International Science and Technology Journal اىعذد Volume 16 ب ر January 2019 المجمة الدولية لمعموم والتقنية 1 Copyright ISTJ حقوق الطبع محفوظة للمجلة

النسخ

1 1

2 ه ئت اىتحر ر رئيس ىيئة التحرير د. أحمد الصغير جاب اهلل أستاذ مشارك في مجال اليندسة الميكانيكية وعموم المواد من جامعة بودابست التقنية دولة المجر أ. عبد الحميد الطاىر زنبيل استاذ مساعد تخطيط موارد بشرية. المعيد التخطيط لمد ارسات العميا أ.م. محمد المنير حدود محاضررررر فرررري مجررررال ىندسررررة عمرررروم المواد جامعة بمغ ارد - صربيا أ.م. محمد عمي القانقا حبضر ف جبه اىه ذست االىنترو ت وتق ت اى عيى بث جب عت شف يذ هبى -بر طب ب

3 اىعذد مي ت تسى هللا انشح انشح ى انصالج انسالو عهى سس ل هللا يح ذ خاتى اال ث اء ان شسه وبعذ انو لمف دواعي سرورنا اف تكوف المجمة الدولية لمعمو والتقنية ارفدا مف روافد النشر العممي واحدى المجالت الكبرى التي تعمؿ عمى دع وتنشيط البحث العممي في مختمؼ المجاالت وشتى التخصصات حيث توفر لمباحثيف فرصة عظيمة لتقيي بحوثي عف طريؽ التحكي العممي الذي تخضع لو البحوث العممية كشرط أساسي إلجازة نشرىا والتي مف خالليا يمكف لمباحثيف مف عرض نتائج بحوثي أمال في الوصوؿ إلى مف يتبنى ىذه البحوث وتمؾ النتائج لتوظيفيا في خدمة المجتمعات التي تبني نيضتيا عمى العم والمعرفة. و مف منطمؽ فالدوؿ المتقدمة أف المعرفة تكوف أكثر فاعمية عندما يكوف الوصوؿ إلييا سيال ىي دأبنا في ىذه المجمة عمى نشر االبحاث العممية المحكمة مف خالؿ الموقع االلكتروني لممجمة ( يمكف لمباحثيف والميتميف تحميميا بكؿ سيولة ويسر ومجانا.. باإلضافة الى نشرىا و توزيعيا مف خالؿ مجمة ورقية مطبوعة. وبمناسبة صدور العدد السادس عشر الباحثيف المتخصصيف في مجاؿ العمو العممي بالمجمة الدولية لمعمو والتقنية. مف المجمة ننتيز اليندسية والتطبيقية كؿ الزمالء الفرصة وندعو لنشر بحوثي وانتاجي و أخي ار.. يسر ىيئة التحرير بالمجمة أف تثمف عاليا جيود جميع البح اث و األساتذة الميتميف الذيف اختاروا صفحات ىذه المجمة لنشر أبحاثي و أو ارقي العممية كما أنيا تتقد بجزيؿ الشكر و العرفاف لكؿ مف ساى في تحرير و م ارجعة البحوث المقدمة لممجمة وتقدي ىذا الصرح العممي لموجود سائميف اهلل تعالى التوفيؽ و السداد هيئة التحرير 3

4 جذوه اى حتى بث كه ح انعذد... 6 انت ظ أل ايلم نت ح ان عه ياخ ا انتعه ى انعان ا ن ث ا تحذ اخ حه ل... 9 انكشأل انعض ي نثعض ان شكثاخ انك ائ ح ن ستخهصاخ ان هف االخضش انث فس 6:... تأث ش ان عان ح انحشاس ح عهى تعض انخ اا ان كا ك ح ن سث كاخ االن ي و ان ت ح ت اسطح انسثاكح تانغال انخاسج تأث ش ع صش ان حاس ا ا تاج حايض انستش ك اقع انتعه ى انت انف ج ت ت انتعه ى اكاد... 6; دساسح نظ ة ح انل ائ ح ا ا و اء ان اد ان ع ح تتسهسم تشك م ان شحهح ا نى ا اغش ح انشق ح تاستخذاو ان رج انفعال نحشاسج انتك...EHF 407 تكس ح انصهة ي خفض انكشت تاستخذاو اسالل انهحاو ان غهفح نهصهة انسثائك )SMAW( تت ح انهحاو تان س انك شتائ E60<L انتك ان ع اسي إ تاج ان ع ى انذالن انشيوي حانح دساس ح = ارج يع اس ح ا ع ذ االستع اس اال طان طشاتهس دساسح تأث ش سثح اإلضاااخ ا ي ح ن اس ش انثالست ك ان ص عح ي يادج عذ ذ كه س ذ انف م انصهة )PVC(

5 Chairman of the Editorial Board Image Processing Using Threshold Methods A SIMULATION MODEL FOR SPARK IGNITION ENGINE FUELED WITH NATURAL GAS-HYDROGEN BLENDS Analysis of an Orifice Surge Tank for Controlling Water Hammer Problem at Hydropower Plants Investigation of the Effect of Nozzle diameter on AZ31 Powder Production by Gas Atomization Method SURFACE AND ADHESION PROPERTIES OF METHACRYLIC/URETHANE GRAFT COPOLYMERS Development of Centralized PID Control by decoupling of a Boiler Turbine unit Effect of Deep Cryogenic Treatment on Wear Resistance and Hardness of Die Tool Steels Gas Turbine NOx Emissions and Control: Review TQM and TPM Using The Application of Computer Simulation for Evaluating Cement Production in Libya Investigation of Gas Pressure Effect on Powder Characterization of Al-12Si Alloy Produced by Gas Atomization Method

6 اىتىظ ف األ ثو ىتق ت اى عيى بث ف اىتعي اىعبى ف ى ب ب تحذ بث وحيىه The optimal employment of information technology in higher Education in Libya Challenges and solutions a *1 انتصار منصور األحول b *2 ناىد فتحي فرح c *3 زىرة عبداهلل األشعل d *4 نزيية عمي صكح 4 1 كمية التربية باب بف غشير جامعة ط اربمس 2,3 كمية تقنية المعمومات جامعة ط اربمس d naziha29sakkah@gmail.com c Z.Elashaal@uot.edu.ly b N.Farah@uot.edu.ly a ent @yahoo.com الخالصة: اليدؼ مف ىذه الد ارسة معرفة أى التقنيات الحديثة المستخدمة العممية التعميمية في والتي ليا األثر الكبير في تطوير العممية التعميمية ومدى استخداميا واالطالع عمى أى المقومات والدوافع التي تؤيد فكرة توظيؼ تقنيات المعمومات في التعمي والتعمي االلكتروني وأيضا التعرؼ عمى أكبر التحديات التي تعرقؿ التوظيؼ األمثؿ لتقنيات المعمومات ومعرفة األسباب و ارء ذلؾ والبحث عف الحموؿ ليا. نظ إدارة التعم كنظا البالؾ عمى سبيؿ المثاؿ مف ج ؿ شأنو حؿ مشاكؿ الجامعة بوردBoard Black اإلدارية والتعميمية والعممية خصوصا مع الزيادة في أعداد الممحوظة ال ارغبيف الطمبة في االنخ ارط في التعمي الجامعي. حيث ت استخدا المنيج الوصفي التحميمي المتمثؿ في االستبانة كأداة لمد ارسة باعتبارىا أداة لجمع البيانات حيث تضمنت )60( فقرة والتي طبقت عمى )70( مف أعضاء ىيئة تدريس وطمبة لكميتي التربية قصر بف غشير وتقنية المعمومات بجامعة ط اربمس الميبية كعينة لمد ارسة والتي ت اختيارىا عشوائيا. وت تحميؿ البيانات باستخدا التك ار ارت والنسب المئوية وأظيرت النتائج النيائية لمد ارسة أف توظيؼ تقنية المعمومات في أغ ارض التدريس في التعمي العالي في ليبيا ما ازؿ في 6

7 م ارحمو االولى وال ازؿ يواجو جممة مف التحديات تتمثؿ في ضعؼ البنية التحتية وما ينتج عنيا مف ضعؼ خدمات الجامعة وخدمات اإلنترنت وعد توفر معامؿ الحاسوب في بعض الكميات باإلضافة لقمة الخب ارت والكوادر المؤىمة تقنيا وغياب دور م اركز الدع الفني باإلضافة الى قمة الثقافة وعد الد ارية بنظ إدارة التعمي الحديثة كنظا البالؾ بورد...الخ. إف عممية التوظيؼ األمثؿ لتقنية المعمومات في العممية التعميمية بالجامعات يجب أف تسبقيا خطوات جادة مف أعضاء ىيئة التدريس والجيات التنفيذية لمجامعات التخاذ ق ار ارت تدع ىذا التوظيؼ بطريقة حديثة تواكب متطمبات العصر. Abstract: The purpose of this study is to identify the most important modern techniques used in the educational process which have a great impact on the development of the educational process and the extent of its use, and to learn about the most important elements and motives that support the idea of employing information technology in education and e-learning and also identify the biggest challenges that hamper the optimal employment of information technology, Find out the reasons behind it and look for solutions. Learning management systems such as the BlackBoard system, for example, will solve most of the University's administrative, educational and scientific problems, especially with the significant increase in the number of students wishing to enroll in university education. (60) Paragraphs, which were applied to (70) faculty members and students of the faculties of education Qasr Ben Ghashir and the Information Technology University of Tripoli Libya, as a sample of the study, which Randomly selected. The results of the study showed that the employment of information technology for the purposes of teaching in higher 7

8 education in Libya is still in its early stages, and still faces a number of challenges such as weak infrastructure and the resulting weakness of university services and Internet services. The lack of computer labs in some colleges, in addition to the lack of expertise and qualified technical staff, the absence of the role of technical support centers, in addition to the lack of culture and lack of familiarity with modern education management systems such as Blackboard system, The process of optimal employment of information technology in the educational process in universities must be preceded by serious steps of faculty members and executive system of universities, to take decisions that support this employment in a modern way to meet the requirements of the times. information الكممات المفتاحية :Keywords تكنولوجيا المعمومات.Black Board بورد البالؾ التعمي اإللكترونيE-learning technology المقدمة :Introduction الجامعة ىي معقؿ الفكر اإلنساني في أرقي صوره وبيت الخبرة لمختمؼ صنوؼ العمو واألدب فييا تطبؽ النظريات وتجرى البحوث والد ارسات وصوال ألرقى صور المعرفة. إف التحدي األكبر لممجتمعات ىو حتمية ربط ثالثي العم والتكنولوجيا والتنمية لتصبح قادرة التخمؼ والتيميش. ومف ىذا عمى التكيؼ مع تكنولوجيا العصر عف خطر بعيدا المنطمؽ أصبح ل ازما مواجية التحديات التي تحوؿ دوف استخدا تكنولوجيا المعمومات في جميع مجاالت الحياة عامة وفي التعمي خاصة. مشكمة الد ارسة انطمقا :Problem of the study مف مبدأ التعمي الذاتي ومبدأ التعمي مدى الحياة وفي ظؿ ثورة المعمومات التي جعمت العال كقرية صغيرة وتكيفا مع الوثيرة السريعة لتطور واقتناء تقنية المعمومات في جميع نواحي الحياة عامة وفي 8

9 العممية التعميمية خاصة. مف ىنا جاءت فكرة ىذه الد ارسة لموقوؼ عمى الوضع الحالي لمؤسسات التعمي العالي في ليبيا واختيار السبؿ المثمى لمتوظيؼ األمثؿ لتقنية المعمومات في العممية التعميمية والمؤسسة التعميمية عمى حدا سواء وتوضيح أىمية ىذه العممية والتي يعتبر فييا نظا البالؾ بورد ىو أحد أفضؿ أساليب تحقيؽ التعمي اإللكتروني فدمج تقنية المعمومات بالعممية التعميمية يتأت بالتعريؼ بيا واب ارز المنافع المتأتية مف استخداميا مع التعرض بنوع مف التفصيؿ لبعض التحديات والعقبات التي قد تواجو عممية توظيفيا وكذلؾ اب ارز مظاىر التأخر عف مواكبة تقنية المعمومات والتي تسي وبدور كبير في جودة التعمي ورفع كفاءة أعضاء ىيئة التدريس وأداء الطمبة باإلضافة إلى ترتيب الشئوف العممية واإلدارية لممؤسسات التعميمية كما ستؤدي أنيا إلى تقميص الفجوة بيف مؤسسات التعمي العالي في ليبيا ونظي ارتيا في الدوؿ العربية. أىمية الد ارسة :The importance of studying تيدؼ ىذه الورقة لد ارسة مدى مواكبة واىتما أعضاء ىيئة التدريس والطمبة بالتقنيات الحديثة في المستخدمة في التعمي والتي الرفع مف مستوى مخرجات التعمي حسب تجارب سابقة لدوؿ أخرى حيث لعبت ا دور ا كبير حسنت أداء الطمبة العممي واألكاديمي ورفعت مف كفاءة أعضاء ىيئة التدريس. وأيضا االطالع عمى مدى قابمية التكيؼ مع ىذه التقنية و ارء والدوافع استخداميا وتحديد الصعوبات التي تواجييا في جامعة ط اربمس وتشمؿ الد ارسة جانبيف ىما: الجانب النظري: الموضوع. قد تفتح ىذه الد ارسة آفاؽ لد ارسات أخرى تتناوؿ جوانب أخرى مف ىذا الجانب العممي: قد تساى نتائج ىذه الد ارسة في تحديد لمتوظيؼ األمثؿ لمتكنولوجيا ودمجيا االست ارتيجيات والخطط الالزمة في التعمي وتفعيؿ التعمي اإللكتروني وفؽ أسس 9

10 عممية معتمدة عمى بيانات واقعية. وأيضا قد يعمؿ ىذا البحث في تسميط الضوء عمى التحديات والمعوقات التي تعرقؿ التوظيؼ األمثؿ لتقنية المعمومات ومحاولة تالفييا وايجاد الحموؿ ليا. أىداف الد ارسة :Research Aims تتمخص أىداؼ الد ارسة في التعرض لمفيو ومكونات التعمي اإللكتروني ومعرفة إيجابياتو وسمبياتو ت التعرؼ عمى نظا البالؾ معرفة أعضاء ىيئة التدريس والطمبة بجامعة ط اربمس بيذا بورد Black Board ومدى النظا والتعرؼ عمى مدى استجابة أف ارد عينة ولا طمبة. تتناول ىذه الد ارسة اإلجابة عمى االسئمة التالية:- الد ارسة مف أعضاء ىيئة التدريس ماىي أكثر التقنيات أىمية والتي يجب استخداميا في العممية التعميمية.1 بالجامعات الميبية 2. ما ىو التعمي اإللكتروني ماىو البالؾ بورد Black Board ىؿ لدى أعضاء ىيئة التدريس والطمبة د ارية بو 3. ما مدى قابمية أعضاء ىيئة التدريس والطمبة لمتكيؼ مع ىذا النوع مف االنظمة ما أى المقومات والدوافع التي تؤيد فكرة توظيؼ مثؿ ىذه التقنيات في جامعة.4 ط اربمس ماىي أكبر التحديات التي تواجو توظيؼ مثؿ قد ىذه التقنيات جامعة في.5 ط اربمس 11

11 حدود الد ارسة :The limits of study تتمخص في التالي: الحدود المكانية: وتتمثؿ في كميتي التربية وتقنية المعمومات في جامعة.1 ط اربمس. 2. الحدود الزمانية: ت ىذا البحث خالؿ الفصؿ الد ارسي الربيع الحدود الموضوعية: تتضمف د ارسة واقع التوظيؼ األمثؿ لتقنية المعمومات في العممية التعميمية ومدى خبرة أعضاء ىيئة التدريس والطمبة بأنظمة التعمي اإللكتروني بالؾ بورد. الحدود البشرية: تض نخبة مف أعضاء ىيئة التدريس وطمبة في مختمؼ.4 التخصصات في كميتي التربية وتقنية المعمومات جامعة ط اربمس. اإلطار النظري ألبعاد التوظيف األمثل لتقنية المعمومات. مف خالؿ التعايش مع الحياة المدنية ومواكبة ثورة المعمومات واالتصاالت والتقنية والتي تسممت إلى الحياة اليومية بشكؿ تمقائي الممحة ألىميتيا الكثير مف وفرت كما في الحياة اليومية. الجيد والوقت وأحيانا والتي حممت في التكمفة وأحيانا حيث تالشت معوقات العمر والجنس والمؤىؿ والخبرة بشكؿ إجباري نتيجة لمحاجة ثناياىا االمتيا ازت عمينا ل ازما أصبح والتسييالت االندماج فعمى سبيؿ المثاؿ اقتناء معيا النقاؿ واألجيزة الذكية أصبح مف مالمح الحياة المدنية لكؿ فرد في المجتمع. فيي تسيؿ التواصؿ عممية واالتصاؿ باألخريف بغض النظر عف حدود الزماف والمكاف. وما التعمي إال جانب مف جوانب الحياة التقنية فيو تغمغمت الذي وأصبحت جزء ال أ يتجز مف العممية التعميمية. وبالنظر لحج التطور اليائؿ الذي التقنية أحدثتو في العمو يستمز البحث والمعارؼ عف صياغة جديدة لعمميات التعمي والتعم حتى تساى في مواكبة المؤسسات التعميمية لمتطوير التكنولوجي بشكؿ متوازي. 11

12 ونظ إدارة التعم تعتبر مف ابرز مكػػػونات التعمي فيي اإللكتروني منظومة شاممة مسئولة عمى إدارة العممية التعميمية إلكترونيا بواسطة اإلنترنت مف خالليا يت القبوؿ والتسجيؿ وتنزيؿ المواد وادارة المقر ارت والواجبات وادارة االختبا ارت واستخ ارج الشيادات النيائية وامكانية الوصوؿ إلى المكتبة اإللكترونية باإلضافة إلى وجود قاعدة بيانات تض األبحاث واألو ارؽ البحثية العممية والعالمية. ويعتبر نظا البالؾ بورد أحد انظمة إدارة التعم التجارية ويتميز بقوة األداء قد باعتباره فرصا تعميمية متنوعة متخطيا جميع القيود التي تواجو جميع عناصر المؤسسات التعميمية كما ساى في نشر التعمي بكفاء ة عبر اإلنترنت في كثير مف المؤسسات التعميمية )عوض وشحات 2008(. التعميم اإللكتروني وممي ازتو: وما التعمي اإللكتروني إال أحد الصيغ التي حظيت باىتما كبير مف قبؿ النظ التعميمية بسبب الحاجة الممحة إلى نواتج ىذا التعم لرفد سوؽ العمؿ بالقوى العاممة المؤىمة تربويا. فالتعمي اإللكتروني يمثؿ ثروة أ دخمت إلى الحياة وأحدثت تحوالت عمى مختمؼ األصعدة )الشريؼ 2004 (. فنتيجة لتسارع وثيرة التطور ارتأت المؤسسات التعميمية مف اطالؽ ب ارمجيا التعميمية عبر اإلنترنت والتعمي إلى إشارة ىو اإللكتروني أف العممية التعميمية تت عف طريؽ وسائط إلكترونية بمعزؿ عف ظرفي الزماف والمكاف)عثماف عوض 2008(. وعرفت )ىيالرى 1988 ("التعمي عف بعد بأنو عممية تربوية يتحرؾ فييا الشخص عبر المسافات أو األزمنة لالتصاؿ بالمتعم وتقدي ك مناسب مف التعم لو". في حيف عرفو )جامؿ وأخروف أنو "طريقة لمتعمي باستخدا آليات االتصاؿ 19( عمى 2006 الحديثة كالحاسب والشبكة والوسائط المتعددة وبوابات اإلنترنت مف أجؿ ايصاؿ 12

13 المعمومات لممتعمميف بأسرع وقت وأقؿ كمفة وبصورة تمكف مف إدارة العممية التعميمية وضبطيا وقياس وتقوي أداء المتعمميف في مؤسسات التعمي العالي". يتميز التعمي اإللكتروني بالمرونة في تعديؿ وتطوير وتحديث المحتوى التدريسي واإلتاحة فيو متاح لإلث ارء واإلضافة مف قبؿ المشاركيف في العممية التعميمية متخطيا حدود الزماف والمكاف وقابميتو عمى تبادؿ ونقؿ األفكار وتصنيفيا عالوة عمى ذلؾ ينمي است ارتيجيات االستنتاج واالستق ارء واالستدالؿ لدى المتعم أثناء تفاعمو في األنشطة التعميمية إلى ويسعى اكساب المعمميف والطمبة ميا ارت توظيؼ تقنية المعمومات وتعزيز عممية التواصؿ بيف مكونات العممية التعميمية )الجرواف والحم ارف 2000(. نظريات التعميم اإللكترونيE-learning :Theory of مف أشير النظريات التي طبقت معيا تكنولوجيا التعميػ وأخروف النظرية السموكية (Behaviorism) واتسػوف مف: لكال التي ركزت عمى أف التعم يحصؿ بمالحظة التغي ارت في سموؾ المتعم عف طريؽ االستجابة لممؤث ارت مف خالؿ المعز ازت والمحف ازت في بيئة مقصودة لحدوث التعم واالستجابات تأتي بعد الحصػوؿ عمى التغذية ال ارجعة عمى شكؿ معز ازت وتك اررىا فالتعم فييا مرتبط بالتغير في سموؾ المتعم. أما النظرية المعرفية (Cognitivism) جاءت لتؤكد عمى اكتساب معرفة ىادفة بمساندة المتعمميف عمى استخدا العمميات العقمية في تنظي وربط المعمومات الجديدة أما البنائية) Constructivism ) لبياجيو وبايرت أكدت عمى أف المتعم ىو العنصػر الفعاؿ فالمتعمموف ى مف يبنوف معارفي بأنفسي مف خالؿ تجاربي وخب ارتي فالتعم فييا قائ عمى في المعمومات التي يتمقاىا المتعم. لقػد طبقت تكنولوجيا التعمػيػ وأدواتيػا في تعزيز التعمػ بالمدارس الثالثة: السموكية والمعرفية والبنائية فنظريات التعم تعكس األساليب التي تبنى عمييا طريقة استخدا تكنولوجيا التعميػ. اتبعت 13

14 تكنولوجيا التعميػ في البداية أساليب لمنظرية السموكية تخضع فاستخدمت الحواسيب التقميدية كالب ارمج التدريبية والتعميمية التغذية توفر والتي ال ارجعة لممستخد. أما النظرية المعرفية ط بقت في تطوير الحواسيب والبرمجيات في بنية صارمة لممدخالت والمخرجات. اما النظرية البنائية فييا است خدمت الوسائط المتعددة فساعدت المعم والمتعم في خمؽ دروس إبداعية بالصور والفيديو والخ ارئط وغيرىا مف وسائؿ التعميػ التكنولوجي فالنظرية البنائية في السابؽ كانت األفضؿ لزيادة فرص إنشػاء بيئة تعم (Connectivisim) قائمة عمى الكمبيوتر. فالنظرية الت اربطية التي قدميا)جورج ستيفف 2005( مف النظريات الحديثة التي تفيد أف الت اربطية تقو عمى شبكة المعمومات التي تتألؼ مف اثنيف أو أكثر مف العقد فيي مجتمعات تتكوف مف أف ارد يرغبوف في مبادلة األفكار حوؿ موضوع مشترؾ لمتعم. فالمتعمموف يشاركوف في خمؽ Blogs المعرفة عف طريؽ المساىمات في Wikies والمدونات ومواقع التواصؿ االجتماعية Social Media Sites وغيرىا. فالمعمومات في تغيػر دائ حيث تتدفؽ المعرفة باستم ارر وتتجدد والمتعم فيمو يتغير باستم ارر بتغير المعرفة المستمر فمفيو الت اربطية تعتمد عمى توافر الشبكات والعقد التي يستطيع المتعم التفاعؿ معيا. حيث صور ستيفف النظرية الت اربطية عمى أنيا المعرفة الموزعة عبػر شبكة مف االتصاالت والتي تظير مف خالليا قدرة المتعم عمى بنػاء واجتياز تمؾ الشبكات فالنظرية الت اربطية تصمح أف تكوف أفضؿ نظرية تعم تطبؽ في البيئة اإللكترونية ألنيا أوال : تتميز في تعزيز كيؼ يتعم المتعم بالمعرفة واإلد ارؾ المكتسب مف خالؿ إضافات الشبكات الشخصية التي بيا يستطيع المتعم اكتساب وجيات نظر مف آ ارء متفاوتة ليتعم كيفية اتخاذ الق ار ارت الحاسمة. ثانيا : الكمية اليائمة مف البيانات المتوفرة ال يمكف لممتعم تجربة كؿ األشيػاء ألخذ الخبرة منيا فمف خالؿ تطبيؽ النظرية 14

15 الت اربطية يمكف لممتعم التعم مف خالؿ مشاركة المتعمميف والتعاوف معي في بيئة التعم اإللكتروني. ثالثا : تفسيػر التعم عف طريؽ نظريات التعم التقميدية وتطبيقيا في عصر التكنولوجيا الرقمية محدود لمغاية. ولقد أوصى نخبة مف الباحثيف أف تحؿ النظرية الت اربطية الجديدة محؿ النظرية السموكية المعرفية والبنائية في عصػر التطور الرقمي )أبو خطوة 2010(. مكونات التعميم ىي : اإللكتروني: يتكوف نظا التعمي اإللكتروني مف أربعة عناصر رئيسة المحتوى العممي لممادة: وىو المادة العممية التي يت عرضيا عبر وسيط إلكتروني. فالمحتوى اإللكتروني ىو مجموعة مف الدروس العممية المصممة والمرتبة والمنظمة بشكؿ يتماشى مع بيئة الحاسوب واإلنترنت وخصائص المتمقي وأىداؼ التعم. ويتس المحتوى العممي بالنظا اإللكتروني بدمج الوسائؿ الحواس تخاطب التي المتعددة عند المتعم كالمحاكاة (Simulation) والعروض المباشرة والعروض اإللكترونية لمدروس مدعومة باألنشطة التي تنتقؿ بالمنيج مف أسموب العرض التقديمي التقميدي إلى أسموب أكثر تفاعال وواقعية. التطوير وييت بقياس والمتابعة: وتقيي أداء عمميات التعمي اإللكتروني ونتائجو. وت ستخد نتائج القياس لتحديد مكونات النظا التي تحتاج ا تطوير ويت تحميؿ ىذه المكونات واقت ارح ميا لتحسينيا. لعد تحقيقيا األداء الخدمات التعميمية: وتشمؿ الخدمات المساندة لمخدمة التعميمية مثؿ األنشطة اإلضافية والبحث عف مصادر جديدة لممحتوى العممي وروابط لمصادر إضافية. نظام إدارة التعمم: )LMS( Learning (:وىو Management System( نظا متكامؿ إلدارة العممية التعميمية كميا أو جزئيا عبر اإلنترنت ويشمؿ إدارة المقر ارت 15

16 أدوات االتصاؿ المت ازمف وغير المت ازمف إدارة االختبا ارت إدارة الواجبات التسجيؿ في المقر ارت ومتابعة تعم الطالب. وىناؾ العديد مف النظ بعضيا مجاني أو مفتوحة المصدر مثؿ A-Tutor Moodle( ) وبعضيا تجاري Board( e- Black. )e-university College ومفيوم نظام إدارة التعمم )LMS( ىو اختصار لعبارة ( Management learning 2008( واسماعيؿ) 2009 (.)System حيث ت تعريفيا مف قبؿ )عثماف عوض بانيا: أنظمة صممت لممساعدة في إدارة ومتابعة وتقدي األنشطة التعميمية والتعم المستمر فيو مف الحموؿ االست ارتيجية لمتخطيط والتعم وادارة التعم بجميع أنواعو في المؤسسة التعميمية ويشمؿ االتصاؿ المباشر والمقر ارت الموجية مف قبؿ ىيئة التدريس والفصوؿ الد ارسية حيث ساىمت نظ إدارة التعم في جعؿ األنشطة التعميمية المنفصمة تعمؿ وفؽ نظا مت اربط يسي في رفع مستوى التعمي ومف جية إدارة التعم فإف نظا أخرى )LMS( تيت كثي ار عمى المحتوى حسب معايير سكور. التعميمي مف حيث تداوؿ مكوناتو واعادة استخدامو في حيف عرفيا)خميفة 2009( بأنيا: األنظمة التي تعمؿ مساندة ومعززة لمعممية التعميمية بحيث يكمؼ األستاذ بوضع المادة العممية اختبا ارت وواجبات ومصادر في موقع النظا الذى يتضمف غرفا أخرى داعمة إلكترونية لمنقاش وحافظة ألعماؿ الطمبة باإلضافة لممادة الد ارسية أي إلى خدمات أنيا ب ارمج تساعد في تخزيف وادارة محتوى المقر ارت الد ارسية إلكترونيا باإلضافة إلى أنيا تسيؿ في وبالتالي يمكف إدارة التعم اعتبارىا مجموعة مف األدوات والمعمومات )المحتوى التعميمي وبيانات الطمبة(التي توظؼ لخدمة سياؽ منيج د ارسي محدد. 16

17 أىم الخررررررردمات التي تقدميا نظررررررررررم إدارة التعمم: إدارة التعم تقد أنظمة عدة أدوات منيا: Tasks and assignment السبورة الذكية E-Board الواجبات والميا Notes Assessments الم ارجع References التقيي واالختبا ارت المذك ارت المحتوى التعميميContent...الخ. البالك بورد Board( :)Black ىو نظا تجاري مف شركة بالؾ بورد إلدارة التعم يقد الخدمات التعميمية المباشرة بواشنطف ويتميز بالقوة حيث قد فرص تعميمية متنوعة متخطي كؿ العوائؽ والحواجز التي تواجو حيث ساعد المؤسسات التعميمية في نشر التعمي عبر اإلنترنت ويمتاز بالمرونة وقابميتو التوسع والتطوير)الشحات عوض ص م ليساعد المعمميف عمى توفير بيئة تعميمية إلكترونية يستخد عمى.)2008 مستوى الفرد بشكؿ شخصي ويقد خدمة لعدد كبير مف الطمبة. متوفر بمغات عدة منيا المغة العربية يدع عممية التفاعؿ في المحاض ارت المقدمة عبر اإلنترنت لألساتذة والطالب وتوفير المقر ارت الد ارسية وأداء النشاطات والواجبات المكممة لمتدريس word الصفي حيث يقد قوالب جاىزة أكثر مف مائة نوع مع توفير الدع لممفات اإللكتروني PDF لمنشر وىو فعاؿ لحفظ واسترجاع درجات الطمبة كما يقد نماذج اختبا ارت. الجزء الثالث: د ارسات سابقة 2012( واقع استيدفت د ارسة )ر ازف العمرو أعضاء استخدا ىيئة التدريس والطالبات بقس تقنيات المعمومات لنظا البالؾ بورد حيث استخدمت المنيج الوصفي باعتباره المناسب ألىداؼ البحث وخمصت الد ارسة أف البريد اإللكتروني إلى والمنتديات ىي األكثر استخداما لطمبة أما األساتذة فكانت ألداء الواجبات ىي األكثر تفعيال كما اتفقوا 17

18 أف كبيرة بدرجة نظا البالؾ بورد مفيد في التواصؿ بمرونة وفاعمية. أما عيوب النظا فكانت عد المتابعة مف قبؿ األساتذة لموقع المقرر. واقترحت الباحثة استخدا نظا البالؾ بورد إلدارة التعم ضمف معايير تقيي األساتذة في جامعة الممؾ سعود وأوصت بمواصمة الد ارسة لواقع استخدا البالؾ بورد في الجامعات األخرى مع زيادة في حدود 2014 الد ارسة وحج العينة. أما د ارسة )م ارد (عمدت إلى التعرؼ عمى مدى استخدا وتوظيؼ التطبيقات والبرمجيات األساسية لتقنية المعمومات في المواد التدريسية والوقوؼ عمى أكثر المعوقات التي تعترض توظيفيا. حيث استخد الباحث المنيج الوصفي التحميمي أما نتائج الد ارسة بينت أغمب أف أف ارد العينة يستخدموف التطبيقات والبرمجيات المختمفة لتقنية المعمومات بصورة إال كافية أف توظيفي ليا في أغ ارض التدريس كاف متدنيا وظيرت أكثر عد توفر البنية ىي المعوقات التحتية والتجيي ازت األساسية واالفتقار لمتدريب في كيفية توظيؼ تكنولوجيا المعمومات في حيث التعمي. أوصى الباحث بتوفير مستمزمات البيئة التعميمية لتنفيذ است ارتيجيات التعمي اإللكتروني وتدريب المعمميف والطمبة عمى استخدا الحاسوب والدعوة إلى دمج تكنولوجيا المعمومات كأداة اساسية في كؿ م ارحؿ التعمي. في حيف كاف ىدؼ د ارسة )الشيري 2005( ىو معرفة درجة استخدا األساتذة لتقنيات المعمومات واالتصاؿ في العممية التعميمية ومعرفة دور التدريب المفعؿ في ىذا المجاؿ واالطالع عمى نوع الصعوبات التي تعيؽ توظيفيا في التعمي. استخدمت االستبانة كمنيج وصفي 176 وزعت عمى تحميمي عضو ىيئة تدريس وخمصت أف المعدؿ العا الستخدا تقنيات المعمومات واالتصاؿ ألعضاء ىيئة التدريس يعتبر منخفضا نسبيا في العممية التعميمية. أما بالدو ارت التدريبية في ىذا المجاؿ فكاف المعدؿ )%30.1(. كما بينت الصعوبات التي تقؼ أما استخدا التقنية في العممية التعميمية. 18

19 )2007 كما سعت د ارسة )العريش إلى معرفة واقع استخدا تقنية المعمومات في مؤسسات التعمي العالي الخاص والعا وتحديد العوامؿ التي تؤثر في استخدا أعضاء ىيئة التدريس لتقنيات المعمومات في مؤسسات التعمي العالي الخاص والعا وأيضا معرفة المتطمبات األساسية لتوظيؼ تقنية المعمومات والتعرض ألكثر المعوقات التي تحوؿ دوف استخدا تقنيات المعمومات ود ارسة سبؿ تذليميا حتى يتسنى استخدا ىذه التقنيات في التعمي اإللكتروني في مؤسسات التعمي العالي. تضمنت د ارسة 2014( )حافظ معرفة واقع استخدا اإلنترنت في تدريس مادتي المكتبات والمعمومات في الجامعات السعودية حيث استخدمت االستبانة لجمع البيانات واظيرت الد ارسة جممة مف النتائج دلت عمى وجود تفاوت في استخدا اإلنترنت مف قبؿ األساتذة مف قس واظيرت أف آلخر استخدا اإلنترنت التدريس بدرجة أسموب في غير كبيرة. واف أكثر المعوقات الستخدا اإلنترنت ىو عد كفاءة التجيي ازت التي تحد مف االستخدا الفعاؿ لإلنترنت في العممية التعميمية. الجزء ال اربع: الد ارسررة الميرردانية. منيج الد ارسة في ىذه الد ارسة ت تناوؿ المنيج الوصفي :Study Methodology التحميمي حيث استخدمت االستبانة questionnaire التي ت تصميميا مف قبؿ لمتعرؼ عمى الباحثيف أعضاء ىيئة التدريس آ ارء بجامعة ط اربمس ومدى استخدامي لتقنية المعمومات وتوظيفيا في أغ ارض التدريس والبحث وآ ارء الطمبة ومدى استخدامي ليا في التعم وأداء الميا والواجبات ومحاولة تحوؿ دوف أى العوائؽ التي معرفة استخداميا. مجتمع الد ارسة ت اختيار فئة مجتمع الد ارسة مف أعضاء ىيئة :Study Society تدريس وطمبة بجامعة ط اربمس لمفصؿ الد ارسي الربيع 2018 والبالغ عددى )70( ما 19

20 أعضاء بيف ىيئة تدريس وطمبة مف كمية التربية قصر بف غشير وكمية تقنية :The Study Sample المعمومات. عينة الد ارسة تضمنت عينة الد ارسة )30( عضو ىيئة و) 40 ( تدريس طالب مف كػػػميتي التربية وتقنية المعمومات في جامعة ط اربمس. حيث ت اختيار أف ارد عينة الد ارسة بالطريقة العشوائية البسيطة وت توزيع االستبانة عميي مع أخذ مختمؼ التخصصات في الكميتيف بعيف االعتبار. أداة البحث :Research Tool مف خالؿ االطالع عمى بحوث ود ارسات سابقة في مجاؿ تقنية المعمومات والتعمي اإللكتروني ومتطمبات توظيفيا في عممية التعمي والتعم والتعرؼ عمى أى العوامؿ التي تعيؽ توظيفيا في العممية التعميمية كد ارسة: )الشيري ) 123 )5 ) و)م ارد 2014 )5 )حافظ 2014 )7 )العريشي قياسا بيذه الد ارسات ت اختيار قسميف أساسييف ىما: أداة الد ارسة االستبانة حيث تتكوف مف) 60 ( فقرة القسم االول: المعمومات الديموغ ارفية مثؿ )الجنس المؤىؿ العممي(. القسم الثاني: ويشمؿ ثالث محاور رئيسية وىى: - تقنيات المعمومات المستخدمة في التعمي. الدوافع التي تؤيد فكرة توظيؼ تقنيات المعمومات في التعمي العالي. أبرز الصعوبات والتحديات التي أعضاء تواجو قد ىيئة التدريس والطمبة في توظيؼ تقنية المعمومات في العممية التعميمية. صدق األداة وثباتيا :Truth of the tool and its stability لمتأكد مف صدؽ األداة وثباتيا ت عرض االستبانة بعد تصميميا عمى مجموعة مف المحكميف بمغ عددى) 4 ( مف أساتذة كمية التربية وكمية تقنية المعمومات وذلؾ لغرض 21

21 التعرؼ عمى آ ارءى ومدى توافؽ ومالئمة االستبانة لمد ارسة الحالية. ت األخذ بآ ارء الم حكميف وتوجيياتي وت تعديؿ االستبانة ووضعيا في صورتيا النيائية. أما فيما يتعمؽ بثبات أداة الد ارسة فقد ت حساب ثبات األداة لكؿ بعدا مف أبعاد االستبانة ولالستبانة ككؿ وذلؾ باستخدا م عامؿ ثبات كرونباخ ألفا) Cronbachs )Alpha والجدوؿ التالي يبيف نتائج معامالت ثبات ألفا ألبعاد االستبانة واالستبانة ككؿ. جدول رقم )1( يوضح معامالت ثبات كرونباخ ألفا ألبعاد االستبانة واالستبانة ككل الرق نسبة تكيؼ األساتذة )المحور( مدى استخدا تقنية المعمومات في التدريس. والطمبة مع التعمي اإللكتروني ونظا البالؾ بورد. دوافع تأييد فكرة توظيؼ تقنية المعمومات في التعمي العالي بعد. والتعمي عف الصعوبات التي تواجو أعضاء ىيئة التدريس والطمبة في توظيؼ تقنية المعمومات في العممية التعميمية. االستبيػػػاف بالكامؿ. معامؿ الثبات المعالجات اإلحصائية: ت استخدا اإلحصائيات الوصفية )النسبة المئوية التك ار ارت( لمتغي ارت الد ارسة حسبما دعت لو متطمبات األسئمة. نتائج الد ارسة ومناقشتيا :The Result of Study and Discussion تضمنت الجزء األول: المعمومات الديموغ ارفية العامة لمفردات العينة حسب عدة متغي ارت وىي: 21

22 متغير الجنس: يوضح الجدوؿ) 2 ( متغير الجنس حيث كانت نسبة الذكور %81.3 %18.8 مف مفردات العينة نسبة اإلناث بينما وىذا يشير إلى أف نسبة اإلناث المساىمة في العينة تفوؽ نسبة الذكور. جدول) 2 ( توزيع مفردات العينة حسب الجنس نوع الجنس ذكر أنثى اإلجمالي التك ارر النسبة المئوية %31.4 %68.6 % ( تمثؿ متغير العمر: يتضح مف خالؿ الجدوؿ) 3 ( )أقؿ مف أف الفئة العمرية أكبر نسبة حيث وصمت )%44.3( مف إلى نسبة وىذا يشير أف ارد العينة إجمالي الطمبة في ىذه العينة أكثر مف عدد أعضاء ىيئة التدريس أما الفئة العمرية )30-39( بمغت )%24.3( أما الفئة العمرية )49-40( فكانت النسبة )%21.4( في )%10( 50 مثمت والتي فأكثر مف العمرية الفئة نسبة أف أقؿ حيف إجمالي مف أف ارد العينة. جدول) 3 ( توزيع مفردات العينة حسب العمر الفئة العمرية التك ارر النسبة المئوية اقؿ مف 30 سنة % مف 30 إلى 39 سنة % مف 40 إلى 49 سنة % فأكثر 50 % اإلجمالي %

23 متغير المؤىل: يتضح مف خالؿ الجدوؿ) 4 ( إف أعمى نسبة تمثؿ البكالوريوس بنسبة) %55.7 ( وىي تض الطمبة والمعيديف في حيف نسبة مؤىؿ الماجستير والدكتو اره )31.4 %و %11.4(. جدول) 4 ( توزيع مفردات العينة حسب المؤىل العممي المؤىؿ العممي بكالوريوس ليسانس ماجستير دكتو اره التك ارر النسبة المئوية %55.7 % 1.4 %31.4 %11.4 الجزء الثاني: التقنيات المستخدمة في العممية التعميمية وتتكون من فقرتين الجدوؿ) 5 ( يبيف أف أكثر التقنيات التي تمت الموافقة عمييا بشدة ىما السبورة الذكية والتعمي بالحاسوب بنسبة )%65.7( واوافؽ بشدة وبنسبة ) 27.1 %(أوافؽ حيث جاءت في د ارسة )العريشي ( بواسطة الحاسوب في المرتبة ال اربعة. ويرجع السبب مف امكانيات السبورة الذكية لما توفره الوصوؿ لجميع االيقونات وقوائ االختصار واألوامر لمختمؼ الب ارمج عف طريؽ الممس المباشر لمسبورة وتوظيؼ ىذه التقنية يغني عف وجود جياز العرض والتعمي بواسطة الحاسوب الذى أحدث تغيير كبير في العممية في التعمي أداء الواجبات والميا واعداد التقارير باإلضافة إلى استخدا الب ارمج والتطبيقات بمختمؼ يأتي أنواعيا. بعد ذلؾ استخدا جياز العرض بنسبة )%61.4( بأوافؽ بشدة واوافؽ) %34.3 (. أما استخدا اإلنترنت والتي كانت بنسبة )%28.6( بأوافؽ بشدة وبنسبة )%42.9( بأوافؽ أي بنسبة )%71.5( يستخدموف اإلنترنت في حيف جاءت في د ارسة )العريشي ( في المرتبة االولى. 23

24 الرتبة جدول) 5 ( توزيع مفردات العينة حسب التقنيات المستخدمة في العممية التعميمية العبارة أوافؽ بشدة التك ارر النسبة أوافؽ النسبة التك ارر ال أوافؽ النسبة التك ارر %1.4 1 % % السبورة الذكية 46 1 %1.4 1 % % التعمي بواسطة 46 2 الحاسوب %1.4 1 % % جياز العرض 43 3 %4.3 3 % % البريد اإللكتروني 28 4 % % % مجموعة الحوار 27 5 % % % البالؾ بورد 24 6 % % % االق ارص 23 7 المدمجة واالق ارص القابمة لإل ازلة %8.6 6 % % االنترنت 20 8 الجدوؿ )6( يوضح مدى د ارية وتكيؼ أف ارد العينة مع التقنيات مختمفة حيث جاءت النتائج بنسبة استخدا كبيرة لإلنترنت) %97.1 ( وانو ىناؾ اجماع عمى الحاجة لتوظيؼ مثؿ ىذه األنظمة بنسبة )88.6%( حيث وصمت نسبة الد ارية بالتعمي اإللكتروني) 65.7% ( وىى نسبة جيدة وىو مؤشر إلى أف ىناؾ د ارية بالتعمي اإللكتروني أما بنظا البالؾ بورد فكانت قميمة جدا) %20.0 ( ويعود ىذا لعد التوعية بأىمية ىذه األنظمة ولغياب العمؿ المشترؾ بيف الجامعات الدولية وخاصة الجامعات التي طرحت ىذه االنظمة في مؤسساتيا. 24

25 جدول) 6 ( توزيع مفردات العينة حسب التكيف التقنيات المستخدمة في العممية التعميمية الرتبة العبارة استخدمت أن لك سبق هل اإلنترنت ماسة بحاجة الجامعات هل لتوظ ف مثل نظام البالك بورد. بالتعل م درا ة لد ك هل اإللكترون البالك بنظام درا ة لد ك هل بورد نع التك ارر النسبة %97.1 %88.6 %65.7 %20.0 ال النسبة التكر ار %2.9 %11.4 %32.9 % الجزء الثالث: الدوافع التي تؤيد فكرة توظيف تقنيات المعمومات في التعميم العالي في مجال التعميم والتعميم عن بعد. الجدوؿ) 7 ( يظير أف أكثر الدوافع التي تؤيد فكرة توظيؼ تقنية المعمومات في التعمي والتعمي عف بعد جاءت بنسبة )%70( اوافؽ بشدة لفقرة التقنية تعمؿ عمى تطوير ميا ارت وقد ارت الطالب في التعامؿ مع الكمبيوتر واإلنترنت ويظير ىذا جميا العممية التعميمية حيث أصبح لز اما استخدا الكمبيوتر واإلنترنت في وىذا ترتب عميو تحسيف ممحوظ لميا ارت الطمبة التعميمية. وبنسبة) %20 ( بأوافؽ وبنسبة )%5.7( ال أوافؽ. ث فقرة تسيؿ في االتصاؿ عممية بيف األساتذة والطمبة بنسبة )%57.1( اوافؽ بشدة حيث أف عممية االتصاؿ باألساتذة ال تقتصر عمى وجوده في المحاضرة لكف التقنية فتحت نوع آخر مف االتصاؿ وبعدة طرؽ مثؿ البريد االلكتروني وصفحات الويب وصفحات التواصؿ االجتماعي. وبنسبة وبنسبة %34.3 بأوفؽ %4.3 بال أوافؽ. في حيف جاءت فقرة مواكبة الجامعات اخر التطو ارت في طرؽ ووسائؿ التعمي بنسبة )%54.3( بأوفؽ بشدة فتقنية المعمومات ساىمت بشكؿ كبير في تطوير طرؽ ووسائؿ 25

26 الرتبة التعمي بوجود الكمبيوتر وش ارئح العرض بالصور والفيديو واج ارء البحوث وأداء الواجبات...الخ )%30( بأوفؽ وبنسبة )%5.7( بنسبة بال أوافؽ. وىكذا توالت باقي الدوافع بدرجة أقؿ حيث جاءت فقرة المردود المتحقؽ مف نشر التعمي في المناطؽ النائية الرفع مف جودة الخدمات المقدمة ألعضاء ىيئة التدريس. بنسبة )%40( بدرجة أوافؽ بشدة. وبنسبة أوافؽ )%28.7( و) %42.9 ( عمى التوالي. أما فقرة القيا بإج ارء بحوث حوؿ توظيؼ تقنية المعمومات والتي كانت بنسبة )%35.7 ) بأوافؽ بشدة وىى األقؿ في حيف )%45.7 ) أوافؽ و) %7.1 ( ال أوافؽ وقد يرجع السبب ىذا النخفاض الدافع لعد االىتما بجانب البحث العممي وعد التوعية والتحفيز ليذا الجانب. جدوؿ) 7 ( توزيع مفردات العينة حسب الدوافع التي تؤيد فكرة استخدا تقنية المعمومات في التعمي العالي العبارة رقم أوافق بشدة التك ارر النسبة أوافق التك ارر النسبة ال ادرى التك ارر النسبة %5.7 4 %20 14 %70 7 تعمؿ عمى تطوير 49 1 ميا ارت الطالب في التعامؿ مع الكمبيوتر واإلنترنت. %4.3 % %34.3 % %57.1 % تسييؿ االتصاؿ بيف األساتذة والطالب. مواكبة اخر التطورات ف طرق ووسائل التعل م. تعزيز الخدمات %4.3 3 % %51.4 المساندة لمطالب 36 بمرونة وسيولة. %2.9 2 %40 28 %50 16 تعزيز جيود البحث

27 العممي في الجامعات والكميات. %4.3 3 % % اتاحة فرصة مواصمة التعمي لممنقطعيف. 3 6 % % % تشجع الطالب عمى تبادؿ المعرفة تمكف الجامعات 8 %8.6 6 % % والكميات مف التواصؿ مع الجامعات بالخارج بطريقة أفضؿ. 14 الرفع مف جودة 9 %5.7 4 % %48.6 الخدمات المقدمة 34 لمطمبة. 19 تبادؿ المعرفة 10 %1.4 1 %40 28 % والخب ارت الد ارسية بيف مؤسسات التعمي العالي. 1 اتاحة الفرص لمطالب 11 %8.6 6 % % لمواصمة التعمي العالي بغض النظر عف معدؿ الثانوية. %1.4 1 %50 35 % تسيؿ عمى الطالب االتصاؿ بالجامعة 2 12 %2.9 2 %50 35 % تسييؿ عممية التواصؿ بيف الطالب تساعد عمى إعداد 14 % % %41.4 الكوادر البشرية 29 المؤىمة لتمبى 27

28 احتياجات سوؽ العمؿ. 11 دع السوؽ بخريجيف 15 %8.6 6 %40 28 %41.4 بمختمؼ التخصصات 29 بمؤىالت الكتروني. 20 تزيد مف رضا الطالب 16 %8.6 6 %40 28 %41.4 عف مستوى الخدمات 29 المقدمة لي. 10 تدفع المؤسسات 17 % % %40 التعميمية قوة تنافسية 28 في السوؽ. 12 المردود المحقؽ مف 18 نشر التعمي في %20 14 % %40 المناطؽ النائية قد 28 يغطي تكاليؼ استخدا تقنيات المعمومات. 13 الرفع مف جودة 19 %8.6 6 % %40 28 الخدمات المقدمة ألعضاء ىيئة التدريس. الجزء ال اربع: الميبية. الصعوبات المعوقات التي تواجو استخدام تقنيات المعمومات في الكميات الجدوؿ) 8( يبيف أف أكثر الصعوبات التي قد تواجو استخدا تقنية المعمومات في الجامعات الميبية ىو عد إتقاف المغة اإلنجميزية بيف الطالب بنسبة )%47.1( بدرجة أوافؽ بشدة ولا سبب يعود لضعؼ مناىج المغة اإلنجميزية وعد التحاؽ الطمبة بدو ارت 28

29 و% تدريبية لتطوير لغتي اإلنجميزية التي تمنحي القدرة عمى التعامؿ مع مختمؼ البرمجيات حيث جاءت فقرة ضعؼ المغة االنجميزية في د ارسة )م ارد 129,2014 ( ذلؾ عد توفر شبكة اتصاالت جيدة عمى مستوى كميات كؿ الجامعة بنسبة) %45.7 ( بأوافؽ بشدة و) %28.6 ( بأوافؽ أيضا ضعؼ البنى التحتية التقنية المالئمة الستخدا تقنيات المعمومات داخؿ الجامعة وضعؼ خدمات اإلنترنت جاءت بنسبة )%44.3( أوافؽ بشدة )34.3 %و 35.7 %( عمى التوالي بدرجة أوافؽ تتفؽ مع د ارسة )م ارد 129,2014 ( التي جاءت ضعؼ البنية التحية في الدرجة الثالثة مف المعوقات فضعؼ البنية التحتية يترتب عميو مشاكؿ في توفير خدمات االتصاؿ واإلنترنت. أما عد توفر أجيزة الكمبيوتر ألعضاء ىيئة التدريس في مكاتبي واالفتقار لمكوادر التقنية والمدربة وعد توفر الدع الفني المؤىؿ لتقدي المساعدة كميا جاءت بنسبة )%28.6( بدرجة أوافؽ بشدة ويرجع سبب ذلؾ لغياب التدريب وعد وجود قس تقنية مركز أو المعمومات مف شأنو القيا بالتدريب والتوعية وتقدي الدع الفني داخؿ الكميات. وىكذا توالت المعوقات بنسب متفاوتة حيث اظيرت النتائج أقؿ وبنسبة أف تكاليؼ تصمي وانتاج المقر ارت الد ارسية وتكمفة تصمي وانتاج الب ارمج التعميمية المعتمدة عمى تقنيات المعمومات جاءت بنفس الدرجة )%22.9( بدرجة أوافؽ بشدة وبنسبة %33.3( عمى التوالي بدرجة أوافؽ وبنسبة ) 20 %و %25.7 ( بدرجة ال 25( أوافؽ. اما عد توفر أجيزة الكمبيوتر لدى الكثير مف أعضاء ىيئة التدريس في منازلي فكانت ىي األقؿ بنسبة )%17.1( بدرجة أوافؽ بشدة. 29

30 ادرى ال ال أوافؽ أوافؽ أوافؽ بشدة العبارة رق الرتبة النسبة التك ارر النسبة التك ارر النسبة التك ارر النسبة التك ارر جدول) 8 ( توزيع مفردات العينة حسب الصعوبات التي تواجو عممية استخدام تقنيات المعمومات. 10 % % % % 33 عد/ ضعؼ إتقاف المغة اإلنجميزية بيف الطالب % 3 % % % 32 عد توفر شبكة اتصاالت جيدة عمى مستوى الكمية /الجامعة % % % % 31 ضعؼ البنى التحتية المالئمة الستخدا تقنيات المعمومات بالكمية % % % % 31 ضعؼ اإلنترنت يقمؿ مف تطويع تقنيات المعمومات في التعمي % % % % 28 االفتقار لمعمؿ المشترؾ بيف الجامعات الميبية في تقنيات المعمومات. 2 5 %2.9 2 %5.7 4 % %37 26 االفتقار إلتقاف ميا ارت التعامؿ مع تقنيات المعمومات في الجامعة. 4 6 % %5.7 4 % % عد مرونة الجياز التنظيمي يعرقؿ توظيؼ تقنيات المعمومات. 1 7 % % % % عد اب ارز منافع تقيي

31 تقنيات المعمومات في التعمي يصعب استخداميا %5.7 4 % % % عد توفر أجيزة الكمبيوتر لدى الكثير مف أعضاء ىيئة 8 9 التدريس في مكاتبي. % %7.1 5 % % االفتقار لمكوادر التقنية والمدربة في ىذا المجاؿ % % %30 21 % عد توفر موظفي الدع الفني لتقدي المساعدة الالزمة لألساتذة والطمبة. % % % % قمة الموارد المالية إلنشاء البنى التحتية لتفعيؿ تقنيات المعمومات في التعمي. %2.9 2 %7.1 5 %30 21 % عد توفر أجيزة الكمبيوتر لدى الكثير مف الطالب في المنازؿ %2.9 2 %1.4 1 % % عزوؼ االساتذة عف التدريب الالز الستخدا تقنيات المعمومات في 9 14 التعمي. % %8.6 6 % % ضعؼ الخمفية التقنية لبعض أعضاء ىيئة التدريس % % %20 8 % غالء تكاليؼ تصمي وانتاج المقر ارت الد ارسية بواسطة تقنيات المعمومات. 31

32 ال أدر ى ال نعم النسبة التك ارر النسبة التك ارر النسبة التك ارر الفقرة م الرتبة % %20 14 % % تكمفة تصمي وانتاج الب ارمج التعميمية المعتمدة عمى تقنيات المعمومات %14 1 % % % غموض بعض المصطمحات المتعمقة باستخدا تقنيات 5 18 المعمومات في التعمي. مف الجدوؿ )9( يتضح مف خالؿ النتائج أف نسبة توفر معامؿ الحاسوب تمثؿ )% بنع وىى نسبة قميمة ال تمبي الغرض 5.7 و) ال وفقرة تستعيف )%42.9( الجامعة/الكمية بالخب ارت المحمية الستخدا تقنيات المعمومات في تطوير وتحسيف )%25.7( خدماتيا بنسبة )%32.9( توفر أما بنع االنترنت فكانت بنسبة نع في حيف جاءت اقؿ نسبة لالستعانة بالخب ارت العالمية الستخدا تقنيات المعمومات في تطوير وتحسيف خدماتيا وامكانية توفير شبكة محمية لتغطية جميع االقسا عمى التوالي.)%10.0 %14.3( جدول) 9 ( توزيع المفردات حسب الصعوبات التي قد تواجو عممية استخدام تقنيات المعمومات في الجامعة 48.6 % 34 %5.7 4 % ىؿ يتوفر لدى الجامعة/ الكمية المعامؿ الخاصة بالحاسب اآللي

33 2 ىؿ تستعيف الجامعة/ الكمية % 28 % % بالخب ارت المحمية الستخدا تقنيات المعمومات في تحسيف خدماتيا 32.9 % 23 % % ىؿ يتوفر لدى الجامعة/ الكمية خدمة االتصاؿ باإلنترنت ىؿ تستعيف الجامعة/ الكمية % 29 % % بالخب ارت العالمية الستخدا تقنيات المعمومات في تطوير وتحسيف خدماتيا 31. %4 22 % % ىؿ يتوفر لدى الجامعة/ الكمية شبكة حاسب آلي تغطي جميع األقسا 5 5 الخالصة :Conclusion خمصت ىذه الد ارسة إلى أف توظيؼ تقنية المعمومات في العممية التعميمية التعمي في في العالي ليبيا ال ازؿ في م ارحمو األولى عمى الرغ مف أف ىناؾ مقومات ودوافع لتوظيؼ ىذه التقنية بمختمؼ صورىا في التعمي والتعمي عف بعد. إال أنيا تواجو جممة مف التحديات ولعؿ أكبرىا ىو ضعؼ البنى التحتية وما يترتب عمييا مف ضعؼ خدمات الجامعة واإلنترنت واالتصاؿ والذى يؤثر عمى عممية التواصؿ بيف الطمبة وأعضاء ىيئة التدريس وضعؼ خدمات اإلنترنت الذى نرى آثاره في عرقة الميا االدارية والعممية بالجامعة يجعؿ مف الصعب تطويع تقنيات المعمومات في التعمي عد مع العالي امتالؾ الخبرة الكافية الكوادر التقنية وقمة المؤىمة في ىذا المجاؿ موظفي الدع وندرة الفني المؤىميف لتقدي المساعدة الالزمة لمطمبة وأعضاء ىيئة التدريس. كما أف عد 33

34 االستعانة بالخب ارت المحمية والدولية وغياب وعد تفعيؿ ىذا النوع مف االعماؿ يشكؿ عائقا لتوظيؼ التقنية بالشكؿ الصحيح. باإلضافة إلى قمة الثقافة بأنظمة ادارة التعم كنظا البالؾ بورد وممي ازتو والخدمات التي يقدميا يمثؿ عائؽ وبالتالي فعممية االستفادة القصوى مف تقنية المعمومات تسبقيا خطوات جادة وحازمة مف أعضاء ىيئة التدريس والجيات التنفيذية في الجامعة مف اتخاذ ق اررت نحو توفير بنية تحتية حديثة بكوادر تقنية ذات خبرة مؤىمة لتقدي الدع والمشورة باإلضافة تفعيؿ جانب لضرورة التدريب الذي مف شأنو رفع الميا ارت التقنية. ىذه الخطوات تؤىؿ عممية التوظيؼ األمثؿ لتقنيات المعمومات بأحدث صورىا ومتطمبات العصر. في العممية التعميمية بطريقة تتماشى التوصيات :Recommendation 1. إج ارء المزيد مف ىذه الدر اسات لموقوؼ عمى أكبر الصعوبات وايجاد الحموؿ ليا لتوفير معمومات واقعية لمتخذي الق ارر. وضع الخطط واالست ارتيجيات إلنشاء بنية تحتية متطورة تتماشى ومتطمبات.2 العصر المتسارعة. ألىمية التوعية التقنية والنظر إلى مردودىا وثمارىا التي تفوؽ االقتناء تكمفة.3 بكثير. االستعانة بالخب ارت المحمية والعالمية المتخصصة وتفعيؿ ىذا الدو ار جيدا لتطوير ميا ارت تقنيات التعمي الحديثة مف خالؿ إج ارء دو ارت تدريبية لمواكبة التطور في.4 ىذا المجاؿ. 34

35 كؿ تجييز الكميات بمعامؿ حاسوب متكاممة وربطيا بشبكة اإلنترنت السعي مع.5 لتوفير فريؽ الدع الفني والصيانة وذلؾ باستقطاب الكوادر الفنية الخبرة مف ذوي العالية في ىذا المجاؿ. تفعيؿ م اركز التدريب المتنوعة اإلنجميزية المغة في الطمبة تطوير في تساى التي.6 والتقنية. وتفعيؿ التعمي تبني اإللكتروني في الجامعات الميبية وجامعة ط اربمس عمى وجو.7 الخصوص. Black ( دعوة أعضاء ىيئة التدريس التعم كنظا إدارة نظ لد ارسة بورد البالؾ.8 وسبؿ تفعيمو والذى مف شأنو حؿ أغمب مشاكؿ الطمبة اإلدارية )Board والتعميمية والعممية. المررررررررر ارجع العربية Arabic references ]1[. إسماعيؿ الغريب )2009( التعمي اإللكتروني مف التطبيؽ إلى االحت ارؼ و الجودة القاىرة: عال الكتب. ]2[. الجرؼ ريما ) 2008 أكتوبر( التعمي اإللكتروني والتعمي عف بعد في الجامعات العربية المغرب: فاس. ]3[. السيد عبد المولى أبو خطوة) 2010 ( مبادئ تصمي المقر ارت اإللكترونية المشتقة مف نظريات التعم وتطبيقاتيا التعميمية مصر: االسكندرية(. ]4[. الشريؼ عبداهلل )2004( مدى استخدا طمبة الد ارسات العميا لإلنترنت في جامعة الممؾ عبد العزيز و الصعوبات التي يواجيونيا جامعة اليرموؾ: إربد. ]5[. جامؿ عبد الرحمف و ويح محمد )2006(. التعمي اإللكتروني كآلية لتحقيؽ 35 مجتمع المعرفة البحريف: المنامة.

36 ]6[. جرواف أحمد الحم ارف محمد )2009( تحديات استخدا التعم اإللكتروني التي تواجو الطمبة في كمية الحصف الجامعية مف وجية نظر الطمبة أنفسي السعودية : الرياض. ]7[. ر ازف بنت منصور العمرو (2012) واقع استخدا طالبات وأعضاء ىيئة التدريس بقس تقنيات التعمي لنظا إدارة التعم البالؾ بورد Board( )Black رسالة ماجستير جامعة الممؾ سعود. ]8[. سناء بنت صالح عسكوؿ (2005) دور تقنيات المعمومات في تطوير التعمي في مؤسػسػات التعمي العالي بقطاعيو الخاص والعا السعودية: جدة ]9[. عبدالرشيد بف عبدالعزيز حافظ (2014) استخدا اإلنترنت في تدريس مقر ارت المكتبات والمعمومات بالجامعات السعودية جامعة الممؾ عبدالعزيز: جدة. ]10[. عتماف الشحات و عوض أماني) 2008 ( تكنولوجيا التعمي اإللكتروني. دمياط: مكتبة نانسي عودة سميماف عودة م ارد (2014) واقع استخدا تكنولوجيا المعمومات.]11[ واالتصاؿ وعوائؽ استخداميا في التدريس لدى معممي ومعممات مدارس تربية لواء الشوبؾ : األردف. مسعود بف عمي الشيري استخدا د ارسة أعضاء ىيئة التدريس في (2013).]12[ جامعة الممؾ سعود لتقنيات المعمومات واالتصاالت في العممية التعميمية السعودية: رياض. 36

37 اىنشف اىعضىي ىبعض اى رمببث اىن بئ ت ى ستخيصبث اى يفىف االخضر واىب فسج Organic Detection of Some Chemical Compounds for Green and violet Cabbage Extracts د.ربيعة عمر اشكورفو ا. عتيقة سعيد الجنقاوي ا. نادية عبدالسالم االسود قس الكيمياء كمية العمو جامعة المرقب الممخص تيدؼ ىذه الد ارسة إلى التعرؼ عمى بعض المركبات الكيميائية لمممفوؼ االخضر والبنفسجي في المستخمصات المائية والكحولية حيث يعد الممفوؼ مف الخضروات الورقية مف عائمة )Brassicaceae( وىي مصدر جيد لمعديد المركبات مف الكيميائية المحتممة ولقد اثبتت ىذه الد ارسة احتواء المستخمصات عمى العديد مف المركبات الكيميائية النباتية مثؿ التانينات الفموتانيف تيربينويدس الفالفونويد جميكوسيدات والمنشطات التي تكوف فعالة ضد العديد مف االم ارض وخاصة السرطاف وىذه المركبات موجودة طبيعيا في الخضروات وليا خصائص دوائية. تعد المستخمصات النباتية مف الطرؽ التي استخدمت منذ القد في الطب البديؿ وما ازلت حتى اآلونة األخيرة تتطور بتقد العم والتقنية الحديثة حيث وجد أف بعض المواد المستخمصة مف النباتات ذات فعالية ألنيا تحتوي عمى زيوت طيارة وعطرية قمويدات الفالفونيدات التربينات واألحماض العضوية باإلضافة إلى أف تمؾ المواد تستخد في تركيب العديد مف العقاقير الصيدالنية والعالجية لذا ت الكشؼ العضوي عف ىذه المركبات في الممفوؼ األخضر والبنفسجي. 37

38 Abstract The study aims to identify some chemical components of green cabbage and violet in water and alcohol extracts. Cabbage is a leafy vegetable from the Brassicaceae family and is a good source of many potential chemicals. This study proved that the extracts contained many phytochemicals such as tannins, Flutonin, terpenoids, flavonoids, glycosides and steroids that are effective against many diseases, especially cancer. These compounds are naturally present in vegetables and have medicinal properties. Plant extracts are methods that have been used since ancient times in alternative medicine and continue until recently to develop with the advancement of modern science and technology. It has been found that some plant extracts are effective because they contain volatile and aromatic oils, alkaloids, flavonoids, turbines and organic acids. The materials are used in the synthesis of many pharmaceutical and therapeutic drugs so the organic detection of these compounds has been found in green cabbage and violet. المقدمة تعد الخضروات الصميبية واحدة مف المحاصيؿ الغذائية السائدة في جميع أنحاء العال والخض اروات الصميبية ىي "خضروات مف عائمة Brassicaceae )وتسمى أيضا صميب( وىي مصدر جيد لمكثير مف المواد الكيميائية النباتية المحتممة بما في ذلؾ حمض الفوليؾ الفينوؿ الكاروتينات وتعد مصدر جيد لمصحة. الخضروات الصميبية التي تستيمؾ عموما ىي البروكمي ب ارع بروكسؿ المفت الخردؿ الكرنب الممفوؼ. ]1[ وتنتشر بشكؿ كبير نظ ار لقيمتيا الغذائية فيي مصدر 38

39 مي وغني لفيتاميف C وااللياؼ القابمة لمذوباف وكذلؾ تحتوي عمى العديد مف العناصر الغذائية والمواد الكيميائية النباتية. ]2[ تعد عائمة Cruciferae واحدة مف أكبر العائالت في المممكة النباتية الغنية بالنباتات الطبية. ويشمؿ 338 جنسا و 3350 نوع ا موزعة في جميع أنحاء العال. ]3[ وتشير د ارسات مختمفة إلى أف استيالؾ عدد كبير مف الخض اروات الصميبية )مثؿ البروكمي والممفوؼ والمفت( ترتبط بانخفاض معدؿ اإلصابة بالسرطاف. ]4[ الممفوؼ غني بالعديد مف المواد الغذائية وغير الغذائية المركبات النشطة بيولوجيا والتي ىي معترؼ بيا جيدا لخصائصيا المضادة لألكسدة والفوائد الصحية المحتممة. ]6,5[. Hydroxybenzoic acid وتشمؿ ىذه البوليفينوؿ مثؿflavonoids ومشتقات α- المشتقات الحمضية والكاروتينات والفيتامينات مثؿ حمض االسكوربيؾ و ليا.tocopherol ]7[ خصائص مضادة لألكسدة تمعب دور إيجابي في التخفيؼ مف اإلجياد التأكسدي والوقاية مف الجدور الحرة. ]8[ أف أو ارؽ الممفوؼ األخضر تحتوي 20 أكثر مف نوع مف المركبات الفينولية بما في ذلؾ.Glucosides ]9[ الممفوؼ البنفسجي ىو نبات عشبي ينتشر عمى نطاؽ واسع في منطقة البحر االبيض المتوسط. ]10[ ثنائي الفمقة المزىرة. أو ارقو حم ارء أو أرجوانية الموف وعادة ما تستيمؾ كسمطة مثؿ سمطة الكرنب.]11[ ويحتوي الممفوؼ األحمر عمى بعض مف مضادات االكسدة النشطة. ]13,12[ كما ذكرت الد ارسات أف مضادات األكسدة المائية في الخضروات مف عائمة Brassica ىي المسؤولة عف أكثر مف مف مضادات لألكسدة. الى جانب ذلؾ بعض مركبات 89 39

40 anthocyanins لدييا عدة آثار مفيدة لمضادات األكسدة والقدرة polyphenolic المضادة لاللتياب كما أنيا قد تزيد مف الد. ]14[ المواد الكيميائية %95 كحوؿ ايثمي 75 %-كحوؿ ميثمي -ماء مقطر مف محطة التحمية البخارية الخمس جمع وتحضير العينات. تم شراء ع نات الدراسة من الملفوف Oleraceae( )Brassica من االسواق المحل ة لمد نة الخمس وتم اعداد الع نات على مرحلت ن )مرحلة العص ر ومرحلة التجف ف والطحن( إلعداد المستخلصات. المرحمة االولي )اعداد العصير(. اعداد العصير الطبيعي من الممفوف األخضر والبنفسجي. اخذ 100 ج ار مف الممفوؼ االخضر والبنفسجي بعد غسميا بماء الحنفية أكثر مف مرة 200 ومف ث بالماء المقطر وجففت بالمناديؿ الورقية وقطعت واضيؼ ليا مممي ماء مقطر خالي مف االيونات وخمطت بواسطة الخالط الكيربائي ورشحت وت فصؿ عصير الممفوؼ بواسطة جياز الطرد المركزي. واستخدمت ىذه الكمية لتنفيذ االختبا ارت الكيميائية باستخدا الط ارئؽ العالمية المستمدة مف ]15[ وقد أجريت االختبا ارت العضوية في معمؿ الالعضوية بقس الكيمياء. المرحلة الثانية )التجفيف والطحن(. أخذ 100 ج ار مف الممفوؼ االخضر والبنفسجي ث غسمت األو ارؽ جيدا بماء الحنفية أوال وذلؾ إل ازلة الغبار مف عمييا ومف ث غسمت بالماء المقطر بعد ذلؾ جففت عينة النبات بالمناديؿ ومف ث إلكماؿ التجفيؼ وضعت العينة في فرف التجفيؼ الكيربائي 41

41 50 عمى درجة C ⁰ إلى اف ت التجفيؼ وثبات الوزف تماما. سجؿ الوزف وبعد ذلؾ طحنت عينات النبات باستخدا مطحنو كيربائية لمحصوؿ عمى مسحوؽ ناع مف النبات بعد ذلؾ غربمت ث وضعت العينات ودونت عمييا بطاقة تحمؿ أسمائيا وحفظت في مكاف بارد وجاؼ إلى حيف االستخدا. ]15[ تحضير المستخمص الكحولي )ايثانول ميثانول(. 100 زف 3 ج ار مف عينة مسحوؽ الممفوؼ االخضر والبنفسجي وحضرت مؿ مف 60 المذيب منيا )70 ميثانوؿ و 30 ماء مقطر( وأخد منيا مؿ وأضيؼ عمى كؿ عينة مف عينات الممفوؼ األخضر والبنفسجي ووضعت العينات عمى الي ازز لمدة 72 ساعة. تحض ر اى ستخيص اى بئ. 100 أخد 3 ج ار مف عينة مسحوؽ الممفوؼ األخضر والبنفسجي وأضيؼ مؿ ماء مقطر )المذيب( لكؿ عينة. ووضعت العينات عمى الي ازز لمدة 72 ساعة. المسح الكيميائي. بعد اف ت تحضير المستخمصات النباتية وتجييزىا يت اج ارء مجموعة مف االختبا ارت الكيميائية النوعية الفعالة لمعرفة ما ىي المواد الفعالة التي تحتوييا تمؾ المستخمصات النباتية لعينات النباتات المدروسة. التحميل النوعي لممستخمصات. االختبا ارت المستخدمة في المسح الكيمو نباتي: التحميؿ الكيميائي النباتي حيت استخدمت جميع المستخمصات النباتية إلج ارء اختبا ارت كيميائية لمعرفة وجود المواد الكيميائية النباتية التالية مثؿ الفينوؿ مركبات قمويدات 41

42 الصابونيف جميكوسيدات فيتوسترولس التانيف الفالفونويد السترويدات التربينات باستخدا الطرؽ المذكورة. ]15[ الكشؼ عف القمويدات: زاب ان ستخهص ا حايض ان ذس كه س ك ان خفأل تى ششح ستخذو انشاشح ا االختثاساخ انتان ح. انكاشأل انى انشش ح اارا تك ساسة اختثاس يا ش +KI( =)HgCL 2 ضا اصفش انه دل عهى ج د قه ذاخ. ( 3 =)KI+BiNO تك ساسة اح ش ذل عهى ج د اختثاس دساج ذ س قه ذاخ. اختثاس اجش )يحه ل يشثع ي ح ض انثكش ك(= ج د قه ذاخ ؤكذ ساسة اصفش انه. عن الكربوىيد ارت: زاب ان ستخهص ا 8 يم ي ان اء ان طش ششح ثى الكشف تستخذو انش اشح الختثاس ج د انكشت ذساخ. 4 -اختبار موليش: يجرى االختبار بإضافة قطرتيف مف محموؿ الفا نفثوؿ الكحولي الى ال ارشح في انبوب اختبار. تكوف حمقو بنفسجية الموف عند التقاء السائميف يدؿ عمى وجود الكربوىيد ارت. 2 -اختبار بنديكت: يضاؼ كاشؼ بنديكت الى ال ارشح ويسخف برفؽ تكوف ارسب احمر برتقالي يشير الى وجود السكريات المختزلة. الكشف عن الجميكوسيدات= يذاب المستخمص في حمض الييدروكموريؾ المخفؼ ت يستعمؿ الختبار الجميكوسيدات. اختبار كيمر-كيالني: يخمط المستخمص مع خميط 2 مؿ مف حمض الخميؾ الثمجي وقط ارت مف محموؿ %2 مف كموريد الحديديؾ. بعد دلؾ يضاؼ المخموط السابؽ الى 42

43 2 مؿ مف حمض الجميكوسيدات القمبية. الكشف عن الصابونين. الكبريتيؾ المركز. ظيور حمقو بنية عند التقاء السائميف يدؿ عمى وجود اختبار الرغوة: يخفؼ المستخمص بإضافة 20 مؿ مف الماء المقطر ث يرج في مخبار 1 مدرج لمدة 15 تشكؿ طبقو دقيقو. طوليا س طبقو مف الرغوة يدؿ عمى وجود الصابونيف. الكشف عن فايتوستيروالت. اختبار سالكوفسكي: يعالج المستخمص مع الكموروفور ث يرشح ث يعامؿ الرشيح ببضع قط ارت مف حمض الكبرتيؾ المركز ث يترؾ حتى يستقر. ظيور لوف اصفر دىبي يدؿ عمى وجود التربينات الثالثية. الكشف عن الفينوالت. اختبار كموريد الحديديؾ: يعالج الرشيح مع 4-3 قط ارت مف محموؿ كموريد الحديديؾ تكوف لوف اسود مزرؽ يدؿ عمى وجود الفينوالت. الكشف عن مركبات الفالفونويدات. 1 -االختبار القاعدي: يعالج الرشيح مع بضع قط ارت مف محموؿ %2 ىيدروكسيد الصوديو. تشكؿ الموف االصفر الكثيؼ والذي يصبح عدي الموف عمى اضافة حمض مخفؼ يدؿ عمى وجود مركبات الفالفونويدات. 2 -اختبار خالت الرصاص: بضع قط ارت ك محموؿ خالت الرصاص تضاؼ الى الرشيح فاذا تكوف ارسب اصفر دؿ عمى وجود الفالفونويدات. 43

44 الكشف عن البروتينات واالحماض االمينية. يذاب المستخمص اوال في 10 مؿ مف الماء المقطر ث يرشح ث يستخد لمكشؼ عف البروتينات واالحماض االمينية. 1 -اختبار ميموف: تت اضافة قط ارت مف كاشؼ ميموف الى 2 ارسب ابيض يدؿ عمى وجود البروتينات. مؿ مف ال ارشح تكوف 2 -اختبار ال ازنثوبروتيف: يعالج الرشيح ببضع قط ارت مف حمض النيتريؾ المركز. تشكؿ الموف االصفر يدؿ عمى وجود البروتينات. 3 -اختبار النينييدريف: يعامؿ رشيح بمحموؿ النينييدريف )%0.25( ث يغمي لمدة دقائؽ معدودة ظيور الموف االزرؽ او البنفسجي يدؿ عمى وجود االحماض االمينية. 5 يم ي ح ض ثى ضا فا الكشف العام عن التربينات. زاب ان ستخهص ا ال ا انكه س ا سو ثى ثخش حتى ان انكثش ت ك ان شكو ثى سخ انخه ظ ن ذج دق ت اا ظ س انه انفض دل عهى ج د انتشت ذاخ. الكشف عن التربينات الثنائية. اختبار خالت النحاس: يذاب ال ارشح في الماء ث يعامؿ مع 4-3 قط ارت مف محموؿ خالت النحاس ظيور لوف الزمرد األخضر يدؿ عمى وجود التربينات الثنائية. الكشف عن الكوينونات: 1 مؿ مف حمض تضاؼ الى الكبريتيؾ 1 مؿ مف المستخمص النباتي فاذا تكوف لوف احمر دؿ عمى وجود الكوينونات. 44

45 الكشف عن االنث اركوينونات. بضع قط ارت مف محموؿ %2 مف حمض الييدروكموريؾ تضاؼ الى 0.5 مؿ مف المستخمص ظيور الموف االحمر يدؿ عمى وجود االنث اركوينونات. النتائج والمناقشة جدول رقم )1( يبين نتائج التحميل العضوي لممستخمص )المائي اإليثانول -الميثانول( والعصير الطبيعي لمممفوف البنفسجي واالخضر. 45

46 تابع الجدول رقم )1( 46

47 )+( يشير إلى وجود المركبات الكيميائية النباتية بنسبة بسيطة. )++( يدؿ عمى وجود المركبات الكيميائية النباتية بكمية ال بأس بيا. )+ + +( يدؿ عمى وجود المركبات الكيميائية النباتية بنسبة عالية جدا. )-( يشير إلى عد تواجد المركبات الكيميائية. لقد ت في ىذه الد ارسة الكشؼ العضوي لبعض المركبات الكيميائية المتوقع وجودىا في الممفوؼ األخضر والبنفسجي والمقارنة بينيا. وىذه االختبا ارت كانت في المستخمص )المائي االيثانوؿ الميثانوؿ( بالنقع والعصير الطبيعي المحضر حديثا لمممفوؼ األخضر والبنفسجي مع الماء المقطر. حيث لوحظ مف جدوؿ رق )1( وجودالقمويدات والكربوىيد ارت والفالفونويدات في العصير الطبيعي لمممفوؼ االخضر بشكؿ واضح عف الممفوؼ البنفسجي وباقي المستخمصات. والجاليكوسيدات ظيرت واضحة في المستخمص المائي والعصير الطبيعي لمممفوؼ األخضر والبنفسجي والصابونينات كانت موجودة لجميع المستخمصات والعصير الطبيعي. اثبتت كما د ارسة سابقة تناولت الكشؼ العضوي لمممفوؼ عف وجود المركبات الكيميائية النباتية المختمفة. مثؿ التانينات والفالفونويد والسكريات والقمويات والفينوؿ وأنثوسيانيديف. Glucosinolate ىي المركبات المميزة لعائمة الصميبي. ]16[ تتواجد الكربوىيد ارت في الخضروات الورقية بكميات ضئيمة وىذه الخضروات مفيدة جدا لمكبد واألمعاء وبإمكاف بعض ىذه الخضروات مثؿ الممفوؼ أف تحدث تأثي ار إيجابيا في مستويات الجموكوز واالنسوليف بالد. ]17[ اما الفينوالت والفاتيوسيتروالت والكونيونات واالنت اركوينونات كانت نتيجتيا واضحة في كؿ المستخمصات والعصير الطبيعي لمممفوؼ البنفسجي. وىذه النتيجة كانت متوافقة مع 47

48 د ارسات سابقة أجريت عمى الممفوؼ البنفسجي كما كشفت ىذه الد ارسة أف لمسحوؽ الممفوؼ البنفسجي والعصير القدرة عمى عالج العديد مف األم ارض. [ 18[ اف لمممفوؼ نشاط مضاد لمج ارثي والفطريات والسرطاف. ]20,19[ ىذه األنشطة قد يعزى إلى مختمؼ المواد الكيميائية النباتية الموجودة في االممفوؼ مثؿ التانينات الفالفونويدات قمويدات األنثوسيانيدنات والفينوالت. كما أف التانينات مضادات الميكروبات تعمؿ كمضاد لألكسدة. كما احتوي مستخمص الممفوؼ عمى الجموكوسينوالت والتي لدييا نشاط مضاد لمسرطاف والبكتيريا. ]21[. الخالصة مف العصور القديمة استخدمت النباتات لعالج مجموعة متنوعة مف االم ارض. وكشفت الد ارسة الحالية اآلثار اإليجابية لمممفوؼ حيث ت العثور عمى المواد الكيميائية النباتية التي ىي مفيدة لمصحة وىي القمويدات جميكوسيدات المنشطات. وكانت الفالفونيدات والصابونيات والتانينات والتربينات والفيتوستيروالت التي تزيد مف اإلمكانيات الطبية لمممفوؼ وبالتالي يمكف استخداميا لعالج مختمؼ األم ارض. ونستنتج مف الكشؼ العضوي لمممفوؼ األخضر والبنفسجي )عصير طبيعي مستخمصات بالنقع( انو تتواجد المركبات الكيميائية الفعالة بشكؿ واضح في العصير الطبيعي مقارنة بالمستخمصات األخرى. وقد يعزي السبب في ظيور ىذه المركبات بشكؿ واضح في العصير الطبيعي انو أثناء عممية التجفيؼ والطحف لتحضير المستخمصات قد فقد جزء مف ىذه المركبات الفعالة لذا ينصح بتناوؿ الممفوؼ بشكؿ طبيعي بدال مف طييو. 48

49 المصادرReferences [1]. Jane V Higdon, Barbara Delage, David E, Williams, Roderick H, Dashwood.(2007), Cruciferous Vegetables and human cancer risk Epidemiologic evidence and Mechanistic basis. Pharmacol Res, 55(3): [2]. Arts IC, Hollma PC. (2005), Polyphenols and disease risk in epidemiologic studies. American Journal of Clinical Nutrition, 81(1):S317-S325. [3]. Shalabia Shahat Emam and 1 2Heba Ibrahim Abd El- Moaty(2009), Glucosinolates, Phenolic acids and Anthraquinones of Isatis microcarpa Boiss and Pseuderucaria clavate (Boiss&Reut.) family: Cruciferae, Journal of Applied Sciences Research, 5(12): , 2009 INSInet Publication. [4]. Theresa A. Shapiro, 2 Jed W. Fahey, Kristina L. Wade, Katherine K. Stephenson, and Paul Talalay (2001), Chemoprotective Glucosinolates and Isothiocyanates of Broccoli Sprouts: Metabolism and Excretion in Humans. Cancer Epidemiology, Biomarkers & Prevention, Vol. 10, [5]. Jaiswal, A.K., Abu-Ghannam, N., Gupta, S., (2012) a. A comparative study on the polyphenolic content, antibacterial activity and antioxidant capacity of different solvent extracts of Brassica oleracia vegetables. Int. J. Food Sci. Technol. 47, [6]. Jaiswal, A.K., Rajauria, G., Abu-Ghannam, N., Gupta, S., (2012) b. Effect of different solvents on polyphenolic content, antioxidant capacity and antibacterial activity of Irish York cabbage. J. Food Biochem. 36,

50 [7]. Jaiswal, A.K., Rajauria, G., Abu-Ghannam, N., Gupta, S., (2011), Phenolic composition, antioxidant capacity and antibacterial activity of selected Irish Brassica vegetables. Nat. Prod. Commun. 6, [8]. Podsedek, A., Sosnowska, D., Redzynia, M., Anders, B., (2006), Antioxidant capacity and content of Brassica oleracea dietary antioxidants. Int. J. Food Sci. Technol. 41, [9]. Nielsen, J.K., Nørbæk, R., Olsen, C.E., (1998), Kaempferol tetraglucosides from cabbage leaves. Phytochem. 49, [10]. Lynn A, Collins A, Fuller Z, Hillman K, Rateliffe B.(2006), Cruciferous vegetables and colorectal cancer, Proc Nutr Soc. 65: [11]. Maha A. El-Motaleb el-mowafy. (2012), Treatment Effect of Red Cabbage and Cysteine against Paracetamol Induced Hepatotoxicity in Experimental Rats, Journal of Applied Sciences Reseach. 8 (12): [12]. Sikora, E., E. Cieslik, T. Leszczynska, A. Filipiak - Florkiewicz and P.M. Pisulewski, (2008), The antioxidant activity of selected cruciferous vegetables subjected to aquathermal processing, Food Chemistry, 107, [13]. Podsedek, A., (2007), Natural antioxidants and antioxidant capacity Of Brassica vegetables. A review, LWTFood Science and Technology, 40. [14]. Estévez, M. and R. Cava, (2006), Effectiveness of rosemary essential oil as an inhibitor of lipid and protein oxidation: contradictory effects in different types Of frankfurters, Meat Science, 72, [15]. Handa SS. (1995), Quality control and standardization of herbal material and traditional remedies. East pharma, 38:

51 [16]. Steven F. Vaughn Mark A. Berhow (2004) Glucosinolate hydrolysis products from various plant sources: ph effects isolation and purification_new Crops and Processing Technology Research National Center for Agricultural Utilization Research Industrial crops and products journal Received 22 December 2003; accepted 25 March [17]. Neelufar S, Alekhya T, Sudhakar K. (2012) Pharnacognostical And phytochemical evaluation of Brassica Oleracealinn var Capitataf Rubra, Journal of pharmaceutical biology. 2(2): [18]. Ekta S C, Anamika T, Akriti S.(2016), Phytochemical screening of red cabbage (Brassicaoleracea) powder and juice - A comparative study. Journal of Medicinal Plants Studies, 4(5): [19]. Renuka Devi and E. Berla Thangam (2010), Extraction and Separation of Glucosinolates from Brassica Oleraceae var Rubra, Department of Biotechnology, School of Bioengineering, SRM University, Kattankulathur Advances in Biological Research 4 (6): , ISSN [20]. Natalia Bellostas, Jens C. S rensen, Hilmer S rensen (2004), Qualitative and quantitative evaluation of glucosinolates in cruciferous plants during their life cycles, Agroindustria Vol. 3 Num. 3. [21]. Malcolm c. Elliott2 and Bruce b. Stowe Indole (1970), Compounds Related to Auxins and Goitrogens of Woad (Isatis tinctoria L.)1 Received for publication June

52 تأثير المعالجة الح اررية عمى بعض الخواص الميكانيكية لمسبوكات االلومنيوم المنتجة بواسطة السباكة بالغالف الخارجي c b a الصديق مسعود الدباشي ناصر محمد الخمري صالح أحمد الف ارح كمية اليندسة جامعة صب ارتو ممخص b a ليبيا كمية التقنية اليندسية جنزور ليبيا جياز البحوث التطبيقية والتطوير- ط اربمس - c ليبيا a b siddig.dabbashi@yahoo.com, naserkhemri@yahoo.com تعتبر السباكة بالغالؼ الخارجي مف أفضؿ التقنيات الحديثة في العال وىي تدخؿ في كثير مف مكونات الصناعات وتعتبر صناعة قطع غيار السيا ارت والطائ ارت وريش التوربينات مف أى الصناعات الدقيقة. في ىذا البحث ت التركيز عمى د ارسة مسبوكة االلومنيو )A356( التي تتميز بخواص ميكانيكية جيدة باإلضافة إلى خاصية السيولة التي تساعد عمى ممئ جميع أج ازء القالب أثناء عممية الصب. ومف خالؿ التجارب واالختبا ارت التي ت إج ارؤىا عمى ىذه المسبوكات تبيف اف عمميات المعالجة الح اررية تحسف مف الخواص الميكانيكية وخصوصا خاصية الشد وخاصية الصالدة حيث ارتفعت مقاومة الشد والصالدة الى حوالي الضعؼ فيما ل يحدث أي تغير ممحوظ في نسبة االستطالة. الكممات الدالة : السباكة بالغالؼ الخارجي المعالجة الح اررية سبيكة االلومنيو )A356( Abstract Investment casting is one of the best modern technology in the world, it is involved in many components of industries, the manufacturing of spare parts of cars, aircraft and turbine blades are the most important industries which using investment casting for production. This study focused on the aluminum alloy (356A) 52

53 which has good mechanical properties in addition to the liquidity characteristic that helps fill all parts of the mold during the casting process. The experiments and tests conducted on these castings show that heat treatment processes improve the mechanical properties, especially tensile tests and hardness, where tensile strength and hardness have doubled, while as there is no obvious change in elongation. 1. اى قذ ت تعتبر السباكة مف أقد الحرؼ التي مارسيا االنساف مند حوالي 4000 سنة قبؿ الميالد وتطورت مع تطور البشرية وباتت تشكؿ ضمعا رئيسيا في عمميات االنتاج الصناعي عالميا. ومف المعمو اف االلومنيو ىو ثاني أى المعادف الصناعية في العال ويأتي في المركز الثاني بعد المعادف. ]1[ الحديدية. يعتبر االلومنيو مف اكثر المواد اليندسية شيوعا لما يتميز بو مف مي ازت وخواص جيدة ومف خواصو الموصمية الجيدة لمح اررة والكيرباء ومف أى ممي ازت االلومنيو خفة الوزف مما ساعد في استخدامو في صناعة الطائ ارت وفي األج ازء التي تحتاج الى مقاومة تشكيؿ عالية. االلومنيو ال يستخد في صورتو النقية بؿ تضاؼ إليو معادف أخرى لكي تحسف مف خواصو وليذا تنتشر سبائكو بكثرة وتختمؼ في تركيبيا الكيميائي وطرؽ تصنيعيا حسب الخواص المطموبة فيناؾ السبائؾ المشكمة بالضغط )حدادة درفمة بثؽ... الخ( وىناؾ السبائؾ التي تنتج بطرؽ السباكة المختمفة وىي أكثر طرؽ االنتاج شيوعا مثؿ السباكة الرممية Casting) (Sand السباكة بالقوالب الدائمة (Investment والسباكة بالغالؼ الخارجي (Permanent Mold Casting) Casting) حيث تعتبر األخيرة مف أحدث طرؽ السباكة المستخدمة. ىناؾ بعض السبائؾ يمكف معالجتيا ح ارريا وتحسيف خواصيا مثؿ الصالدة والصالبة ومقاومة الشد وغيرىا مف الخواص االخرى والبعض االخر ال يمكف معالجتو ولكف يمكف تحسيف ]2 3 4[ خواصيا بطرؽ اخرى. 53

54 اليدف من الد ارسة.2 اختبار إمكانية تحسيف الخواص الميكانيكية لمسبوكة مف االلومنيو )A356( عند طريؽ إج ارء معالجة ح اررية لبعض العينات ومقارنتيا بعينات أخرى غير معالجة ح ارريا. د ارسة الحالة تتميز ىذه المسبوكة بخواص ميكانيكية جيدة تجعميا مف أفضؿ سبائؾ االلومنيو. وىذه الخواص تساعدىا عمى تحمؿ جميع ظروؼ التشغيؿ. كما يعتبر عنصر السميكوف مف العناصر الرئيسية في المسبوكة حيث تحتوي عمى نسبة %7 مف ىذا العنصر ويعمؿ عمي زيادة مقاومة الشد ويزيد مف مقاومة الصدأ والتآكؿ ويعطي لممسبوكة موصمية جيدة لمح اررة والكيرباء باإلضافة الى صالدة عالية ويزيد مف مقاومة التأكسد. تبيف الجداوؿ ]5[ )1( و )2( التركيب الكيميائي والخواص الميكانيكية لممسبوكة كما يوضح الجدوؿ )3( عمميات ]6[ المعالجة الح اررية النموذجية لمسبوكات االلومنيو. الجدول 1: التركيب الكيميائي لممسبوكة Element Content (%) Cu 0.2 Si Mg Ti 0.2 Fe 0.2 Mn 0.1 Zn 0.1 Ph 0.1 Sn 0.05 Ni 0.1 الجدول 2: الخواص الميكانيكية لممسبوكة Tensile Strength (MPa) Yield Strength (MPa) Elongation Range (%) 3-10 Castability Rating 400 Hardness Range (HB) <0 Fluidity 4 Shrinkage 4 Electricalconductivity20 C (%IACSA) 6< Thermal conductivity coefficient25 C(w/m.k) (K) 484 Density (g/cm³) 5.9; 54

55 Ti m Type of Castin g Tempe r Alloy C A T6 T5 T5 T6 T7 T551 T65.. T51 T6 T62 T7 T71 T6 T61 T51 T6 T71 T7 T6 T61 S P P P P P P (K) S or P S P P S P S P S P S or P S P S P S P S P الجدول 3: عمميات المعالجة الح اررية النموذجية لمسبوكات االلومنيوم Solution Heat Treatment Temperature C F Time Aging Heat Treatment e C F Temperature (h) (h) (1) Room 8 temperature (mini mum) Room Temp 357 T6 P T61 S A357 (K) (h) (h) (K) (h) (h) P= Permanent casting, S= Sand casting, T= Type of heat treatment (min) (h) (h)

56 .3 التجارب العممية المنتج عبارة عف عينة شد حسب المواصفات القياسية لمجمعية االمريكية لممواد ]7[ )ASTM( كما موضح بالشكؿ )1(. الشكؿ 1 : أبعاد عينة الشد أوال : إنتاج المسبوكة تمر عممية إنتاج مسبوكة االلومنيو ( A356 ) بالم ارحؿ التالية : -إنتاج النموذج الشمعي Production of Wax Pattern يت ذلؾ في قالب مع م ارعاة سماحيات االنكماش لكال مف الشمع وااللومنيو بحيث يحقف الشمع مف فتحة التغذية عند درجة ح اررة )59-57( درجة مئوية كما بالشكؿ )2( ومف ث يوضع القالب في حوض ماء ليبرد ويت إخ ارج العينة مف القالب بعناية حتى ال يحدث تشوه او تغير في ابعاد العينة. 56

57 الشكؿ 2: القالب بعد عممية حقف الشمع - التجميع في شجرة الشمع Cluster Assembly بعد تنظيؼ المنتج واازلة الزوائد يت لحا قنوات التغذية بحيث تكوف ذات سمؾ وطوؿ مناسبيف لعمميتي الصب والقطع مع مالحظة وضع ىذه القنوات في االماكف األكثر سمكا لضماف وصوؿ المصيور ألدؽ االماكف وكذلؾ الستغالليا كمصاعد )Riser( والشكؿ )3( يبيف بعض أنواع الشج ارت التي ت تجميعيا. الشكؿ 3: شج ارت شمع أفقية وعمودية 57

58 - التغميؼ بالسي ارميؾ Manufacture of Ceramic Shell Molds بناء تعتبر مرحمة التغميؼ بالسي ارميؾ مف أكثر الم ارحؿ حساسية في عمميات السباكة بالشمع المفقود حيث يت تحديد سمؾ قشرة السي ارميؾ بناء عمى حج ووزف المسبوؾ وكذلؾ عمى كثافة السبيكة. كما انو يجب األخذ في االعتبار عدة خواص لنوع السي ارميؾ المستخد مثؿ الصالبة قبؿ وبعد التجفيؼ خفة الوزف المسامية قابمية االنييار بعد ]8[ تجمد المسبوؾ والحصوؿ عمى أسطح ناعمة. ت التغميؼ بالسي ارميؾ بعدد 7 طبقات حيث تكوف الطبقة األولى مف مالط ناع )سي ارميؾ سائؿ( وذلؾ لمحصوؿ عمى سطح ناع لممسبوكة وتكوف الطبقات التالية أكثر خشونة بالتدريج لتقوية غالؼ السي ارميؾ وأخر طبقة مالط فقط لمنع تفتت الرمؿ مع مالحظة تجفيؼ القوالب )الشج ارت( بيف م ارحؿ التغميؼ المختمفة حيث تكوف درجة الح اررة )0220( ونسبة الرطوبة )45%( تقريبا ويوضح الشكؿ )4( شجرة بعد تغميفيا بكؿ الطبقات. شكؿ : 4 شجرة الشمع بعد تغميقيا بكؿ الطبقات - إ ازلة نموذج الشمع Dewaxing تمت عممية إ ازلة الشمع في فرف األوتوكالؼ عند درجة ح اررة )02120( وضغط )7bar( حيث يوضع القالب في وضع مقموب داخؿ الفرف ليسمح لمشمع بالخروج والشكؿ )5( يبيف شكؿ القالب بعد إ ازلة الشمع. 58

59 شكؿ 5: القالب بعد إ ازلة الشمع - الصير والصب Melting and Pouring ت تسخيف القوالب الي درجة ح اررة )02600( تقريبا في فرف التسخيف وذلؾ لزيادة صالبتيا والتخمص مف )حرؽ( بقايا الشمع وتكوف درجة ح اررتيا قريبة مف درجة ح اررة المصيور حتى ال تنكسر القوالب وتمنع تجمد المصيور بسرعة. وتمت عممية الصير عند درجة ح اررة )02634( ولمتخمص مف الفقاعات اليوائية أجريت عممية حقف غاز األرجوف لمدة دقيقتيف وبعد ذلؾ صب المصيور في قوالب السي ارميؾ وتركيا لتبرد في اليواء وباستخدا ألة االىت ازز ت تكسير قوالب السي ارميؾ وقطع المسبوكات مف الشجرة وتنظيفيا واازلة قنوات التغذية ويبيف الشكؿ )6( الشجرة بعد عممية الصب وتكسير قالب السي ارميؾ بينما الشكؿ )7( يبيف المنتج النيائي. شكؿ 4: الشجرة بعد عممية الصب وتكسير قالب السي ارميؾ 59

60 شكؿ 5 :الشكؿ النيائي لممنتج ثانيا: المعالجة الح اررية Heat Treatment عند تجمد المسبوكة يكوف معدؿ التبريد متفاوت بيف أج ازءىا وبالتالي يكوف حج الحبيبات متفاوتا لذلؾ ت إج ارء عممية إعادة التجانس )Homogeneous( لمحصوؿ عمى بمو ارت متقاربة في الحج لجميع أج ازء المسبوكة وتمت عممية المعالجة في فرف كيربائي. بعد ذلؾ ت إج ارء عمميات المعالجة الح اررية الرئيسية لمحصوؿ عمي الحالة )T6( الموضحة بالجدوؿ )1( والتي تتمثؿ في عمميتي المعالجة المحمولية والتعتيؽ. - المعالجة المحمولية Solution Heat Treatment وضع المسبوكة داخؿ الفرف في درجة ح اررة )C 540( لمدة )12( ساعة وذلؾ إلتما عممية ذوباف المحموؿ الجامد أي ذوباف طور )θ( في )α( لمحصوؿ عمى محموؿ جامد بدوف ترسب )θ( عمى الحدود البمورية ت إج ارء عممية التبريد السريع في الماء )التسقية.)Quenching التعتيق Aging وضع المسبوكة داخؿ الفرف في درجة ح اررة )C 155( لمدة )5-3( ساعات ت التبريد داخؿ الفرف ببطء حتى الوصوؿ الى درجة ح اررة الغرفة. 61

61 ثالثا: االختبا ارت Tests لد ارسة مدى تأثير عمميات المعالجة الح اررية عمى المسبوكات المنتجة ت إج ارء االختبا ارت التالية : -1 اختبار الشد Tensile Test ت إج ارء ىذه االختبار لعدد )3( عينات قبؿ المعالجة الح اررية وعدد )3( عينات بعد المعالجة الح اررية ت أخد المتوسط الحسابي لمنتائج ويبيف الشكؿ )8( عينة غير معالجة ح ارريا بعد إج ارء احتار الشد والشكؿ )9( عينة معالجة ح ارريا بعد إج ارء اختبار الشد. شكؿ 8 :عينة غير معالجة ح ارريا بعد إج ارء احتبار الشد شكؿ 9 :عينة معالجة ح ارريا بعد إج ارء اختبار الشد -2 اختبار الصالدة Hardness Test ت إج ارء اختبار روكويؿ لتحديد الصالدة لعينات قبؿ المعالجة وبعد المعالجة الحر ارية. 61

62 النتائج 4. يبيف الجدوؿ )4( نتائج اختبا ارت الشد. جدوؿ 4: نتائج اختبا ارت الشد Sample Before H.T. After H.T. F max (KN) σ UTS (MPa) L E (%) 3.33% 3.33% مف ىذه النتائج يالحظ ارتفاع مقاومة الشد القصوى مف MPa( ( قبؿ المعالجة الح اررية إلى MPa( 261.4( بعد المعالجة ىذا يوضح مدى التحسف في مقاومة الشد القصوى نتيجة إج ارء المعالجة الح اررية وأف نسبة االستطالة ل تشيد تغير ممحوظا. ويبيف الجدوؿ )5( نتائج اختبار الصالدة جدول 5: نتائج اختبار الصالدة Sample Before H. T. After H. T. Hardness (HB) مف ىذه النتائج يتضح ارتفاع الصالدة مف HB( 60( قبؿ المعالجة إلى HB( 110( بعد المعالجة وىذا يوضح مدى التحسف في الصالدة بعد إج ارء المعالجة الح اررية. 5. االستنتاجات مف خالؿ ىذه الد ارسة نستنتج اف : 1( السباكة بالغالؼ الخارجي Casting( )Investment تعتبر مف أحدث طرؽ سباكة األلومنيو وأفضميا لمي ازتيا العديدة. 62

63 2( يمكف التحك في الخواص الميكانيكية لمسبوكات األلومنيو القابمة لممعالجة الح اررية حيث توجد عدة عمميات معالجة أىميا : المعالجة المحمولية التعتيؽ التخمير. 3( مف الممكف تحسيف مقاومة الشد القصوى )الصالبة( لسبيكة )A356( المنتجة بالسباكة عف طريؽ معالجتيا محموليا وتعتيقيا حيث كانت نسبة الزيادة %100 تقريبا وكذلؾ زيادة صالدتيا بنسبة %83 تقريبا. 4( عد تغير نسبة االستطالة نتيجة عمميات المعالجة الح اررية لمسبيكة )A356( المنتجة بالسباكة حيث كانت نسبة االستطالة منخفضة ألف ىذه السبيكة لدييا قابمية تشكيؿ منخفضة. 6. التوصيات يمكف في الختا إيجاز جممة مف التوصيات كما يمي: 1( بإج ارء الكشؼ المجيري لعينات قبؿ وبعد المعالجة الح اررية لد ارسة تأثير المعالجة عمى التركيب البموري لسبائؾ االلومنيو. 2( بإج ارء احتبا ارت ميكانيكية أخرى مثؿ أختبار الصد لد ارسة مدى تأثير المعالجة الح اررية عمى بعض الخواص االخرى. 3( د ارسة تأثير عمميات المعالجة الح اررية األخرى مثؿ التخمير واازلة االجيادات عمى مسبوكات االلومنيو. 7. الم ارجع ]1[..طارؽ خميؿ اب ارىي د.ناصر محمد الخمري.محمد رجب بودر.حسيف عمي وحيدة تأثير إضافة الج ارفيت عمى خواص رمؿ السباكة وعمى صالدة مسبوكة مف االلومنيو المجمة الدولية لمعمو والتقنية ليبيا أبريؿ 2017 العدد 10. ]2[. د. محمد حمدي د. فاروؽ شحاتو تكنولوجيا المواد والميتالورجيا اليندسية 1989 جامعة الزقازيؽ مصر. 63

64 ]3[. د. عبد المجيد ناجي عطية د. محمد محمود جادو مقدمة في تكنولوجيا اإلنتاج 2002 جامعة المنوفية مصر. ]4[.. محمود سامي بيبرس. سامي عبد اهلل مرسى. صالح الديف محمد سالمة. محمد سعد الديف عمارة " عم المواد " 1989 ]5[. د. احمد شفيؽ الخطيب معج المصطمحات العممية والفنية واليندسية 2000 مكتبة لبناف لبناف [6]. Fundamentals of Manufacturing Engineering Certification Institute of (SME) Society of Manufacturing Engineering, 1993, Dearborn, Michigan [7]. Investment Casting Handbook, 1997, H..T., Bid Well, Dallas, Texas, Newness. [8]. Investment Casting, Reference Module in Materials Science and Materials Engineering, Oxford, Elsevier, 2016, pp

65 تأث ر ع صر اى حبس ف ا تبج حب ض اىستر ل د.عطيو سالم المشيطي المعيد العالي لتقنيات اليندسية قس اليندسة الكيميائية زليتف ABSTRACT Citric acid is very important in our lives. It is added to food as a type of preservative to prevent odors and contamination of fruits, so it is used in laboratories as anti- oxidation. Due to this importance and the increasing use of the growing population, the matter needed to think about the production of this acid industrially and required studies and researches to achieve the optimal method of economic, composition and quality as well as the quantity produced from this acid, all these are linked with the factor of time. In this research, this industry was studied in a type of (Stirred Tank Reactor), in addition to the study of the materials used, their ratios and the time taken to produce the highest value of citric acid and at constant temperature. الخالصة إف لحمض الستريؾ أىمية كبيرة جدا في حياتػػػنا. فيو يضاؼ لألغذيػػة كنوع مف المواد الحافػػظة ليمنع حدوث الروائػػػح ويمنع تموف الفواكػػو كػػػذلؾ يستعمؿ في المعامؿ 65 والمختب ارت أي في الكيمياء كمضاد لألكسدة. ونظ ار إلى ىذه األىمية والى كثرة استعمالو المت ازيد ج ارء الت ازيد السكاني واحتاج الوضع إلى التفكير في إنتػػاج ىذا الحمض صناعيا وتطمب األمػر عمػػػميات د ارسة وأبحاث النسبية والجودة لموصوؿ إلى الطريقة األمثؿ مف الناحية االقتصادية ومف الناحية التركيبية

66 وكذلؾ الناحية الكمية أي الكمية المنتجة مف ىذا الحمض كؿ ىذه مربوطة مع العامؿ الزمني. ففي ىذا البحث تمت د ارسة ىذه الصناعة في نوع مف المفاعالت وىو مفاعؿ الخمط الميكانيكي )STR( الى جانب د ارسة المواد المستعممة ونسبيا والزمف المستغرؽ إلنتػػػاج أعمى قيمة مف حمض الستريؾ وفي ظروؼ درجة الح اررة الثابتة. 1- المقدمة: 1.1- حمض الستريك حمض الستريؾ أو حمض الميموف أو ممح الميموف ىو حمض عضوي ضعيؼ يوجد في الموالح وىو حمض ثالثي الكربوكسيؿ وىو مادة حافظة طبيعية ويستخد إلضافة مذاؽ حمضي لألطعمة والمشروبات. في الكيمياء الحيوية ىو وسيط مي في دورة حمض الستريؾ وبالتالي فيو يتكوف في كؿ التمثيؿ الغذائي لكؿ شيء حي تقريبا ويستخد أيضا كعامؿ منظؼ لمبيئة ويعمؿ كمضاد لألكسدة. مف خواص حمض الستريؾ أف بمو ارتو ال لوف ليا وال ارئحة وحمضية المذاؽ وتذوب في الماء والكحوؿ الجدوؿ رق )1(. نجد لحمض الستريؾ عدة مصادر حيث انو يوجد طبيعيا وبتركيز عاؿ في عصير الميموف كما يوجد في عصائر الحمضيات األخرى والفواكو الناضجة كما يمكف تحضيره تجاريا بتخمر الموالس بعض سالالت نوع معيف مف الفطريات. لحمض الستريؾ عدة فوائد فيو يضاؼ لألغذية إلعطاء الغذاء الطع الحمضي ويعزز فعالية مضادات األكسدة ويمنع تموف الفاكية ويمنع حدوث الروائح الغير مرغوب فييا وكذلؾ فيو يحافظ عمى فيتاميف C. ولمحامض عدة تأثي ارت عمى اإلنساف حيث يؤثر إذا أخذ بكميات كبيرة جدا وبصورة مركزة عمى األسناف حيث يتسبب في تآكميا وكذلؾ يسبب التييج الموضعي. 66

67 جدول )1( يوضح أىم خواص حمض الستريك حمض الستريك عام hydroxypropane- 1,2,3-2 -tricarboxylic acid ست ارت الييدروجيف C 6 H 8 O 7 g/mol crystalline white solid االس النظامي أسماء أخرى الصيغة الكتمة المولية المظير الخواص g/cm³ )g/100 ml (20 C 133 )K 426 F ( C2 153 )decomposes at 175 C (448 K الكثافة الدوبانية في الماء نقطة اإلنصيار نقطة الغمياف 2- دورة حمض االستريك إف التعقيد الكبير الذي تحويو ىذه الدورة يستدعي ظيور سؤاؿ مي وىو كيؼ ظيرت فكرة دورة حمض الستريؾ حيث أنيا دورة معقدة مثؿ دورة أكسدة مجاميع االستيؿ ذات ذرتي الكربوف إلى ( 2 )CO خالؿ حامض الستريؾ ذي الست ذ ارت كربوف قد تبدو معقدة بدوف مبرر وىي ليست متفقة مع مبدأ أقصى اقتصاد ممكف في المنطؽ الكيميائي الحيوي لمخاليا الحية. 67

68 لقد ت افت ارض دورة كربس أوؿ األمر عمى أساس أنيا مسمؾ ألكسدة البيروفػات في األنسجة الحيوانية في عا )1937 ؼ( مف قبؿ العػػال ىانػػز كربس Krebs) ( Hanz وقد جاءت فكرة الدورة إلى كربس خالؿ د ارسة تأثير االيونات السالبة لمحوامض العضوية المختمفة عمى معدؿ استيالؾ األكسجيف مف قبؿ محاليؿ عالقة مف عضالت صدر الطير المشرومة المؤكسدة لمبيروفات. تستخد عضمة الطيور في الطي ارف وتكوف ذات تنفس عاؿ جدا ولذلؾ فيي أكثر مف غيرىا مناسبة لد ارسة الفعالية التأكسدية. ولقد وجد الباحثوف األوائؿ وخاصة.Gyorgya) (Alben Szent في ىنقاريا أف أحماض عضوية ثنائية الكربوكسيؿ موجودة في األنسجة الحيوانية مثؿ السكسنيت وحامض الفيوماريؾ وحامض الماليؾ واالكسالواستيؾ معروؼ عنيا أنيا تحفز استيالؾ األكسجيف مف قبؿ العضالت وقد أكد العال كربس ىذه المالحظات ووجد أيضا أنيا تحفز أكسدة البيروفات. كما أكد عمى أف أكسدة البيروفات مف قبؿ العضمة تحفز بواسطة األحماض ذات ستة ذ ارت كربوف ثالثية الكربوكسيؿ وىي حمض الستريؾ واالكونتيؾ التجاري ونظير حمض الستريؾ ومركب ذي خمس ذ ارت كربوف ىو االلفاكيتو كموتاريؾ. ]1[ ولقد الحظ كربس واستنتج أف األحماض الفعالة )النشطة( ثنائية وثالثية الكاربوكسيؿ التي ت ذكرىا يمكف أف تترتب في تسمسؿ كيميائي منطقي حيث انو في كؿ خطوة يحدث تحويؿ كيميائي بسيط يحفزه إنزي خاص وبما أف حضانة البيروفات واالوكسالواستيت مع نسيج العضمة المطحوف ينتج عنو تجمع الست ارت في الوسط. ىذا ولقد انتيى العال ىانز كربس إلى أف ىذا التسمسؿ يعمؿ بطريقة دائرية وليست عمى ىيئة خط مستقي وبطريقة يكوف فييا بدايتو ونيايتو متصمتيف ببعضيا البعض وقد افترض أف ىناؾ حمقة مفقودة تغمؽ الدائرة وقد افترضيا حسب المعادلة التالية: pyruvate + oxaloacetate citrate + carbon dioxide مف ىذه التجارب البسيطة والتفسير المنطقي لألسباب التي استنتجيا كربس فقد افترض كربس دورة حمض الستريؾ عمى أنيا المسمؾ الرئيسي ألكسدة الكربوىيد ارت في 68

69 العضالت. وفي السنوات التي تمت اكتشافو فقد وجد أف دورة حامض الستريؾ تعمؿ ليس بالعضالت فحسب بؿ في جميع أنسجة الحيوانات والنباتات ال ارقية وفي الكثير مف األحياء المجيرية اليوائية أىمية دورة حمض الستريك إف حامض الستريؾ عبارة عف جزئ صغير وبسيط وىو جزئ مقاو بشدة لألكسدة الكيميائية لذرة الكربوف المثيمية التي يحتوييا ونحتاج إلى ظروؼ قاسية وغير متوافقة مع بيئة الخمية لغرض أكسدة الخالت مباشرة إلى جزيئيف مف( )CO 2 وقد تعممت الخاليا الحية خالؿ التطور أف تسمؾ الطرؽ األسيؿ ألكسدة حامض الخميؾ إحدى ىذه الطرؽ ذات طاقة حرة واطئة لمتنشيط وقد تعممت الخاليا أف توجد بيف حامض الخميؾ وجزئ آخر ىو االوكساسواستيت لتنتج الستريت التي تكوف أكثر مسؤولية عف سحب الييدروجيف وسحب الكاربوكسيؿ مف الخالت نفسيا ومع أف بعض التفاعالت الحيوية تبدو أكثر تعقيدا مف الالز فاف الد ارسة الدقيقة لمثؿ ىذه الحاالت عمى ضوء ىذه المفاىي األساسية آلليات التفاعؿ العضوي تظير أنيا تمثؿ أسيؿ الطرؽ كيميائيا لتشجيع التحوالت المذكورة.]1[ 2.2- عمميات األكسدة لمجموكوز: وىي عبارة عف أكسدة ىوائية وال ىوائية - األكسدة اليوائية لمجموكوز وفػػػي ىذه العممية يت أكػػػػسدة الجموكوز إلى C O 2 و H 2 O وتسمى ىذه العممية أيضا بالتنفس وىي ميمة لمكائنات الحية ألنو عف طريؽ األكسدة اليوائية يمكف ليا أف تحصؿ عمى الطاقة. - األكسدة الالىوائية لمجموكوز أف مسار ىد الجموكوز الػػػالىوائي ينجح في إطػالؽ بعض الطاقة إال أف كميتيا ضئيمة مقارنة باألكسدة الكاممة لمجموكوز. ]2[ 69

70 وتكوف قيمة التغير في الطاقة الحرة ألكسدة الجموكوز ال ىوائيا وىوائيا عمػػػػى النحو التالي : *ال ىوائيا Anaerobic Glucose 2 Lactate( G 0 ) = Kcal mol -1 *ىوائيا Aerobic Glucose +6O 2 6CO 2 + 6H 2 O ( G 0 ) = Kcal mol -1 لذلؾ يظؿ ))2 جزئ(( الكتات )الناتج النيائي لمسار )glycolysis يحتوي عمى حوالي % 93 مف محتوى الطاقة الحرة في جزئ الجموكوز. وتحتاج األكسدة اليوائية لمجموكوز إلى مشاركة ثالث عمميات وىي: )) دورة حمض الستريؾ انتقاؿ اإللكترونات األكسدة الفوسفورية (( وجميعيا تقع داخؿ الميتوكندريا في حيف يحدث مسار أؿ glycolysis في السيتوبالز. 3- المفاعالت الكيميائية ىي اإلناء أو الحيز الػػػذي يحدث فيو تحػويؿ المواد المتفاعمة إلػػى نواتج أي يحدث فيو التفاعؿ والمفاعالت في أبسط أنواعيا نجدىا في حياتنا اليومية كالقدر الذي يت فيو طيي الطعا فيو عبارة عف مفاعؿ بسيط وكذلؾ إبريؽ الشاي. كذلؾ نجد المفاعالت في صور أكػػػػػػػػثر تعقيدا كما في المعامؿ والمختػػب ارت الطبية كالمخابر والدوارؽ التي تت فييا العمميات الكػػػػػػػػػػيميائية المختمفة ىي عبارة عف مفاعالت ويزداد التعقيد عند النظر إلى المفاعالت الضخمة النووية مثال والطبية التي يت إنتاج األدوية فييا وكذلؾ المفاعػػالت الحيوية. وتعتبر المفاعػػالت الحيوية ىي القػمب لمتقػػػنية الكػيميائية الحيوية. 1-3 تصنيف المفاعالت الكيميائية إف المفاعالت الكيميائية سيمة التصنيؼ مف حيث شػػكميا وت اركيبيا وأنيا غير معقدة مف حيث طريقة تشغيميا فعند التفاعؿ الكػػػيمػػيائػي لمطػػور السػػػػػػائؿ مثال فال نحتاج إال 71

71 لبعض القوارير واألحواض في المعمؿ وغيرىا مف األشػيػػاء البسيطة. ففػػي ىػػػػػذا البحث سوؼ ندرس عممية إنتاج حمض الستريؾ بمفاعؿ الخمط الميكانيكي.)STR( مفاعل الخمط الميكانيكي )STR( وىو عبارة عف خ ازف بو جياز لمخمط وىو غالبا ما يكوف بيف الطوريف السػػػػػػػائؿ والغازي.)Liquid-Gas( تستعمؿ المفاعالت ذات الخمط الميكػػػػػػػانيكي STR في بعض الصناعات الطبية والغذائية ولػػػػكف مثؿ ىذه الت اركيب تنتزع بقدر ما استػػػيالؾ طاقة عالية جدا. الشكؿ رق )1( يوضح ىذا النوع مف المفاعالت ]3[. الشكؿ )1( مفاعؿ الخمط الميكانيكي ]5[ STR 71

72 تصنيف المفاعالت حسب كيفية حدوث التفاعالت -1 المفاعالت المغمقة Reactors( )Batch ويطمؽ عمييا أحػيانا بذات الدفعات ويعتبر ىذا الػػنوع مف المفاعالت غالية الثمف جدا وتستعمؿ في الحصوؿ عمى كميات قميمة ويعتبر ىذا النوع مف المفاعالت سيمة التحك. -2 المفاعالت ذات السرياف المستمر ( Reactors ) Continues وىي مفاعالت تتميز بمواصفات عكس األولى فالمفاعالت ذات الخمط اليوائػػػػػػي وذات السػػػػػرياف األنبوبػػػي ALR BCR PFR( ) فيي تختمؼ مف شػػػكؿ إلى آخر مف حيث التصمي وىذا يمكف أف يميزىا كونيا أجيزة ذات تصمي بسيط نسبيا مف حيث استيالؾ طاقة منخفضة وممكية نقؿ جيدة ]4,.5[. 4 التجارب العممية: جيز المفاعؿ الخمط الميكانيكي STR وحدة تجييز لمسيطرة )التحك( وقيػػػػاس %O 2 و سرعة الخمط ( r min ) دورة المبيف بالشكؿ رق )2( باالتي: امضية ph الح بالدقيقة وكذلؾ و نسبة األكػػسجيف درجة ح اررة المفاعؿ. كمػػا ت ربط األجيزة الموصمة بالمفاعؿ بجيػػاز حاسوب وطػػػابعة لطبع القي المقاسػػة. روتاميتر لقياس نسبة التدفؽ لميواء عند فتحة الدخوؿ في المفاعؿ. وحدة قياس الضغط وح اررة اليواء الداخؿ والخارج بالمفاعؿ. قطب ph قطب األكسجيف O 2 محرؾ الخالط الحج المستعمؿ في ىذا المفاعؿ ىي 4L. 2L وأنبوب أخذ العينات. تربػػط جميع األجيزة بعد أف يت التعقي الػػػػػكامؿ لجميع أج ازء المفاعؿ أي قبؿ البدء فػػي التجربة. كما يت تعقي الحج المستعمؿ في كؿ التجارب. ]7,6[ 72

73 الشكؿ )2( يبيف األج ازء المكوف منيا مفاعؿ الخمط الميكانيكي STR المستخد بالتجربة ]5[ 73

74 1.4- خطوات التجارب 1- يت تعقي جميع أج ازء المفاعؿ ويت تعقيمو عف طريؽ جيػػػاز التعقي األوتوكالؼ )Outoklav( وفي درجة ح اررة ( 0 120C( ولمدة 40 دقيقة كما يعق المحموؿ والحج المستعمؿ في كؿ تجربة. 2- يت توصيؿ المفاعؿ بجميع األجيزة المطموبة ويضاؼ إليو الحج المطموب وتثبت كػؿ مف درجة الح اررة عند 32 C 0 و ph ما بيف ) ( 3- يت فتح صما تدفؽ اليػػػػػػواء إلػػػػػػػى المفػػػاعؿ والػػػذي يجب أف يكػػػػوف مػػػا بيف قيمة )0.55-3( vvm كما يجب أف ال تقؿ نسبة األكسجيف بالمفاعؿ أقؿ مف %10 4- معدؿ الخمط لممفاعؿ في المدى ما بيف ( ( وفي بعض م ارحؿ التخمر 700rpm 5- توضع نسبة معينة مف المواد الداخمة حسب الجدوؿ )2 3( 6- يوضع حج مف الكائنات الحية بالمفاعؿ وىي نوع مف أنواع الفطريات والتي تسمى اإلسبيرجيموس نيجر niger( )The Aspergillus 7- نأخذ العينة في كؿ زمف معيف ث نقو بمعالجتيا معالجة العينة: نأخذ العينة و توضع في جياز فصؿ ( )Centrifug بسرعة r\m( 18000( لمدة 10 دقائؽ. بعد ذلؾ تنقؿ المادة السائمة إلػػى جياز التحميؿ. والباقي يجفؼ تحت درجة ح اررة (80-90( C 0 وذلؾ لمحصوؿ عمى وزف ثابت مف الكتمة الحيوية. وعف طريؽ جياز Chromatographic يت تحميؿ المػادة السائمة المفصولة ويمنحنا القي المقاسة بيذا الجياز مف األحماض والتي مف بينيا حمض الستريؾ. وكذلؾ يت تحميؿ السػكر )السكروز - الجموكوز - الفركتوز(. 74

75 جدول )2( تركيب محمول التخمر A جدول )3( تركيب محمول التخمرB 75

76 تركيب محموؿ التخمر A )جدوؿ 4 ( 2.4- نتائج التجارب المعممية: تجربة 1- الحج 2 لتر وباستعماؿ جدول )4( تركيز السكر وحامض الستريك الزمن الع نة hr( ) سكروز g/l جلوكوز g/lفركتوز g/lحمض ستر ك g/l / / / / / / / / /8 ويوضح الشكؿ) 3 ( العالقة بيف الزمف نسبة تركيز انواع السكر الثالثة 76

77 اما الشكؿ رق )4( فيو يوضح العالقة بيف تركيز حمض الستريؾ مع الزمف الشكؿ )3( تركيز السكر مع الزمف الشكؿ )4( تركيز حامض الستريؾ مع الزمف أثناء التجربة 77

78 تجربة 2- الحج 4 لتر وباستعماؿ تركيب محموؿ التخمرB )جدوؿ 5 ( ويوضح الشكؿ) 5 ( العالقة بيف الزمف نسبة تركيز انواع السكر الثالثة في التجربة 2 اما الشكؿ رق )6( فيو يوضح العالقة بيف تركيز حمض الستريؾ مع الزمف في التجربة 2 جدول )5( تركيز السكر وحامض الستريك g/l فركتوز g/lجموكوز g/lسكروز ( hr )الزمن العينة 2/ ح ضم ستريك g/l 2/ / / / / / / / / / / / /

79 الشكؿ ( 5( تركيز السكر مع الزمف الشكؿ )6( تركيز حامض الستريؾ مع الزمف أثناءالتجربة 79

80 جدوؿ )6( يبيف معمومات جميع التجارب ونتائجيا النتائج والمناقشة نالحظ مف التجارب السابقة -1 الفركتوز( ىي تركيز السكر يتناقص مع الزمف وذلؾ الستيالؾ السكر)السكروز الجموكوز 2- أف تركيز الحمض يت ازيد مع مرور الزمف واف اعمي قيمة لمحامض متحصؿ عمييا 87 ج ار بالتر وفي زمف 257 ساعة -3 منحنى الجموكوز والفركتوز يكونا قريباف مف بعضييما البعض مف حيث الشػػكؿ خالؼ ما يحدث في منحػػنى السكروز ويرجع ذلؾ إلى أف تركيز الجموكوز والفركتوز يحدث فيو تعويض لمفاقد مف السكر الذي قبػمو وال يحػػدث ىذا التعويض في حالة السكروز.

81 4- نالحػػػظ أف بمرور زمف التخمر تكوف ىناؾ زياده إيجابية بالنسبة لكمية حمض الستريؾ. 5- كمية الحمض الناتجة في التجربة )2( أكبر منيا في التجربة )1( )) 2 (( الخالصة مف خالؿ النتائج تبيف لنا اف عنصر النحاس والذي يضػػػػػػػاؼ عمى شػػػػػػػكؿ المركب )Cu(No 3 ) 2. 3H 2 o لو تأثيره السمبي عمى كمية الحمض الناتجة حيث تمت اضافتو في التجربة )1( كما ىو موضػػح. إف فوائد مفاعؿ الخمط الميػكانيكي فوائػػػػد يعزى سببيا إلػػى انتظا درجة الح اررة والضغط والت اركيب داخؿ المفػاعؿ نتيجة المزج المستمر حيث يمكف تشغيؿ ىذا النوع مف المفاعالت عند ظػػػروؼ درجة الح اررة الثابتة حتى عندما تكوف درجة ح اررة التفاعؿ عػػالية فيو أمر غير ممكف في المفاعالت األنبوبية الطويمة. إف إمكانية التشغيؿ بظروؼ درجة الح اررة الثابتة تعتبر صفة مميزة مفيدة لمفاعؿ الخمط الميكانيكي إضافة إلى ذلؾ فإف الحجو الكبيرة لمفاعؿ الخمط الميكانيكي ستوفر لمزيج التفاعؿ زمف مكوث طويؿ. إف ىاتيف الخاصيتيف ستمكننا مف تشغيؿ المفػػػاعؿ لدرجػػات الح اررة المثمػػى لفت ارت زمنية طويمة وعند التفاعالت المضاعفة االختصا ارت ALR BCR STR PFR مفاعؿ الخمط اليوائي مفاعؿ فقاعي مفاعؿ الخمط الميكانيكي مفاعؿ التدفؽ األنبوبي 81

82 الم ارجع ]1[. لينينجر. أساسيات الكيمياء الحيوية. الجزء األوؿ. النسخة المترجمة مف قبؿ الدكتور عدناف تمفاف أحمد الميداوي. بنغازي. دار الكتب ؼ. ص ]2[. لينينجر. أساسيات الكيمياء الحيوية. الجزء الثاني. النسخة المترجمة مف قبؿ الدكتور عدناف تمفاف أحمد الميداوي. بنغازي. دار الكتب ؼ. ص. 301 [1]. Lever Spiel: Chemical reaction Engineering, p. ( ) [2]. Chriastel, L.: Bioreactory (bioreactors), STU Slovakia, [3]. Onken, U, and Weiland, p. : in advances in Biotechnological processes '' 1, Alan R Liss Inc, (new york ), (1983) p [4]. Christi, M. Y, and Moo Young, M: Biotechnology (1987) [5]. Deckwer,W,D:Biotechnology, vol 2, chapter 20, (1989), pp 445. [6]. Christi, M.Y : Airlift Bioreactor, Elserier Science Publ. (1989). [7]. Masheti.A Mixing (homogenization) times in Pneumatically bioreactors, STJ,

83 واقع اىتعي اىتق واىفجىة ب ه وب اىتعي األمبد أ. محمود عمي العامري محاضر بالمعيد العالي لمتقنيات اليندسية سبيا 0< Mahmud261320@Gmail.com الممخص استفاقت بعض المؤسسات بالدولة الميبية لمحاولة مواكبة عصر التطور باالستفادة مف ميا ارت طالب الجامعات فقط مع تيميشي التا لطالب المعاىد التقنية العميا وذلؾ بسبب النظرة السمبية لمتعمي التقني والذي كاف سببو عدد مف العوامؿ والتي سيت ذكرىا بيذه الورقة البحثية فمنذ حوالي 22 عاما بالرغ مف انتشار المعاىد العميا والكميات التقنية التابعة لمتعمي التقني ولكف يبقى تفوؽ طالب الجامعات األكاديمية واالىتما بي واقامة المسابقات الخاصة بي وايفادى لمد ارسة بالخارج ىو سبب تقدمي عمى طالب المعاىد التقنية العميا وعزوؼ أولياء أمور الطالب خريجي الثانويات العامة لتسجيؿ أبنائي لمد ارسة بيذه المعاىد األمر الذي أثر سمبا عمى ىذه المعاىد وأنعكس إيجابا عمى تقد الطالب بالتعمي األكاديمي لذا سأوضح بيذه الورقة األسباب التي أدت إلى تفوؽ طالب الجامعات األكاديمية عمى طالب المعاىد التقنية العميا واألسباب التي أدت تدني مستوى المعاىد العميا بالدولة الميبية وأىميا الصرعات اإلدارية بيذه المعاىد وما ىي اإلج ارءات الواجب اتخاذىا المتمثمة في التوصيات لمحاولة انقاذ ىذه المعاىد مف االنييار لو بقيت عمى ما ىو عميو. Abstract Some institutions in the Libya government has waken for follow development epoch by benefiting from skills of university students only, with marginalization of higher technical institutes students because the negative view for technical education that was caused by numbers of happened which will explain in this paper. 83

84 Since 22 years ago despite spread of higher institutes and technical colleges of technical education but superiority still of academic students universities and care them establishment their competitions send them study to other countries was the reason for their advancement on students of higher technical institutes. That led refusal parents register their sons study at these institutes. That affected negatively on these institutes and reflected positively on progress students in academic universities. So I will explain in the paper reasons made students in the academic universities better than from students in the higher technical institutes. and reasons that led institutes impairment in Libya government and the most important struggle that has been happening in institutes management and what procedures should take and represent as recommendations to try save these institutes from drop down or collapse? If still, remain on what they are. اى قذ ت حققت الدوؿ العربية واآلسيوية إنجا از متقدما عمى المستوى التعميمي واالقتصادي وذلؾ باالستفادة مف قد ارت وميا ارت الطالب الخريجيف مف الجامعات والمعاىد التطبيقية وذلؾ مف خالؿ إش اركي في مؤتم ارت محمية ودولية واقحامي في مشاريع وأبحاث تعود عمى الدولة بالنفع لخدمة كؿ م ارفقيا بدع مف القطاعات الخاصة والحكومية بدوف استثناء األمر الذي جعؿ مف ىذه الدوؿ مصدر إزعاج لمعدو اإلس ارئيمي حيث يقو الموساد اإلس ارئيمي بالتخمص مف ىذه الكوادر واغتياليا كالميندس التونسي محمد الزواري الذي اغتيؿ يو 15 ديسمبر سنة 2016 بمدينة صفاقس التونسية بسبب إش ارفو عمى مشروع تطوير طائ ارت بدوف طيار التي أطمؽ عمييا اس أباب ل 4 ومشروع الغواصة المس يرة عف بعد الذي يعمؿ عميو في اغتياؿ األكاديمي الفمسطيني فادي البطش يو مشروع بحثة لرسالة الدكتو اره وكذلؾ أبريؿ سنة بإطالؽ 14 رصاصة عميو أثناء توجيو إلى إحدى المساجد القريبة مف منزلو بالعاصمة الماليزية كوااللمبور ألداء صالة الفجر حيث تحصؿ األكاديمي فادي البطش عمى درجة الدكتو اره 84

85 مف جامعة المالية بكواللمبور, ولديو ب ارءة اخت ارع في زيادة كفاءة شبكات الطاقة الكيربائية كما اخترع جياز تحسيف نقؿ الطاقة الكيربائية. ولكف في الدولة الميبية ومنذ حوالي 22 عاما ل يحدث أي تطور بأغمب القطاعات الحكومية العامة بسبب تعاقد الدولة مع شركات خارجية لخدمة م ارفؽ الدولة ول تمتفت الدولة لمحاولة إش ارؾ قطاع التعمي واالىتما بشكؿ عا وباألخص التعمي العالي التقني الذي يض معظ التخصصات التطبيقية الخدمية لترس خطة متوسطة األمد لالستفادة مف الطالب الخريجيف مف المعاىد التقنية العميا والذيف حرموا لفترة ما يقارب العقديف أي مف سنة 1990 وحتى سنة 2008 مف إيفادى لمد ارسة بالخارج األمر الذي أحدث فجوة وتسببت بتدني مخرجات التعمي التقني عمى مستوى الدولة الميبية بالوقت الحالي. مشكمة البحث تناقش ىذه الورقة البحثية واقع التعمي التقني لممعاىد العميا وما ىي المشاكؿ التي أدت إلى تدني مستوى الطالب بالمعاىد العميا والكميات التقنية ولماذا قامت و ازرة التعمي العالي قبؿ فصؿ إدارة المعاىد عنيا بتيميش المعاىد العميا حتى برز طالب التعمي األكاديمي لمجامعات عمى طالب المعاىد وما ىي األسباب التي أدت لزيادة انخفاض مستوى التعمي التقني بسبب مركزية إدارة التعمي التقني التي تقؼ عاجزة عف حمحمة المشاكؿ التي تحدث بالمعاىد العميا والتقنية التابعة ليا المنتشرة عمى نطاؽ جغ ارفي متباعد في الدولة الميبية وكيؼ ساىمت المشاكؿ والص ارعات القبمية بالمدف والمناطؽ الواقعة بيا بعض المعاىد في تدني التعمي التقني. أىداف البحث 4. تسميط الضوء عمى مفيو التقني وتعريفو وتعريؼ المعاىد التابعة لمتعمي العالي التقني بالدولة الميبية والميا ارت المكتسبة لخريجي ىذه المعاىد. 5. واقع التعمي التقني لممعاىد العميا بالدولة الميبية والمشاكؿ والمعوقات التي يمر بيا. 85

86 6. المركزية اإلدارية إلدارة المعاىد التقنية العميا والمشاكؿ التي تعجز عف حمحمتيا واألض ارر المترتبة عمى ىذه المركزية. 7. الموائح والمواد التي ت تجاوزىا بمعاىد التعمي التقني والتي أدت إلى مخرجات ضعيفة أثرت سمبا عمى الطالب الخريجيف مف المعاىد التقنية العميا. 8. الفجوة التعميمية ألعضاء ىيئة التدريس بالمعاىد العميا. 9. األسباب التي أدت إلى استق ارر التعمي األكاديمي تفوؽ طالب الجامعات عمى طالب المعاىد التقنية العميا. :. األسباب التي أدت إلى تدني مستوى التعمي بالمعاىد العميا 1. مفيوم التعميم التقني 1.1 تعريف التعميم التقني التعمي التقني ىو التعمي الذي يعتمد عمى التدريب التطبيقي الحرفي أو الميني بالمعاىد العميا باإلضافة لممواد النظرية التي يدرسيا الطالب لتدع ساعات المقر ارت الد ارسية حتى يستوفي الطالب كامؿ الساعات الد ارسية المقررة بالتخصص الد ارسي أي أف التعمي التقني يعتمد عمى التدريب العممي بمجاؿ التخصصات التقنية بمدة ال تتجاوز الثالثة سنوات لدى يتجو إليو الطالب خريجو المعاىد المتوسطة ألف الد ارسة بيذه المعاىد تعتمد عمى العمؿ التطبيقي بالمعامؿ أو الورش المتوفرة بيذه المعاىد التقنية العميا. 2.1 المعاىد التقنية والفنية بالدولة الميبية حتى عا 2015 وصؿ عدد المعاىد بالدولة الميبية إلى 100 معيد منذ سنة 1976 موزعة عمى مدف ومناطؽ ليبيا مقسمة كالتالي 8.:5 % معاىد صناعية :.49 % معاىد فنية ;.40 % معاىد تجاري يت تدريس فييا التخصصات المينية وذلؾ في مجاؿ األعماؿ المالية واإلدارية واإللكترونية والمحا والتبريد والتكييؼ والفندقة والسياحة فالمعاىد المصنفة في ليبيا ضمف المعاىد العميا لمميف الشاممة موزعة بالمدف ( مص ارتة 86

87 وال ازوية وبني وليد وقصر بف غشير وسبيا ومسالتة والخمس والعزيزية وبنغازي وسرت والواحات والزى ارء ونالوت وصب ارتة وسوكنة. تخرج مف ىذه المعاىد العديد مف الطالب الذيف انخرطوا بكافة القطاعات المؤسسات بالدولة كما تميز ىؤالء الخريجوف بالميا ارت العالية نظ ار لمتعمي الجيد الذي تمقوه أثناء فترة د ارستي بالمعاىد العميا سابقا قبؿ سنة 2011 أما الميا ارت التي يتميز بيا خريجي المعاىد العميا والتي اكتسبوىا أثناء فترة د ارستي تتفوؽ بشكؿ عا عف ميا ارت خريجي الجامعات األكاديمية فعمى سبيؿ المثاؿ ط ر ح موضوع المفاضمة بيف خريجي كمية الطب وخريجي معيد التمريض عمى قناة MBC بالمممكة السعودية حيث تطرقت القناة بإحدى الب ارمج بأف الممرضات ليف ميا ارت فائقة وخبرة كبيرة بالتعامؿ مع المرضى كحقف اإلبر وقياس ضغط الد ودرجة ح اررة الجس وتشخيص األم ارض وذلؾ بسبب الدروس التطبيقية التي تمقينيا أثناء فترة الد ارسة بينما خريجي كميات الطب حديثي التخرج ليست لي أي أدنا فكرة لمتعامؿ مع المرضى بؿ أدى األمر إلحدى الطبيبات المتخرجات مف كمية الطب إلى حقف 3 أطفاؿ بد ليس مف نوع فصيمة دمي مما أدى إلى وفاتي األمر الذي جعؿ.2 المممكة السعودية ت عيد النظر بدع معاىد التمريض وكذلؾ بطرح مواد تدريبية لكؿ الجامعات الطبية لتأىيؿ الطالب الدارسيف فييا قبؿ تخرجي وذلؾ لتقميؿ نسبة األخطاء التي يرتكبيا الخريجوف ممف ي ازولوف مينة الطب بالمستشفيات العامة والعيادات الخاصة بالمممكة السعودية. واقع التعميم التقني بالدولة الميبية ال يحبذ أغمب الطالب الحاصميف عمى شيادة التعمي الثانوي وأولياء أمورى بتسجيؿ أبنائي لمد ارسة بمعاىد التعمي التقني العميا كما ال يتجو ليذا التعمي إال ذوي المستويات المتوسطة مف محصمة التعمي الثانوي باستثناء طالب المعاىد المتوسطة حيث أف الكثير مف الطالب يقدموف عمى التسجيؿ في الجامعات األكاديمية ككميات الطب والعمو واليندسة وغيرىا مف الكميات األكاديمية ول يقؼ األمر عند ىذا الحد فقط فعند تخرج الطالب مف منابر المعاىد العميا المحسوبة عمى التعمي العالي التقني يواجو 87

88 الخريجوف مشكمتيف أساسيتيف أوليما صعوبة مواصمة التعمي األكاديمي لمحصوؿ عمى شيادة الماجستير حيث ي رفض أغمب خريجي المعاىد التقنية العميا مف التسجيؿ في الجامعات الميبية وذلؾ بحجة تدني مستوياتي التعميمية وبأني غير مؤىميف أكاديميا لد ارسة الماجستير كما إف عدد ساعات المقر ارت الد ارسية التي درسوىا بالمعاىد العميا ال تستوفي الساعات التي درسيا الطالب األكاديمي بالجامعة فيتجو عندىا الطالب لمد ارسة عمى حسابو الخاص خارج ليبيا بكوف أف بعض الجامعات بالدوؿ األسيوية ليست لدييا مشكمة بقبوؿ الطالب الحاصميف عمى مؤىالت مف المعاىد التقنية العميا وفي حالة تجاوز الطالب صعوبات التسجيؿ وق بؿ بإحدى الجامعات الحكومية الميبية لد ارسة الماجستير وأنيى الطالب د ارسة لماجستير أو تحصؿ عمى مؤىمو خارج الدولة الميبية كالىما سيواجو مشكمة التوظيؼ كعضو ىيئة تدريس بالجامعات األكاديمية وذلؾ بسبب الموائح اإلدارية لمتوظيؼ بيذه الجامعات حيث أف كؿ مف يريد أف يتوظؼ بالجامعات األكاديمية مف الحاصميف عمى شيادة الماجستير يجب أف يكوف خريج جامعة أكاديمية وليس معيدا تقنيا وىذا يعتبر مف الثوابت لموائح وقوانيف الجامعات التي ال يت تجاوزىا إال في الضروريات القصوى أي يعتبر التمسؾ واالنضباط بمواد الموائح لمجامعات معيار ثابت حافظ عمى جودة مخرجاتيا في أغمب الجامعات بالدولة الميبية. ىذه ىي النظرة السمبية لمتعمي التقني بالمعاىد ليس ىذا وحسب فقبؿ استحداث الييئة الوطنية لمتعمي التقني والفني وعندما كانت المعاىد العميا تتبع و ازرة التعمي العالي والبحث العممي كانت تقتصر المنح الد ارسية بالخارج عمى الطالب المعيدوف بالجامعات فقط بينما كاف المعيدوف في المعاىد العميا يقتصر عممي اإلش ارؼ عمى المعامؿ والورش في المعاىد العميا بعد تخرجي وحرماني مف فرصة إيفادى لمواصمة د ارستي العميا بالخارج والممنوحة مف الدولة الميبية بؿ كاف يقتصر بعثي ألخذ دو ارت تدريبية بإيطاليا ومالطا وغيرىا مف الدوؿ القريبة مف الدولة الميبية لمدة ال تتجاوز السنة وعند إتمامي ليذه الدو ارت يرجع المتدربوف لم ازولة ميني كمشرفي معامؿ وورش بالمعاىد العميا. 88

89 3. اإلدارة المركزية لممعاىد العميا والمشاكل التي تعجز عن حمحمتيا يوجد بالدولة الميبية تسعة عشر جامعة موزعة عمى مدف ومناطؽ الدولة الميبية حيث أف بعض الجامعات ليا كميات تابعة ليا بمدف أخرى ككميتي اليندسة بب ارؾ الشاطئ التابعة لجامعة سبيا والتي تقو بتدريس عدة تخصصات ىندسية وتقنية لكف كؿ الجامعات بالدولة الميبية والكميات التابعة ليا تنطوي تحت إدارة التعمي العالي وكؿ جامعة ليا عميد واحد ومي ازنية خاصة بيا ولكف ينضيما قوانيف ولوائح موحدة عمى مستوى ادارة التعمي العالي وذلؾ بخالؼ المعاىد التقنية العميا التي تنتشر عمى نطاؽ جغ ارفي بكؿ مدف ومناطؽ الدولة الميبية حيث وصؿ عددىا إلى ما يقارب 105 معيد عالي و 5 كميات تقنية تتبع و ازرة التعمي التقني العالي وكؿ ىذه المعاىد تتبع مباشرتا إدارة واحدة وىي إدارة المعاىد التقنية العميا والتي ال يوجد ليا ضوابط وقوانيف موحدة تضبطيا بؿ يعمؿ كؿ معيد مف المعاىد وفقا لقوانيف داخمية غير موحدة مع باقي المعاىد أي ال يوجد مناىج ثابتة وال تخصصات موحدة وتعاني ىذه المعاىد الكثير مف المشاكؿ الصرعات والتي تقؼ إدارة المعاىد عاجزة عف حمحمة ىذه المشاكؿ كما أسمفنا الذكر ومف ىذه المشاكؿ نذكر منيا التالي الص ارعات اإلدارية لموصول لمنصب إدارة المعيد غالبا ما تحدث الص ارعات بإدا ارت المعاىد العميا لموصوؿ لمنصب إدارة المعيد بسبب عد وجود إدارة مركزية تقو بتعييف واختيار مدي ار لممعيد وفقا لضوابط معينة مع م ارعاة عامؿ الخبرة الختيار مدير المعيد حيث يت استخدا الطالب كوسيمة ضغط في ىذه الص ارعات إلجبار المدير لمتخمي عف منصبو وذلؾ بمجوء أعضاء ىيئة التدريس لالعتصا وايقاؼ الد ارسة بالمعيد بتغيبي عف المحاض ارت واغالؽ قاعات المحاض ارت واقناع الطالب بعد وجود د ارسة بالمعيد وضرورة تغيير المدير الذي ال يوفر لي متطمباتي الد ارسية فعندىا يت إيقاؼ الد ارسة لفصؿ د ارسي أو فصوؿ د ارسية متواصمة كما حدث بالمعيد العالي لمطي ارف بأسبيعة سنة 2013 والمعيد العالي لمتقنيات اليندسية 89

90 بمدينة سبيا بداية الفصؿ الد ارسي خريؼ 5049-:504 والذي أدى لتأخير بداية الفصؿ الد ارسي. كما أداء عد وجود إدارة مركزية لممعاىد العميا موزعة عمى أقالي ف ازف وبرقة وط اربمس جعؿ تعيينات مد ارء المعاىد تفرض بشكؿ أساسي مف داخؿ أف ارد بالمعيد قد يكونوف أعضاء ىيئة التدريس أو مف موظفوف باإلدارة فيختاروف ىؤالء األعضاء شخص ليس لديو خبرة أو حتى مؤىؿ د ارسي عالي لكف تربطي بيذا الشخص مصالح مشتركة أو صالت ق اربة أو مف يت اختياره يكوف عمى أساس قبمي بكوف أف ىذا الشخص ينتمى لمقبيمة األكبر المسيطرة عمى المنطقة الواقع بيا المعيد كما حدث في إحدى مناطؽ الجنوب الميبي حيث قا إحدى المد ارء بالمعاىد العميا بوريث إدارة المعيد إلحدى أبنائو قبؿ تقعده وبيذا الشكؿ ال يت اختياره مدير المعيد بناء عمى كفاءتو أو خبرتو حتى لو كاف مف ذوي المؤىالت الجامعية وفي كال الحالتيف إذا ت اختيار المدير مف داخؿ إدارة المعيد ييت ىذا المدير بتحسيف صورتو باىتمامو بالمظير الداخمي لممعيد دوف االلتفات لممشاكؿ الذي يعاني منيا الطالب كما سيوجو كؿ اىتمامو لألمور المالية بعقد الصفقات مع الشركات الخارجية لصيانة القاعات وش ارء األثاث بعيدا عف مشاكؿ الطالب وبيذه المشكمة ال تتدخؿ إدارة المعاىد العميا وال الييئة الوطنية لمتعمي الفني والتقني بأي شكؿ مف اإلشكاؿ بتعييف مدير المعيد في حاؿ بؿ تساعد بشكؿ داع بحؿ الخالفات التي تحدث بسبب ىذه المشكؿ بإرساؿ مندوبيف لالطالع عمى المشكمة ومحاولة تقييميا. 4. الموائح والمواد التي تم تجاوزىا بمعاىد التعميم التقني والتي أدت إلى مخرجات ضعيفة أثرت سمبا عمى تحصيل الطالب الخريجين من المعاىد التقنية العميا. 1.4 عدم تطبيق الفقرة الثالثة من المادة 5 لمفصل الثاني لموائح التعاقد مع أعضاء ىيئة التدريس تنص الفقرة 3 لممادة 5 لمفصؿ الثاني مف لوائح التعاقد مع أعضاء ىيئة التدريس عمى أف يكوف تقدير المتقد لمحصوؿ عمى وظيفة أستاذ مساعد بالجامعات أو المعاىد العميا 91

91 لممؤىؿ الجامعي أو شيادة الدبمو العالي أف يكوف تقديره جيد فما فوؽ أي بنسبة %65 كأقؿ نسبة تقدير لكف في بعض المعاىد العميا ت التجاىؿ تطبيؽ ىذه الفقرة لممادة 5 وذلؾ إما نظ ار لمنقص الحادة ألعضاء ىيئة التدريس أو فتح أقسا جديدة ليس بيا أعضاء ىيئة تدريس مسبقا فيت تجاوز ىذه المادة أو يت تعييف أعضاء ىيئة التدريس في بعض المعاىد بناء عمى العالقة االجتماعية لمشخص المتقد بمدير المعيد أو إحدى رؤساء األقسا العممية مع التجاىؿ التا لموائح ومواد التي تخص قبوؿ أعضاء ىيئة التدريس مما يؤدي لقبوؿ أعضاء ىيئة تدريس ضعيفوف عمميا وتطبيقيا فكيؼ لعضو ىيئة تدريس كاف ضعيفا في د ارستو بالمرحمة الجامعية أف ي قبؿ بالجامعات أو المعاىد العميا ليكوف إحدى كوادر التعمي العالي التقني وبيذا السبب نجد بعض أعضاء ىيئة التدريس ليست لديي المعمومة إلعطائيا لمطمبة وخصوصا في المواد العممية التطبيقية التي تكوف كؿ ساعاتيا الد ارسية عبارة عف تطبيؽ بالمعمؿ كما إف بعض المحاضريف يحولوف المواد العممية التطبيقية إلى مواد نظرية يقوموف بتدريسيا مف مناىج أما منسوخة مف مواقع التواصؿ االجتماعي أو مطبوعة مسبقا مف مناىج سابقة مف إحدى أعضاء ىيئة التدريس. 2.4 عدم تطبيق المادة 7 لمفصل الثاني لموائح التعاقد مع أعضاء ىيئة التدريس تنص المادة 7 مف الفصؿ الثاني لموائح التعاقد مع أعضاء ىيئة تدريس بالجامعات والمعاىد العميا عمى خضوع عضو ىيئة التدريس عند التعاقد لفترة اختبار تحدد مدتيا في نصوص مواد عقد العمؿ المبر بالخصوص وال تنسب لو صفة عضو ىيئة التدريس إال بناء عمى تقرير مف قس الشؤوف العممية يثبت فيو نجاحو بميمتو ولكف في بعض المعاىد العميا يت قبوؿ والتعاقد مع أعضاء ىيئة التدريس بدوف أي تجربة تذكر أي قبؿ مرور فصؿ د ارسي واحد أو فصالف د ارسياف عمى بداء تعاونو بالمعيد وبدوف لجنة تقيي ليصبح ىذا المتقد عضو ىيئة تدريس قا ار بالمعيد ىذا األمر يرجع لضعؼ إدارة المعيد وعد م ارعاة مصمحة الطالب حيث أف بعض المعاىد 91

92 وأغمب الجامعات ال تقو بقبوؿ أي عضو ىيئة تدريس لدييا إال بعد مرور فصميف د ارسييف أو فصال ص د ارسيا واحدا عمى األقؿ كما ال تقو بإرساؿ ممفات المتقدميف وقبولي إال بعد تشكيؿ لجنة تقو بتقيي أداء المتقدميف لمتعييف بالمعيد المتقد إليو كما أف كؿ الحاصميف عمى تقدير المقبوؿ مف خريجيف الجامعات يتجيوف مباشرتا لمتدريس بالمعاىد العميا والحصوؿ عمى تعيينات فييا وبيذا يت تعييف ىؤالء األشخاص كرؤساء أقسا عممية دوف أي خبرة تذكر ينعكس ذلؾ عمى تصرفاتو الغير مسئولة في توزيع المواد عمى المتعاونيف بدوف د ارية بتخصصات المتعاونيف وعد معرفة كفاءتي وخبرتي بتدريس المواد الموكمة لي وعندىا تكوف الكارثة عمى الطالب بعد تمقي تعمي جيد ومعمومات مفيدة وذلؾ بإعطائي دروس عممية بسيطة ال ترقى لمستوى الطالب بالمرحمة الجامعية واألمر الكارثي في ىذه التصرفات عد م ارعاة كفاءة المحاضريف بالمواد التي يت توزيعيا حيث يت توزيع المواد عمى األساتذة القاريف والمتعاونيف بحساب الساعات األكثر لحساب القيمة المالية المترتبة عمى أكثر عدد مواد دوف النظر لمفردات ىذه المواد التي سيقوموف بتدريسيا..5 الفجوة التعميمية ألعضاء ىيئة التدريس بالمعاىد يقصد بالفجوة التعميمية ألعضاء ىيئة التدريس بالمعاىد العميا ىي فترة انقطاع اإلفادات والمنح الد ارسية لمطالب المعيديف بالمعاىد مف سنة 1990 وحتى سنة 2008 حيث كانت المنح الد ارسية مقتصرة عمى المعيدوف بالجامعات ونتج عف ىذه الفترة عد وجود خريجوف مف حممة شيادة الماجستير يت تعييني بالمعاىد العميا وقامت الدولة الميبية حينيا باستجالب محاضريف والتعاقد مع دولي مف الجنسيات العربية كالع ارؽ واألردف ومصر ولو رجعنا لمفترة التي درسنا فييا مرحمة التعمي الثانوي مف سنة 1993 وحتى سنة 2005 نجد أف جؿ األساتذة الذيف قاموا بتدريس الطالب في المرحمة الثانوية أغمبي مف الجنسيات العربية حتى وصؿ األمر لمجامعات والمعاىد العميا التي تعاقدت 92

93 مع أعضاء ىيئة التدريس أجانب بتمؾ الفترة واستخدا المعيديف لتغطية المواد الد ارسية التي تبقى شاغرة لعد وجود أعضاء ىيئة تدريس متعاونيف لتدريس المواد الشاغرة في تمؾ الفترة وبسبب عزوؼ إدارة التعمي العالي عف إيفاد طالب المعاىد العميا أتجو أغمب المعيدوف بالمعاىد العميا لمؤسسة القذافي التي كاف ليا دور بإيفاد الطالب لمد ارسة بالخارج لكف تحت شروط تكاد مستحيمة أوليا االنتماء لممدرج األخضر أو حركة المجاف الثورية ومع ىذا ظمت ىذه الفجوة كبيرة حتى أصبح خريجي المعاىد العميا يدرسوف عمى حسابي الخاص بعد تيميش وحرماف مف ق ار ارت اإليفاد مف إدارة التعمي العالي التي أرت بأف الخريجيف مف ىذه المعاىد ال يصمحوف إال العمؿ بالورش والمعامؿ وذلؾ بسبب الفارؽ في الساعات التدريسية بيني وبيف طالب الجامعات لكف أدت استقاللية التعمي التقني وفصمو عف التعمي العالي األكاديمي إلصدار ق ار ارت إيفاد خاصة بالطالب األوائؿ والمعيد وأعضاء ىيئة التدريس القاريف لد ارسة الماجستير والدكتو اره بالخارج حيث وصؿ عدد الموفدوف بإحدى الق ار ارت ما يقارب 4600 طالب خريج ومعيد األمر الذي سمح لمخريجيف بمواصمة د ارستي العميا..6 األسباب التي أدت إلى استق ارر التعميم األكاديمي تفوق طالب الجامعات عمى طالب المعاىد التقنية العميا. 1.6 تطبيق الموائح والقوانين الموضوع من قبل التعميم العالي بالجامعات الميبية حافظت الجامعات عمى جودة مخرجاتيا وذلؾ بعد قبوؿ معيديف وأعضاء ىيئة تدريس بتقدير األقؿ مف الجيد قبؿ وبعد سنة 2011 أي أنيا ل تتجاوز القوانيف والموائح المعموؿ بيا بالجامعات إال في نطاؽ محدود جدا كما أف إدارة التعمي العالي ل تقؼ أبدا عف إيفاد الطالب المتفوقيف مف الجامعات والذيف يرجعوف بمحصمة تعميمية ممتازة يت نقميا لمطالب الجامعات الدارسيف بعد إتما د ارستي ورجوعو لمجامعات كأعضاء ىيئة تدريس أي أف بالجامعات. الفجوة التعميمية التي حدثت بالمعاىد العميا ل تحدث 93

94 2.6 فارق الساعات الد ارسية بالمقر ارت الد ارسية بين الجامعات والمعاىد العميا يدرس طمبة المعاىد العميا بمعدؿ 5 فصوؿ د ارسية وغالبا ما يكوف الفصؿ السادس بحث تخرج أو بحث تخرج مع مادتيف وبحسب الموائح المعموؿ بيا بإدارة المعاىد العميا فإف المقر ارت الد ارسية لطمبة المعاىد العميا تت اروح ما بيف 469 إلى 475 ساعة د ارسية لكؿ الفصوؿ الد ارسية لتكوف عدد سنوات الد ارسة لمطالب ىي 3 سنوات د ارسية بينما في الجامعات التابعة لو ازرة التعمي العالي والبحث العممي يدرس الطالب 155 إلى 4:0 ساعة د ارسية موزعة عمى 8 فصوؿ د ارسية بالنظا المفتوح في الكميات التقنية لتكوف مدة الد ارسة 4 سنوات د ارسية أما في الكميات اليندسية التقنية يدرس الطالب ما بيف 499 إلى 0;4 ساعة د ارسية موزعة عمى 40 فصوؿ د ارسية لتكوف مدة الد ارسة بيذه الكميات 5 سنوات د ارسية بنظا مفتوح وىذا الفارؽ ما بيف عدد الساعات لممقر ارت الد ارسية بيف طالب المعاىد وطالب الكميات األكاديمية يجعؿ مف طالب الكميات التابعة لمتعمي العالي طالب متمرسيف بمجاؿ تخصصاتي ولي القدرة عمى البحث عف موارد المعمومات التي تساعدى باكتساب معمومات إضافية مع المحاض ارت التي يتمقوىا أثناء وجودى بالقاعات الد ارسية وىذا ما يجعؿ طالب الكميات حريصيف عمى د ارستي وذلؾ بالتوجو إلى شبكة التواصؿ االجتماعي لمبحث عف الحموؿ وألجوبة وورقات البحث التي تجعؿ مني طالب ميتميف بمتابعة األخبار التي تنشر عمى مواقع وصفحات التواصؿ االجتماعي التي تقو بنشر أخبار التطو ارت والمسابقات العممية وىذا ماال يوجد عند طمبة المعاىد أما مف الناحية العممية فإف طمبة المعاىد العميا يدرسوف أكثر مف %60 مف المقر ارت الد ارسية كمواد تطبيقية بالمعامؿ األمر الذي يجعؿ طالب المعيد يعتمد بشكؿ أساسي عمى ما يتمقاه مف المواد العممية دوف المجوء إلى طرؽ أخرى لتحصيؿ المعمومة وذلؾ ما جعؿ طالب المعاىد ال يعتمدوف عمى مواقع التواصؿ االجتماعي لمحصوؿ عمى المعمومات والبحث عنيا كطالب الجامعات كما إف طالب المعاىد ضعيفوف أكاديميا ال يستطيعوف االعتماد عمى ما تمقوه أثناء فترة د ارستي بإعداد بحوثي التي ال تييئي لمدخوؿ في منافسات مع طمبة الكميات التابعة لو ازرة التعمي 94

95 العالي والبحث العممي في مسابقات محمية والتي مف النادر أف نجد طالب المعاىد يشاركوف فييا كما ت الذكر سابقا فإف فارؽ الساعات بيف طمبة المعاىد والكميات تسبب مشاكؿ مستقبمية لمطالب في حالة رغبتو بمواصمة د ارسة الماجستير األمر الذي يترتب عميو رفضي عند التقدي لمتسجيؿ بالجامعات الميبية وبعض الجامعات بالخارج بسبب عد استيفاء عدد الساعات الد ارسية المطموبة واف ت قبولي يت إضافة لي مواد استد اركية الستيفاء عدد الساعات الد ارسية قبؿ بدئي بد ارسة الماجستير. 3.6 المسابقات الدولية بميبيا ن ظمت في ليبيا اثناف مف أشير المسابقات لطالب المعاىد العميا والجامعات األكاديمية وىي مسابقة الريادة لطالب الجامعات والمعاىد العميا عمى حد سواء والتي تشرؼ عمييا و ازرة التعمي العالي والبحث العممي وجائزة ليبيا لإلبداع واالبتكار والتي تموليا وتدعميا شركتي المدار الجديد وشركة ليبيانا لمياتؼ المحموؿ واليدؼ مف ىذه المسابقات اختيار أفضؿ 6 بحوث تخرج لخريجوا الجامعات والمعاىد العميا ولكف ل تكف ىنالؾ أي مشاركة لطالب المعاىد العميا في ىذه المسابقات فعمى سبيؿ المثاؿ جائزة ليبيا لإلبداع واالبتكار والتي ن ظمت بمدينة ط اربمس سنة وبسبب بعض الظروؼ األمنية التي منعت إقامة المسابقة وحالت دوف حضور المشاركيف بيا بسبب ىذه الظروؼ فقد ت تقيي البحوث المقدمة مف المشاركيف وث اإلعالف عف نتائج ىذه المسابقة بشير نوفمبر سنة 5049 حيث كاف جؿ الطالب المشاركوف والفائزوف مف الجامعات األكاديمية والتقنية ول يكف ىنالؾ أي مشاركة مف طالب المعاىد العميا وىذا يعتبر سببا مف أسباب تحفيز طالب الجامعات لمتنافس وزيادة البحث وتقدمي عمى طالب المعاىد العميا والجداوؿ التالية أدناه تبيف الفائزوف مف الكميات والتي ل يكف أي مشارؾ مف طمبة المعاىد بيذه المسابقة... 95

96 جدول 1 الت ارتيب الثالثة لجائزة ليبيا لإلبداع بمجال اليندسة الميكانيكية واليندسية اسم الجامعة الترت ب عدد المشاركون األول الثان الثالث الثالث مكرر الثالث مكرر كل ة الهندسة التقن ة -هون كل ة الهندسة -جامعة مصراتة كل ة الهندسة -جامعة طرابلس كل ة الهندسة -جامعة مصراتة كل ة الهندسة طبرق-جامعة عمر المختار جدول 2 الت ارتيب الثالثة لجائزة ليبيا لإلبداع بمجال اليندسة المدنية اسم الجامعة الترت ب عدد المشاركون األول الثان الثالث الثالث مكرر كل ة الهندسة -جامعة طرابلس كل ة الهندسة -جامعة طرابلس كل ة الهندسة الخمس -جامعة المرقب كل ة الهندسة -جامعة طرابلس جدول 3 الت ارتيب الثالثة لجائزة ليبيا لإلبداع بمجال تقنية المعمومات اسم الجامعة الترت ب عدد المشاركون 6 5 األول الثان الثالث كل ة تقن ة المعلومات -جامعة بنغازي كل ة الهندسة -جامعة الزاو ة كل ة الهندسة الب ضاء -جامعة عمر المختار 6 96

97 جدول 4 الت ارتيب الثالثة لجائزة ليبيا لإلبداع بمجال اليندسة الكيربائية اسم الجامعة الترت ب عدد المشاركون األول الثان الثالث الثالث مكرر كل ة الهندسة -جامعة مصراتة كل ة الهندسة -جامعة طرابلس كل ة الهندسة -جامعة طرابلس كل ة التقن ة الصناع ة -مصراتة جدول 5 الت ارتيب الثالثة لجائزة ليبيا لإلبداع بمجال ىندسة النفط اسم الجامعة الترت ب عدد المشاركون األول الثان الثان مكرر الثالث كل ة الهندسة -جامعة الزاو ة كل ة الهندسة -جامعة طرابلس كل ة الهندسة -جامعة طرابلس كل ة الهندسة -جامعة طرابلس ومع وجود 408 معيد عالي تقني و 5 كميات تقنية تابعة لمتعمي التقني ال نجد مشارؾ واحد بقوائ الفائزيف مف ىذه المعاىد فما ىي األسباب الذي أدت ليذا وىؿ صدؽ وزير التعمي العالي والبحث العممي سنة 2005 الذي قاؿ بأف طالب المعاىد العميا غير مؤىموف إليفادى لد ارسة الماجستير بالخارج وأنى مستوى إيفادى ىو إرسالي إلخذ دو ارت تدريبية ث إرجاعي لمورش المعامؿ التي كانوا فييا... 97

98 األسباب التي أدت إلى تدني مستوى التعميم بالمعاىد العميا 1.7 تعتبر النقطة 1.4 التي سردت الص ارعات اإلدارية التي تحدث في بعض المعاىد لموصوؿ إلى منصب إدارة المعيد تعتبر مف النقاط الرئيسية التي تؤثر سمبا عمى تحصيؿ الطالب بالمعاىد العميا إذ يؤدي وصوؿ مد ارء غير مؤىميف ومفتقدي لمخبرة يؤدي ذلؾ إلى قيا اإلدارة الجديدة بتصفية الحسابات مع بعض المعارضيف لو والذيف وقفوا ضدىا قبؿ وصولي لإلدارة فبتالي يت بعدىا مف إقصاء بعض الكوادر مف أعضاء ىيئة التدريس أو تقدي طمبات انتقاؿ مف المعيد إلى أي جية أخرى تفاديا لممشاكؿ أو ما يترتب عميو بقائي بالمعيد مف مشاكؿ أو تيميشي أو محاسبتي األمر الذي يصؿ في بعض األحياف إلى إيقاؼ رواتبي وعزوفي مف ممارسة ميامي كأعضاء ىيئة تدريس وتوجيي إلى قاعات المحاضرة. 2.7 الص ارعات القبمية التي تحدث ببعض المدن أو المناطق الواقعة المعاىد تؤدي الص ارعات القبمية المسمحة التي تحدث بالمدف والمناطؽ الواقعة بيا المعاىد العميا والتي سبؽ حدوثو عمى سبيؿ المثاؿ بمدينة سبيا والتي يوجد بيا المعيد العالي لمميف الشاممة والمعيد العالي لمتقنيات اليندسية تؤدي إلى إيقاؼ الد ارسة بالمعاىد واقفاليا وبسبب ىذه الصرعات ت إيقاؼ الد ارسة بمدينة سبيا لمدة فصؿ د ارسي واحد وتكررت ىذه الن ازعات بيذه المدينة أدت إلى تأخير البداء بالد ارسة بيذه المعاىد ولكف ما أثر فعال عمى المعيد العالي لمميف الشاممة سبيا والذي أدى إلى إيقافو عف العمؿ تماما مف مدة 4 سنوات ىو تمركز إحدى الكتائب المسمحة بمقر المعيد ورفضيا الخروج منو وعد االنصياع لممطالبات المتكررة لنداءات االستغاثة مف الطالب الذيف ضاعت عميي الفصوؿ الد ارسية ول تمتفت إدارة المعاىد بأي شكؿ مف األشكاؿ لحؿ ىذه المشكمة التي جعمت منيا إدارة ضعيفة أما ىذه المشاكؿ مما أضطر بعض الطالب النتقاؿ إلكماؿ د ارستي بباقي المعاىد أو تقدي طمب استضافة لد ارسة بقية المواد الد ارسية المتبقية لو.7 98

99 الستكماؿ المقر ارت الد ارسية لمفصوؿ المتبقة وىذا السبب يعتبر مف أسباب تدني مخرجات التعمي العالي التقني. 3.7 ضعف التمويل وعدم مواكبة التطور العممي لممناىج التعميمية لمعاىد العميا يتطور التعمي التقني في الدوؿ العربية والغربية كؿ يو باستحداث مناىج تواكب التطور العممي الذي يقو بو الباحثوف بما يتماشى مع سوؽ العمؿ واحتياجات الدولة ولكف في الجامعات والمعاىد الميبية بشكؿ عا نجد أف المناىج التعميمية والمفردات الد ارسية التي يدرسيا الطالب ال تواكب التطور وذلؾ لعد وجود إدارة موحدة مخصصة لمجامعات والمعاىد العميا كما إف ضعؼ التمويؿ وعد توفير معامؿ مجيزة ومتكاممة خاصة لمطالب بعد سنة 2011 وخصوصا لطمبة الفصوؿ المتقدمة ال تؤدي إلى استفادة الطالب مف بعضي البعض كاستفادة طمبة الفصؿ الخامس مف طمبة البحوث ورؤية مدى تعاوني مع بعضي فيتوجو الطالب إلنجاز بحث تخرجو خارج المعاىد وذلؾ بدفع أمواؿ طائمة لم اركز خاصة تقو بإنجاز بحوث الطالب مقابؿ مبالغ مالية فبالتالي تكوف المحصمة عد في طالب البحوث التي قدموىا وتخرجوا بيا والمشكمة الكبرى ىو د ارية مشرؼ البحث عمى ما قا بو الطالب حيث يكوف المشرؼ عبارة عف واجية يستخد الطالب لمحصوؿ عمى ساعات إضافية تزيد مف رصيده المالي فينتج عف ىذا إنشاء بحوث بسيطة ال تصمح لمدخوؿ بمنافسات ومسابقات دولية كما أف انتشار المعاىد بشكؿ جغ ارفي بالمنطقة الواحدة أدى إلى نقص كبير بأعضاء ىيئة التدريس حيث ال يحبذ أعضاء ىيئة التدريس التعاوف بمعاىد أخرى كما كاف قبؿ سنة 2011 بسبب الظروؼ األمنية وقمة السيولة وارتفاع أسعار المحروقات بالمنطقة الجنوبية لمدولة الميبية. النتائج كؿ النقاط السالفة الذكر والتي أدت إلى إضعاؼ التعمي بالمعاىد العميا أعطت صورة سمبية لدى أولياء أمور الطالب وكذلؾ الجيات الحكومية وأيضا إدارة الجامعات 99

100 التي ترفض قبوؿ أي خريج معيد عالي أو طالب أنيى د ارستو العميا لدرجة الماجستير حيث ترفض إدارة الجامعات بتعييف أو التعاقد مع ىؤالء الخريجيف الحاصميف عمى مؤىالت تعميمية مف معاىد عميا والسبب الرئيسي يرجع في ذلؾ إلى إدارة التعمي العالي قبؿ فصؿ إدارة المعاىد العميا عنيا واستقالليا تحت إدارة التعمي الفني والتقني حيث مارست إدارة التعمي العالي تيميشا واضحا عمى المعاىد العميا والطالب الدارسيف بيا بالعقديف السابقيف مف سنة 1990 وحتى سنة 2008 مما أحدث الفجوة التعميمية بالمعاىد العميا وبعد سنة 2011 أي بعد أحداث ثورة 17 فب ارير ظير ضعؼ إدارة التعمي الفني والتقني وبدأت الصرعات ببعض المعاىد وكذلؾ االعتصامات مف قبؿ الطالب لتغيير المد ارء كما أف حافز التشجيع لطالب المعاىد ل يكوف موجود مف الجيات التي تقو بتنظي مسابقات لمطالب الخريجيف حيث يت توجيو دعوات المشاركة فقط لطالب الجامعات األكاديمية والكميات التقنية التابعة ليذه الجامعات ولو استمر حاؿ المعاىد عمى ما ىو عميو ومسارعة وضع الحموؿ الجدرية لحؿ المشاكؿ والمعوقات التي تمضي قدما باالتجاه المعاكس بالتعمي التقني نزوال إلى األسفؿ فسوؼ تكوف مخرجات التعمي بيذه المعاىد مخيفا ومرعبا خصوصا بالمنطقة الجنوبية لمدولة الميبية التي تعاني مف نقصا حادا في الكوادر الوظيفية أي أف المعيد العالي لمتقنيات اليندسية ال يوجد بو محاضر حاصال عمى مؤىؿ الدكتو اره وبيذا السبب أصبحت الصرعات عمى رئاسة المعيد مطموؽ عمى الغالب لمحاصميف عمى مؤىؿ الماجستير ألنو ال يوجد مف ىو أعمى مني بالدرجة العممية يشغؿ ىذا المنصب وينيي ىذا الص ارع ولحمحمة ىذه المشكمة يت نذب أشخاص مف جيات أخرى أو يت تشكيؿ لجاف تسييريو إلدارة المعيد لفترة معينة أي أنشاء حموؿ مؤقتة ال تنيي ىذه المشاكؿ. ال نعم متى سيصؿ مستوى التعمي العالي بصفة عامة بالدولة الميبية إلى مستوى التعمي بالدوؿ العربية التي دخمت جامعاتيا لمت ارتيب العشرة األولى كدولة قطر التي تمركز تصنيؼ جامعاتيا العالمي مف الػ 10 األوائؿ كما تصدرت إحدى الفرؽ الجامعات بالجميورية التونسية بالمسابقة كأس التخيؿ النسخة العربية اإلقميمية التي 111

101 أقيمت بالفترة مف مايو لسنة 2016 التي نظمتيا شركة مايكروسوفت والتي استضافتيا الجيورية العربية المصرية بمشاركة 13 دولة عربية كانت نتيجة المسابقة لمفائزيف لفريؽ Pasilisk مف تونس بالمركز األوؿ في فئة اإلبداع بينما فاز فريؽ Nightsمف watch تونس بالمركز األوؿ في فئة المواطنة العالمية في حيف فاز فريؽ Vanguards مف البحريف بالمركز األوؿ في فئة األلعاب. التوصيات 1. إنياء المركزية عمى المعاىد العميا التابعة مباشرتا إلدارة المعاىد العميا بالعاصمة ط اربمس وانشاء إدا ارت فرعية بكؿ مف ( برقة - ف ازف - ط اربمس ) تكوف مرجعيتيا إلدارة التعمي الفني والتقني بالعاصمة ط اربمس حتى تتمكف ىذه اإلدا ارت الثالث مف حؿ المشاكؿ التي تحدث بالمعاىد الواقعة بنطاقيا الجغ ارفي ألنيا ستكوف األقرب واألعرؼ بما يدور بيذه المعاىد كما تقو بتنظي عمؿ المعاىد وفرض تطبيؽ الموائح والقوانيف وتمنع التالعب بالمناىج التعميمية وتمنع التقمبات واالعتصامات بالمعاىد التابعة ليا وتشرؼ عمى اختيار وتنصيب مد ارء لممعاىد حسب معايير محدد كالدرجة العممية لمديرة المعيد مع أخذ معايير الخبرة واألقدمية. 2. أنشاء نظا برمجي )منظومة مركزية( يت تنصيبيا بالم اركز الثالثة المستحدثة يت إدخاؿ بيا بيانات كؿ أعضاء ىيئة التدريس لجميع المعاىد الموجودة بالنطاؽ الجغ ارفي لكؿ مركز حيث يقو المركز بالوظائؼ اإلدارية التي تقو بيا المعاىد العميا كحساب العالوات والترقيات ألعضاء ىيئة التدريس بعد تبيف تجاىؿ إدا ارت بعض المعاىد بالقيا بذلؾ كما تقو بإنياء الخالفات المالية عمى رواتب أعضاء ىيئة التدريس بعد تبيف قيا إدا ارت بعض المعاىد بالتالعب وخص قيمة اإلضافة المحسوبة أصال كاممة لكؿ عضو ىيئة تدريس مف و ازرة المالية وبذلؾ تكوف مسؤولية اإلج ارءات اإلدارية والوظيفية والمالية لمموظفيف والمعيديف وأعضاء ىيئة التدريس ىي مسؤولية مركزية ثابتة يت إعدادىا بشكؿ منظ ومستمر. 111

102 اشتكت إدارة المعاىد التقنية العميا عدة م ارت عمى صفحتيا بالفيس بوؾ كما قامت بإرساؿ رسائؿ إلى كؿ مد ارء المعاىد العميا بالدولة الميبية تشتكي فييا مف توافد الموظفيف وأعضاء ىيئة التدريس التابعيف لتمؾ المعاىد إلى إدارة المعاىد العميا الواقعية بمنطقة أبوسمي وذلؾ لغرض الحصوؿ عمى خدمات خاصة أو حؿ مشاكمي باإلدارة العميا لممعاىد متجاىميف بذلؾ إدارة المعيد العامميف بو وىذا ما يؤكد النقطة السابقة بعد وجود إدارة فرعية يرجع إلييا ىؤالء الموظفيف لحؿ مشاكمي وبذلؾ أؤكد عمى ضرورة إنشاء إدا ارت فرعية خاصة بكؿ منطقة تكوف مسؤولة عف المعاىد الواقعة بنطاقيا الجغ ارفي. إعادة تأىيؿ أعضاء ىيئة التدريس وبعثي لحضور دو ارت تطبيقية في كال مف تركيا ومصر واألردف كما يجب عمى إدارة المعاىد إقناع المحاضريف بيا بأف التعمي التطبيقي والعممي ال يت باستع ارض عضو ىيئة التدريس نفسو أما الطالب بالمالبس والعطور. إعادة تفعيؿ الفقرة 5 مف المادة 3 والتي تمنع قبوؿ والتعاقد مع أعضاء ىيئة تدريس ومعيديف متحصميف عمى تقدير أقؿ مف الجيد بالمرحمة الجامعية لطمبة المعاىد والجامعات. إنشاء م اركز دع التقني تتبع إدارة المعاىد العميا بكؿ إقمي يقو بدع مؤسسات الدولة وتمبية حاجياتيا مف سوؽ العمؿ حيث يتجو ىؤالء الخريجيف ليذه الم اركز لزيادة ميار اتي التطبيقية وىذه الم اركز ىي عبارة عف ورش فنية ومعمؿ حاسوب يت تدريب فييا الخريجيف مف المعاىد العميا حيث يت تعميمي فييا كيؼ يكونوا عامميف حرفييف ذو ميا ارت عالية بحيث ال يت تعييف أي طالب كمعيد بأي معيد إال بعد التحاقو بيذه الم اركز. تطوير المناىج وتوحيدىا توحيد التخصصات بالمعاىد العميا لممعاىد التي تقو بتدريس نفس األقسا توفير المعامؿ والورش لجميع العاىد وتأىيؿ المعيديف وأعضاء ىيئة التدريس لمعمؿ بيا

103 8. تحفيز المحاضريف بالمعاىد العميا الواقعة في مناطؽ النائية بمبالغ مالية أكبر لتغطية العجز الناتج عف تجنب أعضاء ىيئة التدريس المتعاونيف السفر لتمؾ المناطؽ بسبب الظروؼ المعيشية الناتج عف ارتفاع أسعار الوقود. الم ارجع د. أحمد عمي محمد أبو مري )2009( مخرجات التعمي العالي وسوؽ العمؿ الميبي كمية اآلداب والتربية جامعة سرت. تقرير المركز الوطني لضماف الجودة واعتماد المؤسسات التعميمية والتدريبية.)2012( أ. حسيف عمي أد بوغ ازلة )2012( التعمي اإللكتروني ودوره في تطوير التعمي العالي في ليبيا. د. رمضاف عمي محمد أبو اروي )2014( دور التعمي التقني في التنمية الشاممة في ليبيا المعيد العالي لمميف الشاممة مص ارتة. زيا ارت ميدانية ومقابالت شخصية مع طمبة المعاىد والجامعات وأعضاء ىيئة تدريس بالجنوب الميبي )2014(. د. عيسى سعيد الجدي د. مصطفى محمد عكاشة )2004( ب ارمج التعمي التقني والميني في ليبيا وسبؿ تطويرىا المعيد العالي لميندسة ىوف. عممية تورينو ليبيا )2014( : 113

104 د ارسة لألنظمة الثنائية في فيزياء المواد المعنية بتسمسل تشكيل المرحمة األولى في األغشية الرقيقة باستخدام النموذج الفعال لح اررة التكوين FHE A Study of Binary Systems in Material Physics Concerned A Sequence of the First Phase Formation in Thin Films Using the EHF د.حميدة عمى عمر ابو ارس جامعة المرقب/ كمية العمو - قس الفيزياء habrass@ymail.com الممخص ) effecmife heam ef feilamief ledem( ىو النموذج الفعاؿ لح اررة التكويف FHE حيث ىذا النموذج يمكنو التنبؤ بتشكيؿ أطوار المركبات. يحدد نموذج FHE الح اررة الفعالة لمتكويف Δ H والتي تعتمد عمى طريقة إختيار التركيز الفعاؿ لألنواع المتفاعمة في واجية النمو ليكوف الحد األدنى لمسائؿ النموذج يتنبأ بشكؿ صحيح بالمرحمة األولى خالؿ تشكيؿ سيميسيدات المعادف dimicided lemam وغيرىا مف األنظمة الثنائية لممعادف. القدرة عمى التنبؤ بتسمسؿ تشكيؿ المرحمة يتضح بشكؿ واضح في أنظمة السيميسيدات. كما يستخد نموذج FHE لتفسير أثار الشوائب والحواجز عمى تشكيؿ المرحمة. ويظير أيضا كيؼ يمكف تطبيؽ نموذج FHE عمى الميزر والحزمة األيونية المستحثة ومف مي ازت نموذج FHE ىو اختيار الحد األدنى مف التركيب لمسائؿ كمقياس لمخمط الذري في الواجية. ويكشؼ عف تحميؿ دقيؽ والمقارنة بيف اإلختالفات األساسية بينيما ويرجع ذلؾ أساسا إلى حقيقة أف نموذج FHE يستفيد مف إرتفاع 114

105 درجات الح اررة. اذا النموذج الفعاؿ لح اررة التكويف FHE بتكويف المرحمة األولى في األنظمة الثنائية. ت استخدامو بنجاح لمتنبؤ Abstract EHF is an effective heat of formation model. This model can predict the formation of the phases of the compounds. The EHF model determines the effective heat of, formation, which depends on the method of selecting the effective concentration of the reacting species in the growth front to be the minimum liquid. The model correctly predicts the first phase during the formation of silicides metal and other binary metal systems. The ability to predict phase sequence formation is clearly demonstrated in silicides systems. The EHF model is also used to explain the effects of impurities and barriers on phase formation. It also shows how the EHF model can be applied to the laser and the induced ionic beam. The EHF model's advantages are to select the minimum liquid composition as a measure of atomic mixing at the interface. It reveals an accurate analysis and comparison of the fundamental differences between them mainly due to the fact that the EHF model benefits from higher temperatures. Then, the effective heat of formation (EHF) model was used successfully for predicting the first phase formation in binary systems المقدمة لقد كاف تشكيؿ الطور)المرحمة األولى( أثناء التفاعؿ في النظا الثنائي موضوع ا لمعديد مف الد ارسات واقترحت ىذه الد ارسات قواعد مختمفة لمتنبؤ بتكويف المرحمة األولى ]1- ]8-6[ حيث إستخد بريتوريوس منيجا أساسيا أكثر بكثير مف التنبؤ بتكوف ]5 المرحمة األولى مف خالؿ اعطاء نموذج الح اررة الفعاؿ.FHE يوضح النموذج كيؼ يمكف استخدا درجات الح اررة لمتكويف عندما يت التعبير عنيا كدرجة فعالة لمتكويف Δ H باإلقت ارف مع تركيبة أقؿ قدر ممكف مف اإلنصيار)الحد األدنى لمسائؿ( في النظا األولى المرحمة مف كؿ بتكويف لمتنبؤ الثنائي والم ارحؿ بيف النموذج ىذا الالحقة. 115

106 الديناميكيات الح اررية والتوافر أو التركيز الفعاؿ لمعناصر في الواجية الدافعة لعممية تشكيؿ الطور)المرحمة األولى( )Δs () fiee siiid efeige( كما في المعادلة 1 المحتوى الح ارري أثناء التفاعؿ عند درجة الح اررة وΔS يت توفير القوة مف خالؿ التغيير في طاقة جيبس الحرة في التغيير ىو ΔH حيث ىوالتغيير في االنتروبيا وبما أف تفاعالت األغشية الرقيقة تحدث في الحالة الصمبة يمكف تقريب الطاقة الحرة لجيبس عف طريؽ المحتوى الح ارري القياسي لمتفاعؿ وحده حيث يمكف اعتبار التغير في اإلنتروبيا قريب ا مف الصفر لمعظ األنظمة. وىكذا المعيارية ) Gº = Hº T Sº.. (1( )Δs ΔH 298( وفقا لقاعدة نيوماف كوب ]9[ T 8298 حيث يمكف استخدا القي مف المحتوى الح ارري واإلنتروبيا في المواد الصمبة لمحسابات الديناميكية الح اررية في أي درجة ح اررة ويت تعريؼ الح اررة الفعالة لمتكويف النحو التالي: عمى ]8[ H ( ) حيث يعبر عف Δ H و ΔH التحك في تكويف الحالة الصمبة التركي ازلفعاؿ لألنواع المتفاعمة في واجية النمو السيمكوف والكوبالت والتكويف - بالوحدات ¹ )8t.ma.lem( وفقا لنموذج FHE حيث يت )المرحمة األولى والم ارحؿ الالحقة( عف طريؽ اختيار المرتقب لػػػػػػػ مثاؿ عمى ذلؾ واجية النموعند تفاعؿ.0eSi إذا كاف التركيز الفعاؿ في الواجية %20 بالنسبة لػػ.iS عميو يكوف التركيز في 0eSi ىو %50 وقيمة المحتوى الح ارري القياسية - ΔH تكوف مساوية لمقيمة 8t( ¹ 50 am.lem( لتشكيؿ 0eSi وىذا يعطي الح اررة الفعالة مف قيمة التشكيؿ: 116 H = ( 0.2 ) =-20.0 kj (mol. at) -1. (3) 0.5

107 الشكؿ 1 : مخطط FHE لنظا 0e -Si الثنائي تشكيل سميسيدات الكوبالت oc icecicili في نظام oc -ic الثنائي يسرد الجدوؿ 1 بعض الد ارسات التي استخدمت لمبحث في امكانية تعزيز تشكيؿ سميسيدات الكوبالت Simicided 0eiamm وذلؾ بترسيب الكوبالت عمى غشاء رقيؽ مف السيمكوف. عادة عندما يت ترسيب الغشاء الرقيؽ مف الكوبالت عمى السيمكوف يكوف تسمسؿ تشكيؿ الطور ىو 0e 2 Si كمرحمة اولى لمتشكيؿ ت 0eSi وأخي ار 0eSi 2 ]13-10[ وفي كثير مف األحياف يت تشكيؿ المرحمة األخيرة فقط في درجات ح اررة عالية نسبيا اى عندما يت تجاوز درجات ح اررة معينة لمتكويف ]20-14[ ومف ناحية 117

108 أخرى يمكف ذلؾ مف خالؿ ترسيب الكوبالت عمى السيمكوف حيث يت تجاوز المرحمة األولى مما يؤدى الى التشكيؿ المباشر لػػػ 0eSi و 0eSi 2 عمى ركائز Si)100( و) Si)111 ]24-21[. الجدول 1: استع ارض لبعض الد ارسات المعنية بتشكيل سميسيدات الكوبالت icecicili oc -ic في نظام oc Cobalt Silicides Syste m Ambient Si-Type Referenc e Silicide Formation Temperature CoSi 350 ºC Si/Co vacuum , 10 CoSi 375 ºC Cosi ºC CoSi 350 ºC Si/Co vacuum Co 2 Si 425 ºC CoSi ºC CoSi 420 ºC Si/Co vacuum Co 2 Si 500 ºC CoSi ºC Si/Co vacuum CoSi ºC 118

109 Si/Co vacuum CoSi ºC Si/Co N CoSi ºC Si/Co vacuum CoSi ºC Si/Co vacuum CoSi ºC Si/Co vacuum CoSi ºC Si/Co N CoSi ºC Si/Co vacuum CoSi, CoSi ºC Si/Co vacuum CoSi 450 ºC CoSi ºC Si/Co vacuum CoSi 450 ºC CoSi ºC Si/Co vacuum CoSi 500 ºC CoSi ºC تشكيل سميسيدات الكوبالت oc icecicili من خالل حاجز اإلنتشار ناقشنا في الجزء السابؽ أنظمة 0e -Si التي تمت د ارستيا بدوف طبقة حاجز بينما يركز ىذا الجزء عمى أنظمة 0e -Si التي تمت د ارستيا في وجود طبقات حاجز 119

110 مختمفة بيف الكوبالت والسيمكوف ويسرد الجدوؿ 2 طبقات الحاجز المختمفة التي استخدمت لمبحث في امكانية تعزيز تشكيؿ سميسيدات الكوبالت 0eiamm(.)Simicided ويتضح مف الجدوؿ معظ األبحاث 2 ]28-25[ أنو بالنسبة لتشكيؿ سميسيدات الكوبالت) 0eiamm )Simicided فقد ت اج ارؤىا بإستخدا التيتانيو كطبقة حاجز بيف السيمكوف والكوبالت Si/0e/Ti وتؤكد معظ النتائج الى تشكيؿ 0eSi 2 حيث أف 0e ينتشر خالؿ الحاجز لمتفاعؿ مع ركيزة is ولقد أثبتت طبقات التيتانيو أنيا األفضؿ لتكويف أو تشكيؿ 0eSi 2 عف طريؽ وضع طبقة رقيقة مف Ti بيف الكوبالت والسيمكوف حيث يت تجاوز المرحمة األولى ويؤدى الى التشكيؿ المباشر لممرحمتيف التاليتيف وىما es0i و 0eSi 2 عمى ركيزة السيمكوف ]32-29[. وكما موضح في الجدوؿ 2 أيضا يمكف استخدا الطبقات البينية مف اليافنيو )fh( والنيوبيو )ib( و الجرمانيو )es( والمولبيدنيو 0eSi لتشكيؿ Si)100( بنجاح عمى ركيزة )W( والتنجستيف )eo( و 0eSi 2 كحاجز انتشار ]35-30[ حيث أف درجة الح اررة ليس ليا تأثير عمى الديناميكا الح اررية لمتفاعؿ مع الحالة الصمبة. حيث يت اجبار التفاعؿ عند درجة ح اررة أعمى بإستخدا الطبقات البينية ولكف ىذا ال يعطي سببا ح ارريا لتجاوز المرحمة 0e 2 Si اما المعادف األخرى حظيت بأكبر قدر مف اإلىتما مف قبؿ الباحثيف كحواجز لتشكيؿ 0eSi 2 لوحده او كال مف بإستخداميا 0eSi و 0eSi 2 وىذه المعادف ىي الكرو )0i( والتنتاليو.)Ta( ومما لو أىمية خاصة ىو إضافة سبيكة الى معدف معيف واسخداميا كحاجز بحيث يت تقدي رد فعؿ السيمكا درجات اضافية مف الحرية )اختيار العنصر وتركيزه( التي يمكف استخداميا لتكيؼ خصائص المواد ولقد درس الكثير مف الباحثيف تأثير عناصر صناعة السبائؾ عمى تكويف وخصائص ]48-42[ 0eSi 2 وركز آخروف عمى إستخدا طبقات الحاجز لمتأثير عمى تسمسؿ تشكيؿ الطور حيث بإستخدا طبقة الحاجز ت تشكيؿ Ti 0eSi 2 e عند درجات ح اررة مف ) ( e ]49[ وعند استخدا طبقة الحاجز مف Ta لوحظ تشكؿ 0eSi 2 عند وتشكؿ عند 0eSi ]50[ e وكانت ىناؾ بعض الجيود لتشكيؿ 0eSi 2 البمورية في 111

111 Reference Si-Type Ambient درجات ح اررة e واستخدا طبقة مف الحديد) Ee ( كحاجز بيف الكوبالت والسيمكوف ]51[ باإلضافة إلى ذلؾ ت إستخدا )ri( كحاجز بيف الكوبالت والسيمكوف مما ادى الى تشكؿ 0eSi 2 e في درجة ح اررة أعمى مف ]54-52[ الجدول 2: استع ارض لبعض الد ارسات حول تكوين سميسيدات الكوبالت oc icecicili خالل طبقات حاجز اإلنتشار Cobalt Silicides System Silicide Formations Temperatures Si/Ti/Co N CoSi ºC Si/Ti/Co N2 100 vacuum CoSi ºC Si/Ti/Co 27 CoSi ºC Si/Ti/Co 111 N2 28 CoSi ºC

112 vacuum 100 vacuum 100 vacuum 100 vacuum 100 vacuum CoSi 600 ºC Si/Ti/Co 29 CoSi ºC N2 CoSi 500 ºC Si/Ti/Co 30 CoSi ºC Si/Ti/Co 31 CoSi 420 ºC CoSi ºC CoSi 500 ºC Si/Ti/Co 32 CoSi ºC Si/Hf/Co 33 CoSi 500 ºC CoSi ºC CoSi 420 ºC Si/Hf/Co 34 CoSi ºC 112

113 vacuum 100 vacuum (100) CoSi 500 ºC Si/Hf/Co 35 CoSi ºC CoSi 600 ºC Si/Nb/Co CoSi ºC Si/Ge/Co N CoSi 400 ºC CoSi ºC Si/Mo/Co N2 vacuum CoSi 600 ºC CoSi ºC CoSi 450 ºC Si/W/Co 35 CoSi ºC Si/Cr/Co N2 vacuum CoSi + CoSi ºC Si/Ta/Co CoSi + CoSi ºC 113

114 vacuum CoSi + CoSi ºC N2 vacuum 001 NH3 100 vacuum CoSi ºC Si/Zr/Co CoSi ºC Si/Zr/Co 39 CoSi ºC Si/W/Co 41 CoSi ºC الخالصة تمكف النموذج الفعاؿ لح اررة التكويف مف حساب درجات الح اررة الفعالة Δ H كدالة في التركيز بإستخدا تركيبة الحد األدنى لمسائؿ في النظا الثنائي كمقياس لنسبة التركي ازت الفعالة مف المواد المتفاعمة في واجية النمو حيث يمكف التنبؤ بتشكيؿ المرحمة األولى إال أف نموذج FHE يحد فقط مف تشكيؿ وجو المركب الغير مرغوب فيو Δ H عند تركيز فعاؿ معيف سوؼ يؤدي الى اكبر تغيير في الطاقة الحرة حيت مثؿ ىذه المرحمة 114

115 في تشكيمو يمنع حاجز ليؿ يكوف قد تشكيؿ المرحمة تشمؿ عدد الذ ارت لكؿ و اإلتجاه مف الت اربط واجية التوقعات لنموذج النمو ومف العوامؿ التي قد تؤثر عمى خمية ىيكؿ الكريستاؿ درجة الح اررة التطابؽ ت مقارنتيا مع قياسات تجريبية lemam dimicef FHE ]8[ خصصت لتشكيؿ المرحمة األولى ت العثور عمى ثالثة وعشروف النظا الثنائي كاف ىنالؾ اتفاؽ بيف النتائج المتوقعة لنموذج FHE في والتجريبية. السيولة FHE التي يتميز بيا استخدا نموذج بإستخدا نماذج أخرى ]47-46[ تكويف الم ارحؿ في األنظمة الثنائية. جعمتو جاى از لحساب درجات ح اررة التكويف وىذا الى حد كبير ازد مف إمكانية تطبيقو في في References [1]. R.M. Walser and R.W. Ben& Appl. Phys. Lett., 28 (1976). [2]. M. Ronay, Appl. Phys. Lett., 42 (1983) 577. [3]. F.M. d Heurle, J. Mater. Res., 3 (1986) 167. [4]. R.W. Ben&, J. Appl. Phys., 61 (1987) [5]. U. Gossele, J. Appl. Phys., 66 (1989) [6]. R. Pretorius, MRS Proc, 25, (1984) 15. [7]. R. Pretorius and J. W, Mayer, J. Appl. Phys, 81, (1997) [8]. R. Pretorius, T.K. Marais and C.C. Theron, A Review, Mat, Sci.and Eng R10, 1 (1993 (. [9]. O. Kubaschewski and C. B. Alcock, "Metallurgical Thermochemistry", Pergamon Press, Oxford, [10]. S. S. Lau, J. W. Mayer and K. N. Tu, "Interaction in Co/Si thin-film system kinetics", Journal of Applied Physics, (1978)

116 [11]..G. Ottaviani, K. N. Tu, P. Psaras and C. Nobili, "In situ resistivity measurement of cobalt silicide formation", Journal of Applied Physics 62(1), (1987) [12]. M. A. Nicolet, S. S. Lau, N. G. Einspruch and G. B. Larrabee, "VLSI electronics: microstructure science", Academic, New York, 6, (1983) 329. [13]. J. Y. Shim, S. W. Park and H. K. Baik, "Silicide formation in cobalt/amorphous silicon, amorphous CoSi and bias-induced CoSi films", Thin Solid Films, 292(1),(1997) [14]. D. H. Zhu, Y. G. Chen, and B. X. Liu, "Formation of a CoSi2 layer by Co ion implantation using a metal vapor vacuum arc ion source", Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms, 101(4), (1995) [15]. C. T. Joensson, I. A. Maximov, H. J. Whitlow, V. Shutthanandan, L. Saraf,D. E. McCready and S. Thevuthasan, "Synthesis and characterization of cobalt silicide films on silicon", Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms, 249 (1), (2006) [16]. H. C. Cheng and M. H. Juang, "Growth of singlecrystalline CoSi2 on (111) Si at low annealing temperatures by a nonultrahigh vacuum method", Journal of crystal growth, 115(1), (1991) [17]. L. J. Schowalter, J. R. Jimenez, L. M. Hsiung, K. Rajan, S. [18]. Hashimoto, R. D. Thompson and S. S. Iyer, "Control of misoriented grains and pinholes in CoSi2 grown on Si (001)", Journal of crystal growth, 111(1), (1991) [19]. L. Haderbache, P. Wetzel, C. Pirri, j. C. Peruchetti, D. Bolmont and G. Gewinner, "Epitaxial growth of CoSi2 on Si (100)", Thin Solid Films, 184(1), (1990)

117 [20]. L. Haderbache, P. Wetzel, C. Pirri, J. C. Peruchetti, D. Bolmont and g. Gewinner, "Quantum well states in a metalsemiconductor system: CoSi2/Si (111)", Thin Solid Films, 184(1), (1990) [21]. M. H. Juang and H. C. Cheng, "Film thickness effect on the epitaxial growth of CoSi2 on Si (111)", Thin solid films, 215(1), (1992) [22]. F. M. D Heurle and C. S. Petersson, "Formation of thin films of CoSi2: Nucleation and diffusion mechanisms", Thin Solid Films, 128(3), (1985) [23]. W. T. Lin, K. C. Wu and F. M. Pan, "A new epitaxial orientation of CoSi2 on (111)Si", Thin Solid Films, 215, (1992) [24]. C. Krontiras, J. Salmi, L. Grönberg, I. Suni, J. Heleskivi and A. Rissanen. Measurements on the electrical transport properties in CoSi2 and NiSi2 formed by thin film reactions. Thin Solid Films, 125(1), (1985) [25]. M. Novaković, M. Popović, K. Zhang, K. P. Lieb and N. Bibić, "Silicide phases formation in Co/c-Si and Co/a-Si systems during thermal annealing", Applied Surface Science, 295, (2014) A. Alberti, F. La Via and F. Rimini, "Reaction and thermal stability of cobalt disilicide on polysilicon resulting from a Si/Ti/Co multilayer system", Journal of Vacuum Science & Technology B, 17(4), (1999) [26]. M. L. A. Dass, D. B. Fraser and C. S. Wei, "Growth of epitaxial CoSi2 on (100)Si", Applied physics letters, 58(12), (1991)

118 [27]. Y. Kwon, C. Lee, H. K. Kang and D. L. Bae. Silicidation of Co/Ti, Co/Nb, and Co Hf bilayers on the Si (100) substrate. Jornal of the korean physics, 34, (1999) S499-S503. [28]. Y. Kwon and C. Lee, "Silicidation behaviors of Co/Ti and Co/Hf bilayers on doped polycrystalline Si substrate", Materials Science and Engineering: B, 65(3), (1999) [29]. Y. Kwon and C. Lee, "Formation of epitaxial cobalt silicide films on (100)Si using Co/Ti, Co/Nb, and Co/Hf bilayers", Materials chemistry and physics, 63(3), (2000) [30]. C. Detavernier, R. L. Van Meirhaeghe, F. Cardon and K. Maex, "CoSi2 nucleation in the presence of Ge", Thin Solid Films, 384(2), (2001) [31]. C. Detavernier, R. L. Van Meirhaeghe, F. Cardon, K. Maex, H. Bender, B. Brijs and W. Vandervorst, "Formation of epitaxial CoSi2 by a Cr or Mo interlayer: Comparison with a Ti interlayer", Journal of Applied Physics, 89(4), (2001) [32]. F. M. Yang and M. C. Chen, "Formation of cobalt silicide under a passivating film of molybdenum or tungsten", Journal of Vacuum Science & Technology B, 9(3), (1991) [33]. G. Briskin, J. Pelleg and M. Talianker, "Phase formation between co-deposited Co-Ta thin film and single-crystal silicon substrates", Thin Solid Films, 288(1), (1996) [34]. J. Pelleg, "Formation of Co and Ta silicides on Si(111) and Si(100) substrates from co-deposited Co and Ta thin films", Thin solid films, 325(1), (1998) [35]. J. S. Byun, D. H. Kim, W. S. Kim and H. J. Kim, "Epitaxial growth of CoSi2 layer on (100)Si and facet formation at the CoSi2/Si interface", Journal of applied physics, 78(3), (1995) [36]. J. P. W. B. Duchateau, A. E. T. Kuiper, M. F. C. Willemsen, A. Torrisi and van G. J. der Kolk, "The reaction of 118

119 amorphous Co Zr layers with Si(100) and SiO2 substrates by annealing in vacuum and NH3, Journal of Vacuum Science & Technology B, 9(3), (1991) [37]. D. Kim and H. Jeon, "The growth of CoSi2 using a Co/Zr bilayer on different Si substrates", Thin Solid Films, 346(1), (1999) [38]. A. H. Reader, J. P. W. B. Duchateau, J. E. Crombeen, E. P. Naburgh and M. A. J. Somers, "The formation of epitaxial CoSi2 thin films on (001) Si from amorphous Co-W alloys", Applied surface science., 53, (1991) [39]. C. Detavernier, R. L. Van Meirhaeghe, F. Cardon and K. Maex, "CoSi2 nucleation in the presence of Ge", Thin Solid Films, 384(2), (2001) [40]. C. Detavernier, R. L. Van Meirhaeghe, F. Cardon, K. Maex, H. Bender, B. Brijs and W. Vandervorst, "Formation of epitaxial CoSi2 by a Cr or Mo interlayer: Comparison with a Ti interlayer", Journal of Applied Physics, 89(4), (2001) [41]. C. Lavoie, C. Cabral Jr, F. M. d'heurle, J. L. Jordan-Sweet and J. M. E. Harper, "Effects of alloying elements on cobalt silicide formation", Journal of electronic materials, 31(6), (2002) [42]. C. Detavernier, R. L. Van Meirhaeghe, F. Cardon and K. Maex, "Influence of mixing entropy on the nucleation of CoSi2", Physical Review, B 62(18), (2000) [43]. C. Detavernier, R. L. Van Meirhaeghe, F. Cardon, K. Maex, W. Vandervorst and B. Brijs, "Influence of Ti on CoSi2 nucleation", Applied Physics Letters, 77(20), (2000) [44]. B. I. Boyanov, P. T. Goeller, D. E. Sayers and R. J. Nemanich, "Film thickness effects in the Co Si1-x Gex solid phase reaction", Journal of applied physics, 84(8), (1998)

120 [45]..D. B. Aldrich, F. M. d'heurle, D. E. Sayers and R. J. Nemanich, "Interface stability of Ti(SiGe)2 and SiGe alloys: Tie lines in the ternary equilibrium diagram", Physical Review B, 53(24), (1996) [46]. P. Liu, B. Z. Li, Z. Sun, Z. G. Gu, W. N. Huang, Z. Y. Zhou and G.A. Rozgonyi, "Epitaxial growth of CoSi2 on both (111) and (100) Si substrates by multistep annealing of a ternary Co/Ti/Si system", Journal of applied physics, 74(3), (1993) [47]. C. Detavernier, C. Lavoie and R. L. Van Meirhaeghe, "CoSi2 formation in the presence of Ti, Ta or W", Thin Solid Films, 468(1), (2004) [48]. C. Detavernier, R. L. Van Meirhaeghe, F. Cardon and K. Maex, "Influence of mixing entropy on the nucleation of CoSi2", Physical Review B, 62(18), (2000) [49]. J. P. W. B. Duchateau, a. E. T. Kuiper, M. F. C. Willemsen, A. Torrisi and G. J. van der Kolk, "The reaction of amorphous Co Zr layers with Si (100) and SiO2 substrates by annealing in vacuum and NH3", Journal of Vacuum Science & Technology B, 9(3), (1991) [50]. D. Kim and H. Jeon, "The growth of CoSi2 using a Co/Zr bilayer on different Si substrates", Thin Solid Films, 346(1), (1999) [51]. A.Iljinas, D. Milčius and J. Dudonis, "Deposition of amorphous Fe Zr alloys bymagnetron co-sputtering", Vacuum, 81(10), (2007) [52]. A.Vantomme, S. Degroote, J. Dekoster and G. Langouche, "Epitaxy of CoSi2 Si(100): from Co/Ti/Si (100) to reactive deposition epitaxy", Applied surface science, 91(1), (1995)

121 [53]. P. Liu, B. Li, Z. Zhou, C. Lin and S. Zou, "Growth of epitaxial CoSi2 film on Si(100) substrate induced by an interfacial Ti layer", Materials Letters, (17), (1993) [54]. A.Lauwers, R. J. Schreutelkamp, B. Brijs, H. Bender and K. Maex, "Technological aspects of epitaxial CoSi2 layers for CMOS", Applied surface science, 73, (1993)

122 تنس ت اىصيب خفض اىنربى ببستخذا اسالك اىيحب اى غيفت ىيصيب اىسببئن E309L بتق ت اىيحب ببىقىس اىنهرببئ )SMAW( Cladding Low Carbon Steel by E309L Using Shielded Arc Welding Technic (SMAW) حسن غيث المو - كمية التقنية اليندسية - طارق خميل اب ارىيم جنزور lama823@hotmail.com Abstract This study has been done on one of the most important types of industrial metals, which is plain-carbon steel (low carbon steel). This type of steel with his family characterized by very using wide range industry, because of its good technical properties and it s relatively low cost. One of disadvantages for this type of steel it s relatively low hardness, which does not respond to the heat treatment by hardening process. Hence, we adopt cladding process by using high alloy stainless steel electrode E309L. Four symmetrical samples in shape have been worked with changing some control factors and welding parameters, we obtained very high hardness for four samples in study case. We can say with no hesitation that, cladding process in all samples gained a complete successful with excellent surface hardness and stainless steel properties. الممخص Abstract تمت ىذه الد ارسة عمى واحد مف أى انواع المعادف الصناعية و ىو الصمب الكربوني العادي )منخفض الكربوف( و يتميز ىذا الصمب مع عائمتو المنخفضة الكربوف بكونيا مف اكثر المعادف الصناعية استخداما لصفاتو الفنية و كذلؾ كمفتو المنخفضة نسبيا. 122

123 مف نقاط الضعؼ ليذا الصمب ىو صالدتو المنخفضة و التي ال تستجيب لرفعيا بالمعالجة الح اررية بالتصميد لذلؾ ت تطبيؽ عممية التكسية باسالؾ الصمب السبائكية المقاو لمصداء نوع E309L مرتفع الصالدة باستخدا تقنية المحا بالقوس الكيربائي )SMAW( و ت تنفيذ عدد اربعة عينات متناظرة القياس مع تغيير في بعض عوامؿ التحك و معطيات المحا Parameters) (Welding و ت الحصوؿ عمى صالدة عالية جدا في العينات االربعة. يمكف القوؿ عف نجاح تنفيذ عممية االكساء لمعينات االربعة و الحصوؿ عمى أسطح ذات صالدة ممتازة مع خواص مقومة لمصداء. المقدمة Introduction عممية التكسية )Cladding( ىي تغميؼ سطح المعدف بمادة اعمى منيا في الخواص الميكانيكية و مقاومتيا لمتآكؿ (Corrosion) و االحتكاؾ )Friction( و البمي (Abrasion).}1 2{ في ىذا البحث ت إكساء الصمب منخفض الكربوف )يحتوي عمى نسبة الكربوف اقؿ مف %0.3( و ىو الصمب الكربوني نوع )1008 )AISI و ذو صالدة منخفضة نسبيا )60 = )HRC و غير مقاو لمصداء و صالدتو ال يمكف رفعيا بالمعالجة الح اررية بالتصميد )10( و ت االكساء بتقنية لحا القوس الكيربائي )SMAW( الواسعة االستخدا و باسالؾ المحا المغمفة Electrodes( )Covered مف الصمب السبائكي المقاو لمصداء E309L و الذي لو ممي ازت صالدة عالية جدا مع مقاومتو لمتآكؿ و البمي. الصمب منخفض الكربون Low Carbon steel ىو احد انواع الصمب الكربوني العادي والذي يتميز بوجود نسبو منخفضة مف الكربوف مع الحديد مع وجود عناصر اخرى بنسب منخفضة جدا و بما اتفؽ عميو مف عمماء المعادف عمى اعتبارىا شوائب }3{. 123

124 ويعتبر الصمب منخفض الكربوف عندما ال تتجاوز فيو نسبة الكربوف % 0.3 و يستخد بشكؿ واسع في التطبيقات الصناعية و يتميز بقابمية لحا )Weldability( جيدة جدا بسبب انخفاض نسبة الكربوف و لو أيضا متانة )Toughness( و مطمية جيدة )Ductility( وقابمية تشغيؿ عالية )Machinability( و لكف صالدتو منخفضة نسيبا وىو صمب غير قابؿ لمتصميد بالمعالجة الح اررية و ايضا مقاومتو لمتآكؿ منخفضة جدا و ىي مف ابرز عيوب ىذا النوع مف الصمب }4{. تقنية المحام بالقوس الكيربائي باستخدام االسالك المغمفة Shielded Metal Arc Welding تقنية المحا بالقوس الكيربائي باستخدا اسالؾ المحا المغمفة )SMAW( وفؽ المواصفات القياسية لمجمعية االمريكية لمحا )AWS( تعتبر إحدى أوسع طرؽ المحا شيوعا و انتشا ار في حقؿ الصناعة عالميا لما ليا مف قابمية فنية و تطبيقية مع عد وجود تكاليؼ عالية نسبيا }5 6{. االج ارء التطبيقي Experimental Procedure لغرض تنفيذ البحث بشكؿ يستوفى كافة الشروط العممية الرصينة ت تجييز اربعة عينات مف الصمب الكربوني نوع )1008 )AISI و بمواصفات متطابقة مف ناحية االبعاد و االنجاز السطحي و كذلؾ تجييز اسالؾ المحا المغمفة مف نوع E309L و يوضح الجدوؿ )1( التركيب الكيميائي Compassion( )Chemical لممعدف االساس Metal( )Base الصمب الكربوني وفقا لتصنيؼ المعيد االمريكي لمحديد و الصمب )AISI( و لمادة التكسية )اسالؾ المحا المغمفة( نوع E309L وفقا لتصنيؼ الجمعية االمريكية لمحا.)AWS( 124

125 الجدول )1( يوضح التركيب الكيميائي لمصمب منخفض الكربون AISI-1008 و اسالك المحام )AWS( E309L ت استخدا عممية التكسية باستخدا اسالؾ لحا الصمب المقاو لمصدأ E309L و باستخدا تقنية المحا بالقوس الكيربائي )SMAW( لمعينات بشدة تيار مختمفة و مع م ارعاة استخدا متغي ارت المحا و طرؽ التبريد لكؿ العينات. الجدول )2( يوضح متغي ارت المحام المستخدمة في عممية التكسية. العينة التيار )A( التسخين المسبق سرعة المحام 3.40 cm/sec طبقة واحدة 110 نعم cm/sec الطبقة االولى الطبقة الثانية ال cm/sec الطبقة االولى الطبقة الثانية ال cm/sec الطبقة االولى الطبقة الثانية ال تمت عممية المحا لجميع العينات كما يمي: عند استكماؿ الخط االوؿ مف المحا يبدأ الخط الذي يميو مف نفس الجية التي بدأ بيا الخط المنتيي و ىكذا بنفس الطريقة يستمر المحا حتى يت إكساء سطح العينة بالكامؿ و ىذا االمر يؤدي الى التحك بالتوزيع الح ارري }7{. 125

126 الجدوؿ )3( أدناه يوضح طبقة التكسية لمعينات العينات توضح تغمغؿ )Penetrating( طبقة التكسية في المعدف االساس )الصمب منخفض الكربوف( بنسب متفاوتة لكؿ عينة وفقا لنسبة التخفيؼ )Dilution( في المعدف االساس وفقا لممعادلة التالية: Dilution = )1( }8{ = A س مؾ المعدف األساس = B س مؾ طبقة التكسية. الجدول )3( يوضح العينات االربعة المعدن االساس و طبقة التكسية بقوة تكبير )4X( مع نسبة التخفيف وفقا لممعادلة )1(: رقم الع نة 1 الع نات نسبة التخف ف نسبة التخف ف للمعدن االساس %21 تقر با نسبة التخف ف للمعدن االساس %25 تقر با 2 نسبة التخف ف للمعدن االساس %31 تقر با 3 نسبة التخف ف للمعدن االساس %25 تقر با 4 126

127 *مالحظة: الصمب الكربوني المعالج )المعدف االساس( فقد بريقو و يبدو غامقا في الصور نتيجة عممية التسخيف التي تعرض ليا اثناء عممية التكسية. النتائج Results بعد تنفيذ عمميات المحا باستخدا بتقنية القوس الكيربائي )SMAW( بسمؾ المحا مف نوع E309L بأكساء اربع عينات متناظرة مف صمب منخفض الكربوف )1008 )AISI ت التأكد بالفحص البصري عف عد وجود أي عيوب في تنفيذ عمميات المحا و ت بعدىا تجييز اربع قطع صغيرة مف العينات االربع لغرض تنفيذ فحوصات الصالدة Test( )Hardness و التصوير المجيري إلمكانية د ارسة البنية البمورية )Microstructure( و االطوار المتكونة بعد عممية االكساء. الفحص المجيري Microstructure 1- تجييز العينات لمفحص المجيري ت عمؿ العينات داخؿ قوالب مف مادة بالستيؾ (PVC) بقطر mm 40 إلج ارء االختبا ارت المجيرية و الصالدة كما في الشكؿ )1( يوضح العينة داخؿ القالب. الشكؿ )1( يوضح العينة داخؿ القالب. ث ت صنفرة العينات بجياز صنفرة العينات باستخدا أو ارؽ صنفرة مختمفة في حج الحبيبات و ذلؾ باستخدا أو ارؽ صنفرة )حج حبيبي( مف 120 خشف الى 3000 ناع جدا بعد اف تت عممية الصنفرة ألسطح العينة تمييا عممية التنعي النيائية 127

128 (Polishing) باستخدا قطعة قماش خاصة ناعمة جدا يضاؼ عمييا مسحوؽ دقيؽ الحبيبات مف اكسيد االلومنيو لمحصوؿ عمى سطح نيائي ناع و المع. بعد االنتياء مف عممية تنعي و صقؿ العينات يت تجفيفيا باليواء الساخف ث يت وضع سائؿ اإلظيار )Etching( حامض النيتريؾ 2% إلظيار التركيب المجيري و تركو لمدة 10 دقائؽ ث يت غسؿ سطح العينات بالماء و تجفيفيا مباشرة باليواء الساخف. 2- التصوير المجيري و توضح االشكاؿ التالية ادناه الصور المجيرية لمعينات االربعة مع توصيؼ البنية المجيرية لكؿ عينة. الشكؿ ) 2 (.العينة االولى ( A(. يوضح المعدف االساس و طبقة التكسية و الحد الفاصؿ بيننيما.) B (. يوضح تكوف طور االستنايت ذو لوف ابيض مع تداخؿ تشعبي لطور دلتا الف اريت ذو الموف االسود. 128

129 الشكؿ ) 3 (.العينة الثانية )A(. يوضح المعدف االساس و طبقة التكسية و الحد الفاصؿ بيننيما.) B (. يوضح تكوف طور االستنايت بالموف االبيض و دلتا الف اريت تشعبي بالموف االسود بنسبة منخفضة. *مالحظة: تمت عممية التجييز لمعينات و التصوير المجيري بكمية التقنية اليندسية جنزور. -3 قياس الصالدة Hardness Test ت قياس الصالدة السطحية لمعينات االربعة باستخدا جياز قياس الصالدة روكويؿ HRC( )Hardness Rockwell - و يوضح الجدوؿ )4( قي الصالدة لمعينات االربعة موضوع البحث. الجدول )4( يوضح قيم الصالدة لطبقة التكسية لمعينات. رقم العينة قيم الصالدة )HRC(

130 المناقشة Discussion مف النتائج التي ت الحصوؿ عمييا و الموضحة باألشكاؿ )1 4( 3 2 و المتعمقة بالبنية البمورية نجد ما يمي: 1. العينة 1: تكوف طور االستنايت متشعب Austenite( )Dendritic مع تداخؿ تشعبي لطور دلتا الف اريت )δ-firrite( }9 10{ كما في الشكؿ )2(. 2. العينة 2: تكوف طور االستنايت )Austenite( مع دلتا الف اريت )δ-firrite( في الطبقة االولى و التي تعتبر تسخيف مسبؽ )Preheating( لمطبقة الثانية في الطبقة الثانية نالحظ زيادة في طور االستنايت و نقص في طور دلتا الف اريت و ذلؾ بسبب ح اررة المحا و التبريد البطيء في الرمؿ }11{ كما في الشكؿ )3(. 3. العينة 3: تكوف طور االستنايت مع تداخؿ تشعبي لطور دلتا الف اريت بنسبة متوسطة كما في الشكؿ )4(. 4- العينة 4: في الطبقة االولى ترسيب لكربيد الكرو Carbide( )Chromium بالقرب مف الحد الفاصؿ بيف المعدنييف Line( )Boarder }12{ أما في الطبقة الثانية فتكوف طور المارتنسايت )Martensite( مع االستنايت و الف اريت وتكوف طور المارتنسايت بسبب التبريد السريع بعد االنتياء مف الطبقة الثانية بالزيت }12{ كما في الشكؿ )5(. في جميع التركيبات البمورية المتكونة لمعينات االربعة مع اختالؼ بينيا مف حيث االطوار و لكنيا جميعيا تتميز بحصوؿ حالة تجانس )Homogenous( كامؿ بيف المعدنيف )المعدف االساس و معدف االكساء( و يمكف االستدالؿ عمى ذلؾ بعد حصوؿ اي تصدعات مجيرية Cracks(.)Micro أما في نتائج فحص الصالدة و التي ت الحصوؿ عمييا و المثبتة في الجدوؿ )4( يمكف تمثيميا بالمخطط البياني الموضح بالشكؿ )6(. 131

131 الشكؿ )6(. يوضح قي الصالدة السطحية لطبقة التكسية لمعينات االربعة المعدف االساس بالموف االزرؽ ومادة التكسية بالموف االحمر. في الشكؿ )6( نجد اف قي الصالدة في جميع العينات مرتفعة جدا و متقاربة بشكؿ كبير و ىذه النتائج لمصالدة المرتفعة تتوافؽ مع ارتفاع في مقاومة الصداء و مقاومة البمي و التآكؿ و المميزة لمصمب السبائكي المقاو لمصداء و الذي صنعت منو اسالؾ المحا E309L و ىنا نجد اف المعدف االساس و ىو صمب منخفض الكربوف تحصؿ عمى ممي ازت سطحية ممتازة و ىي مقاومة التآكؿ و البمي و تمت بعممية اكسائو بتقنية لحا القوس الكيربائي باستخدا االسالؾ المغمفة.)SMAW( االستنتاجات يمي: Conclusions مف مجمؿ البحث المنجز يمكف اجماؿ الحصوؿ عمى مجموعة مف االستنتاجات كما 1 -نجاح عممية االكساء بالمحا لجميع العينات التي ت تنفيذىا بالحصوؿ عمى طبقة تكسية متجانسة مع المعدف االساس. 2 -الحصوؿ عمى طور مف االستنايت مع دلتا الف اريت لمعينات )1 2 3( و أيضا اطوار مف االستنايت مع الف اريت و المارتنسايت لمعينة )4(. 131

132 3 -صالدة مرتفعة لمغاية لمعينات االربعة مع عد وجود تفاوت كبير بيف العينات االربعة و الصالدة تتوافؽ مع مقاومة جيدة لالحتكاؾ و التآكؿ و الحؾ )البمي( و ىذا تحسيف كبير في الخواص السطحية لممعدف االساس. 4 -ترسيب لكربيدات الكرو في الطبقة االولى لمعينة )4(. 5- س مؾ طبقة التكسية لمعينات ىو mm( 3.4(. التوصيات 132 Recommendations يمكف اجماؿ مجموعة مف التوصيات لمبحث المنجز و ىي كما يمي: 1 -استخدا التبريد المعتدؿ او البطيء لمعينات عندا اكسائيا بالمحا. 2 -يفضؿ عد استخدا التبريد السريع وذلؾ لتفادي تكوف كربيد الكرو. 3 -يجب ا ازلة الخبث جيدا عند لحا اكثر مف طبقة. 4 -االكتفاء بطبقة واحدة مف المحا. 5 -يفضؿ عد استخدا شدة تيار لحا عالية عند عممية االكساء. 6 -د ارسة استخدا تقنيات لحا أخرى في تنفيذ عممية االكساء. الم ارجع References ]1[. أحمد الصباغ - ىندسة المحا. دار الشروؽ - القاىرة الطبعة االولى أكتوبر ]2[. نياد حامد - صناعة و تصمي اآلالت الحديثة بالمحامات. مكتبة األنجمو المصرية - القاىرة ]3[ يوالخيتف عم المعادف و المعاممة الح اررية لممعادف. دار مير لمطباعة و النشر - موسكو - االتحاد السوفيتي الطبعة الثانية ]4[. أ ىيكينس يعقوب الياس الميتالورجيا اليندسية )الميتالورجيا الفيزيائية التطبيقية(. ترجمة جورج رضا محمد سويم و ازرة التعمي العالي و البحث العممي الع ارؽ

133 [5]. AWS - Welding Handbook, Welding Processes. Part 1 - Volume [6]. ASM HANDBOOK, Welding, Brazing and Soldering, Volume [7]. Dvrmat - Hardfacing Materials, [8]. Hardfacing, BOC AV: IPRM [9]. AMS Handbook, Metallography and Microstructure, Volume [10]. Kenneth Easterling, Introduction to the Physical Metallurgy of Welding. Second Edition Butterworth- Heinemann Ltd. [11]. Johne. Lippold Damianj.Kotecki. Welding Metallurgy and Weldability of stainless steel. [12]. Sindo Kou, Welding Metallurgy. Second Edition. John Wiley & Sons, Inc

134 اىتنى اى ع بري وإ تبج اى ع ى اىذالى اىر زي حالة دراسية : نماذج معمارية في عيد االستعمار االيطالي طرابمس أ. لنا محمد نصر الدين العاقل المعيد العالي لمعمو والتقنية_ ط اربمس Lanaelagel@gmail.com الممخرررص المعمار االيطالي ازخ بالدالالت الرمزية السياسية التي ل تختفي فجأة بعد إنتياء االستعمار عقب الحرب العالمية الثانية لربما أنخفض تدريجيا ولكف ظمت التأثي ارت المعمارية والتخطيطية مستمرة ضمف الحياة اليومية لممستعمرة برموز معاصرة مرتبطة بالمخمفات االثرية التي تعج بيا اال ارضي الميبية لقد تعامؿ المعمارييف االيطالييف في تمؾ الحقبة مع ما وجدوه مف أثار متبقيػػػة كرموز ودالالت تاريخية تتمتع بأىمية تن عف الفخر واألصالة أنو أمتياز يستند إلى اتجاه االيطالييف الرمزي المحسوس بشكؿ كبير في عممية ممارسة االستعمار كأحقية تاريخية مخططة ومدروسة لمداللة عمى فكر يؤمف بضرورة تأكيد المعاني الكالسيكية مف خالؿ االستم ارر في أسػػتخداميا واتخاذىا مصدر لممفردات المعمارية تركب مع بعضيا بطػ ارئؽ جديدة لموصوؿ ألشكاؿ متسقة وممتعة بصرية. أف ىػػػػػػػػدؼ ىذه الورقة البحثية ىو تسميط الضػػػػػػػػػوء عمى الدالالت الرمزية الكامنة خمؼ معمار مدينة ط اربمس في العيد االيطالي ومدى تأثير الرمز والداللة في التصامي المعمارية المشيدة وقتيا ولتحقيؽ ىذا اليدؼ أتبع الباحث المنيج الوصفػػػػػػػػػػػػي والمنيػج التحميمي بأساليب اعتمدت العديد مف المصادر والم ارجع واالشكاؿ. توصػػمت الد ارسة إلى نتائػػج مػػػحددة لالستفادة مف أستخدا الرموز في العممية 134

135 التصميمية مػف خالؿ ضرورة الت از المصمػػػػ بتمبية الحاجػػػات و المؤثػػ ارت في السػػػياؽ المعماري عند وضع التصمي ووجود فمسفة خاصة و ارء تصمي العناصػػػر المعػػػػػػػػػمارية عند وضع التصميػػػ وقد ضمف الباحث ىذه الد ارسة العديد مػػػػػػػف االشكاؿ التوضيحية كالصور وواجيات المباني والمساقط االفقية وغيرىا و التي تسي في توضيػػػػػػػح محتواىا وتحقيؽ الكممات الدالة : الداللة الرمز المعمار العناصر المعمارية التشكيؿ المعماري. Abstract The Italian architecture that is full of political symbolic significance did not disappear suddenly after the end of the colonialism right after WWII, it may of gradually faded but architectural and the planning effects continued within the colonial lifestyle. Within modern symbols connected with the ruins of the artifacts that is teeming in the Libyan territories. The Italian colonials dealt in that era with the remaining artifact findings as historic symbols. It's characterized with the importance that is reflected with pride and authenticity it's privilege that is based on the Italian symbolic direction that is largely noticed, It's a privilege that rests in towards the symbolic Italians that is touched in a huge way in the colonization operation as a studied and planned historic right to signify a thought that believes in the necessity on the confirmation of the classical meaning through the continuation in using and adopting it as a source for architectural vocabulary that fit together in new ways to reach shapes that are symmetrical and easy to look at. The research aims to study the evolution of the significance symbolic, and its manifestations on the ground in the Architectural designs and to achieve this goal among others, the researcher followed the descriptive and analytical approach which adopted by many sources, References, maps and photos. 135

136 The study reached some conclusions and recommendations that would improve the philosophy behind the design of architectural elements in the architectural structure, which is linked to a symbolic network of connections that forms a link between the designer and the receiver. The researcher has included many illustrations that contribute to clarifying their content and achieving their. Keywords: Symbol, Significance, Architectural elements, Architectural Formation. 1.المقدمة المعمار لغة رمزية داللية يمكف ق ارءتيا وفي معانييا ال اربضة خمؼ تكويناتيا وىي معاني معينو تتجمى بتوظيؼ المصم لممفردات يصؿ بالتكويف إلى شكؿ مقروء خالؿ سياؽ معيف وبترتيب محدد مف قبؿ المتمقي ىذا التنسيؽ يؤثر عمى المصمميف في تصنيع أشكالي المعمارية وتشكيميا كما يؤثر عمى التكويف في تركيب عناصره وتنميقيا لقد أستخدمت العديد مف األليات والنظريات في في الشكؿ المعماري وتحميمو ومنيا آلية التعامؿ مع الشكؿ المعماري عمى أنو نص يمثؿ لغة خاصة لمعاف معينو ىي التي تصيغ تكوينو فتمقى العمارة تخد مسألة الدالالت الرمزية بتوجيػػػػات معينة. أف تنظي العناصر المعمارية ضمف لغة رمزية لمتعبير عف الفكر الدافع و ارءىا ىو أحد أى مالمح المعمار المسيس والذي طبؽ في المستعمرة الميبية فقد حازت درجة عالية بيف المستعم ارت االيطالية عمى مستوى األثار المكتشفة والتي أعتبرت قيمة رمزية تاريخية فعمماء اليندسة المعمارية وعم العم ارف االستعماري أقاموا دالالتي الرمزية عمى موضوع حيازة المستعم ارت لصالحي وقضية اليندسة المعمارية فييا. تػػػػػيػػدؼ ىذه الد ارسة إلى رصد الرمزية خمؼ المعمار المقا في المستعمرة الميبية ودورىا في اضفاء عمؽ سياسي عمى الشكؿ الفيزيائي والوظيفػػػػي لممعمار وسيت مناقشتو مف خالؿ محوريف اساسييف: 136

137 - المحور األول: عرض لممفاىي المرتبطة بالدالالت و الرموز ومعانييا وعالقتيا بالعمارة وتأثيرىا الرمزي المباشر عمى التصمي وتطبيقاتيا في التكويف وانتاج المعنى. - المحور الثاني: د ارسة تحميمية لمبنية الداللية الرمزية لممعمار عبر نماذج معمارية ت بناؤىا في حقبة العيد االيطالي في مدينة ط اربمس حسب المنيج التحميمي واالستداللي. المعمار بشقيو الذىني والمادي لغة حسية ممتعة ترتكز البصري عبر قدرة البصر لممتمقي "Communication" وباإلضافة عمى التعبير الشكمي إلى أداء وظيفة االتصاؿ المبنى فيو يحمؿ داللة رمزية مف خالؿ نظا أتصالي معيف ألجؿ تحقيؽ تواصؿ محدد إلى مصطمح " Papen " Pier مع مجموعة المستعمميف ضمف سياؽ معيف و يشير بيير باباف الداللة الرمزية كمعرفة وقدرة متجاوزة لمبصري السمعي حيث السيادة لتخيؿ االشكاؿ والتعابير بقولو " أنيا بوابة دخوؿ لمعال الرمزي البصري بمشاىدة التعابير البصرية عمى أنواعيا")ميف ارني 2010(. وىو ما ينطبؽ عمى المشيد المعماري لمحقبة االيطالية في ليبيا الذي يمثؿ الذاكرة الحية التي نعايشيا في المنطقة عمى شكؿ معاني مكثفة تحيؿ الكتمة البصرية إلى بعد أخر في الزمف يخص واقع المعماري ومفيومػػػو ومعتقداتػػػو كونو منتجا ليا ومحوال لممعاني واالفكار لدالالت رمزية ضمف قالب المعمار الفيزيائي كما يوضحيا ثاني قدور في كتابو الموسو بسيميائية الصورة: إف كؿ رسالة بصرية ميما كانت طبيعتيا تنتج مدلوالت إيحائية ( مدلوالت رمزية ) وىي مدلوالت تاريخية وثقافية وسياسية واجتماعية فيي تفترض مسبقا مرسال إليو فرديا كاف ا جماعيا ") ثاني 2008(. لقد أظيرت إيطاليا أىتماما كبي ار باليندسة المعمارية االستعمارية إلى جانب د ارسة عميقة لإلختالفات الثقافية لعكس الفكر السياسي عبر الصورة الذىنية المتكونة لمرسالة البصرية المتمقية عف طريؽ لغة التكويف المعماري لتعبر عف االيدولوجية بصيغة مشفرة وأستنادا لفيتغنشتايف" فال وجود لمفكر بمعزؿ عف المغة بؿ ينتج كال 137

138 منيما مف األخر وال تقتصر المغة عمى مستعمػػػؿ واحد بؿ تشمؿ فئة مف المستعمميف". )أرمينكو 1985(. سنقو بتحميؿ العناصر المكونة لممعمار اإلستعماري لموصوؿ إلى الفكر الكامف خمفو ولق ارءة التكويف الداللي الموجو عبر تركيبة إنتاج المعنى الرمزي ونحف نقصد ىنا بالتركيبة العالقة المتشابكة بيف المكونات المادية الداللية والرمزية لمعمارة فمكؿ حالة وضع خاص بيا فالتركيبة ىنا تربط بيف الكؿ المادي والفكري و تجمع أج ازءه لتكوف الداللة. 2. مفيوم الداللة والرمز عم الداللة Semine( ) بمعنى دؿ وعنى والتي تشتؽ بدورىا مف كممة Sema( ) مشتقة مف الكممة اليونانية بمعنى داؿ " إف الصورة كالكممات وككؿ االشياء االخرى ال يمكف أف تنفمت مف كونيا متورطة في لعبة المعنى" ميتز " Christion " Metz ( ثاني 2007 (. والكػػػوف الحافؿ بإالشا ارت ىو نظا ذو داللة رمزية والق ارف الكري منذ نزولػػػو كاف يحث عمى التآمؿ في الرموز عمى إنيا معاف ومضاميف إلكتشاؼ بنيتيا الدالليػػػػة الدالة عمى وجػػػػوده وقدرتػػػػػو في قولو تعالى : )) ي وق ن وف ((" ( الق ارف الكري سورة الجاثية(. و م ا ي ب ث م ف د اب ة آي ات ل ق و و ف ي خ م ق ك وقولو تعالى ))و ع ال م ات و ب الن ج ى ي ي ت د وف (( ( الق ارف الكري سورة النحؿ( فأي تغيير رمزي داللي ىو بالنتيجة لو تغيير معنوي داؿ عميو أي أف أي تغيير داللي ىو تغيير معنوي )عياشي 1986 (. أىت الباحثوف بعم الداللة بكونو ال يعدو أف يكوف في معناه مخزونا عمميا أو ثقافيا يظير في شكؿ نظا مف المعاني وتدؿ عمى في المعنى مف قبؿ المتمقي 138

139 بآرجاعيا إلى موروثو الثقافي والفكري و مفيوميا إصطالحا وفي أبسط تعريفاتػػو ىو شبكة مف العالمات النظامية المتسمسمة وفؽ قواعد متفؽ عمييا في بيئة معينػػػػة" ( ثاني 2008 (. أنو عم المعاني التي يستخدميا الذىف لموصوؿ إلى في االشياء أو في توصيؿ معارؼ االخريف." )بف مالؾ 1995 ( إف عمػ الػػداللة لعبة تفكػيؾ وتركيب وتحديد لمبنيات العميقة و ارء البينػػات السطحيػػة وىود ارسة شكمية لممضموف تمر عبر الشكؿ مف أجػػػػؿ تحقيؽ معرفة دقيقة بالمػػعنى. )حمداوي 1997(. ورد تعريؼ كممة الداللة في المعج الفمسفي لػجميؿ صميبا: " ىي أف يمز مف العم بالشيء عم بشيء آخر والشيء األوؿ ىو الداؿ والثاني ىو المدلوؿ فإف كاف الداؿ لفظا كانت الداللة لفظية واف كاف غير ذلؾ كانت الداللة غير لفظية وكؿ واحدة منيما تنقس إلى عقمية وطبيعية ووضعية." ( صميبا 1971( الشكؿ )1( يدؿ عمى العنصر)أ(الداؿ العنصر)ب( المدلوؿ الشكؿ رق) 1 (:العالقة بيف العنصريف )أ( و )ب( عالقة أل ازمية بيف داؿ ومدلوؿ وعرفيا برنار توساف بكونيا " ال تيت إال بالمدلوالت ومختمؼ أشكاؿ التواصؿ وتتكوف الداللة في الوقت الذي ننسى العالقة بيف شكؿ التعبير وداللة التعبير." ( توساف 1994( عرؼ بيرس الداللة عمى إنيا " تمثيؿ لشيء ما بحيث يكوف قاد ار عمى توصيؿ بعض جوانبو او طاقاتو إلى شخص ما " و عمى قدر وضوح الداللة وصواب المعنى يكوف إظيارىا وكاف الجاحظ أوؿ مف أصطنع مصطمح االشارة " و أرى اف 139

140 اإلشارة والداللة قد تكوف باليد وبال ارس والعيف والحاجب والمنكب والثوب والسيؼ ")ثاني 2006( وبالتالي فالداللة رسالة بصرية وشكؿ تعبيري. وبيف الداللة و ما تدؿ عميو عالقة توافقية فيي تشير إلى موضوع لو معنى "وال يوجد لممعنى داللة إال اذا تمفصؿ في شكميف مستقميف ىما مستوى التعبير ومستوى المضموف وىما بدورىما ينشط ارف كؿ بمفرده إلى شكؿ وجوىر" )التركي 2006( وتشترؾ الداللة والرمز في دورىا في توصيؿ المعمومة و المعنى وارجاعو إلى العناصر الذي أنتجتو والذي استحضرت في عقؿ المتمقي عالمة ترمز إلى شيء أخر. فالدالالت الرمزية تحتوي عمى العديد مف المعاني التي تمثؿ أغ ارضا كرموز تصميمية تضمف في المتمقي فالمتمقي لمتكويف يحمؿ الدالالت الرمزية لممعمار مف خالؿ المرور بمفردات وعناصر تكوينية ترتبط بالمكاف )وليا عمؽ تاريخي ) و يترجميا إلى معمومات تخزف بالعقؿ وىي النقطة المستيدفة مف قبؿ التوجو السياسي الذي يترج ىذه المعمومات بواسطػة المعماري. اذا فالمعنى الداللي الذي يضفي عمى الظاىرة المعمارية ىويتيا وتضفي ىي عميو خصوصيتيا بشكؿ متبادؿ يؤدي إلى أد ارؾ المتمقي لمتركيبة السطحية المادية المباشرة أما إد ارؾ البنية العميقة لمداللة الرمزية فيصعب فيميا ويتطمب أستخدا الحواس والحدس فالمتمقي يعيش داخؿ بنية المدينة المخططة سمفا وفقا الفكار المصم وتوجياتو وتؤثر في سموكيات المتمقي وتشكيؿ رؤيتو دوف وعي منو. - الداللة و الرمز و تطبيقاتيا في العمارة قا العال السويسري فردناند دي سوسير" "Ferdinand de Saussure بوضع صفات عامة لمدالالت وانطالقا منيا سنحدد االرضية المشتركة بيف الداللة والرمز معماريا مف حيث : 141

141 1-3- مستويات أنتاج المعنى : الداللة يصبح ليا معنى عف طريؽ العالقات في السياؽ الموضوعي فال ندرؾ الداللة اال مف خالؿ النظا الذي تندرج فيو فممتكويف معنى مف خالؿ ثالث مستويات ) فردنياف 1985 ( : االوؿ: المستوى المبدئي وعناصره ال تحمؿ أي داللة. الثاني: المستوى التعريفي وعناصره تحمؿ والتشكؿ معنى. الثالث: المستوى التركيب وعناصره تحمؿ داللة ومعنى رمزي فالداللة تنتقؿ مف مستوى التكويف كمعنى إلى مستوى التكويف كشكؿ ومنيا التكويف كمفيو لتحقيؽ المعنى لدى المتمقي" فتحقيؽ المعنى يت مف خالؿ تالقي النص بالقارئ أي أف المعنى في النص اليصوغ ذاتو ويجب اف يحضر في المادة النصية لكي ينتج المعنى" )سمدف 1996 (.وتكوف في ذىف المصم معنى ي ارد توصيمو كتكػويف يفي كرسالة ذات خمفية معموماتية مف قبؿ المتمقي وىو المستوى الثالث مف التركيب الذي يحمؿ داللة ذات معنى رمزي الشكؿ )2(. مستوى التكويف كمعنى مستوى التكويف كشكؿ مستوى التكويف كمفيو الشكؿ رق )2( :- مستويات أنتاج المعنى ( الداللة ( بنية التركيب الداللي :كوف جس الداللة واالشارة والرمز واحد فيويتحدد مف جزئيف اليمكف الفصؿ بيني االوؿ ىو الػػػػػػداؿ )Signtier( )الصػػػػػورة البصػػػػرية الحسيػػػة( والمػػدلػػػػػػوؿ ( )Signtied )الصورة الذىنية( الذي يحدثيا النظر ويتحداف عند االنساف بالفكر فعند ربط الداؿ والمدلوؿ بشفرة دالة ونظا مرجعي رمزي ضمف سياؽ محدد يتصؿ بالجانب التأويمي االستداللي المختص بالد ارسة الم اردة يصبح لمداللة 141

142 معنى مباشر واضح و صريح نحو الموضوع الم ارد إيصالو لممتمقي )التركي 2006( ( الشكؿ.)3( الدال الصورة الحسية )التكوين ) الداللرررررة المدلول الصورة الذىنية ( لدى المتمقي) الشكؿ رق) 3 (: ثنائية الداللة المبنية مف الداؿ والمدلوؿ وأتحادى لتكويف جس الداللة طبيعة الداللة: الداللة ليا طبيعة أعتباطية بأنعدا الصمة الطبيعية بيف الداؿ والمدلوؿ ولكف ميزة الرمز أنو يقيدىا " ال يكوف أعتباطيا فرمز العدالة / المي ازف ال يمكف أستبدالو أعتباطا بأي رمز أخر كالعربة مثال" فعند أرتباط الداللة بالرمز تتوارد المعاني عمى عدة أشكاؿ ذىنية واضحة تأتي مف إستنتاجات ترتبط بالخمفية العقمية لممتمقي )فردنياف 1985 ( الشكؿ )4(. 142

143 المعنى الداللي لرمز المي ازن العدالة الشكؿ رق )4( : أرتباط الداللة بالرمز كمعنى واضح ال يمكف استبدالو برمز أخر. "ومف أى صفات األشكاؿ المعمارية ىو كيفية عمميا كرموز أو إشا ارت لوظائؼ أو دالالت ثقافية أو سياسية أو أي معاني أخرى يستدؿ عمييا اإلنساف المتعامؿ مع تمؾ األشكاؿ. وتساعد تمؾ الرموز اإلنساف عمى في المكاف والتعامؿ معو بالشكؿ المناسب ثقافيا واجتماعيا تبعا لما تمميو عميو ثقافتو وتعميمو. فالرموز المتوفرة داخؿ أحد المباني توجو اإلنساف لمتعامؿ معو كمبنى ديني أو مستشفى أو متحؼ تبعا لمعاني اإلشا ارت الموجودة داخمو. وىذه الق ارءة قد تكوف صحيحة وكافية بالنسبة لإلنساف المتعامؿ مع المبنى ولكف ىناؾ ق ارءات أخرى أعمؽ تحمؿ نفس األىمية لممجتمع والثقافة المجتمعية ككؿ البنية الداللية الرمزية لممعمار فالمعمار ثري بالمعاني المختبئة في "األشكاؿ" عمى شكؿ رموز تعطي داللة فقد قضيػػػػػػػػة االيحاءات فيOleg Grabar طػػػػػػرح الػػػػػػػػػػػػكاتب أولج غربار (Symbols (and Signs in Islamic Architecture 1983 مقالو المنشور عا (symbol) موضوع الرمزية المتعمقة باألشكاؿ ودالالتيا ويطرح تعريفا لمرمز فالرمز يعرؼ " الشيء " ويوحي ضمنيا بو. ( 143

144 " ىناؾ ميؿ طبيعي في عقولنا لتبسيط االشياء التي ن ارىا وتقريبيا لعناصر نعرفيا مف قبؿ وىذه العناصر معروفة مسبقا أي مجموعة ثابتة مف المعاني داخؿ عقولنا مرتبطة بأشكاؿ ومجموعػػػة العناص ارلمختزنة في العقؿ ( )Schemata تساعد في تجريد االشكاؿ وتقريبيا ألقرب صورة يعرفيا العقؿ وبالتالي فإننا ندرؾ االشياء منذ الوىمة األولى بدوف تفاصيؿ" )عوؼ 2002 (. لقد أعتبر برودبينت G.Broadbent الدالالت بمثابة نظا مرجعي ( شفرة ) لو معايير تدؿ عمى ما يرمز عميو وفي المجاؿ السياسي توجو أفكار معينة نحو ىدؼ في عممية تصمي الكتمة مف خالؿ قاعدة مرجعية ويشير الفيمسوؼ االمريكي تشارلز بيرس (Peirce 1914 ) " ليس باستطاعتي اف أدرس اي شيء في ىذا الكوف إال عمى انو نظا سيمائػػػػػي رمزي. " ( بف مالؾ 1995 (. أف عممية التصمي في السياؽ االستعماري ىي فكرة داخؿ ذىف المصم الموجو سياسيا إليجاد رسػػػػالة بصػػرية ذو معاني داللية. فالرسائؿ الذي يشتمؿ عمييا المعمار االستعماري والذي يتقاسميا مع المتمقي لضماف أحسف أستقباؿ تكمف قدرتو في أمتالكو قدرة التفاعؿ فمثال تقي لغة التكويف الداللي إرتباطا بيف االرث الحضاري وبيف حاضر المستعمرة مف خالؿ نظا أتصالي معيف يستخد فيو لغة كالسيكية مرجعية تستند لنظريات معتمدة مسبقا لفؾ ترمي ازلنزعة الرومانية الغالبة في تصمي المباني المعاصرة لمحك الفاشي مف خالؿ المتمقي القارئ لمنص االستعماري بخمفية معرفية مف خالؿ معايشتو لواقع االستعمار السياسي و التاريخي واالجتماعي. 144

145 -1- نماذج معمارية - حقبة العيد االيطالي/ليبيا نصب النصر 1923 م م ولتتجسد االفكارعمى ىيئة معمار يصبح مقرؤ يجب أف تنخرط ضمف سياؽ معيف يمنيج المغة المنبثقة مف العممية التصميمية لمتكويف ليت إد اركيا في السياؽ المعماري التي أ ارد المعماري بأتباع منيجية معينة تضمينو مف خالؿ الكتمة فنصب النصر ىو نصب تأبيني لمجنود الذيف ماتوا في الغزو العسكري لمدينة ط اربمس والذي كاف نتػػػاج نظرة المصم آرماندو ب ارسيني " Brasini " Armando لميندسة اإلستعمارية الشكؿ) 5 (. الشكؿ رق) 5 (: النصب المصم مف قبؿ ارماندو ب ارسيني الواجية البحرية أنو يعرض ىوية رومانية المستعم ارت ويقع عمى بشكؿ محدد في السياؽ اإلستعماري وبناءا عمى طمب و ازرة شاطئ البحر الغربي المواجو لممدينة القديمة عمى أعمى منسوب أرتبط التصمي معماريا بالضريح الثيودوري في ارفينا سنة االسموب المميز إلظيار الييمنة والييبة لمضريح داللة عمى إقامة وكاف ىذا صالة دائمة عمى أرواح الجنود الغ ازة فأسموب المعمار أرتبط بالعقيدة في وقت كانت فيو الكنيسة ىي المسيطر الوحيد لقد أعاد المصم إحياء الثقافة المسيحية المبكرة في روما مف خالؿ

146 السياؽ االستعماري لمتصمي المقترح ولكنو غير في النماذج حتى تناسب احتياجات المرحمة فقد زخر ىذا التصمي بااليقونات االستعمارية و يعتبر رمزيا نقطة اإلتصاؿ بيف الممتمكات االستعمارية قديما وحديثا الشكؿ )6(. - سنة 1925 ط اربمس الضريح الثيودوري- سنة 526- الشكؿ رق )6(: وجو الشبو بيف نصب النصر والضريح النصب التأبيني ليبيا مصرف االدخار)البنك المركزي االن( 1933 م ىذه أحدى أعماؿ المصم االستعماري اليساندرو ليمونجمي Alessandro" "Limongelli الذي أتخذ االثار الرومانية لغة مرجعية محددة بمعايير أستخدميا في تصمي مصرؼ االدخار 1933 واحتوت عمى عدة عناصر ضمف الكتمة التي أصبحت تكويف بصري يحتوي عمى أفكار سياسية خاصة بتوجيات الفاشية نحو أحياء الماضي حيث نسؽ عناصر اإلنشاءات األصمية لمبيئة المحمية بشكؿ يرتبط بمفردات المعمار الروماني و قا بالتعبير عنيا ماديا و معنويا وجعميا تخضع ألفكار ومبادئ 146

147 وزمف معيف فبساطة العناصر و الحجو المكعبة الممساء الخالية مف التزييف وصمتيا باليندسة المعمارية الشرقية مف قباب وأقواس جعمت المشروع بمثابة نظا ممئ بالدالالت. واإلختالؼ بيف الواجيتيف الرئيسيتيف لممبنى تظير الممارسة الفكرية الفمسفية عمى ارض الواقع فيي خميط مف المعمار المحمي الواضح في العناصر البسيطة لمواجيات. لقد سعى المعماري إلى ربط العناصر بمغة رمزية داللية واقامة معمار انتمائي بدمج مفردات كالسيكية رومانية بشكؿ متناسؽ كاالرتفاعات والنسب بالعناصر الشرقية المحمية مثؿ االقواس والقباب الصغيرة. ويعتبر المبنى مف إحدى أجمؿ اإلنشاءات اإلستعمارية اإليطالية لفترة الفاشية والتي تعبر عف لغة معمارية كالسيكية. الشكؿ )7(. الشكؿ رق )7(: مصرؼ التوفير (مصرؼ ليبيا المركزي ( العائد الي سنة 1933 عمى ق ارءة لميندسة استندت فندق الودان 1935 م أحدى االساليب المعمارية لممستعم ارت االيطالية المعمارية المحمية نظ ار لمحج الكبير مف األعماؿ التي بنيت ووجدت في االثار الرومانية ونرى ىذا التطبيؽ يظير في فندؽ الوداف 1935 يقع ىذا المبنى عمى 147

148 الواجية البحرية الشرقية وصم مف قبؿ المعماري االيطالي فموريستانو دي فاوستو " " Florestano Di Fausto )مع الميندس االيطالي ستيفانو غاتي( نالحظ اف الكتمة الموجية مف قبؿ المصم آلنتاج معانييا تتضمف معطيات يوفرىا النظا الرمزي قبؿ وخالؿ وبعد مرحمة التصمي كتكويف لمحددات يعتمد عمييا التجسيد الشكمي لدمج االساليب المعمارية والرموز التشكيمية الذي ت االتفاؽ عمييا وأعتمدت رؤيتو المعمارية عمى االستخدا المباشر نسبيا لألشكاؿ والعناصر المحمية فقد أستطاع المصم أف يبرر كؿ أشكالو بإتجاه غاية معينو تجاوزت فييا خب ارتو االتجاه الواحد في التصمي فيو يستمد أساليبو مف خب ارتو المت اركمة في معمار المستعم ارت والتي عكست مرجعيتو كمصم سياسي في أستيعاب المفردات الداللية التي تعود إلى الفترة الرومانية إليجاد االليا والتعبير الرمزي نتيجة الضرو ارت السياسية الجديدة الشكؿ )8(. الشكؿ رق) 8 (: الواجية البحرية لفندؽ الوداف في ط اربمس )1935( ىذا المبنى السياحي المجاور لممدينة المحمية مجمع سياحي كبير مع برج عمودي يطؿ عمى الميناء وأرتفاعات عالية لممداخؿ المقوسة مع حوائط واسعة وممساء لمواجيات والغاء لألنماط الزخرفية كوسيمة لمجا ارة الحداثة لو داللة رمزية عمى النظرة االستعمارية االيطالية لميندسة المعمارية الحديثة الذي تسعى لترسيخ مكانة ليبيا بيف مستعم ارت 148

149 ايطاليا و قد كاف دي فاوستو قاد ار أىواء السياسييف. عمى د ارسة تاريخيا ودمجو والتالعب بو لخدمة معرض ط اربمس الدولي م لعؿ واجية معرض ط اربمس الدولي في مدينة ط اربمس الذي ىو مدخؿ مبنى المعارض يمثؿ نموذجا صريحا لمدالالت الرمزية الواضحة والذي يعتمد فييا المصم عمى تقنيات االد ارؾ البصري لتوصيؿ مفيو التصمي لممتمقي ويتمثؿ المعمار الروماني في ىذه الكتمة بتجمي واضح عبر عنيا المصم وظيفيا ومعنويا بإشباع حب الظيور والعرض و ميؿ إلى الفخامة واألبية وال يمكف فصؿ أستقاء العناصر المحمية الذي برر بيا المصم تكوينو عف العمارة الرومانية الذي تتميز بالضخامة ووحدة التصمي وبالتركيز عمى االقواس والمقياس المرتفع وكميا دالالت رمزية يبثيا المرسؿ لممتمقي االيطالي ليعزز شعورى باالنتصار في غزوتي عمى ليبيا ىذا التكويف بما يضمو مف عالمات بصرية تشكيمية صممت لتعطي عدة دالالت رمزية تي المتمقي االيطالي الذي لديو خمفية ثقافية مرتبطة بالتكويف المعماري ذو صبغة تاريخية واضحة لما يحتويو مف داللة ومف أىميا أف المضموف الداللي يظير في التقميد الحرفي لمعناصر الرومانية القديمة كنتاج تركيب يجمع بيف ما ينتمي إلى البعد الفاشي أوال و البعد التركيبي المجسد في أشكاؿ مف تصمي المعماري اليساندرو ليمونجمي ومف خالؿ مجمؿ الدالالت التي يطرحيا تصمي المدخؿ ومف خالؿ ابعاده الرمزية والشكمية نستنتج انو ليس ناتجا عف فحوى الكتمة في حد ذاتيا وال عف معاني عناصرىا وعالقاتيا المادية المجردة ولكنيا أبعاد لفكر ومذىب يختفي مف و ارءىا يتخذ فييا المعمار رسالة مرتبطة بأبعاد تتعدى الوظيفة المادية وتتعمؽ بثقافة شعب وحضارة عاد ليستوطف مستعم ارت أجداده. الشكؿ) 9 (. 149

150 الشكؿ رق )9( : واجية مدخؿ معرض ط اربمس الدولي في مدينة ط اربمس عند وضع التصمي مف قبؿ المعماري فيو يستخد المفردات والعناصر المندرجة تحت نظا مرجعي رمزي في سياؽ داللي لمموضوع المصم بحيث يكوف ليا تاثي ار بصريا عمى المتمقي تجبره اف يتفاعؿ معيا ويتذوقيا وعميو فاف عممية التشكيؿ ذاتيا ال تكوف مف اجؿ التركيب الج ازء او مفردات المبنى بؿ لخمؽ عممية أتصاؿ معينة بيف المرسؿ والمتمقي عبر المفردات المعمارية بحيث تزيد تاثير الرسالة البصرية الرمزية في أنطباعية المتمقي الشكؿ )10(. 151

151 الشكؿ رق )10(.: تحميؿ منظومة المعمار المشحونة بالدالالت الرمزية. أف الوظيفة المستيدفة مف ىذا التركيب البنيوي لمعناصر تتمثؿ في الدالالت الرمزية التي تجعؿ منظومة االتصاؿ تتمحور حوؿ الرسالة نفسيا فتمثؿ عنص ار قائما بذاتو أي تمثؿ العالقة القائمة بيف الرسالة وذاتيا فيػي " الوظيفة الجمالية بإمتياز إذ إف المرجع في الفنوف ىػو الرسالة التي تكؼ عف أف تكوف أداة االتصاؿ لتصير ىدفو ". )غيرو 1984 (. 5 -االستنتاجات 1- الدالالت المعمارية ىي رسائؿ بصرية تأثيرىا الرمزي مباشر عمى التصمي وليا معنى معيف يختفي خمؼ الشكؿ الداللي الرمزي المرسؿ لدى المتمقي ضمف منظومة أتصالية رمزية معينة. 151

152 2- إف تفاعؿ العناصر المكونة لمرسالة الرمزية وما يتركو استخدا مثؿ ىذه التقنية عمى -3 التكويف المنتج مف أثر عمى بػصر المتمقي ىو مف أىداؼ المعمار الداللي الرمزي. إف أستخدا االساليب المعمارية المحددة في أنتاج المعمار االيطالي أنتج نوع مف الحوار بيف المفردات والعناصر مما أعطى عمقا وجمالية لمساحة و لممباني. 4- أف مجمؿ الدالالت الرمزية التي يطرحيا العمؿ المعماري ومف خالؿ بعديو الرمزي والشكمي نستنتج انو ليس ناتجا عف مضموف الكتمة في حد ذاتيا أنيا أبعاد أنسانية لعال أجتماعي و مرتبطة بأبعاد رمزية تتعدى الوظيفة المادية -5 يعد الفكر المعماري واحدا مف األسس التي تساعد عمى إضفاء التماسؾ والت اربط بيف الوحدات التػصػميمػية مف خالؿ أد ارؾ القيمة المرجعية لمعناصر المصممة. 6 -الم ارجرررررررررررررع ]1[. ارمينكو ف ارنسواز اإلنماء القومي بيروت. ص 23 ]2[. الق ارف الكري سورة الجاثية االية 4. ]3[. الق ارف الكري سورة النحؿ االية 16. ]4[. بف مالؾ رشيد الج ازئر. ص 2 ]5[. حمداوي جميؿ الكويت. ص )المقاربة التداولية( تر. د. سعيد عموش مركز 2002 )السيميائية اصوليا وقواعدىا( منشو ارت االختالؼ 1997 )السيميوطيقا والعنونة( مجمة عال الفكر العدد 3 ]6[. التركي جماؿ 2006 )العمى واالنكشاؼ في سيموطيقيا المعنى( مجمة شؤوف ثقافية السنة واالعال ليبيا ص 28. ]7[. نفس المصدر السابؽ نفس الصفحة. ]8[. نفس المصدر السابؽ نفس الصفحة. االولى العدد 3 أمانة المجنة الشعبية العامة لمثقافة 152

153 ]9[. توساف برنار.]10[ 2000 ) ماىي السيمولوجيا ( ط 1 تر. محمد نظيؼ دار أفريقيا الشرؽ الدار البيضاء ص ثاني قدورة 2007.]11[.]12[.]13[.]14[.]15[.]16[.]17[.]18[.]19[.]20[ )سيميائية الصورة مغامرة سيميائية في اشير االرساليات البصرية في العال( موسسة الو ارؽ لمنشر والتوزيع عماف. ص 31. نفس المصدر السابؽ ص 31. نفس المصدر السابؽ ص 25. نفس المصدر السابؽ ص 47 نفس المصدر السابؽ ص 51 صميبا جميؿ بيروت ص )المعج الفمسفي( ط 1 دار الكتاب المبناني عوؼ احمد محمد صالح الديف 2002 )مقدمة في التصمي العم ارني( جامعة القاىرة مصر ص 37. غيرو بيار. دمشؽ. ص 16. غيػرو بيار عويدات بيروت ص )عم الداللة( تر.منذر عياشي. دار طالس 1984 )السػػيمياء( تر.أنطواف أبي زيػد منشو ارت 19- فردنياف دي سوسير 1985 )دروس في األلسنية العامة( تر. صالح القرمادي ومحمد الشاويش الدار العربية لمكتاب تونس ص 34. ميف ارني عبدالحؽ 2010 )عنؼ الصورة وسطوتيا( مجمة العربي العدد 617 الكويت. ص 108. [21]

154 دراست تأث ر سبت اإلضبفبث ا ت ى ىاس ر اىبالست ل اى ص ىعت بدة عذ ذ ميىر ذ اىف و اىصيب )PVC( موسى خميفة محمد شاقان و ازرة التعمي مكتب المتابعة و تقيي األداء أكرم امحمد عمر القريد المعيد العالي لتقنيات عمو البحار صب ارتة الممخص البالستيؾ المستعمؿ يعاد تدويره بكثرة في السنوات االخيرة مع حبيبات البالستيؾ الخا )P.V.C( البولي فينيؿ كمو اريد و ذلؾ لتقميؿ تكاليؼ انتاج المنتجات البالستيكية و كذلؾ لتقميؿ الضرر الناتج مف التموث الذي تسببو بقايا المواد البالستيكية في الطبيعة و كؿ ذلؾ يصاحبو توفير مواطف شغؿ مختمفة لكثير مف العاطميف عف العمؿ و يت خمط البالستيؾ مع حبيبات البالستيؾ الخا )P.V.C( بنسب معينة و يت اج ارء االختبا ارت الميكانيكية عميو حتى يت الحصوؿ عمى افضؿ نسبة خمط يت مف خالليا االستعماؿ االمف لممنتجات البالستيكية Abstract Used plastics have been recycled in recent years with polyvinyl chloride (PVC) plastic granules to reduce the cost of producing plastic products as well as to reduce the damage caused by pollution caused by the remnants of plastics in nature. This is accompanied by the provision of different jobs for many unemployed The plastic is mixed with raw plastic granules (PVC) in certain proportions and mechanical tests are carried out to obtain the best mixing ratio through which the safe use of plastic products 154

155 المقدمة يتركب البالستيؾ مف اإليثميف وىو غاز عضوي يتكوف الجزيء الواحد منو مف ذرتيف مف الكربوف وأربع ذ ارت مف الييدروجيف ويرمز لو بالصيغة C 2 H 4 وىو أحد مشتقات النفط الحتوائو عمى الكربوف الذي يشكؿ العنصر الفعاؿ في صناعة البوليمر ويضاؼ إليو مواد تكسبو خواص معينة كالميونة والمرونة والشفافية. البالستيؾ مصطمح يطمؽ عمى عدد مف المركبات و البوليم ارت طويمة السمسمة الجزئية و التي تتمتع بخواص متعددة و متباينة قمما توجد في المواد األخرى معا. و تفيد في جميع أوجو الحياة لكف يمكف القوؿ بأف كؿ البالستيؾ بوليم ارت بينما ليس كؿ بوليمر بالستيؾ. ازداد الطمب عمى البالستيؾ في األسواؽ العالمية بديال لممطاط الطبيعي و الخشب و الزجاج و المعادف األخرى وذلؾ بسبب خواص البالستيؾ المتنوعة و النادرة فبعد الحرب العالمية الثانية شيد إمداد المطاط الطبيعي نقصا حادا في الدوؿ الصناعية مما شجع التحوؿ لمبوليم ارت الصناعية وزيادة إنتاجيا حيث عرفت بقية البوليم ارت الحالية مثؿ : PET.HDPE, و ذلؾ بسبب خواص البالستيؾ المتنوعة و النادرة مثؿ خفة الوزف و مقاومة التآكؿ و العمر المديد و الجودة المتنوعة و الصالدة التي توفر الحماية و المرونة التي تسيؿ االستخدا و قابمية التشكيؿ لمختمؼ اإلحجا و األشكاؿ و الشفافية و العتمة معا و األمف مف مخاطر التشغيؿ و الثمف الزىيد و قابمية إعادة االستخدا. ىذه الخواص و غيرىا جعمت استيالؾ البالستيؾ في العال يزداد يوما بعد يو حتى وصؿ في عا 2000 إلى طف موزعة جغ ارفيا حسب الشكؿ )1( 155

156 الشكؿ )1( التوزيع الجغ ارفي لالستيالؾ العالمي مف البالستيؾ] 2 [ كما يشارؾ البالستيؾ في صناعة الثورة اإللكترونية و العولمة حيث ال يخمو قط غالؼ جياز أو آلة إلكترونية مف البالستيؾ و يت تدوير البالستيؾ ذو الجودة األقؿ الستخدامات تتناسب مع خواصو الجديدة و التي تنتج مف خمط عدد مف األنواع المختمفة مف البالستيؾ عادة يستخد البالستيؾ المعاد ألغ ارض يكوف فييا بديال لخامات أخرى مثؿ الخشب والحديد المسمح. مجاالت استعماؿ البالستيؾ ]1[:- تستخد مركبات البالستيؾ حسب خواصيا ألغ ارض كثيرة ومتنوعة وفؽ مواصفات االحتياجات المختمفة و لكف يمكف تقسي استخدامات البالستيؾ إلى خمسة حقوؿ رئيسية و ىي: التغميؼ - عال الفضاء -. البناء و اإلنشاءات - النقؿ - اإللكترونيات تصنيفات البالستيؾ] 1 [:- يت تصنيؼ البالستيؾ بعدة طرؽ ووفؽ عدة معايير وىي :- التصنيؼ المبنى عمى التركيبة الكيميائية 156

157 المركبات التي تعرؼ بالبالستيؾ كثيرة و متنوعة و لكف يمكف معرفة بعض تفاصيؿ ىذه المركبات مف خالؿ الصور الموضحة بالشكؿ )2(. الشكؿ )2( أنواع الحبيبات البالستيكية التصنيؼ الح ارري:- مف حيث تأثر خامة البالستيؾ بالح اررة و استجابتيا لمذوباف مف عدمو يت تصنيؼ البالستيؾ كما يمى:- بالستؾ يذوب بالح اررة ( قابؿ لمتشكيؿ( بالستؾ اليذوب بالح اررة ( يتصمب وغير قابؿ لمتشكيؿ( طرق إعادة االستخدام البالستيك ]1[:- ىناؾ انواع وطرؽ متعددة إلعادة استخدا البالستيؾ مف أىميا:- الطريقة األولية إلعادة االستخدام :- في ىذه الطريقة يت إعادة البالستيؾ الذي يكوف بنفس خواص و جودة الخامة األساسية ويت إعادة تشغيمو لنفس الغرض األساسي. ىذا بالتأكيد يتطمب أف تكوف نفايات 157

158 البالستيؾ الم ارد إعادة استخدامو أنقى ما يمكف وخالية تماما مف الشوائب المكتسبة لذلؾ فإف ىذه الطريقة تتطمب جيد أكثر وتكمفة أكبر مما جعؿ استخداميا لإلعادة أندر. الطريقة الثانوية إلعادة االستخدام :- في ىذه الطريقة يت إعادة البالستيؾ ذو الجودة األقؿ مف األصؿ الستخدامات تتناسب مع خواصو الجديدة و التي تنتج مف خمط عدد مف األنواع المتوافقة مف البالستيؾ. عادة يستخد البالستيؾ المعاد ألغ ارض يكوف فييا بديال لخامات أخرى مثؿ الخشب و الحديد المسمح. الجدير ذكره ىنا أف ىذه الطريقة ىي التي تت عبرىا المحاوالت المختمفة إلعادة االستخدا في المستويات البسيطة. حيث يت تجميع نوع أو أكثر ث يت إعادتو ألغ ارض جديدة. يمكف والشكؿ) 3 ( يوضح بعض النماذج ليذه الطريقة. أخذ صناعة األباريؽ و الصحوف و الماسكات و األمشاط الشكؿ )3( المنتجات المصنعة بالطريقة الثانوية إلعادة التدوير] 1 [ 158

159 الطريقة الثالثية إلعادة االستخدام في ىذه الطريقة يت إعادة البالستيؾ إلى مكوناتو الكيميائية كما ىو مبيف بالشكؿ )4(. ىذه الطريقة تحتاج قطعا إلى بنيات و قد ارت عممية و صناعية مناسبة لموفاء باألغ ارض المذكورة مثؿ المعرفة بالمكونات الم ارد إعادتيا عالوة عمى اإللما بالطرؽ الكيميائية و الفيزيائية المعقدة التي تساعد في فصؿ ىذه المكونات عف بعضيا البعض ىذه الطريقة أصبحت تستخد بازدياد يوما بعد يو بعد أف أصبحت مركبات البالستيؾ كتابا مفتوح و بعد ما أصبحت الكيمياء الصناعية وسيمة مجربة ودقيقة و مفيدة. الشكؿ )4( اعادة البالستيؾ لمكوناتو الكيميائية] 1 [ الطريقة ال اربعية إلعادة االستخدام في ىذه الطريقة يت إعادة البالستيؾ بحرقو لالستفادة مف الطاقة الح اررية المخزونة فيو. ىذه الطريقة ىي األكثر شيوعا و استخداما إلعادة البالستيؾ لسببيف ىما: المحتوى الح ارري لمبالستيؾ كبير و االستفادة منو ضرورية أحيانا. الحرؽ ال يتطمب وسائؿ معقدة إلعادة البالستيؾ مثؿ الطرؽ الثالثة أألخرى. الحرؽ كطريقة إعادة لمبالستيؾ يت في محارؽ خاصة ليذا الغرض و بمستوييف ىما: 159

160 *حرؽ إلعادة المكونات األساسية لمبالستيؾ و الذى يمكف مف إعادة % مف المكونات في شكؿ مركبات أولية )غا ازت ) بينما النسبة المتبقية نفايات يت دفنيا أو حرقيا لالستفادة مف الطاقة الح اررية العالية لمبالستيؾ لصنع البخار مثال. *حرؽ لمتخمص مف البالستيؾ كنفايات تموث البيئة. في كال الحالتيف الحرؽ ينتج مموثات لميواء و البيئة قد تكوف ضارة لمبشرية و تتسبب في أض ارر بيئية وخيمة ويعزى خرؽ طبقة االوزوف إلى أسباب مشابية. ىذا االمر أستدعى مف الباحثيف تطوير طرؽ ووسائؿ مستحدثة لمحرؽ تقميال لممضار البيئية. طرق فحص واختبار مواسير البالستيك المصنوعة من مادة عديد كموريد الفينيل الصمب )PVC( مواسير البالستيؾ المصنوعة مف مادة عديد كموريد الفينيؿ الصمب )PVC( تصنع بالمقاسات واألقطار المختمفة وليا عدة طرؽ لمفحص واالختبار. األنواع ومجاالت االستعماؿ] 4 [ * أنابيب الضغط وتستعمؿ في : - 1- شبكات مياه الشرب. 2- شبكات الري الز ارعي. 3- نقؿ السوائؿ والغا ازت. * أنابيب االنسياب الطميؽ وتستعمؿ في :- 1- شبكات المجاري. 2- تصريؼ مياه األمطار. 3- التمديدات الصحية لممنازؿ. * أنابيب الحماية وتستعمؿ في حماية الكابالت األرضية )ىواتؼ وكيرباء( 161

161 الشروط القياسية] 4 [ 1 المظير واألطوال يكوف كؿ مف السطحيف الداخمي والخارجي لألنبوب أممسيف وناعميف ونظيفيف وخالييف مف وجود أخاديد أو أية عيوب أخرى تقمؿ مف أدائيا وتكوف النيايات مقطوعة قطعا منتظما وبطريقة عمودية عمى محور األنبوب كما تكوف األنابيب مستقيمة وتنتج وتسم عادة بأطواؿ 6 متر أو 9 متر أو حسب الطمب. 2 التفاوتات المسموح بيا في القطر الخارجي وسمك الجدار] 4 [ 3 االلوان التوضيحية * الموف الرمادي الغامؽ لتمييز أنابيب الري الز ارعي. * الموف العاجي )أبيض مصفر ) لتمييز أنابيب مياه الشرب. * الموف البرتقالي لتمييز أنابيب الصرؼ الصحي. * الموف األسود لتمييز أنابيب حماية الكوابؿ األرضية. 4 البيانات التوضيحية * اس المصنع أو عالمتو التجارية. * القطر االعتباري وفئة الضغط والطوؿ بوحدات النظا الدولي لمقياس. * تاريخ اإلنتاج. * نوع المادة الخا. * بمد الصنع. 5 الخصائص الفنية] 4 [ تكوف الخصائص الفنية لمواد تصنيع األنابيب كما ىي موضحة بالجدوؿ )2( حسب المواصفة المعتمدة مف قبؿ المركز الوطني لممواصفات وىي المواصفة القياسية الميبية رق )317( ألنابيب عديد االثيميف المصنعة مف مادة عديد االثيميف األسود منخفض الكثافة وطرؽ فحصيا واختبارىا. 161

162 القيمة القياسية ) ( جم/سم ² ) ( جم/سم ² الحد األدنى %90 الحد األقصى %30 الحد األقصى %1 الحد األقصى 5 )جزء في المميون( الحد األقصى % مم/متر م الجدول )2( الخصائص الفنية لمادة تصنيع األنابيب طريقة االختبار الخاصية م ق ل رقم 193 لسنة 1980 الكثافة الظاىرية م ق ل رقم 330 لسنة 1990 الكثافة النوعية التحميل المنخمي: م ق ل رقم 194 لسنة ميكروميتر 200 ميكروميتر 315 ميكروميتر /1998 ISO كموريد الفينيل المتبقي م ق ل رقم 196 لسنة 1980 المواد المتطايرة ASTM D 696/1991 معامل التمدد الطولي الشوائب )البقع السوداء( طريقة العد الحد األقصى 350 جزء/ كجم اختبا ارت جودة االنابيب] 4 [ قا الباحثاف بيذه االختبا ارت بمصنع االنابيب البالستيكية بمنطقة جنزور بالتعاوف مع الميندسيف المشرفيف عمى عمميات التصنيع بالمصنع. 1 اختبار مقاومة الصدمة عند 20 م ]4[ عند اختبار العينات تعتبر األنابيب ناجحة االختبار عندما تجتاز الضربات 14 األولى أو أقؿ مف 5 اختبا ارت غير ناجحة في 42 ضربة بدوف حدوث تشقؽ أو تصد ع ويبيف الشكؿ )5( صورة عينة االختبار. 162

163 الشكؿ )5( صورة عينة االختبار] 4 [ الجياز المستعمل الشكؿ )6( الجياز المستخد في االختبار 163

164 يوضح الشكؿ )6( الجياز المستخد في االختبار وىو عبارة عف جياز إسقاط الوزف ويتكوف مف األج ازء التالية:- ىيكؿ مف الفوالذ يثبت جيدا بشكؿ أرسي )عمودي(. قضباف دليؿ فوالذية توضع داخؿ الييكؿ الفوالذي ويمكف تحريكيا لممحافظة عمييا في وضع أرسي )عمودي(. ثقؿ ضارب يمكف إسقاطو بسيولة وحرية خالؿ قضباف الدليؿ الفوالذية يكوف شكمو عمى ىيئة نصؼ كرة قطرىا 25 م نظيفا وخاليا مف العيوب يجب أف يكوف مجموع وزف الثقؿ الضارب واألو ازف المضافة في الحدود حسب القطر االعتباري لألنبوب قيد االختبار. في كؿ األحواؿ يجب أال يزيد مجموع األو ازف عمى %10 بالنسبة لألو ازف االعتبارية التي أقؿ مف أو تساوي كج وعمى %5 بالنسبة لألو ازف االعتبارية التي أكبر مف أو تساوي كج. قاعدة تثبيت العينة :- عمى شكؿ الحرؼ V ب ازوية 120 طوليا 230 م توضع تحت قضباف الدليؿ بحيث ال ينحرؼ وسطيا عف محور أرس الثقؿ الضارب أكثر مف 2.5 م. آلية لتثبيت وتحرير األو ازف :- يمكف عف طريقو إسقاط الثقؿ الضارب مف االرتفاع المطموب مباشرة عمى السطح العموي لمعينة. آلية لتحديد مقدار االرتفاع :- عف طريؽ الحركة ال أرسية لقاعدة تثبيت العينة أو جياز تثبيت وتحرير األو ازف أو الييكؿ الفوالذي وذلؾ لمالئمة القياسات حسب أقطار األنابيب تحت االختبار. تجييز العينات تكوف أط ارؼ العينات نظيفة ومستقيمة وعمودية عمى محور األنبوب وىي عبارة عف جزء مف األنبوب تحت االختبار طوليا ضعفي القطر االعتباري أو 150 م أييما أكبر بشرط أال يزيد طوؿ العينة عمى 300 م يؤخذ العدد الكافي مف العينات عشوائيا بحيث تؤخذ عمى األقؿ عينة واحدة مف كؿ وردية تشغيؿ توضع في حوض مائي عند 164

165 )1±20 ) لمدة 30 دقيقة عمى األقؿ ث تختبر خالؿ 5 دقائؽ مف وقت إخ ارجيا مف الحوض المائي خطوات االختبار يعدؿ ارتفاع الثقؿ الضارب إلى )2000 إلى سطح العينة الطوي. ± يعدؿ وزف الثقؿ الضارب حسب القطر االعتباري لألنبوب. توضع العينة الم ارد اختبارىا عمى قاعدة تثبيت العينات. يسقط الثقؿ الضارب مف االرتفاع المطموب عمى العينة. تعرض العينات ذات القطر االعتباري - 3/8 10( م محسوبا مف أرس الثقؿ الضارب 1 بوصة لضربة واحدة فقط. أما 2 1 بالنسبة لألنابيب ذات القطر االعتباري 2 بوصة أو أكبر تتبع الخطوات التالية:- يرس خط عشوائي عمى طوؿ محيط العينة. ترس خطوط أخرى موازية لمخط األوؿ ومتساوية المسافة فيما بينيا. توضع عالمات عمى طوؿ الخطوط في اتجاه محور العينة وعالمات مماثمة أخرى عمى السطح اآلخر مف العينة. توضع العينة عمى القاعدة بحيث تكوف إحدى العالمتيف إلى أعمى. يسقط عمييا الثقؿ الضارب وفي موضع العالمة. إذا ل يحدث تشقؽ تدار العينة عمى محورىا حتى تظير العالمة الثانية المماثمة في الوضع العموي ث يسقط عمييا الثقؿ الضارب. تكرر ىذه العممية حتى يت اختبار جميع العالمات الموضوعة عمى الخطوط أو حتى يحدث تشقؽ. تكرر ىذه الخطوات بالنسبة لمعينات األخرى. تسجيل النتائج تعتبر العينات ناجحة االختبار عندما تجتاز الضربات 14 األولى بدوف حدوث تشقؽ. 165

166 عند حدوث تشقؽ في 5 عينات أو أكثر تعتبر غير ناجحة االختيار. عند حدوث مف 1 إلى 4 تشققات ويحتاج األمر لزيادة عدد الضربات إلى 42 ضربة تعتبر العينات غير ناجحة االختبار إذا حدثت تشققات في 5 عينات كما بالشكؿ رق.)7( الشكؿ رق )7( نتائج عينات االختبار 2 اختبار مقاومة الضغط الداخمي عمى المدى القصير] 4 [ عند اختبار العينات لمدة ساعة عمى األقؿ وعند درجة ح اررة )20 1 ) يجب تتحم ؿ العينات اإلجياد األدنى وذلؾ دوف أف يظير عمييا أي أثر لمتسر ب أو التدميع. األجيزة المستعممة تكوف األجيزة والمعدات الالزمة إلج ارء التجربة كالتالي:- أف وصالت طرفية تصم بحيث يمكف تركيبيا عند طرفي العينة بإحداىا فتحات لتعبئة العينة بالماء وإلدخاؿ اليواء المضغوط وتكوف محكمة اإلغالؽ بحيث ال تسمح بتسرب الماء واليواء ويمكف ربطيا ببعضيا بقضباف حديدية حوؿ العينة مف الخارج. حوض بو ماء تحفظ درجة ح اررتو عند )20 ± 1 ) وتضبط بواسطة منظ ح اررة )ترموستات( أو مقياس ح اررة )ترمومتر( طواؿ مدة التجربة ويجب أف وخاليا مف الشوائب التي قد تؤثر عمى النتائج. يكوف الماء نقيا 166

167 يسمح بتطبيؽ ضغط ىيدروليكي داخؿ العينة باستخدا جياز ضغط ىيدروليكي اسطوانة اليواء المضغوط ويضبطو عند ± %2 مف قيمة الضغط المستخد في التجربة باستخدا مقياس ضغط مناسب. يسمح بتسجيؿ مدة تطبيؽ الضغط حتى لحظة ىبوطو أو حدوث جياز توقيت تسرب. جياز لقياس السمؾ والقطر الخارجي لمعينات. تحضير العينات تؤخذ العينات مف دفعات اإلنتاج عشوائيا. تكوف العينات الثالث تحت االختبار. عبارة عف قطع مف أنبوب طولو الحر )المسافة بيف الوصالت الطرفية( ثالثة أضعاؼ القطر الخارجي بالنسبة لألنابيب ذات أقطار خارجية أقؿ مف أو تساوي 315 م بشرط أال يقؿ عف 250 م. أما بالنسبة لألنابيب ذات أقطار خارجية أكبر مف 315 م يكوف طوؿ العينة الحر أكبر مف أو يساوي 1000 م. تجرى عممية اختبار العينات بعد مرور 15 ساعة عمى األقؿ مف إنتاج األنابيب. خطوات االختبار يت معايرة كؿ مف أجيزة ومعدات قياس الضغط ودرجة الح اررة والتوقيت. يقاس سمؾ الجدار األدنى ومتوسط القطر الخارجي )حسب المواصفة المعتمدة مف قبؿ المركز الوطني لممواصفات( لمعينة تحت االختبار. تعبأ العينات بالماء ث تغمر في الحوض المائي عف درجة ح اررة 20 وتعالج حسب فت ارت المعالجة. تثبت العينة بجياز الضغط الييدروليكي ويطرد اليواء الذي بداخؿ العينة وتعرض لمضغط )المحسوب عف طريؽ المعادلة السابقة( خالؿ مدة ال تزيد عمى دقيقة واحدة 167

168 عمى أف يظؿ ثابتا بحيث ال يتجاوز ح اررة )20 ± 1(. %2. تحفظ العينة في الحوض المائي عف درجة يوقؼ االختبار عند نياية المدة المحددة أو عند حدوث تسرب بالعينة. تجتاز العينة االختبار إذا ل يحدث بيا تسرب أثناء ساعة واحدة. 3 اختبار مقاومة الضغط الداخمي عمى المدى الطويل عند 20 م ]4[ عند اختبار العينات عند درجة ح اررة )20 1 ( يجب أال يقؿ اإلجياد عمى محيط األنبوب عف القي المسموح بيا حسب المواصفة المعتمدة مف قبؿ المركز الوطني لممواصفات وىي المواصفة القياسية الميبية رق )317( ألنابيب عديد االثيميف المصنعة مف مادة عديد االثيميف األسود منخفض الكثافة وطرؽ فحصيا واختبارىا. األجيزة المستعممة تتكوف األجيزة والمعدات الالزمة إلج ارء التجربة مف اآلتي:-. وصالت طرفية تصم بحيث يمكف تركيبيا عند طرفي العينة بإحداىا فتحات لتعبئة العينة بالماء وإلدخاؿ اليواء المضغوط محكمة اإلغالؽ بحيث ال تسمح بتسرب الماء واليواء. ويمكف ربطيا ببعضيا بقضباف حديدية حوؿ العينة مف الخارج. حوض بو ماء تحفظ درجة ح اررتو عند )20 ± 1( وتضبط بواسطة منظ ح اررة أو مقياس ح اررة طواؿ مدة التجربة. يجب أف يكوف الماء نقيا وخاليا مف الشوائب التي قد تؤثر عمى النتائج. جياز ضغط ىيدروليكي يسمح بتطبيؽ ضغط اسطوانة اليواء المضغوط ويضبطو عند التجربة باستخدا مقياس ضغط مناسب. جياز توقيت تسرب. ± ىيدروليكي داخؿ العينة باستخدا %20 مف قيمة الضغط المستخد في يسمح بتسجيؿ مدة تطبيؽ الضغط حتى لحظة ىبوطو أو حدوث جياز لقياس السمؾ والقطر الخارجي لمعينات. 168

169 تحضير العينات تؤخذ العينات مف دفعات اإلنتاج عشوائيا. يكوف عدد العينات الالزمة إلج ارء االختبا ارت اثناف )2( عبارة عف قطعة مف أنبوب طولو الحر )المسافة بيف الوصالت الطرفية( ثالثة أضعاؼ القطر الخارجي بالنسبة لألنابيب ذات أقطار خارجية أقؿ مف أو تساوي 315 م بشرط أال يقؿ عف 250 م. أما بالنسبة لألنابيب ذات أقطار خارجية أكبر مف 315 م يكوف طوؿ العينة الحر أكبر مف أو يساوي 1000 م. خطوات التجربة يت معايرة كؿ مف أجيزة ومعدات قياس الضغط ودرجة الح اررة والتوقيت. يقاس سمؾ الجدر األدنى ومتوسط القطر الخارجي )حسب المواصفة المركز الوطني لممواصفات( لمعينة تحت االختبار. المعتمدة مف قبؿ تعبأ العينات بالماء ث تغمر في الحوض المائي عند درجة ح اررة 20 وتعالج حسب فت ارت المعالجة المسموح بيا. تثبت العينة بجياز الضغط الييدروليكي ويطرد اليواء الذي بداخؿ العينة وتعرض لمضغط )المحسوب عف طريؽ المعادلة السابقة( في مدة ال تزيد عمى دقيقة واحدة عمى أف يظؿ بعدىا الضغط ثابتا بحيث ال يتجاوز %2. تحفظ العينة في الحوض المائي عند درجة ح اررة )20 ± 1 ). تختار االجيادات لكؿ عينة بشرط أف تنفجر األولى في مدة تت اروح بيف الساعة و 10 ساعات وتنفجر الثانية في مدة بيف ساعة. تسجؿ النتائج حسب قطر وفئة ضغط األنابيب عمى خط بياني لوغاريتمي )لوغاريت اإلجياد مقابؿ لوغاريت الزمف(. يت تحميؿ ىذه النتائج إليجاد معادلة خط العالقة )طريقة المربعات الدنيا( ومف الرس يمكف الحصوؿ عمى مستوى االجيادات لمدة ساعة ولمدة 50 سنة. 169

170 4 اختبار التمدد الطولي تحت التأثير الح ارري ]4[ عند اختبار األنابيب عند درجة ح اررة )150 يجب أال يزيد تمددىا الطولي عف االنتفاخات أو الفجوات. األدوات واألجيزة المستخدمة في التجربة وعاء ح ارري: تحفظ درجة ح اررتو عند )150 ± مقياس ح اررة طواؿ مدة التجربة. 2 ) وحسب مدة الغمر المسموح بيا %5 وال يظير عمييا أية عيوب كالشروخ أو 2 ) وتضبط بواسطة منظ ح اررة أو وسط لنقؿ الح اررة: يكوف مف جميكوؿ عديد اإليثميف أو زيت معدني خاؿ مف الييدروكربونات العطرية. تحضير العينة تكوف العينة عبارة عف أنبوب طولو 300 م وتؤخذ عينة واحدة مف كؿ وردية إنتاج. توضع عمى محيط العينة عالمتاف بحيث تكوف المسافة بينيما إحدى ىذه العالمات وأحد طرفي العينة 15 م. خطوات التجربة تثبت العينة مف الطرؼ األبعد عف موضع العالمتيف. تغمر العينة في الوعاء الح ارري أال تالمس العينة جوانب وقاع الوعاء. تحدد مدة غمر العينة كما ىو معموؿ بو. 100 م والمسافة بيف بحيث تغمر العالمتاف كميا في الوسط الح ارري وبشرط بعد انتياء عممية الغمر تخرج العينة مف الوعاء وتمقى عمى جانبيا وتترؾ لتبرد إلى درجة ح اررة الغرفة. تقاس المسافة بيف العالمتيف وتحسب نسبة التغير في المسافة بينيما. تسجيل النتائج يجب أال يزيد التغير في المسافة بيف العالمتيف عف %5. بعد إج ارء التجربة يجب أف تكوف العينة خالية مف التشققات والتجاويؼ. 171

171 5 اختبار مقاومة األنابيب لمحمول األسيتون] 4 [ عند اختبار العينات لمدة ساعتيف في محموؿ األسيتوف يجب أال يظير عمى سطح الجزء المغمور مف األنبوب في المحموؿ أي تقشر أو تفتت. المواد واألدوات المستخدمة في االختبار وعاء مناسب يوضع بو محموؿ األسيتوف. جياز توقيت لتعييف مدة غمر العينة. أداة لقياس المسافة. تجييز العينة تكوف العينة عبارة عف قطعة مف أنبوب ذات طوؿ مناسب. تؤخذ عينة واحدة مف كؿ دفعة إنتاج. خطوات االختبار توضع في الوعاء كمية مناسبة مف محموؿ األسيتوف تكفي إلج ارء التجربة. تغمر العينة في المحموؿ إلى عمؽ 25 م عمى األقؿ لمدة ساعتيف. بعد انتياء مدة االختبار نؤخذ العينة ت تفحص. تسجيل النتائج يجب أف تكوف العينات خالية مف التفكؾ والتحمؿ واذا حدث انتفاخ أو تسطح يعتبر اإلنتاج مرفوضا. 6 اختبار مقاومة األنابيب لحامض الكبريتيك ]4[ عند اختبار العينات لمدة 14 يوما في محموؿ حامض الكبريتيؾ بتركيز %93 وعند درجة ح اررة 60 يجب أال يختمؼ الوزف بعد إج ارء التجارب عف القي التالية:- يجب أال يزيد الوزف عف ج. يجب أال يتجاوز النقص في الوزف عف ج. 171

172 المواد واألدوات المستخدمة في التجربة وعاء مناسب يوضع بو حامض الكبريتيؾ تركيزه )93 ± 2(% منظ ح اررة أو مقياس ح اررة لقياس درجة ح اررة الحامض. جياز توقيت لقياس مدة غمر العينة في الحامض. مي ازف لوزف العينة قبؿ وبعد االختبار. أداة لقياس المسافات. جياز لقياس تركيز الحامض أثناء مدة االختبار. تجييز العينة تكوف العينة عبارة عف 3 قطع مف أنبوب. تكوف المساحة السطحية لكؿ منيا )4500 ± 300 (م 2. خطوات االختبار تنظؼ العينات وتمسح بقطعة قماش حتى تجؼ. توزف العينة ت تغمر كميا في الحامض لمدة 14 يوما وعند درجة ح اررة )60 ± ي ارعى طيمة التجربة أال يزداد تركيز الحامض نتيجة التبخر. 2 ). بعد انتياء االختبار ترفع العينة مف الوعاء وتغسؿ بماء جاري لمدة 5 دقائؽ ث تنظؼ بقطعة قماش نظيفة وتوزف فو ار. تسجيل النتائج * تعتبر العينات ناجحة االختبار إذا كانت الزيادة والنقصاف في الوزف كما ىو موضح- يجب أال يزيد الوزف عف ج. * يجب أال يتجاوز النقص في الوزف عف ج. 172

173 7 تأثير مادة األنابيب عمى خواص الماء ]4[ يجب أال يكوف لممادة المصنعة منيا األنابيب أي تأثير ضار عمى خواص الماء الجاري بيا. عند اختبار العينات يجب أف تكوف كمية المواد السامة في الحدود التالية )المواصفة القياسية الميبية(. الجدول )3( كمية المواد السامة كما ىي بالمواصفة القياسية الميبية] 4 [ الحد األقصى )ممجم / لتر( المادة 0.05 الرصاص الكادميوم 0.05 السيانيد 1.00 الباريوم 5 الخارصين المواد واألدوات المستخدمة في التجربة ماء مقطر. غاز ثاني أكسيد الكربوف. سدادات مف مادة عديد اإليثميف. جياز توقيت. جياز لقياس معدؿ تدفؽ الماء. جياز لقياس األس الييدروجيني. صما قفؿ زجاجي. تجييز العينات تكوف العينات عبارة عف 3 قطع مف أنبوب. يكوف طوؿ العينة حوالى 500 م وبشرط أف يكوف حجميا الداخمي عمى األقؿ يساوي حج الماء الالز إلج ارء التحاليؿ. 173

174 خطوات االختبار يقفؿ أحد طرفي العينة بسدادة عديد االثيميف وتوضع أرسيا بحيث يكوف طرفيا المفتوح إلى األعمى. تمأل العينة بماء الصنبور )األس الييدروجيني 8-7( ث يفتح الصما الزجاجي بحيث يكوف معدؿ تدفؽ الماء 3 لتر / دقيقة مع بقاء العينة ممموءة بالماء لمدة 6 ساعات. يقفؿ الصما الزجاجي وتبعد السدادة ث تنظؼ العينة مف الداخؿ بماء مقطر. يحضر محموؿ مائي يحتوى عمى 150 مج/لتر ثاني أكسيد الكربوف وذلؾ بتشبيع الماء المقطر بغاز ثاني أكسيد الكربوف وتعديؿ المحموؿ إلى أس ىيدروجيني ± يقفؿ أحد طرفي العينة التي ت تنظيفيا بالماء المقطر بسدادة مف مادة عديد االثيميف ث تعبأ بالمحموؿ المائي. يقفؿ الطرؼ اآلخر لمعينة بسدادة مف مادة عديد االثيميف لمنع أي تموث. تترؾ العينة لمدة 48 ساعة عند درجة ح اررة الغرفة. يفرغ المحموؿ مف العينة في وعاء مناسب ث تقدر كمية المواد السامة في المستخمص األوؿ بطريقة تحميمية مناسبة )طريقة التقدير البولوج ارفي أو القياس الطيفي لالمتصاص الذري أو طريقة القياس الموني أو أية طريقة أخرى مناسبة( ويعب ر عف الكمية بالمميج ار / لتر. تعبأ العينة مف جديد بماء الصنبور وتحفظ لمدة 48 ساعة عند درجة ح اررة الغرفة ث تفرغ وتنظؼ بماء مقطر. تعبأ العينة مرة أخرى بالمحموؿ وتحفظ لمدة 48 ساعة عند درجة ح اررة الغرفة ث يفرغ المحموؿ في وعاء مناسب لتقدير كمية المواد السامة في المستخمص الثالث بطريقة تحميمية مناسبة )طريقة التقدير البولوج ارفي أو القياس الطيفي لالمتصاص الذري أو طريقة القياس الموني أو أية طريقة أخرى مناسبة( ويعبر عف الكمية بالمميج ار / لتر. تكرر الخطوات السابقة مرة أخرى مع العينتيف األخرييف. 174

175 تحسب النتيجة بالنسبة لممستخمص األوؿ والثالث بأخذ المتوسط الحسابي لكؿ مجموعة مف العينات الثالثة. تسجيل النتائج * نعتبر العينات ناجحة االختبار إذا كانت كمية المعادف والمواد السامة األخرى ال تتجاوز الحدود المبينة- يجب أال يزيد الوزف عف ج. * يجب أال يتجاوز النقص في الوزف عف ج. النتائج المعممية 1 نتائج تجارب االنابيب البالستيكية الصمبة المصنعة من مادة عديد كموريد الفينيل. تجربة مقاومة الصدمة عند 20 م ارتفاع الثقؿ الضارب )الكرة الضاربة( = 2000 مم القطر االعتباري = 1.5 بوصة القطر الخارجي = 50 مم وزف الثقؿ الضارب = 1.5 كج عدد الضربات = 1 ضربة الجدول) 4 ( نتائج تجربة مقاومة الصدمة عند 20 م النتيجة نسبة المستعمل رقم نسبة العينة الخام عدم وجود اية تشققات بالعينة 10% 90% A1 عدم وجود اية تشققات بالعينة 15% 85% A2 عدم وجود اية تشققات بالعينة 20% 80% A3 وجود تشققات بسيطة 25% 75% A4 A4 وجود تشققات اكثر من العينة 30% 70% A5 175

176 %20 %20 %60 عدم وجود ا ة تشققات بالع نة وجود تشققات بس طة وجود تشققات كب رة الشكؿ )8( نتائج تجربة مقاومة الصدمة عند 20 تجربة مقاومة الصدمة عند 20 م ارتفاع الثقؿ الضارب )الكرة الضاربة( = 2000 مم القطر االعتباري = 6 بوصة القطر الخارجي = 160 مم وزف الثقؿ الضارب = كج عدد الضربات = ضربة الجدول) 5 ( نتائج تجربة مقاومة الصدمة عند 20 م النتيجة رقم نسبة نسبة العينة الخام المستعمل عدم وجود اية تشققات بالعينة حتى 14 ضربة 10% 90% A1 عدم وجود اية تشققات حتى 14 ضربة 15% 85% A2 عدم وجود اية تشققات بالعينة حتى 14 ضربة 20% 80% A3 وجود تشققات بأغمب العينات 25% 75% A4 وجود تشققات بكل العينات 30% 70% A5 176

177 %20 %20 %60 عدم وجود ا ة تشققات بالع نة حتى 14 ضربة وجود تشققات بأغلب الع نات حتى 42 ضربة وجود تشققات بكل الع نات حتى 42 ضربة الشكؿ )9( نتائج تجربة مقاومة الصدمة عند 20 تجربة مقاومة الضغط عمى المدى القصير القطر االعتباري = 7 بوصة القطر الخارجي = 200 مم طوؿ العينة = 600 مم اج ارء االختبار بعد مرور يو عمى انتاج العينات الضغط الداخمي = 6 كج \ س ² درجة ح اررة التجربة = 20 مدة الضغط داخؿ العينة = 1 دقيقة مدة االختبار = 1 ساعة االجياد المسمط عمى العينة = 400 كج\ س 2 177

178 الجدول) 6 ( نتائج تجربة مقاومة الضغط عمى المدى القصير النتيجة رقم نسبة نسبة العينة الخام المستعمل عدم حدوث تسرب بعد مرور 1 ساعة 10% 90% A1 عدم حدوث تسرب بعد مرور 1 ساعة 15% 85% A2 عدم حدوث تسرب بعد مرور 1 ساعة 20% 80% A3 حدوث تسرب بسيط بعد مرور 1 ساعة 25% 75% A4 حدوث تسرب بعد مرور 1 ساعة 30% 70% A5 %20 %20 عدم حدوث تسرب بعد مرور 1 ساعة حدوث تسرب بس ط بعد مرور 1 ساعة حدوث تسرب بعد مرور 1 ساعة %60 الشكؿ )10( نتائج تجربة مقاومة الضغط عمى المدى القصير 178 تجربة مقاومة الضغط عمى المدى القصير القطر االعتباري = 8 بوصة القطر الخارجي = 300 مم طوؿ العينة = 1000 مم اج ارء االختبار بعد مرور يو عمى انتاج العينات الضغط الداخمي = 15 كج \ س ²

179 درجة ح اررة التجربة = 20 مدة الضغط داخؿ العينة = 1 دقيقة مدة االختبار = 1 ساعة االجياد المسمط عمى العينة = 430 كج\ س ² الجدول) 7 ( نتائج تجربة مقاومة الضغط عمى المدى القصير النتيجة نسبة المستعمل رقم نسبة العينة الخام عدم حدوث تسرب بعد مرور 1 ساعة 10% 90% A1 عدم حدوث تسرب بعد مرور 1 ساعة 15% 85% A2 عدم حدوث تسرب بعد مرور 1 ساعة 20% 80% A3 حدوث تسرب بسيط بعد مرور 1 ساعة 25% 75% A4 حدوث تسرب بعد مرور 1 ساعة 30% 70% A5 %20 % 20 عدم حدوث تسرب بعد مرور 1 ساعة حدوث تسرب بس ط بعد %60 مرور 1 ساعة حدوث تسرب بعد مرور 1 ساعة الشكؿ )11( نتائج تجربة مقاومة الضغط عمى المدى القصير 179

180 تجربة التمدد الطولي تحت تأثير الح اررة )االرتداد الحراري( درجة ح اررة جياز االختبار = 150 طوؿ العينة = 300 مم سمؾ االنبوب = 6 مم مدة الغمر = 15 دقيقة الجدول) 8 ( نتائج تجربة التمدد الطولي تحت تأثير الح اررة النتيجة نسبة المستعمل نسبة الخام رقم العينة التغير في المسافة بين العالمتين = % % 90% A1 التغير في المسافة بين العالمتين = % % 85% A2 التغير في المسافة بين العالمتين = % % 80% A3 التغير في المسافة بين العالمتين = % % 75% A4 التغير في المسافة بين العالمتين = % % 70% A5 الشكؿ )12( نتائج تجربة التمدد الطولي تحت تأثير الح اررة 181

181 تجربة التمدد الطولي تحت تأثير الح اررة )االرتداد الحراري( درجة ح اررة جياز االختبار = 150 طوؿ العينة = 300 مم سمؾ االنبوب = 9 مم مدة الغمر = 30 دقيقة الجدول) 9 ( نتائج تجربة التمدد الطولي تحت تأثير الح اررة النتيجة نسبة المستعمل نسبة الخام رقم العينة التغير في المسافة بين العالمتين = % % 90% A1 التغير في المسافة بين العالمتين = % % 85% A2 التغير في المسافة بين العالمتين = % % 80% A3 التغير في المسافة بين العالمتين = % % 75% A4 التغير في المسافة بين العالمتين = % % 70% A5 الشكؿ )13( نتائج تجربة التمدد الطولي تحت تأثير الح اررة 181

182 %15 %10 الخالصة مف خالؿ الد ارسة ونتائج التجارب اتضح اف االضافات مف %5 %( مف البالستيؾ المستعمؿ لممواد الخا اظيرت نتائج ايجابية ونجحت حتى 20 اختبا ارت العينات في انابيب البالستيؾ المصنوعة مف مادة عديد كموريد الفينيؿ بينما %25 %30 في انابيب البالستيؾ فشمت االختبا ارت التي كانت االضافات فييا المصنوعة مف مادة عديد كموريد الفينيؿ وىذا يعني اف نسبة الخمط بيف المواد الخا والمواد المستعممة يجب اف ال تتجاوز نسبة 1:5 عمى أقصى تقدير. الم ارجع [1]. Todd Johnson ( ), "Recycling Plastics". Retrieved Edited. [2]. "Recycling And Resource Recovery", / Retrieved [3]. "Why Is Plastics Recycling Important For The Economy?", Retrieved Edited. ]4[. المواصفة القياسية الميبية رق )317( أنابيب عديد االثيميف المصنعة مف مادة عديد االثيميف األسود منخفض الكثافة وطرؽ الفحص واالختبار ]5[. المواصفة القياسية الميبية رق 1989 انابيب عديد االيثيميف المصنعة مف مادة عديد االيثميف االسود عمى الكثافة والفحص واالختبار 182

183 البحوث ببللغة االجنليزية English Paper 183

184 184

185 The Science and Technology Journal (ISTJ) publishes research from all fields of academic. technical and applied sciences. The final editing and formatting of all accepted papers is done by the editorial board to ensure the consistency of the format and the quality of the product. (please download the final editing and formatting from the website or facebook page ). 185

186 Chairman of the Editorial Board Dr. Ahmed S M Agena Associate Professor In the field of mechanical engineering and materials science Ph D from Budapest University of Technology and Economics - Hungary Abd elhmed Taher Zenbel Assistant Professor in the field of human resources planning. MSc from Planning Institute of Higher Studies Tripoli - Libya Mohamed. M. A. Hadud Lecturer in the field of Materials Science Engineering MSc from University of Belgrade - Serbia Mohamed Ali Alganga Lecturer in the field of Electronic Engineering and Information Technology MSc from the Sheffield Hallam University -England 500; - 186

187 Image Processing Using Threshold Methods Rabee Hamza Gareeb Deheba Ablgasem Alwaer اى يخص في المصانع الكبرى التي يكوف إنتاجيا بمميوف قطعة او اكثر في اليو تكوف لدييا معايير ومقاسات محددة تنطبؽ عمي كؿ قطعة منتجة استنادا إلي قطعة أصمية تكوف كؿ القطع مطابقة ليا لذا ت اختيار أنواع مف العتبة (threshold( لتوضيح مدي تنظي uniformity و وضوح )shape( صور القطع المنتجة وىذا يكوف بأخذ اإلطار لنقاط الصورة األصمية )contour( حتى يكوف كمرجع لمصور المنتجة األخرى. واخذ احتماالت إذا كانت الصورة مطبؽ عمييا أنواع ضغط compression ىما zonal and amplitude compression و أخذ نسبة الخطأ مقابؿ نسب مئوية لمضغط ونتائج ىذه االفت ارضية يكوف واضح في الصور الناتجة مف تطبيؽ عمييا أنواع threshold حيث كمما كانت قيمة الوضوح shape و التنظي uniformity مقتربة مف قيمة الواحد one كمما كانت الصورة قياسية ويمكف أخذىا كمقياس لمصور األخرى. ويت اخذ المعايير باستخدا اإلطار لكؿ صورة إذا كانت الػػػ pixels إلطار ا لصورة المنتجة قريبة مف إطار الصورة األصمية فتكوف ىذه القطعة سميمة وقابمة لتسويؽ. ىذا يت مف خالؿ برنامج بمغة المثالب حيث ت استخدا خمس صور مف نفس النوع Bmp" " و تحصمنا عمي العتبة لكؿ صور و اإلطار لكؿ صورة وطبقنا أنواع مف مجاؿ التحوالت الطيفي transforms حوالي أربع أنواع ى: Dct2, Fft2, Radon, and Fanbeam 187

188 كما ت استخدا نوعيف مف أنواع الضغط ىما zonal, amplitude واخذ النسبة الخطأ ووضع القي المتحصؿ عمييا لكؿ صورة في جدوؿ و تمثيؿ ىذه القي بمخطط بياني لكؿ صورة مع نسب الضغط التي تت اروح مف 10- %50. ABSTRACT Big factories of one million products or more a day have determined standards and measurements apply to every product. That is on basis of one original piece identical to it. Thus, the threshold was chosen to clarify the uniformity and the shape of the images throughout the contour to be raw format for the last produced image. The probability of that if the image has been through compression, which are zonal and amplitude compression, should be considered by taking the MSE according to the compression percentage. The results of the assumption would be clear in the image due to the threshold applied. Every time the value of shape and the uniformity closed to one, the image can be considered as standard. The standard are taken by considering the contour of every image if the pixels of the frame of the produced image close to the frame of the original image, which makes it possible to be taken as standard for the other images. This can be done through the MATLAB. We have used five images of similar type Bmp and obtained the threshold of every image and their contour. In addition, we have applied different types of transform, approximately five of them, and they are Dct2, Fft2, Random, and Fanbeam. We also have two types of compression, namely, zonal and amplitude, in addition to taking MES then we have put the obtained values in tables and also representing the values in graphs with the compression ratio of about 10%-50%. 188

189 INTRODUCTION During the last two decades, there has been a growing research activities related to the techniques for image binarization and contour analysis and recognition. Image binarization (thresholding) plays an important role in many applications of image processing. The application of thresholding as a tool in image segmentation has been extensively studied and a variety of techniques have been proposed for automatic threshold selection [3,4,9,16,17,18,19,20]. Most of the proposed thresholding methods select thresholds which depend solely on the onedimensional gray level histogram of the image. Thresholding can be regarded as pixel classification based on a single feature value, namely the pixel gray level [1,2,8]. The use of threshold operation on image data is the most widely used preprocessing method. A large number of industrial applications have used this method to segment objects from background. The resulting binary image can then be processed further to determine object boundary shapes, area and other feature of interest. Thresholding can sometimes be used to extract the edges of objects rather than objects themselves. Simple gray level thresholding is effective in extracting objects when the objects have a characteristic range or set gray levels. More generally thresholding techniques can be used to extract objects which have characteristic patterns of gray levels or characteristic textures. The wide variety of binarization methods presented so far indicates that many different approaches to threshold selection are possible [5]. Some work has been done on the problem of evaluating the presented methods of binarization. Contours and line drawings have been an important area in image data processing. In many applications, e.g., weather maps and geometric shapes, it is necessary to store and transmit large 189

190 amounts of contours and line drawings and process the information by digital computers. The general contour extraction problem from two-dimensional images may be accomplished in two operations: Edge detection and contour tracing. The aim of edge detection is to identify and enhance edges (pixels) belonging to boundaries of object of interest in the original image. The contour tracing algorithm traces the contour and extracts the contour information which is passed to subsequent processing. Contour description and compression are some of the processing operations performed on contours and has been considered by several authors e.g. Dziech and Pardyka [11], Dunkam and Cheng- Cang[12], and others. Survey of Image Binarization Methods Recently, the application of image binarization methods to digital signal processing has received an increasing attention of many researches. This is due to the rapid advances in digital device technology. Fast algorithms based on matrix factoring, matrix partitioning and other techniques have resulted in a reduced computational and memory requirements and further widened the applicability of the image binarization methods. As far as the contour compression problem is concerned, there has been less attention to the application of transform methods for the recognition of image contours. Digital implementation of the image contours became feasible with the development by many researches. Contour descriptors have been found useful in the recognition of industrial parts and character recognition. A few workers have been interested in the direct analysis of the binarization of the image. For example some researches, detected the presence of roughly parallel straight lines by finding prominent peaks in the magnitude of the transform. 191

191 In this paper a techniques for image binarization will be introduced. Besides having efficient fast algorithms, A comparison of different binarization methods has been introduced using uniformity and shape measure by equation [1,2,3,4,5]. The uniformity measure u(t) used in the evaluation for a given threshold t is given by[5] : u( t) 1 (1) c 2 Where : 2 1 f ( x, y) u i R i segmented region i. (2) ( x, y) Ri f(x,y) the gray level of the pixel (x,y) u i ( x, y) Ri f ( x, y) A i (3) A i number of pixels in R i, i=1,2 c- a normalization factor. The shape measure S, used for the measurement of the shape of the object in the test images is calculated by the following formula[5] : S ( x, y) sgn f ( x, y) f N ( x, y) ( x, y) Sgn[ f ( x, y) t] c (4) 191

192 Where : f - the average gray value in the neighborhood N(x,y). N ( x, y) t the threshold value of the image. c- a normalization factor. Sgn (x)= 1 if x 0 1 if x 0 The generalized gradient value of the pixel (x,y),and given by :- ( x, y) ( x, y) = 4 k 1 D 2D ( D D ) 2D ( D D ) (5) 2 k Where : D 1 = f(x+1,y+1) f(x-1,y) D 2 = f(x,y-1) f(x,y+1) D 3 = f(x+1,y+1) f(x-1,y-1) D 4 = f(x+1,y-1) f(x-,y+1) Objectives The primary objectives of this the paper are the image binarization and contour extraction, analysis and compression using existing and modified thresholding methods. In addition, the purpose of this work is to develop different transform methods for the compression of image contours. To fulfil these objectives the following main tasks are considered: 192

193 1- Evaluation of different thresholding selection techniques using shape and uniformity measures. 2- Application of different transform methods for contour compression performed on contours extracted from their original images have been applied to determine their data compression capabilities. 3- Two methods of contour compression have been proposed, the evaluation of these methods has been given using Mean-Square Error between original and reconstruction contour. Applications 1- Image Compression Is the application of data compression on digital images, In effect, the objective is to reduce redundancy of the image data in order to be able to store or transmit data in an efficient form. Image compression can be lossy or lossless. Lossless compression is sometimes preferred for artificial images such as technical drawings, icons or comics. This is because lossy compression methods, especially when used at low bit rates, introduce compression artifacts. Lossless compression methods may also be preferred for high value content, such as medical imagery or image scans made for archival purposes. Lossy methods are especially suitable for natural images such as photos in applications where minor (sometimes imperceptible) loss of fidelity is acceptable to achieve a substantial reduction in bit rate. The lossy compression that produces imperceptible differences can be called visually lossless. 193

194 Methods for lossy compression: In this the paper, we used two types from compression amplitude compression and zonal compression, where was compression between spectrum contour image and spectrum transform image, and rate compression from 10% to 50%. Amplitude compression : This way based on taking the pixles that have less value in pixels original image and equal zero according to compression proportion and according to the following formula: Comp N = (compression rate*(m*n)) /100. (6) N= 1,2,3,4,5. m*n = size image. Zonal compression :This way based on read matrix image from end,or rather,according compression rate we taking another pixles in matrix and equal zero. 2- Mean Square Error (MSE) The MSE is the cumulative squared error between the compressed and the original image[21]. [ ] (7) where I(x,y) is the original image, I'(x,y) is the approximated version (which is actually the decompressed image) and M,N are the 194

195 dimensions of the images. A lower value for MSE means lesser error. 3 -Image Transformation Besides representing images in the spatial domain (i.e. the Cartesian coordinates), images can also be represented in many other domains. The one that is used most often in image processing is the frequency domain. In order for an image to be represented in the frequency domain, one or more transformation must be performed. Readers have probably seen the 1-Dimensional Fourier transform in a signals and systems course. The 2-Dimensional Fourier transform can be applied to images to obtain their frequency representations. The 2-D Fourier transform is actually an extension to the 1-D case. The transform is given mathematically by: and the inverse 2-D Fourier transform is given by (8) (9) (10) Results and discussion We have some images type gray level ('bmp') with different sizes for the application of the paper fig(1), where we calculated the shape and uniformity in table[1,2,3,4],and fig [2,3,4,5] for each 195

196 type of types threshold and took recognition for all images by dividing the heights value for image of shape the best discrimination image. We found that shape by used first method of calculate normalization created best value by Co-occurrence matrix in image (1) compared with the rest of images, and by Pun entropic, image (5) was the best, and by using Quad tree method image (5) was also the best. Second method best from first method of normalize where image (1) given the best result in table [3,4] and fig[4,5]. General, best method of use normalize she second method therefore been used to obtain the best shape. For calculate the best uniformity were selected testing two method of normalize, we found that second method was the best way. The mean square error (MSE) for each type of the three of threshold between original image and contour image were calculated, with using types from transformation which are Dct2, Fft2, fanbeam, and radon transform, Then the spectrum of contour image and for all types transformation were calculated, as shown in table[5]and fig[6].it has been noticed that by using MSE Cooccurrence matrix,there we smaller value of MSE in Dct2, while Fft2,Fanbeam,Radon transformation the values were relatively large. Table [6],fig[7]show the MSE by using pun entropic threshold and MSE by using Dct2 transformation. The values show that the value of the former is larger than the latter method. while the values of fanbeam and radon were smaller than Fft2. As regards Table [7],fig[8] show by using Quadtree method, Dct2 transform was smaller in values Fft2,fanbeam,radon transform. 196

197 Image (1) Image (2) Image (3) Image (4) Image (5) 197 Figure (1) Testing images

198 First method of calculate normalization, it was found that the number of pixles small and large from threshold. Table (1) shape mage measure between original image and threshold Method Cooccurrence matrix method Image e+003 [1] 1 Image [5] Image [2] Image [4] Image [3] Pun entropic method Quad tree method [5] [2] [3] [5] [4] [4] [2] [3] [1] [1] 1 This table shown the values of the shape by using the three threshold methods and it has been noticed image (5) was the best images by using pun entropic and quadtree threshold,where value shape a round 1, while image (1) was the best by using cooccurrence matrix threshold. as shown in figure (2). Table (2) uniformity measure between original image and threshold image By Using co-occurrence threshold image (3) was the best image with value of uniformity measure 1, as shown in figure (3). And by 198

199 using pun entropic and quadtree threshold image (5) was the best image with a value of one. Fig ( 2) shape using First method of calculate normalization Fig ( 3) uniformity measure between original image and threshold image 199

200 Second method found small and large direct from value threshold Table (3) shape measure between original image and threshold image Method Image 1 Image 2 Image 3 Image 4 Image 5 Co-occurrence matrix method e+003 [1] e+00 3 [2] [3] [4] [5] Pun enttropic method Quadtree method e+005 [1] e+003 [1] e+00 5 [2] e+00 3 [2] e+00 5 [3] e+00 3 [3] e+00 5 [4] e+00 3 [4] e+00 4 [5] [5] M et h o d C o- o c c ur re n c e m at The best image in the three threshold methods was image (1), in which the value of the shape was around one Table (4) uniformity measure between original image and threshold image. Im ag e e [3] e Im ag e e [2] 1.2 8e - 08 Im ag e e [1] 1 Im ag e e [5] e - 18 Im ag e e [4] 2.9 3e - 15

201 ri x m et h o d P u n E nt ro pi c m et h o d Q u a dt re e m et h o d e [1] e [1] e [2] e [2] e [3] e [3] e [4] e [5] e [5] e [4] By Using co-occurrence matrix image (3) was the best image giving a value of one of uniformity measure, while image (1)was the best image giving one by using pun entropic and quadtree threshold. 211

202 Fig (4) shape using second method of calculate normalization Fig (5) uniformity using second method of calculate normalization Table (5) mean sequre error using Co-occurrence matrix method between original image and extracted contour. No. image Dct2 Image e+008 Image e+008 Image e+007 Image e+008 Image e

203 Fft2 Transform Fan beam Dct2 Radon e e+010i Image e e e e+011i Image e e e e+009i Image e e e e+009i Image e e e e+010i Image e e+012 MSE by using DCT2 transformation was small compared with FFT2 and Fanbeam, Radon,image (3)was the best giving smaller MSE than( 4,5,1)images while image (2)gave large MSE Fig(6) mean square error using Co-occurrence matrix method between original image and extracted contour Table (6) mean sequer error using Pun entropic method between original image and extracted contour 213

204 Fft2 Fanbeam e e+003i Method e+004 Image e e+00 3i e+00 Image e e+00 2i e e+00 2i e e+002 i e+003 Image 3 Image e Image e+003 Radon e e e e e+003 Fig (7) mean square error using Pun entropic method between original image and extracted contour Table (7) mean square error using Quadtree method between original image and extracted contour 214

205 Dct e e+000i e e+000i e e+001i e e+001i e e+001i Fft e e e e e+004 Fanbeam e e e e e+004 Radon Image (3, 4, 5) giving smaller MSE using of four types transform while image (1,2) given larger MSE values. 215

206 Fig(8) mean sequer error using Quadtree method between original image and extracted contour By using types of compression Amplitude and zonal compression while calculating MSE between spectrum contour image and spectrum. compressed image by rations ranging from 10-50% from spectrum contour image. This the table shows MSE values using Dct2 of five images and of two types compression zonal and amplitude, where was results obtained using amplitude smaller than using zonal compression,and increases MSE values with rise compression ratio 216

207 zonal amplitude zonal amplitude zonal amplitude zonal amplitude zonal amplitude Table (8) mean sequer error between original and reconstructed contours using Co-occurrence matrix method for (Dct2). Image Compression ratios No 10% 20% 30% 40% 50% Image 1 Image 2 Image 3 Image 4 Image 5 217

208 6.0592e+008 zonal amplitude zonal amplitude zonal amplitude zonal amplitude zonal amplitude e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e <79e e e e+009 Table (9) mean sequer error between original and reconstructed contours using Co-occ matrix method for (radon). Image. No Compression ratios 10% 20% 30% 40% 50% Image 1 Image 2 Image 3 Image 4 Image 5 218

209 In radon transform the results obtained relative of results obtained of fanbeam transform where MSE values is large. Conclusion According to the obtained results, we have found that using quadtree threshold method in image processing is the best method to give accurate results. As regards the transform types, we have found that DCT2 is the best. Finally, it has been found that the results of amplitude compression are better than the zonal compression. Recommendations 1- Recommendations include the development of research in the study of space science. 2- Developing factory production speed for millions pieces with the same international measurements and standards. REFERENCES [1]. P.young (Electronic Communication Technigues ) prentice hall,1990. [2]. W.Tomasi (Advanced Electronic Communication system prentice hall,1992. [3]. ostun''athreshold selection method from gray-level histogram ''IEEE tran on system and eyb.vol.smc19 no 8,pp8-5,jan [4]. ]weszka j.and Rosenfeld A ''histogram concavity analysis as an Aid in threshold selection'' IEEE trans.on systems' mein and cybernetics.vol smc-13 no 3, pp march [5]. weszka J.and Rosenfield A.Threshold Evaluation techniqus IEEE tran man.cyb vol smc8-pp August

210 [6].[6] Black H.S,( Modulation theory) van nostrand new york,2001. [7]. Carson, B.A,(Communication system :An introduction to signal and noise in electrical communication (MC graw hall, newyork 5 th addition [8]. john G.P,(digital communication )john MC graw hall, inc [9]. funt " Entropic Thresholding A new approach " computer vision graphics Image process vol 16 pp , [10]. glover ian and grant peter (digital, modulation techniques)u.k iniversities,2000. [11]. Dziech A.and Pardyka I. "Shape Approximation using Fast Piecewise linear Transforms" AMSE Review, Vol.8,No.1,pp.19-30,1988. [12]. Chen-Cang Lu. And Dunkam J.G."Highly Efficient Coding Schemes for Contour lines based on Chain code Represention " IEEE Trans.Commun..,Vol.COM-30,No.10,pp , October [13]. Antonini M.,Barlaud M.,Mathieu P.,and Daubechies I."Imaging Coding using Vector Quantization in the Wavelet Transform Domain "In Proc.1990 IEEE Int.Conf.Acoust.Speech, Signal Processing,Albuquerque, NM.pp ,April [14]. Devore R.A., Jaweryh B. and Lucier B." Image Compression through wavelet Transform coding "IEEE Trans.on information Theory Vol.38,No.2,pp ,March [15]. Nabout A.su B.and NourEldin H.A. "A Novel Closed Contour Extraction Principle and Algorithm " proc.of Int. IEEE/ISCAS Conf.on Circuits &Systems, Vol.1, pp , Seattle USA, April

211 [16]. Wu.A.Y and others Threshold selection using Quad tree method IEEE Tran. patteren analysis vol PAM -14, pp july 2004 [17]. Fernando S.and Monoro D."Variable Thresholding Applied to Anggiography " proc. 6 th Int.Conf.on Pattern Recognition,Munich, Germany, pp ,1982. [18]. kapur J.and others "A new method for Gray level pcture thresholding using the Entropy of the histogram "Comp. vision Graphics Image process vol 29 pp , [19]. Rosenfeld A. and Smith R."Thresholding using Relaxation "IEEE Trans. Pattern Anal.Mach.Intell.PAMI-3,pp ,1981. [20]. Johan G."Athreshold method using information measures " proceeding 12 th int.conf, patteren recognition pp ,2002. [21]. www. An Introduction to Image Compression.htm [22]. Transform.htm [23]. Projection Data transforms (Image Processing Toolbox).htm 211

212 A SIMULATION MODEL FOR SPARK IGNITION ENGINE FUELED WITH NATURAL GAS- HYDROGEN BLENDS Ahmed S. Algrady 1, Mohamed S. Oun 2 Mohammed H. Elhsnawi 3 1 Faculty of Engineering, Mechanical Engineering Department, University Of Zawiay 2 Faculty of Engineering, Mechanical Engineering Department, University Of Tripoli 3 Faculty of Engineering, Mechanical Engineering Department, Alzaytouna University ahmedsoof@gmail.com اى يخص تمت د ارسة تأثير مزيج وقود الغاز الطبيعي مع الييدروجيف بسبب قدرتيا عمى إنتاج انبعاثات عاد منخفضة مقارنة بالوقود التقميدي ت اختبار تحميؿ خصائص النموذج الرياضي لمحرؾ اشعاؿ بالش اررة يستخد الوقود الطبيعي في بحث سابؽ.[ 1 ] في ىذا البحث ت تقدي ممحؽ لمنموذج الرياضي وبيانات األداء لممحرؾ بواسطة الورقة السابقة ]1[ يت تطبيقو باستخدا لغة FORTRAN وخصائص االحت ارؽ لمحرؾ احت ارؽ يعمؿ بوقود الغاز الطبيعي مخموط بغاز الييدروجيف ت العمؿ في نسبة انضغاط 8 سرعة المحرؾ 2000 دورة في الدقيقة ونسبة اليواء الى الوقود بيف 0.9 الى. 1.4 أظيرت النتائج أف الكفاءة الح اررية ازدت مع زيادة مخموط الييدروجيف بنسبة تزيد عف %20. أشارت الد ارسة إلى أف الجزء األمثؿ مف الييدروجيف في مخموط الغاز الطبيعي مع الييدروجيف ىو حوالي واالنبعاثات. %20 لمحصوؿ عمى حؿ وسط في أداء المحرؾ ABSTRACT Natural gas and hydrogen were studied due to their ability to produce low exhaust emission compared to the conventional fuel. 212

213 Computer model characteristics analysis of a spark-ignited engine fueled with natural gas were investigated [1]. In this paper an extension of the model and a performance data are presented for the engine by the previous paper [1], is applied using FORTRAN language, combustion characteristics of a directinjection spark-ignited engine fueled with natural gas hydrogen blends under compression ratio 8, engine speed 2000 rpm and excess air ratio were investigated. The results showed that the thermal efficiency increased with the increase of hydrogen fraction at exceed 20%. The study suggested that the optimum hydrogen volumetric fraction in natural gas hydrogen blends is around 20% to get the compromise in both engine performance and emissions. Keywords - Air-fuel model, thermodynamic models, spark ignition engines, Natural gas, hydrogen. I. INTRODUCTION In Europe, gas engines are being used increasingly in stationary applications, most notably in combine Heat and Power (CHP) systems. In the size range considered here (less than 100 kw) the engines are invariably adapted from automotive diesel engines; the conversions are not usually made by the original manufacturer. In consequence, the combustion system in these conversions have not usually been optimized. None the less, the low cost of natural gas (NG) means that, when there is a steady demand for heat and electricity, CHP installations offer an attractive payback [2]. Natural gas is considered to be one of the favorable fuels for engines, and the natural gas fueled engine has been realized in both the spark-ignited engine and the compression-ignited engine. However, due to the slow burning velocity of natural gas and the poor lean-burn capability, the natural gas spark-ignited engine has the disadvantage of large cycle-by-cycle variations and poor leanburn capability, and these will decrease the engine power output 213

214 and increase fuel consumption [3,4]. Due to these restrictions, a natural gas engine is usually operated at the condition of stoichiometric equivalence ratio with relatively low thermal efficiency. Traditionally, to improve the lean-burn capability and flame burning velocity of the natural gas engine under lean-burn conditions, an increase in flow intensity in cylinder is introduced, and this measure always increases the heat loss to the cylinder wall and increases the combustion temperature as well as the nitrogen oxide (NO x ) emission [5]. One effective method to solve the problem of slow burning velocity of natural gas is to mix the natural gas with the fuel that possesses fast burning velocity. Hydrogen is regarded as the best gaseous candidate for natural gas due to its very fast burning velocity, and this combination is expected to improve the lean-burn characteristics and decrease engine emissions [6]. Blarigan and Keller investigated the port-injection engine fueled with natural gas-hydrogen mixtures [7]. Wong and Karim studied engine performance fueled by various hydrogen fractions in natural gas-hydrogen blends [8]. And Bauer and Forest conducted an experimental study on natural gas-hydrogen combustion in a cooperative fuel research (CFR) engine [9]. Furthermore, studies on lean combustion capability of natural gas-hydrogen combustion and natural gas-hydrogen combustion with turbo-charging and/or exhaust gas recirculation were also conducted [10,11], and these studies showed that the exhaust hydrocarbon (HC), carbon monoxide (CO), and carbon dioxide (CO 2 ) concentrations could be decreased when exhaust concentrations from an engine operated on natural gas-hydrogen blends were compared to those of natural gas engine. However, NO x may increase for natural gas-hydrogen combustion at rich mixture condition as the improvement of leanburning ability and increased flame propagation speed; NO x 214

215 concentration can be greatly decreased through lean combustion and retarding of the ignition advance angle. The previous work mainly concentrated on homogeneous mixtures where fuels are introduced from the port, and few articles were found for directinjection engine using natural gas-hydrogen blends [12]. Shudo et al. investigated the combustion and emissions of an engine with port-injected hydrogen and in cylinder injection natural gas [13]. This type of engine needs two separate fueling systems, and this makes the system complicated. This article will investigate the performance and emissions of a direct-injection engine fueled with various fractions of natural gas-hydrogen mixtures and expect to clarify the behaviors of engine fueled with natural gas-hydrogen mixtures. Optimization of the engine design and operating variables requires extensive engine tests. Therefore, engine modeling codes are generally preferred for evaluating initial designs. Computer models of engine processes are valuable tools for analysis and optimization of engine performance and allow exploration of many engine design alternatives in an inexpensive fashion. For any given engine design and operating condition, in-cylinder pressure-time trace can be predicted. Further, parameters such as spark timing, and equivalence ratio can be optimized for the best performance. Since the burned and unburned zone thermodynamic states can be computed, the knock limits and exhaust emissions can be estimated [14]. II. MATHEMATICAL FORMULATION OF THE MODEL ZERO-DIMENSIONAL THERMODYNAMIC MODEL Zero-D models are the most commonly preferred analytical tools for combustion analysis of internal combustion engines. Since there is only one independent variable crank angle (CA) for Zero- 215

216 D models, the governing equations are ordinary differential equations. It should be also noted that the independent variable, CA, is the crank angle and defines the piston position relative to top dead center (TDC) in a cycle. Rassweiler and Withrow [15] observed that the pressure rise due to combustion is proportional to the corresponding increments of the burned-mass fraction of the fuel-air mixture. Their observation showed that it was possible to determine the mass-burning rate of the mixture from the measured cylinder pressure without knowledge of the flame shape and propagation speed. If the massburning rate is given, the equations of the same model can be solved to calculate the thermodynamic state of the burned and unburned zones of the cylinder and the model can be used for parametric studies. FORMULATION OF THE MODEL Burning rate analysis began at bottom dead center (-180 degrees CA) where the cylinder contains a mixture of air, fuel, and residual gases. The mixture was then compressed until the initiation of combustion at a specified CA degree. Until the start of combustion, the model was a single zone and underwent no preflame reactions. With the initiation of combustion, the second zone (burned zone) was created. Figure 1 shows the burned and unburned zones which were assumed to be separated by an infinitesimally thin flame front. The burned zone consisted of the equilibrium products of combustion and both zones were assumed to be at the same pressure at any CA. 216

217 Figure 1: Burned and unburned zones of combustion chamber[16]. During the compression period, the properties of the fuel, air, and residual gas mixture were determined by a FORTRAN subroutine FARG, which was written by Ferguson [16]. The temperature of the unburned mixture was determined using the ideal gas law. Where ( P is the pressure within the cylinder, V is the volume, m is the mass of the fuel, air, residual gas mixture, R is the gas constant of the mixture and T is the temperature of the mixture). The second zone was created after the spark fires and initially was assumed to contain 0.01% of the original mixture burned. The volume of the two zones was equal to the total cylinder volume, which was a function of the cylinder geometry and CA. The total volume was conserved: (1) 217

218 (2) Where the subscript u refers to unburned and b refers to burned gas. Total mass was assumed to be constant, since valve leakage and blow-by were neglected. The total mass was conserved: (3) In each zone, assuming ideal gases and the same pressure, the equation of state must be satisfied. (4) The energy equations were written for the two zones as follows: (5) (6) Where (u is the internal energy, h is the enthalpy, Q is the heat transfer from the gas to surfaces and θ is the crank angle). The heat transfer surfaces were the piston, head, and cylinder walls. Heat exchange across the flame front was ignored. The heat transfer rates for both zones were determined using Annand s heat transfer correlation [17] as if each of the zones filled the entire cylinder. Then, the heat transfer rates were multiplied by the fraction of the cylinder volume that is occupied by the zone. This method of volume-weighting was also used by Shapiro and Van Gerpen [18]. The equilibrium properties of the burned mixture were determined using a version of the FORTRAN subroutine FRAG developed by Olikara and Borman [19]. The equations of the model were 218

219 integrated from the beginning of the second zone to exhaust valve opening to determine the following variables: This model was extended with the NO x production Zeldovich model [15]. A program called ZINOX. As shown on Figure (2), the model's allows single or multi runs to be performed. If a singlecycle simulation is chosen, the model will proceed to integrate the ordinary differential equations (ODEs) starting from a crank angle of -180 o until 180 o to obtain the variation of the cycle parameters with crank-angle over the complete cycle. At the end of the cycle the simulation also gives the values of four overall parameters which are the indicated thermal efficiency (η), the indicated mean effective pressure (IMEP), the work (W), NOx emission (NO x ), the error in the conservation of mass (Error 1), and error in the conservation of energy (Error 2). The results are stored in a normal text file. The multi-cycle option gives the variation of the eight overall parameters (η, IMEP, W, NO x emission...,error 1, and Error 2), If this simulation is selected, the model does the cycle integration for each value of the selected parameter all stores the values of the parameters for the cycle in a second text file. The input data to the ZINOX -1 engine model are given in Figure (2) below: Following the specification of the fuel and engine properties, the model may be triggered to run the required simulation mode by pressing the "enter" button. The results can then be plotted with Grapher Golden software. Model for the engine with the specifications shown on Figure (2) with natural gas as fuel. The Figures shows the variation of the pressure, work, temperature, and heat leakage with the crank angle. 219

220 221 Figure 2: Engine specifications and operating conditions EXPERIMENTAL SECTION A single cylinder engine was modified into a natural gas directinjection engine. The specifications of the engine are listed in Table 1. The injector used in the study is modified from a gasoline direct-injection engine made by thitachi Co. To increase the flow rate for natural gas application, we removed the swirler near the tip of the nozzle. The calibration of the pulse width with the injection amount was made by the manufacturer as well as by the authors. The flow rate of the injector under 9 MPa was 193 L/min. In addition to installing the natural gas high-pressure injector, we also installed a spark plug at the center of the combustion chamber as the ignition source. Natural gas was injected into the cylinder at a constant pressure of 8 MPa, the gas velocity from the injector nozzle is kept at a constant value of sonic velocity because of the condition of choke flow during the fuel injection, and thus the amount of injected fuel will stay at a constant value determined by the injection duration in this study [20].

221 Table 1: Experimental engine specifications [20] Item Specification Engine type 4 stroke (Ricardo) Number of cylinders 1 Bore (mm) 100 Stroke (mm) 115 Length connecting rod (mm) 190 Compression ratio 8 Engine speed (rpm) 2000 Displacement (l) Combustion chamber Bowl-in-shape Ignition source Spark plug Initial pressure (kpa) 99 Residual mass fraction 0.05 Hydrogen with % purity was used, and natural gas constitutions are given in Table 2. Different fractions of natural gas-hydrogen mixtures were prepared in advance in a fuel bomb and were supplied to the fuel injector. Sonic flow of the injected gases was presented because of the choke flow during injection. It is estimated that an 18% volume fraction of hydrogen corresponds to a 2% mass fraction of hydrogen in the mixture, and thus the influence on the volumetric flow rate is limited. Therefore, the volumetric flow rate of natural gas-hydrogen mixtures in this study is assumed to be unchangeable and can be regarded as a function of injection duration. The simulation study done of experimental natural gas hydrogen fuel blends with hydrogen volumetric fractions of four fuel blends were prepared: the pure natural gas, the blend with 90% natural gas and 10% hydrogen by volume, the blend with 80% natural gas and 20% hydrogen, and the blend with 74% natural gas and 26% hydrogen [21]. 221

222 Table 2: Composition of natural gas [20] Component Amount (vol %) Methane CH Ethane C 2 h Propane C 3 h Butane (iso-) i- C 4 h Butane (n-) n- C 4 h Pentane (iso-) i- C 5 h Pentane (n-) n- C 5 h Carbon dioxide CO Nitrogen N Water H 2 O Hydrogen sulfide H 2 S IV. RESULTS AND DISCUSSIONS The results obtained from the thermodynamic simulation model are presented. cylinder pressure, Total combustion duration and thermal efficiency for a single cylinder were simulated. four stroke SI engine running on natural gas. Figures (3a, 3b, 3c and 3d) give the cylinder pressure of blends with different hydrogen fractions and at four excess air ratios. In the case of the rich mixture combustion (λ = 0.9), the natural gas combustion gives an early rising in cylinder pressure and a higher value of peak pressure. With the increase of the hydrogen fraction in natural gas-hydrogen blends, the rising point in the cylinder pressure is retarded, and the crank angle at the peak pressure is postponed, leading to the decrease of the peak cylinder pressure with the increase of the hydrogen fraction in natural gas-hydrogen blends. Although the flame propagation speed is increased with the increase of the hydrogen fraction in the natural gas-hydrogen blends, the retarding in the optimum ignition timing with the increase of the hydrogen fraction still postpones the rising of the cylinder pressure. In addition, the decrease in the heating value of 222

223 the blend with the increase of the hydrogen fraction decreases the peak value of the cylinder pressure. Figure 3a: Cylinder pressure versus the CA at LAMBDA 0.9 at 2000 rpm In the case of the stoichiometric mixture combustion (λ = 1.0) and the lean mixture combustion (λ = 1.2 and 1.4), the blend with the 10% hydrogen fraction gives the earliest cylinder pressure rising and the highest value of the peak cylinder pressure. When further increasing the hydrogen fraction in natural gas-hydrogen blends, the rising point in the cylinder pressure is postponed, accompanied by decreasing the peak cylinder pressure and retarding the crank angle of the peak cylinder pressure. 223

224 Figure 3b: Cylinder pressure versus the CA at LAMBDA 1.0 at 2000 rpm Figure 3c: Cylinder pressure versus the CA at LAMBDA 1.2 at 2000 rpm 224

225 Figure 3d: Cylinder pressure versus the CA at LAMBDA 1.4 at 2000 rpm The figures also show that the differences among the blends at different hydrogen fractions become small when increasing the excess air ratio and/or using a leaner mixture combustion. The study reveals that, at the same excess air ratio and optimum ignition timing setting, the influence from hydrogen addition into natural gas can be reflected at the stoichiometric mixture combustion and the lean mixture combustion. Two factors are considered to influence the cylinder pressure: one is the increase in flame propagation speed or combustion speed with the increase of the hydrogen fraction in the blends, and this will cause a rapid rising in the cylinder pressure and bring a higher value of the peak cylinder pressure; another is the decrease in the 225

226 heating value of the fuel blends with the increase of the hydrogen fraction in natural gas-hydrogen blends, and this will decrease the volumetric heat release rate and the cylinder pressure rising, leading to the lower value of the peak cylinder pressure. When the hydrogen fraction is less than 10%, the effect from the increase in the flame propagation speed is larger than that from the decrease in the heat value of the blends, and this leads to an increase of the cylinder pressure with the increase of the hydrogen fraction. Figure 4 gives the total combustion duration versus hydrogen fraction. For a given excess air ratio, the rapid combustion duration shows a slight increase with the increase of the hydrogen fraction when the hydrogen fraction is less than 20%, and the rapid combustion duration decreases with the increase of the hydrogen fraction when the hydrogen fraction is larger than 20%. Two factors are considered to bring this phenomenon: one is the addition of hydrogen, which improves the burning speed of mixture; another is the lowering in the volumetric heating value of the mixture by hydrogen addition at the same excess air ratio, and this may reduce the burning velocity of the mixture. This is consistent with the results obtained in a constant volume vessel study where the burning velocity gave a slight increase with the increase of the hydrogen fraction at a hydrogen fraction less than 20%, while a rapid increase in the burning velocity was presented when the hydrogen fraction was over 20%.15 The total combustion duration decreases slightly with the increase of the hydrogen fraction at hydrogen fractions less than 20%, while a rapid decreasing is presented at hydrogen fractions over 20%. 226

227 Figure 4: total duration combustion versus hydrogen volume fraction at 2000 rpm Figure 5 gives the thermal efficiency of the fuel blends versus hydrogen fraction. The natural gas hydrogen blends maintained high thermal efficiency at high air-fuel ratio (λ) slightly increases with the increase of hydrogen fraction. Two factors due to hydrogen addition influence the variation of thermal efficiency; on one hand, the increase of combustion velocity by hydrogen addition shortens the combustion duration and increases the thermal efficiency, and on the other hand, the heat loss to the chamber wall will be increased by air-fuel ratio (λ) due to the decreased quench distance and increased combustion temperature, and this will decrease the thermal efficiency. The burning velocity at rich mixture gives high value, and the effectiveness of enhancement on burning velocity by hydrogen addition is relatively low. 227

228 Figure 5: Thermal efficiency versus hydrogen volume fraction at 2000 rpm The increasing in heat loss to the combustion wall increases with the increase of hydrogen fraction. The combined influence makes little variation of the thermal efficiency with hydrogen fractions. In contrast to this, the enhancement of burning velocity at lean mixture by hydrogen addition gives remarkable increase comparing with that of natural gas, resulting in the decrease of combustion duration with the increase of hydrogen addition and increasing in thermal efficiency. The study suggests that the improvement of burning velocity by hydrogen addition is more obvious at lean mixture combustion than that at rich mixture combustion, and this is consistent to the behavior obtained by authors in the combustion vessel study [5]. 228

229 V. CONCLUSIONS: In this study, a mathematical simulation model is developed in FORTRAN programming language in order to investigate the cycle analysis of a single cylinder four stroke engine working according to naturally aspirated Otto cycle. When the program is run, the following results were observed: The results achieved was a little bit differ from those of Huang et al [21] because he used special measurement instruments which are very accurate and specific for his experimental research natural gas direct-injection engine made by the manufacturer (Hitachi Co.). But the constants we considered in my computer model (thermodynamic data for elements and combustion products) may have some effect on the end results. The thermal efficiency rises as the percentage of hydrogen in the mixture increases. Therefore, as the hydrogen fraction is increased, the maximum peak pressure is found to be close to the TDC. With the addition of hydrogen to NG. The percentage of hydrogen in the mixture increases the burning velocity of NG and decreases with the optimal ignition timing to obtain the maximum peak pressure of the engine running with a blend of hydrogen and NG. The indicated efficiency rises as the percentage of hydrogen in the mixture increases. Therefore, as the hydrogen fraction is increased, the maximum peak pressure is found to be close to the TDC up to 20 percent hydrogen. Thermal efficiency increased with the increase of hydrogen fraction at lowfuel air ratio lean. From comprehensive evaluation of engine performance and emissions, the study suggests that 20% of hydrogen fraction in natural gas can get the optimum results. 229

230 REFERENCES: [1]. Souf, A., Oun, M., & Elhsnawi, M. (2018). SIMULATION MODEL FOR SPARK IGNITION ENGINE FUELED WITH NATURAL GAS (Vol. 23). University of Tripoli: Journal of Engineering Research [2]. Mendis, K. J. S., Stone, C. R., Ladommatos, N., & Weller, G. (1993). Modelling and measurements from a natural gas fuelled engine (No ). SAE Technical Paper. [3]. Rousseau, S., Lemoult, B., & Tazerout, M. (1999). Combustion characterization of natural gas in a lean burn spark-ignition engine. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part D: Journal of Automobile Engineering, 213(5), [4]. Ben, L., Raud-Ducros, N., Truquet, R., & Charnay, G. (1999). Influence of air/fuel ratio on cyclic variation and exhaust emission in natural gas SI engine (No ). SAE Technical Paper. [5]. Zeng, K., Huang, Z., Liu, B., Liu, L., Jiang, D., Ren, Y., & Wang, J. (2006). Combustion characteristics of a directinjection natural gas engine under various fuel injection timings. Applied thermal engineering, 26(8), [6]. Huang, Z., Wang, J., Liu, B., Zeng, K., Yu, J., & Jiang, D. (2006). Combustion characteristics of a direct-injection engine fueled with natural gas hydrogen mixtures. Energy & Fuels, 20(2), [7]. Das, A., & Watson, H. C. (1997). Development of a natural gas spark ignition engine for optimum performance. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part D: Journal of Automobile Engineering, 211(5),

231 [8]. Van Blarigan, P., & Keller, J. O. (1996). A hydrogen fueled internal combustion engine designed for single speed/power operation. HYDROGEN ENERGY PROGRESS, 2, [9]. Akansu, S. O., Dulger, Z., Kahraman, N., & Veziroǧlu, T. N. (2004). Internal combustion engines fueled by natural gas hydrogen mixtures. journal of hydrogen energy, 29(14), [10]. Wong, Y. K., & Karim, G. A. (2000). An analytical examination of the effects of hydrogen addition on cyclic variations in homogeneously charged compression ignition engines. Journal of Hydrogen Energy, 25(12), [11]. Bauer, C. G., & Forest, T. W. (2001). Effect of hydrogen addition on the performance of methane-fueled vehicles. Part I: effect on SI engine performance. Journal of Hydrogen Energy, 26(1), [12]. Sierens, R., & Rosseel, E. (2000). Variable composition hydrogen/natural gas mixtures for increased engine efficiency and decreased emissions. TRANSACTIONS-AMERICAN SOCIETY OF MECHANICAL ENGINEERS JOURNAL OF ENGINEERING FOR GAS TURBINES AND POWER, 122(1), [13]. Larsen, J. F., & Wallace, J. S. (1997). Comparison of emissions and efficiency of a turbocharged lean-burn natural gas and hythane-fueled engine. Journal of Engineering for Gas Turbines and Power, 119(1), [14]. Soylu, S. (2002). Simple modeling of combustion for natural gas engines (No ). SAE Technical Paper. 231

232 [15]. Rassweiler, G. M., & Withrow, L. (1938). Motion pictures of engine flames correlated with pressure cards (No ). SAE Technical Paper. [16]. Ferguson, C. R., & Kirkpatrick, A. T. (1986). Internal Combustion Engines, John Wiley&Sons. New York, NY. [17]. Annand, W. J. D. (1963). Heat transfer in the cylinders of reciprocating internal combustion engines. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, 177(1), [18]. Shapiro, H. N., & Van Gerpen, J. H. (1989). Two zone combustion models for second law analysis of internal combustion engines (No ). SAE Technical Paper. [19]. Olikara, C., & Borman, G. L. (1975). A computer program for calculating properties of equilibrium combustion products with some applications to IC engines (No ). SAE Technical Paper. [20]. Wang, J., Huang, Z., Fang, Y., Liu, B., Zeng, K., Miao, H., & Jiang, D. (2007). Combustion behaviors of a directinjection engine operating on various fractions of natural gas hydrogen blends. Journal of Hydrogen Energy, 32(15), [21]. Huang, Z., Liu, B., Zeng, K., Huang, Y., Jiang, D., Wang, X., & Miao, H. (2007). Combustion characteristics and heat release analysis of a spark-ignited engine fueled with natural gas hydrogen blends. Energy & Fuels, 21(5), NOMENCLATURE: A Area C p Specific heat at constant pressure C v Specific heat at constant volume CFR Cooperative fuel research E Total energy 232

233 CHP m N NG p P max T T b T max T u V v U u u u u b W x b λ ATDC BTDC CO CO 2 R ºCA IC NO x SI rpm HC 233 Combine heat and power. Mass of the fuel Engine speed Natural gas Cylinder fluid pressure Maximum cylinder gas pressure Heat flux rate Temperature Temperature of burned particles Max maximum mean gas temperature Temperature of un-burned particles Volume of Combustion Chamber Specific volume Internal energy Specific internal energy Specific internal energy of un-burned particles Specific internal energy of burned particles Work done Mass fraction Relative air:fuel ratio After top dead center Before top dead center Carbon Monoxide Carbon dioxide. Compression ratio Degree crank angle Internal combustion Nitric oxide, nitrous oxide and nitrogen dioxide Spark Ignition Revolutions per minute. unburned hydrocarbon

234 Analysis of an Orifice Surge Tank for Controlling Water Hammer Problem at Hydropower Plants A. M. RAMADAN 1,*, K.M. ALGRAD 2, G. A. SASI 3 Faculty of Engineering, Garaboulli, El-mergib University, Libya. * Corresponding Author: amramadan@elmergib.edu.ly اى يخص لعقود مف الزماف جذبت مشكمة المطرقة المائية في محطات الطاقة الكيرومائية العديد مف الباحثيف والميندسيف وذلؾ لصعوبتيا وأىميتيا. في ىذه الد ارسة ت إج ارء د ارسة نظرية عمى خ ازف التموج ذو الفتحة. ت اشتقاؽ النموذج الرياضي استناد ا إلى مبادئ االستم اررية والزخ. ت حؿ نظا المعادالت التفاضمية العادية عددي ا باستخدا طريقة ارنج-كوتا )RK-4( باإلستعانة ببرنامج الحاسب اآللي الماتالب. أظيرت النتائج أف زيادة مساحة المقطع العرضي لخ ازف التموج ومعامؿ االحتكاؾ لألنبوب الرئيسي أدى إلى تناقص في مستويات األندفاع األولي لمماء في الخ ازف وفي معدالت التصريؼ أيض ا. كما ت مالحظة نفس التأثير بالنسبة الى معامؿ االحتكاؾ لمفتحة. عالوة عمى ذلؾ فإف تأثير التخميد لمعامؿ االحتكاؾ لمفتحة عمى مستويات األندفاع األولي لممياه ومعدالت التصريؼ يكوف أكثر وضوحا عند مقارنتو بتأثير معامؿ االحتكاؾ لجدار األنبوب الرئيسي. وأخير ا بالنسبة لخ ازنات التموج ذات الفتحة فإف الوقت الالز لتخميد الموجة يكوف صغي ار بشكؿ ممحوظ. Abstract For decades, water hammer problem in hydropower plants attracts many researchers and engineers for its complexity and importance. In this study, a theoretical investigation of an orifice surge tank is 234

235 conducted. A mathematical model is derived based on continuity and momentum principles. The system of ordinary differential equations is solved numerically using Runge-Kutta, RK-4, method and compiled by MATLAB. Results reveal that increasing the cross-section area of the surge tank and friction coefficient of the main pipe will lead to a corresponding decrease in water first upsurge levels at the tank and discharge rates as well. The same effect is noticed when orifice friction coefficient is considered. Moreover, the damping effect of orifice friction coefficient on water upsurge levels and discharge rates is more remarkable when compared to friction coefficient of the main pipe wall. Finally, for orifice surge tanks, wave damping time is remarkably small. Keywords: Orifice surge tank, Water hammer, Fluid transients, First upsurge. 1. Introduction Hydropower uses hydraulic turbines to convert energy in flowing water into electricity. Such a source is one way of electrical generation from renewable potential sources. Usually, a hydropower plant is made up of the reservoir, water tunnel, surge tank, penstock, hydraulic turbine, speed governor, generator and grid [1]. Various turbine operations such as load acceptance, load rejection, and combination conditions produce transients in hydropower station, which are directly related to the safety of whole hydropower station and local power grid, even resulting in substantial damage and human loss in some cases [2]. A surge tank is an open chamber; open standpipe or a tank connected to the conduits of a hydroelectric power plant or to the pipeline of a piping system, Figure (1). The main functions of a surge tank are: 235

236 Reduces the amplitude of pressure fluctuations by reflecting the incoming pressure waves. Improves the regulating characteristics of a hydraulic turbine because; it reduces the water starting time of a hydropower scheme. Stores or provides water. The water in the pipeline is, therefore, accelerated or decelerated slowly, and the amplitude of the pressure waves in the system is reduced [3]. The surge tanks can be divided into two main categories - the open and the closed surge tank. The open surge tank is connected to the atmosphere and therefore usually placed quite close to the surface. The simple surge tank, the two chamber surge tank and the differential surge tank are examples of the open surge tank. The closed surge tank, which is a complete different solution that consist of a underground cavern filled with air, creating an air cushion inside the cavern that works as a damping device [4]. Main Reservoir Surge Tank Tunnel Penstock Figure (1): Schematic drawing for a surge tank When the entrance to the surge tank is restricted by means of an orifice, it is called an orifice surge tank. Several studies and researches have been conducted on the hydraulic transients in hydropower plants. This issue attracts many researchers and Engineers due to its complexity and importance in practice. In a previous study [3], authors studied the design 236

237 considerations for surge tanks to control the problem of water hammer in hydropower stations. The study focused on the theoretical investigation of a simple surge tank. The effect of different parameters such as friction losses coefficient and surge tank cross-sectional area on the water surface oscillations of the tank and the total discharge were analyzed and investigated. System of non-linear ordinary differential equations were numerically solved and manipulated. Results show that increasing cross-sectional area and friction losses coefficient results in decreasing surge tank level and discharge rates. In addition, the height of the pressure waves and fluctuations that induced by the water hammer was reduced and steadier. Azhdary M [5], formulated the governing differential equations for determining the maximum and minimum surge heights and the fluctuations occurring in the surge tank. He made some adjustments in the friction term. The friction is usually nonlinear. He determined the general solution for these equations by using non-dimensional analyses. Verhoeven et al [6], conducted a comparative study on some of the commercial types of air chambers used to dampen the wave in compressed pipelines, including the classical air chamber, the classic type of rubber balloon, the classical type with two connections and finally the modern type of isolated air chambers. Basic principles have been applied to investigate their operation under different working conditions and locations. Experiments were carried out for each type. They concluded that classical air chambers were the best in wave damping and control when compared to the isolated type. Pinar B. [7], conducted a theoretical study to determine the dimensions of surge tanks in hydroelectric stations under different design and operating conditions. In this study, three types of surge tanks were considered namely, simple tank, orifice tank and differential tank. The governing differential 237

238 equations for water hammer problem and their solution were derived and manipulated. In addition to sizing of surge tanks by deriving empirical relationships based on nonlinear analyzes and conducting an economic study on them. Arbanovicz et al [8] conducted a study on the problem of water hammer in flexible polymer tubes by introducing and analyzing a new mathematical model, where a new term was added to the equation of continuity to describe the deformation in polymer tubes. Mechanical behavior was described using the Kelvin-Voigt model. Theoretical results were compared with experimental ones in literature. A comparison between the simple surge tank and the orifice tank was done in damping the wave height and reducing the damping time. This was conducted by calculating the different design variables such as wave height, discharge rate, friction coefficient of the pipes and friction coefficient of as a function of time. They discussed the results and wrote down conclusions and recommendations. In this paper, controlling water hammer problem at hydropower plants is theoretically analyzed and investigated. Design principles of an orifice surge tank are implemented. The effects of different design parameters under different working conditions are also considered. These parameters include; the friction coefficient for the pipeline, friction coefficient for the orifice, surge tank height and surge tank cross-sectional area. 2. Mathematical Modeling In this study, the mathematical model mentioned in references [7] and [9] is adopted. The governing differential equations were derived by applying the principles of continuity and the momentum to a small differential element of the liquid with a specific control volume. In order to simplify the modeling and 238

239 solving of the governing differential equations,, some assumptions are made as follows: i- The walls of the main pipe (tunnel) are inflexible, and the liquid (water) is not compressible. ii- The inertia of (water) in the surge tank is very small when compared to the inertia of the water within the main channel, and therefore it can be neglected. iii- Loss of pressure can be calculated using the steady state equations of the corresponding flow velocities. 2.1 Orifice Surge Tank In the orifice tank, there is an orifice obstructs the flow of water into and out of the surge tank, located between the main channel of the water and the surge tank, as shown in Figure (2). The governing differential equations written below are derived based on continuity and momentum principles. + Z h f h i h v EGL HGL Z Reservoir A s Q s s H o Tunnel Valve Q t s L A t Orifice Q tur s Figure (2): Analysis of an orifice surge tank. 239

240 dq dt t gat Z CQt Qt Corf Qs Qs...(1) L dz 1 Qt Qtur. (2) dt A s Where: Q s, Q t, Q tur = water discharge rate in the surge tank, water discharge rate in the tunnel, water discharge rate of the turbine in (m 3 /s); A t, A s = cross-section area of the tunnel, cross-section area of the surge tank (m 2 ); C = friction coefficient of the tunnel wall; Z = Water level in the surge tank (m) ; g = gravity (m/s 2 ); L = length of the main channel (m); t = time (sec). ; h i, h v, h f, H o = pressure head at the entrance, pressure head resulting from the velocity at entrance, pressure loss due to friction and static pressure head (m), respectively; C orf = friction coefficient of the orifice. 2.2 Solution Procedure The solution procedure is mainly depends on solving the system of ordinary differential equations numerically, in accordance with the initial conditions and the operational data shown below. This is done by using Runge Kutta, (RK-4) method and MATLAB software. Initial conditions and operational data of a virtual hydroelectric plant are; (Z (0) = 0 (m), Q t (0) = 300 (m 3 /s), A s (0) = 100 (m 2 ), C (0) = 0, Q tur = 0 (m 3 /s), L= 500 (m), A t = 80 (m 2 ), C orf = 0.1, t = 0.5 sec) 241

241 Volume 16 اىعذد January 2019 ب ر 3. Results and Discussion 3.1 The effect of varying cross-sectional area of the surge tank on the surge tank level Figure (3) shows the effect of varying the cross-sectional area of the surge tank on the surge tank level. It is clear that, as the crosssectional area of the surge tank increases, the surge tank level decreases Area, 200m Area, 400 m2 Area, 600 m2 Level (m) Time (sec) Figure (3): The variation of surge tank level with time at (As=200,400 & 600 m2) This is attributed to the fact that in order to keep the same surge tank water volume, increasing the cross sectional area implies decreasing the tank level. In the figure below, the first upsurge level in the tank decreases from about m at 200 m2 to m at 600 m2. It should be noted that the first upsurge level in the orifice surge tank is very small due to the significant effect of the orifice where the pressure head is reduced due to the effect of friction coefficient at the orifice of the tank. Moreover, the time required for surge damping is also small. It is about 200 seconds. 241

242 Volume 16 اىعذد January 2019 ب ر 3.2 The effect of varying friction losses coefficient on the surge tank level The effect of varying friction losses coefficient on the surge tank level is illustrated in Figure (4). It is clear that, as friction losses coefficient increases, the surge tank level decreases. This is attributed to the fact that increasing the friction losses coefficient will resist the flow motion and reduces its travelling speed as a result of high shear stresses which induced between the pipe wall and the fluid C= C= C= 0.2 Level (m) Time (sec) Figure (7): The variation of surge tank level with time at (C = 0.0, 0.1& 0.2) The water level of the tank decreases from about 0.17 m when the coefficient of friction (C = 0) to about (C = 0.2). As a result, increasing the coefficient of friction of the main channel will positively affect in reducing water level fluctuations and water hammer problem in general. A gain, the time required for surge damping is very small, about 200 seconds. 242

243 Discharge (m 3 /s) 3.4 The effect of varying friction losses coefficient on the discharge rate In Figure (5), the effect of varying friction losses coefficient on the discharge rate is shown. Increasing the friction losses coefficient, results in decreasing in the oscillations of the discharge rates which result from transient effect C= 0.0 C= 0.1 C= Time (sec) Figure (5): The variation of discharge rate with time at (C= 0.0, 0.1 & 0.2). This may be attributed to the same reasons mentioned above, increasing the friction losses coefficient results in a high shear stresses which induced between the fluid and the pipeline wall. The discharge rates decreases from about 300 m 3 /s when C=0.0 (no friction case) to about zero when C=0.2. In addition, very short time is taken to diminish discharge rates, only about one second. 243

244 3.5 The effect of varying cross-sectional area of the surge tank, friction losses coefficient and friction coefficient of the orifice on the first upsurge Figure (6-a) shows the effect of varying cross sectional area of the orifice surge tank on the first upsurge level of the tank. As expected, by increasing the cross sectional area of the tank, the first upsurge level of water in the tank is reduced. The first upsurge level changes from about 0.13 m at cross sectional area of 50 m 2 to about m at 1200 m 2. It can be also observed that the rate of change in the first upsurge level after the value of 0.01 m at cross sectional area of 750 m 2 is very slow when compared to the counterpart before this value, so it is not feasible to increase the area of the tank section more than this value. In the same way, Figure (6-b) shows the effect of increasing orifice friction coefficient of the surge tank on the first upsurge level of the tank. As orifice friction coefficient increases, the first upsurge level of water in the tank decreases significantly. In general, the first upsurge level changes from 0.09 m at C orf = 0.1 to about m at C orf = 0.5 It can be also observed that increasing the orifice friction coefficient beyond the value 0.35, is not feasible, as the change in the first upsurge level of water in the tank will not be significant. Figure (6-c) shows the effect of increasing friction coefficient of main channel wall on the first upsurge level of water in the tank. As the friction coefficient increases, the first upsurge level of water in the tank inversely decreases. In general, the first upsurge level changes from 0.16 m at C = 0 (no friction wall, smooth pipe case) to about 0.02 m at C = 0.5. It can be noticed that increasing the friction coefficient beyond the value (C = 0.3), will not be feasible, as the change in the first upsurge of water in the tank will not be important anymore. 244

245 First Upsurge(m) First Upsurge(m) Surge Tank Area, A s (m 2 ) Figure (6-a): The variation of the first upsurge level with surge tank cross sectional area Orifice Friction Coefficient, C orf Figure (6-b): The variation of the first upsurge level with orifice friction coefficient. 245

246 First Upsurge(m) Friction Coefficient, C Figure (6-c): The variation of the first upsurge level with friction It is worth noting that the effect of orifice friction coefficient, C orf, on the first upsurge level of water in the tank is more rapid and active when compared to the main pipe wall friction coefficient, C. Conclusions A theoretical study for an orifice surge tank that designed to suppress water fluctuations and transients in a hydropower plant is conducted. In this study, a system of ordinary differential equations is simultaneously solved and manipulated numerically. Runge Kutta (RK-4) method is implemented. A computer program in MATLAB is written and compiled. The effect of different design parameters and operating conditions on water level and first upsurge at the orifice surge tank is investigated. The main findings of this study can be summarized as follows: In general, it was observed that with the increase in the cross sectional area of the orifice surge tank, the water level and first upsurge of water in the tank are decreased, the increase in the area 246

247 led to a corresponding decrease in water level and discharge rates fluctuations. Moreover, the same effect is noticed when increasing both friction coefficient of the main pipe wall and orifice friction coefficient of the tank. The greater the coefficient of friction is, the lower the water level of the tank becomes. In the same manner, the orifice friction coefficient of the tank does so. When compared to the effect of friction coefficient of the main pipe wall, the orifice friction coefficient has more quick and fast influence on the reduction of water first upsurge levels and discharge rates at the tank. Careful concern should be taken into consideration when designing such surge tanks. In addition, time required to damp the surge wave is remarkably small, this makes orifice surge tanks more reliable and suitable for water hammer control applications. The final decision for using such tanks also depends on other factors such as cost, topography, location, operational conditions, type of equipment and machinery used, load requirements on turbines, labor... etc. References [1] Chang Xu and Dianwei Qian, (2015), Governor Design for a Hydropower Plant with an Upstream Surge Tank by GA- Based Fuzzy Reduced-Order Sliding Mode, Energies, Vol.8, pp , doi: /en [2] Xiaodong Yu et al, (2014), Hydraulic Transients in the Long Diversion- Type Hydropower Station with a Complex Differential Surge Tank, The Scientific World Journal, Hindawi Publishing Corporation. [3] Ramadan A.M and Mustafa.H, (2013), Surge Tank Design Considerations for Controlling Water Hammer Effects at 247

248 Hydro-electric Power Plants, University Bulletin Issue No.15 Vol. 3, pp [4] Simon U. Sandvag, (2016), Surge Tank Atlas for Hydropower Plants, M.Sc. Thesis in Hydraulic Engineering, NTNU. [5] Azhdary M., (2004), Analysis and Design of a Simple Surge Tank, IJE Transactions A:Basics, Vol. 17, No.4, pp [6] Verhoeven R., Van Poucke L. and Huygens M., (1998), Water Hammer Protection with Air Vessels, a Comparative Study, Transactions on Engineering Sciences,Vol. 18, pp [7] Pinar B., (2013), Numerical Investigation of Effective Surge tank Dimensions in Hydro-power Plants under various Hydraulic Conditions, Msc Thesis, METU. [8] Urbanowicz K., Firkowski M. and Zarzycki Z, (2016), Modeling Water Hammer in Viscoelastic Pipelines: Short Brief, Journal of Physics: Conference Series 760, pp [9] Chaudhry M.H, (1987)," Applied Hydraulic Transients", Van Nostrand Reinhold, NewYork, 2 nd edition. 248

249 Investigation of the Effect of Nozzle diameter on AZ31 Powder Production by Gas Atomization Method Kamal Mohamed Akra¹, Mustafa Boz² Karabuk University, Faculty of Technology, Department of Manufacturing Engineering, Karabuk, Turkey اى يخص في ىذه الد ارسة ت د ارسة تأثير قطر الفوىة بشكؿ تجريبي عمى شكؿ وحج مسحوؽ سبيكة ماغنيسيو AZ31 المنتجة بواسطة طريقة االنحالؿ الغازية. لمقيا بذلؾ يت إج ارء االختبا ارت عند درجة ح اررة ثابتة تبمغ 790 درجة مئوية مع ضغط غاز بار ا وبتطبيؽ قطر الفوىة بأربع قي مختمقة مم. يت تفتيت 35 المصيور باستخدا غاز األرغوف في حيف يت استخدا المسح المجيري اإللكتروني XRF XRD لتحديد شكؿ مسحوؽ AZ31 )SEM( المنتج يت تطبيؽ تحميالت و لتحديد الم ارحؿ المتولدة في اليياكؿ الداخمية لممساحيؽ المنتجة وكذلؾ النسب المئوية لكؿ مرحمة. أيضا يت استخدا جياز قياس بمساعدة الميزر لتحميؿ حج المسحوؽ. المظير العا لمساحيؽ السبيكة AZ31 المنتجة عمى شكؿ رباط قضيب قطرة تقشر وكروية ومعظ المساحيؽ حصمت عمى تقشر وأشكاؿ كروية اعتمادا عمى الزيادة في ضغط الغاز. يت تحديد أف أفضؿ مسحوؽ يت الحصوؿ عميو عند درجة ح اررة درجة مئوية وضغط غاز 35 بار بقطر 2 واشكاؿ كروية. م وأف المسحوؽ يظير عمى شكؿ قط ارت

250 Abstract In this study, the effect of nozzle diameter is investigated experimentally on the shape and size of the AZ31 alloy powder produced via the gas atomization method. To do this, tests are carried out at a constant temperature of 790 C, with a gas pressure of 35 bar and by applying nozzle diameter at four different values: 2,3,4,5 mm. The atomization of the melt is done with argon gas, while scanning electron microscopy (SEM) is used to determine the shape of the AZ31 powder produced, XRD and XRF analyses are applied to determine the phases generated in the internal structures of the powders produced as well as the percentages of each phase. Also, a laser-assisted measurement device is used for powder size analysis. The general appearance of the AZ31 alloy powders produced is in the form of ligament, rod, droplet, flake and spherical, and most of the powders got into flake and spherical forms depending on the increase in gas pressure. It is determined that the finest powder is obtained at a temperature of 790 C and a gas pressure of 35 bar at a diameter of 2 mm, and that the overall powder get in form of both droplet and spherical. Key words: Gas atomization, AZ31 alloy powder, nozzle diameter. 1. Introduction Magnesium is known as the lightest engineering metal having a density of 1.74 g/cm 3, that is 35% less than aluminum and 75% less compared to primary metals used today [1,2]. In comparison, magnesium has a remarkable hardness and brings many benefits such as better specific strength and increased absorption capacity [1,3]. The AZ31 series alloys are one of the most common magnesium alloys thanks to their lower cost, better resistance to corrosion as well as mechanical strength obtained 251

251 through adding aluminum, zinc and manganese [4,5]. In this family of alloys, the AZ31 alloy has additional structural strength since it precipitates from the magnesium matrix and forms dual precipitates with aluminum and manganese [6,7]. Furthermore, as it adds to the strength of these materials with fine microstructures, producing them with low formability such as that of magnesium s and their alloys with powder metallurgy today has turned into a necessity in the industry. For this reason, powder metallurgy has been proved to be an option in manufacturing methods like casting, hot and cold pressing, and machining. Whereas coarsestructured microstructures can be formed via casting, powder metallurgy is regarded as a useful method so as to come up with finer microstructures [8,9]. Making composites with the help of the powder metallurgy method, characteristics like increased surface wear resistance, surface friction and surface tensions can be achieved at high temperature [10,11]. Powder production technique using this method can be carried out in four different ways: mechanical, chemical, electrolysis, and atomization. Among the other methods, gas atomization is the most common for the purpose of obtaining fine and spherical powders. The primary reason for demand behind spherical powder material is that powder-powder contact in pressing and sintering stages has to be both homogeneous and multi-directional [12,13]. In this respect, atomization can be described as the degradation and solidification of molten metal into tiny droplets using either water, air and gas pressures or mechanical pressure. In return, the atomization process has 4 different forms: water atomization, gas atomization, centrifugal atomization, and vacuum atomization. Producing over 60% of the metal and nonmetallic powders with gas atomization makes has made this specific method an advantageous one over the other forms. Gases including air, nitrogen, argon and helium can 251

252 be applied as pressurized fluid so as to decompose the liquid metal bundle in gas atomization [14]. In other words, one can produce any form of metal and alloy powder which can be melted using the gas atomization method. In doing so, there are major factors at play, mainly the type of gas, its pressure, nozzle diameter and melting temperature. As the gas pressure is added, the temperature and viscosity of the molten material tend to drop, thereby allowing the formation of smaller powders [15]. 2. Experimental Work Experimental studies were carried out at the Gas Atomization Unit at Karabük University Faculty Manufacturing Engineering Department of Technology Faculty. The Gas Atomization Unit shown in Figure 1 consists of seven basic parts: 1. Melting furnace, 2. Atomization tower 3. Nozzle and nozzle holder 4. Powder collection unit 5. Gas sytem 6. Cyclones 7. Control panel The melting furnace is designed and manufactured to operate continuously at approximately 1200 C. During the melting, gas inlet and outlet units are placed on the side of the melting furnace in order to form a protective gas in order to prevent the formation of oxide as soon as and after atomization 252

253 Figure 1. Gas atomization unit In order to control the flow of the melted metal in the ladle Figure 2b, the worm screw system and the graphite stopper were used. The melting furnace is shown in Figure 2a. Magnesium alloy AZ31 has a melting temperature of 620 C. The leakage temperature of the materials ranges between 150 and 200 C of melting temperature. For this reason, a minimum of 790 C, a maximum of 850 C and an average temperature of 820 C. 253

254 Figure 2. (a) Image of the interior of the melting furnace (b) Melting pot The liquid metal was heated for one hour after reaching the required temperature, and the graphite plug with the helical screw system was manually turned up and the metal flow was ensured. During the metal melting process, argon gas was released at low pressure (about 2 bar) in the furnace to protect the dissolved metal against the onset of oxidation and combustion reaction. The atomization tower of the Gas Atomization Unit is shown in Figure 3. The produced powders are collected in the powder collector located at the bottom of the atomization tower. 254

255 Figure 3. Atomization tower. In order to atomize the liquid metal, a closely coupled supersonic nozzle holder with a circular hole is used in Figure 4a. Nozzle holder and nozzles are made of stainless steel. The nozzle (Figures.4, a and b) is located on the nozzle holder in the furnace. Four different nozzles with diameters 2, 3, 4 and 5 mm were used. In closely matched systems, the heating of the nozzle is extremely important. Figure 4. (a) Nozzle holder and Nozzle (b) Front view (c) Top view 255

256 If the nozzle is not heated sufficiently, the temperature of the melt metal at the nozzle end will decrease and the liquid metal flow will decrease. Uslan and Küçükarslan [20], in their study on the experimental investigation of gas atomized tin powder production parameters, the effect of back pressure at high pressures caused by molten metal. Therefore, the nozzle holder and nozzle used in this study were placed in the interior of the melting furnace to prevent the solidification of liquid metal in the nozzle. The test was carried out at nozzle diameter of 2,3,4 and 5 millimeters. The produced powders are collected in the lower part of the atomization tower and in the lower part of the two cyclones connected in parallel to the powder collection unit Figure 5. Figure 5. Powder collection unit. 256

257 The powder collector and cyclone are made of stainless steel. The powder collector is cylindrical, 400 mm high and 300 mm in diameter. Cyclone separator; it is made of a cylindrical diameter of 800 mm diameter and a diameter of 400 mm. After each experiment, the inside of the atomizing device and the cyclone were cleaned. The resulting powder was stored in desiccators to prevent oxidation. In the experiment, an argon pressure tube having an operating pressure of 200 bar was used as the atomizing gas. Three argon tubes are connected to the gas ramp to prevent gas pressure fluctuations and fluctuations when the gas pressure in the tube drops during the atomization process Figure 6. After the atomization process begins, the pressure reading in the gauge is considered to be the gas pressure. Figure 7 shows the pressure gauge used during the atomization process. Argon gas is used as the atomizing gas. The test was carried out at pressures of 35 bar. 257 Figure 6. Argon gas system. Two cyclones connected in parallel with each other were used to evacuate the gas used in the atomization tower and to maintain fine

258 powder. The image of the cyclone is shown in Figure 8. In addition, a powder removal fan is used to remove fine powder. The power of the powder removal fan is 2,500 rpm. The powder we originally produced and what we call the roughest powders fall into the powder collector. Second, the average size of powder in the middle of the powder falls to the center. Finally, the finest powders fall through the powder fan to the last cyclone. Figure 7. Manometer Figure 8. Cyclones. 258

259 3. Atomization work Gas-atomized AZ31 powder was produced using a closely matched circular perforated supersonic nozzle system during operation in a gas atomization device. During the atomization work, the liquid was superheated at AZ31 melting temperature (620 C). The operations performed during the atomization work are listed below. 1. First, install the nozzle holder for the test at the bottom of the furnace. 2. Place the nozzle used in the experiment in the nozzle holder to provide flow between the pot and the nozzle holder. 3. Place the stainless steel pot on the nozzle in the oven. 4. The oven top cover is closed. A graphite plug having a stainless steel annular thread system that controls the flow of molten metal when the lid is closed is mounted in a manner to provide a seal for the center of the pot in the furnace. 5. During the metal melting process, argon gas is introduced into the furnace at a low pressure (about 2 bar) to protect the molten metal from the onset of oxidation and combustion reactions. 6. But about 50 g of AZ31 material in the ingot for each test, the AZ31 material was heated to 790, for one hour. The temperature of the melted material was measured by means of two thermocouples which were immersed into the stainless pot and were located outside the pot. 7. Argon gas was given at low pressures within the atomization tower 15 minutes before the atomization process to prevent the produced powders from reacting with air. 8. The atomization gas pressure was adjusted to the desired pressure with manometer and gas was sent to the nozzle. 259

260 9. It is ensured that the molten AZ31 alloy is flowing and atomized by argon gas by turning up the graphite plug with worm screw system. After the metal flow was completed, the gas flow was stopped and the atomization process was completed. 10. Powder collected in powder collector and cyclones are collected in desiccators. The powder collector, cyclones and atomization tower were cleaned for the next test. The installation of the unit was repeated and the above listed procedures were repeated for a new test. The basic principle of gas atomization and powder production is given in Figure 9. Figure 9. Gas atomization flow chart. The atomization parameters of the AZ91 powders produced by the gas atomization method are given in Table

261 Table 1. Powder production parameters 3. Results and Discussion The experiments were carried out at a constant temperature of 790 Cº, 35bar and 4 different nozzle diameter (2,3,4,5 bar). Argon gas is used as the atomizing gas, and powder size analyses is performed with the Mastersizer 3000 model device. The working principle of the device is to throw red and blue laser lights on the sample. Then, the reflected and broken laser beams are examined using light detectors. The angle and intensity of the scattered light determines the particle size distribution of the sample. The dimensional values of the AZ31 alloy powders produced appear in Table 2 as Dv (10), Dv (50) and Dv (90). In addition, the influence of the gas pressure on the powder size is clearly seen in Figure 10. Nozzle is known to have an important influence on the powder size and shape in powder production using the atomization method. As shown in Table 2, the smallest nozzle diameter value in this study is 2mm. 261

262 Table 2. Particle size of AZ31 powders Temperature (Cº) Gas Pressure (bar) Nozzle Diameter (mm) Dv (10) μm Dv (50) μm Dv (90) μm Specific Surface Area(m²/kg) When Table 2 and Figure 10 are examined, it can be seen that the powders produced are in the range of 18.1 to 203 μm, and that the smallest average powder size is obtained at 2mm diameter of nozzle which is 46 μm. A 10% portion of the powder produced under 2mm nozzle diameter is below 18.1 μm, while the remaining 90% consists of powder below 99.2 μm. At least 10% of the powders produced were found to be composed of powders sizes smaller than 10 μm, but these powders sizes were not measurable because they were plunged into the atomization towers and cyclones, or even to the containers in which the powders were stored. When the Specific Surface Area known as the area per kg in the literature is examined, it is seen that the area expands as the nozzle diameter decrease. It is known that the powders produced increase the press ability and sinter ability properties. As a result of experiments in the production of the AZ31 powder by gas atomization method, the effect of nozzle diameter is clearly seen. The SEM images given in Figure 10 reveal that the grain size of the powders produced in the vessel is increase. 262

263 Figure 10. Dimensions of AZ31 powders produced at different nozzle diameter. When examining Figure 10, it can be seen that due to the increase in nozzle diameter, the average powder size increases. The average powder size (Dv50) of the powder produced at 5mm diameter was 80.2μm, and the average powder size (Dv50) was reduced to 46 μm when the nozzle diameter was decreased to 2mm. In this study, an SEM image (100X) of powders produced from different nozzle diameter is given in Figure

264 Figure 11. SEM images of powders (100X) at different nozzle diameter (a) 2mm (b) 3mm (c) 4mm (d) 5mm. As can be seen in Figure 11, the powder size increase with the increase of nozzle diameter. The reason for the increase in powder size due to the nozzle diameter can be explained as an increase in the average powder size value in powder production because of the lower energy transfer to the molten metal at higher nozzle diameter. It is understood from Figure 12 that the powders prepared are generally spherical, droplet, ligament, complex and flank 264

265 Figure 12. SEM images of the powders produced (1000X) at different nozzle diameter (a) 2mm (b) 3mm (c) 4mm (d) 5mm As can be seen from the SEM images shown in fig. 12, the powder shaped spheres and droplets become ligaments and flanks, due to the increased nozzle diameter. In particular, the powder produced with 2mm of diameter and giving the SEM image in Figure 12a and b is significantly reduced, droplet and spherical. Examining Figures 12a and b, it can be seen that the powder has spherical and droplet shapes. Table 3. Chemical (XRF) analysis results of the produced AZ31 alloy powder 265

266 Figure 13. XRD pattern of AZ31 In the XRD pattern of the AZ31 alloy, Mg which is the α phase and the β phase were determined Figure 13. The AZ31 alloy, whose chemical analysis is presented in Table 3, contained 94,71 wt % Mg, 2,75 wt % Al, 1,62 wt % Zn, 0,61 wt % Mn, and 0,22 wt % Si. It is seen in the XRD results given in Figure 13, that Mg and Al combine to form Al 12- Mg 17 precipitate during the solidification. 3. Conclusion The following results were obtained in this study conducted on the characterization of AZ31 powder produced using the gas atomization method with different parameters: Powders in different shapes and sizes were obtained with this method. The smallest powder size occurs at 790 C, with a 2mm nozzle diameter and at 35 bar pressure. The powder size decreased as nozzle diameter decreaed. 266

267 With decreasing noozzle diameter, the powder shape changed from ligament, flake, and complex to droplet and spherical. 4. According to the XRD and XRF results, the produced AZ31 alloy powder was composed of α and β (Al 12 - Mg 17 )..phases in the structure. References [1]. Mordike B.L., Ebert T., Magnesium Properties Applications Potential, Mat. Sci. Eng. A, 302, p: 37-45, [2]. Fredrich H., S. Schumann, Research for a New Age of Magnesium in the Automotive Industry, J. Mat. Proc. Tech., 117, p: , [3]. Furuya H., Kogiso N., Matunaga S., Senda K., Applications of Magnesium Alloys for Aerospace Structure Systems, Materials Science Forum, p: , , [4]. Froes F.H., Eliezer, D., Aghion, E., The Science, Technology, and Applications of Magnesium. J. Mat. Proc. Tech., 50 (9), p: 30-34, [5]. Chaffin G.N., J.E. Jacoby, Guidelines for Aluminum Sow Casting and Charging, The Aluminum Association, Washington, D.C.,1998. [6]. Gray J.E., Luan B., Protective Coatings on Magnesium and its Alloys A Critical Review, J. Alloys Compd., 336, p: , [7]. Kaya R.A., Çavuşoğlu H., Tanik C., Kaya A. A., Duygulu Ö, Mutlu Z., Zengin E., Aydin Y., The Effects of Magnesium Particles on Posterolateral Spinal Fusion: An Experimental in 267

268 Vivo Study in a Sheep Model, J. Neurosurg-Spine, 6, p: , [8]. Duygulu O., Kaya R.A., Oktay G. and Kaya A.A., Investigation on the Potential of Magnesium Alloy AZ31 as a Bone Implant, Materials Science Forum, , p: , [9]. Duygulu O., Kaya R.A., Oktay G., Berk C., and Kaya A.A., Can Magnesium Alloys be Used as Implants?- SEM Examinations from an in Vivo Study, 16th Microscopy Conference, Sopporo, Japan, September [10]. Kaya A.A., Future of Magnesium: Applications in Transportation and Bone Surgery, 10th Int. Symposium on Advanced Materials (ISAM-2007), Islamabad, Pakistan, September 3-7, [11]. Kaya A.A., Kaya R.A., Witte F., and Duygulu Ö., Useful Corrosion- Potential of Magnesium Alloys as Implants, Corrosion Engineering Conference, Seoul, Korea, May 20-24, [12]. Yildirim, Musa, and Dursun Özyürek. "The effects of Mg amount on the microstructure and mechanical properties of Al Si Mg alloys." Materials & Design 51 (2013): [13]. G. Neite, K. Kubota, K. Higashi, F. Hehmann, Chapter 4- Magnesium-Based alloys, in: R.W. Cahn, P. Haasen, E.J. Kramer (Eds.), Structure and Properties of Nonferrous Alloys, vol. 8, 1996, pp. 113e212. [14]. Karagöz, Ş., Yamanoğlu, R., ve Atapek, Ş.H., Metalik toz işleme teknolojisi ve prosesleme kademeleri açisindan parametrik ilişkiler, Eskişehir Osmangazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlik Fakültesi Dergisi, Cilt:XXII, Sayi:3, (2009). 268

269 [15]. Oğuz, Ş; Öztürk, Z; Uzun, E; Kurt, A; Boz, M. Gaz atomizasyonu yöntemi ile kalay tozu üretiminde gaz basincinin toz boyutu ve şekline etkisi. 6th Advanced Technologies Symposium (IATS 11), 2011, rrr [16]. Uslan, İ. ve Küçükarslan S., Kalay tozu üretimine gaz atomizasyonu parametrelerinin etkisinin incelenmesi, Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Der., Cilt 25, No (1): 1-8 (2010). 269

270 SURFACE AND ADHESION PROPERTIES OF METHACRYLIC/URETHANE GRAFT COPOLYMERS Abdulfatah. M. Emhamed Om Alrrabae Faculty of Sciences and Technology Surman Libya. - Abstract: Adhesion increased as the content of urethane macromonomers (Ums) increased in graft copolymer. The graft copolymer prepared using a high UM2 feed for both PMMA and PnBMA showed improved in adhesion compared to the pure methacrylate polymers. The adhesion was better whether for leather and for vinyl. Surface and adhesive properties were improved as the amount of UM2 content increased in the graft copolymer. Smaller contact angles result giving a surface with a higher surface energy and increase in T-peel strength was observed as the amount of UM2 content increased in the graft copolymer. Key words: polyurethane graftcoplymer- acrylic polymer surface properties- adhesion Introduction Adhesion is the intermolecular action at the interface of two surfaces. 1 It s a multi-disciplinary topic which includes surface chemistry, physics, rheology, polymer chemistry, stress analysis polymer physics and fracture analysis. Describing the mechanism of adhesion in simple terms is difficult due the complexity and evolving understanding of the subject. A range of adhesion mechanisms are based variously on diffusion, mechanical, 271

271 molecular and chemical and thermodynamic adhesion phenomena. 2-5 Applications for polyacrylate homopolymers and polyurethanes have shown remarkable growth over the last years. Many industrial applications require good adhesion properties and it is known that in general purpose adhesives, the favourites are: the monomeric acrylates, such as super glue, which cure from monomer to polymer, the acrylics in solvent, 6 polyurethane in solvent 7,8 or a 9, 10 moisture curing grade of polyurethane; two part epoxy resins and finally emulsion based polyvinyl acetates, 11 commonly known as wood glue. 12 The major market however, is solvent based and is dominated by acrylic using a low temperature solvent such as a MEK solvent mixture. PUs requires a higher boiling solvent, which can be as exotic as n-methyl-2-pyrrolidone (NMP) where the solvent is mostly evaporated, the urethane heated and the two surfaces joined. This is a difficult high-tech glue to use, not generally accepted for household use. In this study a graft, copolymer has the properties of both an acrylic and a urethane and then to increase the solubility of the urethane in a common solvent by it being pulled into solution by the acrylic part of the molecule. As the solvent evaporates two phases form and either phase can be continuous, but it is preferentially for price to have a continuous acrylic phase with nano inclusions of polyurethane, which means that either the acrylic or the urethane phase can associate with the surface to be glued. This we have proved previously in rolled steel research by mixing three urethanes with different functionality and finding enrichment of the correct one at the adhesive surface phase and enrichment of the correct one at the air surface phase and modulus improvement of the entire adhesive film by enrichment of the high 271

272 modulus component in between these. 13 This has also been proven in early polycarbonate bullet proof transparent sheets, where the soft silicone rubber required needed to be soft, but bond securely to the polycarbonate. 14 Here block polymers of polycarbonate with silicone were used with excellent bullet stopping effects, no easy delamination. Theoretical and background For any material, the molecules in the bulk have no net force acting on them, while the ones at the surface encounter a net force inward. For solids, this force is called as surface free energy (SFE) or surface tension and defined as the amount of energy required to change the surface area of a material by one meter square. Knowing the SFE value of a material, one can predict whether the material is wettable or not by a certain liquid. Solids, which have the similar or higher SFE than that of a liquid's SFE are wettable by that liquid. 45 Contact angle ( ) of a liquid drop is the angle formed by the surface and the tangent of the drop at the point it touches to the surface. Contact angle indicates the strength of non covalent forces between the liquid and the first monolayer of the material. The liquid drop spreads on the solid and wets the surface, in case of strong interactions between phases. 46 Zero contact angles mean a strong interaction between the phases and complete wetting by the liquids. SFE can be obtained by using different approaches. 47 All these methods are based on contact angle measurements, but they may have discrepancies in the results. 15,47 In this study the harmonic mean approaches was used to measure the surface tension of UM and its graft copolymers. 272

273 In the harmonic mean approaches The surface tension of polymer can be divided into a non-polary dispersion component, d and the polar component, p that is : = d + p The harmonic mean is Eq (1) d d p p i i cos 4 s s 1 i i (1) d d p p i s i s If the subscript 1 expresses water, the surface tension, dispersion component, and polar components of water are: 1 =72.8, = 22.1, =50.7. If the subscript 2 expresses glycerol, the surface p 1 tension, dispersion component, and polar component of glycerol d p are: 2 =64, 2 =34, 2 =30. According to the above mentioned parameters and the contact angle θ i of water on the surface of polymer and glycerol on the surface of polymer as well as the harmonic mean Eq. (1), two simultaneous equations can be obtained, one from the polymer and water, the other from the polymer and glycerol. The dispersion component d s and polar component d 1 p s of each polymer can be gained by solving the two simultaneous equations. Contact angle (θ i ) for a sessile drop, is defined by the tangent at the air /liquid/ solid line of contact and line of contact and line through the base of liquid drop where it contacts the solid. 48 Each contact angle was calculated by the following equation: Contact angle (θ) = 2 tan -1 (h/r) (2) 273

274 Water drop h r Polymer surface Figure 1: Image of a water drop showing the height and radius used in determination of the contact angle θ. Experimental Materials Any consideration of adhesion mechanisms requires information about the physical and chemical properties of the adhering surfaces and the delamination surfaces in cases where adhesion has failed in use or as a result of mechanical testing. Urethane macromonomers (UM1 and UM2) and all their graft copolymers (PMMA-g-UM and PnBMA-g-UM2) were described previously. Glycerol (CH2OHCHOHCH2OH) was product of Merck. Deionized water (DDI, from a Millipore milli-q purification system) and silicon oil (SA Silicones) Optical contact measurement Sample films were prepared by melt pressing at temperatures between 40 and 200 o C. A 1 μl drop of water or glycerol was placed onto the sample film and the magnified image was captured using a Nikon SMZ-2T (Japan), model VCC 250C digital video camera. Figure4 shows a cartoon of a captured image. Included on 274

275 the image are the parameters used to determine the static contact angle according to the relationship in Equation 1 below. PVR- plus software was used for imaging along with an Able Image analyzer (μ-labs) version V3.6, which enabled determination of the lengths associated with contact angle calculation. For the statistical approach, at least five (mostly 8) values were measured for each liquid. Drops which had unsymmetrical forms (difference between the angles at both sides being higher than 5 ) were excluded. The temperature of the environment was fixed at 20 C. The contact angle results are given in Table 1. Surface energy measurement The surface energy of urethane macromonomers and methacrylic /urethane graft copolymer was determined via measurements of contact angles of a set of testing liquids (i.e. re-distilled water, glycerol). The drop of the testing liquid (V = 1 μl) was placed on the polymer surface, and a contact angle of the testing liquid was measured. The surface energies of the polymer were evaluated by harmonic mean equation. In the calculations two simultaneous equations can be obtained, one from the polymer and water, the other from the polymer and glycerol and Windows Excel program were used. Adhesive preparation The samples were prepared by dissolving PMMA, PnBMA, and their graft copolymers which have high percentages of UM2 content (UM1 copolymer only dissolved in a strong solvent like NMP i.e. MEK was/is not a good solvent for this adhesive) into a solvent comprising 50 wt % THF 25 wt % acetone and 25 wt % ethanol and the solid content of the sample was 35 wt %. Peel test 275

276 The substrates used for peel tests i.e. commercial leather or vinyl were cut and the dimensions of the substrates were 8 cm 2 cm for the T- peel test. However, the adhesive coating area was 6 cm long. The sample of copolymer/solvent glue was then placed on the commercial leather or vinyl to form the testing sample which was conditioned at room temperature using a pressure of a 5 Kg weight on the test piece. A T-peel test was carried out using a Universal Testing Machine (UTM) (LLOYD Instruments-Model LRX 5 ) at a rate of 50 mm/min at room temperature, the Scotch tape of width 2.5 cm was stuck over a length of 4.0 cm on the sample polymer film. Care was taken to see that there were no air gaps or wrinkles and was kept under a pressure of 1.0 kg for 10 min. The T-peel test was carried out after fixing one end of the sample in one jaw and the Scotch tape end with other piece of sample adhered to it in the other jaw. T-peel strengths are reported as force of peel per millimeter of sample width. For more accuracy the T-peel test was repeated 5 times for each sample and the average T-peel strength was recorded. Table 6.3 shows calculation of peel strength of commercial vinyl and leather for the two synthesized graft copolymers containing different amounts of UM2. Results and discussion Optical contact angle analysis (OCA) is a surface sensitive technique which allows the surface energy of the investigated sample to be measured. The contact angle results are given in Table 1. In general, a polar and non-polar liquid are dispensed onto the sample surface with the angle that the liquid makes with the surface (as measured through the liquid) being recorded. Smaller contact angles indicate a more wetting surface with a higher surface energy and therefore a greater work of adhesion. 49 As 276

277 surface energy and wettability are related to adhesion, OCA provides an indirect measure of adhesion, allowing for the comparison between the work of adhesion and direct adhesion methods. The contact angle results are given in Table 1 Figure 5 (a to d) shows the contact angles of re-distilled water deposited on the surface of graft copolymer surface films vs UMs content. The contact angles of water in Figure 2 (a) to (d) decreased by increasing the amount of UM which was incorporated into the PMMA or PnBMA backbones. The contact angles of PMMA-g-UM1 copolymers decrease from o for only PMMA, to o for 40.4 wt % of UM1 in the graft copolymer and the contact angle of PnBMA-g-UM1 copolymers decrease from o for only PnBMA, to o for wt % of UM1 in the graft copolymer. On other hand the contact angles of PMMA-g-UM2 copolymers decrease from o for only PMMA, to o for wt % of UM2 in the graft copolymer and the contact angle of PnBMA-g-UM1 copolymers decrease from 95.1 o for only PnBMA, to o for wt % of UM2 in the graft copolymer. Since the surface energy of PMMA and PnBMA lower than the surface energy of UM1 and UM2; the PMMA or PnBMA segments migrate away from the top of the surface to leave a hydrophilic-enriched layer that can interact with the water. Microphase separation in graft copolymers occurs even at relatively low UMs content due to dissimilarity between the chemical structures of the PMMA or PnBMA, 277

278 Table 1: Contact angle values of synthesized polymer Sample code UM% (wt % )* Contact angle ( 1 ) H 2 O UM PMMA G10M1 (PMMA-g-UM1, 10 wt % UM1 feed ratio) G25M G55M PnBMA G10B1 (PnBMA-g-UM1, 10 wt % UM1 feed ratio) G25B G55B UM PMMA G10M2 (PMMA-g-UM2, 10 wt % UM2 feed ratio) G25M G55M PnBMA G10B2 (PnBMA-g-UM1, 10 wt % UM2 feed ratio) G25B G55B

279 H2O (deg) H2O (deg) H2O (deg) H2O (deg) (a) 95 (b) UM1 % UM1 % Figure 2: Contact angles of water vs the content of urethane macromonomer in graft copolymerization (a) Contact angles of water vs. UM1/MMA content (b) Contact angles of water vs. UM1/n-BMA content (c) UM2 % (d) UM2 % Figure 3: Contact angles of water vs the content of urethane macromonomer in graft copolymerization (c) Contact angles of water vs. UM2/MMA feed ratio (d) Contact angles of water vs. UM2/n-BMA content. 279

280 The dependencies of the surface energy and its polar component on the graft copolymers were determined by the harmonic mean method vs. the content of the UMs incorporated in the graft copolymer are shown in Table 2. This table lists the surface tensions of each polymer measured by contact angle method, where the subscript 1 expresses water, the subscript 2 expresses glycerol. Table 2: Contact angles and surface tensions for synthesized polymer Sample code 1 2 d s p s s (mn.m -1 ) UM PMMA PnBMA G55M G55B Sample code 1 2 d s p s s (mn.m -1 ) UM G55M G55B Table 2 shows that, the surface energy of all synthesized graft copolymer increase significantly with the concentration of UMs. The surface energy of PMMA-g-UM1 copolymers increases from mn.m -1 for only PMMA, to mn.m -1 for wt % of UM1 in the graft copolymer and the surface energy of PnBMA-g- UM1 copolymers increases from mn.m -1 for only PnBMA, to for wt % of UM1 in the graft copolymer. On other hand the surface energy of PMMA-g-UM2 copolymers increase from mn.m -1 for only PMMA, to mn.m -1 for

281 wt % of UM2 in the graft copolymer and the surface energy of PnBMA-g-UM1 copolymers increase from mn.m -1 for only PnBMA, to mn.m -1 for 38.0 wt % of UM2 in the graft copolymer. This indicates that the phase separated phases need much longer relaxation times for the urethane component to play a decisive role by rising to the surface. In addition, the increase in the polar and decrease in the dispersive forces of surface energy in much the same order, is much more remarkable. It says that the surfaces become more hydrophilic with increasing polar share as expected, i.e. the contact angle of water drops falls due to the better wetting ( as the UM content into graft copolymer increases). High energy values are favorable for wetting a surface. Polar interactions due to dipoles also have much higher bonding energies than dispersion forces; so that one can also expect high polar energy contributions to lead to a good adhesion. In other words smaller contact angles indicate a more wetting surface with a higher surface energy and therefore a greater work of adhesion. Figure 6 shows the dependence of the T-peel strength of the adhesive joint of the methacrylate/urethane graft copolymer vs. content of UM2 using commercial vinyl or leather as substance in the T-peel test. It is seen that the peel strength of the adhesive joint of the methacrylate/urethane graft copolymer increases with growth in UM2 content in the whole concentration range. The facts that peel strength of the adhesive joints increases with increase in UM2 content reflect the modulus increase of the adhesion. Figure 6. (a) shows the dependence of the peel strength of adhesive joint PMMA/UM2 graft copolymer vs. content of UM2 using commercial vinyl or leather as substance in the T-peel test. A maximum value is observed for the PMMA/UM2 graft copolymer at 36.5 wt % of UM2 in both leather and vinyl. 281

282 Comparing PMMA with PMMA-g-UM2 copolymer containing 36.5% of UM2 shows that the peel strength of the adhesive joint to commercial vinyl or leather increased 1.4 and 1.9 times respectively. The increase of peel strength to the maximum value is attributed to the modulus increase as well as the increasing wettability of the adhesive which enhances the peel adhesion property of the adhesive. The final increase in the UM2 content decreases the compatibility of copolymer parts of PMMA and UM2 as reflected by the higher peel strength. Similar observation is also obtained for PnBMA/UM2 graft copolymer. Figure 6 (b) shows the dependence of the peel strength of the adhesive joint of the PnBMA/UM2 graft copolymer vs. content of UM2 using commercial vinyl or leather as substance in T-peel test. Comparing PnBMA homopolymer with PnBMA-g-UM2 copolymer containing Figure.0% of UM2 shows that the peel strength of adhesive joint to commercial vinyl or leather increased 1.2 and 1.2 times respectively. This increase in the peel strength is due to increasing wettability of the adhesive which enhances the peel adhesion property of the adhesive. All the peel strength results for all the synthesized PnB-methacrylate/UM2 graft copolymers and which contain different amounts of UM2 are shown in Table 3. The main increase is probably because of the modulus (stiffness) increase as the UM2 content increases. 282

283 Peel energy (N/mm) Peel energy (N/mm) Peel energy (N/MM) width (MM) Force ( N) (Leather) Peel energy (N/MM) width Force (N) (vinyl) UM2 incorporated into copolymers as calculated by 1 HNMR (wt %) Sample code PMMA-g- UM2 PnBMA-g- UM (a) wt % of UM2 Vinyl Leather (b) wt% of UM2 Vinyl Leather Figure 6: Peel strength of (a) PMMA-g-UM2 (b) PnBMA-g-UM2 versus UM2 content. Table 3: Peel energy of commercial vinyl and leather for synthesized graft copolymer containing different amount from UM2. PMMA G10M G25M G55M PnBM A G10B B G55B

284 Conclusions The surface, modulus (stiffness) and the adhesive properties improved as the amount of the UM incorporated in the methacrylate/ urethane graft copolymer increased. (a) Values of the contact angles of the water decreased by increasing the urethane macromonomer content in the methacrylate/urethane graft copolymer i.e. wets easier, more hydrophilic and stiffer. (b) Surface tension increased by increasing the urethane macromonomer content in methacrylate/ urethane graft copolymer. (c) A maximum value of peel strength is also observed with the maximum UM2 content in the methacrylate/urethane graft copolymer. References [1]. Poisson, C.; Hervais, V.; Lacrampe, M.; Krawczak, P. J. Appl. Polym. Sci. 2006, 101,118. [2]. Beholz, B.; Aronson, C.; Zand, A. Polymer 2005, 46, [3]. Qin, R.; Schreiber, H. Colloids Surf 1999, 156, 85. [4]. Lippert, T.; Dickinson, J. Chem. Rev. 2003, 103, 453. [5]. Sathyanarayana, M.; Yaseen, M. Progr. Org. Coat. 1995, 26, 275. [6]. Dunky, M.; Pizzi, A. Appl. Surf. Chem. 2002, 23, [7]. Somani, K.; Kansara, S.; Patel, N.; Rakshit, A. Int. J. Adhes. Adhes. 2003, 23, 269. [8]. Desai, S.; Patel, J.; Sinha, V. Int. J. Adhes. Adhes. 1990, 10, 225. [9]. Raftery, G.; Harte, A.; Rodd, P. Int. J. Adhes. Adhes. 2009, 29, 580. [10]. Davis, G. Int. J. Adhes. Adhes. 1990, 10, 263. [11]. Haaga, A.; Geeseya, G.; Mittleman, M. Int. J. Adhes. Adhes. 2006, 26,

285 [12]. Frihart, C. R., Hand book of Wood Chemistry and Wood Composites, CRC: USA, 2005; p 216. [13]. Mequanint, K. MSc thesis, University of Stellenbosch, South Africa, December [14]. Biron, M., Thermoplastics and Thermoplastic Composites. Elsevier Science Publishing Company 2007; p [15]. Cantin, S.; Bouteau, M.; Benhabib, F.; Perrot, F. Colloids Surf 2006, 276, 107. [16]. Kaczmarek, H.; Kowalonek, J.; Szalla, A.; Sionkowska, A. Surf. Sci. 2002, 507, 883. [17]. Ozcan, C.; Hasirci, N. J. Appl. Polym. Sci. 2007, 108, 438. [18]. Bascom, W. D. Adv. Polym. Sci 1988, 85, 89. [19]. Maier, G., Operating manual OCA, Germany: Dataphysics Instruments

286 Development of Centralized PID Control by decoupling of a Boiler Turbine unit Mahmood M Olwane 1, Ahmed F.Mahmoud Zrigan 2, Department of Electronics Engineering-Higher Institute of Engineering professions-tripoli 1 Department of Electrical and Electronic Technology-Higher Institute of Science and Technology-Tripoli 2 amwajal@hotmail.com 1, AhmedZrigan@yahoo.com 2 T Abstract his paper presents approach to design PID controllers for multiinput and multi-output (MIMO) systems. The suggest control strategy, which is central control, mix between of PID controllers. The proportional gains in the P controllers as tuning parameters of (SISO) with a view to modify the behaviour of the process nearly independently. The idea design procedure consists a decoupler including integral action is an identified, the decoupler is PID controllers, the proportional gains are tuned in order to achieve the best-specified performance. The proposed technique is applied to representativeness processes. Keywords: Boiler turbine unit, MIMO PID controller, IAE, ISE, ITAE, ITSE Methods, control by decoupling, antiwind-up techniques. 286 PID الممخص تقد ىذه الورقة مقاربة لتصمي أجيزة التحك لألنظمة متعددة المدخالت والمخرجات المتعددة. إست ارتيجية التحك المقترحة والتي ىي التحك المركزي تخمط P بيف وحدات تحك.PID المكاسب المتناسبة في وحدات التحك كمتغي ارت ضبط

287 إلشارة الدخؿ واشارة الخرج- التصمي إج ارء يتكوف مف جياز بيدؼ تعديؿ سموؾ العممية بشكؿ مستقؿ تقريب ا. فكرة decoupler بما في ذلؾ إج ارء متكامؿ يت تحديده و decoupler ىو وحدات تحك PID يت ضبط المكاسب التناسبية مف أجؿ تحقيؽ األداء المحدد بشكؿ أفضؿ. يت تطبيؽ التقنية المقترحة عمى عمميات التمثيؿ. I. INTRODUCTION The main part in thermal energy station is boiler, which leads essential role in steam generation. A boiler -Turbine ensures system high-pressure steam to rotate turbine in generation electric power. The benefit of the boiler turbine system control is to management the load demand of electric power while saving the pressure and water level in the drum within the limits tolerance. This boiler turbine system is usually modeling with a multi-input multi-output (MIMO) nonlinear system [1]. With a view to achieve a improvement performance.the control of the unit must be performed out by the design of multivariable control system. Actually, to control at the same time many actions with strong couplings, excuse the use multivariable control.there are many interested research in the area of control in boilers and turbine unit and the use of many ways in the area of boilers, at the same time, there are many well-known and complex models, inspired by the models manufactured specifically for tests. Can be used control system for any model form must be taken into account the coupling between singular boilers subsystems. Generally, most industrial processes are multivariable systems. Two-input two-output (TITO) system is one of the most prevalent categories of multivariable systems, because there are real processes of this nature or because complex process has been 287

288 decomposed in 2 2 blocks[1, 2, 3, 4] with non negligible interactions between its inputs and outputs. When the interactions in different channels of the process are modest, a diagonal controller (decentralized control) is often adequate. Nevertheless, when interactions are significant, a full matrix controller (centralized control) is advisable. The Figs. 1 and 2 show two different approaches of centralized control for MIMO processes. The first of them uses a pure centralized strategy, with nine kij(s). The second, in Fig. 2, uses a decoupling network with nine dij(s) In distributed control systems it is possible to build it from library components, but it is necessary to coordinate manual to automatic mode changes (or automatic to manual) in every pair of PID blocks. Lieslehto, in [6], presented an n n centralized control and its particularization to PID controllers based on Internal Model Control (IMC) SISO design. A more experimental work [7] approaches the multivariable PID controller tuning as an optimization problem, where it is necessary to define the desired closed loop transfer function matrix. Both works present several limitations There is another important reason to research ways of dealing with interaction at the loop level [1]. Model predictive control (MPC) is becoming the standard technique to solve multivariable control problems in the process industry. However practically all MPC systems are operating in a supervisory mode with sampling times that are longer than in the PID controllers at the lower level. And there are some difficulties in dealing with the interaction at the MPC level because the bandwidths of the MPC loops are limited. Therefore, the centralized control using PID controllers, the advantage of using PID controllers is their ease of 288

289 implementation and tuning, while the advantage of other controllers is their performance improvement. There is always a trade-off between ease to use and cost to implement and tune The block diagram in Fig. 1 has received considerable attentions in both control theory and industrial practice for several decades using a decentralized PI or PID [2]. This paper concider the application of multivarible PID controller to boiler- turbine unit in [8] wich is afull matrix (centralized control) desiged by the metdolgy of ''decoupling controlle [10]. The centralized control depicated in fig 1,fig 2 has been shown instead of decentralized control (diagonal control) because of significant interaction of boiler -turbine behaviour.a conditioning of anti wind up stratege has been incorporrated in the contoller implementation in order to get better response. Figure (1-a):- 3x3 Source a unity feedback control structure 289

290 Figure (1-b):- 3x3 PI controller to a unity feedback control structure Figure (1-c):- 3x3 Process to a unity feedback control structure 291 Figure (1-d):- 3x3 unity feedback control structure

291 II. BOILER TURBINE SYSTEM MODEL A. Nonlinear Boiler Turbine System Model In this paper the model assumed was developed by Bell and Astr m [7] which is real plant of boiler turbine system. The model represents a 160 MW oil-fired drum-type boiler-turbine generator for overall wide-range simulations and is described by a thirdorder MIMO nonlinear state equation as follows [7]: { Where the three inputs u 1, u 2, and u 3 are the valve positions for fuel flow,steam control, and feed- water flow, respectively. The y 3, drum water-level L, is calculated using two algebraic calculations α cs and q e that are the steam quality (mass ratio) and the evaporation rate (kilograms per second), respectively. and they are given by (7) 291 (8)

292 The three inputs u 1, u 2, and u 3 are normalized positions of valve actuators that control the mass flow rates of fuel, steam to the turbine, and feed water to the drum, respectively. Positions of valve actuators are constrained to [0, 1], and their rates of change per second are limited to the following constraints ; ; -2 ; The linear control design for the unit in the paper takes the linearized model at the operating point ( ) ( ) ( ) The result of the linearization is as follows (10) [ ] (11) [ ] (12) [ ] (13) 292

293 [ ] (14) Then, a simple algebraic operation with Laplace transform gives transfer functions as follows: (15) [ ] Y(s) = [ ] Then the linearized model is given by following transfer function matrix G(s) 293

294 B. Step-Response Model With Linearization The most cases of designing boiler turbine control systems assumed that the exact mathematical model is given, therefore, the linearization of the nonlinear mathematical model is used to design the linear controller [10] [13]. With this assumption, the step-response model can be developed with the familiar linearization technique. In this paper, instead of the physical experiment a virtual experiment was performed to develop the step-response model by applying step inputs to the plant described by the linear model One of the important issues in the process test is the amplitude of the step. In general, large step input drives the 294

295 To: Out(3) Amplitude To: Out(2) To: Out(1) To: Out(3) Amplitude To: Out(2) To: Out(1) process output to nonlinear region, while the response of small step input is concealed in noise and disturbance signal. 400 From: In(1) Open Loop test From: In(2) From: In(3) Time (sec) Figure (3): Open loop test for the system 0 x 106 From: In(1) Close Loop test From: In(2) From: In(3) Time (sec) Figure (4): Close loop test for the system 295

296 III. PID Decoupling Control In fig 3,4 applied the step unit on the linear model(open,closed loop) to find out the effect of step input size are applied PID decoupling control consider the conventional unity output feedback 3x3 [14] control system in fig 1,2 where 3x3 processes given by G(s)= [ ] where the process is controlled by control law depending on the error signal, such as it shown in fig1,2 This is ; [ ] [ ] [ ] where k(s)is the 3x3 full-cross coupled multivariable transfer matrix of the controller The paradigm of " decoupling control" [15-17] propose to find a K(s) such that the closed loop transfer matrix G(s) *K(s)*[I+G(s)*K(s)] -1 is decoupled over some desired bandwidth. This goal is ensured if the open loop transfer matrix L(s)=G(s)*K(s) is diagonal. For this reason, the techniques used in decoupling over some desired bandwidth. It is a method based on successive SISO tuning that does not suppose any additional constraint to obtained controllers (except for their decentralized structure) neither to the transfer functions matrix. This matrix can include the transfer functions of only the process or also including the decoupling net. The method allows a decoupling matrix to be included between the plant and the controllers. 296

297 In literature there are different decoupling methods: Lineal decoupling (Desphande, 1989) is most extended method. In this, the decoupling matrix try to eliminate interactions from all loops, obtaining following elements for a 3x3 system. ; ; Figure (2):-3x3 centralized control combining a decoupler 297

298 IV. Anti-windup strategy In order to avoiding the windup in the PI controllers, the simple anti-windup scheme in Fig. 5 is implemented This scheme, which is used for monovariable PID controllers, is based on backcalculation (Åström and Hägglund, 2006). It uses an input constraint model inside the controller, where input saturations and slew-rate limits are considered. When the saturated input is different from the PI output, the controller works in tracking mode following the saturated signal Figure (5): Anti-windup technique for a PI controller. V. SIMULATION RESULTS The control system and the process model were simulated with MATLAB in a personal computer environment. analyze The SISO PID Boiler Control System of Fig1,2 is prepared to test any controller for step change in the steam pressure set point and for time variant load level conditions. The procedure to follow is similar to the multivariable case and two types of experiments have been considered. For the single-loop boiler control problem, four individual indexes have been proposed in order to compare the controllers. The MATLAB program Boiler_SISO 298

299 y3(m) y2(mw) y1(kg/cm2) Control_Evaluation. and the function Boiler SISO. are provided to help this testing. In order to understand the performances of the multivariable PI controller the behavior of the boiler- turbine unit system was shown. Figure 5,6 7, and 8show that the response tried to become stable on an acceptable time with the use of the decoupled PI control. The decoupling of inputs in order to avoid the influence of great interaction,hard constraints,and rate limits imposed on the actuator. The indexes are the Integrated Absolute. Error (IAE),(ITAE),(ITSE), taking into account that the steam pressure and the water level have their respective setpoints. parameters shows the ability of this control strategy to compensate errors. The experimental results and the PI simulation prove the efficiency of the proposed control algorithm. The developed strategy is robust and easy to implement and adapted to the developed system model. 200 Pressure Drum Power Load Level Drum IAE Method Figure (6): Responses of system from nominal operating point to a 'near' operating point. 299

300 y3(m) y2(mw) y1(kg/cm2) y3(m) y2(mw) y1(kg/cm2) 200 Pressure Drum Power Load Level Drum ISE Method Figure (7): Responses of system from nominal operating point to a 'near' operating point. 200 Pressure Drum Power Load Level Drum ITAE Method Figure (8): Responses of system from nominal operating point to a 'near' operating point. 311

301 y3(m) y2(mw) y1(kg/cm2) y3(m) y2(mw) y1(kg/cm2) 200 Pressure Drum Power Load Level Drum ITSE Method Figure (9): Responses of system from nominal operating point to a 'near' operating point. 200 Pressure Drum Power Load Level Drum Decoupling tech. Figure (10): Responses of system: with Decoupling. 311

302 y3(m) y2(mw) y1(kg/cm2) 200 Pressure Drum Power Load Level Drum Anti-windup tech. Figure (11): Response of system: with Anti windup. VI.Conclusions A new methodology for designing 3x3 PID controllers has been presented. First, a decoupler with integral action is designed. Next, the decoupler is approximated by a PID network. In this way, the resulting full matrix controller can be easily implemented in commercial control systems It is a method based on successive SISO tuning that does not suppose any additional constraint to obtained controllers (except for their decentralized structure) neither to the transfer functions matrix. This matrix can include the transfer functions of only the process or also including the decoupling net. The methodology obtaining good results. The most relevant aspect of the new methodology has been shown in simulation. 312

303 REFERENCES [1] Aström, K. J.; Johansson, K. H.; Wang, Q. (2002):Design of decoupled PI controllers for two-by-twosystems. IEE Proceedings control theory and applications 2002, vol 149; part 1, pp [2] Vázquez, F.; Morilla, F.; Dormido, S. (1999): An iterative method for tuning decentralized PID controllers. Proceeding of the 14th IFAC World Congress, pp [3] Vázquez, F. (2001): Diseño de controladores PID para sistemas MIMO con control descentralizado. Tesis doctoral. UNED, [4] Vázquez, F.; Morilla, F. (2002): Tuning decentralized PID controllers for MIMO systems with decoupling. Proceeding of the 15th IFAC World Congress, pp [5] Lieslehto, J. (1996): MIMO controller design using SISO controller design methods. Proceeding of the 13th IFAC World Congress, pp [6] Wang, Q. G.; Hang C. C.; Zou, B. (1996): A frequency response approach to autotuning of multivariable PID controllers, Proceeding of the 13th IFAC World Congress, pp [7] R.D.Bell andk. J.Astrom, Dynamic models for boiler-turbinealternator units: Data logs and parameter estimation for a 160 MW unit, Lund Inst. Technol., Lund, Sweden, Rep. TFRT-3192, [8] Wang, Q. G. (2003): Decoupling Control. Lecture Notes in Control and Information Sciences; 285. Springer- Verlag. Garrido, J., Vázquez, F., and Morilla, F. (2010). Centralized inverted decoupling for TITO processes. Proceedings of IEEE Conference on Emerging Technologies and Factory Automation. 313

304 [9] Garrido, J., Morilla, F., and Vázquez, F. (2009). Centralized PID control by decoupling of a boiler-turbine unit. Proceedings of the 10th European Control Conference, [10] R. Cori and C. Maffezzoni, Practical optimal control of a drum boiler power plant, Automatica, vol. 20, pp , [11] G. Pellegrinetti and J. Bentsman, H Controller design for boilers, Int. J. Robust Nonlinear Control, vol. 4, pp , [12] A. Ben-Abdennour and K. Y. Lee, A decentralized controller design for a power plant using robust local controllers and functional mapping, IEEE Trans. Energy Convers., vol. 11, no. 2, pp , Jun [13] W. Tan, H. J. Marquez, and T. Chen, Multivariable robust controller design for a boiler system, IEEE Trans. Contr. Syst. Technol., vol. 10, no. 5, pp , Sep [14] [9] Garrido, J., Morilla, F., and Vázquez, F. (2009). [15] Wang, Q. G.; decoupling controllers.lecture notes in control and information sconces;285 spreinger-verlag,2003 [16] TLin, w.zhang, and, F. Gao,'' Analytical decoupling control,strategy using a unity feedback control structure for MIMO processes with tune delay ''journal of processcontrol,vol,17pp ,2007. [17] Morilla, F., Vázquez, F., and Garrido, J. (2008). Centralized PID control by decoupling for TITO processes. Proceedings of 13th IEEE Conference on Emerging Technologies and Factory Automation,

305 Effect of Deep Cryogenic Treatment on Wear Resistance and Hardness of Die Tool Steels (AISI D2 & AISI P20) Adel. M. Burakhis 2 Mohamed. M. Salem 1 Ibrahim. K. Husain 1 mmohelby@gmail.com ibrahimzg@yahoo.coma_burkhis@yahoo.com 1 The Advanced Center of Technology, Tripoli Libya 2 The Nuclear Research Centre, Tripoli Libya الممخص اليدؼ مف البحث ىو د ارسة تأثير المعالجة الح اررية عند درجات ح اررة زميريرية )- ) 196 لفت ارت تصؿ إلى 20 ساعة عمى سموؾ البمى والصالدة لنوعيف مف الصمب الكربوني. إف فت ارت المعالجة الح اررية تمت بيف مرحمة التصميد والتطبيع المزدوج. حيث أظيرت النتائج أف معدؿ البمى لمصمب الكربوني منخفض الكربوف أعمى مف معدؿ البمى لمنوع األخر والدي يدؿ عمى أف مقاومة البمى لمنوع المنخفض الكربوف ىي األعمى. في حيف كاف تأثير المعالجات الح اررية عمى خاصية الصالدة واضحا بالنسبة لمصمب الكربوني مرتفع الكربوف. المقارنة بيف النتائج المتحصؿ عمييا ت دعميا باالختبا ارت المجيرية والرسومات البيانية التي توضح التحسف الممحوظ في قيمة الصالدة ومقاومة البمى بعد المعالجة الح اررية الزميريرية بالنسبة لمصمب الكربوني مرتفع الكربوف خصوصا عندما تمت المعالجة الزميريرية مباشرة بعد التصميد وقبؿ التطبيع حيث وجد إف نسبة تحوؿ األوستنيت المتبقي إلى مرتنسيت عالية مقارنة بطرؽ المعالجة األخرى. Abstract The aim of this study is to investigate the effect of deep cryogenic treatment (DCT) at -196ᵒC, 20 hrs. On wear behavior and hardness of AISI D2 and AISI P20. The heat treatment cycles were investigated by carrying out DCT between hardening and double 315

306 tempering. The results obtained from the preliminary analysis showed that the wear rate for AISI P20 tool steel is higher than that of the wear rate of AISI D2 which led to better improvement in term of wear resistance of AISI D2 tool steel. The influence of DCT on hardness of tool steels were also investigated and the increase of hardness of AISI D2 was more obvious compared to AISI P20. A comparison of the two results reveals an improvement of hardness and wear resistance in deep cryogenic treatment DCT process of AISI D2 compared to AISI P20 for certain soaking time which was observed by micro-structural examination. In addition, it was more pronounced when it s carried out immediately after hardening and before tempering where the transformation of retained austenite was high lighten by means of enhanced destabilization of martensite. Keywords: Deep cryogenic treatment (DCT), Conventional heat treatment (CHT), Retained austenite, Wear resistance, Microstructure, Tool life, (AISI D2 : high carbon, AISI P20 : low carbon). I. INTRODUCTION Tool steel is a versatile material that can be referred to a variety of carbon and alloy steels that are particularly well-suited to be made into tools. Their suitability comes from their distinctive hardness, resistance to abrasion. Tool steels are broadly divided into six categories like cold work, shock resisting, hot work, high speed, water hardening, plastic mold and special-purpose tool steels. Cold work tool steels(high carbon high chromium) that exist among them and it is the most important category, as they are used for many types of tools, dies and other applications where high wear resistance and low cost are needed.[1] In recent years, there has been an increasing amount of literature on the effects of cold treatment on the steels, particularly on the tool steels. Cold treatment is generally classified into two types either so called sub-zero treatment at temperatures down to 316

307 about -80ᵒC or deep cryogenic treatment at liquid nitrogen temperature-196ᵒc. More recent evidence shows that the wear resistance is further enhanced by virtue of cryogenic treatment at liquid nitrogen temperature [2, 3]. Several researchers believed that there are two mechanisms to improve the mechanical properties of the work that has been treated cryogenically. Firstly, the mechanism is attributed to the transformation of retained austenite to martensite. Secondly, to initiate the nucleation sites for precipitating a large number of fine carbides in the matrix of martensite. [4, 5].Cryogenic treatment commonly referred to as cryotreatment, is an add-on process to the conventional heat treatment of tool/die steel. It consists of controlled cooling of conventionally hardened steel specimens to some selected cryogenic temperature 50ᵒC to 196ᵒC and holding there for sufficiently long duration 20hrs to 75 hrs before being heated back to the ambient temperature at a predetermined rate for subsequent tempering treatment. It is different from the age-old cold treatment, which is carried out in between 60ᵒC and - 80ᵒC and without any significant duration of soaking at the lowest temperature of treatment [6, 7, and 8]. Due to the cryogenic treatment, the problems occurred in conventional heat treatment is reduced by controlled transformation of the retained austenite into martensite, which is essential to many types of component. Deep Cryogenic treatment in tool steels causes the precipitation of finely dispersed carbides in martensite and also converts soft unstable austenite to martensite. In some research paper they find a high density of dislocations after deep cryogenic of AISI H13 hot work tool steel. The same effect was observed by other authors, which found a finer and more homogeneous carbide precipitation in different tool steels after DCT [9]. Cryogenic treatment improves wear resistance, hardness, toughness, resistance to fatigue cracking, microstructure of metal (retained austenite to martensite), dimensional stability, and decrease in residual stresses. 317

308 II. EXPERIMENTAL WORK A. Materials The experiments were conducted using a representative samples of AISI D2 and P20 tool steel for studying the effect of deep cryogenic treatment on wear behavior and hardness, where the chemical composition of the selected specimens are listed in table (1). The selected specimens material were cut from bar 45mm diameter with 10mm thickness and stationary block dimension of 55mm x 30mm x 10mm were machined according to the testing standards (ASTM G77) wear test block on ring. Table 1. Chemical composition of the AISI D2 steel (Weight %) Element AISI D2 AISI P20 C Mn Cr Mo Si P S V B. Heat Treatment Process The material selected for this work was subjected to various heat treatment as per ASTM 681-A with respect to a soaking time for deep cryogenic treatment at 20 hrs; a summary of heat treatment cycle studies is shown in table (2). Table (2) Heat treatment cycle for AISI D2&P20 tool steel AISI Heat treatment cycle Hardening (850 C for 1/2hr) Quenched in oil (60ᵒC for 1hr) - P20 Deep cryogenic (-195 C) for (20hrs) double tempering (200 C for 1hr). Pre heating (650ᵒC for 1/2hr) Austenized (1040ᵒC for 1/2hr) D2 Quenched in oil (60ᵒC for 1hr) Deep cryogenic(-195 C) for (20hrs) double tempering (200 C for 1hr). 318

309 In the first stage of the process, all the specimens were hardened at the austenitization temperature in separate way for half an hour then quenched in oil as per ASTM 681-A, then after cooled to a room temperature, the specimens were placed in a heating furnace at 60 C for 15 minutes. The purpose of hardening was to increase the hardness and toughness of tool steel. The cryogenic treatment is carried out with deep freezing using locally made cry- processor system as shown in Figure (1), the temperature were Monitored and regulated using Fluke (53 II) digital thermometer with data logging (-200 C to C). The cryogenic process was done by uniform cooling of the samples to -195ᵒC and holding at this temperature for a soaking time of 20 hrs followed by a uniform heating to room temperature. Figure. 1 The Experimental set up for Deep Cryogenic. III. Mechanical Testing A. Hardness Measurement The hardness tests were carried out according to ASTM standard E18-15, an average of five measurements conducted using Rockwell hardness tests with selected force of 150 kg-f, and the hardness of the as received and processed specimens were measured using hardness test machine (Officine Galileo) at the Advanced Center of Technology. 319

310 B. Wear Test For this study, the block on ring wear test system ASTM G77 was selected and used to explore the effect of deep cryogenic treatment on wear behavior of AISI D2 &P20 tool steel. The wear testing machine (Make Amsler type A-135) was used. This system consists of a block as stationary specimen and the ring as rotational specimen, the block has a shape of a plate with a concave recess which radius conforms to that of the ring. Wear test measurements were performed using a standard test method for ranking the resistance of materials to sliding wear using Block-on ring wear test with lubricant oil (15w40) at room temperature in according to ASTM G77 (Approval 2010). The dimensions of block are 10mmx30mmx55mm where the diameter of the ring was 45mm as in Figure (2). Both Block and ring were treated with the same heat treatment. For this test the following parameters were selected; 1. Test load = 1000N 3. The Sliding distance 1018 meters at minutes 4. The rotation speed N = Total sliding distance = 5090 meter. RPM 6. The interval duration time = 20 min Figure.2 Wear test work pieces : (a) Block specimen, (b) ring specimen [10]. 311

311 IV. RESULTS and DISCUSSION A. Hardness study The hardness tests of tool steel specimens which subjected to deep cryogenic treatment DCT was carried out as per ASTM standard, where the hardness of both hardened Tool steels (AISI P20,AISI D2) as received registered reading (52.1, 57.2) respectively. The experimental Rockwell hardness number data measured both materials after DCT were plotted as shown in Figure (3). 311 Figure.3 Hardness test of tool steels after DCT. From figure (3), it can be clearly seen that high hardness obtained for AISI D2 tool steel compared with P20 tool steel, it seems possible that these results are due to due to the transformation of retained austenite to martensite, which means an improvement by few percent of hardness as a result of DCT process. In fact, the retained austenite is a major factor for the cryogenic treatment in tool steel. Therefore, some retained austenite is still present even after DCT, which transformed during the tempering process, and the chromium and molybdenum carbides precipitate from retained austenite, decreasing its content of carbon and alloying elements

312 favoring transformation into martensite which can result in increase in hardness. This arises from the transformation of retained austenite on DCT and from the enhancement of carbide precipitation in martensite. B. Wear Study To study the effect of DCT on wear behavior the discontinuous course of the test been applied in order to evaluate wear resistance by mass loss measuring method. According to ASTM G77 (reapproved 2010) the wear rate is supposed to be determine after the interval sliding distance in (g/m). The effect of DCT at 20 hrs of AISI D2 showed less weight loss compared to AISI P20 tool specimen as shown in figure (4). Figure 4. Accumulative weight loss vs. sliding distance The results show highest wear rate reduction of D2 tool steel as plotted in figure (5) which is indicate of high wear resistance obtained for AISI D2 compared to P20 tool steel. This improvement of wear resistance refer to better microstructure characteristics of the cryogenically treated martensite which promoted by double tempering and evolution offine carbide precipitation in the matrix. 312

313 Figure. 5 The Accumulative wear rate vs. sliding distance C. Micro structural Study The microstructure of deep cryogenic treatment tool steel specimens was analyzed using SEM (LEO-1430 VP). In general cryogenic treatment make refinement and homogeneity of the microstructure. I can be clearly seen that the DCT process had an influence on martensite; which lead to crystallographic and microstructure modifications and resulted in precipitation of finer well distribution of carbides in the tempered microstructure with subsequent improvement in wear resistance. From figure (6) the SEM micrograph for D2 tool steel that was treated at -196ᵒC &20 hrs. The microstructure reveals tempered martensite matrix with small carbides (the carbides those precipitate during tempering process), and some retained austenite dispersed in the uniform martensite structure. The fine carbides which dispersed in tempered martensite are responsible for the high wear. 313

314 Figure.6 The SEM Micrograph of D2 Tool Steel after Subjected to Deep Cryogenic Treatment (20hrs.) The evolved microstructure of DCT for AISI P20 tool steel shown in figure (7); it can be seen that the microstructure of tempered martensite consist of small preexisting austenite and few coarse un dissolved carbide that were randomly distributed in the microstructure throughout the lath boundaries of martensite. Figure. 7 The SEM Micrograph of P20 Tool Steel after Subjected to Deep Cryogenic Treatment (20hrs.) 314

315 V. CONCLUSION The comparative studies conducted on AISI D2 & AISI P20 to investigate the effect of deep cryogenic treatment on mechanical properties, and the following conclusions can be drawn from the present study: 1. The findings of this study suggest that the effect of DCT was more favorable for AISI D2 compared with AISI P20 in terms of the improvement in hardness and Wear Resistance 2. The results of high hardness obtained for the AISI D2 indicates that more transformation of retained austenite to the more stable martensite phase compared to AISI P The effect of DCT posted by double tempering showed an improvement in wear resistance for AISI D2 and was more pronounced compared with AISI P20 tool steel as a result of the subsequent transformed high amount of retained austenite into martensite. 4. The DCT of AISI D2 leads to more uniform distribution and homogenized of the microstructure with refinement of the secondary carbides as compared with AISI P20 tool steel. ACKNOWLEDGMENTS The authors wish to thank and appreciate the help and assistance from the Machining workshop and Research Laboratories in the Advance center of Technology (Tripoli Libya), we gratefully acknowledge the efforts of Fathi Owhaida and Ibrahim Alsharif in Central Research Laboratories, also we gratefully acknowledge the help provided by Ramadan Zureiq, Aisha Khalfallah, Ibrahim Jabr, Khaled Saeed, Najat Abdulkhalek, Kamal Dofan. Also would like to thank all staff members at the Advance center of Technology (Tripoli Libya) for helping in many ways to establisha strong research Foundation. 315

316 References [1]. L. Bourithis, G.D. Papadimitriou, J. Sideris, Comparison of wear properties of tool steels AISI D2 and O1 with the same hardness, Tribology,39, 2006, pp [2]. FanjuMeng, KohsukeTagashira, Ryo Azumu and Hideaki Sohma, Role of eta-carbide precipitations in the wear resistance improvements of Fe-12Cr-Mo-V-1.4C tool steel by cryogenic treatment, ISIJ V34(1994) P.P [3]. K H W Seah, M Rahman and KH Young, Performance evaluation of cryogenically treated tungsten carbide cutting tool inserts, Journal of Engineering Manufacture V217(2003) P.P [4]. FanjuMeng, KohsukeTagashira, Ryo Azumu and Hideaki Sohma, Role of eta-carbide precipitations in the wear resistance improvements of Fe-12Cr-Mo-V-1.4C tool steel by cryogenic treatment, ISIJ international, 34, 1994, [5]. Chai Hung Sun, The effect of microstructure and the mechanical properties of AISI D2 tool steel by deep cryogenic treatment, Tatung University, Thesis for MS, July [6]. D. Das, A.K. Dutta, K.K. Ray, Correlation of microstructure with wear behavior of deep cryogenically treated AISI D2 steel, Wear, 267, 2009, [7]. D. Das, A.K. Dutta, K.K. Ray,Optimization of the duration of cryogenic processing to maximize wear resistance of AISI D2 steel, Cryogenics, 49, 2009, [8]. D. Das, A.K. Dutta, K.K. Ray,On the enhancement of wear resistance of tool steels by cryogenic treatment, Philosopical Magazine Letters, 88 (11),2008, [9]. G. ISCHIA, Degree Thesis, University of Trento (Italy) [10]. G. R Fenske, O. O. Ajayi, C. Lorenzo-Martin, and Ashley Mansor., Reliabilityof Powertrain Components 316

317 Exposed To Extreme Tribological Environments. Proceedings of the 2010 NDIA Ground Vehicle Systems Engineering and Technology Sympsium. Aug, Deaborn Michigan. 317

318 Gas Turbine NOx Emissions and Control: Review Mohamed A Altaher Chemical Engineering Department Faculty of Energy Engineering and Mining Sebha University Corresponding Author: altaher_moh@hotmail.com Abstract Combustion processes in power generation and industrial heating plants, automobiles and aircraft engines and in domestic heating are the largest contributors to atmospheric pollution. Industrial gas turbine emissions are very low for CO and UHC but significant in NOx emissions at high powers. This review aimed to discuss the NOx emissions formed in industrial gas turbine through the oxidation of fuel bound and nitrogen contained in the combustion air. Thus, Nitrogen oxide control methods have been compared, it is divided into two categories: in-combustor NOx formation control and post-combustion emission reduction. Keywords: Gas turbine, Combustion, Emissions, NOx. الممخص تعتبر عمميات االحت ارؽ في محطات توليد الطاقة ومحطات التسخيف الصناعية والسيا ارت ومحركات الطائ ارت والتدفئة الداخمية مف أكبر المساىميف في تموث الغالؼ الجوي. إف انبعاثات الغا ازت مف التوربينات الصناعية تعتبر منخفضة جدا بالنسبة لغاز اوؿ اكسيد امكشب ف )CO( والييدروكربونات الغير محترقة )UHC( ولكنيا في عالية انبعاثات أكاسيذ النيتشوجي في حاالت القدرة العالية. تمت مقارنة طرؽ التحك في 318

319 أكسيد النيتروجيف وت تقسيميا إلى فئتيف: التحك في تشكيؿ NOX وخفض انبعاثات ما بعد االحت ارؽ. في االحت ارؽ 1. Introduction The gas turbine engine is an example of an internal combustion engine that converts energy stored in the fuel into useable mechanical energy in a rotational power form. Gas turbines are used for electrical power generation, pipeline pumping, ship propulsion and aircraft propulsion. Their major advantages compared with other engine types such as the spark engines are a very high power to weight ratio, which can be about twenty times as powerful as the same size piston engine in terms of floor area required per MW of power. Nowadays, the aerospace and power generation industries rely on gas turbines to power a large variety of machines. These engines initially undergo serious development with shaft power in mind, however attention soon turned to their use for aircraft propulsions[1, 2]. Gas Turbine components and combustion 2. Gas turbine engines operate on the Brayton cycle (Fig.1) which is also known as an open cycle and the three main components that all gas turbines share are a compressor, combustion chamber and turbine connected together as shown in Fig.2[1, 2]. An industrial gas turbine will have a power turbine downstream of the first turbine and this may rotate at the same speed as the main shaft (single shaft power) or at a more optimum speed for the power turbine (dual shaft machine). In an aero engine the power turbine is replaced with a shaft drive to a fan at the engine inlet, which creates most of the thrust. This normally rotates at a different speed to the main gas turbine and all aero gas turbines are at least 319

320 two shaft machines. For RR aero gas turbines the main turbine has two shafts with the front end of the compressor and rear stages of the turbine being driven at different speeds. This gives a thermal efficiency advantage at the expense of added complexity. All other aero manufacturers use two shaft machines. The overall principle is that the air enters through the intake and is compressed before being mixed with the working fluid to provide heat. The working fluid is normally by burning a liquid or gaseous fuel. The burnt gases then expand through the turbine, causing it to rotate and drive the compressor. The exhaust gases are used as the power output source of the engine. In electrical power generation, and other shaft power engines (such as helicopter engines), the flow is used to drive a shaft to turn components such as generators and rotors. For aircraft propulsion, in addition to the fan power, the exhaust gases are expelled from a rear a nozzle to provide a thrust on the aircraft. However, in modern aero engines the fan power dominates and pure jet thrust is a low proportion of the total engine thrust. Aero derivative gas turbines take the power drive that is used for fan power to drive a power turbine[1-3]. Figure: The pressure-volume, PV diagram [3]. 321

321 Figure 1: Simple gas turbine cycle[3]. 3. Thermal Efficiency Nowadays, most electrical power plants use combined cycle gas turbines (CCGT) to achieve greater efficiency than what can be achieved with the simple cycle. A combined cycle generates steam from the waste heat in the exhaust of an industrial gas turbine, which in turn drives a steam turbine to generate additional electricity. The Brayton cycle is characterized by two significant parameters: the pressure ratio and the combustion firing temperature (or turbine inlet/ entry temperature). The pressure ratio is defined as the compressor discharge pressure (P2) / compressor inlet pressure (P1).In an ideal cycle, turbine entry temperature (T3) is the highest temperature reached. The ideal thermal efficiency (ηt) is defined as the energy produced by the engine/energy contained in the fuel as shown in equation below. However, the thermal efficiency of an open cycle is low (30-35%) in comparison to a combined cycle (60%) [1-3]. 321

322 Ηt = (Turbine work done - Compressor work done) / Heat input from the fuel 4. Gas Turbine Emissions There are two distinct categories of gas turbine emissions. The major exhaust gases are carbon dioxide (CO 2 ), water vapour (H 2 O), Nitrogen (N 2 ) and Oxygen (O 2 ) and their concentration are present at percentage levels assuming complete combustion. Of these gases only CO 2 is a pollutant as a greenhouse gas[4]. The compositions of these major species can be calculated if the fuel composition and operating conditions are known. The equation for a stoichiometric combustion can be written as: C a H b + (a + b / 4)(O / 21N 2 ) a CO + (b / 2)H 2 O + (a + b / 4)79 / 21N 2 The second category are minor species that are environmentally harmful and harmful to human health: this includes carbon monoxide (CO), unburned hydrocarbons (UHC), particulate matter (PM), smoke (carbon), oxides of sulphur (SO x ) and oxides of nitrogen (NO x ) and are present in parts per million (ppm) concentrations. These cannot be calculated and require careful measurement. Incomplete combustion results in small amounts of carbon monoxide (CO) and unburned hydrocarbons (UHC) being present in the exhaust. These are together with oxides of nitrogen (NOx), considered as pollutants. Any sulphur in the fuel will result in oxides of sulphur (SOx), but this is not common for natural gas. Due to a large quantity of excess air, a considerable amount of oxygen will also appear in the exhaust. Although the other components (NOx, CO and UHC) represent a very small 322

323 proportion of the exhaust, large flow of exhaust gases produces significant quantities of pollutants in a year [5]. Gas turbines without any NOx abatement technology usually have emissions in the range between 180 and 400 ppm, depending on type and load. On the other hand, CO emissions are very low; often below 10 ppm. Relative NOx emissions for diffusion combustors increase with an increasing load, due to a rise in combustion temperature [6]. 5. NOx Emissions Health Impacts NOx is the primary pollutant of concern from gas turbines and is most significant at high power conditions. NOx has in addition to the ozone formation problem, has an adverse effects on human health [24] through the NO 2 proportion of the NOx in the gas turbine exhaust. NO 2 reduces the lung function in humans and increases the pumping rate of the heart due to the reduced oxygen flow. In addition NOx interacts with moisture and ammonia in the air to form small particles of nitric acid which cause certain respiratory diseases such as emphysema and bronchitis and can trigger heart disease. The formation of nitric acid also leads to acid rain which harms plant growth in sensitive soils, such as in Scandinavian forests [7]. NOx also interacts with common organic compounds including ozone to form toxic chemicals such as nitroarenes, nitrosamines and nitric radicals which can cause biological mutations. Many studies have shown that NOx can deplete the stratospheric ozone layer and increase the penetration of solar ultraviolet radiation which increases the risk of skin cancer [2,8,9 ]. 323

324 6. NOx Formation Mechanisms NOx emissions, with the term NOx expressing the combination of NO and NO 2. Nitric oxide (NO) is mostly formed in a combustion process, with factors favourable to NOx formation being those of high temperature, long residence time and high pressure. However, NO 2 is formed by oxidation of NO by HO 2 in the reaction zone in very fuel-lean conditions at low temperature, where a large amount of excess air is also present. About 90 % of NOx exiting the exhaust stack is usually in the form of nitrogen monoxide at full load, whereas 10 % is NO 2. At lower loads the ratio is reduced, which means more NO 2 is produced. Nitric oxide can be produced by four different mechanisms: thermal, nitrous oxide, prompt, and fuel nitrogen[2, 8]. 6.1 Thermal NO At elevated temperatures, thermal NO is produced by the reaction between nitrogen and oxygen in the air, and the significant rate can be produced at temperatures above approximately 1850 K [2, 8]. However, the reaction is slow below this temperature, hence the key of achieving ultra-low NOx. It is the most significant contributor to overall NOx formation in conventional combustion systems. Thus, thermal NO is mainly a function of the flame temperature which is heavily dependent on the overall combustor equivalence ratio. The combustor inlet temperature increases the flame temperature[8] an increase to the inlet temperature of 100 K can lead to increasing the flame temperature by about 50 K. The three principle reactions controlling the production of thermal NOx were first recognised by Zeldovich [2]. The reaction rate is very slow at temperatures below 1850 K. 324

325 O 2 O 2 N 2 +O NO+N N+O 2 NO+O N+OH NO+H The first two reactions were first determined by Zeldovich and the third reaction was added [12] to account for thermal NOx formation in rich mixtures where atomic oxygen levels are low. Most modern gas turbines operate leaner with firing temperatures below 1800 K and so NOx should not be formed because NOx requires a higher temperature. It was found that the contribution of the total NOx emissions produced by a lean premixed combustor burning methane fuel is 60% thermal NO at around 1900 K and around a 0.8 equivalence ratio, whereas it was 5% at 1500 K and ф=0.6 using the same fuel [2, 12]. 6.2 Prompt NO The prompt NOx is termed by Fennimore[13] and is produced very early in the flame region by fast reactions in hydrocarbon flames, and increased markedly as the combustion chamber becomes richer [14]. It was found that prompt NO represents around 30% of the total NOx emitted from gas turbines under normal operation conditions [14]. It is not residence timedependent as in thermal NOx. Prompt NOx is more prevalent in rich flames, with its mechanism involving a complex series of reactions, and the most valid route accepted [15]. There are three routes of prompt NOx formation shown by different researchers. The first kinetic formation of prompt NOx is given by Fenimore [13] which involved reaction between hydrocarbon and N 2 : CH+N 2 HCN+N 325

326 (N) Formed NOx by thermal mechanism and HCN oxidises under lean condition to form NO as shown in the equations[43]. N+O 2 NO+O HCN+OH CN CN+H 2 O CN+O 2 NO+CO The reaction of N 2 and O is another route to form prompt NO as shown by Nicole et al [16], whereas Bozzelli et al [17]shown that the reaction of N 2 and H is also significant way to form Prompt NO. At 1500 K and ф=0.6 in lean premixed methane with air, 65% prompt NO of the total NOx has been found compared with 30% prompt NO at 1900 K and ф=0.8 using the same fuel [2, 12]. However, in industrial gas turbines, thermal and prompt sources dominate the NOx formation. 6.3 Fuel-Bound NOx Fuel-bound NOx (FBN) can be produced by oxidation of nitrogen in the fuel and can represent a considerable proportion of the total fuel depending on the degree of nitrogen conversion. Most of the fuels used in gas turbine combustion contain no fuel-bound nitrogen and hence FBN can normally be ignored. Fuel oil or Diesel can contain up to 400ppm of FBN but is more typically 100ppm. Approximately 5ppm NOx at 15% Oxygen results from 100ppm FBN for lean well mixed combustion. In lean combustion all the FBN is converted to NOx. To reduce this conversion rich/lean combustion is required with the rich zone well mixed and at an equivalence ratio of ~1.6, where conversion of FBN into gaseous N 2 is the preferred reaction and NO production is low [2,4]. 326

327 6.4 Nitrogen Dioxide (NO 2 ) Normally, NOx emissions are dominated by NO at base load, with a fractional contribution of NO 2 at part load. However, nitrogen dioxide is formed in the combustors by the oxidation of NO in low-temperature regions of the flame where a large amount of air is present as diluents [2, 12, 18]. NO 2 is a visible brown toxic gas with a level around 15 ppm. It is more stable than NO and is the essential intermediate for zone formation; this process will occur faster if NO 2 is emitted directly, rather than occur after NO. NO 2 is harmful to humans and causes reduced lung functions, asthma attacks and heart problems. Although nitrogen dioxide concentration is small compared to NO concentration, it is considered the major source of atmospheric pollutants. The mechanism of nitrogen dioxide begins with the reaction of NO with HO 2, OH, and O 2 [2, 12, 18]. HO 2 +NO NO 2 +OH O 2 +NO NO 2 +ON NO+OH NO 2 +H 7. Important Factors Affecting NOx Emissions NOx emissions from industrial gas turbines are limited to less than 25 ppm in most countries. Thermal is the most important mechanisms of NOx formation in gas turbines and prompt NOx is only important for lean mixtures where thermal NOx has been eliminated. Thermal NOx can be reduced if the primary zone is lean and well mixed with temperatures below 1900 K. An effective way to achieve low NOx is by either decreasing the reaction temperature as the equivalence ratio decreases. However, operating away from stoichiometric could reduce NOx and 327

328 increase both CO and UHC formation. Introducing diluents into the combustion zone. CO is initially formed in large quantities in a flame and converts to CO2. As blowout is approached, CO emissions climb rapidly because the flame temperature is not high enough to convert it to CO2. At low loads, CO concentration is high due to airflow through adjacent unlit domes, which is caused by unburned air quenching the combustor. Low Nox and CO emissions occur in a narrow band of flame temperature, Optimum temperature range is usually between 1400 and 1600 ºC(16) Residence time affects NOx formation slightly. NOx decreases in a linear fashion as residence time is reduced; an increase in residence time, however, has a favorable effect on reducing both CO and UHC emissions. This implies a larger combustor crosssectional area or volume [1].There are also several other factors that have an impact on NOx formation. These include the air and fuel compositions and temperatures, the fuel- air ratio, burner and heater designs, furnace and flue gas temperatures, and operational parameters of the combustion system. 8. Methods for Reducing NOx Emission During combustion, NOx formed from two sources. NOx emissions formed through the oxidation of fuel bound nitrogen are called fuel NOx. NOx emissions formed through the oxidation of a portion of the nitrogen contained in the combustion air are called thermal NOx and are a function of combustion temperature. NOx production in a gas turbine combustor occurs predominantly within the flame zone, where localized high temperatures sustain the NOx- foffi1ing reactions. The overall average gas temperature required to drive the turbine is well below the flame temperature, but the flame region is required to achieve stable combustion[1,2]. 328

329 Nitrogen oxide control methods may be divided into two categories: in-combustor NOx formation control and postcombustion emission reduction. An in-combustor NOx formation control process reduces the quantity of NO x foffi1ed in the combustion process. A post-combustion technology reduces the NOx emissions in the flue gas stream after the NOx has been formed in the combustion process. Both of these methods may be used alone or in combination to achieve the various degrees of NOx emissions required. There several techniques are being used to control NOx emissions and the selection of the proper technology depends on some criteria include: capital costs, installed capital costs, operational and maintenance costs, costs of unavailability and emission costs. The six different types of emission controls reviewed as noted below. 8.1 In combustor type A) Catalytic combustion Catalytic combustion is a flameless combustion process that utilises a catalyst to initiate chemical reactions in a premixed fuelair mixture. The temperature in the combustion chamber is lower than in a conventional combustor, which makes it possible to avoid formation of NOx emissions. A preburner is however required for start-up and part load operation, and in this way undesired NOx emissions are generated. Fuel is injected upstream of the reactor to vaporise and mix with the inlet air. The mixture then flows into a catalyst bed, which may consist of several stages, each made of a different kind of catalyst. A portion of the fuel is combusted in the catalyst itself. Fuel and oxygen react on the catalyst surface and release the heat of combustion regardless of the fuel-air ratio in the gas mixture. Remaining fuel is combusted downstream in a homogeneous reaction, also at a temperature low enough to 329

330 prevent formation of significant amounts of NOx. In this zone, gas temperature is raised to the required turbine inlet temperature, and CO and UHC emissions are reduced to acceptable levels. The harsh environment in a gas turbine combustor and its wide range of operating conditions pose challenges to implement catalytic combustion [2]. At the moment, the technology is at a conceptual stage with Xonon Cool Combustion as the only system that has demonstrated ultralow NOx emissions. Kawasaki has one commercial machine with power output of 1.5 MW operating with a catalytic combustor [19]. B) WET Low emissions NOx emissions from Combustion can be controlled by either water or steam injection. This type of control injects water or steam into the primary combustion zone with the fuel to reduce NOx formation by reducing the peak flame tempemture. The degree of reduction in NOx formation is proportional to the amount of water injected into the combustion turbine. Large amounts of water are required, and in order to prevent corrosive deposits in the turbine, water must be vaporization. It is found that increasing water-fuel ratio increases both CO and UHC emissions, while continuously decreasing NOx. Water is vaporize using high-pressure air taken off the eighth stage air bleed. The high-pressure compressor inlet temperature is lowered, which in turns lowers discharge temperature. Pressure ratio is increased and additional air can be directed through the compressor to increase the gas turbine output. For reduction of NOx emissions, water is usually injected into the combustor instead of the compressor inlet. One LM6000 or two LM2500 water injected gas turbines would require approximately 3.9 tons of water per hour given a NOx emission level of 42 ppm and to achieve 25 ppm, even more water must be injected[20].. 331

331 Another form of water injection is to inject it as vapor. A reason for doing so is that steam already includes latent heat of vaporization needed to evaporate the water. It is often easier to blend steam into the combustion products, because liquid water must be injected through nozzles to disperse it uniformly with the combustion gases. Maximum amount of steam that can be injected is usually between 8 and 10 % of the airflow into the compressor [21]. Since steam is injected downstream from the compressor, it does not increase work required to drive the compressor. Impacts of steam injection include increased pressure ratio and lower exhaust temperature. C) Dry Low emissions In this type of technique, the combustors are designed to be leaner to eliminate local regions of high temperature within the flame. However, the majority of stationary gas turbines operate with a large amount of access air, with some being derived to the dilution zone to lower flame temperature beside combustion and cooling [1, 2]. In this approach, air injected as diluents, instead of water or steam, and low pollutant emissions are achieved, particularly NOx [20]. The use of dry 10w-Nqx (DLN) burners as a way to reduce flame temperature is one common NOx control method. These combustor designs are called DLN burners because, when firing fuel, injecting water into the combustion chamber is not necessary to achieve low NOx emissions. Most industry gas turbine manufacturers today have developed this type of lean premix combustion system as the state of the art for NOx controls in combustion turbines. This method is exclusively utilized when firing natural gas. 331

332 8.2 Post combustion type A) Selective Catalytic Reduction SCR Selective catalytic reduction (SCR) is a post-combustion method used for a achieving low NOx. In this process, vaporized ammonia combines with NOx in the presence of a catalyst within specific temperature window to form nitrogen and water. The vaporized ammonia is injected into the combustion turbine exhaust gases prior to passage through the catalyst bed. NOx and NH3 react on the catalyst surface to form N 2 and H 2 O. The important reactions are [2]: 6 NO + 4 NH 3 5 N H 2 O 2 NO + 4 NH O 2 3 N2 + 6 H 2 O The typical pressure drop in an SCR system lies between 70 and 100 mm H 2 O and representative temperature window is approximately in the range between 230 and 450 C with 85-90% reduction in NOx emissions [1, 22]. There are some potential problems and challenges with SCR techniques include: 1) Dirty exhaust streams may result in a plugged or fouled catalyst especially when firing liquid fuels. 2) Transport and storage of ammonia is another concerns regarding to Safety issue both before and after use. 3) Finding the proper location to inject the chemicals, injecting the right amount, and getting proper mixing of chemicals and the flue gas products. 4) There will always be a trade-off between NOx reduction rate and ammonia slip production. 332

333 5) SCR systems are not very tolerant of constantly changing conditions, as a stable window of operation is required for optimum efficiency. B) Selective NON catalytic reduction SNcR SNCR is in principle similar to SCR, but no catalyst is involved in the process. It reduces NOx into nitrogen and water vapor by reacting the flue gas with a reagent. The SNCR system is dependent upon the reagent injector location and temperature to achieve proper reagent/flue gas mixing for maximum NOx reduction. Usually, the agent is ammonia, cyanuric acid or urea. SNCR systems require a fairly narrow temperature range for reagent injection in order to achieve a specific NOx reduction efficiency. The optimum temperature range for injection of ammonia or urea is from 870 to 1200 ºC with reductions of NOx (40-60%)[22, 24]. The NOx reduction efficiency of an SNCR system decreases rapidly at temperatures outside the optimum temperature window. Operation below this temperature window results in excessive ammonia emissions and operation above the temperature window results in increased NOx emissions. Although use of SNCR decreases NOx, it may increase other undesirable emissions such as CO, N 2 O and NH 3 and it is a proven technology for onshore applications C) SCONOx SCONOx is another method of post-combustion control. It is a technology used for reducing NOx and CO from exhaust streams without the need for ammonia. It uses a single catalyst of potassium carbonate for control, simultaneously oxidizing CO and NO. NO 2 is absorbed on the catalyst surface while CO2 exits up the stack. The chemical reactions that occur are as follows [24]: 2 CO + O 2 2 CO 2 2 NO + O 2 2 NO 2 333

334 2 NO 2 + K 2 CO 3 CO 2 + KNO 2 + KNO 3 Potassium nitrites and nitrates are present on the catalyst surface, so the catalyst must be regenerated to maintain maximum NOx absorption. The SCONOx reactor is a series of horizontal shelves in a gas tight casing that wraps around the top, bottom, and sides of the unit. Each shelf holds multiple layers of catalyst, and exhaust gases flow through the catalyst from front to back. A typical system has go ten or fifteen sections of catalyst, where four in a group of five is absorbing while the last one is regenerated. The system optimum temperature is in the range between 230 and 370 C, which makes it suitable for cogeneration plants and not for simple cycle gas turbines. Catalyst blocks are often placed between the high pressure and the low-pressure heat recovery steam generators due to temperature requirement [24]. SCONOx gives the lowest emissions of NOx and CO for the three post-combustion technologies presented. An LM2500 gas turbine with steam injection has demonstrated emissions as low as 2 ppm NOx without any use of ammonia [25, 26]. Its main drawback is costs, and like the other post combustion technologies. 9. Conclusions There are concerns regarding energy, environmental, and economic impacts of the potential NOx emission control. There are several technologies for reducing NOx emissions from gas turbines as discussed earlier, and they all differ in maturity, emission reduction level and operational impacts. Wet low emission control has been used as NOx abatement technology for several years and is suitable for onshore installations without space and weight restrictions, however injection of water or steam increases CO emissions significantly. 334

335 Catalytic combustion has achieved ultra-low emissions of both NOx and CO on high loads, but this technology is not commercially available for the selected gas turbines. It will probably take some years to develop a catalyst that can operate at the desired temperature range and has long enough lifetime. Offshore, dry low emission control (DLE) is the only technology considered qualified. This technique has been applied in order to reduce NOx emissions up to 25ppm. After a troublesome start-up period, these gas turbines now have reliability and availability levels equal to conventional gas turbines. At base load, thermal efficiency is somewhat lower, and the difference increases as load is reduced. References [1]. Saravanamuttoo, H., G. Rogers, and H. Cohen. Gas Turbine Theory. 5th edition. Pearson Education Limited, [2]. Lefebvre, A. H.Gas Turbine combustion, 2nd edition. United states of America: Edwards brothers, [3]. Ltd, R.-R.The Jet Engine/Rolls-Royce, 6th London Rolls- Royce [4]. Beyersdorf, A. and B. Anderson. An Overview of the NASA Alternative Aviation Fuel Experiment (AAFEX).TAC-2 Proceedings, June 22nd to 25th, 2009, Aachen and Maastricht, [5]. Goodger, E. and R. Vere. Aviation Fuels Technology Sheridan House Inc [6]. Andrews, G. E., "Ultra-low nitrogen oxides (NOx) emissions combustion in gas turbine systems," in Modern Gas Turbine Systems: High Efficiency, Low Emission, Fuel Flexible Power Generation, P. Jansohn and S. Institute, P, Eds. Switzerland: Woodhead Publishing

336 [7]. Andrews, G. E., "Short course, Ultra Low NOx Gas Turbine Combustion," Leeds: Energy and Resources Research Institute, Leeds University,, [8]. Pavri, R. and G. Moore, D, "Gas Turbine Emissions and Control," Atlanta, GA: GE power Systems, GER /01, [9]. Kowkabi, M., "Swirl Combustors for Low Emission Gas Turbines," Department of fuel and energy. ph.d Leeds: leeds university, 1987, p [10]. Kim, M. N., "Design of Low NOx Gas Turbine Combustion Chamber," Department of Fuel and Energy Leeds: Leeds University, 1995, p [11]. Andrews, G. E., "Short course, Ultra Low NOx Gas Turbine Combustion," Leeds: Energy and Resources Research Institute, Leeds University,, [12]. Lavoie, G. A., J. B. Heywood, and J. C. Keck. Experimental and Theoretical Study of Nitric Oxide Formation in Internal Combustion Engines. Combustion Science and Technology, 1970, 1, pp [13]. Fenimore, C. P. Formation of Nitric Oxide in Premixed Hydrocarbon Flames. Thirteenth Symposium (Int.) on Combustion, 1971 pp [14]. Kim, M. N., "Design of Low NOx Gas Turbine Combustion Chamber," Department of Fuel and Energy Leeds: Leeds University, 1995, p [15]. Andrews, G. E, "ultra-low NOX gas turbine combustion," Leeds: Leeds university, Energy and Resources Research Institute, [16]. Nicol, D. G., P. C. Malte, J. Lai, N. N. Marinov, and D. T. Pratt, "NOx Sensitivities for Gas Turbine Engines Operated on 336

337 Lean Premixed Combustion and Conventional Diffusion Flames," ASME GT , [17]. Bozzelli, J. W. and M. Antony.NNH: Possible new route for NOx Formation in Flames. Chem Kinetics, 1995, 27, pp [18]. Kyne, A. G., A. Williams, C. W. Wilson, and M. Pourkashanian. Modelling NO-NO2 Conversion in Counter- Flow Diffusion Flames. Proceedings of ASME Turbo Expo 2003, GT [19]. Data sheet found on Accessed April 4, [20]. Marvin m. Schorr, J.C., gas turbine NOX Emissions Approaching Zero-Is it worth the price?, g.e.p. system, Editor. 1999, GE Power Generation: schenectady, new york. p. 9. [21]. Olav Bolland (2004): Thermal Power Generation. Compendium in TEP9: Thermal Power Generation. Department of Energy and Process Engineering, NTNU. [22]. Charles E. Baukal jr. (2000): The John Zink combustion handbook. 1st edition. CRC Press. [23]. David L. Wojichowski (2006): SNCR System Design, Installation, and Operating Experience. Paper found at Accessed April 30, [24]. Larry Czarnecki, Jim Fuhr, Rick Oegema, Robert Hilton (2000): SCONOx Ammonia Free NOx Removal Technology for gas turbines. ASME paper IJPGC [25]. California Environmental Protection Agency (1998): Evaluation of the Goal Line Environmental Technologies LLC SCONOx System. Environmental Technology Certification Program. 337

338 TQM and TPM Using The Application of Computer Simulation for Evaluating Cement Production in Libya A.sosi and M. Graisa Faculty of Civil Aviation -Miusrata Abstract As industry becomes increasingly capital intensive, and the relative cost of assets increases, so does the importance of utilising and maintaining these assets. This tendency is particularly true for industries with continuous process. Here, both the economic, safety, and the environmental consequences of equipment failure can be enormous. The increasing complexity of the equipment also has a profound influence on its productivity, maintenance and process improvement. This Paper investigates the use of computer simulation for evaluating the performance of Cement Production in Libda cement factory in Libya and to investigate design modification to enhance its productivity. The results indicate that simulation could provide a useful tool for critical evaluation of factories and to plan design and modification activities. Key words: Total quality maintenance (TQM), Total predictive maintenance (TPM), The National Cement Company (NCC), Margeb cement factory (MCF) and Libdah cement factory (LCF), key performance indicators (KPIs). اى يخص الصناعة العالمية كؿ يو في زيادة تطوير مكثفة والتكمفة في ازدياد لذلؾ يجب االىتما بتخفيؼ التكمفة بصيانة االجيزة والمعدات 338

339 والطريقة الصحيحة العممية لتخفيؼ التكمفة وزيادة االنتاج ىي المحافظة عمى الصيانة مف اجؿ استم ارر الدورة الصناعية. ولممحافظة عمى البيئة يجب اف نحافظ عمى صيانة االجيزة والمعدات لكى تتحسف االنتاجية.اذف ىذه الورقة تتحقؽ باستخدا برنامج محاكاة الحاسوب وىذا البرنامج يعتنى بجميع خطوات االنتاج طبقت ىذه الد ارسة عمى صناعة االسمنت بمصنع لبدة لإلسمنت استخدا البرنامج يساعد في تعديؿ 1. Introduction 339 التصمي لممصنع وتحسينو والتحقؽ مف االنتاجية. TQM focuses on the quality of the product, while TPM focuses on the equipment used to produce the products. By preventing equipment break-down, improving the quality of the equipment and by standardizing the equipment (results in less variance, so better quality), the quality of the products increases. TQM and TPM can both result in an increase of quality. However, the way of going there is different. TPM can be seen as a way to help achieving the goal of TQM. Many organisations in the UK, Middle East and North Africa have realised that there is significant savings to be made by managing maintenance and design modifications in an effective way. Part of the advantages are increased productivity and production uptime, lower maintenance costs, decreased safety and environmental risks. The National Cement Company (NCC) is one of the largest companies in Libya and one of the largest producers in North Africa. NCC is located in the North-west region of Libya. It has a cement production target of 3,330,000 tonnes per annum. NCC also has additional manufacturing facilities to produce gypsum, lime, factory bags, factory block, marble, bums concrete plant and Cement mixes. The company comprises four Cement factories: Alkhumes (Margeb), Souq Alkames, Alkhumes (Libda) and Zeleten. The cement produced from the four factories is for

340 internal consumption due to the fact that the total production is required for the infrastructure of Libya. NCC produces cement according to specific Libyan specifications, which are similar to those of British Portland cement. It uses a dry process method in all factories. This cement is used for many construction purposes, particularly for building houses, bridges, roads, and ports. The focus of this paper is on Libda factory which is designed for 1,000,000 Tonnes per annum ( Figure 1: Outline of the main stages of cement production.). However, the production of the factory in previous years fall below 700k Tons [1]. This is due to maintenance issues in relation to some parts of the factory and the number of working hours. In this study, the authors attempt to understand the complete behaviour and performance of the production system using Simprocess simulation software in an attempt to optimise the performance and evaluate resources. Despite the company s effort to introduce Total Productive Maintenance and TQM other relevant strategies, there are still many unknown general issues and parameters that should be addressed, this includes the following: The lack of a suitable model or framework to address the particular situation in each factory. The current technical and cultural problems within the factories and the actual availability of their machines. Lack of knowledge and information regarding skills and the training requirements of their employees. Evaluation of the effect of the factories on the environment. The lack of a methodology for the decision making regarding technical, maintenance and production issues. The selection of key performance indicators (KPIs) that could be used for developing and evaluating suitable maintenance strategies. Lack of information on the effect of each process on the overall productivity of the factory. 341

341 This research work is part of the company s effort to address some of the above problems to improve productivity and maintenance activities. Quarry: Raw Material and Clay Packing Plant Truck: Transportation: Cement Mill Crusher Kiln Stores and Additional Materials Raw Mill Figure 1: Outline of the main stages of cement production. 2. Production of Cement in Libya Figure 2 presents the main steps of cement production. The first step in the Portland cement manufacturing process is obtaining raw materials. Generally, raw materials consisting of combinations of limestone, shells or chalk, and shale, clay, sand, or iron ore are mined from a quarry near the plant. At the quarry, the raw materials are reduced by primary and secondary crushers. Stones are first reduced to about 125-mm in size, then to 19 mm. The materials are dried and finely ground in a Raw Mill to form an intermediate product, called raw mill. The grinding provides an increased surface area to enhance the heat exchange in the downstream heating process. The raw-mill is then stored in a homogenising silo in which the chemical variation is reduced. This homogenising process is important to stabilise the downstream sintering process as well as to provide a uniform quality product. The raw-mill is then transferred to the Preheating Tower. As presented in Figure 1, the kiln resembles a large horizontal pipe 341

342 with a diameter of 3 to 4 meters and a length of 90 meters or more. One end is raised slightly. The material is placed in the higher end and as the kiln rotates the materials move slowly toward the lower end. Flame jets are positioned at the lower end and all the materials in the kiln are heated to high temperatures. The material following the Kiln is named clinker. The clinker burning process is a high temperature process. Clinker is then cooled and combined with gypsum and ground into a fine grey powder. The clinker is ground so fine that nearly all of it passes through a (75 micron) sieve. Quantity with controlled amount of gypsum is fed into a finish mill. Typically, a finish mill is a horizontal steel tube filled with steel balls. As the tube rotates, the steel balls are lifted, tumble and crush the clinker into a super-fine powder. The particle size is controlled by a high efficiency air separator. At the packing stage where the cement under goes its last steps at the plant, there are two processes one of the first bagging, and another for bulk despatch direct to the Lorries [3]. 3. Productivity and the Need for Simulation Due to the natural change in material type, the statistical nature of the time needed for each process and probability of breakdown, it is became important to use a suitable tool to model the factory in order to understand the criticality of each stage and the most suitable tool to improve it and address any major problems including identifying bottle-necks within the production system. It has been found difficult to study the complete cement production using mathematical model due to the probabilistic nature of the problem. In order to understand the current cement factory condition in Libya, Simprocess software [2] has been implemented for process mapping and to simulate workflow in every stage of the factory including the transportation process. Simulation is important with increasing of randomness and interdependencies between different activities within the factory. Using simulation will allow the authors to estimate the output of the complete factory, study the any breakdown on the rest of the 342

343 system and to evaluate the cost of production and utilisation of resources. Figure 2 presents an example of the implemented methodology to simulate part of the system using Simprocess. The Kiln processes and storage has been used as an example to present the innovation in this work. To speed the simulation processes the entity used through the system is Truck capacity which is equivalent to 40 Tons. The entities will be transformed through the systems from Lime-Stones to Raw-Material, to Clinker and finally to Cement. When the entities (Truck) go through each activity, a delay process will be activated which is statistically modelled for each process based on the real data and information within the factory. Every activity is assigned to one or more resource to calculate the cost and the utilisation of those resources. In this case, an accurate calculation is performed to calculate the cost of the complete process. The software enable a code writing facility to develop complex analysis and in this work the authors have developed a special code to direct each entity using Branch activity to continue through the production system or to exit when the process is full/overloaded. In this case, the system will allow very accurate measurement of the activities in order to be able to estimate the capability of each system and to balance the lines as needed. Figure 2 presents the Kiln and the Clinker storage system simulation. As shown in Figure 3, it takes more than 15 hours for the Kiln to reach steady state value when all processes have stopped. Figure 3 presents the average quantity and the observed quantities within the system and the blue lines is the actual flow of klin. Figure 4 presents the excessive quantities that are rejected from the system which proves that the Kiln is actually a bottle neck within the factory even with 100% availability. Figure 4 indicated that there are 70 trucks (2800 Tons) beyond the capacity of the Kiln in 5 hours period. 343

344 Production Flow Rate (Truck) Raw-Material Entities arriving to the Kiln Entities exit when Kiln exceeds capacity Kiln Activity Clinker store Raw-Material Entities Branch Entities with the wrong attributes Transform Raw-Material entities to Clicker entities Figure 2: Simulation of the Kiln and the Clinker store activities. 4 Simulation Results of Raw Material Through The Kiln Average flow through the Kiln Actual flow through the kiln Simulation Time (hours) 344 Figure 3: Simulation results of the Kiln

345 Cumulative Number of Entities (Trucks) Actual Number of Entities (Trucks) Excessive Quantities Produced by the Previous Stages Simulation Time (hours) Figure 4: Excessive Production prior to the Kiln Stage which proves that the Kiln is a bottle-neck in the process. 4. Conclusion This paper has presented some of the problems facing the cement production in Libya. In order to fully understand the complete system within Libda s factory, a simulation software has been implemented. The results indicate that the Kiln is a bottle-neck within the factory which limits the productivity. A decision has to be made regarding the investment in a new parallel Kiln in order to improve productivity. The feasibility of the investment will be discussed in future publications. The results in this paper indicate that simulation could be implemented in complex system to evaluate the production environment in detail. 0 5.Aknwolgment The author would like to grateful to The National Cement Company (NCC), Alkhumes (Margeb) cement factory management (MCF) and alkhums (Libdah) cement factory management (LCF) for their helpful and data providing. 345

346 6. References: [1] M. Graisa and A. Al-Habaibeh, "Total Productive Maintenance (TPM)- Case Studies from Human Factor and Technology Perspectives", ASME Middle East Mechanical Expo, Bahrain, 4-9 November [2] Simprocess software website, accessed 30 april [3] Resource o The National Cement Company (NCC). 346

347 Investigation of Gas Pressure Effect on Powder Characterization of Al-12Si Alloy Produced by Gas Atomization Method Kamal Mohamed Em Akra +, Tayfun Çetin +, Atakan Oğuz Ocak +, Mehmet Akkaş +, Mustafa Boz + + Karabuk University, Faculty of Technology, Department of Manufacturing Engineering, Karabuk, Turkey + kamalakra55@gmail.com + tayfuncetin@outlook.com + aoocak@karabuk.edu.tr + mehmetakkas@kastamonu.edu.tr + mboz@karabuk.edu.tr اى يخص في ىذه الد ارسة ت د ارسة تأثير ضغوط الغاز المختمفة عمى شكؿ وحج مسحوؽ سبيكة Al-12Si الناتج عف طريقة االنحالؿ بالغاز بطريقة تجريبية. وأجريت التجارب في وحدة ترسيب الغاز التي أعيد تصميميا في كمية ىندسة التكنولوجية في جامعة كا اربوؾ. أجريت التجارب عمى درجة ح اررة ثابتة درجة مئوية بقطر فوىة 2 م 770 وبتطبيؽ ضغوط غاز مختمفة ) بار(. ت استخدا غاز 6 األرغوف لتفتيت المصيور. مف أجؿ تحديد حج وشكؿ مساحيؽ Al-12Si المنتجة ت إج ارء مسح لصور المجير اإللكتروني )SEM( وتحميؿ حج المسحوؽ بواسطة طريقة تحميؿ الشاشة. نتيجة لمتحميؿ ت تحديد أف زيادة ضغط الغاز تسبب في انخفاض حج المسحوؽ وتغير شكؿ المسحوؽ مف الرباط وبنية التنقيط إلى الكروي. 347

348 وقد لوحظ أف المساحيؽ األقؿ وزن ا التي يت إنتاجيا ىي في ضغط الغاز البالغ 35 وعادة ما تكوف المساحيؽ معقدة. بار ا Abstract In this study, the effects of different gas pressures on the shape and size of Al-12Si alloy powder produced by gas atomization method are investigated experimentally. Experiments were carried out at the Gas Atomization Unit, which was redesigned at Karabuk University Faculty of Technology Department of Manufacturing Engineering. Experiments were carried out at a stable temperature of 770 C, at a nozzle diameter of 2 mm and by applying 6 different gas pressures ( bar). Argon gas was used to atomize the melt. In order to determine the size and shape of Al 12 Si powders produced, scanning electron microscope (SEM) images and powder size analysis were performed by screen analysis method. As a result of the analysis, it was determined that the increase of the gas pressure caused the powder size to decrease and the powder shape to change from the ligament and the dripping structure to the spheroidal. It has been observed that the thinnest powders produced are in the gas pressure of 35 bar and the usually of the powders is complex. Keywords: Gas atomization, Al-12Si alloy powder, nozzle, gas pressure 1.Introduction Powder metallurgy was developed as an alternative method for manufacturing methods like casting, forging, forming and machining. Powder production made by powder metallurgy is done by four different methods. These methods are; mechanical methods, chemical methods, electrolysis method and atomization 348

349 method. Among those methods, gas atomization method is the most frequent used process to obtain thin and spherical powders. Atomization is defined as breaking apart of molten metal into miniscule fragments made by high-pressured gases or mechanical methods[1,2]. Atomization process is divided into four different methods those are water atomization, gas atomization, centrifugal atomization and vacuum atomization. However, the fact that %60 percent of metalic and non-metalic powders are produced by this method, that makes gas atomization superior over other methods. At the gas atomization process, gases such as air, nitrogen, argon and helium can be used to break up the liquid metal flow [3,4]. Powder production of every material which can be molten is possible by gas atomisation process [5,6]. Parameters such as type of gas, gas pressure, nozzle diameter and melting point are useable for the metal powders produced by gas atomization method. Due to the increase of gas pressure values, temperature and viscosity of molten metal decreases which enables the powder to be produced in smaller sizes [7,8]. The most important properties that define the ease of use of Al- Si alloys in industrial applications are mechanical, corrosion and pourable properties. All of those properties are determined by chemical composition and microstructure of alloys [9]. In this study, Al-12Si alloy, which is used generally in the automotive and aerospace industries and which is particularly produced by means of casting, is produced by powder atomization method. As seen on Figure 1., the eutectic point in the aluminumsilicium phase diagram corresponds to 12.6% Si weight percentage. Production of Al-12Si alloy, which is below the 349

350 eutectic point, is preferred in order to have high powder strenght and to form dendritic powders. Figure 1. Al-Si phase diagram 2.Experimental studies Experimental studies were carried out at the Gas Atomization Unit at Manufacturing Engineering Department of Karabük University Technology Faculty. The Gas Atomization Unit, shown in Figure 2, consists of five basic parts. These parts can be defined as; 1.Melting furnace, 2.Atomization tower, 3.Nozzle, 4.Powder collecting compartment, 5.Gas pressure ramp. 351

351 Figure 2. Karabük University Gas Atomization Unit The melting furnace is manufactured to be able to heat up to approximately 1200 ºC. Gas inlet and outlet units are installed on the sides of the furnace to prevent oxidation of the liquid metal and the powders produced. The melting process was carried out in graphite melting pot which locates inside the furnace. A graphite plug was used to control the flow of molten metal in the melting pot. For the powder production parameters, closely matched and circular rounded nozzles are used. The nozzle is placed on a nozzle holder inside the oven. Atomization tower is made from stainless steel. The powders are collected in the powder collection area at the bottom of the atomization tower. There are two cyclones for the removal of the gas from the atomisation tower and the retention of fine powders. 351

352 During the atomization process, 3 tubes filled with argon gas were connected to the gas ramp to prevent the gas pressure changing and fluctuating. Melting process was carried out in the graphite melting pot placed in the furnace. The temperature of the molten Al-12Si alloy is measured by means of two thermocouples, which are immersed in the graphite melting pot and located outside the pot. Experiments were carried out at 770 C constant temperature, 2 mm nozzle diameter and 6 different gas pressures (5, 10, 15, 20, 30 and 35 Bar). Argon gas is used as atomizing gas. Powder production parameters are given in Table I. In addition to the melting temperature and the diameter of the nozzle, the gas pressure is also known to have an important influence on the size and shape of powders at gas atomization technique. Production parameters were selected for this purpose. Table1. Powder production Parameters Gas Pressure (Bar) Melting Point ( o C) S S S S S S Nozzle Diameter (mm) Powder particle size distributions were made by sieve method which is the easiest and most widely used analysis method. The size analysis of the powders was done by vibratory sieve analyzer. The sieve analyzer is given in Figure 3. The device can measure 352

353 powder sizes between μm. The size of Al-12Si alloy powders was determined by using sieves in 8 hole sizes of 45 μm, 63 μm, 90 μm, 125 μm, 250 μm, 500 μm, 710 μm and 1000 μm, respectively. Figure 3. Sieve Analyzer SEM images of the produced Al-12Si alloy powders were obtained from the Carl Zeiss Ultra Plus Gemini Fesem brand device at the Karabük University Iron and Steel Institute Materials Research and Development Center (MARGEM) Laboratory. The particle size distribution of the powders was determined with the sieve analyzer located in Engineering Manufacturing Engineering Laboratory of Karabük University. 3.Experimental Results And Discussion The weight percentages of Al-12Si powders produced by different gas pressures are given in Table 2. It has been determined 353

354 that the proportion of small sized powders increases with the increase of the gas pressure given in this table. It has been found that no powder is produced below 63 μm at the 5 bar gas pressure and 2 mm nozzle diameter given by the S1 code parameters and powders are generally produced between 125 and 710 μm sizes. It is seen that no powders are produced bigger than 500 μm diameter with S6 code with the parameters of 35 bar gas press and nozzle diameter of 2 mm, and the most intense powders occur within the powders less than 45 μm. When these results are evaluated, it can be reported that the powder size decreases by the increasing gas pressure. Table 2. % weight proportion of AL-12I alloy powders 354

355 Frequency Densities (% Weight / Sieve Interval) Frequency densities of Al-12Si powders produced with different gas pressures related to powder size ranges are given in Figure 4. Frequency densities are; % Weight values divided by sieve interval value. The result is seen on Figure 4 that by increasing gas pressure, the percentages of powders up to 125 μm are increased and the proportion of coarse powders increases after 125 μm. Also; from the SEM images of the powders produced in Figure 5, it is clearly seen that the powder size has decreased due to the increase of the gas pressure bar 10 bar 15 bar 20 bar 30 bar 35 bar Powder Size Rangee(µm) Figure 4. Frequency densities of Al-12Si powders that produced with diffrent gas pressure values related to powder size ranges. 355

356 The Al-12Si alloy powders produced are generally ligamentous, droplet and spherical, as shown in Figure 5. It has been observed that even though the shapes of the powders are ligamentous and droplet under the low gas pressure, their shapes are becoming spherical under the higher gas pressures. Oğuz and Öztürk [3,4] published similar results in their studies on atomization. In addition, Klar et al. [10] studied the effects of gas pressure and surface tension on the shape of the powder, and found that the force acting on the globalization of a liquid droplet were surface stresses. In powder production studies, it was observed that small particulate powders saturate on large particulate powders. Fischmeister and his colleagues found that the saturation occurred in the final stage when small particles of powder collided with large powder particles that had not yet completed the solidification process during atomization. [11th]. On the other hand, Clyne and colleagues have emphasized in a similar study that the difference between the solidification times of powders formed at large and small sizes and the acceleration of different droplets at different rates by the effect of atomization gas lead to the process of saturation [12]. In Aller and Losada's work, they found that the powder was formed by the partially coating by the droplet or completely coating of droplet by the powder [13]. 356

357 Figure 5. SEM images of Al 12 Si alloy powders. a 5 bars. b 10 bars. c 15 bars. d 20 bars. e 30 bars. f 35 bars Figure 6 shows that Al-12Si powders have dendritic and cellular-dendritic microstructure in images taken at magnifications from the surface of powders produced at different gas pressures by scanning electron microscopy (SEM). Looking at the surface images, the dendritic image changed from spherical dendritic to complex dendritic due to increased gas pressure. It is also seen that the increase with the gas pressure the structure becomes cellular dendritic. No information was found in the literature in this regard. However, it has been directly determined 357

358 that the increasing gas pressure changes the morphology of the powder surface noticeably and that the surface morphology influences the powder shape. Figure 6. SEM images of Al 12 Si alloy powders (x15000 magnification). a 5 bars.b 10 bars.c 15 bars. d 20 bars. e 30 bars. f 35 bars 4. Concluion The following results were obtained for Al-12Si powder produced by the gas atomization method. 358