4TH ICAENS 2022 Proceeding Book
Full text
4 th Internati onal Conferen ce on Applied Engineeri ng a nd
Natural Scien ces
November 10- 13, 2022 : Konya, Turkey
Proceeding Book
ICAENS 2022
i
4 th International C onference on Applie d Engineerin g and Nat ural Scienc es
Novem ber 10 - 13 , 2022, K onya, Turkey
Typesettin g
Asst. Prof. Dr. Umut ÖZK AYA
Cover Desi gn
Asst. Prof. Dr. Umut ÖZK AYA
Editors
Asst. Prof. Dr. Umut ÖZK AYA
Publicatio n date: 22.1 1.2022
ISBN: 978 - 605 -7304 6-4-3
ii
National Organiz ing Committee
Prof. Dr. Mur at Yaka r, Mersin Univer sity, Turkey
Assoc. Prof. D r. Enes Y iğit, Uludağ Uni versity
Assoc. Prof. Dr. Halit Öztekin, Sa karya A pplied Sci ence Unive rsity
Assoc. Prof. D r. Harun K em al Öztürk, Pam ukkale Univers ity
Assoc. Prof. Dr. Merih Palan döken, İzm ir Katip Çe lebi Uni versity
Asst. Prof. Dr. Um ut Özkaya, Konya T echnical Univer sity
International Organiz ing Committ ee
Prof. Dr. J osep Guerr ero, Aalborg U niversity
Prof. Dr. Carl os A. Coelh o, Univers idade Nova de Lisboa
Prof. Dr. Moham m ad Ashraf Gondal, King Fahd U niversity
Prof. Dr. W eidong Zhu, U niversity of Mar yland
Assoc. Prof. D r. Abdul Ghaffar, G overnm ent College Uni versity
Assoc. Prof. D r. Farid Me lgani, Univer sity of T rento
Assoc. Prof. D r. Francesco C ottone, Un iversity of Perugia
Assoc. Prof. Dr. Rita Ism ailova, Ky rgyz Turkish M anas Uni versity
Dr. Am ina Othm ani, University of Monast ir -Tunisia
Dr. A rti Jain, Jaypee Institute of Inf orm ation Tec hnology
Dr. Mariy a Ouaissa, Moulay Ism ail Unive rsity
Dr. Merdac i Slim ane, University of - Sidi Bel Abbé s, Algeria
Dr. Muhamm ad Sulta n, Zakariy a Universit y
iii
Scientific Committee
Prof. Dr. A bdurazzag Ali Abura s, University of Kwazulu-Natal
Prof. Dr. A dnan Sözen, G azi Univer sity
Prof. Dr. Am it Soni, Manıpal Uni versity
Prof. Dr. A nis Kouba a, Prince Sul tan Univers ity
Prof. Dr. Carl os A. Coelh o, Univers idade Nova de Lisboa
Prof. Dr. J osep Guerr ero, Aalborg U niversity
Prof. Dr. Juan Va squez, A alborg Unive rsity
Prof. Dr. L aszlo T. Koczy , Budape st Univers ity of Tech nology an d Econom ics
Prof. Dr. Mo hamm ad Ashraf Gondal, King Fahd Un iversity
Prof. Dr. Mur at Yaka r, Mersin Uni versity , Turkey
Prof. Dr. Mu hamm ad Rashid, Univers ity of West Florida
Prof. Dr. Saad Mekhi lef, Malay a University
Prof. Dr. Sal im Ibrir, K ing Fahd Uni versity
Prof. Dr. Su barna Sh akya, Tribhuvan Uni versity
Prof. Dr. Suz uki Hisash i, Chuo Unive rsity
Prof. Dr. U sha Mehta, Institute of Tec hnology , Nirma U niversity
Prof. Dr. Vagif G asim ov, A zerbaijan Technical U niversity
Prof. Dr. W eidong Zhu, U niversity of Mar yland
Assoc. Prof. Abdul Ghaffa r, Governm ent Colle ge Univer sity
Assoc. Prof. Ali Hak an Işık, Burd ur Mehm et Akif Ersoy Univers ity
Assoc. Prof. Am ita Nandal, Manıpa l Unive rsity
Assoc. Prof. Aslan İn an, Yıldız Tek nik Univers ity
iv
Assoc. Prof. Atif Iqb al, Qatar U niversity
Assoc. Prof. Francesc o Cottone, Un iversity of Perugia
Assoc. Prof. Farid Melgan i, Univers ity of Trento
Assoc. Prof. Halit Öz tekin, Sakary a Applie d Science U niversity
Assoc. Prof. Hamdy Ziedan, As siut Unive rsity
Assoc. Prof. Harun Kem al Öztürk, Pam ukkale Un iversity
Assoc. Prof. Jiri Pela, Brno Univer sity of T echnology
Assoc. Prof. Merih Pala ndöken, İzm ir Katip Çelebi Un iversity
Assoc. Prof. Rita Ism ailova, Ky rg y z Turkish Manas U niversi ty
Assoc. Prof. Sadia Sam ar Ali, King Abdul-Aziz Unive rsity
Assoc. Prof. Tanm ay De, Nationa l Institute Of Technolo gy D urgapur
Assoc. Prof. Zeashan K han, Air Univer sity
Dr. A li Almisreb, I nternational U niversity of Sarajev o
Dr. Am ina Othmani, Univer sity of Monas tir -Tunisia
Dr. A rti Jain, Jay pee Institute of I n form atio n Tech nology
Dr. A run Kumar V erma, Malaviy a National Institute o f Tec h nology Jai pur
Dr. A ziz Shah, University of Glaskow
Dr. Bal Chan d Nagar, E CE National In stitute of Technology Patna
Dr. Baoze W ei, Aalborg Universi ty
Dr. Bohum il Brtník, University of Pardubice
Dr. D iptiranjan Beher a, The Univer sity of t he West Ind ies at Mona
Dr. Fay çal BENSAALI, Q atar University
Dr. Fugui Qi, F ourth Military Medi cal Un iversity
Dr. Magdi S. Ma hmoud, Kin g Fahd Unive rs ity
Dr. Mariy a Ouaissa, Moulay Ismail Uni versity
Dr. Merdac i Slim ane, University of - Sidi Bel Abbé s, Algeria
Dr. Moharram Challenger, Antwer p Unive rsity
v
Dr. Muhamm ad Sultan, Zakariy a University
Dr. L esya Anishche nko, Baum an Moscow State T echnical U niversity
Dr. Sadina G agula Palal ić, Internat ional Univer sity of Saraj evo
Dr. Stefania Tom asiello, Univers ity of Tartu
Dr. Sy ed Omer G ilani, National U niversity of Sciences and Tec hnology (NUST )
Dr. T arık Nam as, International Univer sity of Saraj evo
Dr. U duak A. U m o h, Universi ty of Uy o
Dr. Y ajuan Guan, Aalbor g Univers ity
vi
Topics
Engineerin g
Aerospace Engineering
Agricultural Engineering
Biolog ical En gineering
and Science s
Biolog ical S y stems
Engineering
Biomedica l En gineering
Bioprocess Engineering
Chemical Eng ineering
Civil Engineering
Computer Engineering
Electrica l En gineering
Electronic Engineering
Energy Engineering
Environmental
Engineering
Food Engineering
Geotechnical Enginee ring
Genetic Engineering
Industria l Engineering
Manufac turin g
Engineering
Materials Engineering
Mechanical Enginee ring
Mining and Geophy sical
Engineering
Nanoengineering
Nuclear Enginee ring
Petroleum Engineering
Power Engineering
Process Engineering
Forest I ndustr y
Engineering
Structural Eng ineering
Systems and Software
Engineering
Textile Engineering
Thermal Engineering
Web Engineering
Natural Sc iences
Astronomy a nd Space
Sciences
Atmospheric Sciences
Biolog ical Sciences
Botany
Bac t eriology
Chemistry
Fisheries and Aquaculture
Sciences
Forestry Sci ence s
Genetics
Geolog i cal Sciences
Materials Science
Mathematics
Medical Sciences
Meteorology
Microbiology
Mineralogy
Palaeoec olo gy
Pharmacology
Physical Sciences
Physics
Plant Sciences
Psychology
Statistics
Systems Biology
vii
4 T H I N T E R N A T I O N A L
C O N F E R E N C E O N A P P L I E D
E N G I N E E R I N G A N D
N A T U R A L S C I E N C E S
N O V E M B E R 10 -1 3 , 2022
22.11 .2022
10 -1 3 Kasım 2022 tarihlerinde MEET üzerinden çevrimiçi ol arak
gerçekleştirilen 4 th International Conference o n Applied Engineeri ng and
Natural Sciences akademik teşvik kriterlerini sağlamaktadır. Toplam 7 09 adet
bildirinin yer aldığı kongre dört gün boyunca çevrimiçi olarak
gerçekleştirilmiştir.
Türkiye dı şından toplam 2 5 farklı ül keden katılım sağlanmış olup, 7 09 adet
bildirinin 3 60 tanesi yabancı katılımcı tarafından sunulmuştur.
Kongremiz e ilgini z için teşek kür ed eriz.
Saygılarımı zla,
Asst. Prof. Dr. Umut Özkaya
C o n g r e s s ' C o o r d i n a t o
4th Interna tional Con ference on Applie d Engineering a n d
Natural Sc iences
https://www.i caens.com/
November 10- 13 , 2022, Ko nya, Turkey
1
AVERTIN G NETWORK SECUR ITY AND PRI VACY INTR UDER IN
WBANs: A B RIEF SUR VEY AN D ITS CHALLE NGES
Matthew Iy o bhebhe * , El eje N. E 2 , Chikani N.I 3 , & Onah M. C 4
*Electrical/Electronics Te chno logy Enginnering / Federal Polytech nic Nasaraw, Nigeria
2,3,&4 Electrical and Electro nics Engin eering/State Polytechnic Iwollo, Ezeagu E nugu, Nigeria
* (mattoiyobh [email protected] m) Email of th e correspond ing author
Abstract – Wireless body area networks gained dominance in the field of medicine whereby transceiver
nodes are stra te gica ll y placed in the human bod y with the intention of s ensing ph y siological si gnals from
the body and transmitting it to the sink node, thereafter, s endin g them to medical personnel for further
analy sis in a p re-defined routing protocol. These sensor nodes a re limited in energy, and th e transmission
of the ph y siol ogical si gnal must be confide ntial and sensitive from the public domain, otherwise, this
technology will lac k general public acceptance. In this article, we discuss b riefl y the areas of security threats
in WBANs, W BAN s securit y conditions, WBANs transmission security c onditions, ph y siological signal
storage conditions, and limi tations and probl ems associated with WBANs to curb the m enace of
unauthorized access to patient’s he alth information.
Keywords – Secu rity, Privacy, Network, p hysiologica l signal, WBANs, and Acc ess .
I. I NTRODUCTION
Since the advent of W ireless Bod y Area Networks
(WBANs), scholars hav e dev eloped an inter est in
using wir eless devices and smart sensors for the
application of remote h ealth monitoring patient s.
These applications of W BANs entail measurement
of the physica l environment, sporting a ctivities, and
so on, whereby the sensors are used to tran smit the
physiologica l signal from patients who are under
remote observation b y medical personnel [ 1]. The
emerge nce of W BANs ha s gained massive a ttention
in the are a of healthcare services and has g rown
tremendously a percentage of eight in 2002 to fort y-
six in 2012 [ 2]. In WBANs, constant monitoring of
the patient’s health status is been carried out dail y i n
real-time to provide qualit y h ealthcare deliver y for
the pe ople and the age d [3], the adoption of WBAN
does not interrupt the p atient dail y activities and
there also exist s an actuator which the medi cal
personnel will use as a wireless fo rm to prescribe
medical drugs, thereb y e nhancing the patient’s life
quality [ 1]. Ne vertheless, some challenge s
associated with WBAN s such as Qualit y of service,
securit y and privac y , n etwork energ y , and so on
must be addre ssed p roperly to enjo y thes e
afore m entioned benefits of WBANs, but in th is
article, we are con cerned with the network’s
security and privacy. T he transmitted a nd stored
physiologica l sign als from the p atient’s bod y “play
an important role in healthca re dia gnosis and
treatment using Wireless Body Area Networks
(WBANs). It is very i mperative to secure our
physiologica l signals and the absence of it creates a
wider public to reject this technolog y and als o
causes li fe-threatening i f not ev en death to the
patient for allowing his/her health status to be in th e
public space [1] . However, security m echanisms
must be deplo y e d to advert these network malicious
intruders to maintain physiologica l confidentialit y .
8
WBANs using the human body surface it
leads to some complications in terms of
“free space tran smission, bod y transmission,
shadow effect, and link complication need to
be considered when designing. The
placement of s ensor nodes in the bod y must
also be considered due to the movement of
the bod y b y the li mb. The se limi tations need
to look out for in order to design a se cured
adaptive routing [8].
Energy Efficienc y : WBANs a re sensor
nodes placed in the human body to transmit
sensed packets to medical personnel for
further anal ysis. The energy of the sensor
node are been powered via rechargeable
batteries, and some scholars look fo r
alternate w a y s of powering the sensor nodes
in the area of en ergy harvesting. This need
to be considere d in routin g de sign.
Sensor Node temperature: During the
transmission of packets, sensor nodes
ge nerate heat that has an e ffect on human
tissue and or ga ns [9,10]. Hence the bod y
temperature must be considere d when
designing a routing.
III. CONCLUSION
When transmitting packe ts in the WBANs, there opt
to exist a better routing protocol for better packets,
and it s energ y-stabilizing technique. In this work,
we considered the hop-count scenario f or
determining the stabilization of the network ene rgy,
we also considered chall enges for routing protoc ol
design in WBAN s.
A CKNOWLEDGMENT
We are most gra teful to God and the I CAE NS
editorial board.
R EFE R ENCES
[ 1] Muha mmad Moid Sahn dhu., Nadeem J avaid., Mu hamm ad
Imran., Mo shen Guizani., Zahoor Ali Kha n., U m ar Qasim.,
(2015). A novel routin g pro tocol for b alancing energ y
consumption in wireless b ody area networks. IEEE
Explorer.co m ieee.or g.
[2] M. A. Hamid., M. M. Alam., M. S.Isla m . , C. S. Ho ng, &
S. Lee., ( 2010). Fair data co llections in wirele ss se nsor
networks: anal ysis and p rotocol. A nnals of
Telecommun ications . 65(7/8), 433 -446
[3] Matthew i yobhebhe., Aliyu. D us man., A.M.S.Te kanyi., E.
E Agbon. (2022 ). Hop -count-a ware w irele ss bo dy area
network f or efficient data transm issio n. Indonesian Journal of,
computing, engineeri ng and design. 4 ( 2).47 - 56.
[4] S. Cui., A. J Golds mith., & C. Yi e t al., (20 13). Energy -
constrained modulati on opti mization. IEEE Transactions o n
wireless co mmunications. 4 ( 5).2349 - 2360.
{5] L.Wang., P . W ang., C.Yi et a l., ( 2013). Energy
consumption op timization bas ed on transactions wireless o n -
body communicatio n. I n P roceedings of IEEE International
conference o n wireless co mmunications signal pr ocessing. 1 -
6
[5] IEEE P.80 2.15 - 18 -0780- 09 - 000 6, IEEE.P802.15.Wo rking
group for wireless personal area net w or k. 2009 .
[6] Yessad. N., O mar. M., Tari. A., Bo uabdallah. A. (20 17).
QoS-based ro uting i n wireless bo dy area networks: A s urvey
and taxonomy. Computing. 100 , 245 - 275.
[7]Amit, S., S udip. M. (2018). Dynamic Connectivi ty
establishment a nd coop erative scheduling for QoS - Aware
wireless b ody area net works. IEEE tr ansactions m obi le
computation. 1 7, 2775 -2788.
[8]Yuan. X., Li. C., Ye. Q., Zhang. K. , C heng. N., Zhang. N.,
Shen. X. S. (2018 ). Per form ance anal ysis o f I EEE 8 02.15.6 -
based coexisting mobile W BANs with pr ioritized traffic a nd
dynamic interference. IE EE T rans actions wireles s .
Communicatio n. 17, 5 637-5652.
[9] Roy. M., Chowdhur y . C., Aslam. N. (2 017). Design a n
energy-efficie nt WB AN routi ng proto col. In P roceedings of
the Inter national Conference o n Co mmunication systems and
networks (COMS NETS), Bangalore, India. 29 8 -305.
[10] Jiang.W., Wang. Z .C., F eng. M., Miano. T . T . (2017) . A
Survey o f ro uting pro tocols in wireless bod y ar ea se nsor
networks. In Proceeding o f the IEEE International Conference
on E m bedd ed and Ubiquitous Computing (EUC ),
Guuangzhou, C haina.17 -21.
4th Interna tional Con ference on Ap plied Engineering a nd
Natural Sc iences
https://www.i caens.com/
November 10- 13 , 2022, Ko nya, Turkey
9
LİMAN İŞLETM ELERİNDE ÖZ E LLEŞTİRME VE SW OT ANALİ Zİ
Murat YORUL M AZ 1 , Nurettin BÜYÜK 2 *
1 Doç. Dr., Den izcilik İşletmele ri Yönetimi Bölü mü, Denizcilik Fa kültesi, Kocaeli Üniversitesi, Türkiye
2 Öğr. Gör. Dr., Yalova Meslek Yü ksekokulu, Deniz Ulaştırma ve İşletme Prog ramı, Yalova Üniversites i, Türkiye
* mrsuvari@gma il.com
Özet – Dün y ada ticaretin ya klaşık %90’lık kısmı deniz y olu taşımacılığı ile yapılmaktadır. Deniz y olu
taşımacılığının en önemli temel bileşenlerinden biri limanlardır. Günümüze deniz taşımacılığının öneminin
artması ile limanların verimli ve etkin bir şekilde işletilmesi g erekçesini doğurmuştur.
Limanların bulundukları konum itibari i le altyapı ve üsty apılarını olabilecek en iy i sevi yeye getirme leri ve
liman kullanıcılarının iht iy açlarına karşılık verebilecek moderniz e edilmiş teknolojik gelişmeleri taki p eden
y a pılar olmaları g e rekir. Kamu limanla rı istenilen hizmetleri verememiş, zarar etmeye başlamış, kamu
limanlarındaki bürokrasinin ciddi bir problem olu şturması, istihdam konusunda y aşanılan sorunlar v e diğer
nedenlerden ötürü limanların özelleştirilmesi y olu na gidilmiştir.
Bu çalışmada SWOT analiz i y önt emi kullanılarak limanın özelleştirilmesinin avantaj ve d ezavantajla rı
belirlenmiş, deniz y olu taşımacılığının temel yapılarından olan limanların özelleştirilme sür eçler i
incelenmiş limanının özelleştirme y öntemleri v e amaçları belirtilmiştir.
Anah tar Kelimeler – Liman İ şletmeleri, Özelleştirme Faaliyetleri, S WOT Analizi.
1. GİRİŞ
Denizyolu taşımacılığ ını n küresel anla mda her y ıl
öneminin ve kapasite sinin artara k gelişmesi ,
limanların da bu gelişimi takip etmesini
gerektirme ktedir. Limanlar tedarik zincirinin temel
altya pılarından biridir. Türki y e’nin rekabet gücü,
ekonomisi ve dış ticaretinde etkili rol o y narlar bu
y üz den limanlardaki mal ve hizmetlerin
sürdürülebilir hızlı bir şekilde, güvenilir, kar ve
maliyet maksimizas y on u sağlanarak işletilmeleri
gerekir. Dün y a ticaretinde taşımacılık
faaliyetlerinin %90 deni z y olu ile yapılıyor olma sı
ay nı zamanda Türki y e’nin dış ticaretinde d e den iz
taşımacılığının pa y ının büyük olmas ı küresel
anlamda limanların önemi ni vurgulamaktadır. 19 97
y ı lından itibaren Türkiy e’de liman
özelleştirmelerine başlanmı ştır. Türkiy e’de ka mu
limanlarından ist enilen etkinlik ve verimliliği n
sağlanamama sı, kamu limanlarının ihti y açlara
cevap v erememesi ve gerekli liman varlıklarına
y a tırımların y ap amamış olması özelleştirme
sürecini tetiklemiştir. Limanc ılık sektörü
incelendiğinde, rekabetin her geçen gün arttı ğını
görü lmektedir. Bu o rtamda, limanlarımızın daha
rekabe t çi olabilmeleri ve Türki ye de limanları n
ge lişimi ve kar payının arttırılması limanların
özelleştirmesi ve geliştirilmesiy le mümkün
olacaktır. Dün yadaki özelleştirme çalışmalarına
paralel olarak Türkiye’de de öz elleştirme
çalışmaları y apılmıştır. Türkiye’de özelleştirme
uygulama l arı işletme hakkının devri ile ya pılmıştır.
Coğrafi konumu, üç tarafının denizlerle çev rili
olması ve önemli ticaret yollarının bağlantı
noktasında bulunması nedeniy le str atejik bir
konumda olan Türkiy e’de, bürokratik, ekonomik ve
siyasi faktörler nedeniyle, limanlara gereken
y a tırımlar y apılamamış ve dolay ısı yla bu olumsuz
durumlar li manların özelleştirilmesinin önünü
açmıştır. Bu kapsamda çalışmanın amacı
özelleştirmenin Türkiy e’deki limanlara etkisini
incelemek, y ük elleçleme, y olcu sa y ısı , hizmet
10
verilen gemi s a y ısı gibi unsurların özelleştirme
öncesi ve sonrası verilerini inceley e rek
değerlendirme y apmaktır . Çalışma da, li manların ve
özelleştirmenin genel tan ımları y apılmış, limanların
işlevlerinden ve liman varlıklarından bahsedilmiş,
özelleştirmenin nedenleri ve am açları anlatılarak
liman y önetim modelleri açıklanmıştır. A yrıca
SWOT analizi y öntemi açıklanmış ve l iteratür
taraması ya pılmış ve liman özelleştirmelerinin
SWOT analizi y apıla rak , liman özelleştirme
y ö ntemleri açıklanmış, veriler değerlendirilmiştir.
1.1. Li m anların Tan ımı ve Varlıkları
Limanlar; gemi ve diğer taşıma araçları ar asında
y o lcu ve mal aktarılmasını güvenli bir şekil de
sağlamak ve y a y ükle rin depolanması korunması
amacıyla limanın temel ekonomik işlevleri ni
y a pmasına olanak sa ğlay an tüm alty apılar ın ve
ekipmanların bulunduğu hizmet sahası olarak
tanımlanmaktadır [1].
Limanlar y ük operas y onlarının y apıldığı,
gerektiğinde depolandı ğı, katma değerli lojist ik
hizmetlerin verildiği, y o lcuların inip bindiği,
ge milerin şiddetl i rüzgar ve dalga tesirlerinden
korunmak için barındırıldığı ve taşıma şekillerinin
kara ile deniz ge r çekleştirildiği alanlardır.
Lojistik ve t aşımacılık f aaliy etlerinin zamanında
ve hatasız y ü rütülebilmesi için limanlar doğru
y a pılanmalı iyi işletilmelidir. Bir kı y ı tesisinin
liman özelliği kazanabilmesi için faal olarak en az
iki terminalinin var olmas ı gerekir
Tek çeşit yük ve ya gemi tipinin elleçlenmesi
konusunda uzmanlaşmış kı y ı tesisl erine terminal
denir. Terminaller, e lleçlenen y ük ç eşidine göre ;
sıvı dökme y ük, konte y n er, kuru dökme y ük, y olcu,
ge nel y ük ve tekerlekli y ük terminalleri şeklinde
sı nıflandırılır.
Limanları; temel alt y apılar, oper as y onel
altya pılar, liman üst y apı ları ve liman içi operasyon
ekipmanları olm ak üzere fiziksel anlamda dört ana
başlık altında incele nebilir . Temel alt ya pılar genel
olarak kı yı ve inşaat mühendislerinin uzmanlığını
gerektire n y apılardır. Operas y onel alt ya pılar;
ge milerin liman içind e güvenli bir şekilde hareket
edere k y anaşabilmeleri için inşa edilen alty apıla rdır
[2] . Liman üst yapıları; i dari binaları, p ark alanları,
depolama alanları ve bakım - onarım yerlerini
kapsayan y apılardır. L iman içi operasyon
ekipmanları; gemi manevralarında kullanılan
römorkörler, tarama ge mileri, y ük elleçleme
ekipmanlarının hepsini kapsay an ekipmanlardır.
1.2. Limanların Ekonomik ve Ticari
Fonksiyonları
Bir ülkenin Sosyo - Ekonomik gelişmesinin
sağlanmasında li manların şüphesiz çok önemli bir
rolü vardır . Bir limanın hız lı ve y üks ek kapasite yle
beraber modern teknolo jik y apı y a ve ekonomi k
operasyone l işlevlerine s ahip olması gere kmekted ir.
Bu ekonomik işlevler; ticareti geliştirmek, ist ihdamı
arttırmak, döviz kazandırmak, endüstri y ellik ve
ulaşım şeklinde sınıflandırılabilir.
Limanların ülke ekonomi si üzerindeki etkisi
birincil ve ikincil etki olara k iki y e a yrılır [3] .
Bi rincil etkiler liman sisteminde bulunan y ü k
hareke tlerini ilgilendiren bütünsel liman
operasyonlar ı hizmetlerini kapsamaktadır. İkincil
etki ise birincil etki y e dola y lı olarak ekonomiksel
bağ ıntı ya sahip böl gelerdeki tüm operas y on el
faaliyetler olara k tanımlanabilir.
Liman y önetim modelleri ise dün y ada dört an a
kategoriye ay rılmaktadır [4] .
Bunlar;
Kiralık L iman: B urada liman otoritesi mülk i ye t
sahibi ve düz enley i ci konumunda olup sey i r
emniye ti ev alt y a pı unsularından sorumludur.
Limanda ki diğer op erasy o nlar ise öz el şirketlerin
sorumluluğundadır.
Kamu L imanı: bu li man yöne tim türünd e tüm
liman varlıkları ve bütün operas y onel işlemler liman
otoritesi tarafında n sağla nmaktadır.
Araç - Takım Li manları: Bu liman yönetiminde
kamuya ait olan yük elleçleme ekipmanlarını
kullanarak özel sektör ge rekli hizmetleri
sağlamaktadır.
Özel Hizmet L imanları: Lima nın mül kiye ti ve
işletilme ve hiz metlerin hepsi özel şirketlerin
y ö netimi altındadır.
11
1.2.1. Liman Özelleştirme Yönte m leri
Liman özelleştirmesind e çeşit yöntem vardır
bunlardan ilki, bir işletmenin haklarının devri.
Bura daki amaç limanın vermiş olduğu hizmetlerin
verimliliğini, etkinliğini arttırmaktır. İkinci yöntem
y ö netim anlaşmasıdır. Bu anlaşma limanın daha ço k
ticari kıstaslara göre işletilm esini sağlama k
amacıyla y apılır. Son olarak üçüncü y önt em ise özel
sektöre, finans ihti yacının karşılanması amacıyla
limanın devredilmesidir [5].
1.2.2. Limana Ait Araçların, Ekip m anların
Kiralanması
Mal varlığı li mana ait olan ekipmanların
operatörleri ile birlikte vey a op eratörsüz belli bir
kısmının veya tama mının kiralanması .
1.2.3. Liman Arazisinin Ekipmanlı veya
Ekipmansız Kiraya Verilme si
Limana ait arazilerin kira sözleşmesi y apıla rak
belli bir sür eliğine özel kesime verilmesidir. Uzun
dönemi düşündüğümüzde bu durum liman için
büyük tehlikeler içermektedir.
1.2.4. Yönetim Sözleşme leri
Yönetim sözleşmelerinde aslında liman
ekipmanlarının kiraya verilmesine benzer özellikler
taşır. Fakat bu y öntemde işleten tarafın sorumlu
olduğu tek kısı m yönetim olup hiçbir ş ekilde limana
y a tırım ve finansman anl amında y ardım etme ve ya
müdahil olma z orunluluğ u y oktur. Yönetim
sözleşmeleri 1 ve 5 y ıl ar alığında yapılan
kısa süreli y enilenebilen söz leşmelerdir.
1.2.5. Liman Alanının Üstyapılarını
Yapmak Şartıyla Özel Sektöre
Kira lanması
Limanın üstyapılarını y apma k şartı y l a özel
sektöre kiralanm ası y öntemi olup, özel sektörü
uygun şartlarda yatırım yapmaya iten yöntem ol arak
ifade edilebilir . Çoğunlukl a belli bir alanda
uzm anlaşmış limanlar için kullanılan bir
özelleştirme yöntemdir.
1.2.6. Yap İşlet Devret M odel i
Limana ait alt y apı varlıkl arına ya tı rımlar ve
bunların finansmanın sağ lanması özel sektör
tarafında n ve rilir. Özel s ektöre limanın işletilmesi
hakkı verilir daha sonra bu limanın mülki y e t ve
hakları devlete maliy etsiz aktarılır.
1.2.7. Ortak Girişim (Joint Venture)
Herhang i bir ticari faaliyetin hacminin büyüklüğü
ve teknik öz ellikler i organizasyon ve ya bir kişi
tarafında n y ürütüleme yebilir bu y üzden ticari
fonksiyonların devamının sağlanabilmesi için ortak
iş birlikleri ya pılır. Bu iş birlikleri özellikle ulaşım,
en erji, altya pı ve inşaat gibi alanlarda
y a pılmaktadır. L imanl arda da ortak girişim y öntemi
kamu ve özel sektöre arasında sıkça görülür .
1.3. Özelleştirme Kavram ı, A macı ve
Nedenleri
Özelleştirmey i; kamu s ektörüne ait mal ve hizmet
üreten birim lerin y önetiminin ve mülki ye tinin ö zel
sektöre aktarılması şeklinde tanıml ay abiliriz . Türk
Dil Kurumu’na (TDK) göre ise, d evlete ait taşınır,
taşınmaz malların teklif alma ve ya ihale y olu yla
satışını yapma [6] , şeklinde tanımlanır.
Limanların özelleştirilmey e ihti yaç du y ulm asının
temel amaçları; li manlara gerekli y atırımların
zamanında y apılamaması veya teknoloji k
ge lişmelere a y a k u y duru lamamasıdır. B unun y an ı
sıra liman verimliliğin ve hizmet kalitesinin
arttırılması, liman maliy etl erinin ve fi y atlarını n
düşürülmesi, ya bancı y atırımcının çekilmesin in
istenmesi ve kamu ya ait y atırımlardan dola y ı oluş an
finansal risklerin azalt ılması, li man işgücünün
ge liştirmesi dah a don anımlı bireylerin özel sektörde
istihdam edilmesi olarak say ıl abilir.
Özelleştirmenin amaçlarını üç başlık altına
inceleyebiliriz. Bunlar; ekonomik, sos y al ve mali
nedenler. Ekonomik nedenlerde serma y e pi y asasını
ge liştirme, istihdam problemine katkıda bulunm ak,
etkinlik ve ve rimliliği y ükseltmek, y abanc ı
sermayenin pazara girişini arttırmak şeklind e
sınıflandırabiliriz.
12
2. YÖNTEM VE MATERYAL
2.1. Literatür Taram ası
Türkiye’de L im an Öze lleştirmeleri İ skend erun
Liman Örneği adlı çalışması ile Ateş (2014), Türk
limanlarının teknolojik gelişmelerin a rkasında
neden kaldığını, özelleştirmenin amaçlarını ve
nedenlerini dün yadaki özelleştirme standartları
çerçeve sinde İske nderun L ima nı’nın öz elleştirilme
aşamalarını irdele y erek incelemiştir [7] . Çavdar
(2012), Türk Denizcilik Sektöründe Özelleştirme
Uygulamaları ve Türkiye Denizcilik İ şletmele ri
A.Ş. Örneği [8] adlı çalışmasında TDİ limanları
kapsamında Türkiye limanlarında y apılan
özelleştirme uyg ulam alarını, özelleştirmenin
tanımından başlayarak özelleştirmenin hukuki
mevzuatını ve Tü rkiye deniz işl etmelerinin tari hi
ge lişimini incelemiştir. Kahveci (2014), Türki y e ’de
Liman Özelleştirmeleri: Samsun Limanı
Uygulaması [ 9] çalışmasında Samsun limanın ın
özelleştirme öncesi ve so nrası y ük kapasitesini, y ük
türlerindeki çeşitlili ği, limanın kar zarar durumlar ını
ve özelleştirme ile limana yapıla n y atırımları
incelemiş. Ünal (2006), liman özelleştirmesinin
Türkiye’de ki ekonomik bo y utunun incelenmesi
[10] çalışmasında , liman özelleştirme y öntemle rini
ve a maçlarını, Dün y adaki özelleştirme
uygulama l arını değerlendirmiş, Türki y e’de bugüne
kadar özelleştirilen li manları incele ye rek bil giler
vermiştir. Bunlara be nzer birçok ça lışmaya
literatürde rastlamak mü mkündür. Bu da özellikle
limanlar özelleştirilmesi konusunun önemine vur gu
y a pıldı ğını söy le yebiliriz.
2.2.SWOT Analizi Yöntemi
SWOT dört İ n gilizce ke limenin baş harflerinden
oluşmuştur bunlar Strength (g üçlü y önle r),
weakne ss (za y ı f yönler), Opportunity (fırsatlar),
Threat (Tehditler)’ler dir. SW OT ana lizini
açıklamak gerekirse ; S WOT analizi, bir ticari
işletmenin y öntemini n, organizasyonun ve ya bi r
olayın durumun zayıf ve güçlü y önlerini n
belirlenmesi il e dış çevresindeki fırsatları v e
tehditleri belirle ye n bir stratejik analiz tekni ği
şeklinde tanımla n maktadır .
SWOT analizi 1960 - 1970 y ılları ar asında Stanfo rd
üniversitesi akademisy e ni Albert Humphrey ve
çalışma arkadaşlarının geliştirdikleri y öntem olup
bir işl etmenin, organizasy onun y apılacak olan bir
projenin vey a herhangi bir bire y in güçlü ve za yıf
y ö nlerini b elirlemesi, iç ve dış çevrelerden
olabilecek fı rsatları ve tehditleri stratejik bir şekilde
belirlemeye y ara y an bir analiz tekniğidir.
2.2.1. SWOT Analizi Kullanım Amaçları
SWOT analizinin kull anılmasının temel amacı, bir
organizasy onun, kurumu n vey a işletmenin içsel ve
dışsal durum larının değerlendirmesine imkan
sağlarken , or ga nizas yonun var olan güçlü y anların ı
ortay a çıkarmak ve orta ya çıkarılan bu güçlü y önl eri
hang i alanlarda kul lanılacağını belirlemek,
organizasy onun mevcut durumundaki za yıf
taraflarını saptamak ve bu zay ı f yönlerin işletmeye
daha fazla zara r vermesini en ge llemek i çin tedbirler
almak ve plan y ap mak tır . Organizas y onu n
bulunduğu piyasada işletme y i ileri y e taşı yacak
fırsatları tespit etmek v e organizasyonu olumsuz
şekilde etkileyecek tehditlerin belirlenmesi ni
sağlay arak g er ekli stratejik planlamaların
y a p ılmasını sa ğlaya n fa aliye tlerin u y gulanmasına
y a rdımcı olmak. Çevrede tespit edilen tehditl erin bir
fırsata çevrilmesini sağlamak.
2.2.2. SWOT Analizinde Yöntem
SWOT Analizi, duru m analizi noktasında
kullanılacak temel y ö ntemdir. Bu y öntemde
kuruluşun çevresi i le etkinliği düz enli ola rak
i ncelenir bu kapsamda kuruluşun iç çevre analizinde
güç lü ve zayıf y önler i belirlenir dışs al çevre
analizinde ise dış etkenlerden ka y naklanan fırsatlar
ve tehditl er belirlenerek geleceğe dönük planlam a
ve stratejiler ge liştirili r.
2.2.2.1. Organizasyonun İç Analizi
İç analiz, işletmenin sahip olduğu imkan, ka y nak
ve riskleri t espit edip orta y a ko y m ak içi n
uygunlanma sı gerekir. Bura d aki amaç işl etmenin
sahip olduğu güçlü ve zay ıf yönler i saptamaktır.
İşletmenin kendi içerisinde durum analiz i ya pılırken
geçmiş performansları da incelenir ve
değerlendirilir.
2.2.2.2. Organizasyonun Dış Çevre Analizi
Dış çevre analizi organizas y onun i çinde
bulunduğu pi y asa ve orta mı tanımaya yöneliktir. Bu
analizde çevre ve ilişk ide bulunul ması ge reken
13
faktörler konusunda bilgi ve ve riler toplan arak rakip
firmalar konusunda da in celemeler y apılır.
2.2.3. SWOT Analizinin Adı mları
2.2.3.1. Güçlü Yönler
Bunu aynı zamanda bir işletmenin üstün olduğu
y ö nler olarak da tanımla y a biliriz. Bir
organizasy onda ne yin i y i ve doğru yapıldığının
ortay a konmasıdır. İ şl etmeler ; piya sa daki
rakiplerine karşı pozis yonlarını belirley ip tedbi r
alabilmek için genel ola rak m ali ya pısını, AR- GE
potansiye lini, b eşeri kab iliyet ve y önetim in etkisi,
t eknik ve üretim kapasitesi nin belirlenmesi, pazar
durumu nu göstere n krit er leri ön ceden belirleme si
gerekmekte dir [11].
2.2.3.2. Zayıf Yönler
Bir işletmenin ve ya or ga nizas yonun za yıf
y ö nlerinin belirle nmesidir. B u zay ı f y önler eksik
insan kaynağı, mali ve fi nansal açıdan yetersizlik v e
denetimlerin iyi y a pılmaması, Pazar da yeter i kad ar
deneyime sahip oluna maması gibi durumlardır.
Herhang i bir işl etmenin za y ıf oldu ğu yönleri
belirlerken kulla ndı ğı genel sorular şu şekildedir
Neleri kötü yapıyoruz?
Nelerde n kaçınmalı ve uz ak durmalıy ız?
Neleri ge liştirip araştırmalı y ız?
Zay ıflıkl arı belirlerken de a y nı güçlü yönleri
belirlerken olduğu gibi gerçekçi olmalı
zayıflıklarımızdan kaç mamalı y ız.
2.2.3.3. Fırsat la r
Stratejik y önetim pe rspektifinden bakıldığında
fırsatı şö y l e t anımlayabiliriz; bir çevrenin işletme ve
organizasy ona sunduğu ve a maçlarına ulaş abilmesi,
gerçe kleştirebilmesi için sağladığı elverişli ola y v e
durumlar olara k t anımlayabiliriz.
İşletme dışında işletmeler için ne tür fırsat
alternatifle rinin var olduğu, işletmenin faali yet
göster di ği alanlarda ve ya başka alan lar d a bü yüme
fırsatının olup olmadığını mali açıdan işletme y e n e
tür desteklerin sağlanabileceği gibi konuların yer
aldığı bölümdür.
2.2.3.4.Tehditler
Tehditler dış çevredeki değişimlerden dola yı
ortay a çıkan işletmenin varlığını riske atan veya
rakiplere karşı üstünlüklerini işletmenin
kay betmesine y ol açan sebeplerdir. Dış çevredeki
faktörler bir işl etmenin iş güvenliğini , k arlılığını ve
ge lişimini engelleye bilir bu unsurlar tehdit olarak
tanımlanır. Tehditler zay ıf yönler ile il gili
olduğunda zay ı flıklar daha da açığa çıkar. Tehditler
bir işl etmenin ist ikrarını ve işletmenin varlığını
devam ettirmesini tehlikeye sokabil ir
( Ülgen& Mi rze, 2004). Bir işletmenin teh dit
unsurlarını belirleye bilmesi iç in ;
Karşımıza çıkabilece k en ge ller nelerdir?
Faa li yet g österdi ğimiz alanlarda ürün ve s ervislerde
herhangi bir değ işiklik bekleniyor mu?
Teknolojik ge lişmeler bizi dezavantajlı duruma
düşürüyor mu?
Finansal ve ma li açıdan p roblemlerimiz neler?
Rekabet koşulları ne durumda?
Sorularına cevap araması gerekmekte di r.
2.2.4. SWOT Analizi Avantaj ları
Çok fazla sayfa gerektire n verinin özetini daha net
görme imkânı s ağlar .
Esnektir analizi gerçekleştiren bire y in bilgisine
bağ ımlıdır.
Grup ça lışması kon usunda yardımcı güç
niteliğindedir .
Farklı birç ok işlem ve y a araştırma için y apılabilir .
Herhang i bir y atırım, kurulum, araştırma gibi
aktiviteler önce si y apılabilir .
Basit kola y u y gulanabilir ken etkili ve verim l i
sonuçlar verir.
2.2.5. SWOT Analizi Dezavantajları
Çok geniş p erspektiften analiz ve araştırma
y a pıldı ğı için ay nı başlık altındaki bir tehdit gözden
kaçabilir ve y a fırsat niteliği taşıdı ğı
anlaşılamayabilir. Ço ğunlukla niteliksel verilere
day andı ğı için elde edilen sonuçların etkinli ği analiz
uygulay ıcısına göre farklılık göstere bilir. Araştırma
ve an aliz sonuçlarını bir e y leme dönüştürmek
zordur.
14
Analizi ya pan kişiler tarafsız bir incele me
y a pa ma ya bilir kendi grubunun hatalarını
görme zden gelebilir.
2.2.6. SWOT Analizi Uygulam a S üreci
SWOT ana lizini işletme cilik dalında uzman ve
belli bir bilgi ve t ecrübe biriki mine sahip kişilerin ,
işletme içerisinde organizas y on ha kkında bil gi ve
beceriy e sahip kişi lerin ve işletmenin üst düzey
y ö neticileri ve çalışanlarının katılımı y la y apıl ır.
SWOT analizi tekniğinin uygulanışı kısmında
kullanılabilecek birçok yöntem vardır ancak genel
olarak kullanılan ve d aha gerçekçi sonuçl ar ve ren
bey in fı rtınası y öntemi tercih edilir a y nı z amanda
katılımcılardan başarılı sonuçlar alınması da
etkilidir.
SWOT analizi y apılırken iz lenen yöntemler ;
Beyin Fırtınası: Belirlenmiş konu ve alanlarda
grup da bulunan herke sin bilgilerini ve
düşüncelerini ifade edip pa y l aştığı bir fikir üretm e
tekniğidir.
Çoklu Oylama: Bu y öntemde belirlenen konular,
görüş ve öneriler sürekli olar ak oy lanar ak e n az
say ı ya indirilir. Kalan son fikir ve maddeler arasında
seçim y apılarak hangi adımların atılacağ ına karar
verilir.
Nominal Grup Y öntemi : Bu teknikte önce grup
üye l erinin y azıl ı bir şekilde fikirleri ve düşünceleri
alınır daha sonra bu fikirler konusunda tartışma
y a pılmadan o y l ama y apıl ır.
Sebep Sonu ç D iyagramı: Bu di y agram sayesinde ,
analizi ya pılmak istenen konunun sorun ve
probleme ned en olan faktörleri a rasındaki b ağ ın tılar
grafiksel olarak ortaya konulabilmektedir. Bu
diyag ram şekil b alık kılçı ğı na be nzediğinden dola y ı
literatürde de a ynı isimle anılmaktadır.
3. BULGULAR
3.1. Liman Özelleştirme sinin SWOT Analizi
3.1.1. Liman Özelleştirmelerinin Nedenleri
ve Avantajları
Türkiye’de k amu li manları serbest rek abet
koşulları içerisinde ça lışamamaktadır a y rı ca
kamudaki li manlar verim li, etkin ve karlı bir şekilde
işletilememektedirler. Bu yüzden liman
özelleştirmelerinin nedenlerini şöy le sırala ya biliriz;
Limanların öz elleştirilmesi ile serbest rekabet
koşullarına g öre işletilmesi sağlanara k kamu
limanlarında uzun süren ve maliyeti oldukça
y ü ksek olan y atırımla rın ge tirdi ği kapa sitenin
rasyonel kullanılması sağlanabilir.
Denizcilik ve limancılık sektöründe
uzmanlaşmanın önemi gider ek artmaktadır.
Liman özelleştirmeleri ile siyasi müdah aleler
ortadan kalkmaktad ır. Ö zelleştirme konusunda
alanında uz man pi y as a koşullarına u y um
sağlay abilen li yakatli kişilerin atanması olana ğı
sağlanır.
Liman özelleştirilmesi ile kamu bütç esinden
alınan pay azalır çünkü limanlar, y üksek
maliyetli yatırım varlıklarının maliye t y ükü
kamu üzerinden kalkar ve özele devredilir.
Özelleştirilen limanlarda hesap verme
sorumluluğu kamu limanlarına göre kat ve kat
daha fazladır bu n edenle özelleştirilen
limanlarda usul süzlük daha azdır denetleme
mekanizmasının i y i olması sebebi y le özel
limanl ar kamu limanlarına göre daha fazla
ge lişmektedir.
Limanların öz elleştiriler ek işletilmesiyle
sadece hizmet için gerekli sayıda pe rsonelin işe
alınması sağ lanarak rasyonel pe rsonel
istihdamı gerçekleştirilebilir.
Özelleştirilen limanlarda pi yasa koşullarına
uygun esnek ücretlendirme ve mali y etlendirme
politikası ile verimlilik arttırılabilir.
3.1.2. Liman Özelleşti rmesinin Tehditleri ve
Dezavantajları
Liman özelleştirmesindeki tehditler şu
şekildedir :
Limanlardaki ka rların özelleştirilmesi ama
liman zararlarının kamulaştırılması.
Kamunun hâkim oldu ğu tekelin kaldırılıp özel
pay daşlara devredilmesi .
Limanlarda bulunan se ndikalaşmanın önüne
geçilere k kaldırılması.
Ulusal bağımsızlı ğın özel şirketlerin çıkarlarına
göre şekillenme si ya da herha ngi bir ülkenin
özel sektörünün çıkarlar ı na bırakılması.
15
Limanlarda özelleştirme ile fazla olan iş gücü
azaltılarak işten çıkarmaların yaratacağı işsizlik
sonucu sosya l m aliye tin fazla olması .
Limanlar stratejik önem taşırlar a y nı zamanda
ülkenin ekonomisi ve güvenliği noktasında
önemli ye re sahiptirler bu y üzden limanlarda
alınacak ka rarlarda devletin denetim ve kontrol
mekanizmasının az almas ından dola y ı etkisi az
olacaktır bunun getireceği sonuçların bir tehdit
oluşturması.
Liman özelleştirmeler ini n d ezavantajları ise
şöyle sıra lanabilir;
Limanların özelleştirilme si y le k amu y a u ygun
hizmet eden faaliy e tlerin liman üst y ön etimi
tarafında n suistimal edilmesi.
Rekabet pi yasasının serbest olmadığı y a d a hiç
var olm adığ ı bir durum da kamu monopol ü özele
çevrilebilir.
Özelleştirme ile özel ke sim operatörle ri kendi
iştiraklerinin menfaatlerine öncelik tanı y abilir ve
bundan dola y ı a yrışmalar orta y a çıkarak artabilir.
Özel sektördeki li man operatörleri ile k amu
limanı otoritesi arasında y ükümlülükl er
sağlanamaya bilir kötü bir koordinas y on ve
iletişimin olması du rumunda operas yon,
hizmetler ve y atırımların uy gulanamaması g ibi
sonuçlar doğurabilir .
Yapılan SWOT a naliz inde limanların
özelleştirilmesi kararla rının değerlendirilmesi
konusund a elde edilen ve riler tablo halinde aşağıda
verilmiştir.
Tablo-1/A: Liman Özelleştirmesi nin SWOT Analizi
Yararlı
Zararlı
İç Çevre
Güçlü Yönler
1- ) Yatırı m ların
getirdiği kapasite nin
rasyonel kullanıl ması.
2- ) İyi eğitil miş uzman
personel.
3-) Liyakatli ata mlar
ile siyasi
müdahalelerin
kaldırılması.
4- ) Liman y atırımları
Hızlanır, Bürokrati k
engeller kalkar.
5-) Denetleme
mekanizması d aha
iyidir bu sayede
usulsüzlükler az alır
limanın gelişimi
hızlanır.
6- ) Rasyonel işçi
istihda m ı sa ğlanır işçi
başına verimlilik
arttırılır.
7- ) Ülke Ekono misine
doğrudan katkı
sağlanır. Pi yasa
koşullarına u ygun
fiyatlandır ma
politikaları izlenir.
Zayıf Yönler
1- ) Limanların
özelleştiril mesiyle
kamuya uygun hizmet
eden faaliyetleri n liman
üst yönetimi tara fından
suistimal edil mesi.
Özel işletmeciler
yatırımcılar daha faz la
nasıl kar elde
edebilece klerini ve
maliyetleri nasıl
düşürebilecekleri ni
önemsedikleri içi n bu
eğilimlerinden do layı
sosyal ve çevre sel
temel olan şe yleri
ihmal edebilirler .
2-) Reka bet pi yasasının
serbest ol m adığı ya da
hiç var olmadığı bir
durumda kamu
m o nopolü özele
çevrilebilir.
3- ) Özelleştir me ile
özel kesim op eratörleri
kendi iştiraklerini n
menfaatlerine öncel ik
tanıyabilir ve bu ndan
dolayı ayrışmalar
ortaya çıkarak artabilir.
Özel sektördeki lima n
operatö rleri ile kamu
limanı otoritesi
arasında yükümlülükler
sağlanama y abil ir kötü
bir koord inasyon ve
iletişimin ol m ası
durumunda op erasyon,
hizmetler ve
yatırımların
uygulanamama sı gibi
sonuçlar do ğurabilir.
16
Tablo-1/ B: Liman Özelleştir mesinin SWOT Analizi
Yararlı
Zararlı
Dış Çevre
Fırsatlar
1-) Finansman
kaynaklarının raha t
bulunması ile li manlara
yatırımlar arttırılab ilir
ve hızlı bir şekilde
tamamlanabilir.
2- ) Ortado ğu ü lkeleri ve
Karadeniz’e kıyıları
olmayan ülkeleri n
Emtiaları T ürkiye
üzerinden taşın ması ile
Karadeniz’deki
limanların
potansiyelinin art ması
özelleştir m e ile
Karadeniz’deki
limanların gelişi mi
arttırılarak pi yasaya
cevap ver m e si
sağlanabilir.
3- ) Akdeniz’de yapılan
Bakü -Ceyhan pro jesi ve
GAP pro jesinin
oluşturabileceği
kapasite ve üreti m
artışlarına cevap vererek
kruvaziyer yolcu
taşımacılığına yatırı mlar
sağlanarak hiz met
hasılatını yükseltme
fırsatı.
4-) Mersin ve İz mir
Limanları ana tran sfer
liman larıı ve d ağıtım
merkezi konu muna
gelmesi saye sinde
bölge sel rekabet
gü çlerini n artmasına
imkan sağlan mış
oldu. B andırma
Limanı’nın sa hip olduğu
hinterland sayesinde
konteyner limanı na
dönüştürül erek
sanayileşmeni n önü
açılmış oldu, b u sayede
de hem yan sana yi hem
de li m anların
gelişmesine ola nak
sa ğlanırken i stihda m a
da katkı sağlan mış oldu.
Tehditler
1- ) Kârların
özelleştiril mesi,
zararların ka muya mâl
edilmesi.
2- ) Ka munun hâkim
olduğu tekelin kaldırılıp
özel paydaşlara
devredil m esi.
3-) Limanlarda bulunan
sendikalaşma nın önüne
geçilerek kaldır ılması.
4- ) Ulusal b ağımsızlığın
özel şirketleri n
çıkarlarına göre
şekillenmesi ya da
herhangi bir ülkeni n özel
sektörünün çıkarlarına
bırakılması.
5-) Limanlarda
özelleştir m e ile fazla
olan iş gücü azaltılara k
işten çıkarmaların
yaratacağı işsizli k
sonucu sosyal maliyetin
fazla olması.
6-) Limanlarda Devletin
kontrol mekaniz ması
azalacağından gü venlik
risklerinin oluşma sı.
3.1.3. Limanların Özelleştirilme si n in Etkileri
Liman Özelleştirmesini tanımlamak gerekirse
kısaca “Liman varlı k ları nın kamudan özel sektöre
devri ve ya l iman donatım, tesis ve sistemlerinde
kullanılan y atırım fonlarında özel sermayenin
kullanılması” şeklinde tanımlay abiliriz.
Global e konominin ve ticaret hacminin gelişmesi
taşımacılık sektörünün de gelişmesine neden
olmuştur. Bu gelişim değişiklikleri içerisinde
ge milerin bo y u ve hız larının artması, gemilerin
y ü kleme - boşaltma k apasitelerinin artması gibi
ge lişimler y e r alır. A ynı zamanda son y ıllarda
mu ltimodal ve kombine taşımacılığın daha y a ygın
ve etkin kullanılmaya başlanması limanların
modernleş mesine y ol açmıştır. Öz elleştirme
say esinde l imanlardaha verimli ve etkin bir şekilde
y ö netilme ye başlanmıştı r, bunun en önemli sebebi
özel limanlar da profesyonelce yapılan yönetimi
say esinde y üks ek veriml ilik elde edilmiş ve y e ni
y a tırımlar yapılmıştır. Kamu kurumlarında bu ta rz
hizmet ve çalışmalar daha ağır ilerlemesi n edeni y l e
limanlardaki teçhizatlara yatırımların zamanında
y a pılm am ası na ve bakım tutumunun aksatılması
neden olmaktadır.
Özelleştirilen limanların devredilmesinden önce
ve sonra ki çalışan pe rsonel sayısı değişikliklerini,
özel l eştirme dairesi başka nlığı veriler in e göre
özelleştirme y apıldıktan sonra çalışan personel
say ısında bir azalma olduğu saptanmaktadır .
Özelleştirme ile liman ekip manları, rıhtım , iskele
gibi liman varlıkl ar a y a pılan y atı rımlardan dola y ı
limanın elleçleme hız ın da ve hizmet verilen
ge milerin sa y ısı nda toplam %25,33 art ış
gözlenmiştir. Fakat Hop a, Giresun, R ize li manında
önemli bir azalma g örülmektedir.
Özelleştirme sonrası genel olarak limanla rı n
çoğ unlu ğunda elleçlenen yük miktarının arttığını
görürüz. Toplam e lleçlenen y ük miktarının
özelleştirme öncesi ve s onrası arasındaki değişim
oranı %41,33'tür . E n çok artış Trabzon ve T ekirdağ
limanlarında g örülmekte dir.
17
Öz elleştirme öncesi Sinop, Antal y a, Marmaris,
Çeşme limanla rı ndaki k ruvaziyer gemi v e yolcu
say ısı 0 'dır. Özelleştirme sonrası bu limanlarda k i
kru vaziyer gemi v e yolcu sa yısı önemli ölçüde
artmıştır. Öz elleştirme ile toplam y olcu sa y ıs ın daki
artış %363,21 iken gemi sayısında %105,07'dir.
4. TARTIŞMA
Limanların özelleştirilmesi ile ilgili tablolar ve
grafikler incelendiğinde y ük elleçleme miktarları,
y o lcu hareketleri, konte y n er elleçlemesi, hizmet
verilen gemi sa y ısı gibi unsurlarda artışlar olduğu
saptanmıştır. Çağlar ve arkadaşları (2010) y aptıkla rı
çalışmada özelleştirmenin limanlarda performa nsı
arttırdığını belirtip özelleşen limanlardaki ge lişimin
sadece özelleşme y e bağlı olm adığ ı nı
göster mişlerdir. Genel a nlamda de ni z
taşımacılığının kapasitesinin artm asının da bir etke n
olduğu sonucuna va rmışlardır. bu bakımdan
çalışmamızda ki verile re baktığımızda varıla n
sonuçların y akın olduğunu söyle y ebilir iz
özelleştirme ile limanlardaki etkinlik ve verimlik
artmıştır ama bunu sad ece limanların gelişimine
bağ l ayamayız dün y a ticaretinin gelişmesi de bu
verilere yansımıştır.
Ünal (2006) y aptı ğı çalışmanın sonucunda Liman
özelleştirilmesinin kısa vade de i yi bir y öntem ve
kârlı bir çöz üm olduğunu uzun vade de zararlı bir
y ö ntem oldu ğu sonuc una varmıştır bu çalışmada
kısa vade li özelleştirmenin etkileri ortaya
konmuştur. Bu bağlamda kısa vade’yi dikkate
aldığımızda Ünal’ın ça lışması y la paralellik
göster m ektedir kısa vaded e özelleştirmenin
etkisinin olumlu y önde olduğunu görebiliriz.
5. SONUÇ LAR
Deniz taşımacılığı dün ya ticaretin de önemli bir
konumda bulunmaktadır. Taşımacılığın bü y ük bir
kısmı deniz y olu yla y a pıldığı için limanlar kilit
noktadadır. L imanlar deniz taşımacılığının temel
y a pılarındandır dolayısı ile limanların ve rimli ve
etkili bir şekilde işletilmesi g ere kir.
Kamu limanları son z ama nlarda verimli ve etkili
bir şekilde y önetilememi ş, li man kullanıcılarına ve
diğer p a y daşların ihti yaçlarına cevap verememiştir.
Kamu sektöründe bürokrasi limanın etkin bir
şekilde işletilmesini y avaşlatmı ştır. Kamu li manla rı
y ü ksek mali y etli alt yapı ve üstyapı li man
varlıklarına yatırım y apmakta zorlanmış ve
limanları modern hale getirmekte güçlük çe kmiş b u
etkenlerde n ötürü ö zelleşme faaliyetlerinin
başlamasında etkili ol muştur. Dün y a da ve
Türkiye’de deniz taşımacılığının konumu çok
önemli bir y erde olduğu için limanlarda herhangi bir
hizmetin duraksaması y üksek mali y etleri getireceği
için kesintisiz , hızlı ve etkin liman hizmetlerinin
sağlanması gere kir.
Bu çalışmada özelleştirme faaliyetlerinin
limanlara etkisi incelenmiş özelleştirmenin amaçları
nedenleri ortaya konarak SW OT analizi ile
avantajlar ve d ezavantajlar belirl enmiş, özelleştirme
öncesi il e sonrası limana ait veri ler
değerlendirilmiştir.
Limanların özelleştirilmesi ile liman ekipman ve
donanımlarının fina nsmanları özel kesim tara fından
sağlanmıştır ve bu da kamunun finansa l y ükünü
hafifletmiştir. Özel kesimin işlettiği limanlar d a kar
ve etkinliğin daha fa zla olduğu görülmüştü r.
Limanların özelleşmesi ile bürokrasi sorunu
minimuma indirilmiş ve devletin sorumlul uğu
azalmıştır. L im an özelleş tirmeleri ile ge rekli alt yapı
ve liman ekipmanlarına yatırımların y apılması il e
limanlarda verimliliğ in arttığı görülmüştür.
K AYNAK LAR
[1]
B. Kold em ir, «Kombine taşı macılıkta ulaştır ma
sistemlerimizin duru mu, limanları mızın sorunu ve
çözüm önerileri, » %1 içinde Mühend islik Bilimleri Gen ç
Araştırmacılar I. Kon gresi , İst anbul, 2003 .
[2]
S. Esmer, «Liman ve termi nal yönetimi, » Ana dolu
Üniversitesi ya yını, Yayın no: 3840, 2019.
[3]
D. Altay, Lima nların eko nomik ka tkısının
değerlend irilmesi üzerine bir inceleme, İzm ir: Dokuz
Eylül Üniversitesi, So syal Bilimler E nstitüsü, 20 04.
[4]
Y. Yü ksel v e E. Özkan Çevik, Li man Mühendisliği,
İstanbul: Beta Yayınevi, 20 10.
[5]
J. G. d. Matons, « P rivitisation and the private sector in
ports, » %1 için de Challeng e of Port Competitio n , Kua la
Lumpur, Malez ya, 1992.
[6]
TDK, Türk Dil Kurumu S öz lü ğü, Ankara, 2 022.
24
R EFE R ENCES
[1] B. Al, a nd M. Alkan , Some Relations Between Partitions
and Fibonacci Numbers , Proc. B ook of 2 nd.Micopam ,
2019.
[2] B. Al, a nd M. Alkan , No te on Non-Commu tative
Partition , Proc. Book of 3r d&4th. Micopa m 2021.
[3] B. Al, a nd M. A l kan , A Note o n Comp ositions of Positive
Integers , 4. Uluslararası Müh endislikte Yap ay Zeka ve
Uygulamalı Mate matik Ko nferansı (UMYMK
2022), 20 - 21 - 22 Mayıs 202 2
[4] B. Al, a nd M. Alka n , A Note o n Compo sitions of Positive
Integers , Sub mitting, 2022.
[5] Apostol, T . M.: Introduction to Analytic Number Theor y,
Springer-Verla g, NewYork 19 76.
[6] Andre ws, G. E. 1976 . The Theory of P artitions, Addison -
Wesle y Publishi ng, New York.
[7] Euler, L.: Introd uction T o Anal ysis of T he Infinite, vol.
1, Springer-Verla g, 1988 (translation by J.D. Blanton).
[8] Hardy, G.H. and W right, E.M.: An I ntroduction To the
Theor y o f Nu mbers, 4th ed. , Clarendon Press, Ox ford,
1960 ./34-1/horadam2.pdf).
[9] Koshy, T .: Fibonacci a nd Lucas Nu mbers with
Applications, Canada:W iley- Interscience Publicatio n;
(2001), 6-38.
[10] MacM ahon, P.A.: No te On the P arity of the N umber
Which Enumerates th e Partitions of a Num b er, Proc.
Cambridge Philo s. Soc. 20 (1921), 281 283.
[11] W atson, G.N. : T w o T ables of Par titions, P roc. London
Math. Soc. 42 (1937), 550 55.
4th Interna tional Con ference on Ap plied Engineering a nd
Natural Sc iences
https://www.i caens.com/
November 10- 13 , 2022, Ko nya, Turkey
25
Compositions Res tricted to the Number of Part
Busra AL * , Mustafa ALKAN 2
1 Department of Com puter Techno l ogies a nd Program ming /Manavgat Voca ti onal School, Akdeniz U niversity ,
Turkey
2 Departmen t of Math ematics/Facu lty of Science , Akdeniz Un iversity, Turkey
* (busraal@akd eniz.edu. tr) Email o f the correspon ding author
Abstract – I n this paper, c ompos itions, which is o ne of the most i mportant subjects of partition theory , will
be examined. I n the stud y, the compositions made with the sets obtained b y approaching the divi sion theor y
with the theory of sets w ere ex amined. R estrictions are placed on the summand numbers of compositions.
Studies have been carried out on the number of compositions with restrictions on the number of summands.
Keywords – Compo sitions of an Integ er, Partitions of a n Integer, Restriction Compositions, The Gen erating Function of an
Integer , Recurrence relation
I. I NTRODUCTION
The theory of partition has been the focus of
attention of scientists since the da y it emerged.
Le ibniz asked that how man y di ff e rent w a y s a
positive integer can be wr itten as the sum of posi tive
integers aroused great interest and many studies
have be en don e on the p artition of numbers. These
studies also lead to the subject of partition of a
positive integer. The nu mber of these parts will be
denoted by 𝑝 ( 𝑛 ) . For a positive integer n, the
partition function is the number of wa y s 𝑛 can be
written as a sum of positive intege rs 𝑛 .
Partitions are divided into compositions and
partitions. The commutative of the sums in
summand is not im portant, while the non -
commutative of the s ums in composition is
important. Eac h component in the partition of a
number is called a part or sum mand.
Example: The number 3 has 3 partitions, and the
number of compositions is 4.
The set of partition of 3 is {3; (1 + 2); (1 +
1 + 1)} and 3 has 3 partitions.
The set of composition of 3 is {3; (1 + 2);
(2+1); (1+1+1)} and 3 has 4 compositions.
Euler investigated the genera ti ng function of the
number of partitions of an integ er 𝑛 ; as follows
𝑓 ( 𝑥 ) = ∏ 1
1 − 𝑥 𝑛 = ∑ 𝑝 (𝑛 )
∞
𝑛=0
∞
𝑛 =1 𝑥 𝑛
where 0<x<1 [ Apostol, 1976 ].
After Euler's recurrence for the partition of an
integer, at recent y e ars recurrence formulas have
been im proved b y J.A.Ewell, M. Merca, M. Alkan
and B. Al ([ 13], [ 19], [2] ). In this recurr ance
relations, both numbers of steps and larger o f
numbers founded in each step is main problem since
increasing of 𝑝 ( 𝑚 ) is faster t han increasin g of an
integer m and so the recurrence fo rmulas that
compute the values of th e partition with the help of
the smaller integers are much useful and effective.
As the studi es on the partition theory progressed,
new information was obtained b y r estricted
partition. I n the literature, the restricted p artitions
are substantial as unrestricted partition
of an integer ([5], [8], [16], [17], [18]).
From [7, pa ge 309], we recall that the number of
partitions of 𝑘 into parts not exceeding 𝑚 is denoted
by 𝑝 𝑚 ( 𝑘 ) for int eg ers 𝑚, 𝑘 . Then 𝑝 𝑚 ( 𝑘 ) = 𝑝 (𝑘 ) for
𝑚 ≥ 𝑘 . I t is clear
that 𝑝 𝑚 ( 𝑘 ) is less than 𝑝 ( 𝑘 ) and the computation of
𝑝 𝑚 ( 𝑘 ) is simpler for inte gers 𝑚 , 𝑘 . The generating
26
function for the number of partitions of k int o parts
not exceeding 𝑚 is de fi ned as
𝐹 𝑚 ( 𝑥 ) = ∏ 1
1−𝑥 𝑖 = 1 + ∑ 𝑝 𝑚 ( 𝑖 )
∞
𝑖 =0
𝑚
𝑖 =1 𝑥 𝑖
.
While there are man y stu dies in the li terature abo ut
partition of positive integer in partition theor y , there
is nor adequate results about compositions of
positive intege r.
II. M AT ER I ALS AND M ETHOD
We recall some expressions from [1] . Let n be a
positive integer and we define the se t
𝑃 𝑛 = {( 𝑎 1 , 𝑎 2 , … , 𝑎 𝑡 ) ∶ 𝑎 1 + 𝑎 2 + ⋯ + 𝑎 𝑡
= 𝑛 , 𝑎 𝑖 , 𝑡 ∈ ℤ + } .
In [1], we hav e constructed the set 𝑃 𝑛 +1 of
composition for a positi ve integer 𝑛 by using
recurrence relations on the set 𝑃 𝑛 . First we recall
operations with a partition 𝑎 = ( 𝑎 1 , 𝑎 2 , … , 𝑎 𝑡 ) of
integer 𝑛 ; 1⨀𝑎 = ( 1, 𝑎 1 , 𝑎 2 , … , 𝑎 𝑡 )
1⨁𝑎 = ( 1 + 𝑎 1 , 𝑎 2 , … , 𝑎 𝑡 )
Then 1 ⨀𝑎 , 1⨁𝑎 ∈ 𝑃 𝑛+ 1 and so we also use the
notaions 1⨀ 𝑃 𝑛 , 1⨁ 𝑃 𝑛 for the set of new t ype
elements, i.e.
1⨀𝑃 𝑛 = {1⨀𝑎 ∶ 𝑎 ∈ 𝑃 𝑛 } ,
1⨁𝑃 𝑛 = {1⨁𝑎 ∶ 𝑎 ∈ 𝑃 𝑛 }
Le t 𝑃 𝑛 , 𝑎 be d efined for 𝑛 , 𝑎 being positive inte gers,
for 𝑛 decompositions of which a is the large st part.
𝑃 𝑛 ,𝑎 = {( 𝑥 1 , 𝑥 , … , 𝑥 𝑚 ) ∶ 𝑥 1 + 𝑥 2 + ⋯ + 𝑥 𝑚 = 𝑛 ,
𝑎 ≥ 𝑥 𝑖 , ∀𝑖 ∈ {1,2, . . . , 𝑚} } .
We show that | 𝑃 𝑛 ,𝑎 | is number of elements of 𝑃 𝑛 ,𝑎 .
Example: For partitions with 2 as the larges t part of
4, 𝑃 4, 2 = {(2,2), (2,1,1 ), (1,2,1), (1,1,2), (1,1,1,1)} and
| 𝑃 4,2 |=5.
In order to obtain ne w relations with 𝑃 𝑛 ,𝑎
partitions, if it is nece ssary to define a new operation
that is not in the literature; ( 𝑦 1 , 𝑦 2 , … , 𝑦 𝑚 ) ∈
𝑃 𝑛 ,𝑎 - {(a,
𝑥 1 , 𝑥 , … , 𝑥 𝑚 ) ∈𝑃 𝑛 , 𝑎 } expressed as 1⨁
( 𝑦 1 , 𝑦 2 , … , 𝑦 𝑚 ) = ( 1 + 𝑦 1 , 𝑦 2 , … , 𝑦 𝑚 ).Then the
notation 1⨁𝑃 𝑛 ,𝑎 is used for the set created b y the
above operation. So,
1⨁𝑃 𝑛 , 𝑎 = {( 1 + 𝑥 1 , 𝑥 , … , 𝑥 𝑚 ) ∶ 𝑥 1 + 𝑥 2 + ⋯ + 𝑥 𝑚
= 𝑛 , 𝑥 1 < a and for ∀𝑖 , 𝑥 𝑖 ≤ a}.
Now using ( 1 ⨀ −) the general case of 𝑃 𝑛 ,𝑎 will be
obtained. If the (1 ⨀ −) opera tion is remembered,
1⨀𝑃 𝑛 ,𝑎 = {( 1, 𝑥 1 , 𝑥 , … , 𝑥 𝑚 ) ∶ 𝑥 1 + ⋯ + 𝑥 𝑚 = 𝑛 ,
(a, 𝑥 1 , 𝑥 , … , 𝑥 𝑚 ) ∈ 𝑃 𝑛 ,𝑎 }.
Where m is positive integ e rs, the set of partitions
with summ and number m of the integ er n is
repre s ented as
𝑚 𝑃 𝑛 = {( 𝑎 1 , 𝑎 2 , … , 𝑎 𝑚 ) ∶ 𝑎 1 + 𝑎 2 + ⋯ + 𝑎 𝑚
= 𝑛 , 𝑎 𝑖 , 𝑚 ∈ ℤ + } .
It is clear from the de finition of 𝑚 𝑃 𝑛 above that i s
𝑃 𝑛 =∪ 𝑖 =1
𝑛 ( 𝑖 𝑃 𝑛 ) and 𝑚 𝑃 𝑛 ∩ 𝑚 ′ 𝑃 𝑛 = ∅, where
𝑚 ≠ 𝑚′ .
Le t
1⨀ ( 𝑎 1 , 𝑎 2 , … , 𝑎 𝑚 ) = ( 1, 𝑎 1 , 𝑎 2 , … , 𝑎 𝑚 )
∈ 𝑚+ 1 𝑃 𝑛 +1
and
1⨁ ( 𝑎 1 , 𝑎 2 , … , 𝑎 𝑚 ) = ( 1 + 𝑎 1 , 𝑎 2 , … , 𝑎 𝑚 ) ∈
𝑚 𝑃 𝑛+ 1
operations be defined on 𝑚 𝑃 𝑛 .
Because o f the definition of these ope rations,
𝑚 𝑃 𝑛 = ( 1⨀ 𝑚−1 𝑃 𝑛−1 ) ∪ (1⨁ 𝑚 𝑃 𝑛 −1 ) .
Example:
( 1⨀ 3−1 𝑃 5−1 ) = ( 1⨀ 2 𝑃 4 )
= ( 1⨀ { 3 + 1, 1 + 3, 2 + 2 })
=( {1 + 3 + 1, 1 + 1 + 3, 1 + 2 + 2 })
and
( 1⨁ 3 𝑃 5−1 ) = ( 1⨁ 3 𝑃 4 )
= ( 1⨁ { 2 + 1 + 1, 1 + 2 + 1, 1 + 1 + 2 })
= (3 + 1 + 1, 2 + 2 + 1, 2 + 1 + 2 ) .
Thus
( 1⨀ 2 𝑃 4 ) ∪ ( 1⨁ 3 𝑃 4 )
= ( 1 + 3 + 1, 1 + 1 + 3, 3 + 1 + 1, 1 + 2 + 2, 2 +
2 + 1, 2 + 1 + 2 ) = 3 𝑃 5 .
Definition: T function fo r 𝑚 𝑃 𝑛 where m and n are
integers 𝑚 𝑇 𝑛 = ∑ 𝑎 1 . 𝑎 2 . … . 𝑎 𝑚 .
𝑎 1 +𝑎 2 +⋯+𝑎 𝑚 =𝑛
It is clear from the defin itions of 𝑇 𝑛 and 𝑚 𝑇 𝑛 that
it is 1 𝑇 𝑛 = 𝑛 an d 𝑇 𝑛 = ∑ 𝑚 𝑇 𝑛
𝑛
𝑚=1 .
Theore m: Let m and n are positive integ ers,
𝑚 𝑇 𝑛 = 𝑚 𝑇 𝑛 −1 + ∑ 𝑚−1 𝑇 𝑛 −1−𝑖
𝑛 −1
𝑖 = 0 .
Proof: Since
𝑚 𝑃 𝑛 = ( 1⨀ 𝑚−1 𝑃 𝑛−1 ) ∪ (1⨁ 𝑚 𝑃 𝑛 −1 ) , T ( 𝑚 𝑃 𝑛 ) =
𝑚 𝑇 𝑛
27
= ( ∑ 𝑎 1 . 𝑎 2 . … . 𝑎 𝑚
𝑎∈ 𝑚−1 𝑃 𝑛−1 )
+ ( ∑ (1 + 𝑏 1 ). 𝑏 2 . … . 𝑏 𝑚
𝑏 1 +⋯+𝑏 𝑚 =𝑛−1 )
= ( ∑ 𝑎 1 . 𝑎 2 . … . 𝑎 𝑚
𝑎∈ 𝑚−1 𝑃 𝑛−1 )
+ ( ∑ 𝑏 2 . … . 𝑏 𝑚
𝑏 1 +⋯+𝑏 𝑚 =𝑛 −1 )
+ ( ∑ 𝑏 1 . 𝑏 2 . … . 𝑏 𝑚
𝑏∈= 𝑚 𝑃 𝑛−1 )
= 𝑚 −1 𝑇 𝑛 −1 + ( ∑ 𝑚−1 𝑇 𝑛 −1−𝑖
𝑛 −1
𝑖 =1 ) + 𝑚 𝑇 𝑛−1
= 𝑚 𝑇 𝑛 −1 + ∑ 𝑚 −1 𝑇 𝑛−1−𝑖
𝑛−1
𝑖 = 0 .
Example: Since 3 P 5 = ( 1 + 3 + 1, 1 + 1 + 3, 3 +
1+, 1 + 2 + 2, 2 + 2 + 1, 2 + 1 + 2 ) ,
3 T 5 = 3 + 3 + 3 + 4 + 4 + 4.
Since 2 P 4 = ( 1 + 3, 3 + 1, 2 + 2 ) ,
2 T 4 = 3 + 3 + 4.
R EFE R ENCES
[1] Al, B . And Alka n M. 2019 . Some Relatio ns Bet ween
Partitions and Fibonacci Numbers, P roc. Book of
2nd.Micop am
[2] Al, B. And Alkan M. 2 020. On T he Relations For T he
Number Of Par titions. Filo m at. 34(2): 567 -574.
[3] Al, B. And Alkan, M. 2 021. Note o n Non -Commutative
Partition P roc. Book of 3rd &4th. Micopa m.
[4] Andre ws, G. E. 19 76. T he T heory o f Partition s, Addison -
Wesle y Publishi ng, New York.
[5] Andre ws, G. E. and Erikson, K. 2004. Integer P artitions ,
Cambridge Universit y Press, Cambridge.
[6] Andre ws, G. E., Hirschhorn M. D. and Seller s, J. A.
2010 . Arithmetic P roperties of P artitions with E ven P arts
Distinct, Rama nujan Journal, 2 3, (1 -- 3), 169 -- 181.
[7] Apostol, T . M. 1951. On the Lerch Zeta F unction, P acific
J. Math. 1 , 161 -- 167.
[8] Apostol, T . M. 1 976. Introduction to Analytic Nu m b er
Theor y , Springer -Verlag.
[9] Bernedt, B. C. Lecture No tes o n the T heor y o f Par titions.
[10] Chen, S. C. 2 011. On T he Nu m ber o f Partition s with
Distinct Even P arts, Discrete Math. 311, 940 - 943.
[11] Euler, L. 19 88. Introduction To Analysis of T he Infinite,
vol. 1, Spr inger-Verlag, (translatio n by J.D. B lanton).
[12] E w ell, J. A. 1980. Recurrences For T w o Restricted
Partition Function s, Fibonacci Quart. 18, 1 2.
[13] E w ell, J . A. 2004. Recurrence s for the par tition fu nction
and its relati ves. Rock y Mo untaın J ournal Of
Mathematıcs, 34 (2), Spr inger.
[14] H. Gupta, 1970 . Partitions - A S urvey, J ournal of
Research o f t he No tional B ureau of Standards - B .
Mathematical Scie nces, 74 B, 1.
[15] Hard y G. H. and Wr ight E. M. 1 960. An Introductio n To
the T heory o f N umbers, 4 th ed., Clarendon Press,
Oxford.
[16] Hor adam, A. F. 1 994. Jacobsthal Repr esentation
Numbers, Submitted May
(https://www.fq. math.ca/Scan ned/34 -1/horada m2.pdf).
[17] Ko shy , T . 2 001, Fibonacci and Lucas Numbers with
Applications. Wile y-Interscience Publicatio n. Canada, 6 -
38.
[18] Mana, P ., 1 969, P roblem B -152, T he Fibonacci
Quarterly, 7:3 (Oct. ), 336 .
[19] Merca, M. 20 16. Fast co mputation of the partition
function . Journal of Nu mber Theory, 164, 405 -416.
[20] Merca , M. 2017 . Ne w relations for the number of
partitions with disti nct eve n parts J ournal of Num ber
Theor y , 176 , 1 -12.
[21] Merca , M. 2 017. On the n umber of p artitions into part s
of k different. Discrete Mathematic s 340, 644 -648. ,
[22] Merzo uka, Hi., Bo ussayoudb A. and Chelgham, M.
2020 . Generating Functions of Generalized T ribonacci
and T ricobsthal P olynomials, Montes T aurus J. Pure
Appl. Math. 2 (2 ), 7 — 37
[23] So yk an, Y. 20 21. On Generalized P adovan Number s,
(not p eer r eviewed) Posted: 6 Octo ber 2021 Prepr ints
(www.preprints.org).
[24] Yos ma, Z. 20 08. Fibonacci ve L ucas Sa yıları. Mate matik
Bölümü Yüksek LisansTezi, S akar y a Üni versitesi.
[25] W atson, G. N. 1937. Two Tables o f Partitions, Pro c.
London Math. Soc. 4 2, 550 5 5.
[26] Wirele ss LAN Mediu m Acc ess Control (MAC) an d
Physical La yer (PHY) Specifi cation , IEEE Std. 80 2.11,
1997.
4th Interna tional Con ference on Ap plied Engi neering and
Natural Sc iences
https://www.i caens.com/
November 10- 13 , 2022, Ko nya, Turkey
28
A Note on Relatio n Betw een Partititons Number and Odd Partitions
Number For a Po sitive Integers
Busra AL * , Mustafa ALKAN 2
1 Department of Com puter Techno l ogies a nd Program ming /Manavgat Voca ti onal School, Akdeniz U niversity ,
Turkey
2 Departmen t of Math ematics/Facu lty of Science , Akdeniz Un iversity, Turkey
* (busraal@akd eniz.edu. tr) Email o f the correspon ding author
Abstract – I n this study, firstl y , partition theory is mentioned. After giving information about the r estricted
partitions and how they were ex pressed, the recurrence relation was obtained for odd partitions. Some
identities have bee n foun d between the partition of an integer and its odd partition.
Keywords – Partitions o f an In teger, Restriction Pa rtitions, The Generating Function of an Integ er, Recurrence rela tion, Odd
Partititon
I. I NTRODUCTION
Partition Theory is an important area of additive
number theor y , a s ubject concernin g the
repre s entation of inte ge rs as sum o f othe r inte gers.
Recently , man y researcher have written man y
publication on the theory o f partition of a numb er
because the rich hist or y of partition of a number has
been gone back to not onl y to ver y famous
mathematicians Leonard Euler, but also J acobi and
also Indian mathematicians S. Ramanujan and
English mathematicians G. H. Hard y . Ramanujan.
G. H. Hardy gave some f ormulas for the number of
partitions for a positi ve integer n and also now so -
called the famous Hardy-Ramanujan Asymptotic
Formula for the partiti on problem ([ 6], [ 8],
[11],[12],[16] ).
II. M ATE R I ALS AND M ETHOD
The theory of partitio n has been the focus of
attention of scientists since the da y it emerged. The
set of summands consists of all positi ve intege rs and
the partition function to be studied is the number of
ways n can be written as a sum of positi ve inte gers
n. The summands are called p arts. Ov er the
centuries, there has been widespread interest in the
partition of an integer an d man y use ful applications
of the partition of an integer has investigated in
many branches o f mathematics. In [6] , Euler
investigated the generating function of the number
of partitions of an intege r n, as follows
𝑓 ( 𝑥 ) = ∏ 1
1 − 𝑥 𝑛 = ∑ 𝑝 (𝑛 )
∞
𝑛=0
∞
𝑛 =1 𝑥 𝑛
where 0<x<1.
In the literature, the restricted partitions are
substantial as unre stricte d partition of an integer.
The ge nerating function of the number of p artitions
of an integer n into odd part is
∏ 1
1 − 𝑥 2𝑛 −1 = ∑ 𝑄 ( 𝑛 )
∞
𝑛=0
∞
𝑛 =1 𝑥 𝑛 .
In this paper, we adopt t he convention that p(0) =
Q(0)=1 whenever n ∈ ℚ − ℕ. We recall the
following two identities which are special cases of
Jacobi’s identit y
∏ ( 1 − 𝑥 2 𝑘𝑛 + 𝑘−𝑡 )( 1 − 𝑥 2 𝑘𝑛 + 𝑘 +𝑡 )( 1 − 𝑥 2 𝑘𝑛 + 2𝑘 )
∞
𝑛 =0 = ∑ ( −1 ) 𝑚 𝑥 𝑚 ( 𝑘𝑚 +𝑡 )
∞
𝑚 =−∞
29
∏ ( 1 + 𝑥 2 𝑘𝑛 + 𝑘−𝑡 )( 1 + 𝑥 2 𝑘𝑛 + 𝑘 +𝑡 )( 1 − 𝑥 2 𝑘𝑛 +2𝑘 )
∞
𝑛 =0 = ∑ 𝑥 𝑚 ( 𝑘𝑚 +𝑡 )
∞
𝑚 =−∞
[6].
Also, it is well known that
∏(1 + 𝑥 𝑛 )(1 − 𝑥 2𝑛 −1 ) = 1
∞
𝑛 =1
(Ewell, 2004).
Theorem: [2], Let n be a positive integ er,
𝑝 ( 𝑛 ) = ( ∑ 𝑝 ( 𝑖 ) 𝑄 (𝑛 − 2𝑖 )
‖ 𝑛 2 ‖
𝑖 = 1 ),
where, ‖ . ‖ is g reatest integer function.
Proof: Including | 𝑥 | < 1,
∑ 𝑝 ( 𝑛 )
∞
𝑛 =0 𝑥 𝑛 = ∏ 1
1 − 𝑥 𝑛
∞
𝑛 =1
= ∏ 1
1 − 𝑥 2𝑛
∞
𝑛 =1 ∏ 1
1 − 𝑥 2𝑛 −1
∞
𝑛=1
= ( ∑ 𝑝 ( 𝑛 )
∞
𝑛=0 𝑥 2𝑛 ) ( ∑ 𝑄 ( 𝑛 )
∞
𝑛=0 𝑥 𝑛 )
then
∑ 𝑝 ( 𝑛 )
∞
𝑛= 0 𝑥 𝑛 = ∑ ( ∑ 𝑝 ( 𝑖 ) 𝑄 (𝑛 − 2𝑖 )
‖ 𝑛 2 ‖
𝑖 =0 ) 𝑥 𝑛
∞
𝑛=0 .
Theorem: [2], Let n be a posi tive integ er,
∑ 𝑝 ( 𝑛 − 𝑘 2 + 𝑘
2 ) = ∑ 𝑄 ( 𝑗 ) 𝑄 ( 𝑛 − 𝑗 ) .
𝑛
𝑗 = 0
𝑛
𝑘 =0
Proof: Including | 𝑥 | < 1,
∏ 1 − 𝑥 2𝑛
1 − 𝑥 2𝑛 −1 = ∑ 𝑥 𝑘 (𝑘 +1)
2
∞
𝑘 =0
∞
𝑛 =1 .
We know
∏ 1 − 𝑥 2𝑛
1 − 𝑥 2𝑛 −1 = ∏ ( 1 − 𝑥 𝑛 ) (1 + 𝑥 𝑛 ) (1 + 𝑥 𝑛 )
(1 − 𝑥 2𝑛 −1 )(1 + 𝑥 𝑛 )
∞
𝑛 =1
∞
𝑛 =1 = ∏(1 − 𝑥 𝑛 )
∞
𝑛 =1 ∏(1 + 𝑥 𝑛 ) 2
∞
𝑛 =1 .
Since
∏ 1
1−𝑥 𝑛 = ∑ 𝑝( 𝑛)
∞
𝑛=0
∞
𝑛=1 𝑥 𝑛 and ∏ ( 1 + 𝑥 𝑛 ) =
∞
𝑛 =1
∑ 𝑄 (𝑛)
∞
𝑛=0 𝑥 𝑛 ,
∑ 𝑥 𝑘 ( 𝑘 +1 )
2
∞
𝑘 =0 ∑ 𝑝 ( 𝑚 ) 𝑥 𝑚
∞
𝑚 =0 = ( ∑ 𝑄 ( 𝑛 ) 𝑥 𝑛
∞
𝑛=0 ) 2 .
Then
∑ ( ∑ 𝑝 (𝑛 − 𝑘 2 + 𝑘
2
𝑛
𝑘=0 )
∞
𝑛=0 𝑥 𝑛
= ∑ (∑ 𝑄 ( 𝑗 ) 𝑄 (𝑛 − 𝑗 )
𝑛
𝑗 = 0 ) 𝑥 𝑛
∞
𝑛=0 .
Hence , we have complet ed the proof.
Theorem: [2], Let n be a positive integ er,
𝑛 . 𝑄 ( 𝑛 ) = 𝑜 ( 𝑛 ) + ∑ 2 ( −1 ) 𝑙 +1 𝑄 ( 𝑛 − 𝑙 2 ) ,
𝑛
𝑙 = 1
where m
𝑜 ( 𝑛 )
= { ( −1 ) 𝑚 , 𝑖𝑓 𝑚 ∈ ℤ + 𝑖𝑠 𝑠𝑢𝑐ℎ 𝑡ℎ 𝑎𝑡 𝑛 = 𝑚
2 ( 3𝑚 ± 1 )
0, 𝑜𝑡 ℎ 𝑒𝑟 𝑐𝑎 𝑠𝑒 .
Proof: In the first J acobi equation, if we start th e
index from 0 and write 1 inst ead of a and 0 inst ead
of b, ∏ ( 1 − 𝑥 2𝑛 +1 )( 1 − 𝑥 2𝑛 +1 )( 1 − 𝑥 2𝑛 +2 )
∞
𝑛 =0 = 1 + 2 ∑ ( − 1 ) 𝑚 𝑥 𝑚 2
∞
𝑚 =1 .
If both sides of the equation are multiplied by
∏ (1 + 𝑥 𝑛 )
∞
𝑛=1 ,
30
(∏ ( 1 − 𝑥 2𝑛 −1 )
∞
𝑛 =1 ∏ ( 1 + 𝑥 𝑛 )
∞
𝑛 =1 ) ( 1
− 𝑥 ) ∏ ( 1 − 𝑥 𝑛 )
∞
𝑛 =1
= ∏(1 + 𝑥 𝑛 )
∞
𝑛 =1 (1
+ 2 ∑ ( −1 ) 𝑚 𝑥 𝑚 2
∞
𝑚=1 ).
Then ( 1 − 𝑥 ) ∏ ( 1 − 𝑥 𝑛 )
∞
𝑛 =1 = ( ∑ 𝑄 ( 𝑛 ) 𝑥 𝑛
∞
𝑛 =0 ) (1
+ 2 ∑ ( −1 ) 𝑚 𝑥 𝑚 2
∞
𝑚=1 ) .
Hence
( 1 − 𝑥 ) ∏ ( 1 − 𝑥 𝑛 )
∞
𝑛 =1 = ( 1 − 𝑥 ) ( ∑ ( −1 ) 𝑚 𝑥 𝑚
2 ( 3𝑚−1 )
∞
𝑚=− ∞ )
= ( 1 − 𝑥 ) (1
+ ∑ ( − 1 ) 𝑚 𝑥 𝑚
2 ( 3𝑚±1 )
∞
𝑚=1 )
= (1 − 2𝑥 − 𝑥 3
+ ∑ ( − 1 ) 𝑚 𝑥 𝑚
2 ( 3𝑚±1 )
∞
𝑚=2
− ∑ ( −1 ) 𝑙 𝑥 𝑙 2 ( 3𝑙 ±1 ) +1 .
∞
𝑙 =2
Here, the pow ers o f x are taken int o account, the re
is no m,t ∈ ℤ + to be 𝑚
2 ( 3𝑚 − 1 ) = 𝑡 2 (3𝑡 + 1) .
There is no m,k ∈ ℤ + to be 𝑚
2 ( 3𝑚 − 1 ) = 𝑘 2 ( 3𝑡 +
1 ) + 1 . There is no t,k ∈ ℤ + to be 𝑡 2 ( 3𝑡 + 1 ) =
𝑘 2 ( 3𝑡 + 1 ) + 1 . There is no m,k ∈ ℤ + to be
𝑚
2 ( 3𝑚 − 1 ) + 1 = 𝑘 2 ( 3𝑡 + 1 ) + 1 . Equation
𝑡 2 ( 3𝑡 + 1 ) = 𝑙 2 ( 3𝑙 − 1 ) + 1 has solution onl y for t
= l = 1 for positive integers. L ike this
( ∑ 𝑄 ( 𝑛 ) 𝑥 𝑛
∞
𝑛=0 ) (1 + 2 ∑ ( − 1 ) 𝑚 𝑥 𝑚 2
∞
𝑚=1 )
= ∑ 𝑄 ( 𝑛 ) 𝑥 𝑛
∞
𝑛=0
+ 2 ∑ 𝑄 ( 𝑛 ) 𝑥 𝑛
∞
𝑛=0 ∑ ( − 1 ) 𝑚 𝑥 𝑚 2
∞
𝑚 =1
= ∑ 𝑄 ( 𝑛 ) 𝑥 𝑛 + 2 ∑ (∑ 𝑄 ( 𝑛 − 𝑙 2
𝑛
𝑙 =1 ) ( −1 ) 𝑙 ) 𝑥 𝑛
∞
𝑛 =1
∞
𝑛=0 = 𝑄 ( 0 )
+ ∑ (∑ 𝑄 ( 𝑛 ) + 2 ( −1 ) 𝑙 𝑄 (𝑛
𝑛
𝑙 = 1
∞
𝑛=1
− 𝑙 2 ) ) 𝑥 𝑛
𝑥 𝑛 coeff i cients are comparable.
If th ere is m ∈ ℤ + to be 𝑛 = 𝑚
2 ( 3𝑚 − 1 ) 𝑜𝑟 𝑛 =
𝑚
2 ( 3𝑚 + 1 ) , the 𝑥 𝑛 coefficients in the equation are
compared.
∑ 𝑄 ( 𝑛 ) + 2 ( −1 ) 𝑙 𝑄 (𝑛 − 𝑙 2
𝑛
𝑙 = 1 ) = ( −1 ) 𝑚 ,
otherwise
∑ 𝑄 ( 𝑛 ) + 2 ( −1 ) 𝑙 𝑄 ( 𝑛 − 𝑙 2
𝑛
𝑙 = 1 ) = 0.
R EFE R ENCES
[1] Al, B ., Alkan, M. ( 2018 ). A Note on Relation s among
Partitions, T he Med iterranean Internatio nal Conference
of Pure& Applied Mat hematics and Rela ted Areas
(MICOPAM 20 18), Proceedings Book o f MICOP AM
2018.
[2] Al, B., ( 2018). Mac Mahon P artition Anal ysis in
Positive Inte gers, MSc T hesis in Mathe m atics, Akdeniz
University, Antalya..
[3] Andrews, G.E. ( 1976). T he T heory o f Partitions,
Addison-Wesle y Publishing, Ne w York..
[4] Andrews, G.E., Erikso n, K. (2004 ). I nteger P artitions,
Cambridge Universit y Press, Cambridge
[5] Apostol, T.M. (19 51). On the Lerch zeta fun ct ion,
Pacific Jo urnal of Mathematics, 1, 161 - 167 .
[6] Apostol, T.M. (1976). I ntr oduction to Anal ytic
Number Theor y, Springer -Verlag, Ne wYork, 304 - 325
[7] Chen, S.C. (2011). On The Num ber of P artitions w it h
Distinct Even Parts, Discrete Mathem atics, 311, 94 0 -
943.
31
[8] Euler, L. (198 8). Introduction to Analysis of t he
Infinite, 1, Sp ringer-Verla g (translation b y J.D. Blanton),
256 - 283.
[9] Ewell, J. A. ( 1980 ). Recurrences for T wo Restricted
Partition Function s, Fibonacci Quarter ly, 18, 1, 1 - 2.
[10] E w ell, J .A. (200 4). Recurren ces for the
Partition Fu nction and Its Relatives, Rocky Mo untain
Journal of Mathematic s, 34, 2 .
[11] Hardy, G.H., Wr ight, E.M. (19 60). An introd uction to
the T heory o f N umbers, 4 th ed., Clarendon Press,
Oxford, 2 73- 295 .
[12] MacMahon, P .A. ( 1921 ). Note on t he Parit y o f the
Number W hich Enumerates the Partitions of a Number,
Pro ceeding C a m b ridge P hilosophical Societ y, 20, 28 1 -
283.
[13] Merca, M. (20 17). Ne w Relations for the Nu m ber o f
Partitions with D istinct E ven P arts, Journal o f Nu m ber
Theor y , 17 6, 1 - 12.
[14] Merca, M. ( 2017). On the Arithmetic Mean of t he
Square Roots of the First n P ositive I ntegers, College
Mathematics Journa l, 48, 2, 129 - 133.
[15] Srivatsan, C.S., Murthy, M .V.N., B haduri, R.K.
(2006). Gentile Statistics and Restricted P artitions,
Pramana, 66 , 3, 485 494.
[16] Watson, G.N. (19 37). Two T ables of Partitions,
Pro ceeding London Mathemat ic Society, 42, 5 50 -556.
[17] Zoghbi, A.C. (1 993). Algorithms for Gener ating
Integer Partitions, M.S. Thesis , University o f Ottawa.
[18] Zoghbi, A.C., Stoj menovic, I. (1 9 98). Fast
Algorithms for Generating I nteger P artitions,
International J ournal of Co mputer Mathe matic, 70, 2,
319 - 332.
4th Interna tional Con ference on Ap plied Engineering a nd
Natural Sc iences
https://www.i caens.com/
November 10- 13 , 2022, Ko nya, Turkey
32
Ayçiçeği’nin Dün yada ve Ülkemizde ki Mevcu t Üretim Duru mu ve
Yüksek Oleik Asi t İçeren Çeşi tlerin Öne mi
Nazire Gülşah Kütük Dinçel 1*
1 Tıbbi Aroma tik Bitkiler Bölümü / Sivas Tekn ik Bilimler Meslek Yü ksek Okulu , Sivas Cumh uriyet Üniversitesi , Türkiye
* nazirekutuk@cu mhuriyet.ed u.tr
Özet – Ayçiçeği ( Helianthus annuus L .) Papatyagiller familyasına ait kı y metli bir e ndüstri bitkisi dir.
Bitkisel yağ elde etmek için y ağlı tohum lular arasında ekim alanı ve ü retim miktarı olarak dünyada
dördüncü, ülkemiz de ise birinci sırada yer almaktadır. A yçiçeği bitkisel ya ğ üretiminde kull anılmasının
y a nı sıra h a y van y emi, biodiz el üretimi ve ya kacak olarak da değerlendirilebilmektedir. İnsan besl enmesi
için yağ l ar elzem besin maddeleri dir. Ya ğ kalitesine etki eden fiziksel ve k im y asal kalite standart larının
başında y ağ a sit kompozis y onund a y er alan do y m uş ve do y mamış y a ğ asitlerinin ora n ı önem teşkil
etmektedir. Ayçiçeğ inin y a ğ oranı genel olarak % 40-50 sevi y esinde belirlenmiş olup, yağ asit
kompozis y onu incelendiğinde do y m amış y ağ asitlerince zen gin oldu ğu belirlenmiştir . Doym amış yağ
asitlerinden olan oleik y a ğ asitinin varlığı y ağların insan sağlığı için d aha y ararlı olması, damar ser tliği gibi
hastalıkların oluşu munu engellemesi, var ol an hastalı kların geriletilmesini katkı vermesi, bunun y a nı sıra
y a ğlara daha uzun raf ö mrü sağlaması, t ermal k ararlılık yağ l aması, oksi dasyona direnç göstermesi , daha
kaliteli kız artmalık yağ o lması, bi y odizel üretimi için daha v erimli olması gibi sebeplerle bitkisel yağ l ara
değer katan önemli bir yağ asitidi r. Ayçiçeği’nin y ağ kompozis yonunda genel olarak % 70 linoleik asit,
%20 oleik asit, % 10- 11 palmitik ve stearik asit bulunmaktadır. A y ç içeği ye ti ştirildiği farklı ekolojilere
göre, y apılan kültürel i şlemlere göre (ekim zamanı, sulama olanakla rı gibi) oleik içeriği artırıldığı
belirlenmiş bir bitkidi r. Oleik asitin öneminin fark edilmesi ve a y çiçe ğinin bu b akımdan
zenginleştirilebilmesinin tespit ed ilmesi y le oleik tip olarak gelişitirilen çeşitlerin A BD ve Avrupa
ülkelerinde ekim alanları son y ıllarda artmakta dır. Bu derlem ede literatür incelenerek bitkisel y a ğ
üretiminde önemli bir y eri olan a y çiçeği bitkisinin dün y a da ve Türki y e’deki mevcut durumu inc elenmiş
olup, oleik yağ asidi içeriği zenginleştirilmiş y a ğların önemi üzerinde duru lmuştur.
Anah tar Kelimeler – Ayçiçeğ i, Yağ b itkileri, Yağ Asit komp ozisyonu, Oleik tip Ayçiçeği, Oleik asit
I. Gİ R İ Ş
Ayç içeği ( Helianthus annuus L . ) Pap atyagiller
familya sına ait, 2n=34 kromozom sa y ısına s ahip,
Kuzey Amerika kökenli önemli bir y a ğ bitkisidir.
H alk ara sında g ün ebakan, gündöndü g ibi farklı
isimlerle de tanınır. Dü nyada gıda v e endüstriyel
amaçla üretilen bit kisel y a ğlar içinde a y çiçeği;
palm y ağı, so y a yağ ı ve kanola y ağının ardından 4.
s ırada ü retilen y ağlı tohumlu bitkil erd ir [ 1], [2 ], [3 ].
Ayç içeği y ağı, içerdiği y a ğ asit kompoz isyonu
say esinde kaliteli nit elik göster en bir bitkisel y a ğ
olmasının yanında, tokoferol içeri ği bakımından da
diğer y ağ bitkileri il e kıy a slandığında daha z engin
bir y ağdır. Bu özellik dışında içeri sinde bulunan
tekli ve çoklu bağ yapılarına sahip doymamış yağ
asitleri vasıtası y la gıd a amaçlı bitkisel yağ
üretilmesi dışında endüstri y el alanda da farklı
kullanım alanları bulunmaktadır. Ayçiçeğinin
bitkisel aksamı değerlendirilebilir öz ellikte dir. Y ağı
çıkarıldıktan sonra geri kalan bitkisel artıklarının
hay van ye mi, biy odizel üre ti mi ve y akacak madd esi
olarak kullanılabilmesi sebebiy l e ülkemiz de ve
diğer dün y a ülkelerinde e kim ve üretim alanları he r
geçen gün artış göstermektedir . Özellikle 20. y y .
ortalarından itibaren başla y a n ve günümüze kadar
süren dönemde dün y a nü fusu oransal olarak hızla
artmıştır. B itkisel yağ l ar enerji v e protein iht iyacını
karşıla y abilmektedir. Bu noktada farklı ekolojiler
33
de yetişme y et eneğine sahip olan ay çiçeğinin
üretimi dünya genelinde geniş ekim alanlarına
y a yılmıştır [2], [3 ]. Ülke miz bitkisel yağ ihti yacının
y a klaşık %60’ını a yçiçeğinden ka rşılamaktadır.
Ayç içeği y aklaşık olarak %40 - 50 oranında y a ğ ve
bunun y anı sıra ya klaşık %20 or anında p rotein
içermesiyle dikkat çeken bir endüstri bitkisidir [4].
Son y ıllarda y aşan an nüfus artışı karşısında a ynı
oranda artma y an y a ğ üretim mi ktarı sebebi y le
bitkisel y a ğ açığı bu lunmaktadır . Bu durum
sonucunda farklı kull anım kabiliye tlerinin etkisi yle
ve üretim oranlarının artırılması amacıyla a y çiçeği ,
Tarım ve Orman Bakanlığı tarafında n “Stratejik
Ürün” olarak ele alınmaktadır [5] .
FAO (Food and Agricultere Organization of the
United Nations)’ dan alınan bil giler eşliğinde
Ayç içeği tarımının , diğer dün ya ülkelerindeki
durumunu Tablo 1’de incelediğimizde en fazla
Ukrayna , Rus y a ve bazı Avrupa Birliği ülkelerinde
y a pıldı ğını görmekte y iz [6]. Bu ülkeler toplu ol arak
değerlendirildiğinde 202 0 y ılında dün ya üretim inin
%75,3'ünü karşılamışlardır. Türki y e ’nin ise düny a
ay çiçeği üretimindeki pay ı nın 2020 yılında %2,8 0
olduğu belirlenmiştir [7]. Türkiy e’de ayçiçeği
üretimi başlıca Trak y a Bölgesi y apılmaktadır,
bunun y a nı sıra Kon y a ve Adana gibi bölgelerde de
ekim alanları a rtmaktadır . Ancak m evcut durumda
ülkemizde üretilen ayçiçeği ihti y acı mızı
karşılayamama ktadır [ 3].
Tablo 1 . Dünya Ayçiçeği To hum Ür etimi ( Bin ton) [6 ].
Ülkele r
2014
2015
2016
2017
2018
2019
Ukray na
10.940
10.000
12.100
15.100
13.500
15.254
Rusya
10.200
9.000
9.700
11.600
11.000
15.379
AB
9.110
8.920
7.770
8.640
9.990
10.821
A rjantin
2.310
2.700
2.830
3.300
3.400
3.825
Çin
2.420
2.380
2.700
2.610
2.580
2.420
A BD
920
1.000
1.330
1.200
970
881
Türkiy e
1.450
1.200
1.350
1.450
1.700
2.100
G . Af rika
830
660
760
870
860
678
Hindistan
580
390
360
-
-
216
Ülkemizde ki ekim, ür etim ve verim durumu T ablo
2’de değerlendirildiğinde yıllara göre değişmekle
beraber son y ıllarda a y çiçeği ekim alanının 700 b in
hektarı geçmiş olduğu ve yağlık ve çerezlik üretim
miktarımızın 2.415.000 ton olduğu g örülmektedir
[7].
Tab lo 2. Türkiy e’de Ayçiçeği Eki m , Üreti m ve Veri m
Rakamları [7] .
Yılla
r
Ekim Alanı
(dekar)
Üretim (ton )
Verim
(kg/da)
Yağlık
Çerezlik
Yağlık
Çerezli
k
Yağlı
k
Çerezli
k
2011
556000
0
997000
117000
0
150000
210
165
2012
504600
0
100000
0
117000
0
165000
238
170
2013
520200
0
895000
120000
0
170000
265
160
2014
524000
0
104900
0
138000
0
143000
268
150
2015
568900
0
116300
0
148000
0
157000
264
155
2016
616700
0
103300
0
150000
0
180000
243
165
2017
681300
0
982000
180000
0
164000
264
167
2018
648900
0
855000
180000
0
149000
277
174
2019
675900
0
766000
195000
0
150000
288
196
2020
650800
0
779000
190000
0
167000
292
214
2021
811300
0
898000
221500
0
200000
273
223
2021-
Toplam
9011000
2.415.000
268
Türkiye’nin g ıda ve endüstri a maçlı bitkisel y ağ
ihti y acı, nüfus artışına ve kişi başına tüketilmesi
gereke n у ağ oranına bak ılarak değerlendirildiğinde
ihti y acı k arşıla y a cak üretimin y apılamadığı tespi t
edilmektedir. Bu ihti yaç açığı diğer ülkelerle
kıyaslandığında Türki y e’de daha y üksek o ranlarda
sey retmektedir. Türki y e ’nin y ıllı k toplam yağ
ihti y acı y aklaşık olarak 1 ,5 mil yon ton civarındadır.
Bu rakamın 10 bin tonu ha y v ansal yağlardan, geri ye
kalan kısmı ise bitkisel yağlardan temin
edilmektedir. Ülkemizde üretilen toplam bitkisel
y a ğlar içerisinde a y çiçeği y ağının mi ktarı o rtalama
1 mil y on ton ile birinci sıradad ır. Ülkemiz tohum ,
y a ğ ve küspe g ibi a y çi çeğinin değişik formları nı
ithal etmektedir [ 5]. A y çiçeğinin farklı formlarında
var olan bu açı ğın giderilebilmesi için ekim
alanlarının ve birim a landan elde e dilen verimin
arttırılması gerektiği b elirlenmiştir [8]. Türkiye’de
kurulu 153 adet bit kisel y a ğ ür etimi işletmesi
40
ekstraksi y on süresinin (30 dak) saponin içeriğini
muhtemel bir saponin - diğ er m adde etkileşiml eri
nedeniy le azaldığı tespit edilmiştir. Yükse k
ekstraksi y on sıcaklığı ve pH değerlerinde örn eklerin
daha çok köpürebildiğ i s onucuna ulaşılmıştır.
Şekil 1. Köpük kapasitesi için te mel etki grafiğ i
Köpük kapasitesi değerini maksimuma
y ü kseltmek am acıyla Ta guc hi S/N y anıt analizleri
gerçe kleştirilmi ştir (Tablo 3). Yanıt tablosu
incelendiğinde maksimum köpük kapasitesi S/ N
oranları için ekstraksiyon parametreleri A 2 B 3 C 3
olarak bulunmuştur. Daha y üksek s aponin ekstraktı
için opti mum ekstraksi y on değişkenleri sonikas y on
süresi, sonikasy on sıcaklığı ve pH değe rleri için
sırasıyla 20 dak, 60 °C ve 7 olarak belirlenmiştir.
Saponin madde ekstr aksi y onunda en etkili süreç
paramet resinin sonikas yon sıcaklığı olduğu tesp it
edilmiştir. Bu parametre y i sırası y la pH ve
sonikasyon süresi değişkenle ri izlemektedir.
Tab lo 3. Köpük kapasitesi için S/N yanıt tablos u
Seviye
A
B
C
1
43,53
43,41
43,25
2
43,66
43,09
43,40
3
43,38
44,08
43,93
Delta
0,28
1,00
0,68
Sıra
3
1
2
B. K öpük stabilitesi için Taguchi opti mizasyon
sonuçları
Köpürtme işlemi sonucunda elde edilen köpükt e
sürekli (sıvı) ve süreksiz (hava ) fa zların mümkün
olduğunca dengede olması hedeflenmektedir [12] .
At kestanesi ekstraktının köpürtülmesi sonucunda
elde edilen köpüklerin drenaj y arı süreleri S /N
oranları ortalaması Şeki l 2’de verilmişti r. Ş ekerli
ortamda hazırlanan köpük örneklerinin
stabilitelerinin ekstraksiy on faktörlerinden köpük
kapasitesine benzer şekilde etkilendiği
belirlenmiştir. G rafik in celendiğinde, 20 dakikalık
ekstraksi y on süresinin en verimli seviye oldu ğu
anlaşılmaktadır. A y rıca, daha uzun ısıl işlem
uygulama l arında ve nötral koşullarda saponin geçişi
daha fa zla oldu ğu çıkarımı yapılabilir.
Şekil 2. Köp ük stabilitesi için te m el etki gra fiği
Köpük stabilitesi için gerçekleştirilen analiz
sonucu S/N oranları Tablo 4’de verilmi ştir. Daha
y ü ksek köpük stabilitesi S/N oranları değerleri için
optimum kontrol parametre l eri A 2 B 3 C 3 ’dü r.
Çalışma koşullarında, sulu ortamda pH değeri 7’ ye
ay arlanan at k estanesi karışımının 60 °C’de 2 0
dakikalık ekstraksi yonu sonucunda daha st abil bir
köpük eldesi mümkündür. Bununla birlikte, p H
değeri köpük stabilitesi üzerine e n etkili kontrol
parametresi iken sonikas y on sür esi ba ğımsız
değ işkeninin köpük stabilit e değerlerine etkisi en
düşük bulunmuştur.
Tab lo 4. Köpük stabilitesi içi n S/N yanıt tablos u
Seviye
A
B
C
1
34,93
35,47
34,17
2
36,46
34,00
30,82
3
34,58
36,49
40,98
Delta
1,87
2,49
10,16
Sıra
3
2
1
C. Doğrulama deneyi
Tag uchi tekniğinde do ğrulama testi, elde edilen
çıktıları netleştirmek için öne mli bir adım olarak ele
alınır ve istatistiksel ana liz için şiddetle tavsi y e
edilir. Bu analizin birincil amacı, testleri ve yanıtları
doğrula m aktır. Do ğrulama den e y lerinin S/N
41
oranları sonuçları Tablo 5’de verilmiştir. Köpük
kapasitesi ve köpük stabili tesi için optimal koşullar
(A2B3C3) a y nı olduğundan bu koşullarının test
edilmesi gerekmektedir. Öngörülen sonuçlar
Minitab 19.0 y azılımıy l a belirlendi. Optimu m
parametrelere göre ge rçekle ştirilen dene y lerd e S/N
oranlarında önemli i y il eşmeler tespit edildi. Köpük
kapasitesi ve köpük st abilitesi y anıtlarının S/N
oranlarında başlangıç parametresi (A1B1C1) S/N
oranlarına göre sırası y l a %3.14 ve % 16.92 oranında
iyileşme sağ lanmıştır.
Tab lo 5. D oğrulama dene y i S/ N oranı son uçları
Seviye
Başlangıç
parametreleri
A 1 B 1 C 1
Tahmin
A 2 B 3 C 3
Doğrulama
deneyi
A 2 B 3 C 3
S/N
iyileşme
oranı
%
Köpük
kapasitesi
(%)
43.30
44.63
44.66
3.14
Köpük
stabilitesi
(dak)
36.65
43.28
42.85
16.92
IV. SONUÇ L AR
Bu çalışmada y üksek köpük kapasitesi ve köpük
stabilitesi için optimal ultrasonik ekstraksi y o n
koşullarını belirlemek için Taguchi yöntemi
başarıyla u y gulandı. At kestanesi me yvesinin
ultrasonik ekstraksi y onu nda 3 faktör v e 3 sevi yeden
oluşan bir dene y s el tasarım (L9) kullanılmıştı r. At
kestanesinden köpük y a pıcı madd e
ekstraksi y onunda sonikas y on süresi, soni kasyon
sıcaklığı ve pH ba ğımsız değişkenlerinin sevi yeleri
başarıyla optimiz e edildi. Birde n fazla değişkenin
optimizas y onunda T aguchi y öntemini n baş arı yla
uygulanabileceğ i belirlendi. At kestanesinin gıda
köpük sis temlerinde kullanılabilirliği ile ilgili dah a
detay lı çalışmalara ihti y aç duyulmaktadır .
KAYNAKL AR
[1] I. Góral, A. Stoch m al, ve K. Wojciec howski, “Surface
activity of the oat, horse chestnut, co wherb, so ybean,
quinoa a nd soap wort extrac ts – I s it o nly d ue to
saponins? ”, Colloid s Interface Sci. Commun . , c. 42 , sayı
January, 2021 , doi: 10.101 6/j.colcom.2021.10 0400.
[2] M. J arzębski vd . , “Aesculu s hip poca stanum L. extract as
a p otential e mulsion stabil izer”, F ood Hydrocoll. , c. 9 7,
sayı May, 20 19, doi: 10 .1016/j.foodhy d.20 19.105237 .
[3] I. Gór al ve K. Wojciechowski, “Surface activity and
foaming prop erties of saponin - rich plants extracts”, Adv.
Colloid I nterface S ci. , c. 279, s. 1 02145, 2020, doi:
10.1 016/j.cis.2020.102145 .
[4] S. Amiri, A. S hakeri, M. R. Sohrabi, S. Khalaj zadeh, ve
E. Ghase mi, “Optimization of ultrasonic as sisted
extraction of fatty acids fro m Aesculus hippocastan um
fruit b y re sponse s ur face met hodo logy ”, Foo d Chem. , c.
271, sayı December 20 16, ss. 7 62 – 766, 2 019, doi:
10.1016/ j.foodch em .2018.07.144.
[5] S. Böttcher ve S. Dr usch, “Interfacial Pro perties of
Saponin Extracts and Their I m pact on Foa m
Characteristics”, Foo d B iophys. , c. 11, sayı 1, ss. 9 1– 10 0,
2016 , doi: 10.1007/s1148 3 -015- 9420 - 5.
[6] M. I. Dias, C. Albiston, M. Añibar ro -Ortega, I . C. F. R.
Ferreira, J. Pinela, ve L. Barro s, “Sonoextraction of
phenolic co mpounds and sapo nins from Aesculus
hippocastanu m seed kernels: Mod eling and
optimization”, In d. Crops Prod . , c. 185, sayı June, 20 22,
doi: 10 .1016/j.indcrop.202 2.115142.
[7] A. Asghar, A. A. A. Raman, ve W . M. A. W . Daud, “A
Comparison o f Central Co mposite Design and T aguchi
Method for Optimizing Fento n P rocess”, Sci. World J. , c.
2014 , 2014, doi: 10.1155/2 014/869120.
[8] A. A. Almetwally, “Mult i -o bjec tive Optimization of
Woven Fabr ic Par ameters Usi ng T aguchi – Gr ey
Relational Analysis”, J. Nat. Fibers , c. 17, sayı 10 , ss.
1468 – 14 78, 2020, doi :
10.1080/ 1544 0478.20 19.1579 156.
[9] M. S. Sadahira, M. I. Rodrigu es, M. Akhtar, B. S.
Murray, ve F. M. Netto , “Ef fect of egg white p rotein -
pectin electro static interactions i n a hi gh su gar conte nt
system on foaming and foam rheological properties”,
Food Hydrocoll. , c. 58, ss. 1 – 1 0, 2016, doi :
10.1016/ j.foodhy d.2016.02. 007.
[10] R. B . W atharkar, S. Chakraborty, P . P . Srivastav, ve B.
Srivastava, “Foa ming an d foa m mat dr ying
characteristics of rip e banana [ Musa balb isiana (B B)]
pulp”, J. Food P rocess Eng. , c. 44 , say ı 8, 2021, d oi:
10.1 111/jfpe.13726 .
[11] E. Dicki nson, “M ixed bio po lymers at interfaces :
Competitive adsor ption and m ultilayer structure s”, Foo d
Hydroco ll. , c. 2 5, sayı 8, ss. 1 966 – 1983, 2 011, do i:
10.1016/ j.foodhy d.2010.12. 001.
[12] E. A. Fo egeding, P . J. Luck, ve J. P . Davis, “Fact ors
determining the physical prop erties of protein foams”,
Food Hydrocoll. , c. 20, sayı 2 -3 SP EC. ISS., ss. 284 – 292,
2006, doi: 1 0.1016/ j.foodhy d.2005.03. 014.
4th Interna tional Con ference on Ap plied Engi neering and
Natural Sc iences
https://www.i caens.com/
November 10- 13 , 2022, Ko nya, Turkey
42
EGE BÖLGESİ NDEN T OPLANA N ÇİĞ İNE K SÜT
ÖRNEKLERİN DEN SIVI KROMATO GRAFİ YÖNTE Mİ (HPLC) İL E
ANTİBİYOTİ K KALINTILA RININ BELİ RLENM ESİ
Büşra Aydın 1* , İ b rahim Bulduk 2 ve Safiye Elif Korcan 3
1 Moleküler biyo loji, Lisans Ü stü Eğitim En stit üs ü, Uşak Üniversite si, Türkiye
2 Kimya Bölümü , S ağlık Bilimleri Fakü ltesi , Uşak Üniversite si , Türkiye
3 Sağlık Hizmetleri Me slek Yü ksekoku lu, Uşak ü niversite si , T ürkiye
* (busra.aydin .canka [email protected] )
Özet – Hayvanlarda h astalıkların s a ğa ltımı ve ö nlenmesi, d avranışların değiştirilmesi , g elişmenin
h ızlandırılması, verimin a rtırılması, g ıda kalitesinin i y ileştirilmesi gibi çeşitli amaçlar la kullanılan
antibiyotiklerin ha y vans al gıdalarda bulunmaları halk s ağ lı ğı için potansiy e l bir tehlike oluşt urmaktadır.
Antibiyotiklerin tavsi y e edilen doz ve zaman ara lığının üretici tarafında n kontrolsüz uyg ulanma sı g ibi
faktörler doğrudan toksik etki oluşturabilecekleri gibi bağışıklık sis teminin baskılanmasına, alerjik
reaksiyonlara, bağırsak mikrobi y otasının boz ulmasına, kansere, antibi y otiğe dirençli mikroorganizmaların
ortay a çıkmasına neden olur. Bununla birlik te anti biy oti k kalıntıları üretilecek fermente gıdaların
kalitelerinde düşüklüğe yol açabilir ve bu du rum hem üretici y e he m de ülke ekonomisine yük oluştur abilir.
Bu çalışma Uşak ve çevre il lerden toplanan çiğ inek sütü örneklerinde y ine bölgede y a ygın olarak
kullanılan antibiyotiklerin çiğ sütt eki kalıntılarının HP L C metodu ile belirlenmiştir. Bu amaçla bö lg ed e
y a ygın olarak kullanılan clinex, flurac, spirotek antibi y otikleri standart olarak kullanılmıştır. Bu üç etken
maddenin eş z amanlı kantifikasyonu için kromatografik analiz metodu geliştirilerek valida syonu
y a pılmıştır. Analiz sonucunda 6 7 adet örneğin %47,76 sını n clinex ,%2 8,359'nun spirotek ,%29,86'nın
fluroc antibiyotiklerini içerdiği belirlenmiştir. Anali sonuçlarında belirlenen kalıntı miktarları gıda
güve nli ği açısından risk oluşturmasada zamanla tüketime bağlı olarak vücutta birikimi sonucunda tük etici
sağlığını tehdit edebile ciği düşünülmektedir.
Anah ta r kelime; A ntibiyotik, kalıntı , süt, HPLC , va lidasyon
I. Gİ R İ Ş
H ayvanlar da hastalıkların sağaltımı ve önlenmes i,
davranışların de ğiştirilmesi , ge lişmenin
hızlandırılması, verimin artırılması, gıda
kalitesinin i yileştirilmesi gibi çeşitli amaçlarla
kullanılan antibi y otiklerin hay vansal gıdalarda
bulunmaları halk s ağlığı için potansiyal bir tehlike
oluşturmaktadır. Antibi yotiklerin tavsi y e e dilen d oz
ve zaman aralığ ının üretici tar afından kontrolsü z
uygulanma sı gibi faktörler doğrudan toksik etki
oluşturabilecekler i gibi bağışıklık sis teminin
baskılanmasına, alerjik reaksiyonlara, bağırsak
mikrobiyotasının boz ulmasına, kansere,
antibiyotiğe dirençli mikroorga nizmaların ortaya
çıkmasına neden olmaktadır. Bu y üzden
çalışmamızda uşak ve çevre illerden bü y ük baş
hay van y e ti ş ti ricilerin den alınan süt örneklerinde
y i ne bölgede y a y gın olarak kull anılan
antibiyotiklerinin kalıntı miktarının belirlenmesi
için likit kr omatogra f ik metod geliştirilmiş ,
validasy onu yapılmış ve y etmişe y akın örnekte
antibiyotik kalıntı miktarı belirlenmiştir.
K ullanı lan antibiy otik etken m addelerinden Spi ramisin
bir mak r olid antibiyotik ve antiparaziterdi r .
Toksoplaz mo z ve diğer çeşitli yum uşak doku
enfeksiyonlar ını tedav i etmek için kullanılır. [1] Avrup a,
Kanada ve Meksika’da kullanılm asına rağm e n,
spiram isin Am er ika Birleşik Devletleri’nd e hala
43
deneysel bir ilaç olarak kabul edilm ektedir.
Antibakteriye l spekt rum, Gram poziti f kok l ar ve
çubuklar, Gram negatif koklar ve ayrıca Legione l lae,
m i koplaz m alar , klamidy a , bazı spiroket türleri,
Toxoplasm a gondii ve Cryptosporidium türlerin i içerir.
Enterobakter iler, pseudom onadlar ve pato jenik k üfler
spiram isine karşı diren çlidir. [2],[3] Etk isi esas olarak
bakteriyos tatiktir, son dere ce hassas suş larda bakteris i t
etki gösterir. Spiram isin sığırlarda p nömoni, enterit,
kolibasili, salm onella, artrit, m astitis, m et ritis, v ajinit,
ürogenital e n feksiyonlar g ibi hasta lıkların tedavisind e
kullanılır [4].
Ceftiofur geni ş spektru mlu üçüncü kuşak bir
sefalosporin ant ibakteriyeld ir. Bakterile rde hücre duvar ı
sentezine engel olarak bakterisit et ki gösterir. Etki şekli
yönünden geniş spek turumlu penisilinlere benzer. Beta -
laktam az üreten suşlar dâhil g ram pozitif ve gram negatif
bakterilere etkilidir [5]. Ceftiof ur genel olarak vücut
doku ve sıvılarına yüksek oranda yay ı lır. Uyg ulama
sonrası hı zl ı b ir şek ilde m et abol iti olan
desfuroylce ftiofur’a dönüşü r. Ceftiof ur’a başlıca duy arlı
bakteriler: E.coli, Klebsiel la sp, Proteus sp, Salmonella
sp, Haemoph ilus sp, Pasteurella s p, Clostridium sp,
Fusobacterium sp, Strep tococci ( enterokoklar hariç ),
betalaktam az üretenler dâhil Actinobac i llus sp. ve
benzilpenisi line duyarlı pe k çok gram pozitif bakteridir.
Orta dereced e duyarlı bakteriler: Staph. aureus ,
Enterobacter sp , Serratia sp, bazı Citroba cter sp., bazı
Pseudomanas aeruginosa suşları , d irençli bakteriler ise
Acinetobacte r sp., Bordetella sp., e nterococc i ve
m etisi line di rençli S. aureu s suşlarıdır [6 ].
Florfenik ol , Gram pozitif ve Gra m negatif aeroblar ve
anaeroblar dâhil olm ak ü zere çok geniş bir aktivite
yelpazesine sahip, zamana bağlı, bak teriyostatik bir
asetam id antibiyotiktir. Tiam fenikola göre Florlanm ış
sentetik bir antibiy ot iktir. [ 7]. Gene l olarak veteriner
uygulam al arında kullanı lır.
Bakterilerin ribozom la rına bağlanan flo rfenikol, pep t id il
transferaz enzim ini bloke eder ve böylece protein
sentezini engelleyerek etkisini gösterir. Florfenikol
vücutta y aygın olarak dağılır v e k an - beyin bariy erini
geçer [8], [9].
Florfenik olün dokulardaki dağılı m ı oldukça iyidir.
Özellikle akciğer, kalp, pankreas, iskelet kasları, dalak
gibi or ganla ra yoğ un olarak geçm e ktedir. Dok ulardak i
konsantrasy onu en az ser um daki konsantrasy onları kadar
yüksek tir [ 9] . Protein e bağ lanma oranı % 12.7-18.6
arasındadır. Flo rfenikolün y aklaşık %64’ ü idr arla bir
kısm ı da feçesle atılır [10 ].
Florfenik ol sığır solunum yol u hast alığının ted avisinde
ve sığır inte rdigital ba l gam ı nın tedavisinde kullanılır.
Florfenik olün de içinde bulunduğu amfenikoller grubu,
bakterilerin peptidil transferaz aktivitesin i eng elleyerek
çalışan antibiyotik lerdir ancak aynı işlevi insan ve
hayv an hücrel eri ndeki m it okondrinin işlev lerini
durdurm ak için de görür. Böy lece mitokondride protei n
sentezini durdu rur ve hücrenin çalı şm ası bozulur. Bu da
insanda çok l u organ t oksisitesine sebe p olur.
Y apılan araştırm alara göre, Florfen ikol; c anlıların
sirkadiyen döngüleri üzerinde değişik liğe sebep olabili r
ve hat ta ölüme se bep olabilir. Bu ürünün belli doz
üzerinde uygulanm as ı ca nlı lar için ölüm cüldür. Yine
Amerika Birleşik Devle tleri’nde yapılan bir araştırm aya
göre Florfenikol hemat opoietik hücre lerin hücre
döngüsü durmasın ı ve apoptozisini uyarır. Perife rik kan
hücrelerinin sayısın ı az altarak k e mik iliği hematopoietik
m i kro ortamını değiştirir. Bu da hücre döngüsünün
durmasına v e hücrenin ö lmesine se bep olur.
Florfenik ol, süt ve et yoluy la insana g eçebilm es idir.
II. MATERYAL VE YÖNTEM
II.I.Reaktifler
Trifloroaset ikasit ve asotonitril sigm a al ldric h
firmasından satın alındı. Clinexin (5 0mg / ml), florac
(300mg / ml) v e spirotek (187,5m g/ml) lokal v eteri ner
alaçları satıcılarından tem in edildi. S üt ör nek l eri ise yerel
büyük baş havy an yetiştiricilerinden farklı zam an
aralıklarınd a toplandı.
II.II. λmax'ın bel i rlen mesi
Ultra saf su içinde ceftiofur, florfenik ol, spiramisin etken
m addeleri sırası ile 20 µg mL -1 standart çözeltileri
hazırlanarak UV spektrofotom etr e ci hazında ( Shim adzu
UV -1800 spektrofotom et re ) 200 -1100 nm dalga boyu
aralığında tarandı. clinexin,flurac, spirotek antibiyotik l er i
için UV spek trumundan λmax değer i belirlendi.
Bir Milli- Q Su sa flaşt ırma sistemi kullanı larak
iletkenliğ i 0,05 μS cm -1 den düşük olan ultra saf su elde
edildi ve de neysel çalışm alarda kullanıldı.
II.III Kromato grafik Koş ullar
HPLC anali zi, dört lü gradien t pompa, otomatik numune
örneklem e ci hazı, vak umlu gaz giderici, term ost atlı
kolon bölmesi, UV dedektörü ve Chem station yazılım ı
ile donatılm ış bir Agilent 1260 HPLC sistem inde
gerçekleştir ilmiştir. Kromatograf ik a nalizle r, agilent
m arka extend C 18 ( 250x4, 6 mm 5 mikron partikül) k ol on
44
üzerinde gerçekle ştirilmiştir. Mob il faz olarak % 0.1
TFA içeren u ltra saf su(A ) v e ase tonitril (B) kullanı ldı.
Mobil faz (A) dan %75 v e Mobil faz ( B) d en %25
hacimsel oranında kullanıl dı. Mobil faz, 0.45 µm' l ik bir
m embran f iltreden süzüldü ve kullanımdan önce gazı
alındı. Krom at ografik analiz 25 0 C sı cak lıkta
gerçekleştir ilmiştir. 1.0 m L dk -1 akış hızı k ullanılarak
çalışma süresi 10 dk. Enjeksiyon hacm i 20 μL idi ve
dedektör dalga boy u 230 nm'y e a yarlandı.
II.IV.Standar t Çözeltilerin Haz ı rlanması
Antibiyotik lerden ultra saf su i le 500 µg mL - 1 stok
standart solüsyon h azırl anıp su ile se yrelti lerek
konsantrasy onu 5, 10, 15, 20, 25 ve 30 µg mL -1 olacak
şekilde standa r t solüsy onl ar hazırlandı.
II.V. Numunenin H azır lanması
2, 5 m l süt ö rneği cam santri f üj tüpüne alındı. Üzerine 1 5
m l 0.1 M fosfa t buffer (pH 8) eklendi. Prot einlerin
pr esipitasy onu için 2 N fosforik asitle pH 4.0- 4.5’e
ayarlandı. 2400 rpm ve 4°C’de 10 dakika boyunca
santrifüj yap ılarak süt proteilerinden arındırıld ı
sonrasında sulu faz şırıng aya çekilerek ardından 0,45
μm' li k Şırınga Filtre leri kullanı larak v iallere aktarıldı
ardından hplc cihazında anal iz için cihazına analiz için
enjekte edild i [11].
II.VI. Validasyon P rosedü rü
T üm antibiy otiklerin standart solüsy onl arı UV
spektrofotom et re cihaında taranarak spe krum ları alı ndı .
230 nm de dedekte edileb ileceği sonucuna varıldı.
Analitik yöntem , Uluslararası Uyum l aştırm a
Konferansı' nın analitik pros edürlerin geçer liliğine ilişkin
kural v e metodlara uygun olarak valide edilm iştir.
Validasyon param etrelerinden (Özgünlük , doğrusallık ,
saptam a sınırı (LOD) ve nicelik sınırı (LOQ), kesinlik,
doğruluk v e sağlamlık) araştırılm ışt ır.
Yeni HPLC yöntem i, çiğ süt örneklerin de
antibiyotik l erin kantifkasy onu için tasarlanm ıştır. Bu
hususlara dayalı olarak validasy on prosedü rü için belirli
bir k onsa ntra syon aralığı s eçilmiştir. Buna g ör e metot
validasyonu için antibiy otiklerin k onsantrasy on aralığ ı
5- 30 µg mL -1 olarak seçilmiştir.
II.VII. Özgünlük :
Yöntem in geçerl i kılınm as ının önemli bir parçası olan
özg ünlük şu şekilde değerlendir ilmiştir: İlk olarak, beli rli
bir mik tarda antibiy otikleri n, bilinen miktard a ultra saf
su içinde çözündürüldü ve 500 µg m L -1 konsantrasyonda
bir stok standart solüsy on hazırlandı. H azırlanan stok
standart çözelt iden ultra saf su ile seyreltiler ek farklı
konsantrasy onlarda (5 - 30 µg m L -1 ) standart çözeltiler
hazırlandı. Standart so lüsyonla r v e num une solüsyonu
HPLC sistemine enjekte edildi. süt örneklerind e bu lunan
diğer safsızlıkları n antibiy otik pikinin doğru
değerlendiri lmesi üzer i ndek i etkisi tara ndı. Num une
analizinden sonra kromatogram l ar, antibiyotik lerin
alıkonm a periyotlarında pik al anı ve süt kaynak l ı
safsızlık in terferansı açısından değ erlendirildi.
II.VII. Doğrusa llık:
Analitik yöntem in doğ rusallığı, 5 i la 3 0 µg mL -1
aralığında standart antibiy oti k çözelt ileri haz ırlanıp
enjekte ediler ek bel irlendi. antibiyotik konsantrasyonuna
karşı pik alanı çizilerek kalibrasyon eğrisi oluşturu lmuş
ve regresyon denklemi eğimi ve kesişme noktası
hesaplanm ıştır. Her bir standart çözelti altı kez enj ekte
edildi. Metodun doğrus allığ ı, elde edilen k alibrasyon
eğrisinin m ut lak ortalama geri k azanım ı, RSD ve R 2 'si i le
ölçülm üştür.
II.IX. Doğruluk:
Yöntem in doğ rul uğu ve geri kazanım ı, spike yöntem i i le
geri kazanım l ar hesaplana rak belirlendi. 5, 15 ve 30 μg
mL -1 ' lik bil inen bir standart çözelti mik tarı biline n
m i ktarda numune sol üsy onuna (40 μg mL -1 ) eklenmiştir.
Miktar, kalibra syon eğrisin in reg resyon denklem i
belirlendi.
II.X.Kesinl ik:
Kesinlik, yöntemin gün içi ve günler arası
tekrarlanabi lirliği üzerinde n değerlendirilmiş tir. Gün içi
tekrarlanabi lirlik, standart solü syonun (antibiyotik
konsantrasy onu, 20 μg mL -1 ) altı kez enjeksiyonundan
elde ed ilen alanların nis pi st andart sapması (RSD %)
belirlenerek aynı gün değerlendiri lmiştir. Gün ler arası
tekrarlanabi lirlik için ayn ı standa rt ardı şık üç gün
boyunca günde üç kez enjekte edildi. Eld e edil en
alanların nispi standar t sapması (RSD %) be lirlener ek
değerlendiri lmiştir.
II.XI.Dedeksiy on limiti (L OD) ve Kanti fikasyon
Limiti:
Dedeksiy on limiti (LOD), i lgili bileşiğin sadece
ölçülebilir olduğu yöntemin kesinliğ i için karak teristik
bir değerken, kantifik asyon li m iti (LOQ) kabul edilebil ir
doğrusallık, doğru luk ve kesinlik ile en düşük
konsa ntrasy ondur. Doğrusallık aralığı, farmasötikler ve
bitki matery al lerinde ant ibiyotik ana lizleri için tatm i n
ediciydi. Bu yöntem de, LOD ve LOQ seviyeleri,
45
kalibrasy on eğrisinin standart sapması ile
hesaplanm ıştır.
II.XII. Sistem uygunluğu:
Sistemin u y gunluğu, ku y r uklanma faktö rü ve pik
alanların ve alıkonma sürelerinin tekrarlanabilirliğ i
belirlenerek değerlendirildi.
II.XIII. Sağlamlık:
Önerilen HPLC yönteminin sağ lamlı ğını
değerlendirmek yöntem koşullarında küçük kasıtlı
değ işiklikler ya pılarak sonuçlar değ erlendirildi.
Mobil fazın akış hızın (±0.1 mL dk - 1 )
Mobil fazdaki asetonitril içeriği (±%2)
Kolon sıcaklığı (± 5 °C)
Mobil faz pH değeri (± 0.10)
Gibi değişiklikler y apıl arak bu koşullar altında
analiz edilmiş ve sistem uygunluk parametrelerine
etkisi gözlemlenmiştir. Bu parametreler, üç paralel
halinde en düşük, orta v e en y üksek etken madd e
konsantrasyonları için 5,10,15,20,25 ve 30 µg mL -1
standartla enjekte edilere k araştırıldı.
III. BULGULAR
III.I. Yöntemin geliştirilme si
Kromatografik koşullar, mobil faz bileşimi, mobil
faz a kış hızı, mobil fa z pH' ı ve kolon ti pi g ibi ç eşitli
faktörlerle optimiz e edilmiştir. Kromatog rafik
koşulların optimizasyonu, i y i bir pik şekli, kısa bir
alıkonma süresi ve ku y ru klanma faktörü g ibi i y i pik
parametreler inin y anı sıra y üksek teorik plaka sa y ıs ı
elde etmek için gerçekleştirilmişti r. Mobil fa z
olarak farklı su:m etanol, su:asetonitril ve
metanol:asetonitril oranları test edilmiştir. C18 ve
C8'in farklı uz unluklarındaki kolonlar test edildi.
A ncak hem kusurlu pik şekli hem de zayıf sistem
uygunluk parametreleri elde edilmişti r. Alıkonma
süresi, mobi l fazın su içeriğ i arttıkça y ükseldi, bu da
daha yüksek bir ku yruklanma faktörü v e asimetri k
p iklerin oluşmasına neden oldu. S üt örneklerinden
antib iyotik miktarının belirlenmesi için etkili bir
y ö ntem geliştirmek ve valide etmek iç in
kromatografik koşullar o ptimize edildi. İlk olarak,
antibiyotiklerin standart s olüs y onunun UV ışınları nı
absorbladığı maksimum dalga bo yu belirlendi. Bu
amaçla 25 µg m L − 1 konsantrasyonda standa rt
solüsyon 200–1100 nm dalga bo y u bölgesinde
tarandı. A ntibi y otiklerin maksimum
absorbsiy onunda temel gürültüyü azaltmak için
2230nm'lik bir d alga boy u seçilmiştir; süt
örneklerinde bu dal ga bo y unda safsızlıkar ve ya
kirletici maddelerden herhang i bir müdahal e
olmadı.
Şekil 1.Spira misin standart sol üsyonlarının UV spek trumu
Ş ekil 2. Florfenicolu n standar t solüsyonları nın UV spe ktrumu
Şekil 3. Ceftio furun standart so lüsyonlarının UV spektr umu
46
Antibiyotik miktar t ayininde kromato grafik
koşulları optimize etmek için birkaç ön çalışma
y a pılmıştır. Çalışmanın başında birk aç tamp on
sistemden oluşan mobil fazlar denenmiş ancak
gerekli sistem parametrelerini
karşılayamamışlar dır. Mobil fa z , başlang ıçta 20 -8 0,
v/v olarak tutulan ç eşitli asetonitril ve su
bileşimlerinden oluşmaktadır. Mobil faz daha sonra
trifloro asetik asit il e asitleştirildi ve tahlil yöntemi ni
belirlemek için farklı akış hızları kullanıldı.
Agilent C 18 (250mm × 4.6mm i.d., 5µm) kolonu ile
birçok farklı öz elliğe sahip kolonlar test edilmiş ve
iyi pik şekilleri (keskin pikler) ve iy i çözünürlük
elde edilmiştir.
Hem numune çözeltilerinde a nti biyotiklerin pikine
müdahale edebilecek safsız lıkları g örmek h em de
belirtilen koşullar altında kolonda ç ok daha uz un
süre matris bileşeni k almadığından e min olmak için
uzun bir sütun kullanıldı ve numune çözeltisi 60
dakika boyunca analiz ed ildi.
Ancak 10dk sonra analize devam etmek hem analiz
süresini hem de analizin mali y etini artıracağı
görüldü. 10 dakikalık an aliz süre si ile ardışık ol arak
sisteme enjekte edilen numune analizi sonucund a
herhangi bir enter feran s pikine rastlanmamıştır.
B unun için analiz süresi 1 5 dk olarak belirlendi.
Kromatografik analiz, 25°C'de gerçekleştiridi; bu,
üstün kromatografik pik şekli, artan kolon verimi ve
düşük kolon basıncı dâhil olmak üzere çeşitli
avantajlara sahiptir ve maliye t etkindir.
Makul alıkonma süresi ve en i y i a y ırma, %0.1 T FA
içeren su ve as etonitril (75:25, v/v) mobil faz oranı,
1.0 m L ·dk -1 akış hızı, 25°C'lik bir kolon sıcaklı ğı ile
elde edildi, ve enjeksi yon hacmi 20 µ L olarak
belirlendi.
III.II. Özgünlük
Yeni yöntemin öz günlüğ ü, önce boş
çözücüler/ortamlar ve ar dından antibiyotik içere n
numuneler an aliz edilerek değerlendirildi. İşlem,
kromatografi (ultra sa f su içinde çözülmüş
antibiyotik stdart mix referans malz emesi) il e
standart çözeltilerde bileşiğin i y i bir şekild e
ay rıldı ğını gösterdi. Girişim çalışmaları, mobi l faz,
numune ve standart çözelti enjeksiy onu il e
göster ildi. H erhangi int erfe rans g öz lenmedi.
antibiyotiklerin alıkonma süresinde bir pik
gözlenmedi (Şekil 2). Alıkonma süreleri spiramisin
için 6.69 dk florfenikol iç in 9.76 dk ve c eftifour için
11. 35 dk olarak belirle nmi ştir.
Şekil 4. Antibiyotik standart k arışımının kromatogra mı
III.III. Doğrusallık
Lineerlik testi için çözü mler, 5 - 30 μg mL -1 arasında
değ işen altı farklı konsantrasyon se vi y esin de
ceftiofur, florfenikol, spiramisin çözeltileri
hazırlandı. Kalibras y on eğrisi, madde alanına ka rşı
konsantrasyon grafiği çizilerek oluşt urulmuştur.
Kalibrasyon çizimlerinin korelas y on katsayıları,
eğ imleri ve y - kesme n oktaları şekil 5, 6, 7 de
ve rilmiş ve rapor edilmiştir. Kalibra s y on eğrilerinin
ortalama lineer regres y o n denklemi ceftiofur için y
= 27.566 x - 71,4 (r² = 0.9999), florfe nikol içi n
103.95 x - 75,16 (r² = 0. 9996) , spiramisin için y =
103.39 x - 33,973 (r² = 0.9994) ola rak
hesaplanmıştır.
Şekil 5. S pira misin için doğrusallı k grafiği (230 nm )
47
Şekil 6. F lorfe nikol için doğrusallı k grafiği (230 nm )
Şekil 7. C e ftiofur için doğrusallık grafiği (230 nm )
III.IV.LOD ve LOQ:
Tespit sınırı (LOD) ve nicelik sını rı (L OQ)
aşağıdaki denkleme göre hesaplandı:
LOD ve y a LOQ = κSDa/b, burada LOQ için 10 ve
LOD için κ= 3, SDa kesmenin standart sapmasını
temsil eder ve b eğ imi temsi l eder.
S piramisin için LOD : 1,9 μg mL -1 ve LOQ: 5,8 μg
mL -1 , C eftiofur için LOD: 0,9 μg mL -1 ve LOQ:
5,0 μg mL -1 , F lorfe nikol için L OD: 1,6 μ g mL -1 ve
LOQ: 5,0 μg mL -1 olarak belirlendi.
III.V. Doğruluk
Önerilen y önt emin do ğruluğunu kanıtlamak içi n
standart ekleme tekni ği uygulandı. 5, 10, 15,20 ,25
ve 30 μg mL -1 ko nsantrasyonlarda stand art
antibiyotik solüs y onların a belirli bir mi ktar (40 μg
mL -1 ) saf numune solü syonu eklendikten sonr a
analiz y apıldı. Geri kazanım y üzdesi spira misin için
%94,55-%101,84, ceftiofur %97,62- %99,94 için ,
florfenikol için %91,01 - %99,71 arasında
değ işmiştir. Ge ri Kazan ım çalışmasının sonuçları
Tablo 1'te sunulmuştur.
Tab lo 1. HPLC Yönteminin D oğruluğu.
No m i nal
değer
antibiyot ik
(μg mL -1 )
Spike
Edilen
M iktar
(μg mL -
1)
Ölçülen
M iktar
(μg mL -
1 )
Geri
Kazanı m
(%)
R.S.D.
(%)
40
10
50.04
100.08
0.12
40
80.27
100.34
0.46
120
160.65
100.41
0.53
III.VI.Kesinlik
Kesinlik bağıl standart sapma olarak if ade edildi
(RSD% = SD/ortalama×100). Gün içi kesinlik
(tekrarlanabilirlik) (n=3) ve günler arası (ara)
kesinlik için kalibrasyon standartlarının (n=9) nisp i
standart sapması (RSD) sırasıyla %0,59 ve %1,80
idi (Tablo 2). Önerilen HPLC y öntemi y l e 2 den
küçük R.S.D. değerleri elde edildiği için kabul
edilebilir. Verilerimiz, doğ rulama gereksinimleri
için yöntemimiz için uygundur.
Tab lo 2. HPLC Yönteminin kesinliği.
Bileşik
Tekrar lanabilirlik
Gün İçi (n=3)
Tekrar lanabilirlik
Günler Arası (n=9)
Ortala m a
R.S.D.
%
Ortala m a
R.S.D.
%
Spira m isin
40.0 7
0.59
40.7 8
0. 66
Ceftefour
40.1 0
0.64
40.2 2
0.35
Florfenikol
39.8 5
0.38
40.0 5
0.84
III.VII.Sistem uygunluk
Simetri faktörü v e retansi y on f aktörü gibi siste m
uygunluğunu değerlendirmek için birin cil
parametreler bu analitler için (15 μg m L -1 )
konsantrasyonu için be lirlendi ve Tablo 3' te
listelenmiştir. Her üç antibiy otik mükemmel bir pik
simetrisine sahipti. Ek olarak, analitlerin pikleri, pik
alanlarında v e alıkonma sürelerinde sürekli olarak
düşük değ işkenlik göstermiştir. Bu çalışmada
kalibrasyon eğrisi katsayısı 0.999'un üzerinde olup,
y ö ntemin basit vey a old ukça karmaşık matrislere
sahip numuneler için uygun olduğunu
göster m ektedir.
Tab lo 3 . Sistem uygunluğu içi n sonuçlar
48
Sistem
uygunluk
parametres i
Std. Çözelti K ons. 15 μg mL -1
Spiramisin
Ceftefour
Florfenik ol
Simetri
faktörü
0.6597
0.6530
0.6576
Pik alanları
(% RSD)
0.1685
0.1527
0.1432
Alıkonm a
süreleri
(% RSD)
0.0597
0.0536
0.0521
III.VIII. Sağlamlık
Sağlamlık çalışması verileri, g eliştirilen y öntemi n
doğrusallığının, mutlak ortalama g eri kazanımının
ve kesinliğinin kritik yöntem parametrelerindeki
küçük değişikliklerden etkilenmediğini
göster m ektedir. Ka rşılık gelen sonuçlar Tablo 4 ' t e
göster ilmişti r. Sıcaklık değişimleri, akış hı zı,
asetonitril içeriği ve pH değeri bu analitin geri
kazan ılan miktarını etkilemedi. Tüm maddeler için
mutlak ortalama ilaç geri kazanımı %99 ile %101
arasındaydı ve RSD se vi y e si %1.00'den azdı.
Tab lo 4. Sağlamlık için sonuçl ar
Sağlamlık
Parametrel eri
Parametre
değeri
Ortalama
Geri
Kazanım
Yüzdesi
%
R.S.D.
%
Mobil f az akış
hızı
0.90
m L min -1
100.34
0.12
1.10
m L min -1
99.88
0.05
Kolon sıcakl ı ğı
20 C
99.76
0.07
30 C
100.21
0.18
Mobil fazdak i
asetonitril
içeriği
% 23
100.86
0.93
% 27
99.91
0.64
pH değeri
1.90
100.12
0.71
2.10
99.75
0.63
III.IX. Süt Örnek l erinin A naliz Sonuç ları
Toplanan 67 süt örneğ i önce protein giderme
işlemine tabi tutulmuş, daha sonra HP L C cihazında
antibiyotik kalıntı miktarları belirlenmiştir. An aliz
sonuçları tablo 5 te ve ril miştir.
Tab lo 5 . A ntibiy oti k kalıntı miktarları(p pm )
Ö rnek
Antibiyotikler
Ceftifour
(ppm)
Spira m isin
(ppm)
Florfenikol
(ppm)
1
10.2 65
-
-
2
-
-
-
3
2.06 8
-
-
4
2.37 9
-
-
5
0,83 6
-
-
6
2.86 7
-
-
7
1.27 0
-
-
8
1.34 2
-
-
9
1.45 2
-
-
10
0,93 5
-
-
11
4.89 5
-
-
12
-
-
-
13
1.56 0
-
-
14
1.25 6
-
-
15
2.95 2
-
-
16
1.17 3
-
-
17
7.76 4
-
-
18
3.47 1
-
-
19
-
-
-
20
-
-
-
21
-
-
-
22
-
-
-
23
-
-
-
24
-
-
-
25
-
-
-
26
-
-
-
27
-
-
-
28
-
-
-
29
-
-
-
30
-
-
-
31
-
-
-
32
-
-
-
33
-
-
-
34
-
-
-
35
-
-
-
36
-
-
-
37
-
-
-
38
-
-
-
39
-
-
-
40
2.30 3
-
0,08 8
41
-
0,31 1
1.89 5
42
-
0,11 8
0,23 4
43
-
0,20 5
2.85 5
44
-
-
2.22 2
45
-
-
-
46
1.86 4
0,63 4
0,45 1
47
2.30 3
-
0,87 4
48
1.85 9
-
0,29 9
49
-
-
-
50
-
0,16 8
-
49
51
0,41 0
0,29 5
0,16 3
52
-
0,26 4
0,13 2
53
1.01 5
-
0,25 8
54
0,39 2
-
0,56 7
55
0,88 0
-
0,40 7
56
-
0,23 2
0,24 8
57
0,93 0
0,48 3
0,29 1
58
-
0,31 1
0,56 7
59
1.60 8
0,38 2
0,37 7
60
1.44 5
0,39 9
0,39 6
61
-
0,16 3
-
62
1.06 4
0,41 1
0,12 5
63
0,81 1
0,41 8
-
64
0,96 7
0,62 2
-
65
0,44 2
0,33 1
-
66
1.72 4
0,64 3
-
67
-
0,35 8
-
VI. TARTIŞMA
Yayg ın kullanılan üç ant ibi y otiğin süt örneklerin de
z amanlı ka ntifikasyonu için kroma tografik analiz
metodu g eliştirilerek validasy onu yapılmıştır.
Sonuçta pratik bir an alliz metodu geliştirilmiştir.
Analiz sonucunda 6 7 adet örne ğin %47,76 sının
clinex ,%28,359' nun spirotek ,%29,86'nın fluroc
antibiyotiklerini içe rdiği b elirlenmiştir. Anali
sonuçlarında b elirlenen kalıntı miktarları gıda
güve nli ği açısından ris k oluşturmasada z amanla
tüketime bağlı olarak vücutta biriki mi sonucunda
tüketici sağlığını tehdit edebile ciği
düşünülmektedir.
V. KAYNAKLAR
[1] M. Atef , A.Y. El - Gendi, A.M . Amer , A.M. el -aty.
Disposition kinetic s of florfen icol in goats b y us ing t wo
analytical methods. J .Vet. Med . A Physiol P athol Clin
Med. 2 001; 48(3 ):129-136.
[2] J.Shen , X. W u , D.H u , H. Jıang . P harmacokinetics o f
florfenicol in healthy a nd Escherichia coli infected
broiler chickens. Research i n Vete rinary Science. 2 002;
73: 1 37- 140.
[3] B.A.Craene ,P . Deprez ,E. Dhaese , H.J Nelis ,
A.P.Leenheer. P harmacokinetics of florfenicol in
cerebro spinal fluid and plasma of calves, Anti microbial
Agents And C hemotherap y . 19 97; 41(9 ): 1991 -1995.
[4] R.A.Sams . Flo rfenicol: C hemist y and metabolism of a
novel b road - spectrum antibi otic.ın:Pro ceedings o f the
XVIII W orld Buiatrics Congress Bolo gna Ital y 13 -17.
1994.
[5] www.İlaçlar.co m
[6] www.MayoClin ic.co m .
[7] www.toku -e.com . 2019- 02 - 28
[8] C.T . P arker , K. Mannor ,C.T. Parker , G.M.
Garrit y . " Streptomyc es ambofa ciens Pinnert-Sindico
195 4 için Ör nek Özet ( Onaylı Listeler 19 80) düzeltme.
Nouioui ve diğerleri. 2018" . doi : 10. 1601/ex .6849 .
[9] https:// www.osbgida.co m/ceftiofur -nedir -sutte-varligi-
nasil-tespit-edil ir.
[10] EME A (1996): Ceftiofur s ummary report (1 ). Erişim:
http://www.emea.europa.eu/pd fs/vet/mrls/ceftiofur.p df ,
Erişim Tarihi: 07 .07.2009
[11] E. T or lak , M. Gökmen , Ü. Gürbüz , B . Kıztanır ve M.
K. Işık , " Çiğ Sütlerde Antibi y otik Kalı ntı Analizleri nde
Hızlı Test Metotlar ının ve HP LC T ekniğinin
Değerlendirilme si", Atatürk Üniversite si Veter iner
Bilimleri Dergisi, c. 7, sayı. 2, ss. 10 5 -111, Eki. 2012
BÜŞRA AYDIN d oktora tezi nden t üretil miştir.
56
Tab le 3. Results for system su itability
System
suitability
parameter
Std. Solution C onc. 15 μg mL -1
Spiramic in
Ceftefour
Florfenic ol
symm et ry
factor
0.6597
0.6530
0.6576
Pik area
(% RSD)
0.1685
0.1527
0.1432
Retention
times
(% RSD)
0.0597
0.0536
0.0521
III.VIII.Strength
The robustness stud y data show that the linearity ,
absolute mean recovery, and precision of t he
developed method are not affected b y minor
changes in critical method par ameters.
The corresponding results are shown in Table 4.
Tempera ture changes, flow rate, acetonitrile content
and pH did not af fect th e re covered amount of this
analy te.
The absolute m ean dru g recover y fo r all substances
was between 99% and 101%, and the RS D level was
less than 1.00%.
Table 4. Resu lts for robus t ness
Robustness
Parameters
Parameter
value
Average
Percentage
of Recovery
%
R.S.D.
%
m obile phase
flow rate
0.90
m L min -1
100.34
0.12
1.10
m L min -1
99.88
0.05
column
temperature
20 C
99.76
0.07
30 C
100.21
0.18
Acetonitrile
content in
the mobile
phase
% 23
100.86
0.93
% 27
99.91
0.64
PH v alue
1.90
100.12
0.71
2.10
99.75
0.63
III.IX.Analysis Results of Milk Samples
Collected 67 milk samples were first subjected t o
protein removal, and then antibiotic residue
amounts were determin ed in the HP L C devic e.
Analy sis results are given in Table 5.
sample
Antibiotics
Ceftifour
(ppm)
Spira m icin
(ppm)
Fl orfenikol
(ppm)
1
10.2 65
-
-
2
-
-
-
3
2.06 8
-
-
4
2.37 9
-
-
5
0,83 6
-
-
6
2.86 7
-
-
7
1.27 0
-
-
8
1.34 2
-
-
9
1.45 2
-
-
10
0,93 5
-
-
11
4.89 5
-
-
12
-
-
-
13
1.56 0
-
-
14
1.25 6
-
-
15
2.95 2
-
-
16
1.17 3
-
-
17
7.76 4
-
-
18
3.47 1
-
-
19
-
-
-
20
-
-
-
21
-
-
-
22
-
-
-
23
-
-
-
24
-
-
-
25
-
-
-
26
-
-
-
27
-
-
-
28
-
-
-
29
-
-
-
30
-
-
-
31
-
-
-
32
-
-
-
33
-
-
-
34
-
-
-
35
-
-
-
36
-
-
-
37
-
-
-
38
-
-
-
39
-
-
-
40
2.30 3
-
0,08 8
41
-
0,31 1
1.89 5
42
-
0,11 8
0,23 4
43
-
0,20 5
2.85 5
44
-
-
2.22 2
45
-
-
-
46
1.86 4
0,63 4
0,45 1
47
2.30 3
-
0,87 4
48
1.85 9
-
0,29 9
49
-
-
-
50
-
0,16 8
-
51
0,41 0
0,29 5
0,16 3
57
52
-
0,26 4
0,13 2
53
1.01 5
-
0,25 8
54
0,39 2
-
0,56 7
55
0,88 0
-
0,40 7
56
-
0,23 2
0,24 8
57
0,93 0
0,48 3
0,29 1
58
-
0,31 1
0,56 7
59
1.60 8
0,38 2
0,37 7
60
1.44 5
0,39 9
0,39 6
61
-
0,16 3
-
62
1.06 4
0,41 1
0,12 5
63
0,81 1
0,41 8
-
64
0,96 7
0,62 2
-
65
0,44 2
0,33 1
-
66
1.72 4
0,64 3
-
67
-
0,35 8
-
IV . DISCUSSION
A chromatographic anal y sis method was
developed and valid ated for th e timely
quantification of three co mmonly used antibiotics in
milk samples. As a re sult, a practical analysis
method was developed. As a result of the analy sis,
it wa s deter mined th at 47.76% of 67 samples
contained clinex, 28.359% spirotek, 29.86% fluroc
antibiotics.
Although the a mount of residue determined in the
results of the analysis does not pose a risk in terms
of food s afety, it is thought that it may thr eaten
consumer health as a res ult of accumulation in the
body due to consumption over time.
III. CONCLUSION
The main conclusions of the stud y should be
summarized in a short Conclusions section.
A CKNOWLEDGMENT
D erived from the thesis of B üşra A ydın
R EFE R ENCES
Yayg ın kullanılan üç ant ibi y otiğin süt örneklerin de
z amanlı ka ntifikasyonu için kroma tografik analiz
metodu g eliştirilerek validasy onu yapılmıştır.
Sonuçta pratik bir an alliz metodu geliştirilmiştir.
Analiz sonucunda 6 7 adet örne ğin %47,76 sının
clinex ,%2 8,359'nun spirotek ,%29,86'nın fluroc
antibiyotiklerini içe rdiği b elirlenmiştir. Anali
sonuçlarında b elirlenen kalıntı miktarları gıda
güve nli ği açısından ris k oluşturmasada z amanla
tüketime bağlı olarak vücutta birikimi sonucunda
tüketici sağlığını tehdit edebileciği
düşünülmektedir.
V.KAYNAKLAR
[1] M. Atef, A.Y. El - Gendi, A.M . Amer, A.M. el-at y.
Disposition kinetic s of florfen icol in goats b y us ing t wo
analytical methods. J .Vet. Med . A Physiol P athol Clin
Med. 2 001; 48(3):129 -136.
[2] J.Shen , X. W u , D.H u ,H. J ıang . P har macokinetics o f
florfenicol in healthy a nd Escherichia coli infected
broiler chickens. Research i n Vete rinary Science. 2 002;
73: 1 37- 140.
[3] B.A.Craene ,P . Depr ez , E. Dhaese ,H.J Nelis ,
A.P.Leenheer. P harmacokinetics of florfenicol in
cerebro spinal fluid and plas ma of calves, Antimicrobial
Agents And C hemotherap y . 19 97; 41(9 ): 1991 -1995.
[4] R.A.Sams . Florfenicol: Che misty and metabolis m of a
novel b road - spectrum antibi otic.ın:Pro ceedings o f the
XVIII W orld Buiatrics Congress Bologna Italy 13 -17 .
1994.
[5] www.İlaçla r.com
[6] www.MayoC linic.co m .
[7] www.toku -e.com . 2019- 02 - 28
[8] C.T. P arker , K. Ma nnor ,C.T. P arker , G.M.
Garrit y . " Streptomyc es ambofa ciens Pinnert-Sindico
1954 için Örnek Özet (Ona ylı Listeler 198 0) düzelt m e.
Nouioui ve diğerleri. 2018" . doi : 10. 1601/ex .6849 .
[9] https:// www.osbgida.co m/ceftiofur -nedir -sutte-varligi-
nasil-tespit-edil ir.
[10] EME A (1996): Ceftiofur s ummary report (1 ). Erişim:
http://www.emea.europa.eu/pd fs/vet/mrls/ceftiofur.p df ,
Erişim Tarihi: 07 .07.2009
[11] E. T or lak , M. Gökmen , Ü. Gürbüz , B. Kıztanır ve M.
K. Işık , " Çiğ Sütlerde Antibi y otik Kalı n tı Analizleri nde
Hızlı Test Metotlar ının ve HP LC T ekniğinin
Değerlendirilme si", Atatürk Üniversite si Veter iner
Bilimleri Dergisi, c. 7, sayı. 2, ss. 10 5 -111, Eki. 2012
4th Interna tional Con ference on Ap plied Engi neering and
Natural Sc iences
https://www.i caens.com/
November 10- 13 , 2022, Ko nya, Turkey
58
MALZEMENİN MEKANİ K VE MET ALOGRAFİK Ö ZELLİKLERİN İN
GELİŞTİRİLM ESİNDE D ÜŞÜK BASI NÇLI SEM ENT ASYON
YÖNTEMİNİN ÜSTÜNLÜ KLERİ
Şerife HEL VAC IOĞL U 1* , Ümmihan T. YIL MA Z 2 , Ay şe ERKAN 1 ve Çelebi ERS OY 1
1 Döksan I sıl İşlem ve Ar- Ge Merkezi A.Ş., Ankara/TÜRKİYE
2 Kimya / Fen Edeb iyat Fakültesi , Kırıkkale Üniversitesi, TÜ RKİYE
* serife.helvacio glu@doksan isilislem.com
Özet – T alaş lı ima lat ile üretilen parçaların nihai ürün olar ak kullanılabil ir hale gelmesi için ısı l işl em
uygulanma kt adır. Bir ısıl işlem çeşidi olan sementasy on işlemi ile parçanın y üze y in e C (karbon) difüz e
edilerek yüzey s ertliği alması sağlanmaktadır. Geleneksel yöntem olarak bilinen , atm osfer kontrollü
kamaralı fırında ya pılan sementas y on işleminde y a ğda yapılan s oğutma sırasında hassas parçala rda
çarpılma me ydana gelmektedir. Bu durum Otomobil, Savunma, Havacılık ve Uz ay Sana y iinde kull anılan
hassas parçalarda özellikle dikkat edilmesi g er eken hususl ardandır. A y rıc a soğutma sır asında ısının bir
kısmı ve ısıtma kısmında ki gaz karışımın bir kısmı soğutma kısmına transfer olur. Taşınan gaz zehirli bir
ga z oldu ğu için soğutma kısmındaki bacadan dış arı y akılarak atılır. Bu da hem insan sa ğlığına h em de
çevrey e zarar vermektedir [ 1] . Kamaralı fır ınlar ayrıca yüksek enerji tüketimi nedeniy le de iş lemin
maliyetini arttırmaktadır. Çalışmalarda, atmosfer kontroll ü kamaralı fırında sementas y on işlem süresi il e
vakum ortamında düş ük basınçlı sementasyon işlem süresi karşılaştırıl mıştır. D üşük basınçlı
sementasyonda ısı tma süresi, y üze y se rtliği ve sert doku derinliği değerleri, mikro yapı incelemeleri,
karbonlama süresi, karbonlama sıcaklığı, karbon oranı, d engeleme sıc aklığı, so ğutma hızı, deformas y on
miktarı belirleme çalışmaları y apılmı ştır. Çalışmalar sonucu; işlem süresi azaltılmış, oksidasy on
engellenmiş, deformas y o n mi ktarı minimuma indi rilmiştir, malzeme yüzeyinde homojen se rt doku derinliği
elde edilmiş olup, hassas parç alarda işlem y apılabi lme ye t eneği kazanılmıştır.
Anah tar Kelimeler – Düşük Basınç , S ementasyo n , Mikroyapı, Homo jen Yü zey Sertliği, İ şlem Süresi , Minimu m Deformasyo n
I. Gİ R İ Ş
Düşük basınçlı sementasy on (karbürizas y on)
işlemi, geleneksel sementas y on işlemine göre
verimlilik açısından dah a üstündür [2 ], [ 3]. Düşük
Basınçlı S ementasyon (DBS) işleminde ortamdaki
hava boşaltılarak kurumsuz ve kaliteli y üz e y
oluşturulur. Böylece ho mojen sert do ku derinliği
sağlanmaktadır [4 ], [ 5]. Düşük basınçlı
sementayson y öntemi iç oksidasyonu azaltması,
oluşan yeni tabakaların yüksek oranda a y nı olmas ı ,
y a ni tekrarlanabilirliğinin yüksek olması gibi
avantajlarının yanında, işl em sonrasındaki bo y utsal
değ işimin minimum olduğu ürünler elde edilmesine
olanak sağlamaktadır [6]. Düşük basınçlı
sementasyon işleminden sonra yağda soğutma
işlemi de ya pılabilmektedir. Ancak bu y öntemde de
deformasyon söz konusu olmaktadır.
Juri ve arkadaşları gaz soğutma ile y a ptıkları
çalışmada, dişl i parçaların sementas yonu v e
deformasyonunun y ağd aki soğutmaya göre çok
daha küçük oldu ğunu t espit etmişlerdir [ 7]. B u
nedenle, b u çalışma da da düşük basın çlı
sementasyon işleminden sonra gaz soğutma
gerçe kleştirilmi ştir. DBS yöntemi ile y apıla n
işlemlerde; asetilen gazının sahip oldu ğu
y ü ksek %C konsantr asy onu, taneler arası sıfır
oksidasyon (t emiz malzeme yüzeyi), y üksek kalite,
g üve nilirlik, tekrarlanabilirlik, y üze yde homojen
sert doku derinliği, y üksek sıcaklıklarda işl eme
59
imkân verirken, işl em sürelerinin kısalmasını
sağlaması, ek işle m gerektirmemesi, az
deformasyon, y üks ek aşınma ve y orulma
mukavemeti sağlaması gibi avantajları bakımında n
ge l eneksel yönteme göre üstün lük sağlama ktadır.
Yüzeyde karbon zeng inleştirme y i amaçla y an
düşük basınçlı sementasy o n işlemi, asetilen gazı
verme ( “boost”) aşamalarını takip eden “difüz y on ”
adımlarından oluşan bir ç evrim içermektedir. Bu
esnada fırına belli süre ile karbon k a y na ğı ol arak
asetilen gazı verilmekte, verilen gazın çelik
y üz e yinden absorblanması için belli süre difüz y on
aşamasında beklenm ekte v e daha sonr a ortamdaki
ga zı uzaklaştırmak için vakum uyg ul anmaktadır.
Şekil 1’den de görüle bileceği gibi, bu üç basamaklı
çevrim sa y ısı , gaz verme süresi, difüz yon sür esi ya
da fırın sıc aklığ ı d eğiştirilerek çeli ğe çeşitli
mekanik özellikler kazandırılabil ir. Bu konuda
y a pılmış pek çok patentli ça lışma bulunmaktadır
[8 ], [9], [10].
Şekil 1. Düşük Bası nçlı Sementas yon İşlem Adımları
DBS y öntemi aşağıdaki adımlardan me yda na
ge lmekt edir:
1- Çelik sementas yon sıc aklığına (öst enit sıcaklığı)
kadar ısıtılm akta ve çelikte homojen sıcaklık elde
edilene kadar be klenmek tedir.
2- Malz eme östenit fazday k en karbon miktarını
arttırmak için k arbonca zengin hidrokarbon gazı
vey a gazları vakum ortamında hesaplanan debide
verilere k karbü rizasyon gerçekleştirilmektedir.
Ge nel olarak karbonlama amacı ile asetilen (C 2 H 2 )
ga zı kullanılmaktadır. Hidrokarbon olarak asetilen
ga zının tercih edilme sebebi, asetilen gazının
katalitik olarak kola yca ayrışabilmesi ve asetilende
karbon y oğunluğunun fazla olmasıdır. Bu aşama
“boost - difü zyon- vakum”, bir adım olarak
adlandırılmaktadır.
3- İkinci adım sür esince yüzey de toplanan karbonun
içlere difüz y onu ve kinetik reaksiy onla rın
gerçe kleşmesi için yeterli miktarda beklenilerek
difüz y on un gerçe kle şmesi sağ lanmaktadır.
Difüzyona etki eden fakt örler, sıcaklık, süre, k arbon
konsantrasyonu ve çeli ğin kim y a sal
kompozis y onudur.
4- Sementasy on adım say ısı , fırın ve malz eme
parametreler i dikkate alınarak y inelenm ektedir.
5- Sementas yon sonrası malzemenin sertleşmesi
için (martenzit oluşturma yolu y la ) azot gazı il e
soğutma işlemi y apılmaktadır [11] .
Dişlilerde en büyük sorun difüz y on sırasınd a,
karbonun diş dibinde ve diş kökünde a y nı hız ve
seviye de difüze olmaması sonucu homojen sertlik
elde edilememe sidir. Bu da dişlinin mukavemetinin
düşük olmasına neden ol maktadır. Yapılan literatür
araştırmalarında sement asy on işleminin vakum da
uygulanma sı v e so ğutma işleminin g az ile
gerçe kleştirilmesi durumunda bu sorunun ortadan
kalktığı görülmektedir [7].
Dişlilerde öz ellikle ince kesitli dişlilere
ge l eneksel sementas y o n işl emlerinde bo y ut sal
deformasyonların oldukça bü y ük oldu ğu tesp it
edilmiştir [12]. Dişli nu munelerde düşük basınçlı
sementasyon (termokimyasal işlemler), ga z ile
soğutma v e temperleme sonrasında oluşabilecek
deformasyonun miktarı nı tespit etmek için h em
işlemden önce h em de sonra Koordinat Ölçme
Makinesi (CMM)’nde boy u tsal kontrol ya pılmıştır.
Çalışmalarda, atmosfer kontrollü kamaralı
fırında sement asyon i şlem sü resi ile vaku m
ortamında düşük basınçlı sementasyon işlem süresi
karşılaştırılmıştır. Düşük basınçlı sementas y onda
ısıtma süresi, işlem görecek m alzemenin et
kalınlığı, işlem görecek çeli ğin kimyasal
kompozis y onu, y üze y sertliği ve sert doku derinliği
değerleri, mikro y a pı incelemeleri, k arbonlama
süresi, karbonlama sıcaklığı, karbon or anı,
dengeleme sıcaklı ğı, soğutma hız ı, de formasyon
miktarı belirleme çalışmaları disk numunelerde ön
denemeleri y apılıp, uygun sonuçlar veren proses
parame treleri farklı diş boyutuna sahip diş li
numunelere uygulanmıştır.
Literatür ç alışmaları ile elde edilen bilg i birikimi
say esinde, sementas y on işleminin süresi, ısıtm a
süresi ve sıcaklığı, k arbonlama süresi v e sıcaklığı,
azot ga zının basıncı, C konsantrasyo nu, as etilen
60
ga zı besleme ve difüzyon süresi, soğutma süresi,
dengeleme sıcaklığı belirlenerek vakum
sementasyon fırınının çalışma par ametre l eri
belirlenmiştir. Parametreler, işlem gören parçaların
et kalınlığı ve kim y asa l kompozisy onun a u y gun
belirlenerek u y gulanmışt ır.
Çalışmalar sonucu;
İşlem süresi azaltılmıştır
Oksidasyon engelle nmiştir
Deformasy on mikta rı minimuma
indirilmiştir
Diş y anağı ve diş kökü arasında homojen
sert doku derinliğ i elde edilmiştir
3- 5 mm kalınlığındaki hassas ve in ce
dişlilere de işlem y ap ılabilme ye teneği
kazandırılmıştır
II. MATE RYAL VE YÖNTEM
II . I. Malzeme ve Numune Seçimi
Vakum sementas y on ısıl işl em çalışmaları
SAE/AI S I 8620, SAE/A ISI 5120, DIN 17CrNiMo6
çeliklerine firmamızda u y gulan abilmektedir. Bu
say ede hiz met vermiş olduğumuz makine, otomotiv,
savunma sana y ii v e havacılık sektörl erinde
kullanılan ring dişli parçalarda en çok kullanıl an
sementasyon çelikleri araştırılmış ve ça lışmalarda
sektöre geniş alanda hizmet veren SAE/A I S I 86 20
çeliğ inin kullanılmasına karar verilmiştir.
Kullanımına karar verilen SAE/A I S I 8620
çeliğ inin S pektrolab marka OES spektrometre ile
kimyasa l analizi yapılarak malzeme doğrulaması
y a pılmıştır. I sıl işlem ile kaz andırılacak mekanik
değerleri doğrula y a bilmek için Emcotest sertlik
ölçme cihazında ısıl işlemsiz (ha m) malzemey e 1
kgf ( HV1) y ük u y gulanarak 27 HRC sertlik değeri
bulunmuştur. SAE/AISI 8620 malzemel i
numunenin Tablo 1 ’de kim ya sal kompozis yon
analizi sonucu verilmiştir.
Tab lo 1. 8620 Çeliğinin Kimyasal Ko mpozisyonu
C
Si
Mn
P
S
Cr
Mo
Ni
0,21
0,25
0,78
0,02
0,03
0,5
0,22
0,53
II . II. Atmosfer Kontrollü Sementasyon (AKS) i le
Düşük Basınçlı Sementasyon (DB S) Yöntemlerinin
Karşılaştırılması
Proje dahilinde düşük basınçlı sementasy on
(DBS) y önteminin, a tmosfer kontrollü sementas yon
(AKS) y önt eminin alternatifi olm ası için , AKS ve
DBS olmak üzere iki farklı fırın koşulund a
çalışılmış ve uygun testler gerçekleştirilmiştir.
Düşük basınçlı sementasy on y önteminde, fırın
işlem adımları Şekil 2’de verilmiştir.
Şekil 2. Düşük B asınçlı Seme ntasyon Yö nteminde, Fırı n
İşlem Adımları
AKS ve D BS yöntemlerini karşılaştırmak adına
her iki koşulda da sıc aklık 920°C’ de sabit
tutulmuştur. 920°C’ de AKS ve DBS yöntemler ine
ait proses parametre leri Tablo 2’ de verilmiştir.
Tab lo 2. 920°C AKS ve DB S Yöntemlerine Ait Pro ses
Parametreleri
Par ametreler
920°C AKS
920°C DBS
Vakum Değe ri
-
5x10 -1 m bar
Karbonla ma Sıcaklığı
920 ° C
920 ° C
Karbonla ma Gazı
Endo gaz ,
Doğ al gaz,
Hava
C 2 H 2 ,
Asetilen
Endo Gaz Debisi
8 m 3 /saat
-
Asetilen Deb isi
-
1500 L/saat
Karbürleme ve
Difüzyon Basın cı
5-25 m bar
12 m bar
61
Karbürleme süresi
480 dakik a
34 dakik a
Difüzyon sür esi A
34 dakik a
Difüzyon sür esi B
60 dakik a
Soğutma Şek li,
Sıcaklığı ve Basıncı
Yağ, 60 ° C
Gaz, N 2 ,
13bar
Meneviş Sıcak l ığı v e
Süresi
170- 180 ° C, 90
dakik a
170- 180 ° C,
90 dakik a
Toplam İşle m Süresi
520 dakik a
300 dakik a
II . III. Uygulanan Mekanik ve Metalografik Testler
Parçaların y üz ey sertliği ve tokluk değ erlerini
tespit etmek için y üze yden çekirdeğe doğru sert
doku tara ması ya pıl mıştır. S ertlik taraması
ölçümleri kalite kontrol labora tu varımı zda bulunan
Emcotest vickers sertl ik ölçüm ci hazı ile
gerçe kleştirilmi ştir. Yüzey ve çekirdek ölçümleri
1kgf (HV1) y ük u ygulanarak ölçülmüşt ür. Sert dok u
derinliği ölçümleri de 1 kgf (H V1) y ük u y gulan arak,
550 HV’ye göre be lirlenmişti r.
Numuneler, iç ya pı incelem eleri için önce farkl ı
boyutlarda (320- 1200 μm) SiC zımpara kağıtları ile
temizlenmiş, 1 μm monokristalin elmas süspansi yon
ile parlatılmıştır. Sonr a %3 nit al çözelti ile
dağ l anarak hazırlanmıştır.
Mikroya pı görüntüler i , kalite kontrol
laboratuvar ımız da bulunan Leica DM 2700 mar ka
optik mikroskopta alınmıştır.
SEM incelemeleri, J EOL JSM-6060 L V mar ka
Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM)’ nda
y a pılmıştır.
Kalıntı östenit faz hacim oranı Bruker D8
Advance XRD cihazı kullanılarak elde edilen XRD
deseni üzerinden ile he sapl anmıştır .
Aşınma testleri, UTS TRIBOMETER T10/20
marka cihazda, 120 devir/dakika dönme hızında ve
toplam test süresi 90 da kika (10800 tur) olacak
şekilde y a ğlamasız (kuru ka y ma) olarak
gerçe kleştirilmi ştir.
Parçanın teknik resim toleranslarına girip
girme diğini tespit edere k de formasyon miktarı nı
belirlemek için Brown & Sharpe, Dea Mistral marka
CMM ile ölçüm yapılmıştır .
III . BULGUL AR
III.I. Sert Doku Derinliği Ölçümleri
920°C AKS ve 920°C DBS y öntemlerine ait
y üz e y sertliği v e sert doku derinliği öl çüm sonuçla rı
Tablo 3’ te verilmiştir.
Tab lo 3. 920°C AKS ve 920 °C DBS Yöntemleri ne Ait Yüz ey
Sertliği ve Sert Dok u Derinliğ i
Fırın
Par ametresi
Yüzey
Sertliği
(HV1)
Sert Doku
Derinliği
(mm)
920°C AKS
734
0,784
920°C DBS
720
0,401
Parçaların yüzey sertl iği ve t okluk değerlerini tespit
etmek i çin yüzeyden çekirdeğe doğru y apılan se rtli k
ölçümleri Şek il 3’ te ver i lmiştir.
Şekil 3. 92 0°C AKS ve DBS Y önte mlerine Ait Sertli k Ölçüm
S onuçları
III. II . İç Yapı İnceleme le ri
Ş ekil 4. 920 °C AKS 50x Bü yütme Sementa syon Bölgesi,
Optik Görüntüs ü
62
Şekil 5. 920 °C DBS 50x B üyütme Sementasyon B ölgesi,
Optik Görüntüs ü
III.III. SEM İnce lemeleri
a
b
Şekil 6. a) 920 °C A KS Se mentas y o n Bölgesi, b) 920°C AKS
Çekirdek Bölgesi SEM Analiz leri
c
d
Şekil 7. c) 9 20°C DBS Se mentasyon Bö lgesi, d) 9 20°C DBS
Çekirdek Bölgesi SEM Analiz leri
III.IV. Kalıntı Östenit Miktarı
Şekil 8 . 920 °C AKS ve 920°C DB S Yöntemlerine Ait Kalıntı
Östenit Sonuc u
III.V. Aşına Testi
Tab lo 4. 920°C AKS ve 92 0°C DBS Yönte mlerine Ait
Aşınma Testi Son ucu
Numune
Aşınma Hızı
(g/m)*10 6
AKS/920°C -1
6,5
AKS/920°C -2
6,9
AKS/920°C -ort
6,7
DBS/920°C -1
7,8
DBS/920°C -2
6,8
DBS/920°C -ort
7,2
Ortalama aş ınma hızı de ğerleri top lam aşınma
kaybının top lam kayma mesafesine bölün mesiyle
elde edilmişt ir.
IV . SONUÇ LAR VE TARTI Ş MA
AKS y öntemi ile yaklaşık %95 daha fazla
sert doku derinliğ i elde edilmiştir.
Sert doku derinliğindeki farkın en önemli
nedeni karbonla ma süreleri arasındaki
farktır .
920°C AKS karbonlama ve difüz y on süresi:
480 dk
920°C DBS karbonlama ve difüz y on süresi:
128 dk
Çekirdek sertlikl erinde görülen f arklılık,
soğuma hızları arasındaki farktan
kay naklanmak tadır ( y a ğda dah a hız lı
soğuma)
Karbonlama süresi f arkı ve den ge
karbonlama de ğerinin etkisi ile y üz e y
sertlikleri y aklaşık a ynı çıkmıştır.
AKS dengeleme karbon değeri: %0.8 C
DBS denge l eme karbon değe ri: % 1 C
Sementasy on bölgesinde temel y apı
temperlenmiş martenzit ve kalıntı östenittir .
Sementasy on bölgesi ile iç bölge arasındaki
fark açıkça görülmektedi r.
Her iki fırın koşulundaki iç y apı g örüntüleri
birbirinin aynısıdır(sementasy on derinliği
hariç)
63
Kalan östenit miktarları her iki fırın
koşulunda da birbirine yakın değerler
çıkmıştır. (y üz e y sertliğinin birbirine yakın
çıkması bu durumu desteklemektedir)
920°C AKS : %9,5(+% 2,3; -%2.1)
920°C DBS : %9,6(+%4,6; -%3,8)
Kalan östenit miktarında yapıda bulunan
karbon ora nı ön emlidir.
Karbonlama süresi ile dengeleme k arbon
miktarının sonucunda kalan östenit
miktarları y aklaşık olarak a y nı çıkmıştır.
Her iki böl gede de kalan östenit (açık r enkli
bölge) mi ktarı arasında çok farklılık
görülmemiştir .
İ ki görüntünün f arklı olmasının sebe bi optik
mikroskobun görüntü a lınma esnasındaki
ışık miktarının farklı olmasıdır .
AKS prosesinde karbonlama süresinin DBS
prosesine göre daha fazla olması ve yağ da
soğutmanın, 13 bar basınçlı ga zda
soğutmaya göre dah a etkin soğ utma
sağlaması sebebi y l e daha y üksek se rt doku
derinliği elde edilen AKS numunesinin
a şınma hızı daha ya vaş çı kmıştır.
DBS ile daha homojen sert doku de rinliği
elde edilmiştir .
DBS işlemi, AKS’ y e göre %42 daha kısa
sürede tama mlanmıştır .
DBS u y gulanan p arçaların y üzeyi d aha
temizdir
TEŞEKKÜR
Bu ç alışma 7180148 no’ lu TÜBİTAK/TEYDEB
KOBİ A r -Ge Başlangıç Destek Programı
kapsamında gerçekleştirilmi ş olup katkılarından
dolayı TÜBİ TAK’ a teşekkür ederiz.
KAYNAKL AR
[1] G.A Turgutlu., A. Y u rd daş, “Bir Isıl İşlem Fırınının Ter -
m odi namik Analizi”, Celal Ba yar Üniversitesi Fe n
Bilimleri Dergisi, cilt 1 2, sayı 1, s.75 -92, 2016 .
[2] W. Grafen, M. Hornung, O. Ir retier , M. Rink, “Applica -
tions of Lo w-Pressure Car burizing With Hi gh
Temperatures ( 1000 °C - 1050°C) in İnd ustrial Practice” ,
Haerterei-T echnisc he Mitteilungen, cilt 62 , sayı 3, s.97 -
102 , 2007 .
[3] Z. Gawronski, J . Sa w ic ki, “Technological Surface La yer
Selection For Small Modüle Pitches of Gear Wheels
Wor king U nder Cyclic Contact Loads”, Ma terials
Science Forum, cilt 51 3, s.69 - 74 , 2006 .
[4] P. Kula, K. Dybo wski , E. Wolo wiec , R. Pietrasi k, “Bo -
ost-Diffusion Vacuu m Carburising - Pro cess
Optimisati on, Vac uum”, cilt.9 9, s.17 5 -17, 2014.
[5] W. Grafen, B. Edenhofer, “New Develop ments i n
Thermo- Che mical Diffusion Pro cesses”, Surface a nd
Coatings T echnology, cilt 20 0, sayı 5 -6, s.1830 -36, 200 5.
[6] K. Dybowski, J. Sa w icki , P . Kula, B . Januszewicz , R.
Attraszkie wicz, S. Lipa “The Effect of the Que nching
Met hod on T he Deformations Size of Gear Wheels After
Vacuum Carburizin g”, Archives of Metall urgy and
Materials, cilt 6 1, sa y ı 2B, s.1057 -1062, 2016.
[7] P. Juri , P. Stolaf, “Distor tion Behavio ur of Gear P arts due
to Carburizing and Quenc hing w ith Different Quenc hing
Media”, B HMBerg - und Hütten m an -nische Mo natshef te,
cilt 151 , say ı 11, s.437 -41, 2006.
[8] P. Kula, J. Olejnik, P . Heilman, Europea n P atent
1558780, 2007.
[9] K. Kawa ta , H. Sato, S. Asai, Y. Sekiya, U.S., Patent
6,84 6,336, 2005.
[10] K. Katsumata, U.S. Patent 8 ,152, 935, 2012.
[11] M. Özdeşikler, L. Si ndel, S. Keskin, “Dü şük B asınç
Sementasyon ve Yü ksek Bası nçlı Gaz İle Sertleştir me”,
Türk Mühendis ve Mi mar Od aları Birliği Metalurji ve
Mal zeme Mühendisleri Od ası Dergisi, sayı 180, s.31 -36,
2016.
[12] M. Grzelka “The Gea r’s Mea surement with the CMM”,
Te ch nical T ransactions- Me chanics , sayı 7 , s.33 -40,
2010.
4th Interna tional Con ference on Ap plied Engi neering and
Natural Sc iences
https://www.i caens.com/
November 10- 13 , 2022, Ko nya, Turkey
64
Genel Özellikleri ile PCAmix
Sıddık Keskin 1*
1 Biyoistatistik Ana bilim Dalı, Temel Tıp Bilimleri Bö lümü / Van Yüzü ncü Yıl Üniversitesi, Türkiye
* skeskin973 @gmail.com
Özet : Standart Temel Bileşe nler Analiz i il e Çoklu Uyum Analizinin birlikte kullanımı olarak ifade
edilebilen PCAmix , nitel (kalitatif, kategorik ve ya nomimal) ve nicel (kanti tatif, sürekli veya nümerik)
değ işkenl erle ya pılan Temel Bileşenler Analiz i” olarak bili nir. Bir boy u t indirgeme y önt emi olarak
PCAmix, değişkenler a rası ilişki lerin y anı sıra, değişken kategorileri arasındaki ilişki leri de iki bo y utl u
uzayda görsel olarak sunmaktadır. Bu çalışmada PCAmix, genel özellikleri ile tanıtılarak bir u ygulama
y a pılmıştır. U y gulama mater ya li olar ak; gerçek değerlerle u yumlu olacak şekilde, 3 nicel (ka n titatif,
sürekli), 2 nitel (kalitatif, kategorik) ve 1 sır alı (ordinal) de ğişken için si mülasyonla (benzetim) ü retilen
hipotetik veri seti (n = 100) kullanılmıştır. Nice l değişkenler olarak; Anne a ğırlığ ı (k g), Bebek doğum
ağ ırlı ğı (g) ve Anne yaşı (yıl), nitel değişkenler olarak; Doğum tipi (Normal, Sezaryen), Beslenme şekli
(Düzenli, Düzensiz) ve Cinsi ye t (Kız, Erkek), sıralı değişken ol arak d a Gravida alınmıştır. S onuç olarak,
nitel ve nice l değişkenleri içe ren a raştırmalarda, v erilerin PCAmix il e analiz e dilebileceği ve sonuçl arın iki
boyutlu uzay da görse l ol arak sunulabileceği vurgulanmıştır.
Anahtar Kelim eler: Bo yut indirgeme, n itel ve nicel d eğişken, konfig ürasy on, Tekil d eğer ayrışımı, gö sterge matrisi
I. Gİ R İ Ş
Bilimsel çalışmalarda , ilgilenilen değişkenler
(özellikler) çoğunlukla nicel (ka ntitatif, nümerik,
sürekli ) veya nitel ( ka litatif, nominal, kate gorik )
değ işkenl erden oluşur ve bu değişkenler arasındaki
ilişkiler, doğrusa l veya doğrusal olma y an y apıda
olabilir. Değ işkenler ara sı ilişkileri incelemek üz ere
ge liştirilen istatistik y önt emler, de ğişken tipine vey a
türüne göre farklılık göstermektedir. Bu nedenle de
ilişkileri belirlemek üzere, kullanılacak istatistik
y ö ntemlerin doğru belirlenmesi oldukça ö nemlidi r.
Nicel (sü rekli ve ya kantitatif) d eğişkenler
arasındaki doğrusal ilişki nin y önünü ve derecesini
belirlemede Pearson korelas y on katsa y ısı , y a ygın
olarak kullanılırken, nit el (kategorik ve y a nominal )
değ işkenl erin birbirinden bağımsız olup olmadığını
belirlemede Ki- kare testi y a y gın ol arak
kullanılmaktadır.
Çok değişkenli analiz yöntemler i, bilimsel
çalışmalarda ele alınan de ğişkenle ri birlikte e le
alarak, a ralarındaki ilişki y apısını birlik te
incele mektedir. Yalnızca nicel ve y a ya lnızca nitel
değ işkenl eri içeren araştırmalarda, d eğişkenler a rası
ilişkileri incelemek üzere geliştirilen istatistik analiz
y ö ntemlerinin ye terli old uğu düşünülse d e, karışık
y a pıdaki ( nicel, nitel , s ıralı) değişkenleri i çe re n
araştırmalar için geliştirilen analiz yöntemler ini n
sınırlı olduğu sö ylene bili r. Karışık yapıda de ğişken
içeren çalışmalar için hem de ğişkenle r hem de
değ işkenl erin kategorileri arası il işkileri incelemek
ve a ynı zamand a bo yut indirgeme yapmak üze re
PC Amix kullanılabilir. Bu çalışmada P CAmix,
ge nel özellikl eri il e tanıtılarak bir u y gul ama
y a pılmıştır.
II. MATERYAL VE YÖNTEM
Çalışmada u y gulama m ater y ali olarak; gerçek
değerlerle u y uml u olacak şekilde, 3 nicel (kantitatif,
sürekli), 2 nitel (kalitatif, kategorik) ve 1 sıralı
(ordinal) değişken için sim ülasy onla (benzetim)
üretilen hipotetik veri se ti (n = 100) kullanılmıştır.
Nicel değişkenler olarak; Anne ağırlığı (kg), Bebek
doğum a ğırlığı (g) ve Anne y aşı (yıl), nit el
değ işkenl er olarak; Do ğum tipi ( Normal, Sezar ye n),
Cinsi y et (Kız, Erkek) v e Beslenme şekli (Düzenli,
Düzensiz) sıralı değişken olarak da Gravida
65
alınmıştır. Çalışmaya dahil edilen değ işkenlere
ilişkin tanımlay ı cı istatistikler Tablo 1'de
özetlenmiştir.
Tab lo 1. Değişkenlere ait tanımla yıcı istatist ikler
Değişkenler
(Va ria b les )
Ort.
Std. Sap.
Min.
Mak..
Anne ağırlığı
3466.622
515.772
2085.465
4778.484
Bebek doğum
a ğ ırl ığ ı
75.722
8.868
55.709
95.647
Anne yaşı
28.120
5.004
17.000
38.000
Cinsiyet
Sayı (%)
Doğum şekli
Sayı (%)
Erkek
56
Normal
65
Kız
44
Sezarye n
35
Beslenme şekli
Sayı (%)
Gravida
Sayı (%)
Düzenli
77
1
34
Düzensiz
23
2
32
3
23
4
11
A. PCAmix
“Nitel ve nicel değişkenlerle y apılan Temel
Bileşenler Analizi” o larak bilinen PC Amix
analizinin XL STAT programında y e r al an hali
Chavent ve a rk., [1] tarafından geliştirilmiş ve
PCAmix olarak adlandırılmıştır.
PCAmix, Standart Temel Bileşenler An alizi ile
Çoklu U y um Analizini n kombinas y onu veya
birlikte kullanılması olarak ifade edilebilir [2]. Nicel
(sürekli ve y a nüm erik) değişken sa yısı p 1 , nitel
(kalitatif, kategorik ve y a nomi nal) değişken sa y ısı
da p 2 olsun. “d” kalitatif değişkenlerin toplam
kategori sayısını g öst ermek üzere; “nxd” boyutlu G
gösterge (indikatör ) matrisi “ nxp 1 ” boy utlu X 1 nicel
de ğ işkenl er matrisi ve “nxp 2 ” bo y utlu X 2 nite l
değ işkenl er matrisinden oluşacaktır. Gösterge
matrisi, nit el değişkenlerin kategorileri için iki li
(binary; 1, 0) değerleri (her bir bire y ait olduğu
kategorik değişken için 1, diğer kate goriler için 0
değerini alır) içerir ve b öylece “nx (p 1 +d)” bo yutlu
Y matrisi oluşturulur. Y matrisi nicel ( Y 1 ) ve nitel
( Y 2 ) değişkenlere ait rakamsal (nümerik) de ğerleri
içerir ve Y= ( Y 1 Y 2 ) olarak ifade edilir. Y matrisin i
oluşturan matrislerden; Y 1 , X 1 matrisinin sütunla rı
i le normaliz e edilmiş ve merkezileştirilmi ş
standardize edilmiş matris iken Y 2 ,
merkezileştirilmiş X 2 gösterge matrisini temsil
etmektedir [3].
n adet satırın ağırlığı 1/n, olmak üzere:
N ; N= 1/n I n olara k tanımlanan Y matrisinin satırları
ile ağ ırlıklandırılmış di y a gonal ma tris,
D ’ de, D = di y a g {1,…, n/n 1 , n/n s }olarak tanımlanan
Y matrisinin sütunları il e a ğırlıklandırılmış
diyag onal matris olsun. Her bir sevi ye deki gözlem
say ısı, s = 1, 2, …, n, olm ak üzere; Y matrisinin
özdeğerleri
“Y = U V T ” olarak, Genelleştirilmiş tekil değer
ay rışımı (GSVD) ile bulunur. Bu eşitlikte ;
= diyag { √ 1 , √ 2 ,…, √ 𝑟 } olan “rxr” bo y utl u
diyag onal matrist ir. Diğer bir ifade ile 1 , 2 , …, r ,
Y matrisinin özdeğerleri, r ise rankıdır.
U , “nxr” bo y utlu matris olup, U T N U = I r olmak
üzere ZDZ T N matrisinin ilk “r” özvektörüdür.
V , “pxr” bo y utlu matris olup, V T DV = I r olmak
üzere Z T N ZD matrisinin ilk “r” özvektörüdür [3].
Böy lece PCAmix ’in temel bileşenleri, “nxr” bo yut
ile Y mix = YDV olarak he saplanır. Buradan R = U
olarak hesaplanan satır skorları, Temel bil eşen
skorlarını temsi l ederken, C = DV olarak
hesaplanan sütun skorları, standart temel bileşenler
analizindeki C = V dır [3].
III. BULGULAR
Yapılan PCAmix analizi sonucunda; özdeğ erler
ve var ya ns açıklama oran ları Tablo 2’ de verilmiştir.
Tablo 2’ de görüldüğü üzere, birinci ve ikin ci
özdeğerler sırası ile; 1.980 ve 1.568 olup, bu
özdeğerlere ait varyans açıklama oranları ise sıras ı
ile %22.00 ve 17.43’tür. İ ki bo y ut birlikte topla m
varyansın % 39.43’ ünü a çıklamıştır.
Tab lo 2. Özdeğerler ve varyans aç ıklama oranları
F1
F2
Özdeğer (Eigenval ue)
1.98 0
1.57 8
Var y ans açıklama o ranı (%)
22.0 0
17.4 3
Eklemeli vaya ns açıklama oranı (%)
22.0 0
39.4 3
Nicel değişkenler için temel koordinatlar, nitel
değ işkenl er için ise ka tkı lar Tablo 3'te verilmiştir.
Tab lo 3. Değişkenler için temel koordinatlar ve katkılar
Temel Koordinatlar
Katkılar
Bebek doğum ağ ırlığı
-0.795
-0.045
0.632
0.002
Anne ağırlığı
0.394
0.105
0.155
0.011
Anne yaşı
0.114
-0.720
0.013
0.519
Erkek
0.093
-0.580
0.005
0.188
Kız
-0.118
0.738
0.006
0.240
Normal
0.451
0.170
0.132
0.019
Sezarye n
-0.837
-0.315
0.245
0.035
Düzenli
-0.443
-0.108
0.151
0.009
Düzensiz
1.483
0.361
0.506
0.030
Gravida [1]
-0.487
0.858
0.081
0.250
Gravida [2]
0.124
-0.129
0.005
0.005
Gravida [3]
0.423
-0.408
0.041
0.038
Gravida [4]
0.262
-1.423
0.008
0.223
Buna göre nicel de ğişkenlerin 2 bo y utlu uza y daki
konfigürasyonu ise Şekil 1'de verilmiştir. Şekil 1'de
görüldüğü üzere, 3 de ğişkenden ikisi birinci bo y u ta
göre pozitif bölgede y er a lırken, biri ne ga tif böl gede
y e r almıştır. İkinci bo yuta göre ise 2 değişken
negatif böl gede, di ğeri ise pozitif bölg ede ye r
72
C. Green Hydrogen Energy
Hydrogen will be a significa nt source of
secondary renewable ener gy in the future. Toda y ,
most produced h y drogen using fossil fuels. Future
decarbonized applic ations that rel y on renewable
and carbon-dioxide-neutral h ydroge n p roduction
could benefit from bi omass gasification. (26)
Gasification plants for bi ofuels, according to the US
Department of Ener gy , " can provide the best practice s
and lessons learned for hydrog en production " . In
addition, the d epartment " anticipat es that b i om ass
gasification could be deployed in the near -term
timefram e ". (27)
Any renewable or ganic re source is referred to as
"biomass," includin g agriculture crop residue s,
forestry waste, or ganic municipal solid waste, and
even animal wa ste. The se materials are tra nsformed
into energy and other us eful byproducts, includin g
hydrogen, throu gh a process called ga sification.
(27)
V. CONCLUSION
The following points include the document’s
key topi cs, alon g with recommendations for
additional study :
1. The availability of cork plants in different
countries, especiall y in the Mediterranean
basin and, their incr eased production and
manufacturing nam ely, i n Portugal create an
opportunity to dive rsif y cork plant
exploitation and use it in various eco-
freindly environment domains such as
construction, pharmaceutical
industrialization, environment
protection...etc. Thus, it leads to a change in
the economic landsc ape from linear to
circular and a more susta inable one.
2. The chemical, human, environmental, and
economic cork properties make the cork a
vital and strat egic material holding great
potential proving its energ y conv ersion
feasibility, Which ma y be ex plored in
differe nt sectors, especiall y in the domain of
energy. So, it is time to diversify sou rces of
energy a nd make further research on cork
wastes as another alternative renewable
energy.
3. Tow kinds of linked ope rations in which
cork wastes ar e processed: cork indus try
process and cork energ y conve rsion process.
In the first operation cork residues follow
three logical steps: prepara tion,
transformation, granulation, and
agg lomeration. Whereas the second
operation requires t hree-step to be
accomplished: cork extraction, plank
storage, and the c onve rsion of a gglomera t ed
cork stoppers into a sour ce of energ y . these
operations show the cork waste conversion
ability to be on e of th e promising cork
technology d evelopment. Though thes e
operations a re expensive and requi re
sophisticated materials, especially for small -
budge t sour ces nations, it is possible to
overcome the c hallen ge by encourag ing
scientific research for looking for cost-
effective alterna ti ves or b y si gning
conventions with developed countries to
benefit from developed scientific research
and technologies.
4. The three possi ble energy sourc es that ma y
be generated from cork wastes: thermal,
electrical, and h y drogen are so effective.
Therefore, it would fill the research gap in
the ar ea o f cork waste energy conversion
and suggest feasible solut ions. They should
be paid more attention to because the y are
natural, r enewable, and will save humant y
from the n egative h ealth y , environmental,
social, economic, and p olitical impacts of
fossil fuel energies. Stimulating internal
investments and p ositive external
investments make the conversion operation
easy, useful, and fruitful.
A CKNOWLEDGMENT
I would d like to express m y d eep gratitude to all
of the researchers who c ontributed writings on cork
waste rec y cling topi c and who assisted me in
carry in g out this modest task.
73
I would also like to express my ver y gr eat
apprec i ation to the confere n ce or ganizers for
encourag ing me to take o n this project.
I am also gra teful to the anony mous pee r
reviewers for the i r insightful comments .
R EFERENCES
1 Dehane, B .(2019) Caracter ización del cr ecim ie nto y de la
calidad de cor cho de los alco rnocales del Noro este d e Argel ia
(región de Orán). Rev. Ecosiste mas , 28, 97 – 105
2 Giraldo,M. ,P ., STUDY ON CORK APPLICATIONS IN
THE CONSTRUCT ION SECT OR, Catalan Institut of Wood,
20019
3 Pereir a, H. (200 7). Co rk: Biolog y, Produ ction and Uses .
Amesterda m: Elsevier.
4 Gil, L. (2 011). Environmental, sustainability and ecologic al
aspects of co rk p roducts for building. Sci Tec hnol Ma ter 23,
87 – 90
5 Gil, L. (201 4). Cork: a strategic material. Front Chem 2 :16.
doi:10 .3389/fchem.2014.0 0016
6 Gil, L. (19 98). Cor tiça – P ro dução, T ecnologia e Aplicação.
Lisboa.
7 Policarp o, H., Diogo, A. C., Neves, M. M., and Ma ia, N. M.
M. (201 3 ). “A note on the estimation o f co rk co m posite elast o -
dynamic properties and their frequency dependence » ” in
ICEDyn
8 Gil, L. (2 015). Cork : Susta inability and new app lications,
José Alejandro Heredia -Guerr ero, Fondazione Istituto Italiano
di T ecnologia, I taly .
9 Bruno, S.(2 009). Manuale di Bio architettura — Bioed ilizia e
Fonti Alternative di Energia Rinnovabile; Dario Flaccovio
Editore: P alermo, Italy.
10 Malchiodi, B.; Marchetti, R .; Barbieri, L .; Pozz i, P. (2022).
Recovery of Cork Manu facturing Waste within Mortar and
Polyurethane: Feasibilit y of Use and Phy sical, Mecha nical,
Thermal In sulating P roper ties of the Final Gree n Co m posit e
Construction Mater ials. Appl. Sci., 12, 384 4.
11 ] L. Gil.( 1998). Cortic ¸a: produc ¸ ão, tecnologia e
aplicac ¸ ão, I NETI, L isbo a.
12L. Gil. (2 011). Sci. Tec hnol. Mater. 23 (1/2 ) 87 – 90.
13 L. Gil. (1997),cork po w d er waste : an over view, Bio mass
and Bioe nergyVolume 13 , Issues 1 – 2, 1997, Pages 59 - 61
14 .http:// www.ecorkwaste.eu , Researchers o f T echnology
Centre Eurecat -CT M employ cork waste for electricity
generation and winer y wastewater treat m ent, 11Dec 20 21,
accessed 13 /07/2022
15 http://www.ecorkwaste.eu/en/notic ie s/37-ecork waste-
final-results -have-been-presen ted, accessed on 17 07 2022
16 Pereira , R. N., Malico , I. (2017). E nergy u se of co rk
residues in the Portuguese cork industry, Conference: 12th
SDEWES Con ference Dubrov nik.
17 Jenkins, B., B axter, L. L., Miles, T . R.(1998). Combustion
Properties of B iomass. Fuel Pro cessing T echnology, Vol. 54,
Issue 1, pp 1 7 -46 ,1998.
18Hamilton, k., Feasibility Stud y: Grain Dust Burner, Master
Th esis.
19Silins, K., A. (2 012). Rev ie w on Suspended W ood Dust
Combustion. Efficiency a nd Fuel Qualit y , E nvironmental a nd
Climate T echnologies, Vol. 9 , pp 28 - 34.
20. LBE, http://www.uni vel.com.hr/en/lbe, accessed o n 8 of
August of 201 7.
21WT S A B, http://www. wtsab.co m/, ac cessed on 8 of August
of 2017.
22P ETRO, http:// www.petro.se/, accessed o n 8 of August o f
2017.
23Souza-Sa ntos, M.( 2004) . Solid Fuels Co m b ustion a nd
Gasification, Mo delling, Simulation, and Equipment
Operation. Ma rcel Dekker, Inc., New York, U SA.
24Koo rnneef, J ., J ung inger, M. , Faaij, A.(2007). Develop ment
of fluidized bed co mbustion — An o verview of trend s,
performance and cost. P rogress in Energy and Combustio n
Science, Vol. 3 3, Issue 1, pp 19 - 55.
25Nussbaumer, T .(2003). Com b u stion and Co -Co m b ustion of
Biomass: Fu ndamentals, T echnologies, a nd Pr imary Mea sures
for Emission Reduc tion. E nergy & fuels, Vol. 17, Iss ue 6, p p
1510 -1521.
26 IEA B ioenergy ,( 2018). Hydrogen from bio mass
gasification.
27https://eqtec.co m/how-bio mass -gasification-ca n-help-
boost-global- green-hydroge n-p roduction/, ac cessed on 22 of
July 2022
28 https://reco rk.co.uk/brought - to - life/ , accessed on
24/07 /2022
29 L. Gil,(2013 ).cork w as tes as energy sources, 2nd
International Conference on Wastes: Solutions, Treatments
and Oppo rtunities ,Braga, P ortugal, 1 1 a 13 de setembro de
2013
30 Ma niatis K, Millic h E. (19 98).E nergy fro m b iomass a nd
waste: the contribution of u tilit y scale bio m ass g asificatio n
plants. Bio mass and Bioenergy ;15:1 95 – 2
31 IRENA, B iomass for Power Generatio n, Internation al
Renewable E nergy Agency, 20 12.
74
32 IRENA, B io mass for Po w er Generatio n, Inter national
Renewable E nergy Agency, 20 12.
4th Interna tional Con ference on Ap plied Engi neering and
Natural Sc iences
https://www.i caens.com/
November 10- 13 , 2022, Ko nya, Turkey
75
Elaboration o f carbon steel sa m ple s coated w ith Alumina (AL2O3) Fo r
Anticorrosion ap plication
Karima Amara Korba 1 *
1 Research Center in Indu strial Technolo gies CRTI P.O.B ox 64, Cherag a 16014 Algiers, Algeria
* (amarakorba [email protected] om) Ema il of the co rresponding au thor
Abstract – The durability of steel structures d epends on their behavior in the face of climatic and
environmental conditions that exist in more or less corrosive env ironments such as the atmosphere, water,
soil and concrete where the y are used. Th ese stru ctures ar e often exposed to numerous ph y sico -chemical
attacks which the y must resist in order to fulfill satisfactorily du ring thei r period of use, all the functions
for which they w ere designe d. The general aim of the project was underta ken for mastering a thin film and
Nanotechnology using the Research C enter in I ndustrial technol ogies equipment named “PC
CONTROLL ED MAGNETRON S PUTTERI NG SYSTEM MAGSPUT-3G3- RF - DC - PC” to test and
evaluate the qualit y of the layers obtained on various substrates, in parti cular steel, while the main
objective consists in the stud y of the behavior as a protective coa ti ng a gainst corrosion in various liquid
(acid, basic, seawater , dis tilled water, tap wa ter .
Keywords – Alumina ; carbo n steel substrates; n anoparticle ; corrosion.
I. I NTRODUCTION
Alumina ceramics o we to the stabilit y of this oxide
and it s strong atomic bonds their mechanical and
thermal performances which impl y – but do not
necessarily combined in a single t y pe of
microstructure – hi gh hardness, high moduli of
elasticity, satisfactor y mechanical strength, wear
resistance and good tribological properties an d
refractivity [1].
In the vast majorit y of cases, metal co rrosion is an
electroc hemical reaction corresponding to an ox y-
reduction reac tion, inclu ding:
• The oxidation re action of a metal is called an
anodic reaction,
• The reduction reaction of an ox idizing agent is
called a “cathodic” reac ti on.
In the case of m etals in s eawater, brackish o r fresh
water (basic or neutral environment), two cases of
figures may occur:
• An ae rated environment, for which the ox idizing
agent is dissolved ox y gen,
• A deaerated, for which the oxidizing agent is
water (H2O o r H+); the material is alw ay s the se at
of the oxidation reaction.
Thus, a steel subm erg ed in an aerated maritime-
fluvial environment undergoes an anodi c reaction of
dissolution of iron, to which is associated t he
cathodic r eaction of reduction of dissolved ox ygen,
H3O+ ions or water [2]
II. M ATE R I ALS AND M ETHOD
The steel samples C40 preparation techniques
used is first of all polishing Fig.1 . after that a n
analy sis b y opti cal microscope Fi g.2. was done
before deposition for the choice of the most
appropriate samples. The steel samples were
cleane d with acetone and dist illed water. A chemical
attack with Nital (Ethanol + 4% nitric acid) was
carr i ed out to r eveal the metallographic structure of
the steel: the siz e of t he grains and the gra i n
separa tion joints.
76
Tab le 1. Thin film depo sition Par am eters
Fig. 1 (a) resin moulded sa m pl es, (b) sample polis hing, (c)
samples after po lishing
Optical microscope analysis: for sample selection
(most appropriate)
The samples w ere cleaned with acetone and
distilled water . After that a chemical attack b y Nital
(Ethanol+4% nitric acid).
Fig. 2 Optical microscope ana lysis after chemical attac k
Deposition step was carried performing thr ee
tests, with different Thic knesses 2.27KA°=227 nm
0.5633KA°=56nm 0.2KA°=20nm and Temperature
at 300°. RF deposition method was processed wit h
vacuum pressure filing ti me 1 hour and then 30min,
vary ing Power from 300W , 210W, 89W Fig3 and
prehea t ed and motorised su bstrates to 300° C /12
tr/min speed Fig.4.
III. R ESULTS
The results were explained in terms of
character istics o f the coa ting. Al2O3 coated carbon
steel present a uniform coating surface due th e
rotating sbstr ate . Aluminum ox ide, or alumina,
crystallizes in the corundum structure
(mineralogica l term) to form sapphire
monocry st als[. We are referring here to white
sapphire, li ke the one used for th e manuf acture of
scratchpr oof “ glasses” for watche s, whereas in
ge mmolo gy s apphire is the blue sapphire, which is
al umina with a little Ti4+[ 3].
Fig. 3 I m age of steel sa mples after Al2O3 dep osition with
Ti r esidu.
We obtained a blue colored samples. b y the
presence of non expected residu of Ti tanum sticked
to the pre y of the v acuum chambre of a pr ece de nt
experience of TiO2 dep osition for the three first
samples Fig.3.and we obtained Alumi na tr ansparent
for the two last samples
Fig. 4 Al2O3 deposition pr ocess image in progress with
RF po w er suppl y
Tes t De pos ition 1
Tes t De pos ition 2
Tes t De pos ition 3
Material source
Al 2 O 3
Al 2 O 3
Al 2 O 3
Material sub strate
Acier
Acier
Acier
Deposition Me t hod
RF
RF
RF
Process vacuu m pressure
1.6𝑥 10 −3 TORR
1.6𝑥 10 −3 TORR
1.6𝑥 10 −3 TORR
Deposition ti me
1h
30min
30min
Power
300W
210W
89W
Number of sa mples
3
1
1
Thickness
2.27KA°=227 nm
0.5633KA°=56 nm
0.2KA°=20nm
a
b
c
77
IV. CONCLUSION
Plasma spray ed deposits of alumina are no rmally
of the metastable gamma phase, which transfo rms
to alpha upon heating to an elevated temperatu re
substrate.[4]
Our deposits are made on preheated subst rates to
300° C . A microstructure anal y sis of the coatin gs is
conducted to check th e presence of α -Al2O3
nanostructured.
R EFE R ENCES
[1] ALMASHHD ANI, Haider Abdulkaree m Yo usif et AL -
SAADIE, Khulood Abid. Corrosion protection of carbon
steel in seawater by alumina nanoparticles with pol y
(acrylic ac id) as chargi ng agent. EUROPE AN
CHEMICAL B ULLET IN, vol. 5, no 7, p. 308- 313 . 20 16.
[2] (2017) Center f o r Materials Research - Was hington State
University www.cmr.wsu.edu .
[3] CARTER, D. et MCD ONOUG H, G. Enhanced
reactively sputtered Al sub 2 O su b 3 de position by
addition o f activated reactive oxy gen. In : Society of
Vacuum Coaters 42 nd Annual T echnical Conference.. p.
96 - 101 . 1999 .
[4] FIEDLER, H. C. T he effect of structure on the ther mal
conductivity o f plas m a sprayed alum i na. MRS Online
Pro ceeding s Librar y (OPL), vol. 30. 1983.
4th Interna tional Con ference on Ap plied Engi neering and
Natural Scie nces
https://www.i caens.com/
November 10- 13 , 2022, Ko nya, Turkey
78
Kısa raf ömrüne sahip bazı meyvelerin pa ketlenmesinde kullanılan doğ al
antimikrobiya l bileşenler
Reyha n İrkin 1*
1 Beslenme ve Diye tetik Bö lümü / İ zmir Demokrasi Üniver site si , Tü rkiye
* (reyhan.irkin@idu. edu.tr )
Özet – Hasat sonrası, işleme ve depolama aşamalarında üz ümsü meyveler, çilek, sof ralık üz üm vb. bazı
ürünlerde çok kısa sürede mi krobiyal bozulmalar meydana gelmektedir. Gıda endüstrisi, aktif paketleme,
akıllı paketleme, y enileb ilir kaplamalar/filml er gib i yakın zamanda y eniden araştırılan ve geliştirilen y e ni
paketleme teknolojileri i le g ıdalarda daha uzun raf ömrü ve güvenliğine y önelik çalışmaları arttırmış
durumdadır. Antimikrobi y al özelliklere sahip bir paketleme sistemi, iç indeki bazı öğe lerinin ürünle
doğrudan ve y a ürünü çevreleyen atmosferdeki modifikasyonlar yoluy l a d olaylı olarak etkileşime girdiği,
mikroorganizmaların g elişmesini geciktiren ve önleyen bir paket olarak tanımlanabilir. Son yıllarda
antimikrobiya l öz elliklere sahip doğal bileşiklerle ilgili araştırmalar yoğ un i lgi g örmektedir. Do ğal k aynaklı
antimikrobiya l bil eşiklerin araştırılması, antioksidan ve antimikrobiyal aktivitey e sahip gıda
proteinlerinden izole edilen protein hidrolizatları, aktif peptitler, doğ al uçucu y a ğlar ve bitki öz leri gibi
bileşenlere y önelme yi sa ğlamıştır. Böy lece bu m addeleri do ğal gıda koru y u cu olar ak kull anılmasına ek
olarak, etken maddeler olarak ambalaj malzeme lerine dâhil etmek mümkündür. Bu çalışmada b itkisel
kay naklardan elde edi len ve bazı me y v elerin raf ömrünü artt ırmay a y önel ik kullanılabilen doğal bitkisel
atıklar , uçucu y ağlar ve bunlara ait bileşenler in antimikrobiya l etkileri il e ilgili y apılmış son y ıllardaki
çalışmalar derlenmiştir. Yeni teknolojilerle birlikte kullanılab ilen bu tip doğal antimikrobi y al maddeler ile
ge l ecek y ıl larda bozulmalara ba ğlı meyve atıklarında azalmaların ve sürdür ülebilirliğin sağlanmasına katkı
verileceğ i düşünülmektedir.
Anah tar Kelimeler – üzümsü meyveler, doğ al antimikrobiya ller, meyve paketleme, bitkisel ü rünler, raf ö mrü
I. Gİ R İ Ş
Mey veler dün yadaki en sağlıklı y i y ecek türleri
olarak kabul edilir. Yüksek lif, C v itamini v e
antioksidan içeriğine sahiptirler. Mey velerin bü y ük
kısmı kısa bir depolama ömrüne sahiptir (düşük
sıcaklıkta y aklaşık 3 hafta). Meyvelerdeki y üks ek
solunum ve su kaybının bir sonucu olarak
buruşmalar ve yumuşamalar me yda na gelmektedir .
Ayrıca me yvelerin raf ö mrü hasat sonrası mekanik
hasarlara ka rşı y üksek hassasi y et göster melerinden
ötürü gene llikle hasat sonrası mantar enfe ksi yonları
( Botrytis cinerea ve Colletotri chum
gloeosporioides ) tarafından çürüme ler m e y dana
ge lmekt edir [1].
Besinlerin ambalajında kullanılan petrol türevi
bazlı büy ük moleküllü malzemeler, bi y oboz unur
olmaya n plastik bil eşiklerin çevre y e ve or ganizma
dokularında birikim y ap masına bağlı olarak insa n
ve ha y van sağlığ ına z ararlı y önle ri bilinmektedir
[2] . B u nedenle kısmen bi y olojik olarak
parça l anabilir ambal aj ve bi y opolimer ambalaj
filmleri lipidler, polisakka ritler ve proteinler
y a pısında doğal alternatif bileşikler olarak son
y ı llarda üzerinde durulan maddelerdir [3 -4] .
Günümüzde doğal gıda koru y ucula rına y önelik
artan talep, bunların etkilerine ilişkin araştırmaları
teşvik etmiştir. Zararsız ve doğal kim yasa llar,
hekzanal, öjenol, linalool, jasmonatlar,
glukozinolatlar, uçucu y a ğla r v e birçok bitki
biyoaktif bil eşiklerin u yg ulanmaları has at sonrası
patojenlerin önlenmesi için rapor edilmiş ve
açıklanmıştır. GRAS düzey de olduğu bilinen kekik,
mercanköşk, fesleğen gibi yağ lar ve bu y ağlarda n
elde edilen sinnamaldehit, as e taldehit, öjenol gibi
79
bileşikler pek çok me y ve üz erinde de denenmiş ve
hasat sonrası botanik fungisit olarak do ğrudan ve ya
ambalaj materyali içerisinde kull anılabileceği
belirlenmiştir [5].
Bu derleme çalışmasında doğa l antimi krobiy aller ,
fenolikler ve y a iz ole edi lmiş bit ki özlerinin çabuk
bozulabilir me y velerde v b. u y gula mal arına y önelik
son yıllarda y apılmış çalışmalara y er verilmiştir .
A . Bitkisel Atıkların Ambalajda Kullanılması
Dünya çapında meyve işl eme endüstrilerinde atık
miktarı çok yüksektir. Mey ve atıklarını n
sürdürülebilirliği ve ye nilebilir ambalaj
uygulama l arında kullanılmalarıyla il gili pek ço k
çalışma bulunmaktadır. Meyve işleme atıklarından
elde edilen uçucu yağ lar, m eyvelerin mikrobi y a l
güve nli ğini artırmak için kullanılabilir. Me y vel er
için y enilebilir filmlerin üretilmesinde bi y o aktif
bileşiğin izolasyonu, uygulanması ve stabilitesi için
daha f azla araştırmanın g erekli oldu ğu
düşünülmektedir. Bu konu ile ilgili veri lebilecek
örnek bileşikler; muz kabuğundan elde edilen
nişastalar, turunç gil kabuklarından elde edilen
uçucu yağlar, nar kabuklarından, üzüm kabuk ve
çekirdeklerinden antibakteriy el ve antioksida n
içerikli bileşenler ve bunların ambalaj filmlerine
uygulanm ış şekilleridir [6].
Avokado kabukları ile ilgili ya pılmış bir
çalışmada avokado kab uğunun etanolik öz ütünün
fenolik bileşikler (kateşin hidratlar, epikateşi n
ga llatlar, epikateşinler dahil bil eşikler,
prosiya nidinler, quersetin, rutin, kaempferol v e
persi n) içerdiği gösterilmiş, ayrıca Staphylococc us
aureus , Shigella dysenteriae , Candida albicans 'a
karşı antimi krobiy al özellikler taşıdığı belirtilmiştir.
Avokado kabuğu ekstresinin bi y opolimer matriks e
dahil edilmesi sonucu Rhizopus stolonifer ve
Aspergillus niger ’e karşı antifungal aktivite
sergilediğ i ve çilek, ahududu ve böğürtlenin o da
sıcaklığında kontrol gruplarına göre r af ömrün ü
uzattığı belirlenmiştir [3].
Günümüzde narenc i y e işleme atıkları g ıda
ambalaj filml erinin geliştirilmesi amacıyla
kullanılabilmektedir. Çalışmalar daha çok fiziksel
ve fonksi y onel öz ellikleri üz erinde y o ğunlaşmıştır.
Bu konuda kabuklardan daha çok p ektin ve uçuc u
y a ğların elde e dilmesinde y ararlanılmakta, a y rı ca
narenc i ye k abuk toz ları aktif paketleme bileşenleri
olarak da ek onomik bir katkı sağla y abilmekted ir
[7] .
Meyvelerde en çok b ozulmalara neden olan
Fusarium verticillioides , Fusarium sp. ve
Colletotrichum gloeosporioides küflerine karşı
kahve atık özütleri (8 mg/cm 2 ) ile 30 °C ’de 5 gün
sonunda en g üçlü antifungal akti vitenin elde
edildiği ifade edilmişti r [8].
Endüstriye l üzüm a tıkları y üksek miktarlarda
üretilen ve bi y olojik olar ak aktif bileşiklere sahiptir.
İçerdiğ i polifenoller, flavonoidl er ve stilbenler ilaç
ve gıda endüstrilerinde ekstraksiyon ile
değerlendirilebilir v e gıda ambalajlarında
antimikrobiya l olarak olumlu sonuçl ar
sağlamaktadırlar [9] .
B. Aktif Paketleme Örnekleri Doğal Kaynaklar
Aktif paketleme ile il gili çalışmaların
başlang ı cında uçucu anti fungal bir bil eşik bir kağıt
diske emdirilere k ambalaj paketine y erleştirilerek
meyvenin ve y a ürünün korunması sağlanmakta y d ı.
Günümüzde bu konu ambala j film mater yali
içerisine doğal bileşikle rin ilave edile rek ürünü n
korunmasının sağlanma sı şeklind e
gerçe kleştirilmektedir. Yapılmış bir çalışmada daha
y ü ksek antifun ga l aktivite ve tr ans ikame der ecesi
nedeniy le kitosanda 2- hekzenal, CS HX filmleri,
özelliklerini değerlendirmek için seçilmiştir ve
böğürtlen me yvesinde antifungal aktivit e
değerlendirilmiştir. Bunun için 50 gr böğürtlen ve
bir ambalaj taba ğına yerleştirilmiş 0.5 gr film içeren
taşıyıcı olarak pH 4 'te tamponlu bir çözelti ile
4 °C'de 12 gün ve y a 22 °C'de 6 gün d epolanmıştır.
Sonuçta ürünlerin 3 - 12 gün arasında küflenme ye
karşı korunabildiğ i tespit edilmiştir [ 10].
Dünyada her y ıl üretilen 23 mil y on ton sof ralık
üzümden, ülkeler arasında y a klaşık 3 mil yon ton
ihraç edilmekte ve ticari olarak depolanmalarınd a
SO 2 kullanılmaktadır. Son y ıllarda üzüm lerde
çürümenin önlenmesi ve muhafazasında da
alternatif yeni tekn olojilerin ku llanılmasın a
çalışıldığı belirtilmektedir. Yapılan bir ç alışmada
organoleptik olarak linalool kullanımının depolana n
Adominique ve 4111 me y v elerinde kontrol gruba
göre tercih edildiğ ini göstermiştir [ 11].
Farklı bir çalışmada k ıl ıç fasul yesi nişastası ve
goji me y vesi öz ütünün , antioksidan ve biyolojik
olarak parç alanabilen ambalaj filmleri n
hazırlanmasında potansi yel olarak kullanılabileceği
ortay a çıkmıştır [12].
Hekzanal güvenli kabul edilen ve gıda
ürünlerinde aroma madd esi olarak kullanımına izin
verilen bir maddedir. Meyve v e sebzeler hasattan
hemen önce ve sonra ( %1 -2) hekzanal il e
80
püskürtülerek muam ele edilmektedir. Ç eri
domateslerinde ve mavi yemiş paketlemesinde en az
üç hafta bo y unc a 7 - 23 μ mol/g a erojel sevi y eleri n de
bir biy o tabanlı aktif paketleme ile taze meyve v e
sebzelerin y umuşama ya karşı korunabileceği ve
ekonomik katkı sağ la yabilec eği tespit edilmiştir
[13] .
Yenilebilir bir ambalaj filmi ne nar kabuğu
özütünün eklenmesi ile üründeki lipid oksidasyonu,
mikrobiyal kalite ve organ oleptik özellikler
arttırılabilmektedir. Çileklerde % 0.75, % 1 ve % 1.5
oranlarında nar kabuğu öz ütü ile kaplamanın olumlu
y ö nde etkilerinin olduğu ifade edilmiştir [ 14].
Kitosan g ibi bazı doğal poli merler
antimikrobiya l a ktivite y e sa hiptir. Son y ıl larda kitin
ve kitosan'ın bi y ou yumlulukları,
biyobozunurlukları, bi yoade z y onla rı ve toksik
olmamaları ned eniyle gıda endüstrisinde
uygulama l arı yoğun ilgi çe kmektedir. Kitosanın
antimikrobiya l, jelleştirici, antioksidan v e fil m
oluşturucu öz elliği, onu gıda ürünlerinin raf ömrün ü
artırmak için potansi y el bir gıda koru y u cu ve ya
doğa l ka ynaklı ambalaj malzemesi kaynağ ı haline
ge tirmektedir. Ek olarak, kitosan nanopartikülleri,
çeşitli biy oaktif bileşikler için bir taşıyıcı olarak
kullanılır. Polivinil alkol (PVA) ve kit osan
filmine % 5 D-Limonen ilavesi ile mango
meyvesinin raf öm rünün uzatılması sağlanmıştır.
Benzer ş ekilde kitosan/mısı r nişastası ve
sinnamaldehit içeren amb alaj filmlerinin B. cin erea ,
Rhizopus ve Escherichia coli 'y e karşı inhibis y on
gözlenmiştir [15] .
T üketime hazır 4 °C’de depolanan çileklerin
kalite ve besin parametreleri 10 gün süre y l e kitosan
vey a kitosan ve Palmaria palmata Kuntze y osun
bazlı y enilebilir filmler uy gulanarak çalışılmıştır.
Araştırmanın sonucunda y osun bazlı y enilebilir
filmlerin ve kitosan bazlı y enilebilir filmlerin
üründe mikrobi ya l y ü kü ve besin k ayıplarını
azaltabileceğ i [ 16], a y rıca P. palmate ilavesinin
askorbik asit ve antosiyanin i çeriğini önemli ölçüde
arttırdığı gözlenmiştir, ay rıca Luo ve ark. [17]
tarafında n y apılan bir çalışmada, soğuk depo da
muhafaza edilen çilekler in Laminaria japonica ile
kaplanm asının antioksidan kapasiteyi kontrol ettiğ i
tespit edilmiştir.
Pektin ve kitosan katmanlarına tr ans -
sinnamaldehit filmler ile y apılan ambalajlama
işl emi taze kesilmiş kantalop k avunlarında
denenmiş ve hasat sonrası olgunlaşma y ı önemli
düzeyde geciktirdiği tespit edilmişti r [18] .
Kitosan ve aloe vera ile kaplanan mavi y emişler in
5 °C de 25 gün dayanabildiği ve küflenmey i
engelleye rek raf ömrünü 5 gün dah a fazla uzattığı
belirlenmiştir [19].
Kitosan, aljin at, ksantan, gellan gibi doğal
bileşikler ve sakızların a mbalajlarda kullanımı il e
elma, papaya, havuç, guava, erik, mango, ka y ı s ı,
muz, portakal gibi me yvelerde ra f ömrünü uzatan
doğa dostu , ekonomik po limerler elde edilebileceği
ifade edilmiştir. Yenilebilir kaplamalarda % 20
gliserol ve % 1 sakız ilave edilmesi ile me y ve ve
sebzelerde ağırlık ka y ı pları taf ömrü bo y unca
azaltılabilmektedir [20].
Sakız ve y a zamkların a y r ıca etkin bir kaplama
materya li olarak pisilium, aloe vera, keçibo ynuzu
sakızı, basil tohumu, flaxseed ile yenilebilir
kaplamalar şeklinde taze kesilmiş elmalar için kalite
özelliklerini koruy an doğa l ka yna klar olduğu
belirtilmiştir [21] .
Doğal bileşiklerin am balaj filmlerine ilav e
ed ildiği bir çalışmada naringin (NAR), g allik asit
(GA), kafeik asit (CA) ve quersetin üzüm ve
turunçg illerden elde edile rek, biyolojik bazlı y üks ek
y o ğunluklu polietilenle rde kullanılmıştır. Ar aştırma
sonucunda test edilen fenolik bileşiklerden,
özellikle q uersetinin sürdürülebilir polimer ve
biyopolimer formülasyonlarında senteti k
antioksidanların u ygun mali y etli alterna ti fi v e ç evre
sorunları için p otansi y el oluşturaca ğı
düşünülmektedir [22].
Bir araştırma sonu cuna göre epigallokateşin - 3
ga llat (EGCG), blu eberr y me y vesi (BBA) v e
macada mia bitkisi (MAC)'nin gıda patojenlerini ve
bozulma yapa n mi kroorganizmaları önle y ebildiğini
göster miştir. Öz ellikle meyve ve sebzeler için
alternatif kontamine gıda yüzeylerinde geliştirilen
bezelye nişastası - guar s akızı (PS GG) y enilebilir
kaplamaların fonksi y on ve stabilitesini belirlemek
için daha ileri çalışmalar önerilmektedir [23].
II. SONUÇL AR
Doğal antimikrobiy al gıda paketleme
uygulama l arı konusunda çok sa yıda araştırma la r
y a pılmıştır. E kstrüz y on vey a kaplanmış film
(poly(buty lene-adip ate- co -tere phthalate) (P BAT) ,
poly (lactic acid) (PLA) ve nişasta) ile uçucu yağlar ,
bitki özütleri, selüloz, pektin, gellan zamkı , kitosan
ve z ein ler bu konuda en çok kullanılanlardır .
Biy obazlı antimikrobiyal paketleme ile kim y asal
koruy u cuların kullanımı azaltıl aca k, a y r ıca plastik
m alzeme bazlı ambalaj tüketiminden uzaklaşılması
81
sonucu çevrenin korunması da sa ğlana bilecekt ir.
Uçucu y a ğlar , bitki özütleri ve bileşikleri aktif
paketleme ile il gili me y v e patojenlerine, bakte ri ve
küflerine karşı büy ük fa ydalar sağ la y abilecektir.
KAYNAKL AR
[1] F. Velázquez - Co ntreras, N. Gar cía -Cald era, J. D. P. Rosa,
D. Martínez - Ro m ero, E. Núñez - Delicad o and J . A. Gabaldón,
“Effect o f P LA Ac tive P ackaging Containi ng Mo noterpene -
Cyclodextrin Co m ple xes o n B erries P reservation, Po lym e rs,
13, 139 9, 2021.
[2] S. Bandyopadh y ay, N. Saha , U. V. B ro dnjak, P. Saha.
Bacterial cellulose a nd g uar gu m based modified PVP -CMC
hydrogel fil ms:Characterized for packaging fresh ber ries ,
Food P ackaging and Shelf Life 22 ,100402 , 2019.
[3] M. F. Vargas-T orrico, E.Borries -Medrano, M.A. Aguilar-
Mendez, “ Develo pment o f gelati n/carboxymethylcell ulose
active films conta ining Hass avo cado peel extract a nd their
applicatio n as a packa ging fo r the preser vation of berrie s”
International Jo urnal of Biological Macr omolecules, Vol ume
206, 1012-1025, 2022.
[4] L. B . Chibane, P . Degraeve, H. Ferhout, J . Bo u ajila, N.
Oulahala, Plant antimicrobial polyphenols as po tential natural
food pr eservative , J Sci Foo d Agric, 99 : 14 57 – 1474, 2019.
[5] N. N. Chowdhury, M. N. Islam, R. Jafrin, A. Ra uf , A .
Ahmed Khalil, T. B. Emran, A. S.M. Aljohanie, F.
A.Alhuma y d hif , J. M. L orenzo, M .A. Shariatii, J . Simal -
Gandara, “Natural p lant pro ducts as effective alternatives to
synthetic c hemicals fo r po stharvest fruit stora ge manage ment”
Critical Reviews in Food Science and Nutri tion, DOI :
10.1080/ 1040 8398.20 22.2079 112, 202 2.
[6] A. Yadav, N. Kumar, A. Upadh y ay, P . Ed ible Packaging
from Fruit P rocessing Wast e: A Co mprehensi ve Revie w.
Food Reviews Internatio nal,
https://doi.o rg/10.1080/875 59129.2021.1940198 , 2021.
[7] D. Yun, J. Li u, Recent ad vances on the de velopment of
food packaging films based on cit rus pr ocessing wastes: A
review, Jo urnal of Ag ric ulture and Foo d Research 9 , 1 00316 ,
2022.
[8] A. Srisa, K. P romh uad, H. San, Y. Laorenza, P . Wo ngphan,
K. Wad augsorn, J. Sodsai, T . Kae w p etch, K. Tansin, N.
Harnkarnsuj arit, Antibacter ial, Anti fungal and Antivir al
Polymeric Foo d P ackaging in P ost-COVID -19 Era . P olym er s
14, 404 2. https://doi.or g/10.3390/po lym 1 41940 42 , 2022.
[9] D. J. Sil va, M.M.Oliveira, S.H.Wang, D.J. Carastan, D. S.
Rosa, Desi gning anti microbial polypropylene films with grape
po m ace extract f or f ood packaging, Food Packagin g a nd Shelf
Life 34, 100929 , 2022.
[10] R. Her as-Mozos, R. Gavara, P . Her nandez -Munoz,
“Develop m ent of anti fungal biop olym er s based o n d ynamic
imines as resp onsive releas e s ystem s for t he p ostharve st
preservation of blackber ry fruit”, Foo d Chemistr y 3 57,
129838, 2021.
[11] K. T yag ia, I. Maoza, Y. Vinokura, V. Rodo va, E.
Lewinsohnc, A. Lichtera, “Enhance ment of table grap e fla vor
by po stharvest applicatio n of monoterpenes i n modifi ed
atmosphere” Post harvest Biolog y and Tec hnology Volume
159, 111018, 2020.
[12] S. Ki m , J-H., Kan g, K.B ., Son g. Develo pment o f a S word
Bean (Canavalia gladiata) Sta rch Film Co ntaining Go ji Berry
Extract , Foo d and B ioprocess T echnology, 13: 911 – 921 , 2020.
[13] M. Lehtonen, S. K ekalainenea, I . Ni kkilaa, P.
Kilpelainenb, M. T enkanen a, K. S. Mikkonena, “Active food
packaging through controlled in situ production and release of
hexanal”, Food Chemistry: 5 100074 , 2020.
[14] N. Ku m ar, D. Daniloski, P . Neeraj, N. M. D’Cunha, N.
Naumovski, A. T . Petkoska, “ Pomegranate peel extract – A
natural bioactive add ition to novel active edib le packaging” ,
Food Research I nternational 1 56, 111378 , 2022.
[15] A.B. P erum al, L. H uang, R.B.Na m biar, Y. He, X. L i, P .S.
Sellamuthu, “Applicatio n of esse ntial o ils in packa ging films
for the preservation o f fruits a nd vegetable s: A revie w” Food
Chemistr y 375 , 131810 , 2022.
[16] S. P. Bangar, V. Chaudhar y , N. T hakur, P . Kajla, M.
Kumar, M. T rif, “Natural Antimicrob ials as Additives f or
Edible Fo od Packaging Applicatio ns: A Re view”, Foo ds 10,
2282, 2021.
[17] P. Luo, F. Li, H. Liu, X. Yang, Z. Duan, Effect of
fucoidan-based edible coating o n antioxidant d egradation
kinetics in strawberr y fruit d uring cold stor age. Journal o f
Food Pro cessing and P reservation, 4 4, e1438 1, 2020.
[18] M .R. Khan, F. A. Giusep pe, E. To rrieri, M. B. Sadi,
Recent ad vances in biopolymeric antioxidant films and
coatings for p reservation of nutritional qualit y o f minimall y
processed f ruits and veg etabl es, Food Packaging and Shelf
Life 30 1 00752 , 2021.
[19] I . B. B asumatary, A. Mu kherjee, V. Kati yar, S. Ku mar,
Biopo lym er -based nanoco mposite films a nd coatin gs: rece nt
advances i n shelf-li fe improve ment of fruits and vegetables ,
Critical Reviews in Food Scie nce an d Nu trition, 62 (7), 1 912 –
1935 , 2022.
[20] F. Salehi, Edible Coating of Fruit s and Vegetab les Usi ng
Natural Gums: A Revie w , International Jo urnal of Fruit
Science, 20 ( 2), 570 -589, 2020.
[21] B . Yousuf, O. S. Qad ri, A. K. Srivasta va, Rece nt
develop men ts in shelf-li fe ex tension of f re sh-cut fruits and
vegetables b y application of different edible coatings: A
review . LWT - Food Science and Tec hnology 89 , 198 – 209 ,
2018.
[22] S. Roj as- Le m a, S. T orres- Gi ner, L. Quiles - Carr illo, J.
Go m ez-Cat urla, D. Gar cia - Ga rcia, R. Balar t, “On the Use of
Phenolic Compo unds Present in Citrus Fr uits and Grapes as
Natural Antioxidants for Ther m o -Co m pre ssed Bio-Based
High- Densit y Polyethylene Fil ms”,
[23] B. Saberi, S. Chockchaisawasdee, J. B. Go lding, C. J.
Scarlett, C. E. Sta thop oulos, Characterizatio n of pea starch -
guar gumbioco mposite edible f ilms enric hed by nat ural
antimicrobial agent s for active food packaging , Fo od and
B io products pro cessing 1 05 , 51 – 63 , 2017.
4th Interna tional Con ference on Ap plied Engi neering and
Natural Sc iences
https://www.i caens.com/
November 10- 13 , 2022, Ko nya, Turkey
88
CNN -BASED REAL-TI ME SYSTEM DESIGN AN D CLASSIFICA TION
OF RECYCLAB LE WASTE
İbrahim ÖZKAL 1 , Fatih BAŞÇİFTÇİ 2
1 Departmen t of Compu ter Engineering , Faculty of Tec hnology , Selçuk Un iversity , Konya, Tü rkiye
2 Departmen t of Compu ter Engineering, F aculty of Technolog y, Selçuk Un iversity, Konya, Türkiye
1 ( ibrahim.ozkal@meb .gov.tr )
2 ( [email protected] u.tr)
Abstract – The purpose of this study , separate waste management through deep le arning and design a real -
time s y stem for intelligent waste classification. Deep lea rning and ima ge processing studies are one of the
solutions for sorting and rec y clin g large amount s of ur ban waste. T ypically different t y pes and mixed
wastes ar e ve r y difficult t o separate. Mix ed wastes is very expensive and often difficult to dispo se. Be cause
of this, dispose issues ta kes times to consume an d often impossible to dispose process. Therefore, waste
material separation procedures are usually performed by the hands of the emplo y e es . The real-time wast e
management s ystem mai nly focuses on sorting, cate gorizing, and directing the waste to the bins. In this
project, real-time s y st ems are used for waste classification to classif y 6 real -world d atasets of garbage,
glass, cardboard, metal, plastic, pape r and other waste materials. In the d eveloped mod el, the NVID IA
Jetson Xavier NX Developer Kit and USB camera modul e detect the t y p e of waste usin g the t rained CNN
model. The conve y or belt and se paration areas are connected to the sensors in the real-time s ystem and this
system classifies the w aste in the relevant compartment. For I m age cl assification, the CNN algorithm and
GoogleNet and Resnet50 deep lear ning architectures are us ed. CNN al gorithms enabled obtaining ex plicit
information fr om different la y ers of the neural ne twork. For this reason, real-time s y stems provide
continuous monitoring, as well as a higher a ccuracy r ate. As result, the r eal-time waste management s y s tem
proposed and tried to reveal a r eal-time s ystem design that performs the classification of w astes with the
image processing method (CNN) for waste management.
Keywords – Real- time System Design, CN N, Deep Learnin g, W as te Manag ement
I. I NTRODUCTION
Waste mana ge ment be came a universal problem
in toda y 's world. I t is a noticeable situation that even
small cities are surr ounded b y large amounts of
garbage [1] . This sit uation shows a new concept of
"recyc lin g" to the agenda. Recy cling become a more
and more important sit ua tion to have a clean and
sustainable environment.
The world is currentl y i n a period whe re n atural
resources consume rapidly. Du ring this period,
people tr y to develop sol utions and try to get out of
this situation that endangers the lives of living
things. For this purpose, environmental
sustainability be comes more im portant d a y b y da y
to use natural re sources more effectivel y .
Environmental sustainabilit y c onsists of five main
headings: protection of biodiversit y , social needs,
regenera tive capacit y , limitations of non -renewable
resources and waste production, as well as reuse and
recyc lin g [2] . Reuse and rec y cling have t he
important part of sustainable wa ste man agement.
Recy cling deals with environmental
sustainability , whi ch becomes increasingl y
important rec entl y . Human beings continue to
provide resou rces and th e abilit y of waste to destro y
the pollution created [3 ] . This sit uation point s out the
89
use of recy cling t echnologies in stru ctural w aste
management [4].
Waste materials should be rec yc led or dispo sed of
appropriately [5]. Recy c ling, soli d waste interacts
with the environment and people when they a re
ge nerated in the waste cy cl e. This situation affects
human health du e to its disease-causin g properties
and its interaction with infectious substances [ 5].
Waste separation strategies and anal y sis show tha t
increase the efficient use of n atural resources and
prevent waste p roduction. Worldwide wast e
separa tion data shows that rec y cled materials are
only a low rate of 13% [6 ]. According to Eurostat
[7], the European Union rec y cled 423 mill ion tons of
waste, accounting for 56 % of local waste in 2018 .
In addition, 24% of the 179 mi llion tons of locally
produced w aste is in the European Union [8] .
Turkiye's waste disposal shows that 78.3 mi llion
tons of 127.4 mi llion tons of waste processed in
recyc lin g facilities are disposed of and 49.1 million
tons are recovered [9].
Researc h shows that c urrent waste allocation
strategies a re ine ffective and thus rec yc lin g is ve r y
important [10]. Efficient sorting s y stems r equire
intensive labor and time. The most important reason
for this is the t y p e of waste materials and the
problems experienced in per forming the
classification process [1 1] . After the classification
and separation o f waste materials, the rec ycling
process has to be st arted. This provides efficient an d
sustainable recycling while protecting people and
the environment from the side effects of waste
materials.
Separation techniques using adv anced
technolog i es and machined developed technology
will be useful in the future. For thi s reason, in this
study, a real-time s ystem is designed for real-ti me
detection of paper, glass, metal, plastic, and garbage
recyc lin g bins with image processing al gorithms. At
the end of th e stud y, it tried to determine the
recyc lin g waste in r eal t ime. For this purpos e, th e
NVIDI A J estson Xavier NX Developer Kit and
webca m capture s ystem are used to implement and
process th e images. A t otal of 4041 images divided
into cardboard, glass, m etal, paper, plastic, and trash
classes are used for tr aining. Tr aining is carr ied out
with the Py Torch librar y to collect and label
datasets, and with GoogleNet and R esNet50 models
for modelin g. At the en d of the stud y , a real -ti me
system d esign that performs waste classification
with an image processing method (CNN) for waste
management is tried to be put forward.
A. Literature Review
Recently , object detection is started to be used for
many purposes within the developing technology .
With the increasing interest in artificial int ellige nce,
this situation leads to the development of deep
learning approac hes [12] .
Such as object recognition, digital games, and
autonomous driving t echnology is someone of so m e
significa nt d evelopment areas [13 ] . W ithout these
area s, ti mely recognition and anal y sis of medic al
diseases [ 14] in the financial field are development
area s too. Recent studies show that man y studies o n
image classification are popular and happened [1 3] .
This situation leads to an increase in studies in the
field of dee p l earning day b y da y.,
MA, et al. [15] studies shows that more than 200
remote sensing image anal y sis . In this studies such
as image fusion, image recordin g, scene
classification, object de t ection, land use and land
cover classification, segmentation and object
discovery im age anal ysis. This studies shows that
image r ecognition newly pa rt of our li ves. Deep
learning applications and technologies spreads with
the remote sensin g f rom deep learning to
preprocessing and mappi ng.
Deep l earning m ethods become interesting
because deep learning a llows the training of the
deep network using th e available dat a [15]. Recent
studies show that dee p learning methods hav e
opportunities and challenges i n different fiel ds
mentioned in applicati ons. The de ep learning
method creates opportunit ies in all sectors an d
continues to deve lop in smart produ ction, medicine,
agriculture, arch eology , games, and sim ilar fields.
Systems that recognize speech and ima ges help
people anal y z e complex sy stems. I n addition, big
data man agement, d ata labelin g, transfer of
knowledge and experience to artificial intelligence,
and possible failures are seen a s limitations [16 ].
Recently , image pro cessing methods are on e step
ahead of other dee p learning algorithms [17]. T he
unique and peculiar struc ture of the human e y e le d
to this area of int erest in image processing. Networ k
structure, la y e r desi gn, and tutorials promote image
processing in all it s aspects. In addition, the rapid
increase in unlabeled trai ning images affects image
processing performance. Among the topics of n ew
ge neration d eep le arning, the re are p romi sing
90
studies for the futur e, applications that will facilitate
human li fe, and applications that will ensure the
continuation of the world's ecos y stem. The issue o f
recyc lin g is among th e topics that r esearchers h ave
rece ntl y focused on [18].
The reusable procedure for waste subst ances is
usually performed b y th e hands of the emplo y e es
[19]. This stuation increases the cost of recycling
and is already a high c ost . Deep learning and image
processing is considered a solution for the
separa tion and re cycling of lar ge amounts of cit y
waste.
B. Real-Time System Design
The real-time sy st em is any compute d system that
is limited to e xternal ly generated input alerts and
must respond within a specific p eriod [20].
Compute sy stems with connected ha rdware a nd
software integration designed to perform a special
function generally define as Real-time s y st ems [21].
In this ce ntur y , real-time system applica tions works
silently and have important roles. Real-time systems
is used many industries, including industrial
automation, defe nse, transportation and aerial
navigation. Every day, people around the world use
these systems without realizing them. Real-time
systems that make everyday life easier and easier
such as homes work with smart devices and
integrated systems. There are man y examples in our
life such as security s ystems, c able and satellite
boxes for televisions, h ome theater s y stems an d
telephone answering m achines. Figure 1 shows
examples of real-time systems in our lives.
Fig. 1 Real-ti me systems at ho mes
II. M AT ER I ALS AND M ETHOD
There are two phases in this stud y that is CNN -
based im age processing and r eal-time s ystem
design.
A. Real-Time Waste Management System Model
In this stud y , waste man agement s y st em focuses
on classifica tion type s of and routes wastes are as
with the real-time s y stem. Figure 2 shows the
ge neral model of the waste management s y stem.
Fig. 2 Mod el of the real-ti me waste manage ment system
As shown in Figure 2, the real-time waste
classification includes CNN-based object detection
model NV I DIA Jestson Xavier NX Developer K it,
camera module, sensors, and conve yor belt
hardware. This model is integrated with the
NVIDI A Jetson Xavier NX Developer Kit. This
model uses NVI DIA J etson Xavier and detects tra sh
materials with use of CNN. NVIDIA acts as th e
main processing c enter for waste classification.
CNN-based algorithms in the P y thon lan guage are
transferred to the NV IDIA kit so that they are
checked for object detection and detection. USB
camera is used to run the training model, and detect
objects. The 13 MP USB camera is c onnected to the
NVIDI A kit via US B input s and transmits
information to the conveyor belt s y stem with t he
average speed and range account. The detection of
objects and uncleanliness on the conve y o r belt a re
classified in to six relevant sections. A separate
section has b een created for und etectable object s,
and they are colle cted in this area.
B. Training of CNN-Based Im age Process
In this study , the TrashNet dataset is used to train
the waste classific ation model based on CNN [ 22].
The TrashNet dataset consists of 2527 im ages
divided into six categor ies. The experimental
analy sis of the study uses 6 real-wo rld da tasets.
Table 1 shows the used data sets infor mation.
Tab le 1. Inform atio n of T raining Data Set
No
Data Set
Num ber of Data
1
Cardboar d
403
2
Glass
501
3
Metal
410
4
Paper
594
5
Plastic
482
6
G arbage
137
Total
2527
Before the stud y , to increase the size of the
original dataset, applied some operations to the
dataset images which is speciel for trashnet data set.
91
It was essentiall y rando mly t ranslated, clipped, and
scaled before the d ata processing ph ase. Images a re
randomly rotated between 90 o and 180 o , randoml y
cropped at different size and hei ght ratios, the RGB
image is conv erted to a gra y image, and lastl y
cropped and norm alized to 256 x 256. This results
in a 360 MB dataset of 9970 im ag es. 512 * 384
image s are used. 70 % of the images w ere us ed for
training, and 30% for testing and verification.
Fig ure 3 shows the phase of the application and the
tests performed.
Fig. 3 Real-ti me systems at ho mes
As shown in Figure 3, the training carr ies out on
the CNN model after the pre-preparation stage of t he
waste images. This tra ini ng;
Step 1: Edi ting and training of images: Dataset
sets are first set to classif y waste images. The dat aset
is used in a total of 2527 im ag es, divided into the
classes of cardboard, glass, metal, paper, plastic, and
garbage materials.
Step 2: Editing and pre-preparation: Identified
image s w ere p re-prepared. I m ages a re r andomly
rotated between 90 o and 180 o , randoml y cropped at
differe nt siz e and hei ght ratios, the R GB image is
converted to a gray im age, and lastl y c ropped a nd
normalized to 256 x 256. 9970 images are acquired
as a re sult of these actions.
Step 3: Training and Classification: Training and
classification with Python were carried out.
Step 4: Model Suitability GoogleNet and mod el
ResNet50 and the model' s suitabilit y have been
tested.
Step 5: Object detection: Object recognition is
applied to webcam data.
C. CNN -Based Image Training
In this stud y , the train of the waste classification
model is used for Matlab R2021 progra m. Alexnet,
GoogleNet, and Resnet50 deep learning
architec tures are used to t rain the dataset. For mod el
training, Intel(R) C ore(TM) i7 2.80 GHz P C with
Windows operating s y stem is used. The training of
Trashnet training kit uses AlexNet, GoogleNet , an d
Resnet50. To improve the efficie nc y of model
training, the learnin g rate is 0.0001, the maximum
number of c y cles is 20, and the number of groups is
20. The training process ended when the final
iteration is rea ched.
D. Real-Time System Design
Real-time s y stem desi gn carried out for the tr aining
phase of images. This stud y is intended to detect
waste in real -time, to separate the d etected wast e.
The waste t y pe is been identified b y the components
moving on the convey or belt and classified
according to the re leva nt se ctions. The NVIDIA
Jestson Xavier NX Developer Kit, which serves as
the main processing center, performs t he
classification and parsing of objects in real -time.
Fig ure 4 sho ws the conv ey or belt which is us ed i n
the study.
Fig. 4 Exa m p le of Co nveyor Belt
As shown in Figure 4, the 15 -pin c onve yor b elt is
equipped with the det ection of rec y cling materials.
The USB c amera is placed on the convey or belt and
connected to the por t of the main processing c enter.
In the classification section of the sy stem uses to
transport waste materilas int o the wa ste section s
with servo driv e and servo motors. In this se ction,
waste detection works direct the relevant waste t o
the waste areas. The s ervo motors helps waste
detection pha se and return to the waste bin. The
beg inin g stru cture of th e servo motor is connected
to a plastic panel and allows the waste to fall into the
relevant waste compartment. The servo motor
directs the waste in the desired direction to move in
the box. The servo motors are connec ted to the
NVIDI A J estson Xavier NX Developer Ki t,
powered via the VI N ter minal.
III. R ESULTS
In this centur y , major problem is the inconv enient
use of rec y clin g areas. C urrent waste m anagement
systems ca us es high waste produc tion and higher
costs. With re al time sy s tems and deep learni ng
92
models, waste classification process coluld b e
reduce d. CNN model on NVI D IA Jestson Xavier
NX Developer Kit, with conveyor belt, servo
motors, and USB Cam era integra ti on, trash can,
paper, cardboard, plastic, glass, six t y pes of waste,
including metal and other waste, can be cl assified as
acceptable. Servo motor s attached to the conv e yor
belt route wa ste from tem porary waste placement in
real-time to the relevant waste compar tment. The
process of classif y ing and categorizing wa ste is
between 4 and 6 seconds. I n this stud y , trainin g of
waste images is carried out by using Goo gleN et and
Resnet 50 fr om CNN deep networks. Table 2 shows
the training results.
Tab le 2 . Results of Training
No
Model
Accuracy
(%)
Training
Time (m i n.)
Epoch
Iteration
1
G oogleNet
94.04
320
20
6980
2
Resnet50
97.59
720
20
6980
As shown in Table 2, the missing data of the two
models in the training pr ocess is c arried out durin g
a 100-iterative training p hase, be tween 626 and 720
minutes of the training period and a 20-period trial.
The training results in 94.04 accuracy rates as a
result of GoogleNet trai ning, while the Resnet50
model has 97.59 a ccuracy rates. I n t erms of the
training period, the most training time is r ealized in
Resnet50, while the GoogleNet model showe d
faster a nd mo re accurate results.
IV. DI SCUSS ION AND CONC L US ION
A trained CNN model, conveyor belt , and sensor-
related separating systems can be used as a future
opportunity to classif y waste in the relevant
compartment. Program and machine-based waste
collection s y stem s can reduce human power. Real -
time waste separ ating s y stems ca n b e performed
with a s ystem that c an m onitor the condition of th e
bin at a distance. With the deep learnin g models a nd
real time int elligent w aste classif ication models w ill
contribute to sustainable and cyclical ec onom y.
R EFE R ENCES
[1] H. N. K ulkarni a nd N. K. S. Ra man, " Waste ob ject
detection and classification ," in CS230 Stanford, 2019.
[2] N. H. Khan, M. Nafees, A. ur Rahman, and T . Saeed,
" Ecodesigning for eco logical sustainab ility ," in Frontiers
in Plant-Soil Interact ion: Elsevier, 2021, pp. 589 -616.
[3] Ş. Ka ypak, " Küreselleşme sü recinde sürdürülebilir bir
kalkınma için sürdürülebilir bir çevre ," Karam a noğlu
Mehmetbe y Üniversites i Sosyal Ve E konomik
Araştırmalar Der gisi, vol. 2 011, no. 1, pp. 19 -33, 2011.
[4] F. Saltabaş, B. T ombul, M. Z . Yazgan, F. Y üksel, and Ö.
Ülkemizde, " Tehlikeli atık yö netimi ve bertara f
teknolo jileri ," Tehlikeli Atık Yönetimi Eğitimi, İstanbul,
Türkiye, vol. 28 , 2012.
[5] A. A. Gündüzalp an d S. Gü ven, " A tık, çeşitleri, atık
yönetimi, geri dönü şüm ve tüketici: Çankaya beled iyesi
ve semt tüke ticileri örneğ i , " Hacettepe Üniv ersitesi
Sosyolojik Araştır malar E -Dergisi, vol. 9 , pp. 1 -19,
2016.
[6] K. Conlon, " P lastic roa ds: Not all they’re paved u p to
be ," I nternational Journal of Sustainable Develop m e nt &
World Ecology , vol. 2 9, no. 1, pp . 80 -83, 2022.
[7] S. E. Eurostat. " Waste statistics ."
https://ec.europ a.eu/eurostat/statistics -
explained/index.php? title=Ma in_Page (accessed
15.0 6.2022, 2022).
[8] N. C. A. Sallang, M. T. Islam , M. S. Islam, and H.
Arshad, " A CNN-Based Sma rt Waste Mana gement
System Using Ten sorFlow Lit e and LoRa -GPS Shield in
the In ternet of Things Environ ment ," IE EE Access, vol.
9, pp . 153560-153 574, 2021.
[9] S. Gündo ğdu and T . R. Walke r, " Why Turkey shou ld not
import plastic waste po llution from develop ed
coun tries? " Marine Pollution B ulletin, vol. 171 , p.
112772, 2021.
[10] S. Nižetić, N. Djilali, A. Papadop oulos, and J. J.
Rodrigues, " Smart tech nologies fo r the promotion o f
energy efficiency, utilization of sustaina ble resou rces
and waste manageme nt ," Jo urn al of cleaner p roduction,
vol. 231 , pp. 565 -591, 2019.
[11] K. -Y. Lin, "User experience -b ased product design f or
smart p roduction to empo wer industr y 4.0 in the gla ss
recycling cir cular ec onomy," Computers & I ndustrial
Engineering, vol. 125, pp. 72 9-738 , 2018.
[12] H. Lu, Y. Li, M. Chen, H. Kim, and S. Serikawa, " Brain
intelligence: g o beyond artif icial intelligence," Mo bile
Networks and Applicatio ns, vol. 23, no. 2, pp. 3 68 -375,
2018.
[13] M. Quaak, L. van de Mo rtel, R. M. T hom a s, and G. van
Wingen, " Deep learning applications for the
classification of p sychiatric disorder s using
neuroimaging data: system atic revie w a nd meta -
analysis," Neuro Image: Clinical, vol. 30, p. 102584 ,
2021.
[14] K. Shirbandi et al., " Accuracy o f de ep learning m odel -
assisted amyloid positron emission to mography sca n i n
predicting Alzheimer 's diseas e: A Systematic Revie w
and meta-a nalysis," Informatics in Medici ne U nlocked,
vol. 25, p. 100710, 2021.
[15] L. Ma, Y. Liu, X. Zhang, Y . Ye, G. Yin, and B . A.
Jo hns on, " Deep learning in remote sensin g applications :
A meta -analysis and rev ie w , " ISPRS j ournal of
photogra mmetry a nd remote sensing, vol. 152 , p p. 166 -
177, 2019.
[16] C. Junxi ng and W . Sh ikai, " Deep learning: Cha nce a nd
challenge for deep gas res ervoir identif ication," in
International Geophysical Co nference, Qingdao, China,
17 -20 April 201 7, 2017 : Societ y o f Exploration
Geoph y sicists and C hinese P etroleum Societ y, pp. 7 11 -
712.
93
[17] J . Egger et al., " Medical Deep Learning – A systemati c
Meta-Revie w ," Co m p uter Method s and P rograms in
Biomedicine, p. 106874 , 2022.
[18] D. J . Hemanth and V. V. Estrela, Deep learning for i mage
processing applicatio ns. IOS Pr ess, 2017 .
[19] D. O. Melinte, A . -M. Travediu, and D. N. Du mitriu,
"Deep co nvolutional neural ne tworks obj ect detector for
re al -time waste ide ntification," Applied Sciences, vol.
10, no. 20, p. 7301, 2020.
[20] E. Avuçlu and F. B aşçiftçi, " An interacti ve robo t design
to find m issing peo ple and inform t heir location b y real -
time face rec ognition syste m o n moving i m ages," Journal
of Ambient Intelligence a nd Hu m a nized Co mputing, pp.
1-12, 2 021.
[21] X. Fan, Real-t ime e mbedded syste ms: desi gn principles
and engineerin g practices. Newnes, 20 15.
[22] M. Yang a nd G. Thung, "Classification o f trash for
recyclability sta tus," CS229 proj ect report, vol. 20 16, p .
3, 2016 .
4th Interna tional Con ference on Ap plied Engi neering and
Natural Sc iences
https://www.i caens.com/
November 10- 13 , 2022, Ko nya, Turkey
94
Evalua tion of Fresh State of Colo r Pigment Incorpo rated Roller
Compacted Conc rete
Gokhan Calis * , Sadik Alper Yildizel 2 and Ulku Sultan Ke skin 3
1 Civil Enginee ring Depa rtment/ En gineering Faculty, Karamano glu Mehmetb ey University, Turkey
2 Civil Engin eering Depa rtment/ Eng ineering Faculty , Karamanog lu Mehmetb ey University,
3 Civil Engin eering Depa rtment/ Eng ineering and Natural Scien ces Faculty , Kon ya Technical University, Turkey
* (gokhan [email protected] u.tr )
Abstract – Roller compacted concrete is like conventi onal concrete in terms of ingre di ents and performance
criteria. I t is widel y used in roads dams. C ement replacement materials, alternative a ggregates and fibers
are widel y incorporated in roller compacted c oncr ete with the purpose of a chieving better pe rformance and
sustainability . These alt ernative materials along with mixture design, type of cement, existence of
plasticizer have an e ffect on properties of RCC. Ve be time of R0 was determined to be 31 second which i s
similar with the sample contains 0.25% pi gment. Bey ond 0.25 % of pigme nt addition by wei ght of cement
vebe time noticeabl y inc rease s. V ebe time of sam ples that have 1% color pigment were determined to be
36 second. Addition of pigment has ne ga tive impact on vebe time and workability of roller co mpacted
concre t e.
Keywords – Roller co mpacted concrete, co lor pigment, fresh state of roller comp acted co ncrete, vebe test
I. I NTRODUCTION
Roller compacted concrete (RCC ) is widely
known as dr y mix and zero slump concrete [1]. Eve n
RCC contains same materials with traditional
concre t e binder content is less in RCC [2,3] . L ike
conventional concrete cement replacement
materials[2,4 – 11], alternative a ggregates [ 12 – 16],
and fibers[17 – 22] were commonl y used in RC C
with the purpose of achieving susta inabilit y and
better m echanical and d urability properties. Roller
compacted concrete is mainl y used in da ms and
pavements. Figure 1 repr esents use of R CC in dams
in countries.
Similar to traditional concrete it requires to
achieve certain level of compressive stren gth.
Minimum compressive stre n gth of 28 Da y s RCC for
the environment without freeze and thaw [23] is 28
MPa while 31 MPa is required RCC that is exposed
to freeze a nd th aw effect.
Consistency and wor kability o f traditional
concre t e is determined b y slum p test while vebe tes t
is required for RC C [ 24]. AC I 325[23] defines
suitable vebe time range is 30-40 seconds while the
other studies suggest different ranges 20 -40 s [ 25] ,
23-50 s[26], 47-65 s[27 ]. Chhorn et al. states 20-75
second of vebe ti me is acceptable [28]. While
various vebe times have b een put fo rward, vebe time
of concrete d epends on aggregate gradation,
properties of cement, admix tures, and mixing
procedure. Further when fiber is utilized in RC C it
is vit al to determine the optimum fiber volume
frac tion to cement paste ratio in order to obtain best
workability [ 17]. Shams aei et al. [29] investigated
effects of utilization of cross-linked pol y eth y len e
was as aggrega te in roller compacted concrete.
With the increase d EXL PE amount, the
workability o f RCC increased and vebe time
decreased. This could be attributed to lower water
absorption of X L P E in comparison to natural
95
aggrega tes. Hence, free water in th e mix ture leads
better workability a nd shorter veb e time.
Fig. 1. Roller co mpacted concrete distribution [30 ] .
Algın et al. [ 31] studied eff ects of macro s y nthetic
fibers on fresh and har dened properties of roll er
compacted concrete. Vebe time of control mix ture
was determined to be 20 second. They incorporated
0.2%, 0.4% and 0.6 % ma cro s y nthetic fiber in their
studies and relevant vebe ti mes were determined t o
be 40, 44 and 46 second. I t was conclud ed that
inclusion of macro s y nthetic fiber has negative
impact on workabilit y of RCC due to high wa ter
absorption capacity of the utiliz ed fiber.
Benoua dah et al.[32] investig ated ph y sic al and
mechanical behavior of polypropylene fiber add ed
roller compacted concrete. The amount of
polypropylene was 0.5, 1, 1.5, 2 and 2.5 kg/m 3 .
Vebe time of control mixture was determined to be
37 while the others were determined to be 45, 47,
51, 54, 59 s respectivel y . I t was proved that increase
in the amount of pol ypropylene has negative impact
on vebe time and workabilit y of roller compacted
concre t e.
In the othe r stud y [ 33] shredded rubber ti re was
utilized as replacement of a ggregate in roller
compacted concrete. Rubber content was by weight
of aggregate. Vebe time was determined to be 33
second on control mixture while the lowest veb e
time was determined to 24 second on the mix ture
contains 30% of shredded rubber tire as a ggrega te.
In the r ecent stud y [ 34] effect of low fines content
sand or limestone modified sand instea d of standard
sand in RCC was evaluated on v ebe tim e.
Utilization of low fine s content and li mestone
modified sand as replacement of n atural aggregate
results an increase in vebe ti me from 26 s econd to
34 seconds.
Adamu and Mohammad [35] replace d fine
aggrega te with crumb rubber in RCC. Four level of
replacement 0%, 10%, 20%, 30% b y volume of fine
aggrega te was p erformed. With the increase of
crumb rubber amount vebe time of RCC mixtures
showed decreasing tr end. Vebe time of contr ol
mixture is 33 seconds. Crumb rubber added
mixtures (10%, 20%, 30%) show less vebe time 30s,
25s, 21s. this d ecrease is a r esult of h y drophob ic
nature of c rumb rubber. Crumb rubber incorpor ated
mixtures have ne gative i mpact on work ability an d
vebe time of roller compacted c oncrete samples.
Within the scope of this stud y colo r pigment
incorporated rolle r compacted samples were
prepared and their fresh properties are observed.
II. M ATE R I ALS AND M ETHOD
Gradation of utilized aggregate is shown in figure
2 and photo of aggregates prese nted in figure 3.
Fig. 2. Utilized agg regate gradation curve
12%
9%
26%
5%
9%
6%
33%
R o l l e r C o m p a c t e d
C o n c r e t e % D i s t r i b u t i o n
Japan Brazil China Ethiopia
Turkey Vietnam Others
96
Fig. 3. Utilized agg regate
Yellow pigment was u tilized in the samples.
Photo of pigment is presented in fig ure 4.
Fig. 4. Utilized pigm ent
5 different samples were prepared. The n ames of
samples are R 0, P0.25, P0.5, P0.75 and P1 and th e
amount of pigment are 0 %, 0.25%, 0.5%, 0.75 an d
1% of cement by weight r espectively. Preparation of
samples for vebe test is shown in fig ure 5.
Fig. 5. Vebe test of sam p les
Table .1Pigm ent properties .
Property
Value
Reference
Size of Partic le (325
m esh)
0.55
ASTM D 185
Fe 2 O 3
83
ASTM D- 50-
81
Moisture 105C o %
0.4
ASTM D- 280-
33
Oil absorpt ion
55
ASTM D- 281
Water soluabl e salt
%
0.61
ASTM D-
1208
PH(%5 wate r
solution)
7
Ig nition Lost 1000C
%
13
ASTM D- 50
Chem ical Formula
FeO(OH) .n H 2 O
In all the concrete mix tures water/binder ratio is
the same furthermore the other ingredients are same
as well. Onl y difference in the samples is the amount
of color pigment. Characteristics of utilized cement
are presented in table 2.
Table 2. Cem ent proper ties
Chem ical and Physical
Properties
Upper and Low er Lim its
as per
EN 197- 1
Min.
Max
I nsoluble
Residue
0.17%
-
0.17%
SiO 2
21.61%
-
21.61%
Al 2 O 3
4.07%
-
4.07%
Fe 2 O 3
0.27%
-
0.27%
CaO
65.71%
-
65.71%
MgO
1.32%
-
1.32%
SO 3
3.34%
-
3.34%
97
Loss ın
Ig nition
3.21%
-
3.21%
Na 2 O
0.31%
-
0.31%
K 2 O
0.34%
-
0.34%
Chloride(Cl - )
0.01%
-
0.01%
Free CaO
1.60%
-
1.60%
Specific
Weight
3.06
gr/cm 3
-
3.06 gr/cm 3
Specific
Surface Area
(Blaine)
4600
cm 2 /gr
-
4600 cm 2 /gr
I nitial Set ting
100
m nt.
45
100 m nt.
Final Setting
130
m nt.
-
130 m nt.
Water
30%
-
30%
Volum e
Consistency
(Le
Chateller)
1 mm
-
1 mm
Residue in
0.045 mm
Sieve
1%
-
1%
Residue in
0.090 mm
Sieve
0.1%
-
0.1%
III. R ESULTS
Density of all the samples we re determined and
presented in figure 6 below. Addition of pigment
has small enhanc in g effect on the de nsit y .
Fig. 6 Density of Fresh Concrete
Vebe test was c arried out in accordance with ASTM
C 1170-91[ 36]. Vebe test results are p resented i n
figure 7. Vebe time of R0 was determined to be 31
second which is similar with the sample contains
0.25% pigment.
Fig 7 : Vebe test results
Be y ond 0.25% of pi gment addition by weight of
cement vebe time noticeabl y incr eases. Vebe time
of samples that have 1% color pi gment were
determined to be 36 sec ond. Additi on of pi gment
has negative impact on ve be time and workabilit y o f
roller compacted concr ete. The particle siz e of
pigment is greater than particles of cement. Thi s
might provide an advantage in comparison to
pozzolanic materials of which particle siz e is
smaller than cement. I t c an be concluded that with
this particle color pi gment do not harm vebe time
very badl y in compariso n to some other pozzolanic
materials. In this study cost of pigment
incorporation w as not inves tigated sim ilarly be yond
1% of pigment incorpor ation was not investigate d.
1% was determined from the literature studi es. In
the future studies these points should be
investigated.
IV. DI SCUSS ION
Addition of pigment has negative impact on veb e
time and workabilit y of roller compacted concrete.
The particle size of pigment is grea ter than particles
of cement. This might provide an advantage in
comparison to poz zolanic materials of which
particle siz e is smaller than cement. I t can be
concluded that with thi s particle color pigm ent do
not harm vebe time v ery badl y in compar ison to
some other pozzolanic m aterials. In this stud y cost
of pigment inco rporation was not investi gated
similarly be yond 1% of pigment incorporation was
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
R0 P0.25 P0.5 P0.75 P1
V ebe T est R esults (s econd)
2338,5
2339,0
2339,5
2340,0
2340,5
2341,0
2341,5
2342,0
2342,5
R0 P0.25 P0.5 P0.75 P1
Density of Fresh Concrete (kg /m 3 )
104
TEŞEKKÜR
Bu çalışma Mersin Üniversitesi tarafından
bilimsel ara ştırma proje (B AP) birimince 2022 -2-
TP3-4769 proje kodu ile desteklenmektedir.
Yazarlar Mersin Üniversitesi -BAP birimine
teşekkür eder.
KAYNAKL AR
[1] L. A . Zadeh, “Fuzzy s et s,” Informa tion and Control , v ol.
8, pp . 338-353, 1965.
[2] Z. P awlak, “Rou gh sets,”, Internatio nal Jo urnal o f
Computing an d Informa tion Science s, vol. 11, pp . 341 -
356, 1982.
[3] D. Mo lodtsov, “Soft set theor y -first r esults, ” Computers
and Mathema tics with Applications, vol. 3 7, pp. 1 9-31 ,
1999.
[4] P. K. Maji, A. R. Roy, and R. B isw a s, “Soft set t heor y ,”
Computers and Ma thematics with App lications , vol.
45(4 -5), pp. 555 – 562, 2003.
[5] N. Demirtaş, S. Hussain, and O. Dalkılıç, “Ne w
appro aches o f in verse soft rough sets a nd their
applicatio ns in a d ecision making pro blem,” Jo urnal of
Applied Mathematics a nd In formatics , vol. 3 8(3 -4), pp.
335 -349, 2020.
[6] O. Dalkılıç, and N. De mirtaş, “Bipolar so ft filter,”
Journa l of Universal Mathema tics , vol. 3(1), pp . 21 -27,
2020.
[7] M. Shabir, and M. Naz, “On soft to pological spaces,”
Computers and Mathema tics with App lications , vol. 61,
pp. 178 6-1799, 2011.
[8] N. Demirtaş, an d O. Da lkılı ç, “An app lication i n t he
diagnosis of pro state ca ncer with t he help of b ipolar soft
rough sets,” o n Ma thematic s and Mathe matics Educatio n
(ICMME 20 19), 283, 201 9.
[9] O. Dalkılıç, a nd N. Demirtaş, “Bipo lar fuzz y soft D -
metric spaces,” Co mmunicatio ns Fac ulty o f Sciences
University o f Ankara Serie s A1 Mathe m atics and
Statistics, vol. 70 (1), pp. 64-73, 2021.
[10] P . K. Maji, A. R. Roy, and R. Biswas, “Fuzzy soft sets,”
Journal of Fuzz y Mathe matics, vol. 9(3), p p. 5 89 -602,
2001.
[11] N. Çağman, F. Çıtak, and S. Enginoğlu, “FP -soft Set
Theor y and Its Applicati ons,” An nals of F uzzy
Mathematics and I nformatics, vol. 2 , pp. 219 -226, 2011.
[12] O. Dalkılıç, an d N. Demirtaş, “VFP -so ft sets an d its
applicatio n on d ecision m a king pro blems,” Journa l of
Polytechn ic , vol. 2 4(4), pp. 1391 -1399 , 2021.
[13] N. Çağman, F. Çıtak, and S. En ginoğlu, “Fuzz y
parameterized fuzzy soft set theory a nd its application s,”
Turkish Journal of F uzzy S ystems, vol. 1(1 ), p p. 21 -35,
2010.
[14] O. Dalkılıç, and N. Demirt aş, “Virtual intuitionistic
fuzzy para meterized intuitio nistic fuzz y soft sets a nd
their ap plication in decisio n- ma king,” G ümüşhane
University Journal of Scien ce and T echnology, vol.
12(3 ), pp. 769-780 , 2022.
[15] O. Dalkılıç, and N. De mirtaş, “Algebr aic o perations of
virtual fuzz y par ameterized soft set s a nd their app lication
in d ecision- making,” Cumhuri y et Scie nce Journal, vol.
42(4 ), pp. 878-889 , 2021.
[16] N. De m irtaş, a nd O. Dalkılıç, “Neutroso phic Extension
of N-soft Set and Similarity- Based Decision- Ma king,”
Turkish Jo urnal o f Mathemati cs and Computer Science,
vol. 13(2 ), pp. 294 -309, 2021.
4th Interna tional Con ference on Ap plied Engi neering and
Natural Sc iences
https://www.i caens.com/
November 10- 13 , 2022, Ko nya, Turkey
105
Application of the Extended Fini te Element Method to Assess ment of Rock
Slopes
TAL EB Hosni Abderrah mane *1, 2 , GUEM I D I I smahene 1 , 3 and RAHMANI. Abdallah Yacine 4, 5
1 FIMAS La boratory, University of B echar – ALGERIA
2 Departmen t of Civil Engin eering and Hyd raulic, Institute o f Science and Technolog y, Univers ity Center
of Mila. ALGER IA
3 University Ch adli Ben djedid of El Ta rf, ALGERIA
4 Departmen t of Civil En gineering, University of Msila, 28 000 M’sila, Alg eria
5 Earthqu ake Engineering and Structu ral Dynamics La boratory, Nationa l Polytech nic School, Algiers, Alg eria
* (t aleb hosni@ya hoo.fr) Ema il of the co rresponding autho r
Abstract – The development of numerical anal y sis methods and their applic ation to geomechanics problems
have provided ge otechnical en gineers with ex tre mely powerful tools. One of the most important problems
in geotechnical engineering is slope stabili ty analysis. I t is a very difficult t ask due to several aspects such
as the nature of the problem (continuum and discontinuum), experimental consideration, monitoring,
controlling, assessment and modelling. The pr esent stud y us ed the Ex tended Finite Element Method as a
tool to investigate the progressive failure of rock slopes . Crack initiation and propagation are involved in
the entire process of p rogressive sli de su rface de velopment. Simple examples of f ailure of rock slopes
containing different loc ations and lengths of discontinuit ies are modeled in this stud y . The present r esults
illustrate that the t y pes of crack propagation obtained b y the X FEM can help ex plain the releva nt cr acking
processes in nature and experimental studies. I n addition, through the result s, we see the feasibility of
analy zin g slope stability with t he discontinuum methods.
Keywords – Rock slope; An alysis; Extended F inite Element Method ; Progressive Failu re.
I. I NTRODUCTION
Slope movement is a geotechnical phenomenon.
This problem is among the most commonly
encountered in geotechnical engineering. T he
instabilit y of slopes c an be found in the whole
world, especiall y in mountains. It is a source of hu ge
danger to human life and propert y [1, 2]. The
transition from a stable state to an instable state
revea ls varied and numer ous cause s, such as human-
made, slope hei ght, slope ang le, t ype of soi l,
hydraulic properties, e tc. Some failures combin e
differe nt causes. Therefore, the assessment of slopes
is probabl y the most difficult task o f th e
ge ot echnical engineer. However, nowa da ys there
are tons of rese arch papers a bout slope stability
analy sis that have be en published, and it is sti ll
attracting the a ttention of severa l researchers and
eng in eers. Persistence o f disconti nuities such as
crac ks, m aterial interfaces, and joints. These
problems are the most important factors a ffecting
the stabili ty of ro ck s lopes [ 3]. The complex
mechanical behaviors du e to the discontinuous and
inhomogene ous nature of rock and soil make it
difficult to tackle with cl assical numerical models.
This is one of the main cha llenges of de scribing and
analy zin g discontinuous rock slopes. The rock
slopes ma y hav e been rel atively stable for man y
y e ars, nevertheless the streng th ma y hav e decreased
over ti me, which ma y ha ve driven the slope ne ar t o
an unstable rock slope. The propagation of fractures
through intact rock bridges between the
discontinuities is the ke y to progressive failures of
rock slopes. [4] . I n the past decades, due to the
development of computers, many numerical
106
methods have b een developed [ 5 – 8] to understand
both the mechanisms and processes involved in
analy zin g the risk of rock slope failures. Among
these methods are the Discrete Element Method
(DEM); the Numerical Manifold Method (NMM);
and the Ex tended Finite Element Method (XFEM).
In this stud y, we use the Extended Finite Elemen t
Method as a tool to investigate the pro gressive
failure of an elastic rock slope with differe nt
locations and lengths of cracks. Now, w e will briefl y
discuss some methods. We start with the L imi t
Equilibrium Method, L imit Analysis, Finite
Element Method, and finall y , the Extended Finite
Element Method.
II. M ET HODS OF A NA LYSIS S LOPES S TAB ILITY
A. Limit Equilibrium Method
For man y years, the L i mit Equilibrium Method
(L EM) has been the most popular method to analyze
slope stabilit y and is still used toda y b ecause of its
simplicit y and because it does not need m an y
parameters fo r an al y sis. There a re man y methods
that use thi s technique. Some of these methods can
be computed b y hand calcula tion. The mos t
common limit equilibrium techniques are methods
of slices, such as the ordinar y method of slice s
Fellenius [9] , the Bishop simplified [10], S penc er
[11], and Morgenstern-Price m ethods [12]. The re
are differences b etween these methods in
assumptions about force and the shape of the slip
surface. The LEMs can b e groupe d into two groups
based on the shapes of the slip surface. The first
group is methods which use circular slip surfaces,
including Fellenius [9] and Bishop [8]. The second
is that methods of analy s is which emplo y non -
circular sli p surfaces include Morgenstern and P rice
[12]; Spencer [ 11]; Sarma [13]; J anbu [ 14], and
others. The sli ce methods have some common
features, and Zhu et al. [ 15] have summarized them
as follows:
The sliding body over the failure surface is
divided into a finite number of slices. The
slices are usuall y cut verticall y , but horiz ontal
as we ll a s inclined cuts h ave also been used by
various researchers. I n genera l, the differences
between di fferent methods of cutting are not
common, and the ve rtical cut is preferred b y
most engineers at present.
The streng th of the slip surface is mobilized to
the same degree to brin g the sliding body into
a li mit state. I t mea ns there is onl y a sin gle
factor o f safet y whi ch is a pplied throughout th e
whole failure m ass.
Assumptions regarding inter-slice forces are
employe d to render the problem determined;
finally, the factor of safe ty is computed from
force and/or moment equ ilibrium equations.
The definition of the Factor of Safet y ( FS) is the
same for all these method s and is defined as follows:
𝐹𝑆 = 𝑆ℎ𝑒𝑎𝑟 𝑠𝑡𝑟𝑒𝑛𝑔𝑡ℎ 𝑜𝑓 𝑠𝑜𝑖𝑙
𝑆ℎ𝑒𝑎𝑟 𝑠𝑡𝑟𝑒 𝑠𝑠 𝑟𝑒𝑞𝑢𝑖𝑟𝑒𝑑 𝑓𝑜𝑟 𝑒𝑞𝑢𝑖𝑙𝑖𝑏𝑟𝑖𝑢𝑚 (1)
The various slice methods of limit equilibrium
analy sis have be en w ell surve ye d and summa rized
in man y studies such as Abra mson [16], Dunc an
[17], Burman et al [18].
B. Limit Analysis
Limit anal y sis considers yield criteria and the
stress-strain relationship; the solut ion of this method
is based on two bounds, the upp er a nd the lower
bounds theorems of clas sical plasticity theor y [ 19,
20]. The lower bound theorem states that an y
statically admissible stress field will mi nimize the
internal dissipation of energ y . Hence, usin g low er
bound theorem, the ex act solut ion is conducted with
force method and established with maximizing of
the functional of the i nterne energy dissipatio n.
Inverse l y, th e upper bou nd theorem states that an y
kinematically admissible velocit y field wi ll
maximize the internal dissipation of energy .
Therefore, usin g the uppe r bound theorem, the ex act
solution is c onducted with the displacement m etho d
and established with the minimizing of the
functional energ y dissipation. Application of li mit
analy sis to slope st abilit y was started b y Drucker et
al [ 19, 21] , with rotational and translational failur e
mechanisms under plane strain. Chen [22],
Michalowski [23, 24], Donald and C hen [25] have
rece ntl y published works. I n addition, research by
Ly a min and Sloan [26] compared the linear and
nonlinear programming formulations for lower
bound limit analy sis , and in the study of Kim et al.
[27], they used li mit analy s is to assess slope st abilit y
with the presence of pore water pressure s.
107
C. Finite Element Method
Among the continuum methods, the Finite
Element Method (FEM) is largel y used to anal y z e
solid and structural mechanics, [ 28-31]. The
essential idea of FEM is to divi de the bod y int o
finite elements, often just called elements, related b y
nodes, and obtain an approximate solut ion, as
shown in Fig ure 1. This is called the finite element
mesh. With the developme nts of computer h ardware
and software , FEM calculation tools have also seen
improvements. Due to all these increases, the FEM
has become a powe rful tool with more flexibility ,
better visuali zation of the deformations, and great
realism (laws for comp licated behavior, difficu lt
ge om etry, types of load ing, etc). Gen erally, this
method is used to analy z e geotechnical problems.
Here we are int erested in slope stability anal y si s.
There are two m ethods most widely used b y FEM to
analy ze slope stabilit y The first is the gravity
increase method (GIM). In thi s method, the gravit y
force s, such as weight, i ncrease progressivel y un til
the instabilit y of thi s slope occurs. To give results
more reliable, it is used to stud y du ring the
construction of embankments. Colby et al, [ 32]. The
GI M was implemented i n a numerical code called
Realistic Failure P rocess Analysis (RFPA) b y Li et
al. [33] , which was previousl y improved b y T ang
and his coworker [ 34].The second is the strength
reduction method (SRM), it is the most use in the
programs of FEM and FDM, for slope stabili ty
analy sis, the SR M decrease graduall y the strength
paramet ers (c, φ) of the s lope until the instabilit y of
this slope. Zienkiewic z et al. [35] used the S RM. In
1975, the first source code used for slope stabili t y
analy sis with the SRM was published by Smith and
Griffiths [ 36]. Others have used it since, including
Nay lor [37], Donald and Giam [38] , Ugai [39 ],
Matsui and San [ 40], Ugai and Leshchinsky [ 41] ,
Song [42] , Dawson et al. [ 43], Griffiths and La ne
[44], Ha mmah et al. [45], and Z hen g et a l. [46].This
method has be en reviewed b y Duncan [ 17],
Griffiths and La ne [44]. Hammah et al. [47] used the
Generalized Hoek-Brown criterion in SSR analysis
to assess rock slopes in their paper.
The S RM is used in 3D three dimensions to obtain
a more realistic study b y Wei et al. [49]. The GIM
and SRM are used for two tasks coupled to slope
stabilit y an aly sis: firstly, the computation of the
minimum factor of safety; and secondl y , findin g a
critical sli p surface r elated to this safet y facto r.
Among the advanta ge s of these methods, G I M and
SRM, the critical failure surface is f ound
automatically , Wei et al. [ 49]. The factor of saf et y
with GI M is the ratio between gravitational
accelera tion at the time of failure and a ctual
gravitational acceleration, which is defined
according to the equation s:
𝐹𝑆 = g 0
𝑡𝑟𝑎 𝑖𝑙
g 0 (2)
𝐹𝑆 : the Safet y factor; g 0 𝑡𝑟𝑎𝑖𝑙 : the trial gravitational
accelera tion (m/s 2 ); and g 0 : the initial gravita tional
accelera tion (m/s 2 ).
With Mohr-Coulo mb the safet y factor, which is
the ratio b etwee n actual strength parameters and
critical strength p arameters, the Mohr -Coulomb
failure criterion c an be written as the equation for
the li ne that represents the failure envelope given
by:
𝜏 = 𝑐 + 𝜎 𝑛 tan 𝜑 ( 3)
Wh ere , τ is shear stress; σ n : is normal stress; 𝐜 : is
the cohesive stren gth, an d φ : is the internal friction
ang l e. The fac tor of saf ety is given by the following
equation:
𝐹𝑆 = 𝑐
𝑐 𝑟 = tan 𝜑
tan 𝜑 𝑟 ( 4)
𝐹𝑆 : Safe t y of fac tor; 𝑐 : I nitial c ohesive str ength; 𝜑 :
initial internal friction angle; 𝑐 𝑟 : reduced cohesiv e
streng th; and 𝜑 𝑟 : reduced internal friction angle.
In the Hoe k- Brow n criterion, the parameters
reduce d in the strength re duction analysis are the
initial uniaxial compre ssive strength of the intact
rock ( σ ci ) and ( m i ), initial intact rock pa rameter.
The safe t y fac tor is given by
𝐹𝑆 = 𝜎 𝑐𝑖
( 𝜎 𝑐𝑖 ) 𝑟 = 𝑚 𝑖
( 𝑚 𝑖 ) 𝑟 (5)
here, σ ci : is the initial uniax ia l compressive stren gth
of the int act rock; and m i : is the initial intact rock
parameter; ( σ ci ) r re duced un iaxial compressive
streng th of the intact rock; and ( m i ) r is re duced
intact rock parameter.
108
Fig. 1 Finite ele ment discretiz ation in 2D
The li mit equilibrium method, li mit analy sis , and
the finite element method with strength reduction
method (SRM) are th e most commonl y use d
methods to analy ze slope stability . Nevertheless,
these methods have some limitations. The y are not
totally capable of captur ing pro gressive failure in
ge om aterials [50].
D. Extended Finite Element Method (Stat of the
art)
In 1999, Bely ts chko and Black [51] introduc ed a
new method for modeling cracks and thei r
propagation b y finite elements with a minimum of
meshing. B y this metho d, cracks ali gne d with the
grid (the mesh) can be represe nted by means of
enrichment fun ctions. The essential ide a of this
method is to add advanced enrichment functions
(crack-tip) to the approximation. I n fact, this new
method explo its the prop erty of the partition of unit y
finite element, which was developed b y Melenk an d
Babuska [52]. The method was later improved b y
Môes et al. [53] and Dolbow (PhD: 1999) [54] and
called the ex tended finite element method (X-FEM:
eXtended Finite Elem ent Method). The main idea o f
the extended finite element method is to enrich the
basis of the classical f inite element method b y
singular functions on the crack tip asymptotic to
repre s ent the appearance of the stress field in the
crac k ti p. This enables a faithful r epresentation of
the physica l processes o ccurring in the crack tip, as
well as discontinuous functions located along the
crac k to account for the discontinuit y of th e
displacement field surrounding the c rack. This wo rk
led to a number of do cuments to solve problems in
two-dimensional plates using the X -FEM, like
Dolbow et al, and Daux et al. [55, 56] who have
presented a te chnique for mod eling arbitrary
discontinuities within the enriched finite element s.
Möes et al. [ 53] studied the propagat ion of cracks
using this technique. S ukumar et al. [57] have
extended the XFEM for modeling cracks in three
dimensions. In addition, Sukumar et al. [58]
describe the modeling of the holes and inclusions by
the extended finite element method. A method of
le vel fun ctions (level-set) has graduall y evolved and
is used to locate the interface of the crack, includin g
the location of the edg es of cracks. Stol arska et al.
and other authors [59-62] introduced the couplin g
between this method and XFEM to model crack
propagation in 2D and 3D problems. Quasi-static
propagation modelin g of a 2D crack in th e isotropi c
problems a nd bi-material interface using the XFEM
is described in Sukumar and Prevost et al. [ 63, 64].
The cohesive crack problem in quasi -brittle
materials was investiga ted by man y authors [65,
66], while other authors [ 67, 68] studied ex tensively
the behavior of cracks in composite materials using
XFEM. Contact modeling with X FEM was first
introduced by Dolbow e t al. [ 69] and revisited by
Belytschko et al. [ 70]. Khoei and Nikbakht [71]
applied a valid formulation for modeling frictional
contact problems. Bel y ts chko et al. [72], Belytschko
and Chen [73], and Zi et al. [ 74] proposed XFEM
formulation dy namics.
F ormulati on
Consider the domain (Figure 2). An internal
discontinuit y is r epre s ented by th e curve Γ 𝑑 , a tensile
load 𝑡 is applied to the border Γ 𝑡 and a displacement
𝑢 is imposed on Γ 𝑢 . The curve Γ 𝑑 has two borders Γ 𝑑 +
and Γ 𝑑 − .
Fig. 2 Cracked dom ain
According Bel y tschko and Moës [51, 53], the
admissible displ acement field in the XFEM
formulation is written as follows (6):
𝒖 𝒉 ( 𝒙 ) = ∑ 𝑵 𝒊 ( 𝒙 ) 𝒖 𝒊 + ∑ 𝑵 𝒊 ( 𝒙 ) 𝑯 ( 𝒙 ) 𝒂 𝒊 + ∑ 𝑵 𝒊 ( 𝒙 ) ( ∑ 𝑭 𝒋 ( 𝒙 ) 𝒃 𝒊 𝒋
𝟒
𝒋=𝟏 )
𝒊∈𝑵 𝒕𝒊𝒑
𝒊∈𝑵 𝒉𝒆𝒂
𝒊∈𝑵 𝒕𝒐𝒕
𝑁 𝑖 ( 𝑥 ) : The standard finite el ement interpolation
functions. 𝐻 ( 𝑥 ) : The He aviside function f eature the
109
two cra ck sides. 𝐹 𝑗 ( 𝑥 ) : Enrichment functions
repre s ent the sing ularit y near the crac k tips. 𝑐 𝑖 : The
enriched nodal de grees o f freedom associated with
the Heaviside function. 𝑒 𝑖 𝑗 : The enriched nodal
degree s of freedom associated with the cr ack tip s
function.
Fig ure 3, shows the strateg y of Bely ts chko, and
Moës [ 51, 53] to enrich the nodes of the element s
that have a discontinuit y . Nodes enclosed b y a circle
are nodes enri ched b y th e Heaviside function, and
nodes surrounded b y a square (the element that
contains the crack tip) are enriched with crack tip s
functions.
Fig 3. T he strategy of the XFE M enrich ment
The function H (x) is the function of discontinuit y
(Heaviside), g iven b y :
𝐻 ( 𝑥 ) = { −1 𝑠𝑖 ( 𝑥 − 𝑥 ∗ ) . 𝑛 ≤ 0
1 𝑖𝑓 𝑛𝑜 (7)
Fig 4. Nor mal an d ta ngential vec tor rep resentation of a p o int
x * on the crack inter face
The nodes in the vicinity of the crack tip must be
enriched by the following functions
{ 𝐹 𝑗 ( 𝑟, 𝜃 ) } 𝑗=1
4
{
𝐹 1 = √ 𝑟 𝑠 𝑖𝑛 𝜃 2
𝐹 2 = √ 𝑟 𝑐𝑜𝑠 𝜃 2
𝐹 3 = √ 𝑟 𝑠𝑖𝑛 𝜃 2 𝑠𝑖𝑛𝜃
𝐹 4 = √ 𝑟 𝑐𝑜𝑠 𝜃 2 𝑠 𝑖𝑛𝜃 (8)
Fig 5. Coordinate s ystem for the anal ysis of the crack tip
stress field
Recently , the XFEM has been applied to modeling
of deformable porous m edia, Khoei and Ha ghig h at
(2011) [75], where the y anal y ze man y numeric al
examples, like San Fernando Dam, to demonstrate
the efficienc y o f the X -FEM technique in saturated
porous soils. The method of XFEM has been
successfully applied to anal y ze slope sli p failure b y
Sanborn and Prevost (2011) [76], who have
developed a numerical tool for detecting
instabilities in elasto-plastic soils due to exist ing
discontinuities.
III. EXAMPLE OF A ROCK S L OPE
This example was taken from the paper of Louis
Ngai Yuen Wong and Zhijun Wu [77]. I n the ir
study, the y used the numer ical manifold method
(NMM) to an alyse rock slopes. Here we use the
same example, but we applied XFEM wit h the
elastic model. The geometry of the rock slope is
illustrated in Fi gure 6. All characteristics of soil
properties are presented in Table 1. In this section,
the simulations were performed for four diff erent
locations and lengths of discontinuities (cr acks).
Failure was achieved in four cases due to the initial
displacement P .
Nodes enrich ed by H f unction
Nodes enrich ed by F functions
Crack
𝜃
Y
X
r
110
Fig 6. Geo m etr y o f the slope
Tab le 1. Material pro perties
Material pr operties
Value
Poisson’s r atio ( 𝜗 )
0.15
Young ’s modulus
𝐸 (GPa)
33.7
Tensile streng th
𝜎 𝑡 (MPa)
13.1
I nitial disp lacement
P (m)
- 1
IV. R ESULTS AND DISCUSS I O N
In this paper, we have four examples that are
simulated. Failure w as achieved in all cases due to
the applied initial displacement P. This
displacement and boundary conditions are
unchanged in all these examples, as we see in Figure
7. F or e ach example, we have a special location an d
length of crack.
Fig 7. Bo undary conditions with initial displace ment
A. Ex ample 1
In o rder to investi ga te th e effect of loc ation and
length of the failure in rock slopes, the first ex ample
repre s ents a t ypica l pla nar failure with one full y
persistent discontinuit y . Figure 8, shows the
location of the initial c rack and it s len gth, L = 75.2 3
m.
Fig 8. Rock slope w it h a planar failure
Fig ures 9 a-c give the simulated failure of the rock
slope with 1838 elem ents. As illustrated in these
figures, we notice that as the initial displacement P
increases, the crack keeps on propagation. I n th is
case, the develop ed crack make s the tot al upper part
of the rock slope displa ced due to the location of the
crac k and its length. See Figure 9 a, which present s
the finale kinematic o f o ur rock slope. Th e field of
total displacement is Fig ure 9 b. The crac k growth
direction has to be determined b y the level se t value
as well, as we see in Figure 9 c .
(a)
(b)
111
Fig 9. Failure p rocesses of rock slope with a planar fail ure
analyzed b y the XFEM, (a) slip surface, (b) displace ment
fields, (c) final failure.
B. Example 2
The rock slope in this anal y sis is the same as that
in the previous section, but with another failure. The
rock slope and crack are shown in Figure 10. Th e
length of this failure is L = 60.46 m, and its location
is exactly as we see in Figure 10.
Fig 10. Rock slope with big ed ge crack
Here, in the s econd sim ulation of the ro ck slope
with a crack, the corresponding crack trajector y is
depicted in Figure 11 a. This gives us the surface
failure of our rock sl ope. Due to the initial
displacement, the crack starts propagating from th e
flaw tip in an in clined direction to the region of low
shear. It approaches the vertical direction of our
rock slope. Figure 11 (a) shows the mesh
deformation. By level set values (XFEM), w e
observed the trajectory of the propagation crack the
total field displ ace ment of this modelling depicts the
situation on this slope be tter, as shown in Fig ure 1 1
c.
Fig 11 . Failure processes o f rock slope, ( a) trajector y of
prop agation crack, (b) slop e def or m atio n, (c) field
displace m e nt, (d) final failure
C. Example 3
Fig ure 12 shows the rock slope with a crack. As
we see below, the failure of our slope was changed,
as we see the crack init iation at the center and
inclined, with a length of L = 36.98 m.
(c)
(a)
(b)
(c)
(d)
112
Fig 12. Rock slop e with an inc lined center crack
This example is not like others. The location of
the initi al crack, at the c enter of the ro ck slope, b y
the XFEM results, we observed th e f ailure proc ess
of this slope with Figure 13 a. Sim ilar to that in the
previous example, the trajector y of p ropagation
from the flaw tip is incl ined b y vertical direction,
toward the top o f the rock, to the r egion of lo w
shear. In Fi gure 13 d, th e different colors represent
the propaga ted crack. Figures 13 c and d,
respec tivel y, illustrate the mesh deformation and the
field of deformation.
Fig 13. Failure pro cesses of rock slop e with an i nclined
center crack, (a) direction of pro pagation crack, (b) slope
failure (c) field d isplacement, (d) final failure.
D. Example 4
Finally , the rock slope configuration to be
simulated in thi s example is simil ar to that in the
previous ex ample, but this time the crack is small
compared to the other examples, L = 17.02 m, and
its location near to the toe of the slope, as we see i n
Fig ure 14.
Fig 14. Rock slop e with small edge crack
For this ex ample, we have an edge small crac k in
a rock slope, for which we r efine the mesh b y 73 76
elements. In this simulation, the massive slope
moves downward alon g th e pr eexisting upp er
failure surface, as shown in Figure 15 b. Due to the
initial displ acement, the crack starts propagating
from the flaw tip to the region o f low shear, as we
see in Figure 15 a. These X FEM kinemat ic resul ts
provide one possible mechanism to a ccount for t he
development of the cra ck observed on this rock
slope, as shown in Figure 15 c.
(a)
(b)
(c)
(d)
113
Fig 15. Failure p rocesses o f rock slope with small crack,
(a) crac k propagation, (b) slope failure, (d) final failure
V. C ONCLUSION
The limit equilibrium method, limit anal y sis, and
the finite element method with strength reduction
method are the most co mmonly used methods to
analy ze slope stabilit y. Nevertheless, these methods
have some limi tations. They are not capable of
capturing progressive failure in geomaterials. In this
study, the Ex tended Finite Element Method
(XFEM) was adopted fo r the stabilit y analyses o f
rock slopes in discontinuit y to demonstrate it s
applicability a nd usefuln ess in analy z ing rock slo pe
stabilization. The examples show that this method
(XFEM) can sim ulate the propagation of a crack in
a rock slope. The assess ment of rock slope failur e
requires the conside ration of many reasons; the
location, len gth of initi al failure, and the effects of
the initial displace ment. This modelling clearly
points out how the crack trajectory is d epicted, an d
this method gives us the surface failure of the rock
slope. Due to the initial displacement, the cra ck
starts propagating from the flaw tip to the reg ion of
low shear. It approaches the top o f the rock slope.
This paper is open to discussi ng various
perspec tives, such as elastoplastic models; the
presence of man y failur es; the effects of marti al
proprieties; ty pes of load ing; etc .
A CKNOWLEDGMENT
Funding : This r esearch i s carried out and funded
in the context of the project “Interaction of
ge ot echnical structures with their environments”.
Under the propo sals “University Formation
Researc h Project (PRFU)”. The proje ct approval
code is: A01L02UN080120200002.
R EFE R ENCES
[1] Kim, J.Y., Lee, S.R. An improved search strategy f or the
critical slip su rface using finite element s tress fields.
Computers and Geo technic s, 21(1 997) 295 – 3 13.
[2] Chen, Z.Y. Stab ility anal ysis o f soil slop e Theor y ,
Method and P rogra m s. Chinese W ater P ress, Beij ing
(2003).
[3] Einstein HH, Venezia no D, Baecher GB, Reilly OKJ.
The effect of disco ntinuity persistence on rock slope
stability. Inter national Journa l o f Rock Mecha nics and
Mining Scien ce s and Geomechanics 1983; 20(5):227 –
236.
[4] Xinmei An, Youj un Ning, Guo wei Ma, *,† and Lei He.
Modeling p rogressive failures in rock slopes with non -
persistent j oints u sing t he numerical manifold m e thod
International Jo urnal For N umerical and Analytical
Methods in Geomechanics In t. J. Numer. Anal. Meth.
Geo m ech. (201 4) 38:67 9 – 701.
[5] Luc Scholtès, Fré déric - Victor Do nzé. Modelling
progressive failure in fract ured r ock masses using a 3D
discrete ele m ent method. Inte rnational J ournal o f Rock
Mechanics & Mining Science s 52 (2 012) 18 – 30.
[6] Stead D, Eberhardt E, Coggan J S, Benko B . Advanced
numerical tec hniques in rock slo pe stability a nalysis –
applicatio n and limitations. In: Landslides ca uses,
impacts and counter measures, Davos, Switzerland.
(2001). p. 615 – 24.
[7] Jing L, H udson JA. Nu merical m et hods in rock
mechanics. Int J R ock Mech Min Sci (2002 ), 39:409 – 27.
[8] Bob et A et al. Numerical models in disconti nuous media:
review of adva nces for rock mechanic s ap plication s. J
Geotech Geoen viron Engng, ( 2009), 135 :1547 – 61.
[9] Fellenius W. Calculation of stab ility of ea rth dams.
Tr ansactions, 2nd Congress on Large Da ms,
Washington, DC, (1 936) , vo1445 - 462.
[10] B ishop A.W. T he use o f slip circle in the stabilit y
analysis of slopes. Geotech nique, (19 55), 5(1):7 -17 .
[11] Spencer, E. A met hod of an alysis of the stability of
embankments assu ming p arallel interslice forces.
Geotechnique. Lo ndon, (19 67), 17(1), 11 - 26.
[12] Mo rgenstern, N. R., and P rice, V. E. T he analysis of the
stability of general slip sur faces. Geo technique, London,
(1965), 15(1), 79- 93.
[13] Sar ma S K.. Stability Analysis of E m bank m ent and
Slopes”. Geo technique, (19 73), 23:423 ‐33.
(a)
(b)
(c)
120
A. Figures and Tables
.
Fig. 1 Methyl Blue
III. R ESULTS
The experimental results indicate that the hig hest
Methyl Blue removal efficienc y was 78.7% ( Dosage
0,5g-time25min-temperature 42 ° C and solution PH
3)
This stud y rev eals that the clay of Adrar is a
potential adsorbent for removing M B dye from
waste waters.
Tab le 1. Result of RSM
A :
Dosage(g)
B :
Time
(min)
C :
Temp erature (°C)
D :
Ph
R%
0,5
35
22
6
41,2
0,1
25
62
6
52,8
0,5
25
22
6
57,2
0,1
25
42
9
51,9
0,5
15
62
6
47,9
0,5
25
62
9
48,7
0,1
25
22
6
41,0
0,1
25
42
3
56,1
0,5
35
62
6
44,5
0,5
25
62
6
49,0
0,5
25
42
3
78,7
0,1
35
42
6
58,1
0,5
15
42
3
57,8
0,5
25
42
6
58,3
0,5
25
42
6
56,0
0,5
35
42
6
60,2
0,5
25
42
6
54,5
0,5
25
22
3
61,8
0,5
35
42
3
69,8
0,5
15
42
9
47,5
0,5
25
62
3
71,1
0,5
25
22
9
50,5
0,5
15
22
6
40,6
0,5
15
42
6
55,8
0,1
15
42
6
58,0
0,5
35
42
9
56,3
0,5
25
42
9
51,1
121
DI SCUSS ION
The cla y was obt ained as a dr y lum ped sample from
Qasr Uqba r O ghrut Dis trict Adrar State Al geria
First cla y s ample was modified b y decomposition of
carbona t es by the addition of an acetate buff er
solution of pH 4.8 (2 M sodium acetate +2 M acetic
acid) takin g care that the pH does not drop b elow
4.5 to avoid a ny attack on the clay mineral structure
After we wash th e sa mple, we treat it with
hydrogen perox ide to Oxidation the Organic
Materials .
Then we wash the sample we ll and add dispersible
component (sodium hexa-metaphosphate) t o
obtained the fraction less than 2 µm Particle -size
determinations b y th e "micro-pipette " method
Finally we wash the sample well and dry it at 105°C.
IV. CONCLUSION
This stud y is devoted to the level Box- Behnken
design in respons e surface methodolo gy (RSM) w as
used to optimize the Methyl BLUE D YE remov al
from aqueous solution using cla y minerals of Adr ar.
Clay was used as adsorbent fraction were
character ized b y dif ferent technical anal y se The
result of XRD indic ates the prés ence of Kaolinite
and Muscovite where the results of the FTIR
demonstrated the existence of the Kaolnite clay, The
BET surface Area after purification was 106,708 5
m 2 /g.
In the current work4 level Box- Behnken desi gn
(BBD) in response surfac e methodolog y (RSM) was
used to opti mize the Me thy l Blue d ye r emoval from
aqueous solution using c l ay minerals.
Various variables wh ere adsorbent dos age (A ;0,1-
0,5g), time (B ;15- 35 mi n), temperature (C ;22-
62°C) a nd solution pH (D) we re optimiz ed by usi ng
BBD for eff icient remov al for MB .
R EFE R ENCES
[1] Saud Abdulha meed, A.; T alaq Moha mmad, A.; J awad,
AH. “Application of response s urface s ynthesis of
chitosan tripol yphosphate/Tio 2 nanoco m posite a nd
adsorp tion of r eactive orange 16 dy e”. Journal of cleaner
prod uction. 232(2019), 43 - 56.
[2] Spence, A ; Kelleher, Bp. “FT -IR spectro scopiec analy sis
of kaolinite- microbial interaction”. vibrational
spectroscop y 61( 2012 )151 -155.
[3] Panda, AK; Mishra, BG; Mi shra, DK; Si ngh, RK. “E ffect
of sulph uric acid treatment the ph ysico-c hemical
characteristics of kaolin cla y» ; colloid s and surfaces ;
physicochem. En g Aspects26 3(2010) 98 - 104.
4th Interna tional Con ference on Ap plied Engi neering and
Natural Scie nces
https://www.i caens.com/
November 10-13 , 2022, Ko nya, Turkey
122
Evalua tion of Real-Ti me Background Sub traction T echnique for Mov ing
Object Detection Using Fast -Indep endent Co mponent Analysis in Video
Surveillence
Naoum Abderrahmane 1* , Boumehe d Meriem 1, 2 , Alshaqa qi Belal 1 , Kandouci Chahinaz 3
1 Signa l and Image Laborato ry, University of Scien ce an d Technology o f Oran - Moha med BOUDIAF, Algeria
2 Higher Sch ool of Electrical an d Energetic Engineering of Oran, Algeria
3 Telemmunica tions and digital signal p rocessing labo ratory, University Djillali Lia bes, Sidi B el Abbes, Algeria
*(naou mfireman@yaho o.com)
Abstract – B a ckground subtraction algorithm is a larger use d technique for de tecting moving objects in video
surveillance to extract the foreground objects from a re feren ce ba ckground imag e. There are man y challenges
to test a good background subtraction algorithm, like changes in il lumination, dynamic background such as
swinging leaves, rain, snow and the change s in ba ckground for example m oving and stopping of ve hicles. In
this paper, we propos e an efficient and accurate b ackground subtraction method for moving obje ct detection
in video surveillance. The main idea is to use a developed fast - I ndepe ndent Component Analy sis (I CA)
algorithm to separates background, noise and foreground mask from an image sequence in practical
environments. The fast-ICA algorithm is adapted and adjusted with a matrix calculation and sear ching an
optimum non-quadratic function to be faster and more robust. Moreover, in order to estimate the d e-mix ing
matrix and the denoising de-mixing matrix parameters, we propose to convert all images to YCrCb color
space, whe re the lum a component Y (bri ghtness o f the c olor) gives a suitable re sult s. The proposed technique
has been verified on the publicl y available datasets CD net 2012 and CD net 2014, and ex perimental results
show that our algorithm can detect compet ently and accurately the movin g objects in challenging conditions
compared to other methods in literature in terms of quantitative and qualitative evaluations with re al-tim e
frame rate.
Keywords – Backg round subtraction, de -mixing matrix, ICA, Moving o bject detection.
I. INTRODUCTION
Bac kground subtra ction is a popular approach to
segment moving objects in an image sequence
under a stationa r y camer a [ 1-6] . I t detects moving
objects in an image b y evaluating the dif ference of
pixel features of the curr ent scene im age against the
reference back ground i mage [ 7]. Furthermore,
background subtraction techniques offer suitable
solution [ 8], which provide a good compromise in
terms of quality o f dete ction and computation ti me.
There are numerous problems that an effective
background subtraction alg orithm must resolve
correctly [9-14] , such as many levels of
123
illumination at different times of the day, d y n amic
backgrounds,weather condition; shadows c ast b y
moving objects, and obj ects being int roduced o r
removed from the scene[15].
To take into account these difficulties, numerous
background-modeling techniques have b een
developed in literature, w here these methods can be
classified into four main classes: B asic T echniques,
Statistical Techniques, Machine L earning
Techniques, a nd Other T echniques [16].
Although man y r elatively fast background -
modeling methods have been proposed for real -
time implementation, but the updating process still
consumes a n important amount of tota l
computation time, and restricts the image frame to
a small size. This cause s a low ima ge r esolution,
and the object o f interest ma y seem as a small
foreground region in t he scen e ima ge [ 17 -18].
Furthermore, it can incorrectl y absorb a for eground
object into the background if the obje ct remains
stationary for a long period. To mana ge with th e
problem of stationa r y for eground objects, a
reference background i mage that has no moving
objects ma y be r equired. Background subtraction
based on a sin gle re fere nce image is ve ry
computationally fast. However, it is also ver y
sensitive to illumi nation changes, which deters the
use of such an approa ch in man y surveillance
applications [ 19]. The problem of identifying
moving objects in complex environment is sti ll an
interesting domain of research [20-21] .
Recently , the I ndep endent Component Anal y sis
(I CA) technique, which is known b y its robustness
in the signal-processin g field, is getting much
attention in the image-processing field [ 22], [25-
30]. I CA is a statisti cal technique, perhaps the mos t
widely used, for solving the Blind Source
Separation (BSS) problem [23]. The purpose of
ICA is to restore statis tically ind ependent source
signals, given onl y a mixture of these signals
without knowing the mixing matrix of the sources.
ICA is used now in many diverse requests li ke
sound separation, im age processing, medical si gnal
analy sis, dim ension reduction, coding and tex t
analy sis, and telecommunication [ 24].
In this paper, an efficient framework is presented
for ba ckground subtr action b y independen t
component anal y sis in video-surveillance.
Wherever in an image the moving objects are
considered to b e independent from the background,
thus we adapt and custom fast -ICA algorithm [31-
34] to: first, estimate the best de-mix ing matrix tha t
can separate a sce ne image into foreground objects
and mot ionless background and second, estimat e
the denoising de -mix ing matrix that used for
removing noise. The proposed ICA-based
background subtraction technique consists of two
treating phases: trainin g phase and d etection phas e.
In the trainin g phase, t wo example im ag es are
carefully chosen to form the data matrix, one
repre s enting the reference background and the
other containing a n arbitrary foreground obj ects.
We propose to convert all images to YCrCb color
space, where the luma component Y (brightness of
the color) is taken for all the treatments to get better
the detection results. Then, the fast- I CA al gorithm
is applied to estimate the de-mixing matrix
parameter [31] [33], which will be used in the
detection step. Another, ex ecute the fast- I C A
algorithm on a d ata m atrix obtained from two
image s, one representing the re ference background
and the other representing suc cessive back ground
image s with different noise sort (various levels o f
illumination, waving trees, rain, fog…) for the
denoising de-mix ing matrix estimation. In the
detection phase, the data matrix is constructed from
two images; one is a n incoming im age fr om the
sequence and the other is the most modern o ffered
background. The estimated fore ground is then
found simpl y b y multiplying the data m atrix one
time with the de-mixing matrix and se cond time
with the denoised de-mix ing matrix for filtering
noise. The proposed I CA-b ased background
subtraction technique can succe ssfull y s egment and
filter the foreground objects under large
environmental changes for indoor/outdoor
surveillance applications.
The remainder of thi s paper is or ganized as
follows. I n s ection 2, we briefl y review the classical
ICA and Fast -ICA algorithm. The propose d
framew ork is p resented in section 3. Section 4
shows the ex periments results and demonstrates the
detection performance of the proposed s ystem.
Finally , th e conc lusion is drawn in Section 5.
124
II . I NDEPENDENT COMPONENT ANALYSIS
(I CA)
A. Definition
Le t us denote the obse rved variables b y 𝑥 𝑖 (𝑡 ) ,
𝑖 = 1, … , 𝑛 , 𝑡 = 1, … , 𝑇 . Here, , 𝑖 is the index of the
observed data variable a nd 𝑡 is the time index, or
some other index of the d ifferent obse rvations. The
𝑥 𝑖 ( 𝑡 ) are t y pic ally signals me asured b y a scientific
device [ 31] [3 3]. W e a ssume that the y can be
modelled as linear combinations of hidden (latent)
variables 𝑠 𝑗 ( 𝑡) , 𝑗 = 1, … , 𝑚 , with some unknown
coeff i cients 𝑎 𝑖𝑗 ,
𝑥 𝑖 ( 𝑡 ) = ∑ 𝑎 𝑖𝑗
𝑚
𝑗 =1 𝑠 𝑗 (𝑡 ) , for all 𝑖 = 1, … , 𝑛 (1)
The fundamental point is that we observe onl y the
variables 𝑥 𝑖 (𝑡) , whereas both 𝑎 𝑖𝑗 and 𝑠 𝑗 (𝑡) are to
be estimated. The 𝑠 𝑗 are the independent
components, whereas the coefficients 𝑎 𝑖𝑗 are called
the mixing coe fficients. This estimation proble m is
also called blind source separation [23] .
The model ca n be exp ressed in diffe rent wa y s.
Typically , the literature uses the fo rmalism where
the index 𝑡 is dropped, and the 𝑥 𝑖 and the 𝑠 𝑗 are
considered random variables [ 31] [33] .
Furthermore, the 𝑥 𝑖 are usuall y collected into a
vector 𝑥 of dimension 𝑛 , the same is done for the 𝑠 𝑗
and the coefficients 𝑎 𝑖𝑗 are collected into a mix ing
matrix 𝐴 of size 𝑛 × 𝑛 . Then, the model becomes:
𝑥 = 𝐴𝑠 (2)
where 𝑥 and 𝑠 are now ran dom vectors, and 𝐴 is a
matrix of parameters. We can equally well
move to a matrix notation where the observed 𝑥 𝑖 ( 𝑡 )
are collected into a matrix 𝑋 of size (𝑛 × 𝑇 ) , and
likewise for 𝑠 𝑗 (𝑡 ) , as follows:
𝑋 = 𝐴𝑆 (3)
Where 𝐴 is still the same matrix as in (2).
The main breakthrough in the theor y of ICA was
the realization that the model can be made
identifiable b y making the unconventional
assumption of the non-Gaussianit y of the
independent component s [31] [33-34]. More
precisely, we can assume that:
- The components s i are mutuall y statisticall y
independent. In other words, their joint
density function is:
𝑝( 𝑠 1 , … , 𝑠 𝑚 ) = ∏ 𝑝 (𝑠 𝑗 )
𝑗 (4)
- The components 𝑠 𝑗 have non-Gaussian
distributions.
- The mix ing matrix 𝐴 is square and
invertible.
Then, after estimating the matrix A, we ca n
compute its inverse, say the de-m i xing matrix 𝑊 ,
and obtain the independent component simpl y b y :
𝑆 = 𝑊𝑋 (5)
B. The fast-ICA algorithm
The f ast-ICA l earning rule finds a dire ction, i.e. a
unit vector 𝑊 such that the projection 𝑊 𝑇 𝑋
maximizes non -ga ussi anity , which is here
measured b y the approx imation of neg entrop y
𝐽 (𝑊 𝑇 𝑋 ) given in [31] -[33]. Recall that the v ariance
of 𝑊 𝑇 𝑋 must here be constrained to unit y ; for
whitened data this is equi valent to constraining the
norm of 𝑊 to be unit y . The fast -I C A is based on a
fixed-point iteration scheme for finding a
maximum of the non-gaussianity of 𝑊 𝑇 𝑋 [31]. I t
can be also derived as an approximate Newton
iteration [ 26]. Denote b y 𝑔 the derivative o f the
non-quadra tic function 𝐺 used in [33] .
The basic form of the fast-ICA algorithm is as
follows:
1- Choose an initial (e.g. r andom) weig ht vector 𝑊 .
2- Let 𝑊 + = 𝐸 { 𝑋𝑔 (𝑊 𝑇 𝑋 )} − 𝐸 {𝑔′(𝑊 𝑇 𝑋)}𝑊
3- Let 𝑊 = 𝑊 + / ‖ 𝑊 + ‖
4- If not converged, g o bac k to 2.
Note that convergence means that the old and the
new values of W point in the same direction, i.e.
their dot-product is (a lm ost) equal to 1.
C. Properties of the fast -ICA Algorithm
The fast-ICA algorithm and the underlying contrast
functions have a number of desirable properties
when compared with existing methods for I CA [ 31 ]
[33-34 ]:
The convergence is cubic (or at least
quadratic), under the assumption of the ICA
data model. This is in contrast to ordinary
ICA algorithms based on (stochastic)
gradient des cent meth ods, where the
converge nce is only linear. This means a
very fast conv ergence, as has been
125
confirmed b y simulations and experiments
on real data .
There are no step siz e para meters to choose.
This means that the algorithm is easy to use.
The algorithm finds directl y independent
components of (practically) an y non -
Gaussian distribution using an y
nonlinearity 𝑔 . This is in contrast to man y
algorithms, where some estimate of the
probability distribution function has to be
first available, a nd the nonlinearit y must be
chosen accordingly.
The performance of th e method can be
optimized b y choosing a suitable
nonlinearity 𝑔 . In particular, one can obtain
algorithms that are r obust and/or of
minimum variance.
The independent components can be
estimated one b y one, which is roughl y
equivalent to doing projection pursuit. This
is useful in exploratory data anal y sis , and
decreases the computational load of the
method in ca ses where only some of the
independent components need to be
estimated.
The fast- I CA has most of the a dvantages of
neural algorithms: I t i s parallel, distributed,
computationally simple, and requires litt le
memory sp ace .
III . PROPOSED FRAMEWORK
A. The method
Under the assumption that
the camera is stationary, the moving objects in a
scene vid eo a re considered independ ent from th e
background. The propose d background subtra ction
based on fast-ICA- patte rn can be divided into three
treating phases: training phase, d etection phase ,
and post-processing.
The training phase
Firstly, Ou r model takes YCrCb color space and
separa t es the luminance component Y, which is
mainly us ed for bac kground subtraction. This
method affect the foreground/background
segmentation accuracy and have proven to be
advantage ous in real time application, as we see i n
the rest of this paper. So, we propose to convert all
the input frames from R GB format to YCrCb color
space. Th en, we take onl y the luma component Y
and resha pe it from matri x to row vector.
Secondly , two im ages are carefully chosen to form
the data m atrix, one represents the reference
background and the ot her contains an arbitrar y
foreground objects. We then estimate th e best de -
mixing matrix, of size ( 2 × 2) , b y executing the
fast-ICA al gorithm on the data matrix, which will
be used in the detection phase.
In the third step, we propose to introduce an
estimated denoising de-mixing matrix. Now, the
data matrix is compo sed from the referenc e
background and consecutive ba ckground im ages
with different noises, s uch as various l evels of
illumination and waving trees.
The detection phase
In this phase, the data matrix is constructed from
two images; one is a n incoming im age fr om the
sequence and the other i s the most recent offered
background. The estimated fore ground is then
found simpl y b y multi ply i n g the data m atrix one
time with the de-mixing matrix and se cond time
with the denoising de-mi xing matrix for noise
removal.
Post-processing
In order to performing our results, a
morphologica l transform ation is used to perfor m
the open and c lose oper ations.
B. The main algorithm
Le t ’s denote the reference background ima ge b y
𝐵 of siz e 𝑘 = 𝑚 × 𝑛 , and an y frame from the scene
by 𝐹 , the approximated foreground objects b y 𝐹 𝑔 ,
the noise model b y 𝑁 , the data matrix by 𝑋 . The
de-mixing matrix by 𝑊 and denoising de-mixing
by 𝑊 𝑑 . The main steps of our framework can be
described in Algorithm 1 and the b lock dia gram is
shown in fig. 1.
126
Algorithm 1
- Initi alizat ion of: 𝐵 , 𝑊 , 𝑊 𝑑 and 𝑁
- While 𝐹 is true:
# p re - processing :
# convert 𝐹 from RGB to YCrCb
# reshape Y chann el from m atrix t o row v ector.
- 𝐵 𝑉 (1, [ 𝑛 × ( 𝑖 − 1 ) ] + 𝑗 ) = 𝐵(𝑖 , 𝑗) ;
- 𝐹 𝑉 (1, [ 𝑛 × ( 𝑖 − 1 ) ] + 𝑗 ) = 𝐹 (𝑖 , 𝑗)
# construct the data m at rix.
- 𝑋 = [ [ 𝐵 𝑉 ] , [ 𝐹 𝑉 ] ]
- 𝑅 𝑒𝑠𝑢𝑙𝑡 = 𝑊 × 𝑋
# 2nd row from Result represent objec ts detected.
# construct the new data m atrix .
- 𝑋 = [ [ 𝑅𝑒𝑠𝑢𝑙𝑡[1] ] , [ 𝑁 𝑉 ] ]
- 𝑅 𝑒𝑠𝑢𝑙𝑡 = 𝑊 𝑑 × 𝑋
# 2nd row from new Result repr esent the foreg round.
- 𝐹 𝑔 = 𝑅𝑒𝑠𝑢𝑙𝑡 [1]
# reshape from row v ector to matrix
- 𝐹 𝑔 (𝑖 , 𝑗 ) = 𝐹 𝑔 (1, [ 𝑛 × ( 𝑖 − 1 ) ] + 𝑗 )
# post-proce ssing : m orphological transf ormation.
- 𝐹 𝑔 = 𝑂𝑝𝑒𝑛 (𝐹 𝑔 )
- 𝐹 𝑔 = 𝐶𝑙𝑜𝑠𝑒 (𝐹 𝑔 )
# create the bi nary foreg round m as k.
- 𝐹 𝑔 ( 𝑖, 𝑗 ) = { 1 𝑖𝑓 𝐹 𝑔 ( 𝑖, 𝑗 ) > 𝑡ℎ𝑟𝑒𝑠ℎ𝑜𝑙𝑑
0 𝑜𝑡 ℎ𝑒𝑟𝑤𝑖𝑠𝑒
- End
Fig. 1 Design of the pr oposed system
127
IV. RESU L TS AND D I SC USS I ON
A. Evaluation datasets
In order to evaluate the efficienc y [35] of the
proposed algorithm, we use a publicly available
change detec tion dataset 2012 (CDnet 2012) [36]
and 2014 dataset (CDnet 2014) [37]. As one of the
most challeng in g de tecti on benchmark dataset, the
CDnet 2014 dataset is a second version of the
CDnet 2012 dataset, fr om [ 44].
In this framework, we have used two categories
from CDnet 2012 and two from C Dnet 2014 in
severa l areas with different challenges. An
overview of th ese selecte d sequence s is illust rated
in table 1.
Tab le 1. Overview of the selec ted seq uences from the dataset s
Data-
set
Categorie
Description and C hallen ges
Sequence
Frames
of
sequence
CDnet
2012
Dy na m ic
Backg round
- 6 videos depicting outd oor
scenes with s trong back ground
m otion.
Ov erpass
3000
I ntermittent
Object
Motion
- 6 videos with scenario s known
for causing ghosting arti facts
(e.g. contain s still ob jects that
suddenly sta rt mov ing).
WinterDriv eway
2500
CDnet
2014
Bad Weath er
- 4 outdoor videos showing low-
visibility winter storm
conditions.
- In addition to snow
accumulation, t he dark tire
tracks left in the snow hav e
potential to c ause false pos iti ves.
Blizzard
7000
Low Fram e -
Rate
- 4 videos recorded with I P
cameras.
- The f ram e rate varies fro m
0.17 fps to 1 fp s due to limited
transm ission bandwidth.
Turnpike_0_ 5_f
ps
1500
B. Evaluation metrics
To measure how well our process matches the
ground-truth, we use three performance measures
[37 ]: 𝑅𝑒𝑐𝑎𝑙𝑙 , 𝑃𝑟𝑒𝑐𝑖𝑠𝑖𝑜𝑛 , and 𝐹 𝑚𝑒𝑎𝑠𝑢𝑟𝑒 , which
they are defined as follows:
𝑅𝑒𝑐𝑎𝑙𝑙 = 𝑇𝑃
𝑇𝑃 + 𝐹𝑁 (6 )
𝑃𝑟𝑒𝑐𝑖𝑠𝑖𝑜𝑛 = 𝑇𝑃
𝑇𝑃 + 𝐹𝑃 (7 )
𝐹 𝑚𝑒𝑎𝑠𝑢𝑟𝑒 = 2×𝑅𝑒𝑐𝑎𝑙𝑙 ×𝑃𝑟𝑒𝑐𝑖𝑠𝑖𝑜𝑛
𝑅𝑒𝑐𝑎𝑙𝑙 +𝑃𝑟 𝑒𝑐𝑖𝑠𝑖𝑜𝑛 ( 8)
where 𝑇𝑃 is the number of true positives, 𝑇𝑁 is the
number of true negatives, 𝐹𝑁 is the number of false
negatives, and 𝐹𝑃 is the number of fa lse positives.
𝑅𝑒𝑐𝑎𝑙𝑙 is a ratio of t rue detection to the ground
truth that measures the capability of an al gorithm to
detect the true foreground pixels , it c an be seen
from equation (6) that ( 𝑇𝑃 + 𝐹𝑁 ) represent the
number of the true foreground pix els obtained b y
the ground truth. 𝑃𝑟𝑒𝑐𝑖𝑠𝑖𝑜𝑛 is a ratio between the
number of true detections and the number of al l
detections, it gives a hint to the exactness of the
detection. From e quation (7), (𝑇 𝑃 + 𝐹𝑃 ) represent
the foreground pix els classified b y a give n
128
algorithm. 𝐹 𝑚𝑒𝑎𝑠𝑢𝑟𝑒 is the harmonic mean between
𝑅𝑒𝑐𝑎𝑙𝑙 and 𝑃𝑟 𝑒𝑐𝑖𝑠𝑖𝑜𝑛 (a lar ge value of 𝐹 𝑚𝑒𝑎𝑠𝑢𝑟𝑒 is
better). W hen applied to the entire sequ ence,
𝑅𝑒𝑐𝑎𝑙𝑙 and 𝑃𝑟𝑒𝑐𝑖 𝑠𝑖𝑜𝑛 reported are averages ov er
all the measured frames. Ty pic ally, ther e is a tr ade -
off between 𝑅𝑒𝑐𝑎𝑙𝑙 and 𝑃𝑟𝑒𝑐𝑖𝑠𝑖𝑜𝑛 , 𝑅𝑒𝑐𝑎𝑙𝑙 usual ly
increases with the number of foreground pixels
detected, which in turn ma y l ead to a decrease in
𝑃𝑟𝑒𝑐𝑖𝑠𝑖𝑜𝑛 . A good a lgorithm should attain as hig h
a 𝑅𝑒𝑐𝑎𝑙𝑙 value as possible without
sacrificing 𝑃𝑟𝑒𝑐𝑖𝑠𝑖𝑜𝑛 .
C. Quantit ative results
In t able 2, we present the quantitative measures of
the chosen sequences using 𝑅𝑒𝑐𝑎 𝑙𝑙 , 𝑃𝑟𝑒𝑐𝑖𝑠𝑖𝑜𝑛 and
𝐹 𝑚𝑒𝑎𝑠𝑢𝑟𝑒 .
Tab le 2. Quantitative evaluatio n of the seq uences
Dataset
Category
Sequence
Recall
Precision
F_measure
CDnet
2012
Dy na m ic Backg round (DB)
I ntermittent Object Motion (IO M)
Ov erpass
WinterDriveway
0.9801
0.9942
0.8135
0.7823
0.8890
0.8756
CDnet
2014
Bad Weath er (BW)
Low Fram e -Rate (LFR)
Blizzard
Turnpike_0_5_fp s
0.9908
0.9926
0.9419
0.7771
0.9701
0.8717
Ov erall
0.9894
0.8287
0.9016
We can s ee that our m ethod achieves an ove r
𝐹 𝑚𝑒𝑎𝑠𝑢𝑟𝑒 of 0.90 on the datasets. On CDnet 2012
dataset (the first two categories), the 𝐹 𝑚𝑒𝑎𝑠𝑢𝑟𝑒
scores b etween 0.87 and 0.88 . For the latter two
new add categories from CDnet 2014 although
these categories are much harder to deal with, the
results show that in addit ion to the Blizzard in Bad
Weather, the 𝐹 𝑚𝑒𝑎𝑠𝑢𝑟𝑒 of the second se quence is
about 0.87. Since the CDnet 2014 comprise more
problematic noises mode l than CDnet 2012 , also it
contain many out of scope regions in the ground
truth labels at pixel leve l (05 labels) [37] . The
reason for the 𝐹 𝑚𝑒𝑎𝑠𝑢𝑟𝑒 of Blizzard in Ba d Weather
is higher (0.97) ma y b e due to the fact that the snow
is over all in th e roads and roadsides in the
background, so th e al gorithm can easil y separates
vehicles f rom the backgr ound. These results show
the competence of our method.
The performanc e of ou r framework is compared
with different frequently-cited tec hniqu es, which
are the Gaussian Mix ture Model (GMM) by
Stauffer and Grimson [ 38], KDE -based estimation
by El gammal et al. [ 39], K -Nea rest N eighbor
(KNN) method in [ 40 ] as a re cursive GMM method
with an improved update of the gaussian
parameters and SubSENSE in [41 ]. Among the
more recent methods, we have choose DeepBS b y
Babaee et al [ 42 ]. This use a deep convolutional
neural netwo rk for vid eo sequence background
subtraction. Fast-D b y Alam gir et al [ 43 ]. The
results of this comparison are recapitulated in Table
3. This results are from the online evaluatio n
( http://www.change detecti on.net/results2014/ ) and
their orig in al papers.
As it can be seen from Table 3, our framework
achieve s hig h er 𝐹 𝑚𝑒𝑎𝑠𝑢𝑟𝑒 compared to a ll methods.
Thus, our method re mains suitable for practical
application and proves the efficienc y o f our
algorithm.
129
T able 3. Co mparison of Overall p erformance scores on the CDnet 20 12 and CDnet 20 14 datasets b y differe nt methods
Method
Year
Recall
Precision
F_measure
Our m ethod
GMM [38]
KDE [39]
KNN [40]
SubSENSE [41 ]
DeepBS [42]
Fast-D [43]
-
2000
2002
2006
2014
2018
2020
0.9477
0.68
0.74
0.67
0.81
-
0.8225
0.8594
0.60
0.58
0.68
0.75
-
0.7915
0.8953
0.57
0.57
0.59
0.73
0.7922
0.7690
D. Qualitative results
In this section, a better visual evaluation using a
variety of different challenges scenarios is carried
out by applying onl y the proposed method. Sampl e
results are prese nted to illustrate the efficiency and
robustness of our approach. We select the
following sequences: Wint erDrive wa y (1273th)
from the “Intermittent Object Motion” categor y
and turnpike_0_5fps (1031th) from the “low frame -
rate” categor y , in that order. The first column in fig.
2 displa y s the input frames, the s econd column
shows the backgrou nd image, the third column
demonstrates the corresponding ground truth, the
fourth and the fifth columns illust rate the
segmented results without post-processing and
with post-processing, respectively.
As can be se en in fig u re 2, the movi ng objects are
detected with an improved precision with post -
processing, which shows good arrangement with
the quantitative evaluation results. Visually, we ca n
observe that the m ajor undesirable pix els are
removed and the void in the detected objects is
filled after the proposed p ost-processing. In the firs t
sequence , the se gmenta ti on results of our method
gives a perfect foreground mask except a few fals e
positive. This is due to the various challenges in
this scene. The turnpike_0_5fps seque nce from the
low frame rate have a vast change b etween
neighboring frames, our method also d etects the
moving car perfectl y and more close to the ground
truth. This aga in demonstrates the effectivene ss of
our method in difficult situations and performs wel l
in the other environments with a perfect foreground
mask.
WinterDriveway
(1273th) fro m
Intermittent
Objec t Motion
turnpike_0_5 fps
(1031th) fro m
low frame -rate
(a) ( b) (c) (d) (e)
Fig. 2 Qualitati ve perfor m anc e for the different seq uences. (a) Input Frame, (b) B ackground, (c) Ground T ruth, (d) detection
without Po st-processing, (e) d etection With Po st-pro cessing
136
the sojourn times, whereas the sojourn times of each
condition state is fitted to a certain prob ability
distribution based on some goodness of fit tests. The
parameters of the p robabilit y density functions are
obtained using maximum likelihood estimation.
Mohammed Abde lkader et al. [14] calibrated t he
transition probabilities using Markov chain Monte
Carlo Metropolis-Hastings algorithm. Additi onally,
a stochastic optimization model is desig ned to buil d
a variable transition probabilit y matrix for each five-
y e ar zone via genetic algorithm. The present stud y
employs particl e swarm optimi zation algorithm to
tune the tr ansition probabilit y matrices. It is
character ized by its higher capacit y in solvi ng
complex and larg e ex haustive search space
problems elicited from its potential to alleviate the
shortcomings of inferior accuracy, loc al mi nima a nd
premature convergence of hill -climbing d erivative-
based algorithms [15]. A variable transition matrix
is employed because it is not reasona ble to assum e
that slab on grade will follow same deterioration
pattern fo r the whol e service life. Additionall y , the
optimum solutions are obtained b y d esigning a
single-objective opti mization model that aims at
minimizing the mean absolute error of condition
prediction.
IV. M ODEL D EVELOPMENT
This section describes the basic theories of
Markov decision process and particle swarm
optimization algorithm.
A. Markov Decision Proce ss
Markov chain is conside red as a special cas e of
the Markov process and it can be considered as a
series of transitions bet ween condition states. A
stochastic pro cess is regarded as a first -order
Markov ch ain if the p robabilit y in the future sta te
depends on the p resent s tate not on the past stat e.
Markov chain for a discrete parameter stochastic
process ( 𝑋 𝑡 ) with discrete space can be expresses
using Equation (1) [13-14].
P ( X t+1 = i t+1 | X t = i t , X t− 1 = i t −1 ,…… ..,X 1 = i 1 , X 0 = i 0 )
= P ( X t +1 = i t+ 1 | X t = i t ) (1 )
Where;
i t represents the state of the process at time t . P
indicates the conditional proba bilit y at an y future
event. │ indicates given condition.
The transition probabilities are represented b y a
matrix of order 𝑛 × 𝑛 . The pro posed model assumes
only sin ga le stat e tr ansition wi thin one-a year
period. A homogenous transition probability matr i x
is utilized. The transition probabilit y matrix can be
defined as follows.
𝑃 𝑡 ,𝑡 +1
=
[
𝑃 11
𝑡 ,𝑡 +1 𝑃 12
𝑡 ,𝑡 +1 0 … 0
0 𝑃 22
𝑡 ,𝑡 +1 𝑃 23
𝑡 ,𝑡 + 1 … 0
… … … … …
0 … … 𝑃 𝑛 − 1,𝑛− 1
𝑡 ,𝑡 + 1 𝑃 𝑛 −1,𝑛
𝑡 ,𝑡 +1
0 0 … 0 𝑃 𝑛 ,𝑛
𝑡 ,𝑡 +1
]
(2)
Where;
P t,t+1 repre s ents the transition probability matrix .
The condition state vector at any time ( Q(t) ) is
obtained by multipl y in g the initial condition state
vector ( Q(0) ) by the transition probability matrix
( P t,t+1 ). The Q(t) ca n be calculated as follows.
Q ( t )
= Q ( 0 ) × P t ,t+1 (3)
The condition rating u sing Semi -Markov and
Markov decision processes can be c alculated usin g
Equation (4).
E ( t ) = Q ( 0 ) × P t,t +1
× R ′ (4)
Where;
E ( t ) represents the estimated condition rating
using Markovian-chain method. Q( 0) repre sents the
initial state vector whe re Q ( 0 ) =
[ 100% 0 0 0 0 ] . R′ represents the t ranspose
of a vector of condition ratings where R =
[ 100% 70% 50% 30% 10% ] .
B. Particle Swarm Optimization
Particle swarm optimization (PSO) alg orithm is a
population-based heuristic search al gorithm
inspired b y th e social behavior of birds floc king to
the desired place in a mul ti-dimensional space. PSO
belongs to the f amily of “swarm intelligence”
algorithms in solvi ng opti mization problems. P SO
was originally d eveloped by Eberhart and Kenned y
in 1995. The P SO starts b y creatin g a population
cal led “sw arm” whi ch is composed of indi viduals
called “ particles” where eac h particle adjusts its
own fl y in g based on its own fl y in g experience and
its companions experience. Each particle represents
a candidate solution in a multi -dimensional space
where th e status of th e p article is characterized b y
its position and velocity and the y are updated within
each iteration [15].
PSO shares some simila rities with the genetic
algorithm where each o ne of them is initializ ed a
population of candidate solutions which are calle d
“chromosomes” in the case of the genetic al gorithm,
and “particles” in the case of P SO, and they both tr y
137
to search for the optimum solution within a number
of iterations. The main differe nce between them is
that the generation of candidate so lutions is done
through op erators such a s mutation and crossover i n
the genetic algorithm. On the contr ary, the n atural
evolution is done through the exchange of t he
information between parti cles. Each particle in the
searc h space moves in the multi-dimensional search
space towards it s own best fl ying experience
(personal best “ pbest ”), and towards the best
experience so fa r in the entire swarm (global best
“ gbest ”). PSO is discussed in detail in the following
lines.
During the optimization process, the velocit y and
position of the particle are updated. Th e velocit y and
the posi tion of the particles ar e updated usin g
Equations (5), and (6), respective l y
v i ( t + 1 ) = w × v i ( t ) + c 1 × r 1 × (pbest i (t) − x i (t)) +
c 2 × r 2 × (gbest i (t) −
x i (t)) (5)
x i ( t + 1 ) = x i ( t ) + v i ( t +
1 ) ( 6 )
Where;
x i ( t + 1 ) represents the updated position vector
of the pa rticle i . x i ( t ) represe nt s the c urrent position
vector of the particle i . v i ( t + 1 ) indicates the
updated velocity o f the particle i . v i ( t ) indica tes the
curre nt v elocity of the pa rticle i . r 1 , and r 2 are two
uniformly distributed random numbers in the
interval [0, 1] where they allow the potential of
finding better solutions along the direction which is
guided towards the global best, and the person al
best. c 1 , and c 2 are two constants and they refer to
the co gnitive learning, a nd social parameters an d
they control the effect of personal and global guides.
Normally , c 1 , and c 2 are assumed 2. w refers to the
inertia weight which is used to control the balanc e
between the global and the local experience. A
typica l range of the inertia weight is between 0. 3,
and 0.7. I t is recommended to start with a la rge
inertia wei ght at the beginning of the optimi zation
process, and it d ecrease s within the iterations using
a damping f actor to facilitate the global expl oration
of the search space.
V. P ERFORMANCE E VALUA TION
The proposed model utiliz es three performance
indicators to compare between the four deterioration
models. The three performance indicators are: root -
mean square error ( RMSE ), mean absolute error
( MAE ) and mean absolute pe rcentage error ( MAPE ).
Root-mean squared error, mean absolute error and
mean a bsolute percentage error can be c omput ed
using Equations (7) , (8) and (9), respectivel y .
RMSE
= √ 1 K ∑ ( O i − P i ) 2
K
i=1 (7 )
MAE
= 1 K ∑ | ( O i − P i ) |
K
i=1 (8)
MAPE
= 100
k × ∑ |P i − O i |
O i
K
i=1 (9 )
Where;
O i indicates the observed condition of the bridge
deck. P i indicates the predicted condition of the
bridge deck. K repr esents the numbe r of
observations (bridge decks).
The developed mod el is compared ag ainst the
weibull distribution to demonstrate it s prediction
capacity . The cumulative densit y function of the
weibull dist ribution can be mathematicall y d efined
as follows.
F ( x ) = 1 −
e −( x β ) α (10 )
Where;
β and α represent th e scale parameter and sh ape
parameter o f the weibull dist ribution, respec tivel y .
The shape and s cale factors are assumed 85.33 and
3, respec tivel y [16].
VI. M ODEL I MPLEMENTA TION
The dataset is composed of 36 inspection re cords
from different hospitals. Out of them, 31 inspection
records rep resent th e transition events and the y a re
the ones designated for structuring the deterioration
model. W ith respec t to the particle sw arm
optimization algorithm, the number of iterations and
initial population size are assumed 100 and 5 0,
respec tivel y. The cogniti ve learning and so cial
parameters are assumed two. The inertia weight is
assumed 0.5. Particle s warm optimi zation algorithm
is run five times to a ccount for the ra ndom nature of
metaheuristics and the appended run is the one with
the least mean absolute error. The conver gence
curve of the multi -objective optimiz ation model is
depicted in Figure 1.
138
Fig. 1 Converge nce of the particle swarm optimization model
As shown in Figure 1, the mi nimum mean
absolute error attained by the p article swarm
optimization model is 1.8664. Furthermore, th e
optimization model nearly st abilizes at iteration 2 0,
which signifies the higher exploration and
exploitation c apabilities of the developed mod el.
The deterioration cu rves of the particle sw arm
optimization -based Markovian model is shown in
Fig ure 2. The deterioration curve usin g the w eibull
distribution is depicted in Fi gure 3. By visually
experimenting Fig ures 2 and 3, it can be inferred
that weibull dist ribution, it can be inferred that the
developed model assum es that the slab on grade
experience slow er d eterioration compared to the
conventional weibull distribution. The optimum
transition proba bilities are stated in Ta ble 1, As
shown in Table 1, slab on grade experience faster
deteriora tion in the second z one with respect to the
first zone.
Fig. 2 Deterior ation curve of t he particle swar m
optimization-based Markovia n model
Fig. 3 Weib ull-based deter ioration curve
A performance compa rison between th e propose d
deteriora tion model and the weibull distribution is
presented in Ta ble 2. As can be seen, the developed
particles sw arm optimization -based Markovia n
model significantl y o utperformed the weibull
distribution. For instance, it achieved RMSE, MAE
and MAPE of 7.06, 1.866 and 3.655%, respectively .
on the other hand, wei bull distribution attained
RMSE, MAE and MAP E of 68.326, 23.607 and
45.113%, respectively .
Tab le 1. Optimum Transition Probab ilities
Zone
P11
P22
P33
P44
Zone_1
95.6%
91.31%
88.01%
88.03%
Zone_2
84.31%
81.55%
89.47%
85.96%
Tab le 2 . Com parative Analysis B etween Deterioration
Models
Model
RMSE
MAE
MAPE
Proposed
Model
7.06
1.866
3.665%
Weibull
distribution
68.326
23.607
45.113%
VII. C ONCLUSION
Accurate prediction of bridge deck condition is
fundamental for the accurate plannin g of
maintenance , r epair and rehabilitation activities. As
such, the present stud y proposes a particle swar m
optimization -based Markovian model for
simulating the futur e pe r formance of sla b on grade
in health care facilities. Particle swarm opti mization
algorithm is adopted to calibrate the non-
homogenous transition probabilit y matrices. The
developed model significantly outperformed the
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
1.85
1.9
1.95
2
2.05
2.1
I ter ation
Mean ab sol ut e er ror (M A E )
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Y ear
C ondition I ndex
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Y ear
C ondition I ndex
139
weibull distribution; achieving RMSE , MAE and
MAPE of 7.06, 1.866 and 3.655%, respectivel y . It
is ex pected that the developed method will provide
a s y nthetic evaluation of the deterioration off slab
on grade , which enhances the decision-makin g
process in the differe nt m anage rial levels.
R EFE R ENCES
[1] R. Ahmed, F. Nasiri, and T. Zayed, “T wo -Stage
Pred ictive Mainte nance P lanning f or Hospital B uildings:
A Multiple- Objec tive Optimizatio n-Based Clustering
Approach,” J ournal of Per form ance o f Co nstructed
Facilities, vol. 36, no. 1, p. 04021105 , Fe b. 2022, doi:
10.1 061/(ASCE)CF.1943 -5509.0 001691 .
[2] S . La vy, and I. Shohet, “On the effect o f ser vice life
conditions o n the maintenance costs of healthcare
facilities.” Construction man ageme nt and econo mics,
vol. 25, pp. 1087 – 1098, 2007.
[3] A. Abisuga, I. Famakin, an d S. Osh odi “Educational
building conditions and the health of users.”
Construction Eco nomics and B uilding, vol. 1 6, pp . 19 -
34, 201 6.
[4] R. Ahmed, F. Nasiri, and T . Zayed, “A novel
Neutrosophic -based m ac hine learning ap proach for
maintenance prioritization in healt hcare facilities,”
Journal of B uilding E ngineering, v ol. 4 2, p. 102 480, Oct.
2021 , doi: 10.1016 /j.jobe.2021.102480 .
[5] A . Elha keem, and T . Hegaz y, “Improving deterioratio n
m odeli ng using optimised transition probab ility m atrices
for Markov chai ns.” Proceed ings of the 84th
Tr ansportation Research B oard annu al m ee ting,
Washington, DC, US A, 2005.
[6] M. Grussing, L. Liu, D. Uzarsk i, and K. El-Raye s,
“Discrete Markov A ppro ach for Building Component
Condition, Reliabilit y, and Ser vice -Life Predictio n
Modeling” Journal o f P erformance of Construc ted
Facilities, vol. 3 0, 2016.
[7] I. Shohet, M. Puter m an, and E. Gilboa, “Deterioratio n
patterns o f buildin g clad ding co m pone nts for
maintenance ma nagement.” Co nstruction mana gement
and econo m ics, vol. 20, p p. 305 – 314, 2002 .
[8] M. Salah , H. Osman and O. H osny, “ Perfor mance -Based
Reliability-Ce ntered Ma intenance Planning for Hospital
Facilities” Journa l of Per formance o f Constr ucted
Facilities, vol. 3 2, 2017.
[9] A. Farahani, H. Wallb au m, a nd J . Dalenbäc k,
“Optimized m a intenance and renovation sched uling i n
multifamily b uildings – a s yste m atic ap proach based on
condition state a nd life c y cle co st of build ing
components”, Con struction Manage ment a nd
Econo m ics, vol. 37, pp. 139-15 5, 2019.
[10] R. Ahmed, T. Za y ed, and F. Nasiri, “A Hybrid Genetic
Algorithm-Based Fuzz y Ma rkovian Mod el for the
Deterioratio n Modeling of Hea lthcare Facilitie s,”
Algorithms, vol. 1 3, no. 9, Art. no. 9, Sep. 2020, doi:
10.3 390/a13090210 .
[11] S. Madanat, R. Mishala ni, and W . W an Ibrahim,
“Estimation of infrastruct ure transitio n probabilities
from conditio n rating data.” J ournal of Infrast ruct ure
Systems, pp. 120 – 1 25, 1995.
[12] R. Ed irisinghe, S. Setunge, and G. Zhang “Markov
m odel -based buildi ng d eterioratio n pr ediction and ISO
factor analysis for b uilding manage ment.” J ournal of
Management i n Engineering, 2015 .
[13] E. Mo hamm ed Abdelkader, T. Za y e d, and M. Ma rzouk.
“Modelling the Deterio ration o f B ridge Decks B ased on
Semi- Markov Dec ision P rocess,” Inter ntional Journal of
Machine Learning and Cy b erntics, vol. 10, pp. 1 -23,
2019.
[14] E. Mo hamm ed Abdelkader, T. Za y ed, and M. Ma rzouk.
“A co mputerized hybr id Bayesian-based approach for
m odell ing the deter ioration of concrete brid ge d ecks,”
Structure and Inf ras tructure Engineering, vol. 15, pp.
1178 -1199, 2019.
[15] E. Mo hamm ed Abdelkader, M. Ma rzouk, and T . Za y ed.
“An opti mization -based meth odolo gy for t he defin i tion
of a mplitude thresholds of the g round penetrating radar, ”
Soft Computing, vol. 23, pp . 12063 -12086 , 2019.
[16] N. Se maan. (2011 ). Structura l Performance Mod el for
Subway Net w o rks, Concodia Universit y , Mo ntreal,
Canada.
4th Interna tional Con ference on Ap plied Engineering
and Natura l Sciences
https://www.i ceans.org/
November 10- 13 , 2022, Ko nya, Turkey
140
Contribution to the rationali zation and control o f
the consu mption electrical energy in indust ry (case study)
Mohammed Ali Kouidri 1 Nawel taleb 2
1, 2 F aculty o f Technology, Department o f Electrical En gineering,
The Labo ratory for Ana lysis and Control o f Energy Systems and Electric Networks (LA CoSERE)
University Amar Te lidji - Road Gha rdaia BP37 G, Laghouat, Algeria 1
kouidrimed ali@yahoo .fr
Abstract — I n Algeria, energ y consumption in the indus try sector has in creased enormousl y, than ks in
particular to the absence of measures to control consumpti on, particularly rationaliz ation more than in other
sectors. To maintain p erformance and energy efficiency in industrial s ectors. Efforts are ess ential to
significa ntl y inc rease the energy savin g pot ential of the industrial sector and to define the works or other
changes necessar y to a chieve these savings. The investigation and quantification of potential sources of
energy savin gs will be carried out on the basis of sufficientl y p recise and significant consumption data.
When such data is unavai lable or incomplet e or im prec ise, sp ecific measu rement campaigns will be c arried
out and will report on this contribution.
Keywords — Energ y efficienc y, energ y managemen t, rationalization o f consump tion in industry.
I. INTRODUCT ION
The cost of energy in the operation of
industrial units represents an increa sin gly
significa nt expense. The se arch fo r methods and
means which make it po ssible to control this trend
by reducing costs, optimiz ing operation, moni toring
billing and controlling the conditions of energ y
supply must be a permanent concern o f compan y
managers. The energ y stu dy is thus recog nized as an
effective method of investiga tion entrusted to
participants not concern ed b y the dail y constraints
of exploitation and production and who, thanks to a
fresh look and a competence suppo rted b y an
analy sis methodolo gy, gi ve thus the possi bility for
the manager to have the necessary decision -making
elements in the field of energ y control. This control
is not onl y expressed in terms of en ergy saving, it
also involves the orga nization of work, the
monitoring of consumption and the implementation
of rational energ y management. From t he
experience acquired, it turns out that in production
units, e nerg y management is rarel y implemented,
not for lack of will on the part of th e managers, but
above all for lack of adequate tools, able to give a
clear picture of the q uantities and modes of
production, transformation, purchase an d
consumption of energ y . In fact, it is no lon ger
enoug h to know the qu anti ties of ener gy produce d
or used, but it is im perative to provide the necessary
means in order to be a ble to deter mine the mo st
rational wa y in whi ch thi s energ y is mad e available
and used. The control of energies be comes an issue.
To achieve this objective, the company will want to
reduce the us e of non -renewable ener gy r esources
and opt for sustainable a nd renewa ble soluti ons and
become a comp an y with high environmental
quality. [1-5]
II. M ET HODS
• Profiles and skills of the individuals in c harge of
the energy control mission
• The size and energy policies of industrial
companies
141
• Identify th e ne eds and ex pectations of e nerg y
managers
• Establish a classification of energy referents.
The energy consumption forecast c onstitutes a
very ess ential task for t he consumers and the
producer at the sam e time, in this contribution we
will analy ze the c onsump tion of e lectrical energ y of
an important industri al unit during a well
determined period (from January 2012 until
Dece mb er 2014). Knowing that the stud y b ased on
energy bil ling. In order to better identify all the
disturbances and triggers reall y attributable to t he
distribution network. It i s recommended to instal l
HT - 60 kV on th e inc oming li ne. A disturbance
recorder or a "qualimeter" which can record all th e
jolts and voltag e drops in the network, giving amon g
other parameters. Mainl y their amplitude and
duration. I n an y case, it is necessary to check
whether it is not a triggering that would be du e to
very ti ght or downri ght non -existent Umin settings,
which would then r esult in inst antaneous stalls of
the power motors as a genera l rule it is necessar y to
associate electric pow er dist ribution company.
During scheduled annual shutdowns. When
checking all the MV (me dium voltage) protections,
if necessary, calibrate them. On the other hand, all
verifica tions of the p rotections and possible
adjustments at the L V (low voltage) level are the
responsibility of the maintenance team of t he
industrial site. [6-10 ].
A meterin g that measures the quantities of energ y
delivered and the powers called ac cording to the
terms of the tariff contract. Metering is done on the
HV (high volt age) side. That is to say upstream of
the HV/MV transformers. The counters used ar e
Schlumberger A 12E. I t a llows counting:
The a ctive ener gy o f the three time stations (full,
peak and hollow) :
- Reactive energy
- The Cos ( )
- The maximum power reached or ca lled for
(P.M.A).
Taking th e electricity co nsumption during the la st
three y ears (36 mont hs), from J anuary 2012 unti l
Dece mb er 2014, f rom where the d ata a re arranged
in the following table s.
1. Annual power balances 2012/2013/2014.
30kV MV line
1.1. Active e n ergy analysis (kW)
janv. févr. mar s avril mai juin juil. août sept oct. nov. déc. --
20000
30000
40000
50000
60000
70000
80000
90000
100000 2012
2013
2014
POWER K W
YEAR
Fig 1. Evolution of active po wer consumption
The elec tricit y consumption of the site we nt from
614187 kW in 2012 to 521268 kW in 2013, i.e. a
drop of 92919kw representing a de crease of
consequently a slight in crease in 2014 of the orde r
of 25922kW which is worth 547190 DA the
maximum value of the power was recorded in the
month of Aug ust with 91530DA in 2012 and
59578DA in 2013 and 70367DA in 2014 which
explains the use of air conditioni ng at maximum
load.
1.2. Reactive energy an alysis (kVAR)
MOIS janv. févr. mars avril mai juin juil. août sept oct. nov. déc. --
10000
20000
30000
40000
50000
60000
70000 2012
2013
2014
POWER Kvar
YEAR
Fig.2 Evolution of reactive po wer consumption .
The site's reactive energy c onsumption fell from
533,791 kVAR in 2012 to 442,722 kVAR in 2013,
i.e. a decrease representing a d ecrease of 91,06 9
kVAR as a result of a decrease in 2014 to 318,72 2
kVAR of around 4,427 kVAR.
142
Fig.3 An nual consu mption.
Table 1. T ime slots.
1.3. Analysis of the tangent ф 2012 /2013/2014.
ANNEE jan févr. Mars avril Mai juin juillet aout sept oct. nov. déc. --
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
1,1
2012
2013
2014
TANGENT
YEAR
Fig.4 Evolution of the tangent
Evolution of the Tange nt ф The maximum value
of the tange nt was reached during the month of Ma y
and October 2012 re spect ively in values of 1.09 and
1.10 with a minimum of the tangent during the year
2014 of 0.51 which means a good power factor cos
ф =0.89 on the contrary for the pre v ious values.
1.4. Analysis of PMA (power m ade available)
2012/2013/2014.
Fig.5 Evolution of PM A through the year.
The avera ge PMA durin g the y ear 2012 is kW
with a standard deviation of kW a ga inst kW in 201 3
with a standard deviation of kW a ga inst kW in 201 4
the power c alled for at the value of the contractual
PMD in our case PMD=320kW
- PMA 2012= 48.23% of PMD
- PMA 2013= 45% of PMD
- PMA 2014= 40,32% of PMA
1.5. MT (medium volta ge 30kV) invoice in
dinar 2012/2013/2014.
Fig.6 Invoicing of the industri al site during the three years.
18%
46%
36%
2012
18%
46%
36%
2013
19%
44%
37%
2014
2012 / 2013
Peak hours
18 % in energy
58% in cost
full hours
46% in energy
24% in cost
Off-peak h o urs
36% in energy
18 % in cost
2014
Peak hours
19% in energy
72 % in co st
full hours
46% in energy
26 % in cost
Off-peak h o urs
37% in energy
2 % in cost
ANNEE jan févr. Mars avril Mai juin juillet aout sept oct. nov. déc. --
80
100
120
140
160
180
200
220
240 2012
2013
2014
PMA EN KW
YEAR
143
The amount of invoi ces went fr om a considerable
rate of 165082 DA durin g the p eriod 2012 to 20 13
then a drop in the a moun t to 1014070 dinars (DA).
III . R ESUL TS AND DIS CUSSION
1. EARNINGS
Table 2. p arameters (P, Q, tg and cos )
Year
Active
energy
(kWh)
Reactiv e
energy
(kVAR)
tg
cos
2012
614187
533791
0,89
0 ,74
2013
521268
442722
0 ,77
0 ,79
2014
547190
318722
0,43
0,91
Table 3. Sp read Gain
Amount
en DA
2012
2013
2014
Befo re
spreading
2 48 4 196,25
2 27 6 858,53
2 11 8 282,67
After
spreading
2335349, 79
2140435, 23
1960724, 46
Earnings
148846 ,46
136423, 30
157558 ,21
Table 4. Co mpensation Gain
Amount
en DA
2012
2013
2014
Befo re
clearing
2484 196,25
2276 858,53
2 11 8 282,67
After
clearing
2312445, 5
669638,4 68
1803097, 98
Earnings
1717507, 75
1607220, 062
315184 ,69
Saving in lighting consum ption
at the outer ring road of the industrial site
We have 250 poles in t otal on the site, i.e. 125 W
per lamp:
1) Power consumption of lighting 11250KWh per
month 135000KWh per y e ar
2) The consumption of lighting costs 30,000 DA
per month 360,000 DA per y ear
Recommendation : It is we use solar powered panel
poles we will benefit from an energy of in pow er and
an amount in 30000DA in cost.
V. C ONCLUSION
According to the analy sis of th e electricit y
consumption of the industrial site studied, we no te
the following c omments and proposals:
- Transposition of consumpt ion from peak hours
to off-peak hours can save the compan y money.
Thus, a transposition of 50% will save money .
- The site ha s an average power factor of
approximately and can be improved if the best us e
is made of the available batteries.
- The Power put available (PMD) and the tariffs
are well chosen
- The av erage specific consumption of the
industrial site.
It is th erefore essential t o know how to manage
and optimi ze energ y consumption and expenditure,
thanks to an energ y management pro gra m, tw o
objectives ca n be achieved si multaneously :
- Reduction of operating costs;
- Maintaining or im proving the service provided
and comfort.
The major problem encountered during the stud y
is that of gather ing information on energ y
consumption of electricity, (Sonelgaz) bills and th e
site measurement campaign.
A CKNOWLEDGMENT
Thanks to all the technicians and en ginee rs
of the industrial unit concerned b y thi s stud y for
their collabora tion.
R EFE RENCES
[1]
Energy management:
https://www.e nergy.gov.dz/Med ia /galerie/loi_9 9 -
09_5b6 8630e15102.pdf Renewable ener gies:
https://hal.arc hives-ouvertes. fr/hal-
014749 21/document.
[2]
Controlling technolo gical an d environmental risks
https://negawatt.org/ Contexte - et -challe nges MR
Director of Programming a nd Fo recasting. Ener gy
Efficiency P rogram in Algeria:
https://www. globalelectricit y .o rg/content/uploads/Pr
esentations-Group -1.pd fY.Baklli "Study and sizing
of a static co nverter for the co nnection o f a PV
generator" Magister thesis, U niversity o f Bo umerdes
2005.
[3]
electrical energ y eff icienc y:
http://circutor.co m/fr/formation/efficacite -
energetiqueelectriq ue/qu-e st- ce - que-l -efficacite-
energetique-electr ique.
144
[4]
Solar energ y i n Algeria: https://www.algerie -
eco.co m /2 018/0 4/04/energie -solaire-lalgerie -
enfindeterminee -a-exploit- son-enor mepotiel/#:~:
text=Alg%C3% A9rie%20is% 20in%20effect,1 0%20
times%20the%2 0worldwide% 20consumption. Wind
energy: https://total.direc t-
energie.co m/particuliers/parlo ns-e nergie/dossiers -
energie/energiereno uvelable/Sa my Bouc haib,
"Algeria - Canada: P artnership oppo rtunities in
energy - Algerian portal for RENEWABLE
ENERGY" [ archive], on po rtal.cder .dz (consu lted on
January 16, 2 017).
[5]
ttps://perspective. usherbro oke.ca/bilan/servlet/BMT
endanceStatP ays?langue=fr &codeP ays=DZA&code
Theme 6&cod eStat=EG.ELC. HYRO.ZS
[6]
The ener gy e fficiency ac tion plan :
http://www.no uara-algerie.co m/2015/08 /le-plan-
daction uplo ads/2014 /11/CDER.pdfK. B enlarbi, L,
Mokrani, M.S. Na it -Said " Afuzzy global ef ficienc y
optimization o f a p hotovoltaic water s ystem ", Solar
Energy 77 - 2004.
[7]
Counting a nd electric meter:
https://www.researc hgate
.net/publicatio n/323228 392_Metering_and_Electr ica
l_Meters. Price of k wh in A lgeria: https://al gerie -
electricite.co m/faq/prix -kwh.
[8]
Pricing: /ttps://creg.d z/index.php/conso mmateurs
https://www.e nergy.gov.dz/Med ia/galerie/loi_nd_02
-
01_d u_05_fevrier_2002_r elativ e_a_ l'electricite_et_a
_la_distrib ution_du_gaz_par_ca nalisations_5b67 00d
95f09 2.pdf r eactive energy: https://entrep rises -
collectivites.en gie.fr/besoins/e nergie -reactive-poste -
deconomies/.
[9]
10. The po w er b ill:
http://www.alp estechnologies. com/sites/all/ images/p
df/CF-alpes_tech nologies-Dep hassage - et -facture- de -
po w er.pd f .
[1 0]
Moha mmed Ali Kouidri 1 Abd elmoumen Delassi 2
2nd I nternational Confere nce on Engineering a nd
Applied Natural Sciences October 15-18 , 2 022,
Konya, T urkey
The esti m a te of the a nnual pr oduction o f a
photovoltaic solar p ow er plant co nnected to the
electricity grid
4th Interna tional Con ference on Ap plied Engi neering and
Natural Sc iences
https://www.i caens.com/
November 10- 13 , 2022, Ko nya, Turkey
145
Para m etric study of the stability of diaphra g m w a lls
Azzeddine LAH MAD I
Departmen t of Civil Engin eering, Un iversity of M'sila, Algeria
azzeddine. lahmad i@univ- msila.dz
Abstract – Diaphragm w alls offer a wide field of application in the field of carr y in g out cut excavations,
for deep excavations and in urban sites. This work deals with a numerical anal y sis o f the influence of the
variation of the geotechnical parameters and that of the calcula tion parameters on the behavior of a
diaphragm wall maintai ned b y prestressed tie rods. The reference mod el is a rectangular peripheral
diaphragm wall, and which was mad e for the sup port of three levels in the basements surmounted by a
tower, the whole constitutes the building of Algeria Mail. Numerica l modelin g is pe rformed usin g the Plaxis
2D finite element cod e. The results obtained clea rly show the si gnificant influence of certain parameters
such as: the angle of int ernal friction, the Young' s modulus, and the behavior model, on the calculations.
This requires special attention for the choice of calculation parameters as well as for the estimation of
ge ot echnical para meters.
Keywords – Diaph ragm wall, Mo deling, F inite elements, Geotech nical parameter, Calculation paramete r.
I. I NTRODUCTION
The use of finite element method (FEM) an alysis
has become ver y co mmon in the field of
ge ot echnical studi es as a means of cont rolling and
optimizing the c omputational task. However, the
quality of any calculation (stress-strain) depends on
the model adopted in the study . The Plax is fini te
element code makes it possible to model this t y pe of
problem in detail.
Plaxis [1] is a finite element package fo r two -
dimensional anal ysis of defor mation and stabili t y
for geotechnics. It is also able to model the response
of soils (deformations and w ater flow) and
interactions with structural support elements in two
dimensions. At each calculation step, the progra m
simulates the construction, numerical anal y z es
produce infor mation on bending moments, shea r
force s, deformations, and pore pressures. It also
remains an important question rega rding the
appropriate use of the FEM finite element method
in the design of excavation support s y stems
particularly in the definition of the possible failure
limit state and/or loadin g conditions, such as it was
discussed by Simpson an d Yazdchi [2] .
Many studi es and performance tests
(Be nchmarks), by P laxis 2D, have been c arried ou t
on the behavior of e xcavations supported b y
diaphragm walls, citing the works of: Schweiger,
([3], and [4] ), Nikiforova [5] , L ahmadi ([6], and
[7] ), Whittle a nd Davies [8] , Tan and Lu [ 9].
The purpose of this article is to stud y the behavior
of an excava tion protected b y a concrete diaphragm
wall. The wall i s anchored by two levels of anchors.
This study makes it possible to apprehend the effect
of variation of the geotechnical and calculation
parameters on the behavior of a diaphragm wall on
the one hand, to determine their influences, and to
give an opti mized solution on the other hand, in
order to reduce the deformations that can b e
ge nerated by this variation. The calculations were
made f rom a s eries of fini te element anal y ses. The n,
diagrams that show the effects of these parameters
were presented. These diagrams provide some
useful references for the design and construction of
works in similar conditions of construc tion.
4th Interna tional Con ference on Ap plied Engi neering and
Natural Sc iences
https://www.i caens.com/
November 10- 13 , 2022, Ko nya, Turkey
248
Ultra Yükse k Mukavemetli S1 1 00 Çeliğinin M QL koşullarında
Frezelenmesinin Ta kım Aşınması Üzerindeki Et kileri
Serhat Şap 1*
1 Elektrik ve Enerji B ölümü / Tekn ik Bilimler Meslek Yükseko kulu , Bingöl Üniversitesi, Tür kiye
* (ssap@bing ol.edu.tr ) Başlıca yaza rın mail ad resi
Özet – Talaşlı imalat sana y isind e geleneksel kesme sıvılarının soğut ma konusunda etkili olduğu
bilinmektedir. Faka t kesme sıvı larının kull anımı çevre v e insan sağlığı üzerinde birçok olumsuz etkilere
neden olabilmektedir. Ay rıc a geleneksel kesme sıvıları maliy et açısından da y üksek girdilere sebep
olmaktadır. Bu nedenlerden dola y ı çevre dostu olan minimum miktarda yağlama (MQL) stratejisi alternatif
bir çözüm olarak araştırmacıların dikkatini çekmektedir. MQL sistemi ile hem çevre ve insan sağlığı
korunmakta hem de mi nimum miktarda sıvı kullanımı saye sinde mali yetler azaltılabilmektedir. Bu
çalışmada ultra y üksek mukavemetli S1100 çeliğ inin farklı kesme par ametre leri ve MQL o rtamı altında
soğutma/yağ lama yapılarak frezelenme si sonucun da kesici takım y an aşınma durumu ve talaş morfolojisi
araştırılmıştır. İ şlenebilir lik deneyleri bilgisa y a r kontrollü bir C NC takım tezga hında gerçekleştirilmiştir.
Deneyler de iki far klı kesme hızı (100 - 150 m/dak ), iki fa rklı ilerleme hız ı (0.075 -0.150 mm/dev) ve tek
kesme derinliği (0.75 m m) kull anılmıştır. Yapılan dene y l er sonucunda ku ru kesme ortamına kıyasla MQL
ortamında yapılan işleme sonrasında kesici takım yan aşınma miktarları nda azalma olduğu tespit edilmiştir.
Ayrıca kesm e hız ındaki artışın hem kuru ortam hem de MQL ortamında düzenli olarak takım aşınmasını
artırdığ ı belirlenmiştir. Fa rklı kesme ortamlarında y a pılan işleme sonr ası oluşan talaşlar optik görüntüleme
y a rdımı y la incelenmiştir. İ nc eleme sonucunda MQ L ile işleme sonucu orta y a çıkan talaşların daha küçük
ve kıvrımlı bir y apıda oldukları gözlenmiştir. Ay nı z amanda y üksek sıcaklı kların oluştuğu kuru işleme
neticesinde oluşan tal aşlarda renk değişimi görülmektedir. S onu ç olarak çevre dostu MQ L
soğutma/yağ lama stratejileri kullanılara k kesici takım y an aşınması azaltılabilmekte ve kuru işlemeye
kıyasla daha iyi bir pe rfo rmans elde e dilebilmektedir.
Anah tar Kelimeler – S11 00, CNC frezeleme, M QL, Takım aş ınması, Tala ş mo rfolojisi
I. Gİ R İ Ş
Akma da y anımı 700 MP a’ın üzerinde olan ya pı
çelikleri genellikle ultra y üksek mukavemetli çelik
olarak adlandırılmaktadır [1] . Ultra y üks ek
mukavemet öz elliklerine sahip olan S1100 ç eliği
y ü ksek y ük kapasitesi, y üksek aşınma direnci,
işlenebilirlik ve ka y na k edilebilme öz ellikler i
say esinde son zamanlarda üretim endüstrisind e
sıklıkla kullanılmaktadır [2 -4]. S 1100 çeliğinde
termomekanik haddeleme ve den geli soğutma ile
temperlenmiş martensitik bir mikroyapı v e üstün
özellikler elde etmek mümkün olabilmektedir .
Ayrıca azaltılmış bir karbon içeriğine ve iy i
dengelenmiş bir kimy asa l bileşime sahiptir [ 5].
Yüksek mukav emete s ahip S1100 çeliği y üksek
sertliğe sahip olm ası sebebi y le işlenebilirliği zor
olabilmektedir. İşlenebilirlik araştırmalarında takım
aşınması, y üzey pürüzlü lüğü, aşınma sıcaklığı v e
talaş morfolojisi g i bi birçok pa rametre
bulunmaktadır [6] . İ şle me sırasında artan aşın ma
seviye si, kararsız kesme kuvvetleri, kesici takım
üzerindeki titreşimler iş parç ası üzerind e olumsuz
birçok duruma sebep olabilm ektedir. B u
sebeplerden dolayı işl eme parametreleri (kesme
hızı, ilerleme hız ı ve kesme derinliği) ve
soğutma/yağ lama koşull arı seçimi oldukça önem
arz etmektedir [7] . K esici takım aşınması nın
işlenebilirlikte önemli bir parametre olduğu
bil inmektedir. Kesme koşulları kesici tak ım
[Document text truncated for crawler view.]