Investigation of pressure drop in main air line of pipeline milking system

Yıl 2025, Cilt: 62 Sayı: 1, 49 - 62, 14.03.2025

Damla Doğu , Vedat Demir

https://doi.org/10.20289/zfdergi.1514376

Öz

Objective: The objective of the study is to investigate the pressure drop analytically, numerically and experimentally in the main air line of the pipeline milking system.
Material and Methods: The study was carried out in a pipeline milking system, where the main air line consists of a galvanized straight pipe nominally 50 mm in diameter, with one bend. The pressure drops in the pipeline were measured experimentally at different flow rates. In addition, the pressure drops calculated using theoretical equations and determined using various turbulence models with the Computational Fluid Dynamics (CFD).
Results: During the experiments, a pressure drop of 0.65 kPa was measured at high flow rates. It was found that the results calculated using the theoretical equations were very close to the experimental data. The lowest MAE and NRMSD values for pressure drops calculated with different CFD turbulence models were found in the Realizable k-ε model.
Conclusion: The results showed that the pressure drops in the main air line could be calculated with minor errors by using the numerical analysis method and the Realizable k-ε turbulence model.

Anahtar Kelimeler

CFD, friction loss, pressure loss, vacuum drop

Etik Beyan

We declare that there is no need for an ethics committee for this research.

Destekleyen Kurum

This study did not receive funding from any organisation.

Süt borulu sağım sistemi ana vakum hattında basınç kayıplarının incelenmesi

Öz

Amaç: Çalışmada, süt borulu sağım sisteminin ana vakum hattında oluşan basınç kayıplarının deneysel, analitik ve sayısal olarak incelenmesi amaçlanmıştır.
Materyal ve Yöntem: Çalışmada bir süt borulu sağım sisteminin ana vakum hattı dikkate alınmıştır. Ana vakum hattı, 50 mm anma çaplı galvaniz düz boru ve dirsekten oluşmuştur. Hattaki basınç kayıpları farklı debi değerlerinde deneysel olarak belirlenmiştir. Ayrıca basınç kayıpları, çeşitli kaynaklarda verilen analitik eşitlikler yardımıyla hesaplanmış ve Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (CFD) analiz yöntemiyle farklı türbülans modelleri kullanılarak belirlenmiştir.
Araştırma Bulguları: Denemelerde yüksek debi değerlerinde basınç kaybı değeri 0.65 kPa ölçülmüştür. Analitik eşitlikler ile hesaplanan sonuçlar deneysel verilere oldukça yakın bulunmuştur. Ancak ANSI/ASABE standardında verilen eşitlikler ile hesaplanan basınç kayıpları oldukça yüksek bulunmuştur. Ana vakum hattında deneysel olarak ölçülen ve farklı türbülans modelleri ile hesaplanan basınç kayıpları istatistiksel açıdan değerlendirildiğinde, en düşük MAE ve NRMSD değerleri Realizable k-ε modelinde bulunmuştur.
Sonuç: Ana vakum hattındaki basınç kayıplarının Realizable k-ε türbülans modeli kullanılarak çok düşük hata ile tahmin edilebileceği ve sistem tasarımında kullanılmasının uygun olacağı söylenebilir.

Anahtar Kelimeler

HAD, sürtünme kaybı, basınç kaybı, vakum düşüşü

Etik Beyan

Bu araştırma için etik kurula gerek olmadığını beyan ederiz.

Destekleyen Kurum

Bu çalışma için herhangi bir kuruluştan fon alınmamıştır.

Kaynakça

• ANSI/ASABE, 2016. Milking Machine Installations-Construction and Performance, ANSI/ASABE Standard AD5707: 2007 MAR2016, USA, 59 pp.
• ANSYS, 2016. Fluent Theory Guide R.17.2. Canonsburg, PA: ANSYS, Inc., USA, 850 pp.
• Berry, E. A., J. E. Hillerton & M. Scrivens, 2005. Milking machine test survey of UK herds. Veterinary Record, 157 (5): 147-148
• Cengel, Y. A. & J. M. Cimbala, 2006. Fluid Mechanics: Fundamentals and Applications (1st edition). NY: McGraw-Hill, 940 pp.
• Clarke, R. M., 1983. Pressure drop in milking machine air pipes. Journal of Agricultural Engineering Research, 28 (6): 513-520.
• Cürebal, T., 2016. Boru Ekleme Parçalarındaki Akışın Üç Boyutlu Incelenmesi. Karadeniz Teknik Üniversitesi, (Unpublished) Yüksek Lisans Tezi, Trabzon, 71 s.
• Daugherty, R. L. & J. B. Franzini, 1965. Fluid mechanics with engineering applications. (6th edition). NY: McGraw-Hill Book Company, 574 pp.
• Düz, H., 2017. Impact of excess roughness on power consumption in pipe flows. Batman University Journal of Life Sciences, 7 (2/2): 202-213.
• FAO, 2024. Milking machines and equipments. Milking, milk production hygiene and udder health. (Web page: https: //www.fao.org/4/t0218e/T0218E02.htm) (Accessed date: June 2024).
• ISO, 2007. Milking machine installations-Construction and performance, ISO Standard: ISO 5707 FEB2007, Switzerland, 50 pp.
• Kuraloğlu, H., 1998. Bursa Iline Bağlı Mustafakemalpaşa ve Karacabey Ilçelerinde Sağımda Mekanizasyon Uygulamaları. Ege Üniversitesi, (Unpublished) Yüksek Lisans Tezi, İzmir, 125 s.
• Medina, Y. C., O. M. Fonticiella & O. F. Morales, 2017. Design and modelation of piping systems by means of use friction factor in the transition turbulent zone. Mathematical Modelling of Engineering Problems, 4 (4): 162-167.
• Mossad, R., W. Yang & P. M. Schwarz, 2009. "Numerical prediction of air flow in a sharp 90º elbow, 1-5". Seventh International Conference on CFD in the Minerals and Process Industries CSIRO (9-11 December 2009, Australia), ISBN 978 0 643 09825 1 CD-ROM.
• Munson, B. R., D. F. Young & T. H. Okiiski, 2002. Fundamentals of Fluid Mechanics (4th edition). Hoboken, NJ: John Wiley & Sons, Inc, 836 pp.
• Ntengwe, F., M. Chikwa & L. Witika, 2015. Evaluation of friction losses in pipes and fittings of process engineering plants. International Journal of Scientific and Technology Research, 4 (10): 330-336.
• Özdemir, F., M. Toker & A. Bayhan, 2000. "Sağım makinalarındaki gelişmeler ve Isparta yöresi işletme koşullarına uygun sağım makinası seçim ölçütleri, 451-456." 19 Ulusal Tarımsal Mekanizasyon Kongresi (1-2 Haziran 2000, Erzurum), 539 s.
• Reinemann, D. J., 2019. “Milking Machines and Milking Parlors, 225-243”. In: Handbook of Farm, Dairy and Food Machinery Engineering. Academic Press, 787 pp.
• Spencer, S. B., 1993. "Milking System Design for Large Herds, 9-15". Western Large Herd Management Conference (1993, Las Vegas Nevada), 213 pp.
• Tan, J., K. Janni & R. Appleman, 1993. Milking system dynamics. 2. Analysis of vacuum systems. Journal of Dairy Science, 76 (8): 2204-2212.
• TS, 2019. Kapalı Kanallarda Akışkan Akışının Ölçülmesi - İletken Sıvılar Için Elektromanyetik Debimetreler Kullanım Kılavuzu. TS EN ISO 20456 Standardı. Türk Standardları Enstitüsü, Ankara, 44 s.
• Üçer, E., 2008. Örnek Süt Sığırcılığı Işletmelerinde Süt Sağım Mekanizasyonunda Işgücü Gereksinmeleri ve Maliyetlerin Belirlenmesi. Adnan Menderes Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, (Unpublished) Yüksek Lisans Tezi, Aydın, 71 s.
• White, F. M., 2001. Fluid Mechanics (4th edition). New York: McGraw-Hill, Inc, 826 pp.
• Willmott, C. J. & K. Matsuura, 2005. Advantages of the mean absolute error (MAE) over the root mean square error (RMSE) in assessing average model performance. Climate Research, 30 (1): 79-82.
• Willmott, C. J., S. G. Ackleson, R. E. Davis, J. J. Feddema, K. M. Klink, D. R. Legates, J. O'donnell & C. M. Rowe, 1985. Statistics for the evaluation and comparison of models. Journal of Geophysical Research: Oceans, 90: 8995-9005.