Havacılık ve uzay endüstrisinden esinlenilen yeni çözümlerle iş makinalarının çevre üzerindeki etkilerinin azaltılması

Yazar; Özgür Çaliskan, Territory Sales Manager -Parker Sales Company Central & Eastern Europe

Her inşaat şirketi projelerini yürütürken çevreye zarar vermeyecek yöntemleri kullanmakla yükümlüdür. Ancak bazı alanlarda bu hedefe ulaşmanın önünde önemli zorluklar bulunur. Ormancılık endüstrisi buna iyi bir örnektir çünkü bu sektörde sürekli olarak canlı ekosistemlerin hemen yakınında çalışılır. Kullanılan makinelerin ölçüleri ve ağırlıkları düşünüldüğünde çevreye hiçbir zarar vermeden iş yapmak oldukça zordur. Yumuşak zeminin üzerine ağır makineler geldiğinde veya orada çalışmaya başladıklarında toprağın zarar görme riski ortaya çıkar ve kazalarda artış meydana gelebilir. Artan yakıt tüketiminin daha fazla emisyona yol açması da bir başka endişe konusudur.

Havacılık ve uzay sektöründe en zorlayıcı konulardan birisi hava aracının kendi ağırlığıdır, zira uçak kendi ağırlığını ve yakıtını taşımak ve hedefine emniyetli şekilde ulaşmak durumundadır. Uçak tasarımcıları uçağın ağırlığına ek olarak onu uzun saatler boyunca havada tutabilmek için gereken yakıtın ağırlığının ortaya çıkardığı "çarpan” etkisini azaltmanın yollarını bulmak zorundadır. Uçak ne kadar hafif olursa o kadar az yakıt kullanılır ve o kadar az emisyon meydana gelir.

Alternatif malzemeler

Çeşitli özel malzemelerin kullanımı ve buna bağlı olarak ağırlık ve yakıt dengesini değiştirmek havacılık ve uzay endüstrisinde üzerinde çalışılan iki temel alandır. Aslında üreticiler uçağın tasarımındaki birçok kısımda çelikten titanyuma geçerek bu konuda çoktan işe koyulmuş durumdadır. Üstün nitelikli bir metal olan titanyum, paslanmaya karşı çelikten daha fazla dirençlidir, ayrıca alkalilerle ve diğer çevre şartlarıyla daha iyi başa çıkar. Ancak belki de en önemli özelliği, çelikten %56 daha az yoğun olması ve bu nedenle çelikten daha hafif olmasıdır. (Çeliğin 7,85 g/cm³ olan yoğunluğuna kıyasla titanyumun özgül ağırlığı 4,44 g/cm³'tür.) Ancak titanyumun bir dezavantajı vardır; o da çelikten çok daha pahalı olmasıdır. Aksi durumda çok faydalı bir alternatif olabilecekken titanyumun bol miktarda kullanılmasının maliyeti çok yüksek olabilir.

Üreticiler epoksi reçine, fiberglas ve karbon fiber gibi pek çok kompozit malzemeyi de yoğun şekilde kullanmaktadır. Bu kompozit malzemeler; kanat, iskelet gibi başlıca tasarım öğelerinden uçağın her yerinde bulunan daha küçük boyutlu çok sayıda bileşene kadar çeşitli parçalarda da aynı derecede kullanılabilir. Bu malzemeler küçük parçalarda bile kullanılsa sonuçta daha hafif ve daha verimli yakıt tüketimine sahip bir tasarım ortaya çıkmaktadır.

Günümüzün belki de en modern olan teknolojisi, çeşitli malzemelerden eksiksiz parçaların basılabildiği üç boyutlu yazıcılardır. Üç boyutlu baskı işleminin, mühendislerin uçağın her bir parçasının tasarımını optimize etmesine olanak tanıması, toplam ağırlığı azaltmaya önemli ölçüde yardımcı olabilir. Bir vaka çalışmasında önceden kaynakla birleştirilen ve 18 alt parçadan oluşan yakıt püskürtme modülleri ele alınmıştı Bu enjektörler tek bir parça olarak basıldığında ağırlıkta %25 azalma sağlanmıştır. Bu çalışma, üç boyutlu baskı tekniğinin olağanüstü potansiyelini sergiliyor olsa da ağırlıkta nihai tasarrufun bu k adar fazla olamayacağını da kabul etmek gerekir. Bunun farklı nedenleri vardır, örneğin prosesin malzeme özellikleri açısından kendini kanıtlamasının gerekmektedir. Öte yandan bazı parçalar mevcut üretim teknikleriyle son derece iyi bir şekilde optimize edilmiş ve uyumlu hale gelmiştir. Bu nedenle, ağırlıktan tasarruf etme konusunda her parça aynı fırsatı sunmayacaktır.

Daha hafif ve daha verimli uçak metodolojisi

Ağırlığın daha iyi dağıtılmasını sağlamak için uçağın herhangi bir parçası üzerindeki yükü hafifletmek üzere geleneksel ve modern metotlar karma olarak test edilmektedir. Nasıl ki ormancılık endüstrisinde kullanılan araçlarda toprağa gereksiz yere zarar verilmemesi için ağırlığı daha eşit şekilde dağıtmak üzere daha fazla tekerlek ekleniyor veya tekerlek aralıkları ayarlanıyorsa, benzer şekilde uçaklar da pist yükü ile ilgili standartlara uymalıdır. Uçağın kalkış, taksi ve iniş yaptığı kritik yüzeye zarar vermesini önlemek için yönetmeliklerde her tekerleğe ne kadar yük binebileceği belirtilmektedir.

Enerjinin daha verimli şekilde kullanılacağı bir strateji belirleme arayışında, sistem tasarımına yönelik geleneksel yaklaşımlara meydan okunmaktadır. Örneğin, eski uçaklarda çalışma gücünü sağlamak için merkezi hidrolik sistemler kullanılmakta ve boru tesisatı ile merkezden tüm uçağa yayılarak akışkan gücünü ihtiyaç duyulan her bölgeye güç aktarılmaktadı.

Yeni yaklaşımlarda ise hidrolik sistemin, her biri uçaktaki çeşitli görevler için gücün dağıtılmasını sağlayan daha küçük, bölgesel devreler halinde bölünmesi arayışına girilmiştir. Bunun hemen görülen etkisi ve ana faydası, ağırlıktan önemli ölçüde tasarruf sağlayan, gereksiz boru tesisatının ortadan kaldırılması olmuştur. Tipik uçaklarda geleneksel olarak üç ana hidrolik sistem kullanılırdı, ancak günümüzde bunlardan birinin kaldırılmasına yönelik giderek artan bir eğilim görmekteyiz. Söz konusu sistemin işlevinin yerini, elektrik kumandalı "güç paketleri" almaktadır. Bu da yine ekipman ağırlığını ve kullanılan hidrolik akışkanlarının miktarını, dolayısıyla da endişeleri ve sızıntı oluşma olasılığını azaltabilmektedir. Bununla birlikte, elektrikli kumanda yaklaşımının, denkleme kablo ağırlığını tekrar ekleyeceği de unutulmamalıdır.

Uçaklara kıyasla yerdeki inşaat ekipmanı ve makinelerinin çok farklı olan çalışma ortamlarından dolayı, havacılık ve uzay endüstrisi tarafından kucak açılan ve benimsenen yeni teknolojik çözümler; tamamen transfer edilebilir "her soruna uygun tek çözüm" niteliğinde bir metodoloji sağlamamaktadır. Yeni uçaklara yönelik en iyi uygulamalar inşaat makineleri uygulamaları için ilham verici olabilir: Belirli parçalarda hafif malzemeler kullanılması ve hidrolikten elektrikli sistemlere geçiş, temelde fark yaratabilecek çözümler olup geleceğin inşaat ekipmanının, genel anlamdaki sağlamlığını ve verimliliğini koruyarak hem daha hafif olmasını hem de enerjiyi daha verimli kullanmasını sağlayabilir.

Parker Hannifin gibi şirketler farklı alanlardaki tecrübelerini kullanarak teknoloji transferini desteklemekte ve alternatif üretim malzemelerinin yanı sıra maliyetleri ve inşaat ekipmanının çevre üzerindeki etkisini azaltmaya yönelik olarak makine ağırlığını azaltacak yeniliklere dönük çözümler sağlamaktadır.