EGE ÜN VERS TES FEN B L MLER ENST TÜSÜ YÜKSEK L SANS TEZ

Transkript

1 EGE ÜNVERSTES FEN BLMLER ENSTTÜSÜ YÜKSEK LSANS TEZ KELEBEK VANALARDA VANA KAYIP KATSAYISININ SONLU HACMLER YÖNTEMYLE ve DENEYSEL OLARAK BELRLENMES Burcu AKSU DUYMAZ Makina Mühendislii Anabilim Dal Bilim Dal Kodu: Tezin Sunulduu Tarih: Bornova-ZMR

2 II

3 III Burcu AKSU DUYMAZ tarafndan YÜKSEK LSANS tezi olarak sunulan Kelebek Vanalarda Vana Kayp Katsaysnn Sonlu Hacimler Yöntemiyle ve Deneysel Olarak Belirlenmesi balkl bu çalma E.Ü. Lisansüstü Eitim ve Öretim Yönetmelii ile E.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü Eitim ve Öretim Yönergesi nin ilgili hükümleri uyarnca tarafmzdan deerlendirilerek savunmaya deer bulunmu ve 0/06/008 tarihinde yaplan tez savunma snavnda aday oybirlii ile baarl bulunmutur. Jüri Üyeleri: mza Jüri Bakan : Prof. Dr. Aydoan ÖZDAMAR... Raportör Üye : Prof. Dr. Necdet ÖZBALTA... Üye : Doç. Dr. Vedat DEMR...

4 IV

5 V ÖZET KELEBEK VANALARDA VANA KAYIP KATSAYISININ SONLU HACMLER YÖNTEMYLE ve DENEYSEL OLARAK BELRLENMES AKSU DUYMAZ, Burcu Yüksek Lisans Tezi, Makina Mühendislii Bölümü Tez Yöneticisi: Prof. Dr. Aydoan ÖZDAMAR Haziran 008, 103 sayfa Akkanlarn kontrolü için tesisatlarda yaygn olarak kullanlan kelebek vanalar; kolay açp kapama, basnç kayb azl, hacim küçüklüü ve arlnn az olmas gibi nedenlerle tercih edilirler. Bu çalmada; DN 40 nominal çapnda bir kelebek vanann yersel yük kayb katsays, hem deneysel olarak, hem de nümerik sonlu hacimler yöntemini kullanan Fluent paket program yardmyla hesaplanmtr. Deney yöntemi ve Fluent program ile problem çözülürken akkan olarak hidrolik kullanlmtr. Bu ekilde yersel kayp katsays, vana açkl tam açk pozisyonda iken (=90 ), deney sonucunda 0,5319 ve nümerik yöntemde ise 0,4659 olarak bulunmutur. Bu deerler, %1,41 fark ifade etmektedirler. Anahtar Sözcükler: HAD, Kelebek Vana, Yersel Yük Kayb Katsays, Sonlu Hacimler Yöntemi.

6 VI

7 VII ABSTRACT EXPLORATORY STUDY of BUTTERFLY VALVE PRESSURE DROP COEFFIENT USING FINITE VOLUME METHOD & COMPARISON WITH EXPERIMENTAL STUDY AKSU, Burcu MSc in Mechanical Engineering Supervisor: Prof. Dr. Aydoan ÖZDAMAR Haziran 008,10 pages Butterfly valves which are commonly used for control of fluids in the pipe installation are preferred because of the ease of opening and closing, less pressure loss, less volume and weight. In this study, pressure loss coefficient of the butterfly valve in DN 40 nominal diameter has been calculated by both experimentally and numerically at Fluent Programme which uses finite volume method. Hydraulic is used as fluent when solving the problem both numerical and experimentally. By this way pressure loss coefficient has been determined as 0,5319 (=90º) experimentally while valve is open completely and as 0,4659 at the programme. That means 1,41 % difference between these values. Keywords: CFD, Butterfly Valve, Pressure Drop Coefficient, Finite Volume Method.

8 VIII

9 IX TEEKKÜR Tez çalmamn ortaya çkmasn salayan, çalmay yönlendiren, kymetli yorum ve deerlendirmeleriyle tezin biçimlendirilmesine büyük katk salayan hocam Prof. Dr. Aydoan ÖZDAMAR a, deney aamasnda yardmlarn esirgemeyen mesai arkadalarma, Fluent Programn kullanmamdaki yardmlar için Uçak Mühendisi sayn Saniye BAYRAK a ve benden desteini esirgemeyen eim Erol DUYMAZ a teekkür ederim. Burcu AKSU DUYMAZ

10 X

11 XI ÇNDEKLER Sayfa ÖZET... V ABSTRACT... VII TEEKKÜR...IX EKLLER DZN... XV ÇZELGELER DZN... XVIII SMGELER ve KISALTMALAR DZN...XIX 1. GR Daha Önce Yaplan Çalmalar Çalmann Amac ve Yöntem Hesaplamal Akkanlar Dinamii Sonlu Hacimler Yöntemi Hesaplamal Akkanlar Dinamii Yöntemiyle Çalan Bilgisayar Programlar Fluent Gambit Tgrid Airpak Icepak Polyflow Mixsim Sonlu Hacimler Yöntemi ile Çalan Programlarn Çalma Prensipleri Modelin Tanmlanmas ve Fluent Programnda Çözümü...13

12 XII ÇNDEKLER (Devam) Sayfa. VANA ÇETLER ve KULLANIM ALANLARI Vanann Tanm Vanalarn Snflandrlmas Fonksiyonlar ve Uygulama Alanlar Yönünden Vanalar Küresel Vanalar Kelebek Vanalar Wafer Tip Kelebek Vanalar Lug Tip Kelebek Vanalar Flanl Tip Kelebek Vanalar Sürgülü Vanalar Mili ve Volan Yükselmeyen Tip Sürgülü Vanalar Mili ve Volan Yükselen Tip Sürgülü Vanalar Mili Yükselen ve Volan Yükselmeyen Tip Sürgülü Vanalar Glob Vanalar Baskl Tip Glob Vanalar Pistonlu Glob Vanalar Metal Körüklü Glob Vanalar Pistonlu Vanalar...8

13 XIII ÇNDEKLER (Devam) Sayfa... Anma Basnçlarna Göre Vanalar Anma Çaplarna Göre Vanalar Kulland Akkan Türüne Göre Vanalar Balant ekillerine Göre Vanalar Vana Üretiminde Kullanlan Malzeme ve Yöntemler Dövme Teknolojisi Döküm Teknolojisi AKIKANLAR MEKANNDE TEMEL BLGLER Borularda Enerji Kayb Sürtünme Enerjisi Kayb Lokal (Yersel) Enerji Kayb Tanmlamalar Kelebek Vana Boyutlar Kelebek Vanann Yaps Boyutlandrma ve Kv Deeri...54

14 XIV ÇNDEKLER (Devam) Sayfa 4. PROBLEMN YAKLAIK YÖNTEM ile ÇÖZÜMÜ Sonlu Farklar Yöntemi Sonlu Hacimler Yöntemi Kontrol Hacminin Çözümü Grid Yaknsamas Gambit ile Sürgülü Vanann Modellenmesi Gambit Çözücü Çeitleri Gambit Mesh Elemanlar Gambit Mesh Atma Çeitleri Kelebek Vanann Gambit Programnda Modellenmesi Fluent Programnda Çözülecek Modelin Tanmlanmas Fluent Programnda Çözüm Admlarnn Tanmlanmas DENEY YÖNTEM ile KAYIP KATSAYISI HESABI SONUÇ ve DEERLENDRME...97

15 XV EKLLER DZN ekil Sayfa.1 Küresel vana Wafer tip kelebek vana Lug tip kelebek vana Flanl tip kelebek vana Sürgülü vana Glob vana Pistonlu vana Sürtünme ve enerji kayb Ani genleme Konik difüzör Ani daralma Konik daraltc Orifis hali Vana hali Kelebek vana parça elemanlar Wafer tip kelebek vana Lug tip kelebek vana Sürekli snr Süreksiz snr Sonlu farklar yöntemine giri Sonlu farklar yöntemine giri Nümerik çözüm ile kesin çözüm ilikisi (karlatrma) Grid saysnn çözüme etkisi...67

16 XVI EKLLER DZN (Devam) ekil Sayfa 4.7 Gambitte boru modelleme Kelebek vanaya ait mil modelleme Kelebek vana mil-disk kombinasyonunun modellenmesi açklktaki kelebek vanann modellenmesi Tam açk pozisyondaki kelebek vanaya yaplan meshleme Tüm sistemin hacimsel meshlemesi Gambitte snr artlarnn belirlenmesi Fluent programnda mesh yapsnn raporlanmas Fluent programnda çözücünün tanmlanmas Ak eklinin tanmlanmas Akkan özelliklerinin tanmlanmas Çözücü parametrelerinin belirlenmesi terasyon parametrelerinin belirlenmesi Çözümün yaknsamas Vana açkl 80 deki hz gradyeni Vana açkl 80 deki basnç gradyeni Vana açkl 60 deki hz gradyeni Vana açkl 60 deki basnç gradyeni Vana açkl 40 deki hz gradyeni Vana açkl 40 deki basnç gradyeni Vana açkl 0 deki hz gradyeni Vana açkl 0 deki basnç gradyeni Deney Düzenei Vana açkl-vana kayp katsays ilikisi (karlatrma)...98

17 XVII EKLLER DZN (Devam) ekil Sayfa 6. Basnç-hz ilikisi (karlatrma) Basnç-debi ilikisi (karlatrma)...99

18 XVIII ÇZELGELER DZN Çizelge Sayfa 3.1 Baz ara elemanlarda yük kayb katsaylar Muhtelif borular için n katsays Muhtelif borular için C wh katsays Ani genileme yük kayb katsays Çk yük kayb katsays Basnç farkna göre nin deiimi (modelleme) Vana açklna göre nin deiimi (modelleme) Basnç farkna göre nin deiimi (deney) Vana açklna göre nin deiimi (deney) Modelleme ve deneysel vana kayp katsaysnn (%) karlatrmas...97

19 XIX SMGELER ve KISALTMALAR DZN Simgeler Açklamalar a Dönüüm çarpan (m 1/3 /s) C wh Williams-Hazen pürüzlülük katsays (-) C c Büzülme katsays (-) D Akkan geçi çap (m) D h Q DN Hidrolik çap (m) Anma debisi (m 3 /s) Anma boyutu (IS0 Standartlar) g Yerçekimi ivmesi (m/s ) G Arlksal debi (kg/h) H 100 Vanann anma stroku (-) h L k Boru sürtünme kayb (m) Ortalama pürüz yükseklii (mm) K a Ani genleme yersel yük kayb katsays (-) K b Konik difüzör yersel yük kayb katsays (-) K c Ani daralma yük kayb katsays (-) K e Konik daraltc yük kayb katsays (-) K f Dirsek yersel yük kayb katsays (-) K o Orifis yük kayb katsays (-) K v Vana debi kapasite faktörü (m 3 /h) K vs H 100 için verilen K v anma deeri (-) K Vana yersel kayp katsays (-) L Boru boyu (m) m Pürüzlülük katsays (Kutter katsays)

20 XX SMGELER ve KISALTMALAR DZN (devam) Simgeler Açklamalar n Manning katsays (-) Q Anma debisi (m 3 /s) Q N 1 R h Gazlar için normal artlar altnda hacimsel debi(m 3 /s) Nominal basnç (Pa) Boru giri basnc (Pa) Boru çk basnc (Pa) Hidrolik yar çap (m) Re Reynolds says (-) S Kontrol hacim yüzeyi (m ) S 0 Kanal eimi ( ) T 1 V Akkann vana giriindeki mutlak scakl ( K) Akkan ortalama hz (m/s) V Özgül buhar hacmi (m 3 /kg) V 1 V V c 1 Boru giri hz (m/s) Boru çk hz (m/s) Büzülme kesitindeki hz (m/s) Boru giri kodu (m) Boru çk kodu (m) Younluk (kg/m 3 ) N Gazlarn normal artlar altnda younluu (kg/nm 3 ) 1 Akkann vana girii, çalma artlarndaki younluu (kg/m 3 )

21 XXI SMGELER ve KISALTMALAR DZN (Devam) Simgeler Açklamalar Özgül arlk (N/m 3 ) 0 Kayma gerilmesi (N/m ) Vana açkl ( ) Sürtünme faktörü (-) h Ani genleme yük kayb (m) h b Konik difizör yük kayb (m) h f Dirsek yük kayb (m) h ç Ani daralma yük kayb (m) h ç Hazne çk yük kayb (m) h e Konik daraltc yük kayb (m) h g Hazne giri yük kayb (m) h Orifis yük kayb (m) P Giri-çk kesitleri aras basnç fark (Pa) Vana kayp katsays (-) µ Dinamik (mutlak) viskozite (kg.m/s ) Ksaltmalar CFD HAD SHY Computational fluid dynamics Hesaplamal akkanlar dinamii Sonlu hacimler yöntemi

22 XXII

23 1 1. GR Sanayideki rekabet, ürünlerin gelimesine her zaman yardmc olmutur. Üreticiler, pazar paylarn korumak ve arttrmak amacyla mevcut ürünlerini gelitirir veya yeni ürünleri tasarlayp pazara sunarlar. Her üretici rakiplerine göre teknolojik olarak daha üstün, güvenilir, iletme maliyeti düük ve yüksek kaliteye sahip ürünler tasarlama ve üretme çabasndadr. Rekabetçi bir ürün eldesi için, iyi bir tasarm ve üretim aamas gerekir. Özellikle tasarm aamas çok önemlidir; ürünün pazardaki yeri ve rakip ürünlerine göre sahip olaca avantajlar, bu aamada aratrlmakta ve yapsal özellikleri belirlenmektedir. Genellikle, teorik tasarm safhasndan sonra ilk örnek ürün yaplmakta, üzerinde testler uygulanmakta ve sonuçlara baklmaktadr. stenilen koullar yerine getiren tasarmn seri imalat ve pazara sunulmas için çalmalara balanmaktadr. Prototip ürünün üretilmesi ve uygunluk testlerinin yaplmas uzun ve maliyetli bir süreçtir. Üretilen prototipi denemek, uygunsuzluklar gidermek hem ürün gelitirme zamann hem de maliyetini arttrr. Bunun için tasarmcnn prototip safhasna geçmeden önce yapt tasarmn baarsndan emin olmas gerekir.

24 Son zamanlarda bilgisayar teknolojisinin gelimesi ile, prototip üretimine geçilmeden önce, sanal ortamda ürünün parçalar oluturulmakta ve birbirlerine monte edilmektedir. Böylece pratikte ürünün üretilebilirlii kontrol edilmekte, ayrca prototip ve seri imalat için gerekli teknik resimler oluturulmaktadr. Bilgisayar teknolojisinin sunduu bir dier imkân ise uzun süreli ve yüksek maliyetli olan ön denemelerin bilgisayar ortamnda yaplmasdr. Hesaplamal akkanlar dinamiine (Computational Fluid Dynamics-CFD) dayanarak yazlan programlar, ürünlerin akkan ile ilikili analizlerini yapmakta, akn denklemlerini saysal yöntemler ile çözmekte ve elde edilen sonuçlar saysal veya görsel biçimde sunmaktadr. Bu programlar, ürün tasarmnda saladklar avantajlardan dolay, aratrma gelitirme yapan firmalar için vazgeçilmez bir araç haline gelmitir. Tesisat elemanlar içerisinde önemli yer tutan vanalarn bir çeidi olan kelebek vanalarn da tasarm aamasnda, çalma koullar bilgisayar ortamnda nümerik yöntemlerle analiz edilebilmekte, böylece, zaman ve giderlerden tasarruf edilebilmektedir. Nümerik yöntem ve deneysel yöntem ile bulunan sonuçlarn yaknl, pahal deneysel yöntem yerine, nümerik yöntemin kullanlmasn beraberinde getirmektedir. Bu çalmada; DN 40 çapndaki bir kelebek vanann yersel yük kayp katsays, vana açsna ve basnç deiimine bal olarak, sonlu hacimler yöntemini kullanarak yaklak nümerik çözüm yapan FLUENT program yardm ile ve deneysel yöntemle hesaplanacaktr.

25 3 Bu amaç için; giri bölümünde, daha önce yaplan çalmalar, çalmann amaç ve yöntemi, hesaplamal akkanlar dinamii, sonlu hacimler yöntemi ve hesaplamal akkanlar dinamii yöntemiyle çalan bilgisayar programlar irdelenecek, daha sonraki iki bölümde vanalar ve akkanlar mekaniinin temel bilgileri aktarlacaktr. Ardndan, yersel kayp katsays, yaklak nümerik yöntemle ve deney yöntemi ile iki ayr bölümde incelenecektir. Son bölümde de, sonuçlar deerlendirilerek, nümerik yöntemin, pahal deneysel yöntemin yerine geçip geçemeyecei sorusuna cevap verilecektir Daha Önce Yaplan Çalmalar Akkanlar mekaniinin bir çok alannda olduu gibi, çok karmak akmlarn gözlendii vanalarla ilgili bir çok çalma mevcuttur. Özdamar ve Çelika (004) tarafndan yaplan çalmada, küresel vanalara ait yersel yük kayb katsaylar, hem deneysel yöntemle hem de sonlu hacimler yöntemini kullanan Fluent adl paket program tarafndan belirlenmi ve bulunan deerler karlatrlarak farkllklarn neden oluabilecei irdelenmitir (Özdamar vd., 004). Yaplan bir dier çalmada, sürgülü vanalarn yersel yük kayb katsaylar, bilgisayar destekli hesaplamal akkanlar dinamii yöntemlerinden biri olan Fluent program ile bulunmu ve sonuçlar deneysel deerlerle karlatrlmtr (Özdamar vd., 007).

26 4 Leutwyler ve Dalton (006) tarafndan yaplan çalmada ise kelebek vanalardaki sktrlabilir aklar Fluent programnda analiz ederek disk yüzeyinde ortaya çkan kuvvetler incelenmitir. Ayrca 30, 45 ve 60 derece vana açklndaki basnç deerlerinin tahmininde yine Fluent programn kullanarak yaklak deerler deneysel deerlerle karlatrmtr. Salvador, Altozano ve Valverde (008) bir kontrol valfin Fluent programnda 3 boyutlu modellemesini analiz etmi ve deneysel testlerle de modelin dorulamasn gerçekletirmitir. Farkl piston aralklarnda modelleme ve deneyi gerçekletirerek deneysel ve nümerik deerler arasndaki farkn %6 nn altnda olduunu görmütür. Ayn tür çalmay 3 farkl glob vana için yapan Davis ve Stewart (008) ise deneysel ve nümerik deerler arasndaki en büyük farkn piston giriinde olduunu ve 3 boyutlu modellemede deneysel ve nümerik sonuçlar arasndaki farkn boyutlu modellemeye göre daha az olduunu görmütür.

27 5 1.. Çalmann Amac ve Yöntem Son yllarda akkan kontrolünde özellikle de su ve scak su tesisatlarnda yaygn olarak kullanlan kelebek vanalar, disk (klape) ve mil kombinasyonundan oluur. Disk, dikey eksen boyunca mil ile desteklenmitir. Disk, ak yönünde dik olarak duruyorsa, akkan geçii durdurulur, yani vana kapal pozisyonda demektir. Akkann gidi yolu üzerinde olan ve akkann hznn iddetinde veya dorultusunda deiime neden olan tüm engeller, akkandaki enerjinin bir ksmnn kaybolmasna yol açarlar. Önündeki herhangi bir engeli amas gereken bir akkan, burada enerjisinin bir ksmn kaybeder. Bu enerji, yük kaybnn hz yüküne oran olarak tanmlanan yersel yük kayb katsays ile ifade edilir. Bir kelebek vanann yersel yük kayb katsaylarn saptayabilmek için deneysel ve nümerik yöntemlerden yararlanlabilmektedir. Deneysel yöntem yardmyla hesaplama yapabilmek için, gerekli düzeneklerin oluturulmas gerekmektedir. Nümerik yöntemlerin kullanlmas durumunda ise, yersel yük kayb yaklak olarak hesaplanabilmekte ve böylece zaman ve giderlerden tasarruf edilmektedir. Nümerik yöntemler, deneysel ve analitik olarak çözülemeyen veya bu çözümleri desteklemek için kullanlan ve yaklak sonuç veren yöntemlerdir. Bu yöntemde, irdelenen integral bölgesi parçalara ayrlarak problemin ksmi diferansiyel denklemleri yaklak olarak çözülmektedir.

28 6 Nümerik yöntemlerden en önemlileri sonlu farklar yöntemi, sonlu elemanlar yöntemi ve sonlu hacimler yöntemidir. Bu çalmada, sonlu hacimler yöntemini kullanarak çözüm yapan FLUENT program yardm ile, içinden 840 kg/m 3 younlua ve 0,0196 kg/ms viskoziteye sahip hidrolik akkan geçen DN 40 çapndaki bir kelebek vanann yersel yük kayp katsaysnn, vana açsna ve basnç deiimine bal olarak hesaplanmas amaçlanm, ayrca ayn hesaplama deneysel olarak gerçekletirilerek bulunan sonuçlar karlatrlmtr Hesaplamal Akkanlar Dinamii Genel olarak hesaplamal akkanlar dinamii (HAD), her türlü akkan ve aknn deiik koullardaki analizini yapmaya yarayan bir yöntemdir. Bu yöntemde temel olarak üç ana denklem (süreklilik, momentum ve enerji denklemleri) esas alnr ve bu denklemler saysal çözülerek ak içindeki basnç, hz ve scaklk dalmlar ve bu parametrelere bal olarak birçok veriye ulalr. Günümüzde hesaplamal akkanlar dinamii, aratrma gelitirme ve ürün tasarmnda yaygn olarak kullanlmaktadr. Hesaplamal akkanlar dinamii kullanlarak bir uçak kanadnn üzerindeki basnçlar, bir yeralt rezervuarnn scaklk dalm, bir ortamdaki hava akm dalm veya hareketli bir arabann etrafndaki hava hz gibi ak ile ilgili birçok parametre bulunabilir. Son yllardaki hesaplamal akkanlar dinamii teorisi ve bilgisayar yazlmlarndaki

29 7 gelimeler yüksek türbülansl aklarn ve dinamik sistemlerin nümerik olarak incelenmesine ve sanal ortamda simüle edilmesine olanak salamtr (Karamanolu vd., 006) Sonlu Hacimler Yöntemi Sonlu hacimler yöntemi, çözülecek geometriyi parçalara bölerek bu parçalarn her biri için çözüm yapma ve daha sonra bu çözümleri birletirerek problemin genel çözümünü bulma ilkesine dayanr. Sonlu hacimler yönteminde ak denklemlerini saysal olarak çözebilecek cebirsel denklemlere dönütürmek için kontrol hacmini esas alan bir teknik uygulanr. Yani bu teknik, ak denkleminin integrasyonunu her kontrol hacminde alma ilkesine dayanr. Bu integrasyon sonucu ise her bir kontrol hacmini karakterize eden denklemlerin ortaya çkmasn salar. Sonlu hacimler yöntemi ile problem çözme ileminde genellikle u admlar kullanlr (Buyruk vd., 003): Çalacak bölgenin a programlar sayesinde oluturulacak saysal analizine uygun a ile kontrol hacimlerine bölünmesi, Srayla momentum denkleminin, süreklilik denklemlerinin ve daha sonra enerji veya türbülans gibi dier aranan denklemlerin çözümü,

30 8 Sonuçlandrlan denklem takmlarnn iteratif çözücü sayesinde daha doru deerlere yükseltilmesi, Yaknsakln kontrol edilmesi ve çözümün elde edilmesi Hesaplamal Akkanlar Dinamii Yöntemiyle Çalan Bilgisayar Programlar Fluent Akkan akmn simüle eden bir hesaplamal akkanlar dinamii paket programdr. Bir akkan için denklem çözümlemelerini, sonlu hacimler yöntemi ile yapar. Fluent Program, sktrlabilir veya sktrlamaz, laminar veya türbülansl gibi deiik fiziksel modellerin çözümü yeteneine sahiptir. Fluent, genel amaçl bir hesaplamal akkanlar dinamii olarak, otomotiv endüstrisi, havaclk endüstrisi, beyaz eya endüstrisi, torbomakine endüstrisi, kimya endüstrisi, yiyecek endüstrisi gibi birbirinden farkl birçok endüstriye ait akkanlar mekanii ve s transferi problemlerinin çözümünde kullanlabilir. Bu özellii sayesinde kullancsna birbirinden farkl birçok probleme ayn arayüzü kullanarak çözüm alma olasl salar. Fluent, ürün performansn ürün henüz tasarm aamasndayken ölçme, performans düüren etkenleri detayl bir ekilde tespit ederek yine bilgisayar ortamnda giderme ve piyasaya iyiletirme ilemleri

31 9 tamamlanm son ürünün verilmesini salayabilmektedir. Geometri ve a yapsnn (meshleme) oluturulmas, Gambit Program kullanlarak yaplr. Gambit Program, Fluent Program ile ön ilemci olarak çalr Gambit Hesaplamal akkanlar dinamii ve sonlu hacimler analizlerinde model hazrlama ve saysal a oluturma ilemleri için ön ilemci olarak kullanlan bir yazlmdr. Gambit, kendisine ait sanal geometri kavramyla dardan alnm modellerdeki en büyük sorun olan geometri temizleme ilemini kolaylatrarak, saysal a oluumuna uygun modellerin elde edilmesine olanak salar. Gambit, iki boyutta dörtgen ve üçgen elemanlarn, üç boyutta ise alt yüzlü, dört yüzlü ve geçi elemanlar olarak kama tipi ve piramit tipi mesh elemanlarn kullanmna izin vererek istenilen tipteki saysal an basit ve hzl bir ekilde oluturulmas için kullanlr. Bununla beraber, boyut fonksiyonu ve snr tabaka arac gibi araçlar yardmyla model içinde ve kritik noktalarda eleman younluunun ve kalitesinin kontrol altnda tutulmasn salar.

32 Tgrid Hesaplamal akkanlar dinamii ve sonlu hacimler analizlerinde, ön ilemci olarak kullanlan yazlmlardan biridir. Tgrid, otomatik saysal a oluturma kabiliyeti sayesinde kaliteli dört yüzlü veya kark tipteki (alt yüzlü, kama tipi, piramit tipi) elemanlardan oluan saysal alara sahip olmak için kullanlr. Tgrid yaps gerei yüzeysel saysal alardan hacimsel saysal alara geçi yapabilen bir program olduundan, geometri transferi srasnda oluan uyumazlklar ve geometri temizleme gereksinimini tamamen ortadan kaldrr Airpak Airpak, iç hava kalitesi, sl konfor ve kirlilik kontrolü çözümleri getirmesi beklenen havalandrma sistemleri için, karmak iç hava aklarnn tasarm ve analizinde kolaylk salayan bir tasarm yazlmdr Icepak Elektronik sektörü için gelitirilmi tam etkileimli, nesne tabanl sl analiz yazlmdr ve yüksek performansl elektronik sistemlerin tasarm maliyetlerini düürme ve proje sürelerini ksaltma olanaklarn salar.

33 11 Icepak, kendine özgü, dörtgensel olmayan geometriler için modelleme olana, kontak direnç modellemesi, dorusal olmayan fan erileri, harici s deitiricileri ve otomatik radyasyon ekil faktörleri hesaplamas gibi bir çok özellii standart olarak sunar Polyflow Vizkoelastik aklar da içeren karmak, newtonyen olmayan akkanlar için hesaplamal akkanlar dinamii çözücüsüdür. Polimer cam sanayindeki aklarn karmaklna yönelik sonlu elemanlar yöntemini kullanr Mixsim Kartrma tanklarndaki aklar simule etmek için gelitirilmi tam etkileimli analiz yazlmdr. Mixsim, saysal a oluturucusu olarak Gambiti kullanr. Çok fazl kartrma analizleri, serbest yüzey çalkalanmas, s transferi ve türbülans gibi parametreleri zamandan bamsz veya zamana baml olarak çözer.

34 Sonlu Hacimler Yöntemi ile Çalan Programlarn Çalma Prensipleri Sonlu hacimler yöntemi ile çalan programlardan biri olan Fluent, Gambit veya dier modelleme programlarndan ald mesh dosyalarn okuyarak, yapya koullar uygular ve sistemin çözümünü elde etmeye çalr. Fluent program, sistemi çözerken aada belirtilen denklemleri kullanr. Navier-Stokes (Momentum) Denklemleri dt du z u y u x u x p g x (1.1) dt dv z v y v x v y p g y (1.) dt dw z w y w x w z p g z (1.3) Durum (Hal) Denklemi p RT (1.4)

35 13 Süreklilik Denklemi + u + v + w u t x y z = 0 (1.5) Rayleigh Denklemi D R 3 DR p R + = v p Dt Dt L (1.6) 1.7. Modelin Tanmlanmas ve Fluent Programnda Çözümü Çözümü yaplacak olan modelin geometrisini oluturma, a yapsnn (meshleme) oluturulmas ve snr tipinin belirlenmesi, Gambit programnda yaplr. Modelleme sonunda oluan.msh uzantl dosya, Gambit tarafndan Fluent programna export edilebilme (tanabilme) imkan tanr. Fluent programna import edilen (getirilen) meshlenmi modele ait fiziksel ve malzeme özellikleri, snr koullar, akkann viskozitesi ve sktrlp sktrlamad, akkan akmnn laminer mi, türbülansl m olduu gibi gerekli tüm veriler programa tanmlanr. Daha iyi bir sonuç için, mevcut donanmn kaldrabilecei bir düzeyde eleman seçimi yaplr ve sistemin herhangi bir deere yaknsayp yaknsamadn örenmek amacyla iterasyon ilemi yaplr.

36 14. VANA ÇETLER ve KULLANIM ALANLARI.1. Vanann Tanm Boru veya basnçl kaplarda; gaz, sv veya toz akkanlarda kullanlan, akkan kapatmaya, ksmaya, ayarlamaya, ak ve basnc kontrol etmeye yarayan makine elemanlarna vana denir (Anonim, 001 c). Genel olarak bir vanann tamas gereken özellikler: lgili standartlara uygun olmas, Szdrmazl salamas, Büyük basnç düüleri yaratmamas, Gürültülü çalmamas, Basnç okuna neden olmamas, Korozyona dayankl ve uzun ömürlü olmas, Kolay hizmet verebilir ve kolay montaj edilebilir olmas, Bakm yaplabilir olmas eklinde belirtilebilir.

37 15.. Vanalarn Snflandrlmas Vanalar genel olarak fonksiyonlar ve uygulama alanlarna göre, anma basnçlarna göre, anma çaplarna göre ve kullanld akkan türüne göre snflandrlrlar (Anonim, 001 c)...1. Fonksiyonlar ve Uygulama Alanlar Yönünden Vanalar Küresel Vanalar ekil.1 Küresel vana (Anonim, 008 a). Küresel vanalarn yaps, ortasnda delik bulunan bir küre, hareket kolu ve szdrmazlk elemanlarndan meydana gelir. Kürenin üst ksmnda bir mil yuvas bulunmakta ve yuvaya oturan mil tesisat kolu ile döndürüldüünde küre de birlikte dönerek vanay açmakta ve kapamaktadr. Kürenin 90 dönüünde vana, tam açk pozisyondan kapal pozisyona geçer. Szdrmazlk kürenin szdrmazl ve milin szdrmazl olarak iki kademeden oluur. Vana kullanlaca yere göre uygun szdrmazlk elemanlar ile donatlm olmas gerekir.

38 16 Malzeme olarak d gövdede, basnca ve kullanm yerine göre dökme demir, dökme çelik veya paslanmaz çelik kullanlrken; küre ve mil paslanmaz çelikten üretilir. Avantajlar: Basnç kayb azdr. Açp kapamas kolaydr. salanr. Çift tarafl szdrmazlk sisteminden dolay iyi szdrmazlk Ayar vanas olarak ta kullanlr ancak tam açk veya tam kapal konumlar için tavsiye edilirler. Kullanmlar rahattr. Küreyi 90 çevirmek vanay açmak veya kapatmak için yeterlidir. Dezavantajlar: Anma ölçüsü büyüdükçe fiyatlar da pahallar. Küre ve gövde iç boluu arasnda ölü hacim söz konusudur. Ani açma kapama koç darbeleri yaratabilir.

39 Kelebek Vanalar Kelebek vanalar adn, klape (disk) ve milin kombinasyonunun eklinden alr. Vana gövdesi ile vana iç çapnn büyüklüü, birbirine çok yakndr. Klape, dikey eksen boyunca monte edilmi olan mil ile desteklenmitir. Klape ak yönüne dik olarak bulunuyorsa, akkan durdurulmu ve vana kapanmtr. Kelebek vanalarda szdrmazlk; metal bir klape ile gövde içini kaplayan elastik veya plastik szdrmazlk elemanlar ile salanr. Bu szdrmazlk eleman, ayrca, iki flan arasnda conta görevi yapar. Anma çaplar, 1/''-96'' arasnda seçilebilir. Çalma basnc seçenekleri, 6 bar, 10 bar, 16 bar, 5 bar ve 40 bar dr. En yüksek çalma scakl ise, 130 C dir. Kelebek vanalar ile, akkan ayar edilebilir ve ayar edilen noktada sabitlenebilir. Kullanld akkanlar; su, scak su, çamurlu su, kat partiküller ihtiva eden akkanlar, toz akkanlar ve kimyasal (korozif) akkanlardr. Korozif akkanlar için disk malzemesi ve szdrmazlk eleman, korozif akkana dayankl malzemeden seçilir.

40 18 Kelebek vanalarn kullanm alanlar; Su, deniz suyu, atk su datm ve iletme alanlar, Demir çelik sanayi, Gemi sanayi, Petrol ve kimya sanayi, Çimento sanayi, Gaz, hava ve toz iletimi, Kat sanayi, Güç santralleri olarak sralanabilir. Kelebek vanalar, balant ekillerine göre, wafer, lug veya flanl olarak üretilirler.

41 Wafer Tip Kelebek Vanalar ekil. Wafer tip kelebek vana (Anonim, 008 a). Wafer tip kelebek vanalar, iki flan arasna monte edilirler. Az yer igal etmeleri nedeni ile yaygn olarak kullanlrlar. Ancak, hat sonlarnda kullanlamazlar Lug Tip Kelebek Vanalar ekil.3 Lug tip kelebek vana (Anonim, 008 a).

42 0 Lug tip kelebek vanalar üzerinde, lug denilen içleri dili balant kulaklar vardr. Lug kelebek vanalarda, flan delik adedi kadar kulak vardr. Bu vanalar, hat sonlarnda kullanlabildikleri gibi tesisatn her noktasnda da kullanlabilirler Flanl Tip Kelebek Vanalar ekil.4 Flanl tip kelebek vana (Anonim, 008 b). Avantajlar: 90 lik bir açyla tam açar, tam kapar. Açma kapama performanslar yüksektir. Az yer kaplar ve büyük çaplarda küresel vanaya göre daha ekonomiktir. Periyodik bakm gerektirmeyen bir konstrüksiyona sahiptirler ve uzun süre hizmet ömrü salar.

43 1 Basnç kayplar azdr ve rahat monte edilebilirler. Dezavantajlar: Yüksek basnçlar için uygun deildir. Ani açma kapama koç darbeleri yaratabilir. Elastomer kaplamal vanalarda, elastomerin scaklk dayanmna bal olarak, nispeten düük çalma scaklklar söz konusudur Sürgülü Vanalar ekil.5 Sürgülü vana (Anonim, 008 a). Sürgülü vanalar, Gate ve iber diye de adlandrlrlar. Yap olarak sürgülü vanalar; gövde, kapak, volan, mil ve içinde aa yukar hareket eden sürgüden meydana gelir. Bu vanalar, tam açk veya tam kapal pozisyonda kullanlr.

44 ç szdrmazlk, sürgünün gövde alt yüzeyine oturmas ile salanr. D szdrmazlk ise, salmastra sistemi ile salanr. Szdrmazlk özellii, supapl vanalar kadar iyi olmadndan, ayrma vanasndan çok, kontrol vanas olarak kullanlmaya uygundurlar. Sürgülü vanalarn anma çaplar, 1/''-40'' arasnda seçilebilir. En yüksek çalma scaklklar 90 C dir. Çalma basnç seçenekleri ise, 16 bar ve 5 bar arasndadr. Scak ve souk su tesisatlar, buhar tesisatlar, petrokimya tesisleri ve petrol tama hatlarnda kullanlrlar. Sürgülü vanalar, milin hareketine göre üçe ayrlrlar: Mili ve Volan Yükselmeyen Tip Sürgülü Vanalar Sürgülü mili bir fatura ile kapakta yataklanmtr. Mil döndükçe sürgü, milin üzerinde yukar doru hareket eder. Bu vanalarn avantaj; mil sadece dönme yapt için açk ve kapal konumda yükseklii ayn kalmas ve milin dili ksmlar kapak içinde kaldndan toz ve pislikten korunmu olmasdr. Ancak, milin dili ksm kapak içinde olduu için, korozif akkanlarda anabilir.

45 Mili ve Volan Yükselen Tip Sürgülü Vanalar Mil ve volann hareketi açsndan, glob vanalara benzerler. Yani, mil vidas dardadr, hem dönme hem de yükselme hareketi yapar. Bu vanalarn avantaj; basit yap ve ekle sahip olmas ile korozif akkanlarda milin daha iyi korunmasdr. Ancak, bu vanalar, fazla yer kaplarlar Mili Yükselen ve Volan Yükselmeyen Tip Sürgülü Vanalar Volan, kapak üst tarafna yataklanmtr. Volan, döner, ancak yükselmez, sadece mil yükselir. Bu vanalarn avantaj; mil vidasnn izlenebilir olmas ve milin konumuna göre açklk orannn görünebilmesidir. Ancak konstrüksiyonlar gerei pahal vanalardr. Genel olarak sürgülü vanalarn avantajlar ve dezavantajlar ise aadaki ekilde sralanabilir. Avantajlar: Tam açk kullanmda akkana daha az direnç gösterirler. Sktrmal, dili veya lehimli tip balant imkan salarlar. Büyük anma ölçülerinde bile ksa vana boyu söz konusudur. Ucuzdurlar ve rahat bulunabilirler.

46 4 Dezavantajlar: Tam szdrmazlk özellikleri iyi deildir. Bu nedenle, yüksek basnçlarda kullanmda, ancak, özel üretilmi sürgülü vanalar kullanlabilir. Hassas ak kontrolü için uygun deillerdir, çünkü; akn kslmas ile milin hareketi arasnda belirli bir orant yoktur. Vana, yaklak %75 kapanana kadar, ancak çok düük oranda bir ak kslmas salanabilir. Vana yükseklii, dier tip vanalar içinde en yüksek olandr. Yükseklikte çok yer tutar. Uzun strok yüzünden açma kapama süreleri uzar. Ölü hacim içermektedirler. Vana içinde, kalntlar birikebilir. Bu kalnt birikimi, vanann çalmasn engelleyecek boyutta olabilir. Bakm ihtiyac fazladr. Szdrmazlk yüzeylerinin mekanik zorlanmas önem tar. Kapama sonlarnda ve açma srasnda, basnç dengesi salanana kadar (yaklak %10 açmaya kadar) çk tarafnda kalan szdrmazlk yüzeyi sürtünme ve anma etkisinde kalr. Sk açma kapama için uygun deildir. Esneme kabiliyeti olmayan tek parça sürgü ile scak akkan geçen bir tesisatta kapatma yapldnda, sürgü akn biraz dnda kald için nispeten souk olarak yuvasna oturur. Ak kesildii için çk taraf soumaya balar, gövde kaslr ve sürgü skr. Açmak için ar kuvvet uygulanmas gerekir. Skm parçann sürtünerek açlmas, szdrmazlk yüzeylerinde bozulmalara yol açar. Bu da szdrma, sit yüzeyinin erozyonu ve sonuçta büyük kaçaklara sebep olur.

47 5 Yarm açk pozisyonda, debi yüksek ise, sürgü titremeye ve gürültü ile yan sitlere çarpmaya balar. Bu da szdrmazlk yüzeylerinde bozulmalara yol açar Glob Vanalar ekil.6 Glob vana (Anonim, 008 a). Gövdenin d görünüünün global yapsndan dolay glob adn alan bu vanalar, bir milin ucuna bal klapenin, akkan geçi deliinin üstüne oturtulmas veya kaldrlmas ile, akkan geçiini kesip, açarak görevlerini yerine getirirler. Genel olarak d görünüleri gövde, kapak, mil ve volandan meydana gelir. Yüksek basnç, yüksek scaklk ortamlar ile ayar istenen devrelerde kullanlma olana nedeniyle bütün boru sistemlerinde yaygn olarak kullanlrlar. Glob vanalar szdrmazlk prensibine göre; baskl, pistonlu veya metal körüklü olarak üretilmektedir.

48 Baskl Tip Glob Vanalar ç aksam olarak sit ve subaptan oluur. ç szdrmazlk metal sitsubap sistemi ile salanr. D szdrmazlk ise mildeki salmastra ile temin edilir Pistonlu Glob Vanalar ç aksam olarak piston ve ringler mevcuttur. Alt ring, iç szdrmazl; üst ring ise d szdrmazl salar. Buhar, kzgn su ve basnçl hava sistemlerinde kullanlr Metal Körüklü Glob Vanalar ç aksam ve iç szdrmazl salayan elemanlar baskl tip vanalarda olduu gibi sit ve subaptr. Ancak d szdrmazlk, bir metal körük ile salanr. Paslanmaz çelik malzemeden olan metal körüklü vanalarda d szdrmazlk, salmastral olan sistemlerden daha uzun ömürlüdür ve uzun bakm gerektirmez. Genel olarak glob vanalarn avantajlar ve dezavantajlar ise aadaki ekilde sralanabilir.

49 7 Avantajlar: Hassas ak kontrolü salarlar. Klapenin, sit ile sürtünmesiz, oturarak temas ile iyi bir szdrmazlk salanr. Yüksek basnç ve scakllara uygun tipleri vardr. Çok sk ve çok sayda açlp, kapanmaya uygundurlar. Sürgülü vanalara göre, mil klapeyi dorudan sitin üzerine bastrd için, bu kuvvet uygulamas, szdrmazl olumlu etkilemektedir. Bu yüzden, özellikle atmosfere açk tehlike yaratabilecek yüksek basnçl akn söz konusu olduu durumlarda, kapama vanas olarak sürgülü vana yerine, glob vanalar tercih edilmektedir. Dezavantajlar: Yaplar itibar ile basnç kayplar fazladr. olabilir. Ölü hacim içerdiinden vana içinde kalnt kalmasna neden Ak sadece vana üstünde belirlenmi yönde mümkündür. ki yönlü çalmaya uygun deildir. Büyük anma ölçülerinde, açma kapama miline çok büyük kuvvetler etkimektedir. Bu kuvvet, kapamay zorlatrmaktadr. Büyük debilerin kontrolü söz konusu olduunda; ak iki veya daha fazla küçük

50 8 hatta ayrmak ve küçük glob vanalar kullanabilmek, genelde uygulanan bir yöntemdir Pistonlu Vanalar ekil.7 Pistonlu vana (Anonim, 008 a). Pistonlu vanalar; bir milin ucuna bal pistonun, akkan geçi deliine yerletirilmi, metal olmayan conta paketleri içinden geçirilip, indirilip, kaldrlmas ile akkan geçiini kesip, açarak görevlerini yerine getirirler. Scak ve souk su tesisatlar, buhar tesisatlar ve kzgn ya tesisatlarnda kullanlrlar.

51 9 Avantajlar: Ak kontrolü salarlar. Metal pistonun, metal olmayan conta paketlerine çevresel sk temas ile iyi bir szdrmazlk salanr. Pistonun çevresi, conta paketleri tarafndan açma, kapama srasnda, syrlarak ilerledii için kat partikül içeren svlar için de kullanlabilir. Pistonlar metal olmayan contalar içinde hareket ettii için, kolay kolay anmaz. Anan contalar ise kolayca yenilenebilir. Dezavantajlar: Yaplar itibar ile basnç kayplar fazladr. Ölü hacim içermektedirler. Vana içinde kalntlar birikebilir. Büyük anma ölçülerinde, açma kapama miline çok büyük kuvvetler etkimektedir. Bu kuvvet, kapamay zorlatrmaktadr.

52 30... Anma Basnçlarna Göre Vanalar Vanalar, kullanld akkan devresinde sürekli olarak çalabildii anma basncna göre snflandrlrlar. Bu basnç deeri markalama ve iaretleme ile valf üzerinde gösterilir. PN 16 örneinde, PN harfleri ngilizce Pressure Nominal yani Anma Basnc tanmn sembolize eder. Harflerin yanndaki saylar ise bar cinsinden vanann sürekli çalabilecei basnç deerini belirtir...3. Anma Çaplarna Göre Vanalar Vanalar, monte edildii tesisat boru çapna göre deiik çaplarda dizayn edilirler. Bu çap deeri, markalama ve iaretleme ile vana üzerinde gösterilir. DN ile yaplan markalamalar ngilizce Diameter Nominal yani Anma Çap tanmn sembolize eder. Harflerin yanndaki say ise milimetre cinsinden vanann çap deerini verir. Vana çap ölçüsünün inç cinsinden verilmesi durumunda markalama veya iaretleme inç sembolü ve çap deeri ile yaplr...4. Kullanld Akkan Türüne Göre Vanalar Alçak Basnçl Gaz Vanalar: LPG, doalgaz ve hava gibi gaz sistemlerinde kullanlan vanalardr. Yüksek Basnç Gaz Vanalar: Oksijen, hidrojen, azot, karbondioksit ve benzeri yakc/yanc gaz sistemlerinde kullanlan vanalardr.

53 31 Sv Akkan Vanalar: Su, petrol ürünleri, alkol ve çeitli kimyasal akkan sistemlerinde kullanlan vanalardr...5. Balant ekillerine Göre Vanalar Vidal (ç Vidal, D Vidal): Genelde DN 50, vida szdrmazlnn çok önemli görülmedii durumlarda da DN 100 anma ölçüsüne kadar kullanlr. Bu balantlarda kendi kendine szdrmazlk salayan (TS 61-10, ISO 7/1) ve salamayan (TS 61-00, ISO 8/1) vidalar söz konusudur. Flanl: Bu balantlar, genelde DN 65 ve yukar anma ölçülerinde kullanlr. Vidal balantya göre tesisata daha kolay monte edilirler. Vana veya borunun döndürülmesine gerek yoktur. Vanalarn sökülmesi de kolay olur. Basnç kademesi, malzeme, kullanm yeri ve iletme scakl gibi parametrelere göre flan kalnl, çap, balanty salayan saplama çaplar standartlarda verilmitir. (TS ISO 7005, TS 5014, TS 6755, ISO 084, ISO 441) Kaynak Balantl (Aln Kaynak veya Geçme Kaynak Balantl): Flanl balantlarn scakla bal form deiikliine uramaya eilimleri, scakln ve scaklk dalgalanmalarnn fazla olduu iletmelerde kaynak balantsn gündeme getirmitir. Bu balant; çevre, emniyet, salk veya verimlilik sebepleri ile balantlarda sfr kaçak istendiinde, PN 160 (ANSI Class 900) basnç kademesi ve üstünde kullanlr. Kuvvet santralleri, rafineriler gibi iletmelerin hemen hemen bütün su ve buhar hatlarnda kaynak balant söz konusudur. Yüksek basnç- yüksek scaklk uygulamalarnda; aln kaynak balant, DN 65 ve

54 3 üstü anma ölçülerinde, geçme kaynak balant ise DN 50 ve alt anma ölçülerinde kullanlr. Sktrmal (Wafer- Sandviç Tip): Kendisinde herhangi bir balant sistemi olmayp, flanl armatür ve/ veya tesisat flanlar arasnda sktrlarak monte edilebilen, vana boyut ve arlnda ciddi küçülmeler salayan bir balant eklidir. Kolay monte edilip, sökülebilme avantaj da vardr. Rakor Balantl: Vidal balantl vanalarn, borularn geri sökülmesi gibi sorunlu ilemlere yol açmadan monte edilip, sökülmesini salayan ara balant sistemidir. Kelepçe Balantl: : Hortumlarn vanaya balants için kullanlr. Yüksek basnçlar için uygun deildir. Sert Lehim Balantl: Genelde bakr ve bakr alam malzemeden imal edilmi vanalarn, yine ayn malzemelerden borulara balants için kullanlr. Kolay saylabilecek bir balant eklidir. Yüksek scaklk ve yüksek basnç uygulamalarnda kullanlmaz.

55 33.3. Vana Üretiminde Kullanlan Malzeme ve Yöntemler Valf szdrmazlk elemanlarnda; termo-plastikler, elastomerler ve metal metale szdrmazlk yaygn olarak kullanlrlar. Bu elemanlar, amaca uygunluk açsndan kendi içlerinde farkllk gösterebilirler. Yani, bir akkan için kullanlan elastomer veya termo-plastik, dier bir akkan türü için uygun olmayabilir. Bu nedenle, tüketicilerin valfi hangi amaç için kullanacaklarn ve valfin bu amaca uygun olup olmadn etüt etmeleri gerekmektedir. Gövde, mil, kapak gibi valfin uzun yllar hizmet etmesini salayan elemanlar farkl yöntemlerle üretilebilirler. En yaygn kullanlan yöntemler unlardr:.3.1. Dövme Teknolojisi Vana gövdesini oluturan ana elemanlarn ön ekillendirmesi için kullanlan bu teknoloji, mukavemet yönüyle de en uygun yöntemdir. Malzeme yapsndaki kuvvet çizgilerinin sk sk ve kesiksiz olumas, bu yöntemle üretilen elemanlara üstün fiziksel dayanm kazandrmaktadr. Pahal ve yatrm gerektiren bir üretim yöntemidir.

56 Döküm Teknolojisi Döküm yöntemi, dövme yatrm olmayan ya da dövme yöntemi ile üretimi zor olan parçalarn üretimi için bavurulan yöntemdir. Mukavemet özellikleri sebebi ile dövme teknolojisine göre daha az tercih edilir. Ancak, belirli bir hacimden sonra dövme teknolojisi uygun olmadndan döküm teknolojisi kullanlmaktadr. Sonuç olarak; her iki yöntemde de amaca uygunluk ve yatrm olanaklarna göre bavurulmaktadr. Vana üretiminde kullanlan malzemeler de amaca uygunluk ve kullanlan akkan türüne göre seçilirler. Bakr, çinko ve bakr-kalay alamlar, plastikler, paslanmaz çelikler ve dökme demirin çeitli türleri gövde, kapak gibi elemanlarn üretiminde, elostomer malzemeler de szdrmazlk elemanlarnda kullanlmaktadr. Endüstriyel amaçl kullanlan, kimyasal andrclar ihtiva eden akkanlarda genellikle plastik veya paslanmaz çelik kullanlyorken, içme suyu, hava, petrol ürünleri, yanc ve yakc gazlar için genellikle bakrçinko alaml vanalar üretilmektedir.

57 35 3. AKIKANLAR MEKANNDE TEMEL BLGLER 3.1. Borularda Enerji Kayb Bir akkan boru içerisinde hareket ederken, enerjisinin bir ksmn çeitli sebeplerden dolay kaybeder. Sürtünme ve lokal (yersel) olmak üzere iki tip enerji kayb vardr Sürtünme Enerjisi Kayb Akkann boru cidarlarna sürtünmesinden dolay enerjisinin bir ksm s enerjisine dönüür. ekil 3.1 Sürtünme ve enerji kayb (Gökelim, 1984) p 1 V1 P V z 1 z (3.1) g g h L

58 36 Bu ifade yük kayb olarak da adlandrlr. Sabit çapl boru için V 1 =V olacandan ifade; p1 P z1 z (3.) h L eklini alr. Burada sürekli yük kayb, kontrol hacmine etkili kuvvetleri yazmak yoluyla da ifade edilir. Akm hz deimedii için ivme sfr olacandan; D D D P1 P L Cos 0DL (3.3) eklinde yazlabilir. Buradan; 0 P1 P 4L D LCos (3.4) veya D 0 h L (3.4) 4 L elde edilir. Bu ifadenin her iki taraf V 8 ile bölünürse, D g h L (3.5) L V

59 boyutsuz sürtünme faktörü ifadesi çkarlr. Burada V, akmn ortalama hzdr. Bu ifade genellikle aadaki gibi yazlr; 37 h L V L D (3.6) g Burada; hl : Boru sürtünme kayb (m) : Sürtünme katsays (-) D: Boru iç çap (m) L: D çapl boru uzunluu (m) V: Borudaki akkan ortalama hz (m/s) g: Yerçekimi ivmesi (m/s ) eklinde ifade edilir. Sürtünme faktörünün farkl boru cinsleri için deerleri, deneysel çalmalar sonucunda belirlenmitir. VD Re için; Laminar akmda; L V h L ; f(re) veya D g 64 Re (3.7)

60 38 Türbülansl akmda; Hidrolik cilal borularda; L V h L ; f(re) D g 0,316/Re 0,5 (3.8) Hidrolik pürüzlü borularda; h L V k L D ; f( ) g D (8/ ) 0,5 =5,75log(D+k)+4,75 (3.9) Geçi bölgesinde; h L V k L D ; f(re, ) (3.10) g D 1 k, log 51 3,7D Re (3.11) Buradan da görüldüü gibi, sürtünme faktörü en genel halde Re says ve k/d rölatif pürüzlülüünün bir fonksiyonudur. Burada, k borularn iç yüzeyindeki ortalama pürüz yüksekliini ifade etmektedir.

61 Deneysel çalmalar sonucunda, ya karlk gelen deerler bugün ki adyla Moody olarak bilinen diyagram oluturmutur. 39 Sürtünme enerji kayb için baz ampirik formüller kullanlmaktadr. Darcy-Weisbach formülü Bu eitlik ayn zamanda Darcy-Weisbach formülü olarak da bilinir. Ana iletim hatlarnda yük kayb hesabnda kullanlr: V C (3.1) gd Çizelge 3.1 Baz ara elemanlarda yük kayb katsaylar (Sümer vd.,1985).

62 40 Manning-Strickler Formülü Manning-Strickler katsays u ekilde ifade edilir: C= 1/ 6 R 8g (3.13) n Burada; R=D/4 n, ise Manning formülünde boyutsuz pürüzlülük katsays olarak tanmlanr. Çizelge 3. Muhtelif borular için n katsays (Sümer vd.,1985). Williams Hazen Formülü Bu formülde yük kayb, yük kayb katsaysnn (C wh ) nin fonksiyonu olarak tanmlanr. C wh, borunun çap ve iç yüzeyinin pürüzlülüüne göre deiir. Temel bant: V=0,849C wh R 0,63 J 0,54 (3.14) eklinde ifade edilir.

63 41 Burada; C wh : Williams-Hazen formülünde pürüzlülük katsays, Re: Reynolds katsaysdr. J ise aadaki formülle hesaplanr: J V C 1,85 1,167 6,84 D (3.15) wh Çizelge 3.3 Muhtelif borular için C wh katsays (Sümer vd.,1985).

64 Lokal (Yersel) Enerji Kayb Ak hznn dorultu ve iddetçe deiiklik göstermesine neden olan kayplara lokal kayplar ad verilir. Lokal kayplar snflandrlrsa; Ani Genleme Yük Kayb ekil 3. Ani genleme (Gökelim, 1984). Ani genleme kaybnda snr ayrlmalar meydan geldii için ölü bölgeler olarak adlandrlan ksmlar oluur. Giri ve çk kesitleri arasnda impuls-momentum denklemi uygulanarak; P 1 A 1 +P 1 (A -A 1 )+ QV1 -P A - QV = 0 (3.16) sonucuna varlr. Süreklilik Denklemi; Q = V 1 A 1 = V A (3.17)

65 43 Daimi ak enerji denkleminden; P1 V1 P V z1 z g g h a (3.18) sonucu elde edilir. mpuls-momentum ve süreklilik denklemlerinden P 1 P V ( V1 V ) g (3.19) bulunur. fadenin enerji denkleminde yerine konmas ile; ( V V ) h a ve (3.0) g 1 süreklilik denkleminde yerine konmas ile; h A1 V 1 1 a A (3.1) g elde edilir. Bu denklemde; K a = A A 1 1 ile ifade edilirse; (3.)

66 44 V1 ha K a (3.3) g ekline gelir. Ka; ani genleme yersel yük kayb olarak adlandrlr. Çizelge3.4 Ani genileme yük kayb katsays (Gökelim, 1984). D 1 D 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0, K a 0,13 0,6 0,41 0,56 0,7 0,83 0,9 Konik Difüzör 1 ekil 3.3 Konik difüzör (Gökelim, 1984). 0 D 1 45 ; K :,6Sin 1 (3.4) D D ; K 1 (3.5) D V1 hb K b (3.6) g eklinde ifade edilir.

67 45 Çizelge 3.5. Çk Yük Kayb Katsays (Gökelim, 1984) Hazneye Giri Yük Kayb Akkan hz V = 0 olacandan; V1 h g (3.7) g eklinde yazlr.

68 46 Ani Daralma Yük Kayb ekil 3.4 Ani daralma (Gökelim, 1984). D K c 0,5 1 (3.8) D1 V h c K (3.9) g Konik Daraltc 1 ekil 3.5 Konik daraltc (Gökelim, 1984).

69 47 0 D 45 ; K 0,8Sin 1 (3.30) D1 0 0 D ; 0,5 1 sin K (3.31) D1 V h e K (3.3) g eklinde ifade edilir. Orifis ve Vana Yük Kayb ekil 3.6 Orifis hali (Gökelim, 1984). Orifis halinde yersel yük kayb; Vc V ho (3.33) g eklindedir.

70 48 Süreklilik denkleminden; A c V c =AV olduu bilinmektedir. Burada A c =C c.a olduundan; V c A A V V (3.34) A C a c c bulunur. Orifis yük kayb hesab da, bu ifadeler yardmyla; A h0 1 Cca V g (3.35) olur. Burada, A K0 1 Cca orifis yersel yük kayb olarak tariflenirse; V h 0 K 0 olur. (3.36) g

71 49 Benzer ekilde, bir vana için; V hv K v (3.37) g yazlabilir. Burada Kv, vana kayp katsaysdr. ekil 3.7 Vana hali (Özgür, 1989) Dirsek Yük Kayb Dirsekler için lokal yük kayb; V h f K f (3.38) g Burada K f dirsek yük kayp katsaysdr. Yersel yük kaybnn genel ifadesinin en genel hali; V h g K (3.39) g

72 50 eklinde verilebilir. Burada K, yersel yük kayb katsaysdr. Bu formda verilen ifadelerde hz ifadesi, söz konusu kesitte hangi hz büyükse o göz önüne alnarak hesaplama yaplr. 3.. Tanmlamalar P1 P Giri basnc (Pa) Çk basnc (Pa) P Giri ve çk kesitleri arasndaki basnç fark (Pa) Younluk (kg/m 3 ) g = Yerçekimi ivmesi (m/s ) kinematik viskozite (m /s) dinamik viskozite (kgm/s ) Kelebek Vana Boyutlar Piyasada bulunan kelebek vanalarn Anma çaplar 1/''-96'' arasnda seçilebilir. Basnç snflar olarak, PN 6, PN 10, PN 16, PN 5, PN 40 snflarnda üretilmektedirler.

73 Kelebek Vanann Yaps Gövde Kapatmann gerçekletii akkan kesitini ve fonksiyonel elemanlar bünyesinde bulundurur, akkan çevreler ve yönlendirir, boru ile birlemeyi salar, basnca mukavemet gösterir. Kelebek vana gövdeleri, montaj kolayl salamak amacyla kaldrma halkas ve destek ayaklar ile teçhiz edilirler. aft (Mil) Vana aft paslanmaz çelikten imal edilir. aft, disk ve mekanik stoplar, iletme torkunu karlayacak ekilde emniyetli olarak seçilirler. aft keçeleri kullanlrsa, O-ring tipinde seçilir. Contalar ya kauçuktan O- ring tipinde ya da kendinden ayarlamal tipte olacak ekilde tercih edilir. Klape (Disk) Döküm olarak imal edilen klapeler, aka minimum direnç gösterecek formda dizayn edilir ve köeler de yuvarlatlr. Vana diski tam açk durumdan kapal duruma 90 açyla hareket edecek ekilde dizayn edilir. Vana diskinin, hem açk hem de kapal durumda fazla ileri hareket etmesini önlemek için, ayarlanabilir mekanik stoplar temin edilir.

74 5 Szdrmazlk Sistemi Büyük çapl kelebek vanalarda szdrmazlk, klape kenarnda çevresel olarak bask çemberi ile tespit edilen T kesitli kauçuk szdrmazlk ringi ile salanr. Klapenin kapal pozisyonda szdrmazlk ringi konik ilenmi gövde sitine basar ve her iki yönde kesin szdrmazlk salar. Szdrmazlk ringi klapenin sökülmesi gerek kalmadan kolayca deitirilebilir türdendir. Kelebek vanann genel yaps kelebek vanada kullanlan parça elemanlar aada görülmektedir. ekil 3.8 Kelebek vana parça elemanlar (Anonim, 008 b). Aada wafer tip ve lug tip kelebek vanalara ait teknik çizimlere örnekler verilmitir.

75 53 ekil 3.9 Wafer tip kelebek vana (Anonim, 008 a). ekil 3.10 Lug tip kelebek vana (Anonim, 008 a).

76 Boyutlandrma ve K V Deeri Ksma yolu ile çalan vanalarda Bernoulli'ye göre, debi; etkin ksma alan A ve ksma alanna etkili diferansiyel basncn (p) karekökü ile doru orantl, akkan younluunun () karekökü ile ters orantldr. Cihazn direnç faktörü ile gösterilirse, debi; Q A p (3.39) eklinde formüle edilebilir. Direnç faktörü ve etkin alan beraber olarak ele alan bir debi kapasite faktörü tanmlanm ve Vana K V deeri olarak isimlendirilmitir. K V deeri; 0 ºC scaklktaki suyun, 1 Bar basnç kayb ile belirli bir oranda açk vanadan geçen, m³/saat cinsinden debisini belirtmektedir ve belirli, sabit tutulan bir dorultudaki ak srasnda yaplan ölçümlerle tespit edilir. Amerika Birleik Devletlerinde kullanlan, edeer C V (Valve Coefficient) deeri de basnç fark 1.0 psi (0,07 bar) ve akkan scakl 60 ºF olmak üzere US-Galon/ dak cinsinden debi olarak tanmlanmtr. C V = 1,17 x K V veya K V = 0,86 x C V (3.40)

77 55 K V Q P (3.41) Formül olarak; eklinde verilmektedir. Bu formülden yola çkarak; K V Q G Q N : Vana debi kapasite faktörü (m³/h) : Debi (m³/h) : Arlksal debi (kg/h) : Hacimsel debi- Gazlar için normal artlar altnda, 0 ºC, 760 Torr (Nm³/h) P 1 P : Vana giri basnc (Qmaks veya Gmaks'ta) (Pa) : Vana çk basnc (Qmaks veya Gmaks'ta) (Pa) P : P 1 -P 1 : Akkann vana giriindeki çalma artlarnda (T 1 ve p 1 ) younluu (kg/m³) N : Gazlarn normal artlar altnda younluu ( kg/nm³ ) V : Özgül buhar hacmi T 1 ve p de veya p> p 1 / ise, T 1 ve p 1 / de (m 3 /kg) T 1 : Akkann vana giriindeki mutlak scakl (ºK), T 1 = t ºC +73 V : Tavsiye edilen akkan hz (m/s) olmak üzere, K V deerini aada verildii ekilde hesaplanabilir.

78 56 Genel olarak svlarda; K V Q 31,6 p 1 (3.40) Gazlarda; p p p1 p1 ise ise K K V V QN 514 Q N 514 p T p p 1 N 1 T N 1 (3.41) Su Buharnda; p p p 1 p1 ise ise K K V V G 31,6 G 31,6 V '' p V '' p 1 (3.4) Pratik olarak bu formüllere göre K V deeri hesaplanr veya bu formüllere dayanlarak hazrlanm diyagramlardan bulunur. Belirli bir açklkta bu K V deerini salayabilen vana, bir boru hattnda istenilen çalma artlarn salayabilir. Bu ekilde tanmlanan K V deeri; önceden belirtilmesi gerekli açma mesafesi, etkin alan, ak faktörü ve kayp faktörleri gibi deerlerin ayrca seçimine gerek brakmaz.

79 57 Vanann seçilen ölçü ve direnç özellikleri ile öngörülen çalma artlarnda, maksimum debi rahatlkla kontrol edilebilmelidir. Su için Debi- Q ve Debi faktörü- K V aada verilen formüllerle hesaplanr: 3- A. p(bar), Q(m h) QK p (QK ) K V V p V Q p B. p(kpa), Q(L/s) Q(K p 36(QK ) K V V p ) 36 V 36( Q p ) C. p(kpa), Q(L/h) Q100 (K p ) p 0,01 (QK ) K 0,01 ( Q p ) V V V Anma Stroku H 100 'ün tanm: Vanalarda, vanann tam açk konumunu belirten anma stroku, H100 olarak gösterilir. K VS deerinin tanm: K VS deeri; vana imalatçsnn belirli bir vana tipinde H100 için verdii, anma K V deeridir. Deiken çalma artlarnda, mümkünse her art için K V deeri ayr ayr hesaplanmal ve hesaplanan en yüksek K V deerinin uygun bir katsay ile çarplm deerine eit K VS deeri olan bir vana seçilmelidir. Bu katsay; genellikle 1,5 ile 1,3 arasnda bir deer tamaktadr. K VS = (1,5 1,3) x K V (3.43)