CMK-202 / CMT204 Hidrolik - Pnömatik. Prof. Dr. Rıza GÜRBÜZ

Transkript

1 CMK-202 / CMT204 Hidrolik - Pnömatik Prof. Dr. Rıza GÜRBÜZ

2 Hafta 1 Hidrostatik ve hidrodinamikle ilgili temel kanunları kavrayabilme Çankırı Karatekin Üniversitesi

3 Bu Derste İşlenecek Konular Fiziksel Prensipler Hidrolik Sistemlere Giriş Kuvvet Birimi Basınç Birimi Hidrostatik Basınç Pascal Kanunu ve Basınç Yayılımı Tandem Silindirle Kuvvet Değiştirme Strok Değiştirme Basınç Değiştirme Çift Etkili Silindirle Basınç Yükseltme Akışkanın Hacimsel Debisi Kütlesel Debi Laminer ve Türbülanslı Akış Enerjinin Korunumu ve Süreklilik Hidrolikte Güç Hidroliğin Özellikleri Kullanım Alanlarına Bağlı Olarak Hidrolik Sistemler Hidrolik Sistemlerin Üstünlükleri Hidrolik Sistemlerin Mahsurları Elektrik-Hidrolik ve Pnömatik Sistemin Karşılaştırılması Çankırı Karatekin Üniversitesi

4 Temel Fiziksel Büyüklükler Kuvvet birimi Newton dur. (kg.m /s² ) Kütlesi 1 kg olan cisme 1m/s² ivme kazandıran büyüklüğe NEWTON denir. Basınç birimi Pascal dır. 1m² yüzeye uygulanan 1N şiddetindeki kuvvetin oluşturduğu basınca PASCAL denir. 1 Bar = Pa = 100 kpa =0.1 MPa =14.5 PSI =10 N/cm 2 =1.02 kgf/cm 2 P F A Çankırı Karatekin Üniversitesi

5 Soru Kesit alanı 4000 cm 2 olan bir pistona 80 kn kuvvet etki etmektedir. Meydana gelen basıncı hesaplayınız. P = F/A P = 80x10 3 (N) / 4000 x 10 4 (m 2 ) = 80000/0.4 = Pa P = 200 kpa Çankırı Karatekin Üniversitesi

6 Temel Fiziksel Büyüklükler Hidrostatik Basınç p at = Atmosfer basıncı p s = Hidrostatik basıncı p m = Toplam basınç p s = ρ.g.h p at = Atmosfer basıncı p m = Ps+Pat p s : Hidrostatik basınç (Agırlık basıncı) Pa (N/m 2 ) h: Sıvı sütunu yüksekligi (m) ρ: Sıvı yogunlugu (kg/m 3 ) g: Yerçekimi ivmesi (m/s 2 ) Çankırı Karatekin Üniversitesi

7 Soru h =5 m ρ =1000 kg/m 3 g =10 m/s 2 p s =? p s = 5 (m) x 1000 (kg/m 3 ) x 10 m/s 2 p s = (Pa) = 0.5 bar Çankırı Karatekin Üniversitesi

8 Temel Fiziksel Büyüklükler Pascal Kanunu Şekilde görüldüğü gibi kapalı bir sistemdeki sıvıya,bir A yüzeyi üzerinden bir F kuvveti etkimesi halinde meydana gelen basınç, sıvının sistem içinde ulaştığı her noktaya sıvı tarafından iletilir. Çankırı Karatekin Üniversitesi

9 Temel Fiziksel Büyüklükler Kapalı sistemin her yerine etkiyen basınç değeri aynıdır. Hidrolik sistemlerdeki çalışma basıncının oldukça yüksek olması nedeniyle hidrostatik basınç ihmal edilir! Çankırı Karatekin Üniversitesi

10 Temel Fiziksel Büyüklükler Çankırı Karatekin Üniversitesi

11 Temel Fiziksel Büyüklükler Tandem Silindirle Kuvvet Değiştirme Hidrolikte Küçük Kuvvetle Büyük Kuvvet Elde Edilir! Sıvının bulunduğu kabın seklini (piston alanını) değiştirmek suretiyle, kuvveti değiştirmek mümkündür. Kap içinde basınç her noktada aynıdır. Bu suretle küçük kuvvetle büyük yükler kaldırabiliriz. Çankırı Karatekin Üniversitesi

12 Temel Fiziksel Büyüklükler Çankırı Karatekin Üniversitesi

13 Soru Şekildeki bir taşıt kaldırma sistemi ile bir otomobil kaldırılmak isteniyor. Otomobilin kütlesi 1500 kg olduğuna göre otomobili kaldırmak için gerekli minimum kuvveti hesaplayınız. Kütle :m 2 =1500 kg A 1 = 40 cm 2 A 2 = 1200 cm 2 F 1 =? Ağırlık kuvveti F 2 = m.g = 1500 kg x 10 m/s 2 = N A 1 = 40 cm 2 = m 2 A 2 = 1200 cm 2 = 0.12 m 2 Çankırı Karatekin Üniversitesi

14 Temel Fiziksel Büyüklükler Strok Değiştirme Piston stroku ile piston yüzeyi arasındaki ilişki ters orantılıdır. V 1 =S 1.A 1 V 2 =S 2.A 2 V 1 =V 2 S 1.A 1 =S 2.A 2 Çankırı Karatekin Üniversitesi

15 Soru A 1 = 40 cm 2 A 2 = 1200 cm 2 S 1 = 15 cm S 2 =? cm Çankırı Karatekin Üniversitesi

16 Temel Fiziksel Büyüklükler Basınç Değiştirme P1 Basıncının A 1 yüzeyine etkimesiyle oluşan F 1 kuvveti piston kolu üzerinden küçük pistona iletilir. Böylece A 2 yüzeyine etkiyen F 1 kuvveti, P 2 basıncını oluşturur. A 2 <A 1 olduğundan P 2 >P 1 olacaktır. (Alanlar farklı olduğundan farklı basınçlar elde edilir) Çankırı Karatekin Üniversitesi

17 Temel Fiziksel Büyüklükler Çift Etkili Silindirle Basınç Yükseltme Çift etkili silindirde piston kolu boşluğundan akışkan çıkısının engellenmesi halinde, basınç değişimi nedeniyle istenilmeyen basınçlar meydana gelebilir. F P A Şekil : Pistonun İleri ve Geri Hareketlerde Kent Alanları Çankırı Karatekin Üniversitesi

18 Temel Fiziksel Büyüklükler Akıskanın Hacimsel Debisi Debi m 3 /s Belli bir zaman birimi içinde bir boru kesitinden akan akışkanın hacmine Hacimsel Debi denir. V : Hacimsel Debi (m 3 /s) V: Hacim (m 3 ) T: Zaman (s) u: Hız (m/s) S: Strok (Yol) (m) A: Boru Kesiti (m 2 ) A V V t S V A. s t HIZ( u) Yol Zaman s t V Au. Çankırı Karatekin Üniversitesi

19 Soru Bir boru içinden 10 saniyede akan akışkan miktarı 0.1 m 3 olduğuna göre akışkanın debisini m 3 /s ve L/s olarak hesaplayınız? Şekil : Hacimsel Debi Çankırı Karatekin Üniversitesi

20 Soru Bir pistonun kesit alanı 100 cm 2 olup, pistona etkiyen akışkan hızı ise 0.2 dm/s dir. Buna göre pistona etkiyen akışkanın debisini Lpm (dm 3 /dk) olarak hesaplayınız. A=100cm 2 u=0,2dm/s V =? (lpm) V =A.u V =1 (dm 2 ) x 0,2 (dm/s) V =0,2dm 3 /s V =0,2x60 V =12 lpm Çankırı Karatekin Üniversitesi

21 Temel Fiziksel Büyüklükler Kütlesel Debi Hacimsel debi ile birlikte kullanılan diğer bir debi ifadesi de kütlesel debidir. Kütlesel debi m ile gösterilir. Hacimsel debi V ile, akışkanın özkütlesi (ρ) ile çarpıldığında m = ρ. V olarak akışkanın kütlesel debisi (kg/s) bulunur. Çankırı Karatekin Üniversitesi

22 Soru Hacimsel debisi 0.2 dm 3 /s, özkütlesi 1000 kg/m 3 olan akışkanın kütlesel debisini (kg/s) olarak hesaplayınız? Çankırı Karatekin Üniversitesi

23 Temel Fiziksel Büyüklükler Laminer ve Türbülanslı Akış Reynold Osborne isimli bir araştırmacı 18. yüzyılda yapmış olduğu bir araştırmada çeşitli değişkenlere bağlı olarak ortaya çıkan belirli bir kritik sayıdan sonra akışkanın düzgün (laminer) akıştan, karışık (türbülanslı) akışa dönüştüğü sonucunu ispatlamıştır. Bu kritik geçiş katsayısı 2000 olup, Reynolds sayısı olarak isimlendirilmiştir. Re<2000 Laminer Akış 2000<Re<4000 Geçiş Bölgesi Re>4000 Türbülanslı Akış Çankırı Karatekin Üniversitesi

24 Temel Fiziksel Büyüklükler Re = u. d. ρ μ = u. d ν Re = Reynolds sayısı u = Akıskanın hızı (m/s) d = Boru çapı (m) ρ = Akıskan özkütlesi (kg/m 3 ) μ = Akıskanın mutlak vizkozitesi (Pa.s) ν = Akıskanın kinematik vizkositesi (m 2 /s) Çankırı Karatekin Üniversitesi

25 Temel Fiziksel Büyüklükler Şekil : Laminer ve Türbülanslı Akış Hidrolik veya pnömatik sistemlerde türbülanslı akışa geçildiğinde kayıplar artmakta ve elemanlar üzerinde kavitasyon (aşınma) tehlikesi oluşmaktadır. Türbülanslı akışı ve kavitasyonu önlemek için borulardaki akışkan hızının düşürülmesi, Reynolds sayısının ise 2000 den düşük olması istenilmektedir. Akışın laminer olması için boru çaplarının tespitinde, akış miktarı ve akış hızına bağlı grafikler geliştirilmiştir. Çankırı Karatekin Üniversitesi

26 Soru Kinematik viskozitesi 100x10 6 m 2 /s, özgül kütlesi 1200 kg/m 3 olan yağ, çapı 15mm olan bir boru içinden 1 m/s hız ile akmaktadır. Akışkanın akış türünü belirleyiniz. ν= 100x10 _6 m 2 /s ρ= 1200 kg/m 3 d= 0,015 m u= 1 m/s Re=? Re= u.d ν Re=150 Re= 1x0, x10 _ Akış laminerdir Çankırı Karatekin Üniversitesi

27 Temel Fiziksel Büyüklükler Enerjinin Korunumu ve Süreklilik Hidrolik sistemlerde enerjinin korunduğu ve kayıpların olmadığı kabul edildiğinde boruların çapları değiştiğinde, debi değişmemekte, akışkanın hızı ve basıncı değişmektedir. Büyük çaplı boruda hız azalırken basınç artmaktadır. V = A 1. u 1 =A 2. u 2 = =A n. u n p= F 1 /A 1 =F 2 /A 2 = =F n /A n Çankırı Karatekin Üniversitesi

28 Temel Fiziksel Büyüklükler Hidrolikte Güç Çankırı Karatekin Üniversitesi

29 80 l/min Temel Fiziksel Büyüklükler Güç hesabı (verimi dikkate alırsak!) 180 bar EMNİYET VALFİ N = Gerekli motor gücü (Kw) P = Basınç (bar) Q = Debi (lt/dk) 600 = Sabit sayı μ g = verim (pistonlu pompalarda %90) 180x80 N 27kW 600x0,90 Çankırı Karatekin Üniversitesi

30 Soru Çankırı Karatekin Üniversitesi

31 Temel Fiziksel Büyüklükler Şekil: Hidrolik Sistemde Güç-Verim ilişkisi Çankırı Karatekin Üniversitesi

32 Hidrolik Sistemlere Giriş Hidrolik Nedir? Yunanca da ; Hydor su, aulic boru anlamındadır. Basınçlı bir akışkan vasıtasıyla kuvvet ve hareket üreten sistemlere hidrolik sistemler denir. Hidroliğin Özellikleri Enerji üretimi pompalarla sağlanır. Enerji depolama hidrolik akümülatörlerle sağlanır. Güçlüdür basınç 600 bar, Kuvvet 3000 ton Yavaştır (0.5 m/s) Konumlama Hassasiyeti yüksektir (1 mikron) Kirliliğe duyarlıdır. Çankırı Karatekin Üniversitesi

33 Hidrolik Sistemlere Giriş Hidrolik Nedir? Bazı islerin yapılabilmesi için büyük kuvvetlere gereksinim duyulur. Bunlar için gerekli olan tesis ve makinelerin enerji ihtiyacı motorlar ile karşılanır. Motorlar tarafından sağlanan enerji genelde çalışma yapacak organları doğrudan harekete geçirmemektedir. Dizel motoru milinin iş makinesini doğrudan harekete geçirememesi buna örnek verilebilir. Çankırı Karatekin Üniversitesi

34 Hidrolik Sistemlere Giriş Hidrolik Nedir? Bir elektrik motoru doğrudan bir presi çalıştıramamaktadır. O halde enerji istenilen şekle dönüştürülerek ve isin yapıldığı gereksinim duyulan yere taşınmak zorundadır. Örnek olarak bu isi hidrolik yapabilmektedir. Yani bir akışkan, kuvvetlerin taşınmasında, yönlendirilmesinde ve hareketlerin sağlanmasında etkin olabilmektedir. Burada sıvıların fiziksel özelliklerinden yararlanılmaktadır Çankırı Karatekin Üniversitesi

35 Hidrolik Sistemlere Giriş Kullanım Alanlarına Bağlı Olarak Hidrolik Sistemlerin Sınıflandırılması Sabit Hidrolik Sistemler Mobil Hidrolik Sistemler Çankırı Karatekin Üniversitesi

36 Hidrolik Sistemlere Giriş Sabit Hidrolik Sistemler Her türlü imalat ve montaj makineleri, Taşıma sistemleri, Kaldırma iletme makineleri, Presler, basınçlı döküm makineleri, Haddehaneler, Asansörler, Çankırı Karatekin Üniversitesi

37 Hidrolik Sistemlere Giriş Hareketli Hidrolik Sistemler İs makineleri, Kepçe mekanizmaları, Kaldırma ve iletme makineleri, Tarım makineleri, Uçaklar, Kanal ve baraj kapaklarının kontrolünde kullanılmaktadır Çankırı Karatekin Üniversitesi

38 Çankırı Karatekin Üniversitesi

39 Çankırı Karatekin Üniversitesi

40 Çankırı Karatekin Üniversitesi

41 Hidrolik Sistemlere Giriş Hidrolik sistemlerin üstünlükleri Küçük yapı elemanları ile büyük kuvvetleri elde edilir. Hassas konumlama sağlar. (asansörlerde olduğu gibi tam istenilen pozisyona yerleştirme sağlanabilmektedir) İyi derecede kontrol etme ve ayarlama yapar. Düzgün, darbesiz çalışma ve hareket değiştirme yapar. Hidrolik sistemlerde hareketler düzenli ve hızları ayarlanabilmektedir. Hidrolik tesisler büyük yük altında kalkışa geçmeye izin verirler(kaldırma platformu). Aşırı yüklemeden dolayı sistem tehlikelerden korunabilmektedir. Çankırı Karatekin Üniversitesi

42 Hidrolik Sistemlere Giriş Hidrolik sistemlerin mahsurları Kaçak yağla çevrenin kirletilmesi, yangın ve kaza tehlikesi, Kirliliğe duyarlı, Yüksek basınçtan dolayı tehlikeli (kesme tehlikesi), Sıcaklığa bağımlı (Viskozite değişimi). Çankırı Karatekin Üniversitesi

43 Çankırı Karatekin Üniversitesi

44 Hidrolik Sistemlere Giriş Elektrik-Hidrolik ve Pnömatik Sistemin Karşılaştırılması Çankırı Karatekin Üniversitesi

45 Kaynaklar Hidrolik Pnömatik Ders Notları,.. Hidrolik Pnömatik Ders Sunumları, Atalay Çiçek Çankırı Karatekin Üniversitesi