Upload
vucong
View
230
Download
1
Embed Size (px)
Citation preview
ELPC 222
HİDROLİK VE PNÖMATİK SİSTEMLERİ
Ders Kodu Dersin Adı Z/S Te Uy. Krd. D.S. AKTS
ELPC 222 HİDROLİK VE
PNÖMATİK SİSTEMLER S 3 1 4 4 4
28.02.2017 1 Yrd. Doç. Dr. Seyfi ŞEVİK
Perşembe Perşembe
• Bu ders için devamsızlık: • Yarıyıl süresi= 15 hafta / yarıyıl (Ara sınav süresi = 1 hafta / yarıyıl)
• Normal ders süresi= 15 – 1 = 14 hafta / yarıyıl
(Normal derse devam zorunluluk oranı= % 70)
• Normal derse devam zorunluluğu= % 70 x 14 = 9.8~10 hafta / yarıyıl
• Devam edilmesi gereken oran 10/14= % 71.4 >% 70 (Sorun yok !)
• Devam edilmesi gereken oran 9/14= % 64.3 < % 70 (Sorun var !)
• Devamsızlık yapılabilecek oran % 100 - % 64.3 = % 35.7 > % 30
(Sorun var !)
• Normal derse devam zorunluluğu 11 hafta / yarıyıl
• Devamsızlık yapılabilecek oran 4/14= % 28.57 < % 30 (Sorun yok !)
• Devamsızlık yapılabilecek hafta 4 hafta / yarıyıl
28.02.2017 2 Yrd. Doç. Dr. Seyfi ŞEVİK
DEĞERLENDİRME SİSTEMİ
Etkinlik Türleri Katkı Yüzdesi
Ara Sınav % 40
Yarıyıl Sonu Sınavı % 60
28.02.2017 3 Yrd. Doç. Dr. Seyfi ŞEVİK
DERS PLANI Hafta Konular/Uygulamalar
1 Hidroliğe giriş, hidrolikte temel prensipler
2 Standart semboller, hidrolik boru ve hortumlar
3 Hidrolik pompalar, motorlar ve silindirler
4 Sızdırmazlık elemanları, hidrolik valfler
5 Yağ haznesi, filtreler, hidrolik amülatörler, hidrolik akışkanlar
6 Elektro-hidrolik sistemler, hidrolik sistemlerde arızalar ve
tespiti
7 Hidrolik devreler, endüstride hidroliğin uygulama alanları,
hidrolik devre tasarımı ve uygulamalar.
28.02.2017 4 Yrd. Doç. Dr. Seyfi ŞEVİK
8 Pnömatiğe giriş, Pnömatikte fiziksel prensipler
9 Havanın üretimi, bakımı ve dağıtımı
10 Pnömatikte standart semboller, silindirler, sızdırmazlık
elemanları ve motorlar
11 Pnömatik motorlar, valfler. Pnömatik devreler ve çizimleri.
Devre çizim yöntemleri
12 Hidro-pnömatik sistemle, Pnömatik sistemlerin uygulama
alanları
13 Arıza bulma işlemleri, Elektro-pnömatik sistemler. Sistem
tasarımı ve kurulması
14 Programlanabilir Kontrol Mantık sistemi, programlanması ve
uygulamaları
28.02.2017 5 Yrd. Doç. Dr. Seyfi ŞEVİK
Dersin Amacı
• Hidrolik ve pnömatik ile ilgili standart semboller ve kullanılan elemanlar hakkında bilgi vermek,
• Hidrolik ve pnömatik devre tasarımı ile ilgili teorik ve uygulamalı bilgi vermek.
Dersin Öğrenme Çıktıları
• Hidrolik ve pnömatik devre elemanları ve sembolleri ile ilgili yeterli bilgiye sahip olma,
• Bu yapılarda kullanılan elemanları tanıma,
• Hidrolik ve pnömatik bir devre tasarımını ve uygulamasını yapabilmek.
28.02.2017 6 Yrd. Doç. Dr. Seyfi ŞEVİK
• Hidrostatik: Duran sıvıların özelliklerini
inceler.
• Hidrodinamik: Hareketli sıvıların özelliklerini
inceler.
28.02.2017 7 Yrd. Doç. Dr. Seyfi ŞEVİK
Hidrolik konusu, çocuk oyuncağıdır.
Video 1 Video 2
28.02.2017 Yrd. Doç. Dr. Seyfi ŞEVİK 8
Hidrostatik ve Hidrodinamik sistemler
o Genellikle 300 kW’dan büyük güç iletiminde hidrodinamik sistemler tercih
edilir.
o Hassas işlem gerektiren düşük güçlü sistemlerde de hidrodinamik sistemler
tercih edilir.
Yüksek güçlere karşı yapılan doğrusal hareketlerde: hidrostatik
Doğrusal hareketlerde ve belirli bir konumda durması gereken sistemlerde :
hidrostatik
28.02.2017 Yrd. Doç. Dr. Seyfi ŞEVİK 9
Sayfa 37-59
1.1. HİDROLİĞİN TEMEL İLKELERİ
1.1.1. Hidroliğin Tanımı ve Tarihçesi
Hidrolik, akışkanların mekanik özelliklerini inceleyen bilim dalıdır. Hidrolik
terimi, eski Yunanca’da su anlamına gelen hydor ile boru anlamına gelen
oulis kelimelerinin birleştirilmesinden türetilmiştir. Hidrolik, tarihin ilk
çağlarından itibaren akarsulardan su değirmenleri aracılığı ile güç elde etmek
gibi işlemleri ifade etmekte idi. İlerleyen bilim ve teknoloji ile birlikte,
hidroliğin ifade ettiği anlamda değişikliğe uğramış, daha ziyade yüksek
basınçlı düşük debili sistemler ile gücün kontrolü ve iletimini konu alan bir
teknoloji haline gelmiştir. Hidrolik sistemler; sıkıştırılamaz özellikteki
akışkanların kullanıldığı, elde edilen basınçlı akışkan yardımı ile çeşitli
hareketlerin ve kuvvetlerin üretildiği sistemlerdir. 28.02.2017 10 Yrd. Doç. Dr. Seyfi ŞEVİK
Modern anlamda ilk hidrolik uygulamasının 1906 yılında ABD
Virginia’da basınçlı yağ kullanarak top yükseliş ve kontrol
sistemlerinin gerçekleştirilmesi ile başlandığı kabul edilir.
Özellikle sızdırmazlık elemanları konusunda gerçekleşen teknolojik
buluşlar sonucunda hidrolik hızla gelişmeye başlamış ve 1926
yılında ABD’de bilinen ilk hidrolik güç ünitesi üretilmiştir.
1936 yılında Harry Vickers’ in pilot kumandalı emniyet valfi icadı ile
devam eden gelişmeler II. Dünya Savaşı ile birlikte gelen dev
teknolojik adımlar içerisinde yerini bulmuş ve hemen hemen tüm
hidrolik devre elemanları bu kısa süreç içerisinde uygulamaya
sokulmuştur.
1950 yılında Jean Mercier lastik ayırıcılı biriktiriciyi (balonlu
akümülatör), 1958’de Moog MIT’de elektrohidrolik servo valfi icat
etmiştir. 28.02.2017 11 Yrd. Doç. Dr. Seyfi ŞEVİK
Akışkanların sıkıştırılamaz olmasından dolayı, büyük güçler hidrolik
sistemler ile elde edilebilir. Hava ve gazlar sıkıştırılabildiği için,
büyük kuvvetlerin üretilmesinde kullanılmazlar.
Hidrolik devrelerde akışkan olarak genellikle su veya yağ kullanılır.
Ancak suyun metal yüzeylerde pas yapması nedeniyle, kullanım alanı
çok dardır. Bu nedenle hidrolik sistemlerde akışkan olarak genellikle
madensel yağlar kullanılır.
28.02.2017 12 Yrd. Doç. Dr. Seyfi ŞEVİK
28.02.2017 Yrd. Doç. Dr. Seyfi ŞEVİK 13
Sıvama Presi Plastik Enjeksiyon Makinası Metal Enjeksiyon Makinası
Endüstriyel Hidrolik (Sabit Hidrolik Sistemler)
*** Demir Çelik Endüstrisi *** Takım Tezgahları *** Presler *** Kaldırma ve iletme makineleri *** Gemiler *** Barajlar *** Özel makinalar [Transfer tezgahları, Otomotiv Endüstrisi vs.] *** Asansörler
28.02.2017 Yrd. Doç. Dr. Seyfi ŞEVİK 14
Grayder Mobil vinç Yükleyici Forklift
Mobil Hidrolik ( İnşaat ve İş Makinaları )
*** Loderler ( Yükleyiciler ), Mobil vinçler
*** Mobil beton mikserleri
*** Ekskavatörler
*** Grayderler
*** Tarım Makineleri
*** Forkliftler
*** Beton pompaları
*** Otomotiv
*** Uçak
28.02.2017 15 Yrd. Doç. Dr. Seyfi ŞEVİK
28.02.2017 16 Yrd. Doç. Dr. Seyfi ŞEVİK
28.02.2017 17 Yrd. Doç. Dr. Seyfi ŞEVİK
28.02.2017 Yrd. Doç. Dr. Seyfi ŞEVİK 18
PNÖMATİK HİDROLİK ELEKTRİK
ENERJİ ÜRETİMİ
Basınçsız hava
sınırsız mevcut
(İstenilen basınç ve
kapasiteye göre
kompresör seçilir)
Hidrolik pompa ile (Gereken basınç ve
kapasiteye göre pompa tipi seçilir)
Barajlarda , özel
durumlarda (hidro
elektrik, nükleer enerji
sant.)
ENERJİ DEPOLANMASI
Tanklarda büyük
miktarda
depolanabilir
Akümülatörlerle, düşük
miktarlarda
Akü ve pillerle düşük
miktarlarda
ENERJİ TAŞIMA
1000 m. Basınç
kaybıyla 100 m. Basınç kaybıyla Sınırsız
KAYIP Enerji kaybından başka dezavantajı
yoktur
Enerji kaybı, sızan akışkan çevreyi kirletir
Diğer iletkenlerle temas etmeden enerji kaybı
olmaz
ENERJİ MALİYETİ
Yüksek Orta Düşük
ENERJİLERİN KIYASLANMASI
28.02.2017 Yrd. Doç. Dr. Seyfi ŞEVİK 19
PNÖMATİK HİDROLİK ELEKTRİK
DÖNER HAREKET
Basit,Güçlü
değil,Yüksek devir
Basit, Güçlü,
Düşük devir Basit Güçlü
KONUMLAMA HASSASİYETİ
0.1 mm 0.001 mm
(1 mikron)
0.001 mm
(1 mikron)
BASINÇ VE KUVVETLER
10 Bar basınç,
50 kN Kuvvet (5 ton)
600 bar basınç,
Sonsuz Kuvvet
Mekanik elemanlarla büyük kuvvetler elde
edilebilir
(Verim kötüleşir)
GÜRÜLTÜ Egzoz gürültüsü.
Susturucularla
azaltılabilir
Yükesk basınçlarda
pompa gürültüsü
Kontaktör ve
Selenoidlerin
gürültüsü
ENERJİLERİN KIYASLANMASI
Tablo 1.1: Hidrolik-pnömatik ve elektrik enerjilerinin karşılaştırılması
28.02.2017 20 Yrd. Doç. Dr. Seyfi ŞEVİK
Aşağıdaki tabloda pnömatik, hidrolik ve elektrik sistemlerinin temel özellikleri
karşılaştırılmıştır.
28.02.2017 21 Yrd. Doç. Dr. Seyfi ŞEVİK
HİDROLİK SİSTEMLERİN AVANTAJLARI
Hidrolik sistemler sessiz çalışırlar.
Hidrolik akışkanlar sıkıştırılamaz kabul edildikleri için
darbesiz ve titreşimsiz hareket elde edilir.
Yüksek çalışma basınçlarına sahiptir, bu sayede büyük
güçler elde edilir.
Hassas hız ayarı yapılabilir.
Hareket devam ederken hız ayarı yapılabilir.
Akışkan olarak hidrolik yağ kullanıldığı için aynı zamanda
devre elemanları yağlanmış olur.
Emniyet valfleri yardımıyla sistem güvenli çalışır.
Hidrolik devre elemanları uzun ömürlüdür.
28.02.2017 22 Yrd. Doç. Dr. Seyfi ŞEVİK
HİDROLİĞİN DEZAVANTAJLARI
28.02.2017 23 Yrd. Doç. Dr. Seyfi ŞEVİK
Hidrolik gücün depo edilebilirliği azdır.
Çevre kirliliğine neden olurlar. Sistemin ve yağın kirlenmesi
problemi vardır (contamination).
Yüksek basınç nedeniyle tehlike oluştururlar.
Hidrolik akışkanlar havaya karşı hassastır. Akışkan içindeki hava
gürültü ve titreşime yol açar ve düzenli hızlar elde edilmesi güçleşir.
Sistem, sıcağa ve soğuğa karşı duyarlıdır. Akışkan sıcaklığı 50 °C’yi
geçmemelidir.
Yüksek basınçta çalışacakları için, hidrolik devre elemanlarının
yapıları sağlam ve sızdırmaz olmalıdır. Bu nedenle hidrolik devre
elemanlarının fiyatları yüksektir.
Akışkanlarda sürtünme direnci yüksek olduğu için, hidrolik
akışkanlar uzak mesafelere taşınamaz.
28.02.2017 Yrd. Doç. Dr. Seyfi ŞEVİK 24
HİDROLİK AKIŞKANLAR
Prensip olarak her çeşit sıvı basınç enerjisini iletmek için
uygundur.
Ancak hidrolik sistemlerde akışkanlardan ilave özellikler
istenir.
Hidrolik sistemlerde kullanılan akışkanlar 4 grupta toplanır.
1. Su
2. Doğal yağlar
3. Yapay (Madeni) yağlar
4. Yağ ve Su çözeltileri
Hidrolikte kuvvet ve hareket iletimi hidrolik yağlarla
sağlanır. Bu yağlar genelde petrolden elde edilen yağlardır.
28.02.2017 Yrd. Doç. Dr. Seyfi ŞEVİK 25
1. Basınç enerjisini taşımak
2. Hareketli parçaları yağlamak
3. Soğutma, (Enerji dönüşümü (basınç kaybı) ile meydana gelen
ısının dışarı atılması
4. Basınç darbelerinden meydana gelen titreşimin sönümlenmesi
5. Metal parçaları korozyondan ve kavitasyondan korumak
6. Aşınma sonucu oluşan parçacıkların dışarı atılması
7. Sinyal iletimi
Basınç sıvılarının hidrolik tesislerdeki görevleri
28.02.2017 Yrd. Doç. Dr. Seyfi ŞEVİK 26
Video 3
Belgesel-Hidrolik Sistemler
Video 4
Hidrolik sistemler 2
Video 4a
Hidrolik sistemler 3
Video 3a
Kıyaslama
28.02.2017 Yrd. Doç. Dr. Seyfi ŞEVİK 27
28.02.2017 Yrd. Doç. Dr. Seyfi ŞEVİK 28
28.02.2017 29 Yrd. Doç. Dr. Seyfi ŞEVİK
28.02.2017 30 Yrd. Doç. Dr. Seyfi ŞEVİK
HİDROLİK ÜNİTE
28.02.2017 31 Yrd. Doç. Dr. Seyfi ŞEVİK
28.02.2017 32 Yrd. Doç. Dr. Seyfi ŞEVİK
Video 4b
Hidrolik ünite 2 Video 4c
HFW
Working Hydraulics
Video 4d
Hidrolik Sistem
Güç Ünitesi
28.02.2017 Yrd. Doç. Dr. Seyfi ŞEVİK 33
Sayfa 61-106
Manometre
Manometre, sistemdeki akışkanın basıncını gösteren ölçüm
elemanlarıdır. Değişik akışkan sitemlerinde farklı farklı tipleri
kullanılır.
Hidrolik devrelerde sıklıkla kullanılan Bourdon tipli
manometrenin çalışma prensibini inceleyelim.
Bu tip manometrelerde basınç hattından gelen basınçlı akışkan bir
bakır tüp içerisine girer bakır tüpün ucuna bir bağlantı çubuğu ve
çubuğunda önünde bir dişli mekanizması vardır. Artan basınçla
birlikte bakır tüp açılmaya çalışırken önünde bağlı olduğu çubuğu
çektirir, bu hareket dişli mekanizmasını tahrik ederek ibrenin
arkasındaki dişlinin dönmesini ve dolayısıyla da ibrenin
dönmesini sağlar.
28.02.2017 34 Yrd. Doç. Dr. Seyfi ŞEVİK
Basınç
28.02.2017 35 Yrd. Doç. Dr. Seyfi ŞEVİK
Video 4e.
Bourdon Pressure Gauge
28.02.2017 36 Yrd. Doç. Dr. Seyfi ŞEVİK
MANOMETRE
Durgun sıvıların sahip olduğu prensiptir. Aşağıdaki şekilde olduğu
gibi bir kapta bulunan sıvının tabanına yaptığı basınç, kabın şekline
bağlı olmayıp sıvının yoğunluğu ve yüksekliği ile doğru orantılıdır.
Başka bir ifade ile bir kap içerisinde bulunan sıvının kütlesinin,
yoğunluk, yükseklik ve yerçekimi ivmesine bağlı olarak kabın taban
yüzeyine yapmış olduğu basınçtır.
28.02.2017 37 Yrd. Doç. Dr. Seyfi ŞEVİK
1.1. Hidrostatik Basınç
P1 = P2 = P3 = P4
Yüksekliğe bağlı olarak sıvının tabana yapmış olduğu basıncı
hesaplamak için aşağıdaki formül kullanılır.
P = . g . h
Basınç = Yükseklik x Sıvı yoğunluğu x Yerçekimi ivmesi
P: Sıvının kabın tabanına yaptığı basınç
: Sıvı yoğunluğu (kg / m3)
g: Yerçekimi ivmesi (m/s2)
h: Sıvı yüksekliği (m)
Her bir kabın tabana yaptığı basınç aynı olmasına rağmen, taban genişliği
en fazla olan kap en çok kuvveti verir.
28.02.2017 38 Yrd. Doç. Dr. Seyfi ŞEVİK
Basınç Kuvveti
• Bir kapta bulunan sıvı, ağırlığının etkisi ile
dokunduğu bütün yüzeylere kuvvet uygular.
Sıvının, kabın herhangi bir yüzeyinin
tamamına uyguladığı kuvvete basınç kuvveti
denir.
28.02.2017 Yrd. Doç. Dr. Seyfi ŞEVİK 39
h : Yükseklik
: Sıvının yoğunluğu
g : Yerçekimi ivmesi
A : Yüzey alanı
F = . g . h . A
(P = . g . h olduğundan F= P . A
P=F/A )
28.02.2017 Yrd. Doç. Dr. Seyfi ŞEVİK 40
Atmosfer Basıncı
atmbarcmkgPa
atmPaPaP
P
hgρP
atm
atm
atm
11/1100000
1100000101396
76,081,913600
2
ρcıva = 13600 kg/m3 h = 0,76 m g=9,81 m/s2
Deniz seviyesinde, 0 °C’de, barometre ile yapılan
ölçümlerde cıva yüksekliği 760 mm olarak ölçülür.
Pa=kg/ms2= N/m2
28.02.2017 Yrd. Doç. Dr. Seyfi ŞEVİK 41
Deniz Seviyesi
Mutlak Sıfır Vakum Bölgesi
Pm Pg
Efektif
0 Bar
1 Bar
Pg = Gösterge (Manometre Basıncı) (Efektif Basınç)
Pm = Mutlak Basınç
Pm = Pg + Patm
28.02.2017 Yrd. Doç. Dr. Seyfi ŞEVİK 42
ÖRNEK 1
Bir hidrolik depoda yağın yoğunluğu 900 kg/m3, yağın depodaki
yüksekliği 80 cm ise tabandaki statik basıncı hesaplayınız.
barPaP
P
hgρP
s
s
s
070,02,7063
8,081,9900
NOT
Hidrolik sistemlerde statik basınç, yüksek çalışma basınçlarının
yanında dikkate alınmayacak kadar küçük olduğu için ihmal
edilirler.
Yoğunluğu 0,9 gr/cm3 olan hidrolik yağın üst seviyesi,
tabandan 65 cm yüksekliğindedir. Bu durumda yağın
tabana yapmış olduğu basıncı hesaplayınız. (Öncelikle
birimleri çevirmek gerekmektedir.)
28.02.2017 43 Yrd. Doç. Dr. Seyfi ŞEVİK
ÖRNEK 2
Video 5a.
Basınç dönüştürme
Video 5b.
Basınç-akış
28.02.2017 Yrd. Doç. Dr. Seyfi ŞEVİK 44
Yoğunlukları Farklı ve Birbirine Karışmayan Sıvıların Yaptıkları Basınçlar
A noktasındaki sıvı basıncı: B noktasındaki sıvı basıncı:
PA = h2 . 2 . g PB = h1 . 1 . g + h2 . 2 . g
Birbirine karışmayan sıvıların bulunduğu kaptaki sıvı basıncı,
her bir sıvının oluşturduğu basınçların toplamı ile bulunur.
28.02.2017 Yrd. Doç. Dr. Seyfi ŞEVİK 45
http://mm.uludag.edu.tr/wp-content/uploads/2013/03/seminer3.pdf
28.02.2017 Yrd. Doç. Dr. Seyfi ŞEVİK 46
http://mm.uludag.edu.tr/wp-content/uploads/2013/03/seminer3.pdf
Hidrodinamik basınç, dinamik basınçtır. Hareketli sıvıların sahip
olduğu prensiptir.
1) Hidrolik Kuvvet İletimi
F1 kuvvetinin uygulandığı küçük kesitli piston az bir kuvvetle, diğer
büyük kesitli yük pistonunu kaldırarak büyük (F2) kuvvetler elde
edildiği görülmektedir.
28.02.2017 47 Yrd. Doç. Dr. Seyfi ŞEVİK
1.2. Hidrodinamik Basınç
2) Pascal Kanunu
Basınç, birim yüzeye düşen kuvvettir. Kapalı bir kapta bulunan
akışkana herhangi bir F kuvveti uygulandığında, oluşan basınç
(sıvının ağırlığı ihmal edilmesi ve sızıntı olmaması kaydıyla) kabın
her yerinde aynıdır.
P =
P= Basınç (bar)
F= Kuvvet (N)
A= Yüzey alanı (m²)
F
A
Hidrolikte basınç birimi olarak Pascal,
Bar, kg/cm² en çok kullanılan basınç
birimleridir.
28.02.2017 48 Yrd. Doç. Dr. Seyfi ŞEVİK
Video 4f
Pascal
28.02.2017 Yrd. Doç. Dr. Seyfi ŞEVİK 49
P = Basınç (bar)
F = Kuvvet (kg)
A = Alan (cm²)
Pascal Yasası:
Bir kabın içerisindeki sıvıya,
kabın herhangi bir yüzeyinden
uygulanan kuvvet sonucu oluşan
basınç, sıvı tarafından tüm
yönlere ve yüzeylere aynı
değerde iletilir.
(Yer çekimi ve sıkıştırılabilirlik
ihmal ediliyor)
A
FP
(FluidSIM-H-3)
28.02.2017 Yrd. Doç. Dr. Seyfi ŞEVİK 50
Kapalı kaplar içerisindeki basıncın her noktada eşit olma özelliği
ve akışkanların sıkıştırılamaz özelliğinden yola çıkılarak
geliştirilmiştir.
3) Kuvvet Artırma Prensibi
Şekil.1.4. Pascal Kanunu
F1= Pistona etki eden kuvvet (Kgf)
F2= İş pistonuna etki eden kuvvet (Kgf)
A1= Kuvvet pistonu yüzey alanı (cm²)
A2= İş pistonu yüzey alanı (cm²)
S1= Kuvvet pistonu yer değiştirme mesafesi (cm)
S2= İş pistonu yer değiştirme mesafesi (cm) 28.02.2017 51 Yrd. Doç. Dr. Seyfi ŞEVİK
Video 5c
Piston, denge
Video 5d
Hidrolik kriko
nasıl çalışır
Yukarıdaki şekilde uygulanan kuvvet sonucu oluşan basınç her yerde
aynı olduğundan;
Pistonlarda oluşan yer değiştirme (S1, S2) ile alanlar arasında ters
orantı vardır.
S1
S2
A2
A1
=
Kuvvet pistonu ile yük pistonun yaptığı iş bir birine eşittir.
W1 = F1 X S1 W2 = F2 X S2
28.02.2017 52 Yrd. Doç. Dr. Seyfi ŞEVİK
1
11
A
FP
2
22
A
FP
21 PP 2
2
1
1
A
F
A
F
28.02.2017 Yrd. Doç. Dr. Seyfi ŞEVİK 53
Kuvvet Artırma Prensibi
V = Hacim (cm3)
S = Strok (cm)
A = Alan (cm²)
111 SAV
21 VV
222 SAV
2211 SASA (Flu1dSIM-H-4)
(FluidSIM-H-5)
S1
S2
A2
A1
= = P1
P2
P1 x A1 F1= F2 =
P1
P2
A2
A1
= P2 x A2
28.02.2017 54 Yrd. Doç. Dr. Seyfi ŞEVİK
4) Basınç Yükseltici
Farklı çaplara sahip iki piston bir kol yardımıyla birbirlerine
bağlanıp kolun herhangi bir tarafına F1 kuvveti uygulanırsa diğer
tarafta oluşacak F2 kuvveti de F1'e eşit olur. Böylece farklı yüzeyler
nedeniyle iki farklı P1 ve P2 basıncı oluşur. Buna basınç çevrimi
denir.
28.02.2017 55 Yrd. Doç. Dr. Seyfi ŞEVİK
Basınç Çevrimi;
5) Hidrodinamik Prensipler
Hidrodinamik prensiplerde akışkan hareket halindedir. Dolayısıyla
etkin parametreler zaman, hız, debi kavramları hesaplamalarda göz
önüne alınmalıdır.
Debi
Birim zamanda geçen akışkan miktarıdır. Simgesi (Q) dur. Ölçü aleti
debimetredir. Birimi litre/dakika (lt/dak)’dır.
Q = A. n
Q = Debi (m3/sn) A = Kesit Alan (m2) n = Hız (m/sn)
28.02.2017 56 Yrd. Doç. Dr. Seyfi ŞEVİK
Vg (iletim hacmi): cm3
n (devir sayısı): devir/dak.
Q (debisi): litre/dak.
Hidrolik pompalar; temelde artan hacimde emiş, azalan hacimde
de sıkıştırma yaparak hidrolik yağın transferini sağlarlar. Farklı
konstrüksiyonlara sahip bu prensip üç tip pompa için de
geçerlidir.
1 m3 = 1000 dm3
1 m3 = 1000 000 cm3
1 lt = 1000 cc = 1000 cm3
Hacim ölçüleri 1000'er 1000'er artar ve azalır.
1.4 motor = 1400cc= 1.4 lt => 130-150 Nm tork
28.02.2017 57 Yrd. Doç. Dr. Seyfi ŞEVİK
Farklı Kesitlerdeki Akış (Süreklilik Denklemi)
V= hacim (m3) s= yol (m)
v = hız (m/s) t= zaman (s)
A= kesit alanı (m2)
28.02.2017 58 Yrd. Doç. Dr. Seyfi ŞEVİK
Q1 =Q2 =Q3 A1.V1 = A2 .V2 = A3 .V3
Newtonyen (Newtonian) akışkanlar
28.02.2017 Yrd. Doç. Dr. Seyfi ŞEVİK 59
Navier-Stokes denklemleri
Süreklilik Denklemi
28.02.2017 Yrd. Doç. Dr. Seyfi ŞEVİK 60
Süreklilik denklemi (sıkıştırılamazlık kabulü ile):
Debi Q = V / t (m3/s)
Hacim V=A .s (m3)
Q = A .s / t Q = A .v (m3/s)
Q1 =Q2 =Q3 A1 .v1 = A2 .v2 = A3 .v3
V
Süreklilik Denklemi
V= hacim (m3)
s= yol (m)
t= zaman (s)
v = hız (m/s)
A= kesit alanı (m2)
Özet olarak; Giren = Çıkan
28.02.2017 61 Yrd. Doç. Dr. Seyfi ŞEVİK
Şekilde görüldüğü gibi Bernoulli denklemine göre boru
içerisindeki akışkanın hızı düştüğünde basıncı artar, hızı arttığında
ise basıncı düşer.
Hız ve Basınç Arasındaki İlişki
28.02.2017 62 Yrd. Doç. Dr. Seyfi ŞEVİK
BERNOULLİ DENKLEMİ
28.02.2017 Yrd. Doç. Dr. Seyfi ŞEVİK 63
Bernoulli Denklemi
Akışkan sistemlerde en önemli parametrelerden biri viskozitedir. Viskozite,
sıvının akmaya karşı gösterdiği dirençtir, boru ve bağlantı elemanlarındaki
kayıplar akışkan enerjisini düşürür. Bu, basınç kaybı olarak nitelendirilir.
Bu kullanılamayan enerji ısı enerjisine dönüşür. Şekilde, bir borudaki akışta
basınç kayıpları görülmektedir. Sabit kesitli bir boru içi akış sisteminde,
Bernoulli denklemine göre, akış hızı süreklilik denkleminden dolayı sabit
kalacağından, sürtünmenin etkisinin basınç düşümüne neden olacağı
görülür. Basınç Kayıpları
28.02.2017 64 Yrd. Doç. Dr. Seyfi ŞEVİK
Örnek: Küçük çaplı kesiti 10 cm2 olan bir boru içinden geçen akışkanın hızı
4,2 m/s’dir. Boru kesiti 25 cm2 ’ye büyütüldüğünde akışkanın hızı ne olur?
İstenen V1= ?
Verilenler
A1= 25 cm2 A2= 10 cm2 V2= 4,2 m/s = 420 cm/s
Çözüm
A1 . V1 = A2 . V2 10 . 420 = 25 . V1
V1 = 4200/25 → V1 = 168 cm/s = 1,68 m/s
28.02.2017 65 Yrd. Doç. Dr. Seyfi ŞEVİK
28.02.2017 Yrd. Doç. Dr. Seyfi ŞEVİK 66
28.02.2017 Yrd. Doç. Dr. Seyfi ŞEVİK 67
28.02.2017 Yrd. Doç. Dr. Seyfi ŞEVİK 68
28.02.2017 Yrd. Doç. Dr. Seyfi ŞEVİK 69
28.02.2017 Yrd. Doç. Dr. Seyfi ŞEVİK 70
28.02.2017 Yrd. Doç. Dr. Seyfi ŞEVİK 71
AKIŞ ÇEŞİTLERİ
Boru çapı ve akış hızına bağlı olarak laminer ve türbülans olarak
üzere 2 çeşit akış vardır. Sıvılar belirli bir kritik hıza ulaşıncaya
kadar boru içersinde laminer olarak akarlar. En orta kısımda
maksimum hız vardır. Boru ile temas halindeki kısımda ise hız
sıfırdır. Aşağıdaki şekilde boru içindeki laminer akış görülmektedir.
Laminer Akış
28.02.2017 72 Yrd. Doç. Dr. Seyfi ŞEVİK
Hızın arttırılması durumunda kritik hızdan sonra akış şekli değişir ve
türbülanslı akış oluşur. Aşağıdaki şekilde boru içindeki türbülanslı
akış görülmektedir. Kritik hız sıvının viskozitesi ve borunun kesitine
bağlıdır.
Türbülanslı Akış
28.02.2017 73 Yrd. Doç. Dr. Seyfi ŞEVİK
REYNOLD SAYISI (BİRİMSİZ)
28.02.2017 74 Yrd. Doç. Dr. Seyfi ŞEVİK
Re : Reynolds sayısı (Birimsiz)
v : Akış hızı (cm/s)
d : Boru iç çapı (cm)
: Dinamik vizkosite (cm²/s)
: Kinematik vizkozite (cm²/s)
Re= . v. d = v. d
28.02.2017 Yrd. Doç. Dr. Seyfi ŞEVİK 75
• Hatlardaki akışkan hızı için v-kritik olarak aşağıdaki
değerler tavsiye edilir.
• Basınç hattı
• 50 bar işletme basıncına kadar 4.0 m/sn
• 100 bar işletme basıncına kadar 4.5 m/sn
• 150 bar işletme basıncına kadar 5.0 m/sn
• 200 bar işletme basıncına kadar 5.5 m/sn
• 300 bar işletme basıncına kadar 6.0 m/sn
• Emme hattı 1.5 m/sn
• Dönüş hattı 2 m/sn
SÜRTÜNME VE BASINÇ DÜŞMESİ
Hidrolik enerjinin taşınması sırasında boruların iç yüzeylerinde ve
sıvı içersinde sürtünme sonucu ısı oluşur. Hidrolik enerjinin
taşınmasında kayıplar meydana gelir. Yani hidrolik enerji ısı
enerjisine dönüşür. Şekilde görüldüğü gibi sistemde basınç kaybına
yol açar. Sürtünme ve Basınç Düşmesi
28.02.2017 76 Yrd. Doç. Dr. Seyfi ŞEVİK
Sürtünme büyüklüğü ve buna bağlı olarak da basınç kaybı aşağıdaki
etkenlere bağlıdır.
Boruların uzunluğu
Boruların kesiti
Boruların iç yüzeylerinin düzgünlüğü
Borulardaki büküm sayısı
Akış hızı
Sıvının viskozitesi
28.02.2017 77 Yrd. Doç. Dr. Seyfi ŞEVİK
28.02.2017 Yrd. Doç. Dr. Seyfi ŞEVİK 78
Borularda Meydana Gelen Basınç Kayıpları
2
2v
d
lP
ΔP : Borularda meydana gelen basınç kaybı (Pa)
l : Boru boyu (m)
d : Boru anma çapı (m)
ρ : Akışkan yoğunluğu (kg/m3)
v : Akışkan hızı (m/sn)
Re
75
4/1Re
316,0
Laminer akış
Türbülaslı akış
1cSt = 1cm2/sn=10-6 m2/sn
28.02.2017 Yrd. Doç. Dr. Seyfi ŞEVİK 79
Dirseklerde, T şeklindeki bağlantılarda, valflerde vs. akış yönünün değiştirilmesi ile birlikte oldukça büyük basınç kayıpları meydana gelir. Bu tip kayıplar bağlantı elemanlarının geometrik şekline ve hacimsel debinin büyüklüğüne bağlıdır.
Yerel Basınç Kayıpları
2
2
V
Pf
ΔPf : Yerel basınç kaybı (Pa)
ξ : Kayıp Katsayısı (Birimsiz)
ρ : Akışkan yoğunluğu(kg/m3)
V : Akışkan hızı(m/sn)
28.02.2017 Yrd. Doç. Dr. Seyfi ŞEVİK 80
TABLO: Türbülanslı Akış İçin ξTürbülans Değerleri
TABLO: Laminer Akış İçin Düzeltme Faktörü
Re 2300 2000 1500 1000 750 500 250 100 50 25 10
b 1 1,05 1,15 1,25 1,4 1,5 3 7,5 15 30 70
28.02.2017 Yrd. Doç. Dr. Seyfi ŞEVİK 81
P P1 P2
P3
P4
ΔP1 ΔP2
ΔP3
R1 R2
R3
P3 = P4 + ΔP3
P2 = P3 + ΔP2 = P4 + ΔP2 + ΔP3
P1 = P2 + ΔP1 = P4 + ΔP1 + ΔP2 + ΔP3
ΔPT = ΔP1 + ΔP2 + ΔP3
P1 = P4 + ΔPT
100 metre hidrolik boruda ne kadar basınç kaybedilir?
Büyük bir güç ünitesi ile çok sayıda valf bloğunu beslemek, her valf
bloğu için ayrı ayrı güç ünitesi tesis etmeye göre avantajlı olduğu
durumlar olabilir. Bu tip tesislerde kaçınılmaz olarak basınçlı hidrolik
hatların, pilot basınç hatlarının yada düşük basınçlı dönüş hatlarının
metrelerce mesafe kat etmesi gerebilir. Boru içerisindeki akışkanı bir
noktadan başka bir noktaya taşıyabilmek için yatayda dahi olsa sürtünme
dirençlerini yenmemiz gerekir. Bunun doğal sonucu olarak da boruya
giren akışkanın basıncı çıkan akışkanın basıncından yüksek olacaktır
arada kaybolan basınç enerjimiz ısı enerjisine dönüşecektir. Peki böyle
bir durumda borularda ne kadar basınç kaybedileceği nasıl tespit
edebilir?
28.02.2017 82 Yrd. Doç. Dr. Seyfi ŞEVİK
100 metre hidrolik boruda ne kadar basınç kaybederiz?
Bu sorunun cevabını vermek için bir çok parametreye ihtiyacımız vardır.
Borunun çapı ve malzemesi nedir? Sistem debisi Nedir? Başlangıç noktası
ile bitiş noktası arasında kot farkı var mıdır? Nakledilen akışkanın fiziksel
parametreleri nelerdir? Tüm bunları bilmemiz gerekir yani maalesef ki 10
metre boruda x bar kadar, 100 metre boruda 10x kadar bar basınç kaybedilir
gibi kısa bir hesap yapmak mümkün değil.
Örnek:
Kullanılacak yer: Basınç Hattı - yağ sıcaklığı 40 °C
Kullanılacak akışkan: ISO VG 46 Mineral yağ (40 °C de ѵ = 46 mm²/s)
Boru iç çapı: 30 mm
Sistem debisi: 120 lt/dak
28.02.2017 83 Yrd. Doç. Dr. Seyfi ŞEVİK
28.02.2017 Yrd. Doç. Dr. Seyfi ŞEVİK 84
İç çapı 30 mm boru için boru kesit alanı hesaplanıp sistem
debisi mm³/s biriminde soldaki süreklilik denkleminde yerine
konulursa boru içi akışkan hızı bulunur.
Boru içi akış hızı: 2830 mm/s
hesaplanan bu boru akış hızı ve 46 mm²/s viskozite değerine göre
Reynold sayısı hesaplanır.
• Örnek:
• Akışkan yoğunluğu: 891 kg/m3
• Boru boyu: 100 m
• Boru çapı: 0,03 m
• Akışkan hızı: 2.83 m/s
• Yukarıdaki değerler formülde yerine konulursa basınç kaybı,
• ΔP=478280 Pascal => ΔP= 4,78 Bar olarak bulunur.
Görüldüğü gibi boru içi basınç kayıpları bir çok değişkene
bağlı olup örneğimizde 100 metrede 5 bar civarı bir kayıp
çıkarken boru çapı yada sistem debisinin farklı olması
halinde çok daha büyük yada küçük basınç kayıpları ile
karşılaşılabilir.
Yine bu hesapları yaparken unutmamız gereken bir noktada
yerel kayıpların hesaba dahil edilmemiş olmasıdır. Düz bir
boru için hesap yapılmıştır. Hat üzerinde dirsekler, çeşitli
açılarda dönüşler, T bağlantılar yada herhangi bir valf var ise
bunların oluşturacakları dirençler ayrı ayrı hesaplanıp
toplanarak basınç kaybına ilave edilmelidir.
28.02.2017 85 Yrd. Doç. Dr. Seyfi ŞEVİK