GERİ DÖN
Ders Öğretim Planı
| Dersin Kodu | Dersin Adı | Dersin Türü | Yıl | Yarıyıl | AKTS |
|---|---|---|---|---|---|
| ZFBYS2005 | Biyolojik Malzemelerin Teknik Özellikleri | Ders | 2 | 3 | 3,00 |
Dersin Seviyesi
Lisans
Dersin Sunulduğu Dil
Türkçe
Dersin Amacı
Bu dersin amacı, öğrencilere biyolojik malzemelerin (tahıl, meyve, sebze, yem bitkileri, hayvansal ürünler vb.) endüstriyel malzemelerden farklı olan fiziksel, mekanik, ısıl, elektriksel, optik, aerodinamik, hidrodinamik ve reolojik özelliklerini öğretmek; bu özelliklerin ölçüm yöntemlerini ve standartlarını kavratmak; tarımsal makine, depolama, kurutma, sınıflandırma, taşıma ve gıda işleme sistemlerinin tasarımında biyolojik malzeme özellik verilerinin doğru biçimde nasıl kullanılacağını gösteren mühendislik bakış açısını kazandırmaktır.
Dersi Veren Öğretim Görevlisi Görevlileri
Dr. Öğretim Üyesi Fatih Şevki ERKUŞ
Öğrenme Çıktıları
| 1 | Biyolojik malzemelerin endüstriyel malzemelerden farkını ve teknik özelliklerinin tarımsal makina, depolama, hasat sonrası ve gıda işleme süreçlerindeki tasarımdaki önemini açıklayabilme. |
| 2 | Biyolojik malzemelerin fiziksel özelliklerini (boyutlar, şekil, küresellik, yüzey alanı, hacim, kütle, gerçek ve yığın yoğunluğu, gözeneklilik) standart yöntemlerle ölçebilme ve hesaplayabilme. |
| 3 | Biyolojik malzemelerin mekanik özelliklerini (basma, çekme, sertlik/sıkılık, biyoakma, sürtünme katsayısı, kayma ve yığın açısı, darbe direnci, ezilme) belirleyebilme ve gerilme-şekil değiştirme davranışını yorumlayabilme. |
| 4 | Biyolojik malzemelerin ısıl, elektriksel ve optik özelliklerini tanıyabilme ve bu özelliklerin kurutma, soğutma, depolama, nem ölçümü ve kalite sınıflandırma süreçlerindeki uygulamalarını değerlendirebilme. |
| 5 | Biyolojik malzemelerin aerodinamik ve hidrodinamik özelliklerini hesaplayabilme; bu özellikleri pnömatik/hidrolik taşıma, ayırma ve hasat sonrası işleme sistemlerinin tasarımında kullanabilme. |
| 6 | ASAE/ASABE, ISO ve TS standartlarına uygun olarak deney tasarlayabilme ve gerçekleştirebilme, ölçüm verilerini istatistiksel olarak analiz edebilme ve teknik laboratuvar raporu olarak sunabilme. |
Öğrenim Türü
Birinci Öğretim
Dersin Ön Koşulu Olan Dersler
Ders İçin Önerilen Diğer Hususlar
Dersin etkili biçimde takip edilebilmesi için Genel Fizik, Statik ve Mukavemet derslerindeki temel kavramların öğrenciler tarafından özümsenmiş olması büyük önem taşır. Konuların büyük bölümü laboratuvar uygulamalarıyla pekişeceğinden, öğrencilerin haftalık laboratuvar oturumlarına aktif katılımları ve ölçüm cihazlarının (kumpas, mikrometre, hassas terazi, piknometre, texture analyzer/tek eksenli basma cihazı, vb.) kullanımına yatkın olmaları gerekir. Mesleki standartların (özellikle ASABE Standards Volume, ISO ve TS standartları) düzenli olarak incelenmesi tavsiye edilir. Mümkün olduğunda hasat sonrası ürün işleme, sınıflandırma veya kurutma tesislerine yapılacak teknik geziler konunun anlaşılmasını kolaylaştıracaktır.
Dersin İçeriği
Biyolojik malzeme kavramı; biyolojik malzemelerin endüstriyel malzemelerden farkı ve özelliklerinin tarımsal mühendislikteki önemi; fiziksel özellikler (boyutlar, şekil, küresellik, izdüşüm alanı, yüzey alanı, hacim, kütle, gerçek ve yığın yoğunluğu, gözeneklilik); mekanik özellikler (gerilme-şekil değiştirme davranışı, viskoelastiklik, basma, çekme, sertlik/sıkılık, biyoakma noktası, sürtünme katsayısı, kayma açısı, yığın açısı, darbe direnci, ezilme/berelenme); ısıl özellikler (özgül ısı, ısı iletkenliği, ısı yayınımı); elektriksel özellikler (elektrik iletkenliği, dielektrik özellikleri); optik özellikler (renk, yansıtma, geçirgenlik); aerodinamik özellikler (sınır hız, sürükleme katsayısı); hidrodinamik özellikler; reolojik özellikler; bu özelliklerin tarımsal makina, sınıflandırma, hasat sonrası teknolojiler ve gıda işleme süreçlerindeki uygulamaları; ASAE/ASABE ve ISO standartlarına göre ölçüm yöntemleri.
Haftalık Ayrıntılı Ders İçeriği
| Hafta | Teorik | Uygulama | Laboratuvar |
|---|---|---|---|
| 1 | Derse giriş ve temel kavramlar: biyolojik malzemenin tanımı (tarım ürünleri, gıdalar, yem bitkileri, hayvansal ürünler); biyolojik malzemelerin endüstriyel malzemelerden farkları (canlılık, anizotropluk, nem bağımlılığı, biyolojik değişkenlik, viskoelastik davranış); teknik özelliklerin tarımsal makina tasarımı, depolama, kurutma, sınıflandırma, gıda işleme ve ambalajlamadaki yeri. | Farklı biyolojik malzeme örnekleri (buğday, fındık, elma, domates, ot) üzerinde gözleme dayalı özellik karşılaştırması ve sınıf içi tartışma. | |
| 2 | Fiziksel özellikler (I) — boyut ve şekil: biyolojik malzemelerde uzunluk, genişlik, kalınlık ve eşdeğer çap ölçümü; geometrik ortalama çap; küresellik (sphericity) ve şekil faktörleri; izdüşüm alanı ve uzunluk-genişlik oranı; tane şekil sınıflandırması; standart sınıflandırma ve kalibrasyon için boyut ölçümlerinin önemi. | Kumpas ve mikrometre ile buğday, fasulye ve fındık tanelerinin boyutlarının ölçülmesi; küresellik değerlerinin hesaplanması | |
| 3 | Fiziksel özellikler (II) — kütle, hacim, yoğunluk ve gözeneklilik: kütle ölçümü ve hassasiyet; hacim ölçüm yöntemleri (toluen yer değiştirme, hava karşılaştırmalı piknometre, görüntü analizi); gerçek yoğunluk ve yığın (bulk) yoğunluğu; gözeneklilik kavramı ve hesabı; bin tane ağırlığı; bu özelliklerin depo tasarımı ve nakliye hesaplarındaki kullanımı. | Buğday ve mısır örneklerinde piknometre ile gerçek yoğunluk, hektolitre cihazı ile yığın yoğunluğu ve gözenekliliğin hesaplanması. | |
| 4 | Mekanik özellikler (I) — gerilme, şekil değiştirme ve viskoelastiklik: biyolojik malzemelerin mekanik davranışı; tek eksenli gerilme-şekil değiştirme eğrisi; elastiklik, viskozite ve viskoelastiklik kavramları; sünme (creep), gevşeme (relaxation) ve histerezis; Maxwell, Kelvin-Voigt ve Burger modelleri. | Bir elmanın ve patatesin tek eksenli basma deneyi sırasında elde edilen kuvvet-deformasyon eğrisinin yorumlanması; sünme ve gevşeme grafiklerinin değerlendirilmesi. | |
| 5 | Mekanik özellikler (II) — basma, çekme, sertlik ve biyoakma: tek eksenli basma deneyi (tüm gövde ve örnek doku); biyoakma noktası ve kopma noktası; meyvelerde sıkılık (firmness) ölçümü ve Magness-Taylor penetrometresi; tahıllarda sertlik; çekme ve eğilme deneyleri; yumurta kabuğunun mekanik dayanımı. | Elma, armut ve domateste Magness-Taylor penetrometresi ile sıkılık ölçümü ve farklı olgunluk düzeyleri için karşılaştırma. | |
| 6 | Mekanik özellikler (III) — sürtünme ve yığın özellikleri: statik ve kinetik sürtünme katsayıları; biyolojik malzeme — yüzey malzemesi (çelik, kauçuk, ahşap, plastik) ikilileri için tipik değerler; kayma açısı; yığın (doğal eğim) açısı ve depolama silosu tasarımına etkisi; içsel sürtünme açısı. | Eğik düzlem yöntemiyle buğday, mısır ve fasulyenin farklı yüzeylerdeki statik sürtünme katsayılarının ölçümü; yığın açısının deneysel belirlenmesi. | |
| 7 | Mekanik özellikler (IV) — darbe direnci ve ezilme: serbest düşme darbesi ve düşürme yüksekliği etkisi; yumurta, meyve ve tahıllarda darbe ile oluşan zarar; ezilme (berelenme) ve hasar göstergeleri; kritik düşme yüksekliği ve hasar sonrası kalite kaybı; ambalaj ve nakliyede koruyucu tasarım. | Farklı düşürme yüksekliklerinde elmaların darbe sonrası berelenme alanlarının ölçümü ve kritik düşme yüksekliğinin tahmin edilmesi. | |
| 8 | Ara sınav (Vize): 1-7. haftalarda işlenen konuların (biyolojik malzeme kavramı, fiziksel özellikler, mekanik özelliklerin tümü) yazılı ve uygulamalı sınavla değerlendirilmesi. Ders: Sınav sonrası, ısıl özelliklere giriş — özgül ısı, ısı iletkenliği ve ısı yayınımının tanıtımı. | Yazılı/uygulamalı vize sınavı ve sınav sonrası dönem ödevi (biyolojik bir ürünün karakterizasyon raporu) konularının dağıtılması. | |
| 9 | Isıl özellikler: özgül ısı (cp) ve ölçüm yöntemleri (karıştırma kalorimetresi, diferansiyel taramalı kalorimetri-DSC); ısı iletkenliği (k) ve ölçüm yöntemleri (sıcak tel/probu, kararlı hal); ısı yayınımı (α); biyolojik malzemelerde su içeriği ve sıcaklığa bağlı değişim; kurutma, soğuk depolama ve pastörizasyon süreçlerinde uygulamaları. | Bir tahıl ürününün özgül ısısının karıştırma kalorimetresi ile belirlenmesi ve farklı nem düzeylerinde karşılaştırılması. | |
| 10 | Elektriksel özellikler: elektrik iletkenliği ve direnci; dielektrik özellikler (dielektrik sabiti ε' ve kayıp faktörü ε''); elektriksel özelliklerin nem ölçümünde kullanımı (kapasitif/empedans tipi nem ölçerler); dielektrik ısıtma (mikrodalga, radyo frekansı) ve ürün işlemedeki uygulamaları; biyoempedans ve gıda kalite kontrolü. | Tahılda kapasitif nem ölçer ile nem ölçümü ve fırın yöntemiyle karşılaştırma; mikrodalga ile ısıtma deneylerinin gözlemi. | |
| 11 | Optik özellikler: ışığın madde ile etkileşimi (yansıtma, soğurma, geçirgenlik); renk ölçümü ve sistemleri (Munsell, CIE L*a*b*, RGB); spektrofotometre ve kolorimetre; meyve ve sebzelerde olgunluk göstergesi olarak renk; yakın kızılötesi (NIR) ve hiperspektral görüntüleme; makine görmesi ile ürün sınıflandırma. | Chromameter ile farklı olgunluk düzeyindeki domateslerin L*a*b* değerlerinin ölçülmesi ve olgunlukla ilişkilendirilmesi. | |
| 12 | Aerodinamik özellikler: hareket halindeki ürün-akışkan etkileşimi; sürükleme katsayısı (Cd); sınır (terminal) hız ve hesabı; küresel olmayan tanecikler için sınır hızın belirlenmesi; aerodinamik özelliklerin pnömatik taşıma sistemleri, harman makinaları, hava ile ayırma (separator) ve eleklerin tasarımındaki kullanımı. | Dikey rüzgâr tüneli (aerodinamik kolon) ile buğday, saman ve kavuzun sınır hızlarının ölçülmesi ve ayırma için optimum hava hızı tahmini. | |
| 13 | Hidrodinamik ve reolojik özellikler: ürünlerin suda batma/yüzme davranışı ve flotasyonla sınıflandırma; sıvı/yarı-sıvı gıdalarda viskozite kavramı; Newton ve Newtonsal olmayan akışkanlar; viskozite ölçüm yöntemleri (kapiler, dönel viskozimetre); meyve püreleri, süt ve yoğurtta reolojik karakterizasyon ve gıda işlemedeki yeri. | Su tankında elma ve patateslerin flotasyon davranışlarının gözlemlenmesi; dönel viskozimetre ile farklı meyve püresi viskozitelerinin ölçülmesi. | |
| 14 | Sentez: biyolojik malzeme özelliklerinin tarımsal mühendislik uygulamalarına entegrasyonu; bir ürünün hasattan tüketime kadar olan zincirinde (hasat → ayırma → temizleme → kurutma → depolama → ambalajlama → işleme) hangi özelliklerin hangi aşamada kritik olduğunun tartışılması; standart ölçüm raporlarının değerlendirilmesi; dönem ödevi sunumları. | Öğrencilerin seçtikleri bir biyolojik ürün için karakterizasyon raporlarının sınıfta sözlü olarak sunulması ve eleştirel değerlendirme. | |
| 15 | Yarıyıl sonu sınavı (Final): Dönem boyunca işlenen tüm konuların (biyolojik malzeme kavramı, fiziksel, mekanik, ısıl, elektriksel, optik, aerodinamik, hidrodinamik ve reolojik özellikler ile bunların ölçüm yöntemleri ve mühendislik uygulamaları) yazılı sınavla kapsamlı biçimde değerlendirilmesi. | Yazılı sınav. |
Ders Kitabı Malzemesi Önerilen Kaynaklar
Işık, E., Biyolojik Malzemenin Teknik Özellikleri, Uludağ Üniversitesi Ziraat Fakültesi Basımevi, Bursa.
Planlanan Öğrenme Aktiviteleri ve Metodları
Değerlendirme
| Yarıyıl (Yıl) İçi Etkinlikleri | Adet | Değer |
|---|---|---|
| Ara Sınav | 1 | 100 |
| Toplam | 100 | |
| Yarıyıl (Yıl) Sonu Etkinlikleri | Adet | Değer |
| Final Sınavı | 1 | 100 |
| Toplam | 100 | |
| Yarıyıl (Yıl) İçi Etkinlikleri | 40 | |
| Yarıyıl (Yıl) Sonu Etkinlikleri | 60 | |
Staj Durumu
İş Yükü Hesaplaması
| Etkinlikler | Sayısı | Süresi (saat) | Toplam İş Yükü (saat) |
|---|---|---|---|
| Ara Sınav | 1 | 3 | 3 |
| Final Sınavı | 1 | 3 | 3 |
| Derse Katılım | 14 | 2 | 28 |
| Bireysel Çalışma | 14 | 2 | 28 |
| Ev Ödevi | 3 | 4 | 12 |
| Toplam İş Yükü (saat) | 74 | ||
Program ve Öğrenme Çıktıları İlişkisi
| PÇ 1 | PÇ 2 | PÇ 3 | PÇ 4 | PÇ 5 | PÇ 6 | PÇ 7 | PÇ 8 | PÇ 9 | PÇ 10 | PÇ 11 | |
| ÖÇ 1 | 3 | 2 | 4 | 3 | 4 | 2 | 3 | 3 | 3 | 2 | 2 |
| ÖÇ 2 | 4 | 3 | 5 | 2 | 4 | 4 | 1 | 5 | 3 | 3 | 3 |
| ÖÇ 3 | 5 | 3 | 5 | 3 | 5 | 4 | 1 | 5 | 3 | 3 | 3 |
| ÖÇ 4 | 4 | 2 | 5 | 3 | 5 | 5 | 1 | 4 | 3 | 3 | 3 |
| ÖÇ 5 | 5 | 2 | 5 | 2 | 5 | 3 | 1 | 4 | 3 | 2 | 2 |
| ÖÇ 6 | 4 | 4 | 3 | 2 | 3 | 4 | 2 | 5 | 4 | 5 | 5 |
* Katkı Düzeyi : 1 Çok düşük 2 Düşük 3 Orta 4 Yüksek 5 Çok yüksek