İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ …cdn.istanbul.edu.tr/FileHandler2.ashx?f=201819makinelab2... · 6. Tablolar ve/veya Şekiller sayfanın

İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ

MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

MAKİNE LABORATUVARI II

DENEYLER:

1. TEK KADEMELİ MEKANİK BUHAR SIKIŞTIRMALI SOĞUTMAÇEVRİMİNİN LOG P-H DİYAGRAMI ÜZERİNDEN ANALİZİ

2. BORU BASINÇ KAYIPLARI3. ÇEKME DENEYİ4. ISI İLETİMİ DENEYİ5. SERİ/PARALEL SANTRİFÜJ POMPA DENEYİ6. TERMOELEMAN - DOĞAL VE ZORLANMIŞ ISI TAŞINIMI7. VİDA VERİMİNİN BELİRLENMESİ8. MEKANİK TİTREŞİMLER

2019

1

DENEY RAPORLARININ HAZIRLANMASINDA UYULMASI GEREKEN GENEL KURALLAR

1. A4 boyutunda çizgisiz kağıt kullanılacaktır.2. Kağıdın sol, üst ve alt taraflarından 3’er cm ve sağ tarafından 2 cm kenar boşluğu

bırakılacaktır.3. Deney raporları mavi tükenmez kalem kullanılarak, okunaklı biçimde el ile

yazılacaktır.4. Cümleler kısa ve imla kurallarına uygun olmalıdır.5. Ana başlıklardan sonra en fazla iki alt başlık kullanılacaktır.

Örnek: 1. Ana başlık1.1 Alt Başlık 1

1.1.1 Alt Alt Başlık 1 1.1.2 Alt Alt Başlık 2

6. Tablolar ve/veya Şekiller sayfanın başında veya sonunda, sayfaya ortalanmış biçimdeyer almalı, metin arasında olmamalıdır.

7. Tablo başlıkları tablo üzerinde, şekil başlıkları ise şeklin altında numaralandırılarakyazılmalıdır.

Şekil 1. Kuvvet-Zaman eğrisi 8. Tablo ve/veya Şekiller ile ilgili hesaplamalar uygun ofis programları (Word, Excel,

MATLAB, vb.) kullanılarak hazırlanacaktır.9. Denklemler uygun ofis programı (MS equation editor, MathType, MathCad, vb.) ile

yazılmalıdır.10. Raporun hazırlanması sırasında kullanılan kaynakların yazımı aşağıda verilen biçime

uygun olmalıdır.a. Kaynaklar makale içerisinde atıf sırasına göre köşeli parantez içerisinde [1]

şeklinde numaralandırılmalıdır. Kaynaklar bölümü bu sıra ile yazılmalıdır.b. Yararlanılan eserler kaynaklarda gösterilirken aşağıdaki örneklere uygun

olarak yazılmalıdır.Yararlanılan eser bir makale ise;

Arslan Y, Tan MB, 1997, Kas kuvvetlerinin sonlu elemanlar yöntemi ile analizi, Makine Mühendisliği Dergisi, 21, 1257-1260.

Bildiri ise; Arslan Y, Ran NH, 1968, Kas kuvvetlerinin optimizasyon ile analizi, 15. Makine Mühendisliği Kongresi, Eskişehir, Türkiye, 1257-1260.

Kitap ise; Arslan Y, Sürmeli C, 2013, Kas kuvvetlerinin analizi, Cengiz Yayınevi, Eskişehir, Türkiye

Tablo 1. Deney verileri.

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 1000

5

10

15

20

25

30

Hareket süresi (ms)

Kuv

vet (

N)

Yeni metod ile kestirilen FSOL

Yeni metod ile kestirilen FMG

Klasik metod ile kestirilen FSOLKlasik metod ile kestirilen F

MGGerçek FSOLGerçek F

MG

2




DENEY NO: 1

TEK KADEMELİ MEKANİK BUHAR SIKIŞTIRMALI SOĞUTMA ÇEVRİMİNİN LOG P-H DİYAGRAMI ÜZERİNDEN ANALİZİ

Öğretim elemanı adı ve soyadı : Öğrenci adı ve soyadı : Öğrenci numarası : Grup no : Deneyin yapılış tarihi ve saati : Deney raporu teslim tarihi ve saati :

3

TEK KADEMELİ MEKANİK BUHAR SIKIŞTIRMALI SOĞUTMA ÇEVRİMİNİN LOG P-H DİYAGRAMI ÜZERİNDEN ANALİZİ

1. Giriş

Tek kademeli buhar sıkıştırmalı mekanik soğutma sistemlerinde ortam sıcaklığının istenilen

düzeyde tutulabilmesi için soğutucu akışkana dışarıdan bir iş verilmesi gerektiği hatırlanırsa,

soğutucu akışkana verilen işin ne kadarının ortam sıcaklığını istenilen düzeyde tutulabilmesi

için harcandığı bilinmelidir.

Bir soğutma sisteminin, soğutulmakta olan hacim veya hacimlerden transfer ettiği ısı

miktarına sistem kapasitesi veya soğutma yükü denir. Sistem kapasitesi kW (kJ/sn), Kcal/h

veya BTU/h birimleri cinsinden ifade edilir. Gerçek kapasite değerlerinin, TS EN 814’ e göre

T1 şartlarında test edilip belgelendirilmesi gerekir.

2. Deney

2.1. Deney düzeneği

S-805 Saydam Soğutma Eğitim Seti Şeması

kompresör

Saydam kondenser

Saydam evaporatör

Sıvı

depo

su

Filtre

-kuru

tucu

Kılcal boru

4

Teknik Özellikler MALZEMENİN ADI TANIMI Kompresör Embraco EM30HHR Kondenser 10x6,5 mm-3,5 m pnömatik hortum Kondenser fanı Sarex radyal fan 24cm Evaporatör 10x6,5 mm-3,5 m pnömatik hortum Evaporatör fanı Sarex radyal fan 24cm Kılcal boru 800 mmx2,05mm Filtre-kurutucu 20 gram, silikagel Sıvı deposu 20x165 mm bakır boru Basınç göstergeleri Gömme tip REFCO Sıcaklık göstergesi ESM 3710 Sıcaklık duyargaları PTC dişli tip, 4 adet

2.2. Deneyin amacı

Basınç ve sıcaklık değerlerini soğutma sistemi üzerinden elde ederek, tek kademeli mekanik

buhar sıkıştırmalı soğutma çevrimine ait logP-h diyagramını çizmek ve sonuçlarını

yorumlamak.

2.3. Deneyin öğrenme çıktıları

Öğrenciler, çalışan bir soğutma sistemi üzerinden veri elde edip, bu verileri hesap ve yazılım

kullanarak yorumlama becerisi kazanacaklardır. Sistemi enerji verimliliği açısından analiz

edebilme yeteneği elde etmeleri beklenmektedir.

5

3. Teori

3.1. Log P-h diyagramı

Diyagramda soğutucu akışkan, kondenser çıkışında (3) noktasında doyma doymuş sıvı,

evaporatör çıkışında (1) noktasında ise doymuş buhar halindedir. İdeal bir soğutma çevrimi bu

diyagramdaki gibi çalışmaktadır. Fakat, uygulamada dış havanın ve soğutulan hacmin

sıcaklığının değişken olması diyagramdaki doyma eğrilerinden sapmalara neden olmaktadır.

Soğutulan hacim, sürekli olarak yüksek ısı kaynağı çevre havasının ve diğer ısı kaynaklarının

etkisi altındadır. Soğutulacak hacimdeki ısı kazançlarına göre soğutma yükü belirlenip, bu

ısının soğutulan hacimden uzaklaştırılabilmesi için, yoğuşma ve buharlaşma sıcaklıklarına

göre evaporatörde birim zamanda dolaştırılacak akışkan miktarını belirlemek gerekecektir.

Soğutma yükü, ısı kazançları hesaplanıp bulunduğuna göre, sistemin doymuş buhar halindeki

özgül entalpisi ve sıvı halindeki entalpisi termodinamik tablodan bulunarak, aşağıdaki eşitlik

yardımıyla sistemde dolaştırılması gereken akışkan miktarı bulunabilir.

Q0 =mr.(h1 – h3,4 )

Q0 =Sistem kapasitesi

mr =Sistemde dolaştırılması gereken akışkan miktarı ( kg/h)

h1 =Soğutucu akışkanın evaporatör çıkışında doymuş buhar halindeki ısı tutumu

h3,4 =Soğutucu akışkanın kondenser çıkışında doymuş sıvı halindeki ısı tutumu

h3 h2 h5 h1

1

2 5

4

3

Kritik Nokta

Yoğuşma

Buharlaşma Gen

leşm

e

Mut

lak

Bas

ınç

(bar

)

P

h kJ/kg

6

hkgkJkg

hkJ

kgkJhkJ

hhQm o

r ///

4,31

4,310 hhmQ r

3.2. Kompresör Kapasitesi

Kompresör kapasitesi sistemdeki soğutucu akışkan buharını emip kondensere basabilecek

değerde olmalıdır. Soğutucu akışkanın hareket hacmi sistem kapasitesine göre oluştuğundan

herhangi bir soğutma devresi için kompresör kapasitesi sistemin soğutma kapasitesine eşit

olmalıdır.

Herhangi bir sebeple sistemde kompresör değişimine gidildiğinde, yeni kompreörün aynı

kapasite değerlerinde olmasına dikkat edilmelidir. Kompresör kapasitesi soğutma

kapasitesinden küçük olursa buharlaşma sıcaklığı ve basıncı yükselerek yeterli soğutma

yapılamadığı gibi kompresörde zorlanma olur.

Kompresör kapasitesi sistemin soğutma kapasitesinden büyük olursa, buharlaşma sıcaklığı ve

basıncı düşer. Hatta alçak basınç tarafı vakuma inerek muhtemel bir kaçak durumunda

sisteme atmosfer havası sızabilir. Bu durumda soğutma devresinde soğutucu akışkanla birlikte

atmosfer havası dolaştığı için soğutma tesirini düşürdüğü gibi yeterli kapasitede soğutma

yapamayarak kompresör işini artırır.

Soğutma sistemlerinde yoğuşma sıcaklığının ve buharlaşma sıcaklığının sabit olmaması,

sistem kapasitesini de değişken haline getirmektedir. Bu değişkenliği en az değerde tutmak

için kompresör devir sayısını yüke göre değiştiren sistemler ve buharlaşma basıncını otomatik

veya elle sabit tutacak basınç regülatörleri geliştirilmiştir.

3.3. Şıkıştırma işlemi

Sıkıştırma işleminde P-h diyagramında görüleceği üzere doymuş buhar noktası 1’de emilen

soğutucu akışkan buharı kompresör tarafından 2 noktasına kadar basılarak soğutucu akışkanı

kızgın buhar haline dönüştürülür. Bu sıkıştırma işlemi sırasında kompresöre verilen işin ısı

eşdeğeri;

kgkJhhqy /12

Sistemde (m) kg soğutucu akışkan dolaştırılıyorsa;

hkJkgkJ

hkghhmQ ry /12

7

3.4. Yoğuşma İşlemi

P-h diyagramından görüleceği üzere, [2] noktasında kızgın buhar halindeki soğutucu akışkan,

q2,3 ısının bir miktarını atmosfer havası veya suya transfer edip entalpisi (h2-h5) kadar azalarak

[5] noktasında doymuş buhar haline dönüşmüştür. [5]noktasında doymuş buhar haline gelen

soğutucu akışkan, q2,3 ısısının kalan kısmını da yoğuşturma ortamına transfer ederek 3

noktasınında doymuş sıvı haline gelerek entalpisi (h2-h3) kadar azalır. P-h diyagramında

entalpideki toplam değişme (h2-h5)+(h2-h3) veya 32 hh kadardır.

Kondenser tarafından yoğuşturma ortamına transfer edilen birim ağırlıktaki soğutucu akışkan

için yoğuşma ısısı qk=h2-h3, kJ/kg

Sistemde m(kg) soğutucu akışkan dolaştırılıyorsa, kondenser yoğuşturma kapasitesi;

hkJkgkJ

hkghhmQ rk /,32

olur.

4. Deneyin Yapılışı

1. Ana şalteri açın.

2. Şalterleri yardımıyla kompresör ve evaporatör/kondenser fanlarını çalıştırın.

3. Sistemin kararlı hale gelmesi için belli bir süre bekleyin.

4. Çevrim köşe noktalarındaki sıcaklıları (t1 ile t4 arası) tabloya kaydedin.

5. Alçak taraf ve yüksek taraf basınçlarını tabloya mutlak değer olarak kaydedin (Manometre

basınçlarına atmosfer basıncı olarak 1 bar ilave edin).

6. Ekteki log P-h diyagramı üzerinde aşağıdaki işlem sırasına göre diyagramı çizin:

1 noktasının bulunması: Bu nokta alçak taraf basıncı (P1) ile kompresör emme hattı sıcaklığı (t1)’in çakıştırılmasıyla bulunur. 2 noktasının bulunması: Yüksek taraf basıncı (P2) ile kompresör basma hattı sıcaklığı (t2) çakıştırılarak bulunur. 3 noktasının bulunması: Yüksek taraf basıncı (P2) ile kondenser çıkış sıcaklığı (t3) çakıştırılarak bulunur. 4 noktasının bulunması: 3 noktasından aşağıya doğru inilerek alçak taraf basıncı (P1) ile kesiştirilerek bulunur.

8

5. Raporun hazırlanması

Deneyin sonunda hazırlanacak raporda,

1. Deneyin amacı ve yapılışı kısaca anlatılacak.

2. Devre şeması çizilecektir.

3. Ölçüm değerleri (sıcaklık-basınç) tablo olarak verilecektir.

4. CoolPack yazılımının “Refrigeration Utilities” sekmesi kullanılarak tablo değerleri

yazılıma girilecek ve sonuçlar yazıcı çıktısı olarak rapora eklenecektir.

5. Sonuçlar yorumlanacaktır.

Tablo 1. Deney ölçüm verileri.

Ölçüm No 1 2 3 4

Alçak taraf (emme hattı) basıncı, P1 [bara]

Yüksek taraf (basma hattı) basıncı,P2 [bara]

Kompresör emme hattı sıcaklığı, t1 [ C]

Kompresör basma hattı sıcaklığı, t2 [ C]

Sıvı hattı sıcaklığı, t3 [C]

Genleşme hattı sıcaklığı, t4 [ C]

6. Raporların hazırlanması sırasında okunabilecek ek kaynaklar ve yazılımlar

1. Nuri Özkol, Uygulamalı Soğutma Tekniği, MMO Yayın No:115.

2. Recep Yamankaradeniz, Soğutma Tekniği ve Isı Pompası Uygulamaları, Dora

Yayıncılık, 2009.

3. Soğutma Tesisatı, Makina Mühendisleri Odası, Yayın No: MMO/2001/295

4. http://www.ipu.dk/English/IPU-Manufacturing/Refrigeration-and-energy-

technology/Downloads/CoolPack.aspx

9

10

Tablo 2 - R-134a soğutucu akışkanın doyma tablosu (basınçlar mutlaktır)

11




DENEY NO: 2

BORU BASINÇ KAYIPLARI Öğretim elemanı adı ve soyadı : Öğrenci adı ve soyadı : Öğrenci numarası : Grup no : Deneyin yapılış tarihi ve saati : Deney raporu teslim tarihi ve saati :

12

BORU BASINÇ KAYIPLARI

1. Giriş

Enerjinin korunumu prensibi gereğince bir borudaki veya kontrol hacmindeki ideal ve gerçek

akışında enerji kayıplarının olmaması gerekir. İdeal bir sıvı akışı halinde enerji dönüşümleri

sadece bunlar arasında oluşur;

1. Akış işi (basınç yüksekliği)

2. Kinetik enerji (hız yüksekliği)

3. Potansiyel enerji (potansiyel yükseklik)

Bütün enerji formlarının (biçimleri) hepsi kullanışlı olup kullanışlı bir enerji çıkışına

dönüştürebilir veya sıvı akışında kullanılabilir(basınçlı tanklar içinde).

Gerçek sıvılar olması durumunda, sıvı akışı durumunda moleküller arasında sürtünme oluşur.

Bu sürtünme iki ana nedenden dolayı ortaya çıkmaktadır.

Akışın akıntı dışı doğası

Sıvı viskozitesi sonucu sıvı sürtünmesi

Moleküller arasında sürtünme sonucu gerçek sıvılarda enerjinin dördüncü bir biçimi ortaya

çıkar, sıvıların iç enerjisinin transfer olan bir enerji olarak isimlendirilir. Sonuç olarak bu

enerji sonucu sıvı ısınır. Bu enerji transferi genellikle denetlenmediğinden “kayıp” olarak

kabul edilir. Çünkü sıvıdaki sıcaklık artışı çok küçüktür ve hızla yüzeylerden dağılır. Örnek

olarak 10m’lik basınç kaybı su sıcaklığında sadece 0,0230C yükselmeye yol açar.

13

2. Deney


mini küresel vana

diskli vana

şiber vana

kosva vana çalpara çek valf

pislik tutucu

köşe

tipi ra

dyatö

r va

nası

900 dirsek 32 mm

Te bağlantı

U bağlantı 450 dirsek

sayaç

debi

metre

basınç regülatörü yaylı çek valf

küresel vana

25 mm

20 mm

25 m

m

pompa

su tankı

Fark

basın

ç gö

sterg

esi

Şekil 1: Deney Düzeneği

14

2.2 Deneyin amacı Sıvı akışkan hatlarında kullanılan ve akım çizgilerini geometrik olarak değiştirerek kısıtlayan

yerel bağlantı cihazlarındaki basınç kayıplarını ölçmek. Bu ölçüm değerlerine bağlı olarak

yerel kayıp katsayısı K değerini hesaplayabilmek.

2.3 Deneyin öğrenme çıktıları

Bu deney ile öğrenci akışkanlar mekaniğinde önemli bir konu olan borulardaki yerel basınç

kayıplarının hesaplanması konusunda deneysel olarak yeterli bilgi birikimine sahip olacaktır.

3. Teori

Borularda akış kayıplarını hesaplamak için en kullanışlı formüllerden biri Darcy-Weisbach

denklemidir (Darcy eşitliği olarak da bilinir).

g2

u.dL.fH

2

L (1)

Burada;

HL = basma kaybı (m akışkan akışı)

L = borunun uzunluğu (m)

u = ortalama anma akış hızı (m/s)

g = yer çekim ivmesi (m/s2)

f = boyutsuz sürtünme faktörü

1 Pano boyutları 1800x1200 mm

2 Pano malzemesi Polyester

3 Deneysel ölçüm sayısı 15

4 Debi ölçüm aralığı 0-1000 L/h

5 Boru malzemesi ve çapı PPRC-25 mm

6 20 mm PPRC boru iç çapı 12,5 mm

7 25 mm PPRC boru iç çapı 16 mm

8 32 mm PPRC boru iç çapı 20 mm

9 Pompa maks. basma yüksekliği 35 mSS

10 Pompanın maksimum debisi 3000 L/h

15

Örnek 1 :

Uzunluğu 1km, çapı 100mm olan borudan 20 L/s su geçmesi durumunda basma yüksekliği

kaybını ve böylece basınç kayıplarını hesaplayınız. Sürtünme faktörü 0,02 kabul edilecektir.

Çözüm:

İlk olarak anma hızı u hesaplanır:

s/m55,2

41,0.

10.20AVu

2

3.

Denklem (1)’ de yerine konursa ve basma yükseklik kaybı bir basınç kaybı olduğundan,

kPaPPaP

HgPg

PhpH

mH

H

L

L

L

L

648)(1,66.81,9.10

..

1,6681,9.2

55,2.1,0

1000.02,0

3

2

Örnek 2 :

Örnek 1 ’de verilen boru için akış hızlarına karşı basma yüksekliği kayıplarını bir grafik

halinde, anma akış hızı 0 ve 5m/s aralığında 1m/s ’lik adımlarla çiziniz. Sürtünme kaybını

sabit kabul ediniz.

Çözüm:

Darcy eşitliğinden;

2L

2

L

2

L

u19,10H

81,9.2u.

1,01000.02,0H

g2u.

dL.fH

Şimdi yukarıdaki formüle hızları koyarak basma kayıplarını hesaplayabiliriz.

16

u (m/s) 0 1 2 3 4 5

HL (m) 0 10,2 40,8 91,7 163 255

Bu noktalar Şekil 2 ’de çizilmiştir. Bu elbette bir paraboldür, çünkü sürtünme kaybı sabit

kabul edildiğinden, basma kayıpları hızın karesiyle değişir. Böylelikle uzun borularda yüksek

akış hızlarından kaçınmak gerektiğini görmekteyiz ve küçük bir hız azalmasında (örnek

olarak 5m/s ’den 4m/s ’ye azalmasında) basma kayıplarında çok önemli bir azalma olmaktadır

(255m ’den 163m ’ye düşer).

Şekil 2: Basınç kaybının hız ile değişimi

3.1 Basınç kayıplarının en aza indirilmesi

Akış kayıpları faydalı enerjinin kaybı olduğundan, kayıpların en aza indirilmesi çok

önemlidir. Buna rağmen borular, bağlantı elemanları ve tesisat üzerindeki akış kayıplarının en

aza indirilmesi için oldukça büyük bir masraf yapılması kaçınılmaz olacaktır.

17

İdeal olanı enerji kayıplarının düşürülmesi ve sıvı akış sisteminin fiyatının arttırılmasıdır.

Birçok durumlarda (hatta büyük tesisatlarda bile) mühendislik tecrübelerine dayanan çok

ekonomik sistem tasarım hesaplarına teşebbüs edilmez, geçmiş tecrübelerden yararlanarak

pratik kurallardan yararlanılır. Bununla birlikte en ekonomik olarak tasarlanan sistem

tasarımına ödenecek harç bir miktar fazla olabilecek iken enerji maliyetinin artması

kaçınılmazdır.

Akış kayıpları şu yollarla azaltılabilir:

Akış hızını düşürün. Çünkü basma kayıpları katmanlı (laminer) akışta hıza eşit olarak

değişirken türbülanslı akışta hızın karesiyle orantılı değişir. Akış hızı bir sistemde hız

düşürülerek veya verilen bir debi için boru çapı büyültülerek düşürülür.

Sıvının viskozitesinin düşürülmesi. Bu genelde pratik bir uygulama değildir. Ancak fuel-

oil gibi viskozitesi çok yüksek olan sıvılarda onları ısıtmak akışkanlıklarını arttırır.

Diğer bütün durumlarda basınç kayıplarının düşürülmesi ısıtma masraflarından ucuza

gelecektir.

Girdap ve türbülansların en aza indirilmesi. Bu, boru ve elemanlarında keskin köşelerden,

ani kesit değişimlerinden pürüzlü iç yüzeylerden kaçınmak suretiyle dikkatli sistem

tasarımıyla sağlanabilir. Buna rağmen, standart boru ve bağlantı elemanlarının

kullanılması ekonomik olacaksa bunları basınç kayıplarını en aza indirecek şekilde

seçmek gerekir.

3.2 Sürtünme Faktörü

Örnek 2 ’de sürtünme faktörü sabit kabul edilmiştir. Pratikte buna rağmen sürtünme

faktöründeki artış bilinmez ve akış hızları değiştiğinden dolayı sabit kabul edilemez.

Sürtünme kaybının bulunması ile ilgili birçok kartlar ve diyagramlar bulunmaktadır. Fakat

Şekil 2 ’de gösterilen Moody diyagramı çok geniş kullanıma sahiptir.

Moody diyagramı aslında sürtünme faktörü (sol y ekseninde) ve Reynolds sayısının

(x ekseninde) logaritmik ölçekte çizimidir. Sağ taraftaki y ekseni şu şekilde tanımlanan bağıl

pürüzlülük değerini verir:

)d(çapıboru

)(pürüzlülükmutlak)(pürüzlülükBağıl R

(2)

18

Mutlak pürüzlülük yüzeydeki girinti çıkıntıların ortalama yüksekliğidir ve borunun

malzemesine ve üretim yöntemine bağlı olarak değişmektedir. Tipik mutlak pürüzlülük

değerleri Moody diyagramı içinde gösterilmiştir. Ekstruzyonla üretilen (demir dışı) borular,

cam ve plastik borular çok hassas yüzeye sahiptir ve tamamen sürtünmesiz olarak kabul

edilebilir. En düşük sürtünme faktörü verilen bir Reynolds sayısı için Şekil 3 ’deki eğri

“pürüzsüz borular” ı göstermektedir.

Reynolds sayısı 2000 ’ın altında ise akış laminer dir. Laminer akışta sürtünme faktörü,

pürüzlülükten bağımsız olarak sadece Reynolds sayısına bağlıdır. Bu, diyagramın sol

tarafında aşağıya doğru düz bir çizgi olarak gösterilmiştir. Sadece laminer akış için;

f = 64/Re (3)

Bu değer Reynolds sayısı 2000 ile 4000 arasında olduğunda akış kararsız bir bölgededir ve

diyagram kullanılamaz. Reynolds sayısı arttığında akış tedirgin (türbülanslı) olmaya başlar.

Diyagramda sağa yatay olarak tamamen türbülanslı bölgeye gelindiğinde, sürtünme faktörü

Reynolds sayısından bağımsız hale gelir. Bu bölge diyagramda kesikli çizgiler halinde

ayrılmıştır. Sadece bu bölge için sürtünme faktörü hızın değişmesi ile değişmez ve basma

kayıpları eğrisi doğru bir parabol olacaktır.

Örnek 3:

Viskozitesi 0,06 Pa.s olan yağ (BY=0,9), 120mm çapında, 100m uzunluğunda dökme demir

bir boru içinden akmaktadır. Basma kayıplarını su hızlar için hesaplayınız.

a) 1m/s b) 3m/s c) 10m/s

Çözüm:

Moody diyagramından mutlak pürüzlülük = 0,25mm (dökme demir)

0021,0120

25,0dR

a)- u = 1m/s

180006,0

900.12,0.1..Re du

Akış laminer olduğundan;

19

0356,01800

64Re64

f

Denklem (1) kullanılarak,

mH

H

gu

dLfH

L

L

L

51,181,9.2

1.12,0

100.0356,0

2..

2

2

20

Şekil 3 Moody diyagramı

geçiş bölgesi

Katmanlı akış

tedirgin akış sınırı

Parlak yüzey

Mutlak Pürüzlülük (mm) Dökme demir 0.25 Ticari çelik veya dövme döküm 0.045 Galvaniz kaplı döküm veya çelik 0.15 Beton veya asbestli çimento 0.20 Çekme boru 0.0015 Ekstrüzyonla üretilen cam ve plastik (parlak)

21

b) u = 3 m/s

mH

H

du

L

L

1,1581,9.2

3.12,0

100.0395,0

5400Re06,0

900.12,0.3..Re

2

Moody diyagramı kullanılarak Re=5400 ve bağıl pürüzlülük 0,0021 için f=0,0395

bulunur.

c) u = 10 m/s

mH

H

du

L

L

13281,9.2

10.12,0

100.031,0

10.18Re06,0

900.12,0.18..Re

2

3

Moody diyagramında Re=18.103 ve bağıl pürüzlülük=0,0021 için f = 0,031 bulunur.

Bu basma kayıpları elbette çok yüksek olduğundan pratik değildir.

P=.g.hp=900.9,81.132 = 1,165 MPa

olduğundan, boru boyunca basınç düşmesi olacaktır. Bu açık bir durum olduğundan

mühendisler basma kayıplarını düşürmek için boru çaplarını büyüterek akış hızlarını

düşürmelidirler. Ayrıca dökme demir yerine daha pürüzsüz yüzeye sahip çelik boru veya

çekme demir boru kullanılarak basma kayıplarını azaltabilirler.

3.3 Bağlantı elemanlarındaki basma kayıplarının incelenmesi

Bağlantı elemanlarındaki basma kayıpları sıklıkla “ikincil kayıplar” olarak adlandırılırsa da

yanlış kullanım olduğunda bağlantı elemanlarından kaynaklanan basma kayıpları boruların

kendisinden kaynaklanan kayıpları geçebilir.

Bağlantı elemanlarındaki kayıpların hesaplanmasında çeşitli yöntemler kullanılabilir, en

yaygın ve geniş kullanım “K faktörü” yöntemidir. K faktörü denklem (2) ‘de

tanımlanmaktadır.

22

g2

u.KH2

L (4)

Burada;

HL = bağlantı elemanlarındaki basma kayıpları (m akışkan akışı)

u = ortalama veya anma akış hızı (m/s)

g = yer çekim ivmesi (m/s2)

K = boyutsuz bağlantı kayıp faktörü

K değerinin bulunması için birçok tablo ve diyagramlar elde edilebilir ki o pratikte şunlara

bağlıdır:

1. Bağlantı elemanının malzemesi ve üretim yöntemi

2. Bağlantı elemanının boyutu

3. Akışkanın doğası (durumu) (karakteri)

Buna rağmen K faktörünün hesabında yüksek hassasiyet gerektirmeyen durumlar için Tablo 1

’deki ortalama değerleri birçok durumlarda kullanılabilir.

Notlar:

1. Ani duraklama ve genişlemelerde K faktörü giriş A1 yüzeyi ile çıkış A2 yüzeyi oranına

bağlıdır. Ani genişleme durumunda Tablo 1 ’de K faktörünü belirlemek için basit bir

formül verilmiştir. Ani daralma durumunda aynı formül kullanılmaz ve K değeri

tablodan uygun olan oranına göre seçilir.

2. Şayet bir boru tank veya depoya bağlanıyorsa, A1/A2 oranı sıfır alınabilir. Bundan dolayı

K=1 alınır. Bir tank veya depodan bir boruya girişte A2/A1 oranı sıfır alınabilir, böylece

K=0,5 alınır.

3. Yavaş daralmalar için, gittikçe incelen veya iyi yuvarlatılmış geçişlerde basma kaybı

ihmal edilebilir. Kademeli genişlemelerde K faktörü duvarın eğimine bağlıdır. Şayet açı

500’yi aşarsa etkisi ani genişleme gibi olur ve K=1 alınabilir. Şayet açı çok keskin ise ve

100’nin altında ise basma kayıpları ihmal edilebilir ve K = 0 alınabilir.

4. Vana için K faktörü (ve ayrıca basma kaybı) valfin açılma oranına bağlıdır. Valf

tamamen kapalı olduğunda K faktörü sonsuz olduğunda valfle tamamen basma kaybı

vardır (akış olmaz). Tam akış olan bir sistemde valf normal olarak tamamen açıktır.

23

Buna rağmen, tasarım mühendisleri valfleri seçerken ayar emniyeti sağlamak üzere ½

veya ¾ açık olarak dikkate alırlar. Bazı durumlarda kısma kontrolün önemli bir

parçasıdır, sıvı akış sistemini tasarlarken düşük bir kısma gerekebilir.

5. Sabit boru çaplarında uygun boyutlu bağlantı elemanları kullanılabilir. u hızı bütün

bağlantı elemanlarında sabit kabul edilir. Böylece toplam K faktörü bütün bağlantı

elemanlarının K değerlerinin toplamı olarak alınabilir. Bu durum Örnek 4 ’te

açıklanmaktadır.

TABLO 1. Bağlantı elemanları için tipik K faktörleri

BAĞLANTI ELEMANI K FAKTÖRÜ

U dönüşü (kapalı) 2.2 Standart 450 dirsek 0.4 Standart 900 dirsek 0.9 Uzun radyuslü (geniş) 900 dirsek 0.6 Dişli birleştirme (ünyon) 0.05 T (akış hat boyunca) T (akış yan taraftan)

0.4 1.8

Ani genişleme (1-A1/A2)2

Ani daralma (A2/A1) 0 0.1 0.3 0.5 0.7 0.9

0.5 0.4 0.45 0.3 0.2 0.08

Yavaş daralma İhmal edilebilir Yavaş genişleme, açıya bağlı >500 400 300 200 100

1.0 0.9 0.7 0.4 0.15

Sürgülü (şiber) vana, (konumu) tam açık ¾ açık ½ açık ¼ açık

0.2 0.9 5.0 24

Stop (diskli) vana, (konumu) tam açık ¾ açık ½ açık ¼ açık

10.0 11.0 12.5 50.0

Klapeli valf, filtreli (mafsallı) (kaldırmalı)

2.0 10.0

Çek valf (klape), (mafsallı) (bilyalı) (kaldırmalı)

2.5 4.0 15.0

24

Örnek 4:

Bir sistemde su 60m yükseğe 100mm çaplı galvanizli çelik boru ile pompalanmakta ve

aşağıdaki bağlantı elemanları bulunmaktadır:

1 adet klapeli valf ve pislik tutucu

4 adet standart 900 dirsek

4 adet dişli ünyon

2 adet kapama valfi

1 adet ani genişleme (basınçlı tanka)

Kapama valfi yarım açık konumda iken 20 L/s debide sistemdeki basma kayıplarını

hesaplayınız. Suyun viskozitesini 0,9.10-3 Pa.s kabul edin.

Çözüm:

İlk olarak u hızı hesaplanır.

53

3

2

3.

10.83,210.9,0

10.1,0.55,2..Re

/55,2

41,0.

10.20

du

smAVu

Boru Moody diyagramında (Şekil 3) (galvanizli döküm)= 0,15mm alınır. Böylece bağıl pürüzlülük

=0,15/100=0,0015

Diyagramdan; f = 0,0225

Denklem (1) ‘deki Darcy formülü kullanılarak;

mH

H

gu

dLfH

L

L

L

47,481,9.2

55,2.1,0

60.0225,0

2..

2

2

Bağlantı Elemanları Tablo 1 kullanılarak aşağıdaki gibi elde edilir.

25

Bağlantı Sayısı K Faktörü Toplam K

Faktörü

Dip vanası 1 2,0 2,0

Dirsek 4 0,9 3,6

Ünyon 4 0,05 0,2

Burgulu vana 1 açık

1 yarım açık

5,0

1,0

5,0

1,0

Genişleme 1 1,0 1,0

Toplam 12,0

Denklem (2) kullanarak;

m98,3H

81,9.255,2.12H

g2uKH

L

2

L

2

L

Sistemdeki toplam basma kayıpları, borulardaki ve bağlantı elemanlarındaki basma

kayıplarının toplamıdır.

H(toplam) = 4,47 + 3,98 = 8,45m

3.4 Eşdeğer Uzunluk (Le)

Bir bağlantı elemanın eşdeğer uzunluğu, aynı basma kaybını veren düz boru uzunluğu olarak

tanımlanır ve sıkça kullanılır.

g2uK

g2u.

def

22

fdKe (5)

Örnek 5 :

100 mm çaplı tamamen açık ve küresel vananın eşdeğer uzunluğunu bulunuz.

Çözüm:

Tablo 1 ’den K = 10, 1.3 eşitliği kullanılarak;

26

mfdke 50

02,01,0.10

Örnek 6:

Örnek 4 ’ü eşdeğer uzunluğu kullanarak çözünüz.

Çözüm:

K = 12, f = 0,0225, d = 0,1m

)bulunmuştuöncedaha(m45,8H

81,9.255,2.

1,03,113.0225,0H

g2u

dfH

m3,1133,5360)toplam(

m3,530225,0

1,0.12e

L

2

L

2

L

4. Deneyin yapılışı

Yerel kayıp katsayılarının hesabı,

Bu deneyde sıvı akışkan hatlarında kullanılan ve akım çizgilerini geometrik olarak

değiştirerek kısıtlayan yerel bağlantı cihazlarındaki basınç kayıpları ölçülecektir. Bu ölçüm

değerlerine bağlı olarak yerel kayıp katsayısı K değeri hesaplanacaktır. Bu deney sırasında

izlenecek yol şu şekildedir,

1) Manometre bağlantı hortumlarını diskli vana giriş ve çıkışındaki tapalara bağlayın.

2) Su hattını açın ve debiyi 100 L/h değerine ayarlayın.

3) Ölçüm değerlerini tabloya kaydedin.

4) Su debisini sırayla 200, 300, 400, ve 500 L/h değerlerine ayarlayarak ölçümleri

tabloya kaydedin.

5) Debi değerlerini boru kesitine bölerek akış hızlarını bulun.

6) Denklem (4) yardımıyla K değerlerini farklı akış hızları ve basınç kayıpları için

hesaplayın.

2

2u

gHK L

7) 1 ile 6 arasındaki işlem adımlarını vananın farklı açıklık oranları için

tekrarlayabilirsiniz.

27

8) Diğer vana ve bağlantı elemanları için deneyleri benzer şekilde tekrarlayın.

Ölçüm Yapılan Bağlantı Elemanı: diç = A =

Debi [L/h] Hız [m/s] HL [m] P [mbar] K

1500

1250

1000

750

500

250

Ortalama K faktörü

Sürekli basınç kayıplarının ölçümü Bu deneyde amaç sıvı akışkan hatlarında kullanılan boruların gerek iç yüzey (cidar) akışkan

arasındaki sürtünmeden ve gerekse akışkan moleküllerinin kendi aralarındaki sürtünmesinden

kaynaklanan basınç kayıplarını ölçmektir. Bu ölçüm değerlerine bağlı olarak sürtünme

katsayısı değeri hesaplanacaktır. Bu deney sırasında izlenecek yol şu şekildedir,

1) Manometre bağlantı hortumlarını ince düz boru (çap 20 mm) giriş ve çıkışındaki

tapalara bağlayın.

2) Su hattını açın ve debiyi 100 L/h değerine ayarlayın.

3) Ölçüm değerlerini tabloya kaydedin.

4) Su debisini sırayla 250, 500, 750, 1000, 1250 ve 1500 L/h değerlerine ayarlayarak

ölçümleri tabloya kaydedin.

5) Debi değerlerini boru kesitine bölerek akış hızlarını bulun.

6) Moody diyagramı (Şekil-1.2) yardımıyla borunun bağıl pürüzlülük değerini

hesaplayın.

7) Akış hızı yardımıyla akışın Reynolds değerini hesaplayın.

vs : Akışkanın hızı [m/s]

d : Boru çapı [m]

28

μ : Akışkanın dinamik viskozitesi [Ns/m3]

ν : Akışkanın kinematik viskozitesi: ν = μ / ρ

ρ : Akışkanın yoğunluğu [kg/m3]

8) Bağıl pürüzlülük ve Re sayısını Moody diyagramında kesiştirerek f sürtünme

katsayısını bulun.

9) Sürtünme katsayısı (f) değerini Darcy (1.1) formülünde yerine koyarak basınç kaybını

hesaplayın.

gu

DLfH s 2

2

10) Hesaplanan değer ile ölçülen değeri karşılaştırın.

Ölçüm yapılan boru: ddış = diç = L = A =

Debi [L/h]

Hız [m/s]

Re Reynolds

sayısı

f

Sürtünme faktörü

HS

[m] P

[mbar]

1500

1250

1000

750

500

250


Deneyin sonucunda hazırlanacak raporda,


2. Yapılan tüm hesaplamalar gösterilecek.

3. K faktörü hesaplanırken,

a)- Debi değerlerini boru kesitine bölerek akış hızları hesaplanacak.

b)- İlgili denklem kullanılarak K değerlerini farklı akış hızları ve basınç kayıpları

için hesaplanacak.

4. Sürtünme kayıpları hesaplanırken,

a)- Debi değerleri boru kesitine bölerek akış hızları hesaplanacak.

29

b)- Moody diyagramı yardımıyla borunun bağıl pürüzlülük değeri hesaplanacak.

c)- Akış hızı yardımıyla akışın Reynolds (Re) değeri hesaplanacak.

d)- Moody diyagramı kullanılarak f, sürtünme katsayısı hesaplanacak.

5. Sürtünme katsayısı (f) değerini Darcy formülünde yerine koyarak basınç kaybı

hesaplanacak.

6. Hesaplanan değer ile deneysel değerler grafik çizilerek karşılaştırılacak.

6. Kaynaklar

1. Deneysan Eğitim Cihazları San. Ve Tic. Ltd.Şti., Balıkesir, 2010, “T-420 Boru Basınç

Kayıpları Eğitim Seti Deney Föyü”.

2. Frank M. White, 2011, “Fluid Mechanics”. McGraw-Hill.

30

EK-1 Moody diyagramı

31

EK-2 Doymuş suyun farklı sıcaklıklardaki viskozite ve yoğunluk değişimleri

32

İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ

MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ


DENEY NO: 3

ÇEKME DENEYİ Öğretim elemanı adı ve soyadı : Öğrenci adı ve soyadı : Öğrenci numarası : Grup no : Deneyin yapılış tarihi ve saati : Deney raporu teslim tarihi ve saati :

ÇEKME DENEYİ

1.Giriş

Mühendislik tasarımlarının en önemli özelliklerinin başında öngörülebilir olmaları gelmektedir. Öngörülebilirliğin birincil şartı ise tasarlanan sistemin maruz kaldığı tüm yükler altındaki davranışlarının önceden belirlenmesidir. Bir parçanın yük altındaki davranışını belirleyen unsurlar seçilen malzemenin mekanik özellikleri, geometrisi ve maruz kaldığı yüklerden oluşmaktadır. Parçanın maruz kaldığı yüklerin tasarım aşamasından önce belirli olması dikkate alındığında, tasarımcının dizayn sırasında üzerinde değişiklik yapabileceği unsurlar geometri ve malzeme tipidir. Bu durumda tasarımcı ya tasarladığı geometri için uygun malzemeyi (veya malzemeleri) seçmeli ya da elinde bulunan malzemelerin mekanik özelliklerini göz önüne alarak uygun geometriyi tasarlamalıdır. Her iki durumda da kullanılacak mühendislik malzemelerinin mekanik özelliklerinin bilinmesi zorunluluğu ortadadır.

2.Çekme Deneyinin Amacı

Mühendislik malzemeleri rijit olmadığından kuvvet altında deforme olup, şekil ve boyut değişiklikleri gösterirler. Malzeme özelliklerini anlamak üzere mekanik testler yapılır. Bunlardan en önemlisi “çekme deneyi”dir.

Çekme deneyinin amacı; malzemelerin statik yük altındaki elastik ve plastik davranışlarını belirlemektir. Bunun için boyutları standartlara uygun daire veya dikdörtgen kesitli deney parçası; çekme cihazına bağlanarak, eksenel ve değişken kuvvetler uygulanır. Her uygulanan kuvvetin alana bölünmesi ile elde edilen gerilmelerin bir grafiğe aktarılması sonucunda ortaya çıkan grafiğin okunması ve verilerin elde edilmesidir. Çekme testi sonucu malzemenin göstermiş olduğu mekanik davranış ( Sünek ve gevrek) ,Gerilme değeri ( σ ) , Genleme Değeri (ξ ) , Elastisite Modülü (E), Akma Dayanımı (σ Ak) ,Kopma Dayanımı (σk), Çekme Dayanımı (σ ç ) , Tokluk, Rezilyans, Poison Oranı değerleri hesaplanır. Mevcut özellikler malzeme kataloglarında standartlara uygun hazırlanmış olup mevcuttur. Fakat elde edilen yeni bir malzemenin mekanik özelliklerinin belirlenmesi için çekme testi yapılması gerekmektedir.

Tüm deneyler çeşitli kurumlar (ASTM-American Society of Testing and Materials, ISO-International Organization of Standardization, TSE-Türk Standartları Enstitüsü, vb.) tarafından ilan edilen test standartları dikkate alınarak yapılmalıdır.

3.Deney Düzeneği

Çekme deneyi, üniversal çekme test cihazlarında gerçekleştirilir. Bu cihazlarda çekme kuvveti, mekanik veya hidrolik güç aktarım organları vasıtası ile uygulanır. Düzenek, genel olarak, elektrik motoru, redüktör, deney numunesini tutmayı sağlayan üst çene ve alt çene den ibarettir. Alt çene sabit (hareketsiz); üst çene ise yukarı/aşağı hareket edebilmektedir. Üst çenenin hareketi, sağ ve sol tarafta düşey konumlu simetrik iki adet sonsuz vida mekanizması ile sağlanır. Bu hareket, elektrik motoru ile tahrik edilen dişli redüktörden vida mekanizmasına iletilen döndürme momenti ile gerçekleşir. Alt çene sabit olduğundan, üst çenenin yukarı hareketi ile çekme kuvveti, deney numunesine tatbik edilir. Deney esnasında, kuvvet değeri, yük hücresinden (load cell); uzama değeri ise; üst çenenin hareketini sağlayan vidanın adımına (hatve) göre ölçülür. Deney sırasında çekme numunesine sürekli olarak artan çekme kuvveti uygulanır ve kırılma anına kadar hem uygulanan kuvvet hem de numunede meydana gelen uzama, bilgisayara kaydedilir. Şekil 1 deney cihazını göstermektedir. Deney Bölümümüzde bulunan İnstron marka universal test cihazı ile gerçekleştirilecektir. Detaylı bilgi için (https://www.instron.com.tr/tr-tr/our-company/library/test-types/tensile-test )

https://www.instron.com.tr/tr-tr/our-company/library/test-types/tensile-test

Şekil 1. Çekme cihazı

3.1.Deneyin Yapılış Aşamaları Aşağıdaki Gibi Sıralanabilir 1) Deney numunesi iki ucundan çenelere bağlanır. 2) Numunedeki boşlukların giderilmesi için 2-5 N civarı ön yük uygulanır. 3) Numunenin ilk ölçü boyu (gauge length) ve çapı kumpasla ölçülüp kaydedilir. 4) Çekme hızı istenen değere ayarlanır. 5) Gösterge ekranından okunan kuvvet ve uzama değerleri sıfırlanır. 6) Deney başlatılır ve numune kopuncaya kadar kuvvet-uzama değerleri kaydedilir. 7) Deney numunesi koptuktan sonra tekrar bir araya getirilerek, kopma uzunluğu ve kesit çapı kumpasla tekrar ölçülür. 8) Çekme diyagramı çizilir ve deney yorumlanır. 4. Deney Sonuçlarının Yorumlanması

Çekme Testi boyunca kuvvet parça hasara uğrayana kadar devam ettirilir. Test sonucu tüm veriler EXCEL dosyasına atılır. Aşağıda deney verileri sonucu çıkan yük uzama ve gerilme birim uzama grafikleri verilmiştir. Tüm hesaplama işlemleri detaylı olarak anlatılmıştır.

Şekil 2. Çekme cihazı

4.1. Gerilme Kuvvetin İlk Alana bölünmesi ile bulunur.

σ =FA

=𝑁𝑁

𝑚𝑚𝑚𝑚2 4.2. Birim uzama (ε ) : Uzama miktarının ilk boya bölünmesi ile bulunur. Boyutsuzdur.

l0: numunenin ilk boyu l : kuvvet uygulandığı andaki boyu Δl = l –l0 ( uzama miktarı )

𝜀𝜀 = ∆𝑙𝑙𝑙𝑙0

= 𝑚𝑚𝑚𝑚 𝑚𝑚𝑚𝑚

Şekil 3. Gerilme- Birim Uzama Grafiği.

4.3. Malzemelerin Mekanik Özelliklerinin Belirlenmesi

*teknolap.info sitesinden alınmıştır.

Şekil 4.Düşük Karbonlu Çelikte Birim Uzama- Gerilme Grafiğinde Mekanik Özelliklerin Gösterilmesi

Malzemeye kuvvet uygulandığında boyunda uzama gerçekleşir, eninde daralma meydana gelmektedir. Grafiğin ilk kısmında lineer bir artış meydana gelir. Bu bölgeye elastik bölge denir ve kuvvet kaldırıldığında malzemede kalıcı şekil değiştirme meydana gelmez. Malzeme elastik bölgede uygulanan kuvvet serbest bırakıldığında malzeme tekrar eski haline döner. Burada Hooke yasası geçerlidir. Plastik bölgede ise malzemede kalıcı şekil değişimi meydana gelmektedir.

Orantı sınırı (σ0): Gerilme-birim uzama diyagramında Hooke yasasının, yani bağıntısının geçerli olduğu 𝜎𝜎 = 𝐸𝐸 ∗ 𝜀𝜀

doğrusal kısmı sınırlayan gerilme değeridir. Elastisite Modülü ( E ) : Malzemeye uygulanan kuvvet kaldırıldığı zaman plastik uzamanın görülmediği veya yalnız elastik şekil değiştirmenin meydana geldiği en yüksek gerilme değeridir. Elastisite modülü bu bölgedeki gerilmenin birim uzamaya oranı ile bulunur. Elastik bölgedeki eğimin değeridir.

𝐸𝐸 = 𝜎𝜎𝜀𝜀 (GPa)

Elastiklik sınırı (σE): Malzemeye uygulanan kuvvet kaldırıldığı zaman plastik uzamanın görülmediği veya yalnız elastik şekil değiştirmenin meydana geldiği en yüksek gerilme değeridir. Genellikle, elastiklik sınırı orantı sınırına eşit kabul edilir. Pratikte σE yerine %0,01 veya %0,005'lik plastik uzamaya karşı gelen gerilme (σ 0,01 veya σ 0,005) değerleri alınır. Akma dayanımı (σa): Uygulanan çekme kuvvetinin yaklaşık olarak sabit kalmasına karşın, plastik şekil değiştirmenin önemli ölçüde arttığı ve çekme diyagramının düzgünsüzlük gösterdiği kısma karşı gelen gerilme değeridir. Offset kuralı ile hesaplanır. Düşük karbonlu yumuşak çelik gibi sünek malzemeler, deney koşullarına bağlı olarak belirgin akma sınırı gösterebilirler. Malzemelerin belirgin akma göstermediği durumlarda, genelde %0,2'lik plastik uzamaya (εplastik =0.002 ) karşı gelen çekme gerilmesi akma sınırı veya akma dayanımı olarak alınır ve buna Off-set kuralı denir. Bu kurala göre gerilme – birim uzama grafiğinde, %0.2 deki birim uzamadan eğrinin elastik bölgesine paralel bir çizgi çizilir. Bu paralel çizginin eğri ile kesiştiği noktaki çekme dayanımı bize %0.2 lik akma dayanımını verir. Şekil 4 de belirgin akma göstermeyen bir malzemenin çekme diyagramı ile bu malzemenin akma dayanımının nasıl belirlendiği görülmektedir.

Şekil 5. Belirgin akma göstermeyen bir malzemenin akma dayanımının %0.2 offset kuralı ile

belirlenmesini gösteren diyagram. Çekme dayanımı (σç): Bir malzemenin kopuncaya veya kırılıncaya kadar dayanabileceği en yüksek çekme gerilmesi olarak tanımlanır. Bu gerilme, çekme diyagramındaki en yüksek gerilme değeri olup, σç = Fmaks/A0 formülü ile bulunur. Burada Fmaks malzemeye uygulanan en yüksek kuvveti, A0 ise malzemenin ilk kesit alanını gösterir. Kopma dayanımı (σk): Çekme deneyi esnasında, numune kesiti çekme kuvvetini artık karşılayamadığı anda kopma meydana gelir. Çekme diyagramı çiziminde kaydedilen bu son gerilme değerine, malzemenin kopma dayanımı adı verilir. Tokluk: Numunenin kopmaya kadarki absorbe ettiği enerjiye tokluk denir. Tokluk= Çekme dayanımı*Kopma Gerilimi Rezilyans: Malzemenin yalnız elastik şekil değiştirmesi için harcanan enerji veya elastik şekil değiştirme sırasında malzemenin depoladığı enerji demektir. Bu enerji, gerilme ( 𝜎𝜎)-birim uzama ( 𝜀𝜀) eğrisinin elastik kısmının altında kalan alan ile belirlenir ve numunedeki yük serbest bırakılınca geri verilir.

𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅 =𝜎𝜎 ∗ 𝜀𝜀

2

Poisson Oranı (υ): Çekme deneyinde parça uzarken kesit yüzeyi de azalır. Deney çubuğunun eksenine dil doğrultudaki birim uzama ile eksenel doğrultudaki birim şekil değiştirme arasındaki oranın mutlak değerine Poisson oranı denir. Bu oran alaşımsız çeliklerde 0.33, tungsten için 0.27 ve alüminyum ve alaşımları için 0.31 – 0.34 değerlerindedir. Poison oranının tespiti için strain gauage ve video extensometre kullanılmaktadır. 5. Deney Numuneleri

Çekme deneyinin yapılışı çeşitli standart ve kaynaklarda ayrıntılı biçimde verilmiştir. Numune tipi büyük ölçüde malzemenin biçimine göre seçilir. Çekme deney numuneleri, çubuk, boru, profil, köşebent, levha veya inşaat demirinden ilgili standartlara göre hazırlanır. Şekil 7, TS 138 A normuna göre hazırlanmış içi dolu, daire kesitli (yuvarlak) silindirik başlı bir çekme numunesini göstermektedir.

Şekil 6. Demir Malzemeler İçin Çekme Numunesi

Bu şekilde d0 numunenin çapını, d1 baş kısmının çapını (1,2Xd0), lv inceltilmiş kısmın uzunluğunu

(l0 + d0), l0 ölçü uzunluğunu (5Xd0), h baş kısmının uzunluğunu ve lt numunenin toplam uzunluğunu göstermektedir. Çapı 10 mm ve ölçü uzunluğu 50 mm olan çekme numunesi 10 x 50 TS 138A şeklinde gösterilebilir.

Şekil 6. Standartlara Uygun Plastik Çekme Numunesi

Şekil 7. Standartlara Uygun Kompozit Malzeme Çekme Numunesi

İSTENENLER

1. Http://Aves.İstanbul.Edu.Tr/Mehmet.Guclu/ Adresinden Dökümanlar Kısmından Grubunuza Ait EXCEL Dosyasını İndirip İşlemler Yapılmalıdır. Hazırlanan Dosya Ad,

Soyad, Öğrenci Numarası Ve Grup Yazılarak Mail Atılmalı. Mail Atılmaması Durumunda Föyleriniz Değerlendirmeye Alınmayacaktır.

2. Çekme Deneyi Öğrenci Teslim Föyü Doldurulup Teslim Edilmelidir.

http://aves.istanbul.edu.tr/mehmet.guclu/

ÇEKME DENEYİ ÖĞRENCİ TESLİM FÖYÜ

Öğrenci Adı Soyadı Öğrenci Numarası

Deney Grubu Deney Raporu Teslim Tarihi Öğretim Elemanı Adı Soyadı

(Aşağıdaki Soruları Cevaplandırınız. Mail Atılmaması Durumunda, Föyleriniz Değerlendirmeye Alınmayacaktır.)

1.Çekme Deneyi Hangi Amaçla Yapılır? (5p) 2. Elastik ve Plastik Bölgeyi Açıklayınız ve Grafikte Gösteriniz. (5p) 3.Gerilme Kavramı Nedir? Nasıl Hesaplanır? (5p) 4.Birim Uzama (extension) Nedir? Nasıl Hesaplanır? (5p) 5.Elastisite Modülü Nedir? Nasıl Hesaplanır? (5p) 6. Hooke Yasası Nedir? (5p)

7. Poison Oranı Nedir? Nasıl Hesaplanır? Detaylı Açıklayınız. (15p) 8. Gevrek ve Sünek Malzemeler için Örnek Gerilme – Birim Uzama Grafiği Çiziniz. Aralarındaki farkları ifade ediniz. (15p) 9.Gerçek ve Mühendislik Çekme Diyagramını Çiziniz. Arasındaki farkları sebepleri ile yazınız. (15p) 10. EXCEL Dosyası Üzerinde Yapılan Hesaplamalar Sonucu Çizilen Gerilme- Birim Uzama Grafiğini Elle Çizilip Grafik İsimlendirilecek, Elastisite Modülü, Akma Dayanımı, Çekme Dayanımı Ve Kopma Dayanımlarını Hesaplamalarla Birlikte Gösteriniz. (25p)

42




DENEY NO: 4

ISI İLETİMİ DENEYİ Öğretim elemanı adı ve soyadı : Öğrenci adı ve soyadı : Öğrenci numarası : Grup no : Deneyin yapılış tarihi ve saati : Deney raporu teslim tarihi ve saati :

43

ISI İLETİMİ DENEYİ

1. GİRİŞ

Endüstride ısı problemlerini çözebilmek için malzemelerin, özellikle ısıl yalıtkanların ısı

iletim katsayılarının bilinmesi gerekir.(Isıl sistem tasarımı, üretimi, yalıtım uygulamaları vb...)

2. DENEY


Hilton ısı geçiş ünitesi, tezgâh dayanak çerçevesine takılı iki adet elektrikle ısıtılan modülden

oluşur. Birinci modül lineer geçiş değişimlerini yönetmek için, metal disk ise radyal geçiş

içindir. Her iki düzeneğin üzerinde sıcaklık sensörleri vardır. Soğutma suyu, standart

laboratuvar musluğundan sağlanmakta ve lineer modülün bir tarafına verilmektedir (Şekil 1

ve Şekil 2).

2.1.1. Elektrik Konsol

Isı iletim modülleri, ısıtıcının gücünü ayarlamaya imkân veren ve sensördeki sıcaklığı

olarak gösteren elektrik konsoluna bağlanabilir. Isıtıcı gücü otomatik transformatör ile kontrol

edilir ve Watt-metre olarak digital şekilde verilir. Güç çıkışı 0–100 Watt arasındadır. Seçici

düğmenin dokuz pozisyonu değişik sensörlerden okunan sıcaklık değişimlerini görmemizi

sağlar.

44

2.1.2. Lineer Modül

Lineer modülün iç yapısı Şekil 3, 4, ve 5-b’ de gösterilmiştir. Şekil 5-b’de görülen ısı giriş

bölümü (1) pirinçten yapılmıştır ve elektrik ısıtıcısını (2) içerir. Üç adet sıcaklık sensörü (3)

çapı 25 mm. olan çalışma bölümü boyunca 10 mm. Aralıklarla yerleştirilmiştir (Şekil 2).

Pirinçten yapılmış olan soğutucu (4), bir hortum (5) yardımıyla su ile soğutulur. Soğutucu

kısımda sensörler 10 mm. aralıklarla yerleştirilmiştir. Isı giriş bölümü (1) ve soğutucu (4)

üzerinde 10 mm. aralıkla üç adet sıcaklık sensör bulunan bir pirinç çubukla beraberce

sıkıştırılır. Alternatif olarak ısı giriş bölümü (1) ve soğutucu (4) arasında başka

malzemelerden yapılmış olan ara modüller de kullanılabilir. Bu ara modüllerden birincisi 30

mm. uzunluğunda ve pirinçten yapılmıştır; üzerinde sıcaklık sensörleri bulunur. İkinci ara

modül (9) uzunluğu 30 mm, çapı 13 mm olup pirinçten yapılmıştır ve üzerinde sıcaklık

sensörü yoktur. Bu bölüm, ısı iletim yolu boyunca sıcaklık düşüşünü gösterir. Diğer bir ara

modül ise, paslanmaz çelik olup çapı bölümün ölçülerindedir, üzerinde sıcaklık sensörü

yoktur. Beş bölümün bir araya gelmesi sonucu, ısı iletim bölgesi temas yüzeyleri boyunca sıkı

bir temas ile kontak direnci azaltılabilirse, doğru bir ısı iletimi gözlenebilir.

Yalıtım malzemesinin ısı iletimine etkisi, ince bir yalıtım malzemesini ısıtılan ve soğutulan

metal bölümler arasına sokularak görülebilir. Örneğin bu yalıtım malzemesi kâğıt olabilir.

Lineer modül etrafı bir muhafaza kutusu ile kaplanmıştır. Modül ile muhafaza kutusu arasında

bir hava boşluğu (12) oluşturularak, lineer modülden olan ısı kaybı miktarı minimuma

düşürülmüştür. Değişebilen ara malzemelerin (Şekil 4) (9, 10) etrafında da kendi muhafaza

kutuları (Şekil 4) (2, 3, 4) vardır. Muhafaza kutuları yardımıyla ısı giriş ve soğutucu bölümleri

45

birleştirilebilir. Isı sensörleri, muhafaza kutusu üzerine konumlanmış minyatür fişlere (Şekil

5-b) (16) bağlanmışlardır. Lineer modül ile dijital sıcaklık okuyucusu arasındaki iletişim

soketlere bağlanmış 9 adet sensörle kurulur. Bu yüzden sıcaklık değişimleri hızlı bir şekilde

okunabilir. Fourier ısı yasasına göre ve sürekliliğin sağlanması için her birimden geçen ısı

akısı eşit olmalıdır.

46

2.2. Deneyin amacı

Kompozit bir çubuk boyunca ısı iletiminin incelenerek, malzemelerin ısı iletim katsayılarının

hesaplanması.


o Aynı boyutlarda ve aynı malzemeden yapılmış bir katı çubuk boyunca ısının doğrusal

olarak nasıl iletildiğini göstermek,

o Farklı malzemelerin temasının doğrusal ısı transferini nasıl etkilediğini göstermek,

o Bir katı çubukta malzemenin deneysel ısı iletkenliğinin nasıl hesaplandığını göstermek

3. TEORİ

Isı transferi bilimi, sistemlerin çevreleriyle yaptıkları ve içyapılarında gerçekleşen ısı

geçişlerini inceler. Isı akışı ile olan enerji transferi; doğrudan ölçülemez fakat ölçülebilen bir

büyüklük olan sıcaklık ile ilişkilendirildiğinde anlam kazanır. Isı geçişinin 3 temel biçimi

vardır;

1- İletim (Conduction)

2- Taşınım (Convection)

3- Işınım (Radiation)

Gerçekte karşılaşılan ısı geçiş olayları, her üç mekanizmanın etkin olabildiği karışık moda

gerçekleşmektedir. Yapılacak olan deney, ısı iletimi ile ilgili olacaktır.

Isı iletimi, ısı geçişinin bir türü olup, malzeme içerisinde oluşan sıcaklık gradyanından

meydana gelmektedir. Isı iletimi, iki sıvı ya da iki gaz arasında da olabilir. Termodinamiğin

ikinci kanununa göre, ısı yüksek sıcaklıkta bulunan bir bölgeden düşük sıcaklıktaki bölgeye

akar. Bu durumda sıcaklık dağılımının bilinmesi önemlidir. Sıcaklık dağılımı bilindiğinde,

birim zamanda birim alana düşen ısı akısı hesaplanabilir.

Isı iletimi, bir ortam (katı, sıvı, gaz) içerisinde bulunan bölgeler arasında veya doğrudan

doğruya fiziki temas durumunda bulunan farklı ortamlar arasında atom ve moleküllerin fark

edilebilir bir yer değiştirmesi olmaksızın, doğrudan teması sonucu meydana gelen ısı yayınımı

olayıdır.

47

Isı iletiminde genel olarak ısı transferi, sıcaklığa ve sıcaklık farkına bağlıdır. Sıcaklık en genel

durumda yere ve zamana göre değişir,

Oran sabiti eklendiğinde,

Bu ifadede (Denklem 3) sıcaklık değişiminden sonra yeterli zamanın geçtiğini ve levha

içerisinde sıcaklığın zamanla sabit kaldığını (sürekli rejim) kabul ediyoruz. Bu formül,

homojen izotropik ortam için Fourier Isı İletimi Kanunu adını alır.

Eğer incelediğimiz sistemde birden fazla malzeme varsa, her bir malzemenin sıcaklık

gradyanı gösterilerek, ısı akısı bir boyutlu varsayım altında yazılabilir. Burada en önemli

nokta, her kesitten geçen ısı akısının eşit olması gerektiğidir.

48

4. DENEYİN YAPILIŞI

Isı iletim katsayısı ölçülecek numunenin ısıtıcı ve soğutucu arasına yerleştirilirken naylon dış

kabuktaki sırtların birebir eşleşmesine dikkat edilmelidir.

o Ara bölüm lineer modüldeki yerine yerleştirilmeli ve beraber tespit edilmelidir.

o Su tüplerinden biri su kaynağına, diğeri atık su yoluna bağlanmalıdır.

o Lineer nakil modüllerindeki ısı kaynağı elektrik konsol güç kaynağı soketine

bağlanmalıdır.

o Dokuz adet sensörü lineer nakil modülü üzerindeki dokuz adet fişe takın. Sol sensörü

elektrik konsolunun arka tarafına, 1 numara ile işaretlenmiş fişe takın. Bu işi kalan 8

adet sensör için sıra ile soldan sağa doğru tekrarlayın. Bu sırada elektrik konsolundaki

On/Off düşmesi Off konumunda olmalıdır.

o Musluğu açın ve su bağlantılarının doğru yapılıp yapılmadığını gözlemleyin.

o On/Off düğmesini On konumuna getirin.

o Güç düğmesini Q = 20 Watt olacak şekilde ayarlayın.

49

o Seçici düğmeyi 1 konumuna getirin. Lineer modülün bir ucundan ısıtma işlemi

başladığında sıcaklıkta artış gözlenecektir.

o Seçici düğmeyi 2 konumuna getirerek ve soğutucu tarafındaki sıcaklığın düştüğünü

gözleyiniz. Bu işlemi dokuz sensör için tekrarlayın. Bu işlemler tamamlandıktan sonra

On/Off düğmesini Off konumuna getiriniz.

Not edilecek okumalar:

Isıtıcı güç kontrolü için düşük bir değer seçilmeli (Örneğin 20 Watt) ve daimi rejime

gelinceye kadar beklendikten sonra her bir sensördeki sıcaklık ve Wattmetredeki giriş güç, Q

kaydedilmelidir. Bu prosedür giriş gücü için maksimum sınıra kadar tekrar edilmelidir.

(Örneğin T=100 C) . Okunan değerler Tabloya (Tablo 1) not edilmelidir.

5. RAPORUN HAZIRLANMASI

Isıtıcı ve soğutucunun ısı değerleri ekstrapole edilerek dış yüzey sıcaklıkları ve

belirlenir. Bu sıcaklıklar sistemin ısı transfer katsayısı U ’nun hesaplanması için

kullanılmalıdır.

Verilenler:

x = 0,030 m

A = 4,90625 * 10-4 m2

o Pirinç için tipik ısı iletim katsayısı kaynaklardan bulunabilir.

o Deney sırasında yaptığınız ölçümleri tabloya not ediniz.

o Kullandığınız ara modülün ısı iletim katsayısını, ks hesaplayınız.

o Sıcaklık gradyanını her deney testi için çiziniz.

o Bulduğunuz iletim katsayısını literatürdeki değerle karşılaştırarak yorumlayınız.

50

Tablo 1. Sonuç Tablosu

6. KAYNAKLAR

1. Isı ve Kütle Geçişinin Temelleri, Frank P. Incropera, David P. Dewitt, Literatür

Yayınları, İstanbul.

2. Heat Transfer, J. P. Holman, McGraw-Hill.

51




DENEY NO: 5

SERİ/PARALEL SANTRİFÜJ POMPA DENEYİ


52

SERİ/PARALEL SANTRİFÜJ POMPA DENEYİ

1. Giriş

Su dolu silindir bir kap kendi ekseni etrafında dönerken, merkezdeki suyun seviyesinin

düşmesi, cidardaki su seviyesinin yükselmesi esasından yararlanarak santrifüj pompa fikri

ortaya çıkmıştır. Kap cidarında delikler varsa, silindirin devir sayısına bağlı olarak farklı

hızlarda su akışı olacaktır. Bunun nedeni dönmeden kaynaklanan santrifüj kuvvetlerdir. Devir

sayısının belirli bir değerinden sonra M noktası silindir tabanının altına düşerek taban

ekseninde bir vakum basıncı oluşturacaktır. Bu vakum basıncı ile aşağıdaki bir noktadan

yukarıya doğru sıvı aktarılabilir. Bu olay santrifüj pompanın çalışma prensibidir.

Şekil 1: Cebri vorteks hareketi

2. Deney


Bu derste seri/paralel santrifüj pompa eğitim seti kullanılarak pompaya ait çeşitli karakteristik

değerlerin deneysel olarak tespiti yapılacaktır. Deneyde kullanılacak tesisatın şeması aşağıda

görülmektedir. Deney tesisatında motor gücü 0,75 kW, maksimum basma yüksekliği 36 mSS,

devir sayısı 2900 d/d ve maksimum debisi 90 l/d olan iki pompa, 0-6 m3/h aralığında ölçüm

yapabilen bir debi ölçer, basınç ölçme cihazları, 27 litrelik su deposu, 32 mm çapında bağlantı

boruları ve vanalar bulunmaktadır. Deneyde her bir defasında değişik vanalar açık tutularak

pompaların seri veya paralel bağlanması sağlanır. Böylece seri ve paralel bağlantı durumları

53

için farklı deneyler yapılabilmektedir. Vanalarla debi miktarı değiştirilerek değişik debilerde

basınç miktarı okunabilmektedir.

Şekil 2: Seri/Paralel santrifüj pompa deney düzeneği

Cihazın teknik özellikleri; Pompa motor gücü : 0,37 kW Pompa basma yüksekliği (maks.) : 21,5 mSS Pompa debisi (maks.) : 90 L/d Hazne hacmi : 0,027 m3 (litre) Boru bağlantı çapı : 32 mm Cihazın dış ölçüleri : AxBxH (1,15X0,65X1,35 m) Debimetre kademesi : 0-6 m3/h Pompa devir sayısı : 2900 d/d

2.2. Deneyin Amacı

Pompa karakteristik değerlerini deneysel olarak tespit edip, deneysel ve teorik bilgileri

karşılaştırmaktır.


Bu deney kapsamında seri/paralel santrifüj pompa deney seti kullanılarak yapılan deney de

pompa karakteristik eğrilerinin çizilmesi, pompa basma yüksekliği (Hm) ile debi (Q)

54

arasındaki ilişkinin belirlenmesi, pompa özgül hızının bulunması, pompa veriminin

bulunması, emmedeki net pozitif yük (ENPY) değerinin hesaplanması gibi pompa ile ilgili

temel hesaplamalar yapılacaktır. Bu sayede pompa seçimi konusunda da bilgi elde edilecektir.

3. Teori

Santrifüj pompa, dönen bir çarkın kanatları arasına alınan sıvı taneciklerinin ivmelendirilerek

çevreye savrulması prensibine göre çalışır. Bir santrifüj pompa; mil, çark, difüzör, salyangoz,

mil yatağı, salmastra kutusu, emme dirseği, emme borusu, dip klapesi, süzgeç, basma borusu

ve çıkış vanası gibi elemanlardan oluşur.

Şekil 3: Santrifüj pompanın ana elemanları

Milin dönmesiyle çark ve çark üzerindeki kanatlar döner. Kanatlar üzerindeki akışkan

tanecikleri santrifüj kuvvetin etkisiyle ivmelenir ve çevreye fırlatılır. Dağıtıcı, çarktan gelen

sıvıyı çevreye yönlendirir. Salyangoz, pompanın dış muhafazasıdır. Salmastra kutusu, çarkın

içine hava sızıntısını engellemek için kullanılır. Emme dirseği, enerji kaybını minimum

tutacak şekilde tasarlanır. Dip klapesi; pompa çalışırken açılan, pompa çalışmadığında ise

kendi ağırlığından dolayı kapanarak suyun geri dönüşünü engelleyen bir elemandır. Süzgeç,

emme borusundan çarka katı parçacıkların girmesini önler. Çıkış vanası kapatıldığında ise,

sıvı çark içerisinde kalır ve pompa çalışmaya devam eder. Sadece sıvı emip basamamış olur.

1 Pompa mili

2 Çark

3 Difüzör

4 Salyangoz

5 Mil yatağı

6 Salmastra kutusu

7 Emme dirseği

8 Emme borusu

9 Dip klapesi

10 Filtre

11 Çıkış vanası

12 Basma kanalı

55

Vana açıklığı ayarlanarak basılan sıvının debisi ayarlanmış olur. Çark üzerinde hareket eden

akışkana uygulanan statik basınç, devir sayısına ve çarkın yarıçapına bağlı olarak değişir.

Radyal doğrultuda oluşan statik basınç hem devir sayısının hem de yarıçapın karesiyle doğru

orantılı değişir.

Santrifüj pompaların genel özellikleri 1. Emme Kabiliyeti: Emme ve basma olayları santrifüj kuvvet etkisinde gerçekleştirilir.

Gazların öz-ağırlıkları sıvılara nazaran çok küçük olduğundan, çark bünyesinden gazların

pompa aracılığı ile dışarı basılması büyük güçlükler gösterir. Emme kanalına dip klapesi

konularak, emme kanalının sürekli sıvı ile dolu olmasına çalışılır. Kısaca kendinden emişli

pompa özellikleri zayıftır. Emme sızıntılarını önlemek üzere kaliteli salmastra kullanmak

zorunludur.

2. Basma Kabiliyeti: Yüksek seviyelere sıvı basmak için devir sayısı büyük seçilir. Çoğu

zaman çok seri kademeli imalat yöntemi uygulanır.

3. Debi Değişimi: Hm=f(Q) olup, her yüksekliğe farklı debi basılabilir. Basma yüksekliği

arttıkça Q debisi azalır. Debinin özel olarak azaltılması istendiğinde, basma kanalına bağlanan

bir vanayı kısarak akım zayıflatılır. Pompa küçük debi için daha çok enerji harcar.

4. Santrifüj pompalar, sabit şartlar altında, sabit debi altında çalışır. Birçok hacımsal pompaya

göre bu en önemli özellikleridir.

5. Santrifüj pompalar tanecikli sıvıların, hatta katı maddeli sıvıların emilip-basılmasına başka

alternatifi olmayan pompalardır. Bunlara çamur pompaları denilmektedir.

6. Emme ve basma olayları santrifüj kuvvete bağlı olduğundan, çalıştıkları her şartta farklı

verimle enerji kullanırlar. Bu yüzden sabit bir verim oranı söylenemez. Genel olarak çok

enerji kullanan, imalatları için çok malzeme harcanan aletlerdir. Hassas imalata zorunlu

değildir.

7. Uzun ömürlü aletlerdir.

Pompa sistemlerinde özgül akış enerjisi ve manometrik basma yüksekliği Bir akışkanı bulunduğu noktadan daha yükseğe çıkarabilmek veya boru sistemi içinde

akışkanı hareket ettirebilmek için kayıpları karşılayacak bir enerjiye ihtiyaç vardır. Pompalar

dışarıdan aldıkları enerjiyi akış enerjisine dönüştürerek akışkanın hareketini sağlar. Bir pompa

sisteminin şeması aşağıdaki gibidir.

56

Şekil 4: Pompa sistemi

Bir pompa sisteminde, akışkanın sıkıştırılamaz olduğu, akışın sürekli ve sıcaklığın sabit

olduğu kabul edilir. Pompa için özgül akış enerjisi, pompa ve sistem kontrol hacimlerine

enerjinin korunumu denklemi uygulanarak bulunabilir. Pompa kontrol hacmi için enerji

denklemi;

(1)

özgül akış enerjisi, (2) pompa basma yüksekliği veya manometrik yükseklik, Hm (3) sistem kontrol hacmi için enerji denklemi, (4) Hkb : Emme ve basma borularındaki toplam kayıp

Pompalarda akış gücü, basma yüksekliği ve debi arasında bir ilişki vardır. Bu ilişki pompanın

giriş ve çıkışları arasındaki enerjinin korunumu denkleminden yola çıkılarak hesaplanır.

57

1-2 noktaları arasında enerji denklemi yazılırsa,

(5)

şeklindedir. Pompa giriş ve çıkışında debi eşit ve m olarak kabul edilirse,

(6)

olarak yazılabilir. Giriş ve çıkışta hızlar ve konumlar eşit olduğundan,

(7)

Pompalardaki kayıp enerji miktarı, pompanın verimi ile ifade edileceğinden dolayı yukarıdaki

denklemde kayıp enerji ihmaledilebilir. Yani,

(8)

alınırsa,

(9)

(10)

elde edilir. Pompanın sabit bir güçte çalışması durumunda hacimsel debi ile basınç farkının

çarpımı sabit olacaktır. Bundan dolayı debinin arttırılması ile basınç farkı azalacak ve bunun

sonucu olarak da pompanın basma yüksekliği azalacaktır.

58

Pompalarda güç, kayıp ve verim

Pompalarda dışarıdan çekilen enerji mil aracılığıyla akışkana aktarılır. Ancak kaynak enerjisi

(elektrik devresinden çekilen güç) akış enerjisine aktarılıncaya kadar bir takım kayıplara

maruz kalır. Elektrik motoru kullanılıyorsa bu motorun kendi iç kayıpları vardır. Bu kayıplar

motorun iç verimi ile ifade edilirler. Elektrik motorlarının verimi, motorların tanıtım levhaları

üzerinde cos olarak yazılır. Mil üzerindeki efektif güç,

(11)

olarak hesaplanır. Çark ve kanatlar ile akışkan arasında ve kanatların sürtünmeden dolayı

enerji kaybı olmaktadır. Bu kayıplar mekanik verim ile ifade edilmektedir. Çark girişindeki

akışkan debisinin bir kısmı geri dönerek debide de bir kayıp olmaktadır. Bu kayıp ise

volumetrik verim ile ifade edilmektedir. Bu nedenle kaynak enerji ile akış enerjisi arasındaki

tüm kayıplar için genel verim ifadesi tanımlanırsa,

(12)

şeklinde yazılabilir. Böylece akışkana aktarılan güç (akış gücü),

(13)

Nkt : Toplam kayıp güç

Pompanın akış gücü, belirli debideki sıvıyı belirli bir manometrik yüksekliğe çıkaran güç

olduğuna göre, debi ve manometrik yükseklik deneysel olarak tespit edildiğinde akış gücü

belirlenmiş olur.

(14)

Q : Deneysel olarak ölçülen hacimsel debi (m3/s)

P: Pompa giriş ve çıkışı arasında deneysel olarak ölçülen basınç farkı (N/m2)

N : Akışkana aktarılan faydalı güç

59

Genel olarak pompalarda debi, manometrik basma yüksekliği, verim ve güç karakteristik

büyüklüklerdir. Çoğu zaman pompa devir sayısı parametrik bir büyüklük olarak ele alınır; bu

büyüklüklerden birisi diğerine bağlanır. Bunların değişim eğrilerine, pompanın karakteristik

eğrisi denir. Pompa karakteristik eğrileri bir pompanın sabit devir sayısında su basması

halinde manometrik basma yüksekliği H, pompa gücü P, pompa verimi η değerlerinin debiye

bağlı olarak değişimlerini gösteren eğrilerdir. Hacimsel debi pompanın boru devresinde

oluşturduğu basınca bağlıdır. Eğer gerekli pompa basıncı yüksekse hacimsel debi düşük olur.

Düşük pompa basıncında hacimsel debi yüksektir (Referanslar-Şekil 1.3).

Pompaların seri çalıştırılması tesisattaki basıncın yetersiz olduğu hallerde basıncı arttırmak

için uygulanan bir yöntemdir. İki ya da daha çok pompanın aynı boru hattında seri

çalıştırılması halinde pompaların ortak karakteristiğini elde etmek için, pompaların aynı

debideki manometrik yükseklikleri toplanır. Seri çalışan pompaların debileri eşittir. Pompa

karakteristik eğrileri daha dik hale gelir (Referanslar-Şekil 1.4).

Aynı tesisatta iki ya da daha çok pompanın paralel çalışması halinde ortak karakteristiği elde

etmek için pompaların aynı manometrik yükseklikteki debileri toplanır. Aynı boru hattında paralel

çalışan pompaların manometrik yükseklikleri eşittir (Referanslar-Şekil 1.5).


Yapılacak Deneyler:

1: Pompa basma yüksekliği (Hm) ile debi (Q) arasındaki ilişkinin belirlenmesi

2: Pompa özgül hızının bulunması

3: Pompa veriminin bulunması

4: Pompa ENPKY değerinin bulunması

5: Seri pompa karakteristik eğrisinin çizilmesi

6: Paralel pompa karakteristik eğrisinin çizilmesi

60

DENEY 1: Pompa basma yüksekliği (Hm) ile debi (Q) arasındaki ilişkinin belirlenmesi

Bu deneyde pompa tarafından sağlanan toplam basma yüksekliği değeri hesaplanacaktır.

Pratikte pompa giriş ve çıkıştaki, potansiyel ve hız, basınç farkları ihmal edilebilir. Böylece

toplam basma yükseliği, basınç yüksekliği olarak kabul edilebilir.

Deneyin yapılışında aşağıdaki sıralama takip edilecektir.

A) 3 ve 4 nolu vanalar tam açık konuma getirilecektir.

B) Sigorta 1 konumuna getirilip 1 nolu düğme yardımıyla 1.pompa çalıştırılacaktır.

C) Debi 4 m3/h ten itibaren her defasında 0,5 m3/h düşürülerek basma yüksekliği 3

nolu göstergeden okunacak ve değerler aşağıdaki tabloya kaydedilecektir.

D) Su akışı tamamen kesildiğinde pompanın basma yüksekliği maksimum olacaktır.

E) Tablo değerleri grafiğe aktarılacaktır (Pompa karakteristik eğrisi çizilecektir.).

Tablo 1. Deney ölçüm verileri

Şekil 5: Pompa Karakteristik Eğrisi

Ölçülen özellik/ ölçüm sayısı 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Basma yüksekliği, Hm [mSS]

Debi, Q [m3/h] 4 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0

Debi (m3/h)

61

DENEY 2: Pompa özgül hızının bulunması

Bu deneyde hesaplanacak olan pompa özgül hızı, farklı pompaları benzerlik bağıntılarına göre

karşılaştırma imkânı verir, aynı zamanda özgül hız çark tipinin bir fonksiyonudur. Pompa

çark tipleri maksimum verimdeki özgül hızlarına göre sınıflandırılır. Pompa özgül hızının

deneysel olarak bulunması bu bilgilerin pekiştirilmesini sağlar. Deneyin yapılışında aşağıdaki

sıralama takip edilecektir.

A) 3 ve 4 nolu vanalar tam açık konuma getirilecek.

B) Sigorta 1 konumuna getirilip 1 nolu düğme yardımıyla 1.pompa çalıştırılacak.

C) Debi 3 m3/h, basma yüksekliği de 12 mSS değerine ayarlanacak.

D) Devir sayısı sabit ve 2850 d/d olarak kabul edilecek.

E) Tablo değerleri kullanılarak özgül hız aşağıdaki formülden hesaplanacak. Özgül hız

değişimi gösterilecektir.

ns : Pompa özgül hızı (d/d)

n : Çarkın dönme hızı (d/d) (2850 d/d alınacak)

Q : Hacimsel akış debisi (L/s). Bu değer yerine bazen (m3/d) veya (m3/h) kullanılabilir.

Hm : Her kademedeki basma yüksekliği (mSS)


DENEY 3: Pompa veriminin bulunması

Bu deney sonucunda hesaplanacak olan pompa verimi, hidrolik gücün pompa motoru

elektriksel giriş gücüne oranı olarak açıklanır. Pompalar farklı çalışma şartlarında farklı

verimlerde çalışırlar. Bu verim bölgeleri karakteristik eğri üzerinde adacıklar halinde

gösterilir. Pompa seçiminde maksimum verim eğrilerinin sağ tarafından seçim yapılması

Ölçülen özellik/ ölçüm sayısı 1 2 3 4


Debi, Q [m3/h] 1,0 2,0 3,0 4,0

62

önemlidir. Çünkü sistem kirlendikçe basınç kayıpları artacağından çalışma noktası sola kayar

ve daha yüksek verimle çalışmış olur.


A) 3 ve 4 nolu vanalar tam açık konuma getirilecek.

B) Sigorta 1 konumuna getirilip 1 nolu düğme yardımıyla 1.pompa çalıştırılacak.

C) 1-3 m3/h aralığındaki debi değerlerinde basma yükseklikleri ve motor akımları

belirlenecek.

D) Devir sayısı 2850 d/d olarak sabit kabul edilecek.

E) Tablo değerleri kullanılarak verim hesaplanacaktır. İlgili değerler tabloya not edilecektir.

Gerekli hesaplamalar gösterilecektir.

: Suyun kütlesel debisi [kg/s] Im : Motorun çektiği akım [A]

g : Yer çekim ivmesi 9,81 [m/s2] cos: Motorun güç katsayısı (0.85 alınabilir)

Hm : Basma yüksekliği [mSS]

Vm : Motor voltajı [V]


Ölçülen özellik/ ölçüm sayısı 1 2 3

Debi, Q [m3/h] 1,0 2,0 3,0


Motor akımı, Im [A]

63

DENEY 4: Pompa ENPKY değerinin bulunması

Pompa girişindeki basınç negatif olduğunda veya pompalanan sıvı sıcaklığı yükseldiğinde

kovuklaşmadan korunmak için emmedeki net pozitif kullanışlı yükün (ENPKY), ENPY’ den

daha büyük olduğu kontrol edilmelidir. Deneyin yapılışında aşağıdaki sıralama takip

edilecektir.

A) 2 ve 4 nolu vanalar açık diğerleri kapatılacak.

B) Her iki pompa çalıştırılacak.

C) 1 nolu bileşik göstergeden vakum değeri kPa olarak okunacak ve tabloya kaydedilecek.

D) Suyun bu basınçtaki buharlaşma basıncı ekteki tablodan bulunacak.

E) ENPKY değeri aşağıdaki formülden hesaplanacak.

ENPKY : Emmedeki net pozitif kullanışlı yük (m)

pi : Pompa girişindeki mutlak basınç (Pa)

pv : Sıvının mutlak buharlaşma basıncı (Pa)

: Sıvının yoğunluğu (kg/m3)

Not: Pmutlak = Pgösterge + Patm


Ölçülen özellik/ ölçüm sayısı 1 2 3

Emme hattı basıncı [kPa] 1,0 2,0 3,0

Emme hattı mutlak basıncı [kPa]

Suyun buharlaşma basıncı [kPa]

Su hazne sıcaklığı [oC]

64

Tablo 5. Suyun farklı basınçlarda buharlaşma sıcaklığı

Buharlaşma sıcaklığı, Tb Basınç

(kPa)

Buharlaşma sıcaklığı, Tb Basınç (kPa)

7 1 81 49,34

33 5,03 86 60,14

46 10,1 90 70,14

60 19,94 94 81,49

69 29,86 97 90,97

76 40,22 100 101,35

DENEY 5: Seri pompa karakteristik eğrisinin çizilmesi

Pompaların seri bağlanmasıyla basınçta önemli bir artış olmasına rağmen debi o ölçüde

artmaz. İki özdeş paralel pompanın seri bağlanmasıyla yeni karakteristik eğri teorik olarak

çizilebileceği gibi deneysel olarak da bulunabilinir. Bu sayede teorik ve deneysel grafikler

arasındaki ilişki ortaya konmuş olunur. Deneyin yapılışında aşağıdaki sıralama takip

edilecektir.

A) 2 ve 4 nolu vana açık diğerleri kapalı tutulacak.

B) Pompaların her ikisi çalıştırılacak.

C) 4 nolu vana kademeli olarak 10 mSS basma yüksekliğinden itibaren 2’şer mSS arttırarak

su debisi sıfıra ininceye kadar kısılacak ve her kademedeki basma ve debi değerleri

kaydedilecek.

D) Tablo değerleri grafiğe aktarılıp seri pompa karakteristik eğrisi çizilecek.


Ölçülen özellik/ ölçüm sayısı 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Basma yüksekliği, Hm [mSS] 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Debi, Q [m3/h]

65

DENEY 6: Paralel pompa karakteristik eğrisinin çizilmesi

Pompaların paralel bağlanmasıyla debide önemli bir artış olmasına rağmen basınç o ölçüde

artmaz. İki özdeş paralel pompanın seri bağlanmasıyla yeni eğri deneysel olarak bulunabilinir.


A) 2 nolu vana kapatılıp diğerleri açılacak.

B) Pompaların her ikisi çalıştırılacak.

C) 4 nolu vana kademeli olarak 10 mSS basma yüksekliğinden itibaren 2’şer mSS arttırılarak

su debisi sıfıra ininceye kadar kapatılacak ve her kademedeki basma ve debi değerleri

kaydedilecek.

D) Tablo değerleri grafiğe aktarılıp paralel pompa karakteristik eğrisi çizilecek.


Ölçülen özellik/ ölçüm sayısı 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Basma yüksekliği, Hm [mSS] 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Debi, Q [m3/h]

66


Deneyin sonucunda hazırlanacak raporda,

1.Deneyin amacı ve yapılışı kısaca anlatılacak.

2. Her bir deney için istenilenler tablo üzerinde gösterilip, gerekli eğriler çizilecek. Yapılan

tüm hesaplamalar gösterilecektir.

3. Sonuçlar yorumlanacaktır.

6. Kaynaklar

1. Deneysan Eğitim Cihazları San. Ve Tic. Ltd.Şti., Balıkesir, 2010, “T-415 Seri/Paralel

Santrifüj Pompa Eğitim Seti Deney Föyü”.

2. Krikor Yalçın, M.M.B.O Seminer notları.

3. Krikor Yalçın, 1998, “Hacimsel ve Santrifüj Pompalar”, Çağlayan Kitabevi.

4. http://www.pompaakademisi.com

5. Yrd.Doç.Dr. Refet Karadağ, 2012, “Pompa ve Basınç Kaybı Laboratuarı Deney Föyü”.

67

7. Referanslar

ÖRNEK EĞRİLER -Pompanın Tek Çalışma Hali-

Şekil 1.1

II- Pompanın Çark Tipine Bağlı olarak Çalışma Hali

Şekil 1.2

68

Hacimsel Debi (m3/s)


Bas

ınç

Fark

ı (

p) (k

Pa)

Bas

ınç

Fark

ı (

p) (k

Pa)

Bas

ınç

Fark

ı (

p) (k

Pa)

Şekil 1.3 Pompa Karakteristik Eğrisi

Şekil 1.4 Seri Bağlı Santrifüj Pompa Karakteristik Eğrisi

Şekil 1.5 Paralel Bağlı Santrifüj Pompa Karakteristik Eğrisi


69




DENEY NO: 6

TERMOELEMAN - DOĞAL VE ZORLANMIŞ ISI TAŞINIMI


70

DOĞAL VE ZORLANMIŞ ISI TAŞINIMI

1. Giriş

Taşınım yoluyla ısı geçişi, doğal taşınım ya da zorlanmış taşınım şeklinde olabilir. Taşınım ile

ısı geçişinde bilinmesi gereken en önemli parametre ısı taşınım katsayısıdır. Hatta çoğu zaman

taşınım problemi denilince akla ısı taşınım katsayısının belirlenmesi gelir. Isı Taşınımı Deney

Düzeneği, üzerinde bulunan düşey bir hava kanalı ve bu kanala yerleştirilebilen düz levha ve

kanatçıklı levhalar şeklindeki ısıtıcı elemanlar yardımıyla havaya ısı geçişinin incelenmesine

imkân veren bir düzenektir. Düşey kanal üzerine yerleştirilebilen, her birisi elektriksel

ısıtmalı; birisi düzlemsel levha, birisi silindirik kanatlı levha ve diğeri de düz kanatlı levha

şeklinde olmak üzere üç ısı değiştirici ile donatılmıştır. Zorlanmış taşınım deneylerinin

gerçekleştirilmesi için düşey kanalın çıkışına bir fan yerleştirilmiştir.

Düzenekte, kanaldan bağımsız olarak; sıcaklık ölçümleri, güç kontrolü ve fan hızının

kontrolünün sağlandığı bir konsol mevcuttur. Kanaldaki hava hızının kontrolü, kanal üzerine

monte edilebilen bir anemometre ile sağlanmaktadır. Bu ölçümler yardımıyla ısı taşınım

katsayıları belirlenebilmektedir.

2. Deneyin Amacı

Deney ile gerçekleştirilebilecek deneyler aşağıdakiler olabilir.

1- Düşey konumdaki düzlemsel bir levhadan doğal ve zorlanmış ısı taşınım deneyi.

2- Silindirik kanatçıklı düzlemsel levhadan doğal ve zorlanmış ısı taşınım deneyi

3- Düz kanatçıklı düzlemsel levhadan doğal ve zorlanmış ısı taşınım deneyi.

Bu deneylerden elde edilmek istenenler ise şu şekilde sıralanabilir:

1- Doğal ve zorlanmış ısı taşınımında, ısı akım şiddeti ile ısıtıcı yüzey sıcaklığı

arasındaki ilişkinin belirlenmesi.

2- Isı geçişinin iyileştirilmesinde kanatçıkların etkisinin gösterilmesi.

3- Kanatçıklı ısıtıcılarda kanatçıklar boyunca sıcaklık dağılımının incelenmesi.

4- Isı taşınım katsayısının hesaplanması.

Deneylerde ölçümler, ısıtıcı gücünün belli bir değere ayarlanmasından sonra sistem sürekli

rejim haline eriştiğinde alınmalıdır. Özellikle düzlemsel levha ile deney yapılırken, ısıl atalet

71

ve düşük ısı taşınım katsayıları nedeniyle kararlı hale erişilmesi oldukça zaman alıcı olabilir.

Bunun için genel olarak deneylerde aşağıdaki yolun izlenmesi kararlı hale erişme süresinin

kısaltılması bakımından önemlidir.

1- Çevre sıcaklığını (TA) ölçerek kaydediniz.

2- Fan hızını ayarlayınız (zorlanmış taşınım için) ve hızı kaydediniz.

3- Isıtıcı gücünü wattmetre 80-90 Watt değerini gösterecek şekilde ayarlayınız.

4- Isıtıcı sıcaklığını (TH) dijital termometreden izleyiniz ve bu sıcaklık 45 C’ ye

eriştiği zaman ısıtıcı gücünü sıfırlayınız. Bu şekilde ısıtıcı yüzey sıcaklığı 50 C

civarında iken sıcaklık değişiminin sıfıra indiği gözlenecektir.

5- Şimdi güç kontrolünü dikkatlice, 50 C civarında sabit kalacak şekilde ayarladıktan

sonra güç girişini Q (W) ve ısıtıcı yüzey sıcaklığını TH (C) kaydediniz.

6- Bu işlemlere yüzey sıcaklığını belli aralıklarla artırarak 90 C’ ye erişinceye kadar

devam ediniz.

Şekil 1. Doğal ve Zorlanmış Taşınım Deney Düzeneği

72

3. Deneyin Teorisi

3.1 Doğal Taşınım Deneyleri

Doğal taşınım deneyleri; kanatçıksız levha, düz kanatçıklı levha ya da silindirik kanatçıklı

levha şeklindeki ısıtıcılardan hangisi ile deney yapılmak isteniyorsa onun kanaldaki yerine

yerleştirilmesi suretiyle yapılır. Kanal çıkışındaki fan çalıştırılmamak kaydıyla; ısıtıcı gücü, 5

Watt ile 25 Watt arasında 5’ er Watt’ lık aralıklarla değiştirilerek, her bir adımda sürekli rejim

haline erişildiğinde ölçümler alınır. Ölçümler, kanatçıksız levha ile deney yapılırsa ısıtıcı

gücüne ( Q) karşılık çevre sıcaklığı (TA) ve ısıtıcı yüzey sıcaklığının (TH) belirlenmesinden

ibarettir. Kanatçıklı levhalarla yapılan deneylerde ise bu ölçümlere ek olarak kanatçık

boyunca sıcaklık değişiminin de (T1, T2, T3) belirlenmesi mümkündür.

3.2 Zorlanmış Taşınım Deneyleri

Zorlanmış taşınım deneyleri de doğal taşınımda olduğu gibi ilgili ısıtıcı elemanın kanaldaki

yerine yerleştirilmesi ve çıkıştaki fanın çalıştırılması suretiyle ve eleman üzerinden hava

geçirilerek gerçekleştirilir. Bu deneyler; ısıtıcı gücü sabit bir değere, örneğin 25 Watt’a

ayarlandıktan sonra kanaldaki hava hızı 0,5 m/s ile 2,0 m/s arasında 0,5’er m/s’lik adımlarla

değiştirilmek suretiyle yapılır. Ölçümlerin sürekli rejim halinde alınmasına dikkat edilmelidir.

Ölçümler, kanatçıksız levha ile yapılan deneylerde hava hızına (V) karşılık çevre sıcaklığının

(TA) ve ısıtıcı yüzey sıcaklığının (TH) belirlenmesini içerir. Kanatçıklı elemanlarla yapılan

deneylerde ise bu ölçümlere ek olarak, kanatçık boyunca sıcaklık değişimini (T1, T2, T3)

belirlemek de mümkündür.

Şekil 5. Hava hızını ve sıcaklığını ölçmek amaçlı kullanılan anemometre.

73

4. Deney Cihazı

4.1 Düzlemsel Levha Isıtıcı

Şekil 2’ de, kullanılan düzlemsel levhanın boyutları verilmiştir.

Şekil 2. Düzlemsel levha ısıtıcı.

Isıtıcı levha genişliği: B = 1110-2 m

Isıtıcı levha boyu: L = 9,9710-2 m

Isıtıcı yüzey alanı: A = B L = 109,67 10-4 m2

4.2 Düz Kanatçıklı Levha Isıtıcı Şekil 3’ te ısıtıcı eleman olarak kullanılan düz kanatçıklı levhanın boyutları verilmiştir.

Şekil 3. Düz kanatçıklı levha ısıtıcı

Isıtıcı levha genişliği: B = 11 10-2 m

Kanatçık boyu: H = 9,97 10-2 m

Kanatçık genişliği: W = 6,79 10-2 m

Kanatçık kalınlığı: t = 0,295 10-2 m

74

4.3 Silindirik Kanatçıklı Levha Isıtıcı Diğer bir ısıtıcı eleman olan silindirik kanatçıklı levhada silindirik kanatçıklar kaydırılmış

sıralı olarak düzenlenmişlerdir ve 17 adet silindirik kanatçık mevcuttur.

Aşağıda ısıtıcı eleman boyutları verilmiştir:

Isıtıcı levha genişliği: B = 11 10-2 m

Isıtıcı levha boyu: H = 9,97 10-2 m

Silindirik kanatçık uzunluğu: W = 6,52 10-2 m

Silindirik kanatçık çapı: D = 1,28 10-2 m

Şekil 4. Silindirik kanatçıklı levha ısıtıcı

4.4 Termoeleman Teorisine Bir Bakış Şekilde görüldüğü gibi farklı malzemelerden yapılmış ve iki ucundan birbirine kaynak edilmiş A ve B tel çiftini düşünelim. Kaynaklı uçlar sıcaklıkları T ve Tr olan farklı sıcaklıktaki ortamlarda bulunsunlar. T sıcaklığındaki ortamda bulunan kaynaklı uca ölçü ucu, Tr sıcaklığındaki ortamda bulunan kaynaklı uca referans ucu denir.

Böylece iki ucu farklı sıcaklıklarda tutulan bir termoeleman devresinde bir (emk) meydana geldiği 1821 yılından beri bilinmektedir. Bu elektromotor kuvvete termoelektromotris kuvvet adı verilmektedir. Bu olay sıcaklık ölçümünde ilk kez 1887 yılında Le Chatelier tarafından kullanılmıştır. Daha sonra bu konuda Lord Kelvin ve Peltien çalışmalar yapmışlardır. Termodinamiğin I. ve II. kanunlarından hareketle, termoelektrik devrede endüklenen gerilimin, devrenin sıcak ve soğuk noktaların sıcaklıklarının farkı ile orantılı olduğu

75

gösterilebilir. Aslında bu ifade gerçekte oldukça farklıdır ve ekseri metaller sıcaklıkla kuadratik olarak değişen bir termoelektrik özelliğe sahiptirler. Yani e=f(t) bağıntısı bilinmelidir. Genellikle sıcaklığını ölçtüğümüz nokta ölçü aletimize uzak olabileceğinden ve termoeleman telleri pahalı olduğundan “Kompenzasyon telleri” adı verilen kablolar yardımıyla elektromotor kuvveti daha uzak yerlere nakletmek mümkündür. Bunun için: 1. Kompenzasyon tellerinin her ikiside aynı cinsten olmalı 2. Kompenzasyon tellerinin, termoeleman devresine bağlandıkları noktalar da dahil olmak üzere her tarafındaki sıcaklığın bir birinin aynı olması gereklidir.

5. Sonuçlar

1. Ölçülen büyüklüklerin diyagram üzerinde ifadesi.

2. Isıtıcı ile kanat üzerindeki mesafe (m) ile sıcaklık (C ) grafiği.

3. Zorlanmış ısı taşınım deneyinde ölçülen: Akış hız (m/s) ile sıcaklık (C ) grafiği.

4. Sonuçların yorumlanması.

5. Kanattan havaya taşınan ısının hesaplanması.

Tablo 1. Düşey konumdaki düzlemsel levhada doğal taşınım deneyi ölçümleri.

Isıtıcı gücü Q ( Watt ) TA ( C ) TH ( C ) TH TA ( C )

5

10

15

20

25

Tablo 2. Zorlanmış taşınım deneyi ölçümleri.

Hava hızı

u (m/s)

T1 ( C )

1 8x mm

T2 ( C )

2 35x mm T3 ( C )

2 60x mm TA ( C )

2 0x mm

TH

( C )

TH TA

(C )

0,5

1,0

1,5

2,0

76

Isıtıcı gücü: Q =

(TH-TA) ( C) (TH-TA) ( C)

Q ( W ) V ( m/s )

Şekil 1. Isıtıcı yüzey sıcaklığının Şekil 2. Isıtıcı yüzey sıcaklığının güç ile değişimi kanaldaki hava hızıyla değişimi

*** Diyagramların başlıklarında ayrıca ilgili deney elemanının ve taşınım şeklinin adı da bulunacaktır. Örnek: Silindirik kanatçıklı levhada doğal taşınımda kanatçık sıcaklığının tabandan itibaren mesafe ile değişimi.

77

EK-1 Havanın atmosferik basınçtaki fiziksel özellikleri (Patm=101.325 kPa)

78




DENEY NO: 7

VİDA VERİMİNİN BELİRLENMESİ Öğretim elemanı adı ve soyadı : Öğrenci adı ve soyadı : Öğrenci numarası : Grup no : Deneyin yapılış tarihi ve saati : Deney raporu teslim tarihi ve saati :

79

VİDA VERİMİNİN BELİRLENMESİ

1. Giriş

Vida, esas itibari ile silindirik bir mil üzerine vida profili adı verilen diş şeklinin helis eğrisi

boyunca sarılması ile meydana gelir. Helis eğrisi, uzun dik kenarı, üzerine sarılacağı silindirin

taban çevresine eşit olan bir dik üçgenin hipotenüsünün silindir üzerine sarılışı sırasında

oluşturduğu eğridir. Dik üçgenin kısa kenarı vida adımını göstermektedir ve helisin silindir

yüzeyini bir defa dolanışındaki yükselme miktarı olarak tanımlanabilir.

Vida mekanizmaları genelde dönme hareketinin vida ekseni yönünde öteleme hareketine

çevrilmesinde kullanılır. Çoğu zaman öteleme hareketinden de (pres, vana, mengene, kriko gibi

düzeneklerde) bir kuvvet elde etmek için yararlanılır. Vidaların profili üçgen, trapez, testere,

yuvarlak veya kare şeklindedir. Üçgen vidalar, Metrik veya Whitworth olabilirler. Üçgen vida

profili bağlantı vidası olarak; trapez ve testere profilli vidalar hareket vidası olarak kullanılırlar.

Yuvarlak profilli vidalar ise sürekli takılıp sökülmesi gereken atmosferik etkilere maruz kalan

yerlerde kullanılır.

Üçgen profilli vidalarda bu profili keserek veya haddeleyerek oluşturmak kolaydır ancak kare

profilli vida kadar ağır yükler için uygun değildirler.

2. Deney


Deneyde kullanılan aparatlar;

- Ayarlanabilir makaraya sahip duvar desteği

- Üzerine ip sarılabilen döner silindirik kısım bulunan 3 mm adımlı kare dişli vida

- Üzerine ip sarılabilen döner silindirik kısım bulunan 2 mm adımlı V dişli vida

- Üzerine ip sarılabilen döner silindirik kısım bulunan 1.5 mm adımlı V dişli vida

- 5 N’luk yük askısı

- 1 N’luk yük askısı

- Ağırlık seti : 1100 N, 250 N, 120 N, 410 N, 55 N, 52 N, 41 N, 30.5 N

Ayarlanabilir makaraya sahip çelik duvar aparatının üzerinde vida somunun içine

yerleştirilebileceği bir yuva mevcuttur. Prinç vida somunu, dönmeyi önlemek için bu yuvaya

tutturulur. Dişli çelik şaft, üst kısmında 70 mm çapa sahip ip sarılabilen bir silindire ve alt

kısmında ise yük askısı için bir yuvaya sahiptir. İp silindire sarılıp bir makara üzerinden diğer

80

yük askısını tutturmak üzere geçirilir. Aparat, sabit yük kaldırıldığında vidadaki sürtünmeyi

ölçmek üzere tasarlanmıştır.

Şekil 1: Deney düzeneği

3 mm adımlı kare dişli vida 13 mm ortalama çapa, 2 mm adımlı V dişli vida 14.7 mm ortalama

çapa ve 1.5 mm adımlı V dişli vida 15 mm ortalama çapa sahiptir.

2.2. Deneyin amacı

Her bir vida profilinin değişik yükleri kaldırmak için ihtiyaç duyduğu kuvveti ölçmek ve bu

vida profillerinin sürtünmesi ile mekanik verimlerini belirlemektir.


Bu deneyi başarı ile gerçekleştiren öğrenciler, vida tiplerini inceleme imkanı bulup, vida

verimini belirlenmesini öğrenip ve hangi durumlarda hangi tip vida kullanacaklarına karar

verme yetisine sahip olurlar.

81

3. Teori

Vida, vidanın ortalama çapı (d [mm]) , helisin adımı (P [mm]) ve helis açısı () olmak üzere üç

unsur yardımıyla açıklanır. Bu unsurlar arasında; dP /tan bağıntısı vardır.

Şekil 2: Vidayı açıklayan unsurlar

Vidaya uygulanan tork, eksenel yükü eğik düzlemden yukarı çıkarmak için gerekli yatay

kuvvet gibi hareket eder. Sürtünmeyi ihmal ederek %100 verimi ifade eden minimum kuvvet

hesaplanabilir. Vida mekanizmalarında verim, sistemin bize verdiği işin vidanın bir tur

dönmesinde sisteme aktarılan işe oranıdır. Gerçekte verim,

)tan(tan

)tan(2

tan

1

2

dF

dFWW (1)

’ dir. Görülüyor ki, verim sürtünme açısı

’ya bağlıdır. Kilitlenmeli mekanizmalarda helis açısının en büyük değeri sürtünme açısına eşit

olacağından (), ulaşılabilecek en büyük verim;

21

2)2tan(tan

max

(2)

olacaktır.

Düzleme parelel kuvvetlerin dengesinden;

sincos WF (3)

tanWF (4)

Yazılabilir. Burada;

F : kuvvet [N]

W: yük [N] dir.

P

d

d

W

F

82

Bu deneyde deneysel kuvvetin F kuvvetine oranı, vidanın ortalama çapının bu vida profili

üzerinde bulunan ipin sarıldığı silindir çapı D’ ye oranıdır.

DFdE

(5)

Burada;

E: deneysel kuvvet [N]

d: vidanın ortalama çapı [mm]

D: vidanın üzerindeki silindirin çapı [mm]

F: şekilden görülen gerçek kuvvet [N] dir.

Vidanın helis açısının

dP /tan (6)

olduğu hatırlanarak;

DPW

dP

DWd

DWdE

tan

min (7)

bulunur. Burada PD / , cihazın hız oranı olarak tanımlanır ve CH ile gösterilirse,

CHWE min (8)

olur. Sistemin mekanik avantajı W/E ’dir ve verim de,

% 100/

CHEW (9)

olarak ifade edilir.

Vida profilleri için sınırlayıcı verim değeri ise,

%100CHm

(10)

olacaktır. Burada m, doğrunun eğimidir.

83


1- Vida parçasını vida somunu kilitlenecek şekilde çelik duvar aparatının üzerine

yerleştiriniz.

2- İpi saat yönünün tersine vidanın üst kısmındaki silindire dolayınız.

3- İpi ayarlanabilir makara üzerinden geçiriniz.

4- 5 N’ luk yük askısını vidanın ucuna, 1 N’ luk yük askısını ipin ucuna asınız.

5- Vida ucuna astığınız yük askısı üzerine 25 N yerleştiriniz.

6- İpin ucuna astığınız kuvvet askısının üzerine vida sabit hızla dönüp ip aşağı inmeye

başlayıncaya kadar ağırlık yerleştiriniz.

7- Hareket başladığı anda ilk ölçümünüzü yük askılarının ağırlıklarını da yerleştirdiğiniz

ağırlıklara ekleyerek kaydediniz.

8- Vida ucuna astığınız ağırlıkları 25 N’luk artışlarla 200 N’a kadar arttırıp her bir yük için

vidayı harekete geçiren kuvveti ölçünüz.

9- Bu prosedürü üç farklı vida profili için tekrarlayınız.



7. Ölçüm değerleri aşağıdaki tablo gibi her bir vida için verilecektir. Yapılan tüm

hesaplamalar gösterilecektir.

8. Her vida tipi için yük verim grafiği çizilecek ve asimtod oldukları doğru hesaplanıp

çizilecektir.

9. Sonuçlar yorumlanacaktır, hangi durumlarda hangi vida tipleri kullanılmalıdır

belirtilecektir.

Tablo 1. Deney ölçüm verileri.

Toplam Yük

W (N)

Toplam Kuvvet

F(N)

Grafikteki Kuvvet E (N)

Sürtünmesiz Durumdaki Kuvvet (N)

Mekanik Avantaj

W/E

Mekanik Verim

6. Kaynaklar 5. F.C Babalık ve K.Çavdar, Makine Bilimi ve Elemanları, ISBN 975-591-683-0, 2004.

6. Prof.Dr. M.Akkurt, Makina Bilgisi, ISBN 975-511-153-0, 1997.

7. Prof.Dr.M.Akkurt ve Y.Müh. M.Kent, Makina Elemanları, Birinci Cilt, 2.Baskı, Üçer

Ofset, 1975, Istanbul.

8. Prof.Dr.M.Gediktaş, Makina Elemanları Bağlama Elemanları Konstrüksiyon ve Hesap,

3.Baskı, Çağlayan Kitabevi, 1995, Istanbul.

84




DENEY NO: 8

MEKANİK TİTREŞİMLER Öğretim elemanı adı ve soyadı : Öğrenci adı ve soyadı : Öğrenci numarası : Grup no : Deneyin yapılış tarihi ve saati : Deney raporu teslim tarihi ve saati :

85

MEKANİK TİTREŞİMLER

Mekanik titreşimler deneyleri; helisel yayın yay katsayısı ve doğal frekansının belirlenmesi ile

sönümsüz titreşim yutucu uygulaması deneylerinden oluşmaktadır.

HELİSEL YAYIN YAY KATSAYISI VE DOĞAL FREKANSININ BELİRLENMESİ

1. Giriş

Mekanik bilimi altında dinamik sistemlerin incelenmesinde sıklıkla kullanılan en basit sistem

kütle ve yay mekanizmasıdır (Şekil1). Deneyde kullanılan yay elemanı heliseldir. Yay

elemanın en önemli karakteristiği yay katsayısıdır. Şekil 2 de görülen kuvvet- yer değiştirme

diyagramından faydalanarak yay katsayısı belirlenebilmektedir.

Şekil 1: Kütle-yay mekanizması Şekil 2: Kuvvet-yer değiştirme

diyagramı 2. Deney


Deneyde kullanılan aletler ve deney seti Şekil 3’te gösterilmiştir. Helisel bir yay ve kütle

düzeneği, vida-somun yardımı üst kirişe sabitlenmiş ve düzgün salınım yapabilmesi için alt

taraftaki kirişe bir delik yardımı ile kılavuzlanmıştır. Yükleme sonucu yayda oluşan uzamayı

ölçmek için üst kirişe bağlı olan bir kumpas mevcuttur. Ayrıca yayın alt ucunda her biri 400 gr

olan kütlelerin yerleştirilebileceği bir plaka bulunmaktadır.

Şekil 3: Deney Düzeneği

F (N)

X (m)

ΔF

ΔX

k (N/m)

F (N)

86

2.2. Deneyin amacı

Bu deneyde, laboratuar ortamında bir helisel yayın yay katsayısı ve doğal frekansının

belirlenmesi amaçlanmaktadır.

2.3. Deneyin öğrenme çıktıları Bu deney sonucunda öğrenci periyot, frekans, açısal frekans, doğal frekans, serbest titreşim,

yay sabiti, kuvvet, yer değiştirme ve kütle vb. mekanik titreşim kavramlarını yay-kütle

mekanizması ile gerçekleştirilen statik ve serbest titreşim deneyleri ile gözlemleyerek

içselleştirecektir.

3. Teori

Şekil 1’de görüldüğü gibi, üzerine kuvvet etkiyen helisel bir yay doğrusal şekil değiştirme

sınırları içerisinde Hooke Kanunu’na uyar. Bunun anlamı; şekil değişimi uygulanan kuvvetle

doğrusal orantılı olarak değişir.

Şekil 2’deki diyagramda görülen bu doğrusal değişimin eğimi yay katsayısını vermektedir ve

teoride yay katsayısını veren formül ile uyum içerisindedir.

F k x

: ( )F kuvvet N : , ( / )k yay sabiti N m : ( )x yer değiştirme m

Yay-kütle mekanizması harmonik hareket yapmaktadır. Sistemin doğal frekansını deneysel

olarak bulmak için sistemin serbest titreşimine ait periyodunun belirlenmesi yeterlidir. Sistemin

periyodu deneysel olarak belirlendikten sonra bulunan değer ve aşağıdaki ifadeler yardımıyla

hareketin doğal frekansı (ω) tespit edilir.

2 f

km

1/f

2k

m

87

: ( / )açısal frekans rad s : ( )f frekans Hz : ( )m kütle kg : ( )periyod s


İlk olarak kumpas vasıtası ile yayın yüksüz boyu ölçülür ve Tablo 1’e kaydedilir. Daha sonra

sırası ile Tablo 1’de görülen yükler sisteme uygulanır ve her bir yük için sistemde meydana

gelen uzama miktarları yine kumpas vasıtası ile ölçülerek tabloya kaydedilir. Daha sonra

tersine bir işlem yapılarak yükler sırası ile sistemden boşaltılır ve her bir yük için ölçümler

tekrarlanarak tabloya kaydedilir. Daha sonra her bir yük için yükleme ve boşaltma durumları

için elde edilen değerlerin ortalaması alınarak Grafik 1 oluşturulup yay katsayısı (k) hesaplanır.

İkinci kısımda ise sistemin sönümsüz serbest titreşimleri incelenmektedir. Sırası ile sistemin

yüksüz ve Tablo 2’deki yükler ile yüklenmiş halleri için sistem bir miktar çekilip bırakıldıktan

sonra bir kronometre yardımı ile 20 osilasyon (salınım) için geçen zaman bulunur. Buradan

elde edilen periyodun karesi alınarak tabloya kaydedilir ve Grafik 2 oluşturulur. Bu grafik ve 5

numaralı ifade yardımı ile hesaplanan yay sabiti ile deneyin ilk kısmında belirlenen yay sabiti

karşılaştırılır. Bu karşılaştırmanın sonuçları raporun sonuç bölümünde irdelenmelidir.




2. Deney sırasında elde edilen değerler aşağıdaki tablolara yazılacak.

3. Her iki deney sonucu elde edilen verilere göre yay sabiti (k) değerleri ayrı ayrı

hesaplanacak ve bu değerler karşılaştırılacak.

4. Grafik 1 ve Grafik 2 deney sonuçlarına göre çizilecek.

5. Sonuçlar yorumlanacak.

88

Tablo 1

M (kg)

Şekil Değişimi (mm)

Ortalama

(mm)

Yükleme Boşaltma

0

0.4

0.8

1.2

1.6

2.0

2.4

2.8

3.2

3.6

4.0

Tablo 2

M

(kg)

20 osilasyon

zamanı (s)

Periyot (s)

1.47

3.47

3.87

4.27

4.67

5.07

5.47

5.87

89

6. Kaynaklar 1. TM16 Experiments in vibration using the universal vibration apparatus, TecQuipment Ltd.

7. Raporların hazırlanması sırasında okunabilecek ek kaynaklar 1. R.C. Hibbeler, Mühendislik Mekaniği Dinamik, Literatür Yayıncılık, Üçüncü Basım (Metrik Baskı), Ekim 2009

SÖNÜMSÜZ TİTREŞİM YUTUCU UYGULAMASI

1. Giriş

Titreşim, genel olarak malzeme yorulması, konfor ve güvenlik açısından istenmeyen bir

durumdur. Sahada karşılaşılan titreşimle ilgili sorunların temelinde çoğunlukla rezonans

durumu bulunmaktadır, bundan dolayı rezonans durumundan özellikle kaçınılmaktadır. Diğer

taraftan titreşimin istendiği durumlar da mevcuttur. Pratikten örnek verecek olunursa, titreşimli

elek, titreşimli konveyör, cep telefonlarının titreşim özelliği, inşaat sektöründe kullanılan

titreşimli beton boşaltma ekipmanları vb. akla ilk gelen örneklerdir. Deneyden önce aşağıdaki

sorulara cevap vermek için gerekli hazırlığı yapınız.

Titreşim nedir? Frekans nedir? Periyot nedir? Serbest titreşim nedir? Zorlanmış titreşim nedir?

Doğal frekans nedir? Rezonans nedir?

2. Deney


Deneyde kullanılan cihaz ve teçhizatların listesi aşağıda verilmiştir. Şekil 1’de titreşim deney

seti üzerindeki yerleşimleri görülmektedir.

Bunlar:

1. İki ucu mesnetli çubuk

2. Dengesiz kütleli elektrik motoru

3. Elektrik motoru hız ayar ünitesi

90

4. Kütle ayarlı sönümleyici

5. Stroboskop cihazı

Şekil 1. Titreşim deney seti

2.2. Deneyin amacı

Bu deneyde, titreşim izolasyon yöntemlerinden biri olan sönümsüz titreşim yutucunun pratik

uygulamasının yapılması ve temel titreşim kavramlarının bu uygulama ile pekiştirilmesi

hedeflenmektedir. Titreşim izolasyonunda kullanılan sönümsüz titreşim yutucu; iki ucu

mesnetli bir metal çubuğun zorlanmış titreşim durumunda meydana gelen rezonans

titreşimlerinin azaltılması için kullanılacaktır. Ayrıca Stroboskop cihazı ile bir elektrik

motoruna monte edilmiş olan ve zorlanmış titreşimi oluşturan dengesiz kütlenin açısal hız

ölçümü yapılacaktır.


Bu deney sonucunda öğrenci doğal frekans, rezonans frekansı, sürekli sistem, mod şekli vb.

temel titreşim kavramlarını deney düzeneği üzerinde yapılan zorlanmış titreşim deneyleri ile

gözlemleyerek içselleştirecektir.

3. Teori

Tek ya da çok serbestlik dereceli sistemler doğal frekanslarından birine yakın bir frekansta

zorlandığında rezonans durumu ortaya çıkmaktadır. Bu duruma sistemde meydana gelen büyük

gerilmeler, gürültü ve yorulma sorunları eşlik eder. Eğer sistemin doğal frekansının ya da

sisteme uygulanan zorlama frekansının değiştirilebilme imkanı bulunmuyor ise bu istenmeyen

ve yıkıcı durumu ortadan kaldırmak için sönümsüz titreşim yutucu kullanılabilir. Aşağıda şekil

91

2’de, üzerine harmonik bir kuvvet uygulanan tek serbestlik dereceli bir sistem ve sönümsüz

titreşim yutucu uygulaması ile iki serbestlik derecesine yükselen sistem görülmektedir.

(a) Tek serbestlik dereceli sistem (b) İki serbestlik dereceli sistem (Sönümsüz

titreşim yutucu uygulaması)

Şekil 2. Sönümsüz titreşim yutucu uygulaması

İki serbestlik dereceli sistemin hareket denklemleri

(1)

(2)

olarak yazılır.

, için

harmonik çözüm olarak varsayılırsa, Y1 ve Y2 genlikleri;

(3)

(4)

bağıntılarından elde edilir. Öncelikle Y1 genliğinin en düşük değere ulaştırılması istendiğinden

3 numaralı ifadenin paydası sıfıra eşitlenerek

(5)

elde edilir. Titreşim yutucu ilave edilmeden önce tek serbestlik dereceli sistemin doğal frekansı

olduğu göz önünde bulundurulursa titreşim yutucu

(6)

olacak şekilde tasarlanabilir. Böylece yeni sistem, eski sistemin doğal frekansında

zorlandığında genliği sıfır olacak duruma getirilmiştir. Aşağıdaki tanımlamalar kullanılarak 3

ve 4 numaralı ifadelerden,

m1 y1

k1/2 m2

y2 k1/2

F0 sin ωt

k2

m1 y1

k1/2 k1/2

F0 sin ωt

92

Y1 ve Y2 genliklerin statik genliği (δst) oranları aşağıdaki gibi yazılabilir.

(7)

(8)

Şekil 3 de Y1 genliğinin statik genliği (δst) oranı, normalleştirilmiş frekansa (ω/ω1) göre hem

sönümsüz titreşim yutuculu, hem de yutucusuz sistemler için frekans cevabı fonksiyonlarının

karşılaştırması görülmektedir.

0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.30

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

|Y1/

st|

/1

1 2

STY`luSTY`suz

Şekil 3. Frekans cevabı fonksiyonlarının karşılaştırması

Diyagram incelendiğinde ω=ω1’de Y1=0 değerine ulaşmaktadır. Bu durumda 8 numaralı

denklemden

(9)

elde edilir. Bu da Y1 genliğini sıfır değerine ulaştıran ters kuvveti ( ) göstermektedir.

Sönümsüz titreşim yutucunun parametreleri 6 ve 9 numara ifadeler ile belirlenebilir.

(10)

Böylece k2 ve m2 parametrelerinin değerleri, Y2 değeri için izin verilen aralıkta bağlıdır. Şekil

3’de görüleceği üzere titreşim yutucu istenilen frekansta titreşimi bastırdığı sırada, Ω1 ve Ω2

frekanslarında iki adet rezonans frekansı ortaya çıkmaktadır. Pratikte çalışma frekansı ω bu iki

frekanstan uzak tutulmaya çalışılmaktadır.

93


Eğer deney düzeneği hazır değil ise öncelikle Şekil 1’de görülen deney düzeneğinin kurulması

için;

1. Çubuk iki ucundan mesnetlenir (Şekil 4)

2. Çubuğun orta kısmına dengesiz kütleli elektrik motoru monte edilir (Şekil 4)

3. Elektrik motorunun hız ayar ünitesine bağlantısı yapılır (Şekil 5)

Şekil 4. İki ucu mesnetli çubuk ve üzerinde dengesiz kütleli elektrik motoru

Şekil 5. Elektrik motoru hız ayar ünitesi

Deney düzeneği hazırlandıktan sonra aşağıdaki işlemler sırasıyla gerçekleştirilir;

1. Elektrik motoru hız ayar ünitesinden elektrik motorunun hızını değiştiriniz (Şekil 5) ve

çubuğun titreşimlerini gözlemleyiniz. Beklentilerinizi belirtiniz ve gözlemlerinizi

değerlendiriniz. Elektrik motor hızı ile titreşim genliklerinin değişimini irdeleyiniz.

2. Keyfi seçilen elektrik motoru dönüş hızı için Stroboskop (Şekil 6) yardımıyla dengesiz

kütlenin (Şekil 7.a) açısal hızını ölçünüz ve elektrik motoru hız ayar ünitesinde okunan dönüş

hızı değeri ile karşılaştırınız. Durumu değerlendiriniz.

Şekil 6. Stroboskop (a) Ön yüz, (b) Arka yüz

94

Stroboskop cihazı ile frekans ölçümü: Şekil 6.a da görülen Stroboskop cihazının ön yüzünde

görülen lambası ile istenilen frekansta yanıp sönen ışık kaynağı oluşturulmaktadır. Bu sayede,

Stroboskopun ışığı, sabit bir frekansta titreşim yapan ya da dönmekte olan bir cisim üzerine

tutulup, frekansı o cisim sanki duruyormuş gibi görünene kadar ayarlandığı zaman bu cismin

titreşim ya da dönüş frekansı tespit edilir. Şekil 6.b de stroboskobun arka yüzü görülmektedir.

Açma-kapama anahtarından cihaz açıldığında lamba sabit 25 Hz frekansında yanıp söner. 2

numaralı tuşa basarak ayar kilidi açılır. Ardından ayar (adjust) düğmesi çevrilerek ışığın

frekansı değiştirilir. 1 numaralı tuş kullanılarak arka yüzde görülen frekans (Hz) değeri, periyot

(s) ve dönüş hızı (dev/dak) cinsinden de okunabilmektedir.

3. Dengesiz kütlenin alt kısmına sönümsüz titreşim yutucuyu ayar kütleleri birbirine en yakın

mesafede olacak şekilde monte ediniz (Şekil 7.b) ve 1 numaralı adımı tekrarlayınız. Bu

durumda gözlemlerinizi değerlendiriniz. Elektrik motor hızı ile titreşim genliklerinin

değişiminde bir önceki duruma göre fark var mı? Yorumlayınız.

Şekil 7. (a) Dengesiz kütle, (b) Dengesiz kütle ve sönümsüz titreşim yutucu

4. Bu adımda, çubuğun rezonans frekansındaki titreşimleri azaltmak için sönümsüz titreşim

yutucunun deney düzeneği üzerindeki uygulamasını yapınız.

a. Bunun için ilk üç adımda yaptığınız ölçüm ve gözlemlerden çubuğun rezonans frekansını

tespit ediniz.

b. Titreşimleri azaltmak için yutucunun rezonans frekansını çubuk rezonans frekansına

eşitleyiniz.

c. Yutucunun bir yarısı, Şekil 8’da görülen Kütle ve çubuktan oluşan kütle-yay sistemine

indirgendiği düşünüldüğünde doğal frekansı 1 numaralı ifade ile hesaplanır. Buradan kütlelerin

ayarlanması gereken l mesafesi bulunuz.

d. Hesapladığınız l mesafesine kütleleri yerleştiriniz.

e. Elektrik motoru hızını çubuk rezonans frekansına ayarlayınız. Gözlemlerinizi

değerlendiriniz.

95

Şekil 8. Kütle ve çubuktan oluşan kütle-yay sistemi

31 3

2EIf

ml

f: Doğal frekans, (Hz)

E: Çubuğun elastisite modülü, (N/m2)

I: Çubuğun atalet momenti, 3

12bhI (m4)

m: Çubuğun ucundaki parçanın kütlesi (0,162 kg)




2. Mekanik titreşimler ile ilgili temel kavramları özetlenecek.

3. Deney sırasında elde edilen değerler ve yapılan hesaplamalar yazılacak.

4. Şekil 8 da görülen sistemin tek serbestlik dereceli yay-kütle sistemi ile benzerliğinden

faydalanarak doğal frekans ifadesi ile kütle ve yay sabiti terimleri arasındaki bağıntılar

karşılaştırılarak değerlendirilecek.

5. Elde edilen sonuçlar ve gözlemler yorumlanacak.

6. Kaynaklar 1. TM16 Experiments in vibration using the universal vibration apparatus, TecQuipment Ltd.

7. Raporların hazırlanması sırasında okunabilecek ek kaynaklar 1. R.C. Hibbeler, Mühendislik Mekaniği Dinamik, Literatür Yayıncılık, Üçüncü Basım (Metrik Baskı), Ekim 2009

Documents

İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ …cdn.istanbul.edu.tr/FileHandler2.ashx?f=201819makinelab2... · 6. Tablolar ve/veya Şekiller sayfanın