The importance of CTP composite material in liquid fertilizer tankers and production optimization of tankers

Abstract

Due to their superior features, composite materials are commonly used in many various fields in production industry. In this study, the production and optimization of the tanks which are made of Glass Fiber Reinforced Plastic (GRP) composite materials and used in transporting liquid fertilizers in agricultural industries were studied. The application of organic fertilizers is particularly important in plant growing. Elements which are present in fertilizers, such as nitrogen, phosphor, potassium, calcium, magnesium, sulfur, iron, manganese, copper, zinc and boron may chemically react with container drums. Experimental containers were prepared in order to observe these chemical reactions. Various types of condensed liquid fertilizers were composed in those containers. PH values were measured via benchtop “Ohaus AB23PH-F” at predesignated time intervals. The pH values were measured as following: 8.44 for chicken manure, 8.34 for small cattle manure, 7.54 for pigeon manure and 9.03 for cattle manure. In addition to that, liquid manures were kept at 20 °C in an isolated container and humidity was measured 58%. SEM, XRD and optical images of St37 Steel specimens which were kept in liquid fertilizers in experiment containers and GRP and mass loss were evaluated. No corrosion was observed in GRP in corrosive environment. Users prefer those materials due to the fact that they have high corrosion resistance, and they are light material. A 10m3 tank was designed out of those materials which are very common in production industry. The method of finite elements was used in the design and their weights were compared. As for the results of finite elements analysis, the wall thickness of the GRP tank for safe use was calculated to be 12mm and the weight of that tank was calculated to be 702kg. The weight of the St37 steel tank of the same volume and 3mm thickness is 3504kg. It was thought that tanks made of GRP composite material would be convenient due to the fact that they are corrosion resistant and 5 times lighter.

Kompozit malzemeler, üstün özelliklerinden dolayı üretim endüstrisinde birçok farklı alanda yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu çalışmada, tarımsal endüstride sıvı gübrelerin taşınmasında kullanılan Cam Elyaf Takviyeli Plastik (GRP) kompozit malzemelerden üretilen tankların üretimi ve optimizasyonu incelenmiştir. Organik gübrelerin uygulanması özellikle bitki yetiştiriciliğinde önemlidir. Gübrelerde bulunan azot, fosfor, potasyum, kalsiyum, magnezyum, kükürt, demir, manganez, bakır, çinko ve bor gibi elementler konteyner bidonlarıyla kimyasal reaksiyona girebilir. Bu kimyasal reaksiyonları gözlemlemek için deneysel kaplar hazırlanmıştır. Bu kaplarda çeşitli tipte yoğunlaştırılmış sıvı gübreler oluşturulmuştur. pH değerleri önceden belirlenmiş zaman aralıklarında tezgah üstü “Ohaus AB23PH-F” ile ölçülmüştür. pH değerleri şu şekilde ölçülmüştür: Tavuk gübresi için 8,44, küçükbaş hayvan gübresi için 8,34, güvercin gübresi için 7,54 ve büyükbaş hayvan gübresi için 9,03. Ayrıca sıvı gübreler izole bir kapta 20 °C'de muhafaza edilmiş ve nem %58 olarak ölçülmüştür. Deney kaplarında sıvı gübre içerisinde muhafaza edilen St37 Çelik numuneler ile GRP ve kütle kaybının SEM, XRD ve optik görüntüleri değerlendirilmiştir. GRP'de korozif ortamda korozyon gözlenmemiştir. Kullanıcılar bu malzemeleri yüksek korozyon direncine sahip olması ve hafif malzeme olması nedeniyle tercih etmektedirler. Üretim endüstrisinde çok yaygın olan bu malzemelerden 10m3'lük bir tank tasarlanmıştır. Tasarımda sonlu elemanlar yöntemi kullanılmış ve ağırlıkları karşılaştırılmıştır. Sonlu elemanlar analiz sonuçlarına göre güvenli kullanım için GRP tankının et kalınlığı 12mm ve ağırlığı 702kg olarak hesaplanmıştır. Aynı hacimde ve 3mm kalınlıkta olan St37 çelik tankının ağırlığı 3504kg'dır. GRP kompozit malzemeden imal edilen tankların korozyona dayanıklı ve 5 kat daha hafif olması nedeniyle kullanışlı olacağı düşünülmüştür.