p. 203.) XI A4 (210x297 mm) 53 mm the frame in which the manuscript will be printed makalenin yazılacağı alan Font: Times New Roman 42 mm 20 mm First page only, no space left on the other pages (yalnız ilk sayfada, diğer sayfalarda boşluk yok) 42 mm JUST IN TIME PRODUCTION SYSTEM ( 10 Punto bold) two line space iki satır boşluk A. Fuat GÜNERİ, Hayri BARAÇLI (10 Punto bold) one line space (bir satır boşluk) Yıldız Teknik Üniversitesi, Makine Fakültesi, Endüstri Müh. Bölümü, Yıldız-İSTANBUL (8 punto italic) one line space (bir satır boşluk) Geliş/Received: 01.12.1998 (8 punto bold) 190 mm TAM ZAMANINDA ÜRETİM SİSTEMİ (8 punto bold) ABSTRACT (8 punto bold) 8 punto Anahtar Sözcükler: (Keywords) (8 punto) ÖZET (Abstract in Turkish) (8 punto bold) 8 punto Keywords: 1. GİRİŞ (8 punto) (9 punto bold) 9 punto 125 mm 53 mm XII SIGMA MÜHENDİSLİK VE FEN BİLİMLERİ DERGİSİ JOURNAL OF ENGINEERING AND NATURAL SCIENCES Makale Teslim Formu Manuscript Submission Form Makaleyi teslim eden yazar : ____________________________________________________ Corresponding Author Makalenin başlığı : ________________________________________________________ _________________________________________________________ _________________________________________________________ Makalenin ilgili olduğu anabilim dalı: _____________________________________________ Title Research field of the submitted work Makale ile ilgili anahtar sözcükler ve kodlar (En fazla 3 tane) : ________________________ Keywords (http://www.yok.gov.tr/uak/sinav/asvk.pdf) Güncelleşmiş Uluslararası Konu Sınıflandırma Numarası (En fazla 3): _________________ Recent International Subject Classification Scheme (Max 3) ___________________________ Makalenin yazarları : ________________________________________________________ Complete list of authors ___________________________________________________ ___________________________________________________ ___________________________________________________ Makalenin türü (Araştırma makalesi, : ____________________________________________ Derleme, Kısa makale) Category of the manuscript (Research Article, Review paper, Short communication) Makale no (Makale teslim alındığında verilecek numara): ____________________________ Manuscript reference number (Assigned upon submission) Makaleyi teslim eden yazarın, Corresponding author’s Çalıştığı kurum (company) : _____________________________________________________ Posta adresi (address) : ____________________________________________________ e-ileti (e-mail) : ________________________________________________________ Telefon no; GSM (phone ) : _____________________________________________________ Belgec no (fax) : ____________________________________________________ Teslim edilen makalenin sayfa sayısı: _____________________________________________ Number of pages Makalenin teslim edildiği tarih : ________________________________________________ Submission date Yazarlar kabul ederler: bu çalışma, sunulduğu şekli ile veya benzer olarak herhangi bir dilde başka bir dergide basılmamıştır ve halen başka bir dergide inceleme aşamasında değildir. Makalenin reddedildiği yazılı olarak bildirilmedikçe başka bir dergiye sunulmayacaktır, The Authors agree that the work in its present or a similar form has not been published elsewhere and is not currently under consideration for another publication in any language. It will not be resubmitted elsewhere unless or until it has been officially rejected by Sigma Makaleyi teslim eden yazarın imzası: _____________________________________________ Signature of the corresponding author Forma ulaşmak için: http://www.sigma.yildiz.edu.tr/sunumformu.rtf To obtain form Makalenin konusu ile ilgili önereceğiniz yazarlar ile teması olmayan hakemler: Suggested referees who are not in contact with the authors related to the subject of the submitted work: XIII