Pamukkale University Journal of Engineering Sciences

667-679

Authors: Sema ÇİFTÇİ1 , Gül Didem BATUR SİR2

Öz Günümüzde, acil sağlık servislerine yönelik talepler, salgın, deprem vb. doğal afetler ile patlamalar gibi durumlarda olağanüstü artış göstermektedir. Söz konusu talebin doğru bir şekilde tahmin edilmesi, acil servislere başvuracak kişi sayısının belirlenmesi ve ilgili kaynak planlamalarının etkin şekilde gerçekleştirilmesini sağlayacağından olağanüstü durumlar için kriz yönetim sürecinde kolaylık sağlayacaktır. Bu çalışmada, bir acil servise başvuru sayısının tahmini amaçlanmaktadır. Ele alınan, mevsimsel özelliklere sahip verilere yönelik olarak, zaman serisi analizi yöntemlerinden SARIMA, Holt-Winters ve ayrıştırma; makine öğrenmesi yöntemlerinden rastgele ağaç ve rastgele orman teknikleri kullanılmıştır. Tahmin çalışması için Ankara’ da yer alan bir hastanenin 396 günlük “başvuran hasta sayısı” verisi kullanılmıştır. Her bir yöntemdeki tahminler, yedi, on beş ve otuz günlük olarak yapılmıştır. Talep tahmini yöntemlerinden en başarılı yöntemin belirlenebilmesi için korelasyon, düzeltilmiş RKARE ve ortalama mutlak yüzde hatası değerlerinden faydalanılmıştır. Yapılan analizlerde SARIMA yönteminin, acil servise yapılacak başvuru sayısının tahmin edilmesinde diğer yöntemlere göre daha etkili sonuçlar verdiği görülmüştür. Ayrıca, acil servislere yapılan başvuruların sürekli değişen, dinamik bir yapıya sahip olmasının bir sonucu olarak, tahmin edilen gün sayısındaki değişimin tahmin değerleri üzerinde önemli etkisi olduğu da anlaşılmıştır. Anahtar kelimeler: Talep tahmini, Acil servis, Zaman serisi analizi, SARIMA, Holt-Winters, Makine öğrenmesi. Abstract Today, the demands for emergency health services show an extraordinary increase in cases such as epidemics, earthquakes, natural disasters, and explosions. The accurate estimation of the demand in question will facilitate the crisis management process for extraordinary situations, as it will enable the determination of the number of people who will apply to the emergency services and the effective realization of the relevant resource planning. In this study, it is aimed to estimate the number of applications to an emergency department. For the seasonal data, SARIMA, Holt-Winters and decomposition, which are among the time series analysis methods; Random tree and random forest techniques from machine learning methods are used. For this forecasting study, 396-day "number of patients admitted" data of a hospital located in Ankara is used. Forecasts in each method are performed for seven, fifteen, and thirty days. Correlation corrected square root and average absolute percentage error values are used to determine the most successful one among demand forecasting methods. In the analyzes made, it is observed that SARIMA method gives more effective results than others in forecasting the number of applications to the emergency department. In addition, because of the constantly changing and dynamic nature of the applications made to the emergency services, it is understood that the change in the forecasted number of days has a significant effect on the resulting forecast values.

692-700

Authors: Ahmet KAYSAL1 , Selim KÖROĞLU2 , Yüksel OĞUZ3

Abstract In this study, the hierarchical two-level energy management system with an adaptive droop control approach is proposed for the microgrid system consisting of distributed generation units. The primary control layer controls the converters to transfer power from the distributed generation units as part of the hierarchical two-level control structure. The secondary control layer is used to improve current sharing accuracy and to provide DC bus voltage restoration. The DC microgrid system is analyzed using Thévenin's equivalent model and Kirchhoff's laws. The distribution generation units' current sharing parameters are obtained depending on the analysis results. The proposed adaptive droop control method is compared to the conventional droop control method. In the proposed system, the performance of the adaptive droop controller at 2250 W, where the demand is highest, is 9.65% better than the conventional method. Similarly, the proposed method performed 6.67% better in voltage regulation of the DC bus. The simulation results show that the designed control strategy increases the voltage restoration for the DC microgrid under variable operating conditions and provides better power sharing between the sources. Thus, the constraints of the conventional droop control method are improved by using the adaptive method. Öz Bu çalışmada, dağıtık üretim birimlerinden oluşan mikro şebeke sistemi için uyarlamalı düşüş kontrolü yaklaşımına sahip hiyerarşik iki seviyeli bir enerji yönetim sistemi önerilmiştir. Hiyerarşik iki seviyeli kontrol yapısında dağıtık üretim birimlerinden aktarılacak güç, birincil kontrol katmanında dönüştürücülerin kontrol edilmesiyle sağlanmaktadır. İkincil kontrol katmanı, DC bara gerilim restorasyonunun sağlanması ve akım paylaşım doğruluğunun eşzamanlı olarak iyileştirilmesi amacıyla kullanılır. DC mikro şebeke sistemi Thévenin eşdeğer modeli ve Kirchhoff yasalarından faydalanılarak analiz edilmiştir. Dağıtık üretim birimlerinin akım paylaşım parametreleri, analiz sonuçlarına bağlı olarak elde edilmiştir. Önerilen uyarlanabilir düşüş kontrol yöntemi, geleneksel düşüş kontrol yöntemi ile karşılaştırılmıştır. Önerilen sistemde, talebin en yüksek olduğu 2250 W’lık güçte uyarlanabilir düşüş kontrolörün güç aktarımındaki performansı geleneksel yönteme göre 9.65% daha iyidir. Benzer şekilde önerilen yöntem, DC baranın gerilim regülasyonunda 6.67% daha iyi bir performans sergilemiştir. Sonuçlar göstermiştir ki tasarlanan kontrol stratejisinin değişken çalışma koşulları altında DC mikro şebeke için gerilim restorasyonunu arttırdığı ve kaynaklar arasında daha iyi bir güç paylaşımı sağladığını göstermektedir. Böylece geleneksel düşüş kontrol yöntemindeki kısıtlar uyarlanabilir yöntemin kullanılmasıyla iyileştirilmiştir. Anahtar kelimeler: Hiyerarşik enerji yönetim stratejisi, Mikro şebeke, Uyarlanabilir düşüş kontrolü.

711-736

Authors: Emine BAS1 , Aysegul IHSAN2

Abstract Herding behavior is defined as a group of animals of similar size that migrate in the same direction and hunt together. Gray wolves are usually seen in packs. Each gray wolf in the herd has a distinct duty and a distinct name that reflects the task. Krill swarms form the basis of ocean ecology. There are two reasons for the movement of the Krill herd. The first reason is that difficult for other organisms to prey on Krill living in herds. Another compelling factor is the way Krill form vast herds and effortlessly seize their prey. Gray Wolf Optimization (GWO) is inspired by gray wolf herding behavior, while Krill Herd Optimization (KHO) is based on krill herding. In this study, GWO and KHO algorithms are examined in detail and it is decided whether they had sufficient success. The fact that the GWO and KHO algorithms are swarm-based is accepted as a common feature of the two algorithms. However, compared with GWO and KHO analysis, as well as 23 single-mode, multi-modal, and fixed-size multimodal benchmarking optimization tests. In another hand, the success of the algorithms has been demonstrated by running them on various dimensions ({10, 20, 30, 50, 100, 500}). Additionally, the performances of the GWO and KHO are compared with Tree Seed Algorithm (TSA), Particle Swarm Algorithm (PSO), Jaya algorithm, Arithmetic Optimization Algorithm (AOA), Evolutionary Mating Algorithm (EMA), Fire Hawk Optimizer (FHO), Honey Badger Algorithm (HBA) algorithms. Moreover, all of the analyses are obtained in detail, complete with statistical tests and figures. As a result, while GWO and KHO algorithms show superior success in different test problems with their own characteristics, they are at a competitive level with many old and newly proposed algorithms today. In order to determine the success of the GWO and KHO algorithms, not only the classical test functions but also two different benchmark test sets are used. These are the CEC-C06 2019 functions and the big data problem, which is a current problem today. The same algorithms are run for both problems and rank values are obtained according to the average results. In CEC-C06 2019 functions, KHO achieved good results, while in big data problems, GWO achieved good results. In this study, the success of the GWO and KHO algorithms are examined in detail in three different experimental sets and it sheds light on researchers who will study with GWO and KHO algorithms. Öz Sürü davranışı, aynı yönde göç eden ve birlikte avlanan benzer büyüklükteki bir grup hayvan olarak tanımlanmaktadır. Gri kurtlar, genellikle sürüler halinde yaşamaktadırlar. Sürüdeki her gri kurdun ayrı bir görevi ve görevine göre aldığı farklı bir ismi bulunmaktadır. Diğer yandan Kril sürüleri, ekosistemin temelini oluşmaktadır. Kril sürüsünün hareketi iki sebebi bulunmaktadır. Birinci sebep, diğer canlılar için sürüler halinde yaşayan Kril’in avlanması ve yakalanmasının zor olmasıdır. Diğer sebebi ise, Kril sürüleri avlarını sürü hareketiyle kolayca yakalayabilmektedir. Gri Kurt Optimizasyonu (GWO) gri kurt sürü davranışından ilham alınırken, Kril Sürü Optimizasyonu (KHO) Kril sürü davranışından esinlenmiştir. Bu çalışmada GWO ve KHO algoritmaları detaylı bir şekilde incelenmiş ve yeterli bir başarıya sahip olup olmadıklarına karar verilmiştir. GWO ve KHO algoritmalarının sürü tabanlı olması, iki algoritmanın ortak bir özeliği olarak kabul edilmektedir. Ayrıca, GWO ve KHO performans analizinin yanı sıra 23 tek modlu, çok modlu ve sabit boyutlu çok modlu kıyaslama optimizasyon testleri ile karşılaştırılmıştır. Algoritmaların başarısı, çeşitli boyutlarda ({10, 20, 30, 50, 100, 500}) çalıştırılarak gösterilmiştir. İlaveten, GWO ve KHO algoritmaları Ağaç Tohum Algoritması (TSA), Parçacık Sürü Algoritması (PSO), Jaya algoritması, Aritmetik Optimizasyon Algoritması (AOA), Evrimsel Çiftleşme Algoritması (EMA), Ateş Şahini Optimize edicisi (FHO), Bal Porsuğu Algoritması (HBA) algoritmalarının performansı ile de karşılaştırılmıştır. Elde edilen tüm sonuçlar, istatistiksel testler ve şekillerle detaylı olarak gösterilmektedir. Sonuç olarak GWO ve KHO algoritmaları kendine öz özellikleri ile farklı test problemlerinde üstün başarı gösterirken, eski ve günümüzde yeni önerilmiş birçok algoritma ile de yarışır düzeydedir. GWO ve KHO algoritmalarının başarılarını tespit etmek için sadece klasik test fonksiyonları değil iki farklı kıyaslama test seti de kullanılmıştır. Bunlar CEC-C06 2019 fonksiyonları ve günümüzde güncel bir problem olan büyük veri problemidir. Aynı algoritmalar her iki problem içinde çalıştırılmış ve ortalama sonuçlara göre rank değerleri elde edilmiştir. CEC-C06 2019 fonksiyonlarında KHO iyi sonuçlar elde ederken büyük veri problemlerinde GWO iyi sonuçlar elde etmiştir. Bu çalışmada GWO ve KHO algoritmalarının başarıları üç farklı deneysel sette detaylı bir şekilde incelenmiş ve GWO ve KHO algoritmaları ile çalışacak araştırmacılar için ışık tutmaktadır. Anahtar kelimeler: Gri kurt, Krill sürüsü, Optimizasyon algoritması.

752-759

Authors: Sefa Furkan SELÇUK1 , Berk KÖKER1 , Meltem SARIOĞLU CEBECİ1

Öz Kimyasal süreçlerin optimizasyonu için, tek parametrenin değişken kabul edilip diğer parametrelerin sabit tutulması yoluyla gerçekleştirilen geleneksel yöntemler yetersiz kalmaktadır. Yüzey yanıt yöntemi gibi süreci modelleyerek parametrelerin etkileşimine de olanak tanıyan yöntemler hem finansal hem de zamansal açıdan avantaj sağlamaktadır. Bu çalışmada, Maksilon Mavi GRL boyasının fotokatalitik yöntemle giderim parametrelerinin modellenerek optimize edilmesi için yüzey yanıt yöntemi ve merkezi kompozit tasarımı kullanılmıştır. Giderim parametresi olarak katalizör konsantrasyonu, katalizörü üretirken kullanılan ZrO2 miktarı ve reaksiyon süresi seçilmiştir. Yanıt parametresi olarak ise renk giderim verimi incelenmiştir. Tek faktörlü analizde optimum koşullar 0.775g/L katalizör, 0.4 g ZrO2 miktarı ve 45dk. reaksiyon süresi olarak tespit edilmiştir. 3D yüzey ve kontur grafiklerinin analiziyle, katalizör konsantrasyonu ile ZrO2 miktarı parametreleri arasındaki etkileşimin az olduğu, reaksiyon süresi parametresi ile ZrO2 miktarı ve katalizör konsantrasyonu parametreleri arasındaki etkileşimin ise yüksek olduğu değerlendirmesi yapılmıştır. ANOVA analizi ve doğrulama deneyi sonuçları doğrultusunda modelin tahmin değerlerinin analiz değerlerini temsil edebileceği kanıtlanmıştır. Doğrulama deneyi için seçilen optimum seçenekte modelin tahmin ettiği değer %90.154 iken analiz sonucunda %91 giderim verimine ulaşılmıştır. Anahtar kelimeler: TiO2-ZrO2, Fotokatalitik arıtma, Yüzey yanıt yöntemi, Merkezi kompozit tasarım. Abstract For the optimization of chemical processes, traditional methods by accepting one parameter as variable and keeping other parameters constant are insufficient. Methods that allow the interaction of parameters by modeling the process, such as the response surface method, provide both financial and temporal advantages. In this study, response surface method and central composite design were used to model and optimize the removal parameters of Maxilon Blue GRL dye by photocatalytic method. The catalyst concentration, the amount of ZrO2 used in the production of the catalyst and the reaction time were selected as removal parameters. As a response parameter, the color removal efficiency was investigated. In the single factor analysis, optimum conditions were determined as 0.775g/L catalyst, 0.4g ZrO2 amount and 45min reaction time. With the analysis of 3D surface and contour graphics, it was evaluated that the interaction between catalyst concentration and ZrO2 amount parameters was low, while the interaction of the reaction time parameter with the ZrO2 amount and catalyst concentration parameters was found to be high. In line with the results of the ANOVA analysis and validation experiment, it has been proven that the predicted values of the model can represent the analysis values. In the optimum option chosen for the validation experiment, the estimated value of the model was 90.154%, while 91% removal efficiency was achieved as a result of the analysis.

769-782

Authors: Ufuk ÖREN1 , Tamer KORALAY2

Öz Antik dönem doğa bilimcisi Plinius, Hellenistik ve Roma döneminde yaygın olarak kullanılan almandin bileşimli lal taşlarının (Granat) Anadolu'da Karia'da Alabanda (Çine) ve Orthosia'da (Yenipazar) çıkarıldığından bahsetmektedir. Çalışmaya konu edilen granat örnekleri Hacıaliler (Çine-Aydın) bölgesinde Menderes Masifine ait orta-yüksek dereceli, gnays ve mikaşist bileşimli metamorfik kayaçlar içerisinde bulunmaktadır. Boyutları 0.5-2 cm arasında değişen, morumsu-kahverengi renkli ve mat parlaklık gösteren granat porfiroblastları dodekahedron formda kristallenmişlerdir. Mikroskobik incelemelerinde poikloblast doku gösteren granat mineralleri oldukça kırıklı bir yapıda olup, bol miktarda kuvars, muskovit ve opak mineral kapanımları içermektedir. Tahribatsız bir analiz tekniği olan Konfokal Raman spektroskopisi çalışmalarına göre granatların 910-912, 349 ve 553-555 cm-1 güçlü olmak üzere toplam 10 farklı Raman titreşimi gösterdikleri ve tipik olarak almandin bileşiminde oldukları tespit edilmiştir. Mineral kimyası sonuçlarına göre granatlar Alm0.72-0.87 Grs0.07-0.19 Pyr0.02-0.13 Sps0.00-0.02 kimyasal formülüne sahiptirler. Granat-Biyotit jeotermometre hesaplamalarına göre granatların ortalama 565.3 ± 20.8°C sıcaklıkta, 6.6 kbar basınç altında oluştukları belirlenmiştir. Hacıaliler granatlarının ortalama kıtasal kabuk çoklu element değişim diyagramında LIL elementleri (Cs, Rb, Ba, K, Sr, Pb) bakımından fakirleşme gösterdiği belirlenmiştir. Kondrit’e göre normalize edilmiş NTE çoklu element değişim diyagramında granat örneklerinin NTE bakımından zenginleşme gösterdikleri (∑NTE: 192.2-212.1), (La/Sm)N oranı 2.62-2.89, (Sm/Yb)N oranı 0.31-0.38 ve (Eu/Eu*)N oranı 0.41-0.44 arasında değiştiği belirlenmiştir. Gemolojik testlere göre granat kristallerinin özgül ağırlıkları 3.33 ile 3.64 arasında değişmekte, kırılma indis değerleri ise 1.81-1.95 civarındadır. L*a*b* renk sistemine göre granat kristallerinin renk ortalaması L*:46.25 a*:6.55 b*:6.60 (morumsu kahverengi) olarak belirlenmiştir. Mineralojik, jeokimyasal ve gemolojik değerlendirmeler sonucunda Hacıaliler granat örneklerinin çok evreli metamorfizmaya uğramış olması ve sonrasında gelişen jeolojik süreçlerle (ayrışma, alterasyon vb.) parlak ve şeffaf olan kristal formlarını kaybettikleri bu nedenle süstaşı özelliği göstermedikleri değerlendirilmiştir. Ayrıca granat örneklerinin NTE içerikleri bakımından önemli bir potansiyele sahip olabilecekleri düşünülmektedir. Anahtar kelimeler: Granat, Süstaşı, ICP-MS, Konfokal raman spektrometrisi, Hacıaliler-Çine. Abstract Ancient period naturalist Plinius referred that almandine composition Lal Stones (Granat) which had been widely used in the Hellenistic and Roman periods, were extracted from Alabanda (Çine) and Orthosia (Yenipazar) in Karia in Anatolia. The garnet samples, which are the subject of this study, are found in the middle-high grade, gneiss, and mica-schist in the Menderes Massif in Hacıaliler (Çine-Aydın) region. Purplish-brown and matt garnet porphyroblasts, varying between 0.5-2 cm in size, have crystallized in dodecahedron form. Garnet minerals, display poikloblastic texture in microscopic examinations, are in a highly fractured structure and contain plenty of quartz, muscovite, and opaque mineral inclusions. In line with a non-destructive analysis technique, Confocal Raman Spectroscopy studies, it has been determined that garnets present a total of 10 different Raman vibrations, 910-912, 349 and 553-555 cm-1 strong, and are typically in almandine composition. According to the results of mineral chemistry, garnets have the chemical formula of Alm0.72-0.87 Grs0.07-0.19 Pyr0.02-0.13 Sps0.00-0.02. In accordance with garnet-biotite geothermometer calculations, it was determined that garnets are formed at an average temperature of 565.3±20.8 °C and under the pressure of 6.6 kbar. It was concluded that Hacıaliler garnets demonstrated depletion in terms of LIL elements (Cs, Rb, Ba, K, Sr, Pb) in the average continental crust (MCC) multi-element variation diagram. It was discovered that garnet samples demonstrated enrichment in terms of REE (∑REE: 192.2-212.1), (La/Sm)N ratio 2.62-2.89, (Sm/Yb)N ratio 0.31-0.38 and (Eu) /Eu*)N ratio vary between 0.41-0.44 in REE multi-element variation diagram normalized to chondrite. According to the non-destructive gemological tests, the specific gravity of garnet crystals varies between 3.33 and 3.64, and the refractive index values were found to be around 1.80-1.81. According to the L*a*b* color system, the color average of garnet crystals was determined to be as L*: 46.25 a*: 6.55 b*: 6.60 (purplish brown). As a result of mineralogical, geochemical, and gemological evaluations, it has been concluded that Hacıaliler garnet samples have undergone multi-stage metamorphism and have lost their bright and transparent crystal forms through the subsequent geological processes (weathering, alteration, etc.); therefore, they do not present the characteristics of gemstones. In addition, it is thought that garnet samples may have an important potential in terms of their REE contents.

790-796

Authors: Mustafa Serhat EKİNCİ1

Abstract It is known that supercritical fluid extraction has many advantages over traditional extraction methods. This method, which has a wide application area, attracts the attention of many researchers. Due to its advantageous properties, carbon dioxide is generally used as a supercritical fluid in the studies. For this reason, the number of researchers using supercritical carbon dioxide extraction systems is quite high. These systems are known to include serious hazards such as high pressure. In this study, the hazards of a supercritical CO2 system have been evaluated by using Hazard and Operability (HAZOP) study. The implementation of this method has been carried out as follows: The design intention of the supercritical CO2 extraction system has been explained, guide words have been applied to process parameters to obtain meaningful deviations from the design intent, consequences arising from the deviations have been determined considering that all existing safeguards failed, possible causes of deviations have been listed, existing safeguards have been evaluated and actions have been suggested. As a result of the study, it has been understood that excessive pressure can occur for many different reasons and this excessive pressure can lead to serious consequences. To prevent high pressure hazards and other identified hazards from becoming a risk, some precautions have been proposed. Although the results are not dangerous, the causes of operability problems that may be encountered frequently, have been determined and suggestions have been made. This study will contribute to eliminating the deficiency in the literature on safety in the supercritical fluid extraction process, will help those who use similar systems or designers in terms of both safety and operability problems. Öz Süperkritik akışkan ekstraksiyonunun geleneksel ekstraksiyon yöntemlerine göre birçok üstünlüğe sahip olduğu bilinmektedir. Uygulama alanı da oldukça geniş olan bu yöntem birçok araştırmacının ilgisini çekmektedir. Yapılan çalışmalarda avantajlı özellikleri nedeniyle süperkritik akışkan olarak genellikle karbondioksit kullanılmaktadır. Bu nedenle süperkritik karbondioksit ekstraksiyon sistemlerini kullanan araştırmacı sayısı oldukça fazladır. Bu sistemlerin yüksek basınç gibi ciddi tehlikeler barındırdığı bilinmektedir. Bu çalışmada, Tehlike ve İşletilebilirlik (HAZOP) çalışması kullanılarak bir süperkritik CO2 sisteminin tehlikeleri değerlendirilmiştir. Bu yöntemin uygulaması şu şekilde gerçekleştirilmiştir: Süperkritik CO2 ekstraksiyon sisteminin tasarım amacı açıklanmış, tasarım amacından anlamlı sapmalar elde etmek için proses parametrelerine kılavuz kelimeler uygulanmış, mevcut tüm önlemlerin başarısız olduğu göz önünde bulundurularak sapmalardan kaynaklanan olumsuz sonuçlar belirlenmiş, sapmaların olası nedenleri listelenmiş, mevcut önlemler değerlendirilmiş ve aksiyonlar önerilmiştir. Çalışma sonucunda birçok farklı nedenden dolayı aşırı basınç oluşabileceği ve bu aşırı basıncın ciddi olumsuz sonuçlara yol açabileceği anlaşılmıştır. Yüksek basınç tehlikelerinin ve diğer tanımlanmış tehlikelerin riske dönüşmesini önlemek için bazı önlemler önerilmiştir. Bunun yanında sonuçlar tehlikeli olmasa da sıklıkla karşılaşılabilecek işletilebilirlik sorunlarının nedenleri tespit edilmiş ve önerilerde bulunulmuştur. Bu çalışma süperktirik akışkan ekstraksiyon prosesinde güvenlik konusunda literatürdeki eksikliği gidermeye katkı sağlayacak, benzer sistemleri kullananlara veya tasarımcılara hem güvenlik hem de işletilebilirlik sorunları açısından faydalı olacaktır. Anahtar kelimeler: Süperkritik akışkan ekstraksiyonu, Tehlike, işletilebilirlik, Risk, Tehlike ve işletilebilirlik analizi.