PNÖMATİK TEMEL PRENSİPLER. Öğr. Gör. Adem ÇALIŞKAN

Transkript

1 PNÖMATİK Öğr. Gör. Adem ÇALIŞKAN

2 Havanın fiziksel özelliklerini öğreneceksiniz. HAVANIN FİZİKSEL ÖZELLİKLERİ Gazların uygun bir karışımı olan havada yaklaşık olarak %78 Azot, %21 Oksijen vardır, ayrıca içerisinde küçük oranlarda Karbondioksit, Argon, Hidrojen v.b bulunur. Bu gaz karışımı atmosferde 20 km yüksekliğe kadar aynıdır. Deniz seviyesindeki(+15 C ve bar) kuru havanın bazı fiziksel özellikleri şöyledir. Kaynama noktası Kritik sıcaklık Kritik mutlak basınç Yoğunluk Donma noktası Gaz sabiti Ses hızı 78.8 K K bar kg/m³ K J m/sn

3 Havanın fiziksel özelliklerini öğreneceksiniz. HAVANIN FİZİKSEL ÖZELLİKLERİ

4 Basınçlı havanın özellikleri ve basınç birimlerini öğreneceksiniz. BASINÇLI HAVANIN ÖZELLİKLERİ VE BASINÇ BİRİMLERİ Kuvvet: Bir cismi hareket ettiren veya hareketini değiştirmeye zorlayan etkiye kuvvet denir. KUVVET = KUTLE x İVME F = m x a Kuvvetin birimi Newton dur 1N = 1kgm/sn² Basınç: Birim alana düşen kuvvettir. KUVVET BASINÇ A = Alan (cm²) P= F / A P = Basınç ( bar,n/cm²) F = Kuvvet ( Newton) Genellikle basınç birimi olarak bar alınmıştır, fakat yukarıdaki formülde alanı (m²) olarak alırsak basınç birimi Pascal (Pa) elde edilir 1 Pa = 1 N/m 2 1 Bar = 10 N/cm² 1 Bar = Pa 1 Bar = 1 kg/cm²

5 Pnömatik sistemlerde basınç ve vakum kavramını öğreneceksiniz. Pnömatik Sistemlerde Basınç ve Vakum Kavramı Hava, yeryüzünü saran atmosfer tabakasını oluşturan renksiz, kokusuz ve tatsız homojen bir gaz karışımıdır. Yeryüzüne yakın yerlerde hava; O 2, N 2, CO 2, Ar ve az miktarda diğer gazların karışımıdır. Sabit bir bileşeni olup, 1 litre kuru hava normal şartlarda 29 gramdır. Yeryüzüne yakın yerlerde havanın öz kütlesi artarken yeryüzünden uzaklaştıkça azalır. Havada bulunan oksijenin önemini nefes alan canlılar için belirtmeye gerek bile yoktur. Oksijen aynı zamanda yanma olayı için gerekli bir gazdır. Oksijenin bulunma oranı ve mevcut miktarı son derece ayarlı ve kararlı bir değerdir. Güneş sistemindeki gezegenlerde oksijenin hayat için gerekli olan miktarı yalnız dünyamızda mevcuttur. Diğer gezegenlerde oksijen hemen hemen yok denecek kadar azdır. Bunun yerine kalın koyu bir karbondioksit ile zehirli bir gaz olan metan bulunur. Havadaki karbondioksiti bitkiler alır, kendileri için kullanışlı hâle getirdikten sonra havaya oksijen olarak iade eder. Duman ve diğer gazların havaya devamlı karışması sonucu, karbon monoksit, hidrojen sülfür, kükürt dioksit ve amonyak gibi gazlar havada eser miktarda bulunur. Fabrika bacalarından ve kükürtlü yakacakların yakılmasından açığa çıkan bu gazlar hava kirliliğine sebep olurlar.

6 Pnömatik sistemlerde basınç ve vakum kavramını öğreneceksiniz. Pnömatik Sistemlerde Basınç ve Vakum Kavramı Havada değişen oranlarda su buharı daima bulunur. Toz parçacıkları, bakteriler ve bitkilerden uçuşan sporlar her zaman havada mevcuttur. Ozon ise az miktarda şimşek çakmaları sırasında oluşur. Atmosferin üst kısımlarında güneş ışınları ile havadaki oksijen arasında gerçekleşen tepkime ile oksijen ozona dönüşür. Bu tepkimeler kilometre yukarılarda olur. Bu bölgede bir ozon tabakası vardır. Ozon tabakası yaşam için zararlı olan mor ötesi ışınları soğurur ve bize kadar gelmelerini büyük ölçüde önler. Atmosferin daha alt taraflarında ise su buharı ile karbondioksit güneşin kızıl ötesi ışınlarını absorbe eder. Böylece güneşten gelen mor ötesi ve kızıl ötesi ışınlar tutulmuş olur. Atmosferi geçerek gelen ışınlar da canlı için uygun olan ışınlardır. Yeryüzüne yakın yerlerde nemsiz havada bulunan gazların yüzdeleri. (Tüm atmosfer yaklaşık 8 km kalınlıkta ve sabit öz kütlede düşünülmüştür.)

7 Pnömatik sistemlerde basınç ve vakum kavramını öğreneceksiniz. Pnömatik Sistemlerde Basınç ve Vakum Kavramı Madde Hacimce Yüzde Ağırlıkça Yüzde Nispi Kalınlık Azot 78,09 75,5 6,25 km Oksijen 20,95 23,15 1,68 km Argon 0,93 1,29 74 m Karbondioksit 0,03 0,046 2,6 m Diğer gazlar Çok çok az Çok çok az Çok çok az Nemsiz havada bulunan gazların dağılımları Dünya yüzeyinde ve deniz seviyesinde Atmosfer basıncı 1 Atm=760 mmhg= Bar olarak = Pascal olarak uluslar arası kabullerdendir. Basınç cetveli üzerinde bu değer 0 sıfır değeri olarak kabul edildiğinde bu değerin altındaki değerlere Vakum (Alçak basınç);üzerindeki değerlere ise basınç (yüksek basınç ) denmektedir.

8 Pnömatik sistemlerde basınç ve vakum kavramını öğreneceksiniz. Pnömatik Sistemlerde Basınç ve Vakum Kavramı Basınç-Vakum cetveli Atmosfer basıncı, yüksekliğe göre değer kazanır. Atmosfer basıncın yükseklik ile olan ilişkisi aşağıdaki tabloda gösterilmiştir. YÜKSEKLİK ATMOSFER BASINCI 0 m (Deniz Seviyesi) 1013 mbar bar kpa Pascal 2000 m (100 m de % 1 ) 763 mbar bar 76.3 kpa Pascal 8848 m ( Everest tepesi ) 330 mbar 0.33 bar 33 kpa Pascal m 90 mbar 0.09 bar 9 kpa 9000 Pascal m 15 mbar bar 1.5 kpa 1500 Pascal m 8 mbar bar 0.8 kpa 800 Pascal m 0 mbar 0 bar 0 kpa 0 Pascal Atmosfer basıncının yükseklik ile ilişkisi

9 Pnömatik sistemlerde vakum kavramını öğreneceksiniz. VAKUM Mekatronik ve Otomasyon uygulamalarının bazı proseslerinde negatif basınç veya düşük basınç kullanılması gerekmektedir. Negatif basınç veya düşük basınç olarak ifade edilen ortam koşuluna vakum denmektedir. Vakum kullanılarak kaldırma, taşıma ve benzeri bir çok proses uygulanabilir. Vakumun değişik ifade şekilleri Uzayda boşluk; Malzemeden arındırılmış boşluk; Saf boşluk; Atmosferik basıncın azaltılmış hali; Basınç farkı olarak tanımlanabilir. Şeklindedir. Vakum; kullanım alanlarına ve üreteç tiplerine göre değişik sınıflarda yer alsa da seviyeleri ifade ederken üç ana gruptan bahsetmek mümkündür. Düşük vakum 0 20 kpa % 20 vakum Endüstriyel vakum kpa %20-%99 vakum Bilimsel veya Proses vakumu 99 kpa ve üzeri %99 vakum üzeri Vakum seviyeleri

10 Vakum birimlerini öğreneceksiniz. VAKUM BİRİMLERİ Vakum terimleri karmaşa halinde kullanılmakta olup farklı kişiler farklı birimler kullanılmaktadır. Bu terimler aşağıdaki gibidir. BİRİM bar N/cm2 kpa atm, kpa/cm 2 torr, mh 2 O mm Hg Hg psi bar N/cm kpa atm, kpa/cm mh 2 O torr, mm Hg Hg psi Uluslararası vakum/basınç dönüşüm tablosu

11 Vakum birimlerini öğreneceksiniz.. VAKUM BİRİMLERİ GÖRELİ VAKUM Arta kalan basınç, mutlak [bar] Göreli basınç [bar] N/cm 2 kpa atm, kpa/cm 2 mh 2 O torr, mm Hg Hg % % % % % % % % % Mutlak ve göreli değer karşılaştırmalarıyla uluslar arası vakum/basınç dönüşüm tablosu

12 Pnömatiğin temel ilkelerini öğreneceksiniz. NÖMATİĞİN TEMEL İLKELERİ Pnömatik sistemler havanın basınç ( Kuvvet ) iletme özelliğine göre çalışırlar. Atmosferde bulunan havanın %75 azot, %22 oksijen ve geriye kalan kısmı da diğer gazlardan meydana gelir. Bu gazların hepsine birden hava denmektedir. Bütün gazlar gibi havanın belirli bir şekli yoktur. Dolayısıyla içine girdikleri kabın şeklini alırlar. Gazlarla ilgili fiziksel kanunlar Boyle-Mariotte ve Gay-Lucas kanunlarıdır.

13 Boyle-Mariotte kanununu öğreneceksiniz. OYLE-MARİOTTE KANUNU Sıcaklığı sabit kalmak şartıyla kapalı bir kap içinde sıkıştırılan gazın hacmi ile basıncının çarpımı sabittir. Şekil 1. 3: Boyle-Mariotte kanunu Şekildeki kabın içinde bulunan gazın sıcaklığı sabit kaldığı varsayıldığında uygulanmakta olan F kuvvetleriyle basıncı artmakta ve buna bağlı olarak ta hacminin azalmasıdır. Buna bağlı olarak ta formulüze edilecek olursa P1 x V1 = P2 x V2 = P3 x V3 = C (sabit) Veya V 1 V 2 = P 2 P 1 olacaktır.

14 Boyle-Mariotte Kanununu öğreneceksiniz. BOYLE-MARİOTTE KANUNU Yukarıdaki örnekte sıkıştırılmış gaz dolu kaba bir delik açıldığında ne olur? Aynı kabın hacminin iyice artırılıp basıncı düşürüldükten sonra bir delik açıldığında ne olur? Örnek: Basıncı 1bar, hacmi 1 m³ olan bir kapta bulunan gazın sıcaklığı sabit tutularak, hacmi 0.5 m³ e indiriliyor, gazın basıncı ne olur. P1 x V1 = P2 x V2 P2 = (P1 x V1) / V2 P2=1*1 /0.5 P2 = 2bar

15 Charles-Gay-Lussac kanununu öğreneceksiniz. CHARLES-GAY-LUSSAC KANUNU Bu kanun diğer gaz kanunundan çok farklı olmamakla beraber basınç veya hacmin sabit tutulduğu varsayılarak durum değişimlerini ( Genleşme ) inceler. Bu genleşmeler

16 Sabit basınç altında genleşmeyi öğreneceksiniz. SABİT BASINÇ ALTINDA GENLEŞME Sabit basınç altındaki bir gazın sıcaklığı değiştirildikçe hacmi de sıcaklıkla orantılı olarak değişir. Burada gazların sıcaklığı mutlak sıcaklık değerine göre (K) Kelvin cinsinden alınır. Sabit basınç altındaki belli bir hacimdeki hava 1 0 K ısıtılırsa hacmi ilk hacminin 1/273 kadar artar. Buna genleşme katsayısı denir. (a = 1/273) V 2 = Son hacim V 1 = İlk hacim t 1 = cinsinden ilk sıcaklık t 2 = cinsinden son sıcaklık T 1 = Kelvin cinsinden ilk sıcaklık T 2 = Kelvin cinsinden son sıcaklık V 2 =V 1 * T 2 Veya V T 2 =V 1 + V 1 (T T 1 ) Veya V 2 =V 1 ( 1+α t )

17 Sabit basınç altında genleşmeyi öğreneceksiniz. SABİT BASINÇ ALTINDA GENLEŞME ÖRNEK: 21 deki 8 m 3 hava sıcaklığı 52 0 C çıkartıldığında son hacmi ne olur? t 1 = 21 t 2 = 52 T 1 = = K T 2 = = K V 1 = 8 m 3 V 2 =? V 2 =V 1 + V 1 (T T 1 )= Veya V 2 =V 1 ( 1+α t ) V 2 = 8+ 8 ( )= = m3 Veya V 2 =8(1+1/273*31)=8.908 m 3

18 Sabit hacim altında genleşmeyi öğreneceksiniz. SABİT HACİM ALTINDA GENLEŞME Sabit hacim altındaki bir gazın sıcaklığı değiştirildiği takdirde bu gazın basıncı da sıcaklıkla orantılı olarak değişir. P 2 = Son Basınç P 1 = İlk Basınç t 1 = cinsinden ilk sıcaklık t 2 = cinsinden son sıcaklık T 1 = Kelvin cinsinden ilk sıcaklık T 2 = Kelvin cinsinden son sıcaklık α= Genleşme Katsayısı P 2 =P 1 * T 2 Veya P T 2 =P 1 + P 1 (T T 1 ) Veya P 2 = P 1 ( 1+α t )

19 Sabit hacim altında genleşmeyi öğreneceksiniz. ABİT HACİM ALTINDA GENLEŞME ÖRNEK: Kapalı bir kap içinde 21 0 C de ve 12 Bar basıncındaki havanın sıcaklığı 50 0 C çıkartılıyor. Havanın basıncını bulunuz? P 1 = 12 Bar t 1 = 21 t 2 = 50 T 1 = = K T 2 = = K P 2 =? P 2 =P 1 + P (T 2-T 1 ) Veya P 2 = P 1 ( 1+α t ) P 2 = = Bar Veya P 2 =12 ( 1+1/ )= Bar

20 Sabit hacim altında genleşmeyi öğreneceksiniz. SABİT HACİM ALTINDA GENLEŞME ÖRNEK: İlk sıcaklığı 20 C olan kapalı bir kaptaki gazın hacmi 0.8 m³ basıncı ise 2 bardır. Hacmi 0.4 m³ e getirildiğinde kap içerisindeki sıcaklık 27 C oluyor, gazın basıncı ne olur. T1=20C T1 = = 293 K V1=0.8m³ T2 = = 300 K P1=2bar V2=0.4m³ (P1xV1) / T1 =(P2xV2) /T2 t2=27c P2=? P2= (2 x 0.8 x 300) / (0.4 x 293) P2 = 4.1 bar

21 Genel gaz denklemi ( Van Der Waals denklemi ) ni öğreneceksiniz. GENEL GAZ DENKLEMİ ( VAN DER WAALS DENKLEMİ) Sıcaklığı değişmeden bir gazın hacminin daralması ( Basınçlanması ) mümkün olmadığından gerçek bir Pnömatik sistemde hem Boyle- Mariotte ve hem de Charles-Gay Lussac kanunları ayrı ayrı uygulanamaz; beraber kullanılmaları gerekmektedir. Gazların ısıtıldıkları zaman hacimlerinin sıcakla orantılı olarak arttığını belirtmiştik. İlk sıcaklığı (T 1 ) ve ilk hacmi V 1, ısıtıldıktan sonraki sıcaklığı T 2 ve hacmi V 2 olan bir gazın hacim sıcaklık bağıntısını şöyle yazabiliriz. Hacimdeki artma miktarı V olsun. V 1 = T 1 V V 2 T 2 = V 1 T 2 Olduğuna göre ve V=V 2 T 2 -V 1 Olduğundan dolayı 1 hacim formüllerini yerine yazdığımızda V= V 1 T 2 - V T 1 = Paydaları eşitlendiğinde V 1 T 2 1 yazılırsa T 1 - V 1 T 1 T 1 = Tek payda da V 1 T 2 V 1 T 1 T 1 = v 1 Parantezine alındığında V = V 1 T 2 T 1 T 1 yazılabilmektedir.

22 Genel gaz denklemi ( Van Der Waals denklemi ) ni öğreneceksiniz. GENEL GAZ DENKLEMİ ( VAN DER WAALS DENKLEMİ) V=V 2 -V 1 Olduğundan ve buradan V 2 hacmini çektiğimizde V 2 = V 1 + V olacaktır. Böylece gazın son hacmini ilk hacim cinsinden ifade edersek V 2 = V 1 + V =V 1 + V 1 T 2 T 1 T 1 Boyle Mariotte kanununa göre, P 1 *V 1 = P 2 *V 2 şeklinde gerçekleşecektir. V 1 Şeklinde olacaktır. V 2 = T 1 T 2 Veya (Eşitliklerde yer değişimi) V 1 Böylece Charles-Gay-Lussac ve Boyle Mariotte Kanunlarının beraber kullanım neticesinde ortaya çıkan T 1 = V 2 T 2 P 1 V 1 T 1 = P 2V 2 T 2 Bu denkleme gazların genel denklemi denir. P 1 T 1 = P 2 T 2 Veya V 1 T 1 = V 2 T 2 Şeklinde de yazılabilir.

23 Avogadro hipotezi ( Sayısı ) öğreneceksiniz. AVOGADRO HİPOTEZİ ( SAYISI ) Aynı basınç ve sıcaklıkta bütün gazların eşit hacimlerinde eşit sayıda molekül vardır. Eşit sıcaklık ve basınç şartlarında bütün gazların eşit hacimlerinde aynı sayıda molekül bulunacağına göre sıcaklık, basınç ve hacim değerleri belirtildiğinde molekül sayısının da belirli olması gerekir. Standart şartlarda (0 0 C ve 760 mm Hg basıncı altında) herhangi bir gazın 1 molünün hacmi 22,4 litre gelir ve 1 mol gazda 6,02 x molekül bulunur. Bu sayıya da avogadro sayısı denir.

24 Avogadro hipotezi ( Sayısı ) öğreneceksiniz. AVOGADRO HİPOTEZİ ( SAYISI )

25 Pascal kanununu öğreneceksiniz. PASCAL KANUNU Pascal prensibi Pascal kanunu Hidrolikte olduğu gibi Pnömatikte de aynen geçerlidir. Yerçekimi dikkate alınmadığında kapalı bir kap içinde bulunan bir gaza A alanı ile bir F kuvveti uygulandığında meydana gelen basınç kuvvetin uygulandığı alana ve uygulanan kuvvete bağlı olarak değişir.

26 İtme kuvveti-basınç ve alan arasındaki ilişkiyi öğreneceksiniz. İTME KUVVETİ-BASINÇ VE ALAN ARASINDAKİ İLİŞKİ Pnömatik kuvvet iletimi ( Kuvvetin hava yardımıyla taşınması ) Yukarıdaki şekilde iki pistonun birincisine uygulanan kuvvet sonucu oluşan basınç her noktada aynı ( Pascal prensibine göre ) olacağından ikinci pistonda meydana gelebilecek olan kuvvet pistonun alanıyla doğru orantılı olacaktır. Bununla beraber meydana gelen basınç kabın her noktasına aynen ( hava tarafından ) iletilir. F 1 F 2 P= A ise ve pistonların kat ettikleri mesafeyi de L( metre ) ile 1 A2 ifade edilirse 1 A2 olacaktır. L L 2 A 1

27 Basınç iletimini ( arttırma-azaltma ) öğreneceksiniz. BASINÇ İLETİMİ ( ARTTIRMA-AZALTMA ) Çapları farklı iki pistonun ( Bir mil ile birleştirilmiş ) birinci alana P 1 basıncı uygulandığında ikinci piston alanı havaya alanların birbirine oranı kadar basınç artışına sebebiyet verir. Pnömatik basınç arttırma Yani F 1 =F 2 olduğundan P 1 x A 1 = P 2 x A 2 olacağından P 2 = P 1 1A A 2 olur.

28 Gazların Difüzyonu nu( Graham kanununu ) öğreneceksiniz. GAZLARIN DİFÜZYONU ( GRAHAM KANUNU ) Bir gazın moleküllerinin başka bir gazın molekülleriyle karışarak çevreye yayılmasıdır. Örneğin bir kokunun moleküllerinin hava molekülleriyle taşınması sonucu bulunduğu ortamda farklı noktalardan hissedilmesidir. Bu sebepten sıkıştırılmış ( Basınçlandırılmış ) gazların mutlaka kapalı tanklarda muhafaza edilmesi gerekmektedir. Birbirine karışan gazların sıcaklıkları aynı olacağına göre ortalama kinetik enerjileri de birbirine eşit olacaktır.

29 Gazların Difüzyonu nu( Graham kanununu ) öğreneceksiniz. GAZLARIN DİFÜZYONU ( GRAHAM KANUNU )

30 Gazların Dispersiyonu ( FİCK kanununu ) öğreneceksiniz. GAZLARIN DİSPERSİYONU ( FİCK KANUNU ) Sıvıların herhangi bir ortam şartından dolayı gazlar ile geçici olarak karışmasıdır. Buna en iyi örnek havanın su tutabilme özelliğidir. Hava ısındıkça su tutabilme özelliği artar. Başka bir örnek ise özellikle pnömatik sistemlerde havanın yağlanması için yağın hava basıncıyla sürüklenmesi sonucunda karışarak sistem içerisine gönderilmesidir. Sıvı parçacıklarının inceliği gazın içine karışabilme oranıdır. Sıvı ne kadar küçük parçacıklara ayrıldıysa gaz ile o kadar iyi ve ayrılması güç karışımlar meydana getirir.

31 Anlaşılmayanları sormanın tam zamanı? HİDROLİK VE PNÖMATİK SİSTEMLER Öğr. Gör. Adem ÇALIŞKAN 31