T.C. MİLLÎ EĞİTİM BAKANLIĞI MEGEP (MESLEKİ EĞİTİM VE ÖĞRETİM SİSTEMİNİN GÜÇLENDİRİLMESİ PROJESİ) KİMYA TEKNOLOJİSİ PROSES KONTROL ENSTRÜMANLARI 1

Transkript

1 T.C. MİLLÎ EĞİTİM BAKANLIĞI MEGEP (MESLEKİ EĞİTİM VE ÖĞRETİM SİSTEMİNİN GÜÇLENDİRİLMESİ PROJESİ) KİMYA TEKNOLOJİSİ PROSES KONTROL ENSTRÜMANLARI 1 ANKARA, 2008

2 Milli Eğitim Bakanlığı tarafından geliştirilen modüller; Talim ve Terbiye Kurulu Başkanlığının tarih ve 269 sayılı Kararı ile onaylanan, Mesleki ve Teknik Eğitim Okul ve Kurumlarında kademeli olarak yaygınlaştırılan 42 alan ve 192 dala ait çerçeve öğretim programlarında amaçlanan mesleki yeterlikleri kazandırmaya yönelik geliştirilmiş öğretim materyalleridir (Ders Notlarıdır). Modüller, bireylere mesleki yeterlik kazandırmak ve bireysel öğrenmeye rehberlik etmek amacıyla öğrenme materyali olarak hazırlanmış, denenmek ve geliştirilmek üzere Mesleki ve Teknik Eğitim Okul ve Kurumlarında uygulanmaya başlanmıştır. Modüller teknolojik gelişmelere paralel olarak, amaçlanan yeterliği kazandırmak koşulu ile eğitim öğretim sırasında geliştirilebilir ve yapılması önerilen değişiklikler Bakanlıkta ilgili birime bildirilir. Örgün ve yaygın eğitim kurumları, işletmeler ve kendi kendine mesleki yeterlik kazanmak isteyen bireyler modüllere internet üzerinden ulaşılabilirler. Basılmış modüller, eğitim kurumlarında öğrencilere ücretsiz olarak dağıtılır. Modüller hiçbir şekilde ticari amaçla kullanılamaz ve ücret karşılığında satılamaz.

3 İÇİNDEKİLER AÇIKLAMALAR...ii GİRİŞ...1 ÖĞRENME FAALİYETİ BASINÇ Basınç Kavramı Basınç Birimleri Basınç Ölçerler U. Tüplü Manometreler Esnek Elemanlı Basınç Ölçerler...7 UYGULAMA FAALİYETİ...14 ÖLÇME VE DEĞERLENDİRME...16 ÖĞRENME FAALİYETİ SICAKLIK Isı ve Sıcaklık Isı Sıcaklık Sıcaklık Ölçü Birimleri Sıcaklık Ölçerler Dolu Sistem Termometreler Bimetal (İki Metalli)Termometreler Elektrikli Termometreler Işınım (Radyasyon) Pirometresi Sıcaklık Anahtarları...28 UYGULAMA FAALİYETİ...30 ÖLÇME VE DEĞERLENDİRME...31 MODÜL DEĞERLENDİRME...33 CEVAP ANAHTARLARI...36 KAYNAKÇA...37 i

4 KOD AÇIKLAMALAR AÇIKLAMALAR 524KI0130 ALAN Kimya Teknolojisi DAL Proses Kontrol MODÜL Proses Kontrol Enstrümanları 1 MODÜLÜN TANIMI Proses kontrol işlemlerinde kullanılan,basınç ve sıcaklık ölçme elemanlarının incelendiği öğrenim materyalidir. SÜRE 40 / 32 ÖN KOŞUL - YETERLİLİK Proseste basınç ve sıcaklık ölçümünü yapmak Genel Amaç Gerekli ortam sağlandığında, proseste basınç ve sıcaklık ölçümünü yapabileceksiniz. Amaçlar Kurallara uygun olarak; MODÜLÜN AMACI 1. Sistemden akan maddenin basınç kontrolünü yapabileceksiniz. 2. Sistemden akan maddenin sıcaklık kontrolünü yapabileceksiniz. EĞİTİM ÖĞRETİM ORTAMLARI VE DONANIMLARI ÖLÇME VE DEĞERLENDİRME Ortam Sınıf, atölye, laboratuvar, işletme, kütüphane, bilgi teknolojileri ortamı ( ınternet ) vb. kendi kendinize veya grupla çalışabileceğiniz tüm ortamlar. Donanım Sınıf veya bölüm kitaplığı, VCD veya DVD, tepegöz, projeksiyon, bilgisayar ve donanımları, öğretim materyalleri. Modülün içinde yer alan herhangi bir öğrenme faaliyetinden sonra, verilen ölçme araçları ile kendi kendinizi değerlendireceksiniz. Modül sonunda öğretmeniniz tarafından teorik ve pratik performansınızı ölçme teknikleri uygulayarak modül uygulamaları ile kazandığınız bilgi ve becerileri ölçerek değerlendirileceksiniz. ii

5 GİRİŞ GİRİŞ Sevgili Öğrenci, Basınç ve sıcaklık, insanın yaptığı tüm faaliyetleri doğrudan etkileyen iki değişkendir. Üretim faaliyetlerimizin gerçekleşebilmesi için bu iki değişkenin sürekli takip edilmesi ve kontrol altında tutulması gereklidir. Bu modülü başarıyla bitirdiğinizde, proseste basınç ve sıcaklığın önemini kavrayacaksınız. Ölçmekte kullanılan araçları,araçların özelliklerini, nerelerde kullanıldığını ve nasıl çalıştıklarını öğreneceksiniz. Çalışma ortamın, işletmede üretim sahası olacaktır. Burada basınç ve sıcaklığı sürekli takip edebilecek ve gereğinde sisteme düzeltici müdahalelerde bulunabileceksiniz. Bu modül ile basınç ve sıcaklık ölçme araçları hakkında gerekli bilgileri öğrenmenizi umuyor,modülün yararlı olmasını diliyorum. 1

6 2

7 ÖĞRENME FAALİYETİ 1 AMAÇ ÖĞRENME FAALİYETİ 1 Gerekli ortam sağlandığında, kuralına uygun olarak basınç kavramını öğreneceksiniz. Basınç ölçme araçlarını tanıyacaksınız ve çalışma prensipleri ölçümleri ile ilgili bilgi, beceri ve deneyime sahip olabileceksiniz. ARAŞTIRMA Basınç hakkında araştırma yapınız Basınç Kavramı 1. BASINÇ Basınç, proses kontrol amacıyla en çok takip edilen değişkenlerden birisidir. Basıncı takip ederek üretimin gidişatı, ürünün ve cihazların durumları hakkında pek çok bilgi edinmek mümkündür. Ayrıca basıncı ölçerek, diğer proses değişkenlerini de (sıcaklı, seviye,debi, vs.) tespit etmek mümkündür. Birim alana etki eden kuvvete basınç denir. Katı, sıvı ve gazlar bulundukları yüzeye bir kuvvet uygular. Şekil 1.1: Katı (a), sıvı (b) ve gazların basınç etkisi Kuvvetin kaynağı ne olursa olsun, birim yüzeye dik olarak etki eden kuvvete basınç (P), bütün yüzeye (A), dik olarak etki eden kuvvete de basınç kuvveti (F) denir. Şekil 1.1 de görüldüğü gibi, eşit alanlara (A1=A2=A3), statik basınç uygulandığında, oluşan kuvvetler aynı büyüklüktedir (F1=F2=F3). Burada kabın şeklinin basınç ve oluşan kuvvete hiçbir etkisi yoktur. 3

8 Şekil 1.2: Statik basıncın etkisi Dış kuvvetler sonucu meydana gelen basınç oluşumlarında ise temel prensip Paskal Kanunu dur. Kapalı bir kaptaki akışkana kuvvet uygulandığında belirli bir basınç meydana gelir. Bu basınç, yer çekimi ihmal edilmek kaydıyla kabın her noktasında eşittir ve yüzeye diktir. P:Basınç Şekil 1.3: Paskal Kanunu 4

9 F:Kuvvet A:Alan F P A ise olur Basınç Birimleri Uluslararası standartlarda (SI) basınç birimi Pascal (Pa) dır. Ancak günümüz endüstrisinde yaygın olarak kullanılan iki basınç birimi vardır. Bunlar bar ve PSI dır. Bar genellikle mühendislik uygulamalarında, Pascal ın çok büyük değerler alması sebebiyle, onun yerine kullanılan basınç birimidir. PSI ise İngiliz standartlarına bağlı ülkeler tarafından kullanılmaktadır. 1 Pa=1N/m 2 1 Bar= Pa dır. 1 PSI=1 inch2/1 libredir. 1 Bar=14,7 PSI 1 Bar= 1,033 kg/cm 2 ( yaklaşık 1 kg/cm 2 alınır) Pek çok basınç ölçer üzerinde bu iki basınç biriminin beraber kullanıldığını görebiliriz. Gerekli durumlarda basınç birimi çevrimlerini şu şekilde yapabiliriz: Örnek1: Basınç göstergesinde okunan değer 147 PSI dır. Bu basınç değerinin bar olarak karşılığını bulunuz. Çözüm: PSI / 14,7 = bar 147 / 14,7 = 10 bar Örnek 2: 12 bar basıncın PSI olarak karşılığını bulunuz. Çözüm: Bar X 14,7 = PSI 12 X 14,7 = 176,4 PSI 5

10 1.3. Basınç Ölçerler Basınç ölçümü amacıyla çok çeşitli cihazlar kullanılmaktadır. Yapıldıkları malzeme, boyut, çalışma ilkesi birbirinden çok farklı olabilir. Başlıca farklılık sebepleri şunlardır: Ölçülecek basıncın şiddeti Taşınan akışkanın debisi Taşınan akışkanın korrozifliği Akışkan içindeki tanecik miktarı ve boyutu Montaj şartları Maliyet U. Tüplü Manometreler Basıncın ölçülmesinde ilk çalışma, atmosfer basıncının ölçülmesiyle ilgili olarak Toriçelli tarafından yapılmıştır. Şekil de 1 cm çapındaki cam tüpe cıva (Hg) doldurulup kap içindeki cıva içine ters çevrilip daldırılırsa cam tüpteki cıvanın bir kısmı kaba dökülür. Tüpün üstünde bir boşluk (vakum) oluşur. Bu boşlukta basınç yoktur. O nedenle tüp içindeki cıva üzerinde aşağıya doğru bir basınç yoktur. Şekil 1.4: Monometre Atmosfer basıncı kap içindeki cıvayı aşağıya doğru itmektedir. Cıva sıkıştırılamayacağı için, üzerindeki bu basıncı tüp içindeki cıva sütununa iletir. İletilen basınç tüpteki cıva yüksekliğinin belli bir seviyeye gelmesini sağlar. Yapılan deneyde bu yükseklik 76 cm Hg olarak bulunmuştur. Yani atmosfer basıncı deniz seviyesinde cisimler üzerine 76 cm Hg sütununun tabanına uyguladığı basınç kadar basınç uygulamaktadır. Deneyde cıva yerine su kullanıldığını düşünelim. Cıva, sudan 13,6 kat ağır olduğu için 76X13,6=1033 cm lik bir su sütunu, kaptaki suyun üzerine etki eden atmosfer basıncın 6

11 ancak dengeleyebilecekti. Bu nedenle barometrelerde atmosfer basıncının ölçülmesinde, bilinen en ağır sıvı olan cıva kullanılarak daha kısa aletlerin yapılması mümkün olmuştur. Şimdi benzer şekilde U biçiminde bir cam boru alalım. U- tüp akışkan ile doldurulur (Şekil 1.5.).Tüpün iki ucu da atmosfere açıktır. Bu durumda her iki koldaki akışkan seviyesi aynıdır (a). Kollardan birisine P1 basıncı uygulandığında ise (b) basıncın etkisi ile basıncın uygulandığı koldaki sıvı seviyesi düşer. Diğer koldaki seviye ise aynı miktarda yükselir. Bu durumda uygulanan basınç ile atmosfer basıncı arasındaki fark ölçülmüş olur. Manometre kollarındaki bu hareket, sıvı seviyeleri arasındaki h yükseklik farkını meydana getirir. Şekil 1.5:U tüplü manometre ile basınç ölçümü (a) P1=P2 (b) P1>P2. h mesafesi ne kadar fazla ise P1 basıncı da o kadar fazladır. Ölçülecek basınca ve basıncı ölçülecek akışkana bağlı olarak manometre içerisinde su, alkol veya cıva kullanılabilir. h mesafesinin ve U- manometre içerisindeki sıvının bilinmesi durumunda uygulanan basıncın bulunması mümkündür. Manometreler diğer basınç ölçen cihazlar gibi, sistemin toplam basıncını (mutlak basınç) ölçmezler. Atmosfer basıncına ilave edilen veya vakum durumunda atmosfer basıncından çıkarılan değerleri gösterirler. Manometreler günümüz endüstrisinde pek yaygın olarak kullanılmamaktadır. Ancak bu tip basınç tertibatları basınç ölçmedeki prensipleri anlamada yararlı olacaktır. Ayrıca manometreler diğer ölçüm aletlerinin kalibrasyonu için referans olarak kullanılmaktadır Esnek Elemanlı Basınç Ölçerler Bourdon Tüpü 7

12 19. yüzyılda kullanılmaya başlanan Bourdon tüpleri günümüzde de en yaygın kullanılan basınç ölçer tiplerindendir.çok düşük ve çok yüksek basınçların ölçülmesinde sıklıkla kullanılır. Yaygın kullanılan Bourdon tüpü C tipi tüplerdendir. Yassı bir tüpün (C) harfi şeklinde bükülmesi suretiyle elde edilir. Şekil 1.4.) Şekil 1.6: C tipi bourdon tüplü basınç ölçerin iç yapısı Tüpün bir ucu sabitlenir ve açıkta bırakılır. Diğer uç kapalıdır ve serbest bırakılır. Sabit açık uca ölçülmek istenen sistem basıncı bağlanır. Bu durumdaki bir tüpe basınç uygulandığında, tüp şişirilen bir balon gibi düzleşme eğilimi gösterir. Serbest bırakılan kapalı uç yukarı ve sağa hareket eder. Bu hareket, dişliler ve mekanik bağlantılar aracılığıyla dairesel ibre hareketine dönüştürülür. İbredeki hareket miktarı, bourdon tüpüne uygulanan basınca bağlıdır. Bourdon tüpleri 0-5 psi ve psi aralıklarında ölçüm yapabilecek hassasiyetlerde imal edilebilmektedir. Düşük basınç aralıklarında hassas ölçüm yapabilmek için helisel (Şekil 1.6.) ve spiral (Şekil 1.7.) bourdon tüpleri kullanılmaktadır. 8

13 Şekil 1.7: Helisel bourdon tüpünün iç yapısı Şekil 1.8: Spiral bourdon tüpünün iç yapısı 9

14 Diyaframlı Basınç Ölçerler Bu tip basınç ölçerlerde esnek eleman olarak diyafram kullanılır. Diyafram çoğunlukla iki basınç sistemi arasındaki basınç farkını ölçmekte kullanılır. Basınç farkı ne kadar fazla ise esneme miktarı da o kadar fazladır. I. ve II. basınç noktalarındaki basınç değeri eşit olduğunda diyafram düzdür. Bu durum gösterge ibresi 0 (sıfır) basınç farkını gösterir. I.basınç noktasından etki eden basıncın daha yüksek olması durumunda, diyafram sağ tarafa doğru esner. Bu esneme hareketi sırasında, beraberinde itme mili ve ibreyi de hareket ettirir. II. basınç noktasındaki basıncın daha yüksek olması durumunda ise diyafram sol tarafa esner.yine beraberinde itme mili ve ibreyi hareket ettirir (Şekil 1.8.). Şekil 1.9:Diyaframlı basınç ölçer Bu basınç ölçme sistemi ile I. ve II. basınç noktalarındaki basınç değerlerini ölçemeyiz. Proseste takip edilen değişkenin basınçlar arası fark olması durumunda kullanılırlar Körüklü Basınç Göstergeleri Bu cihazda esnek eleman olarak bir körük kullanılır. İki proses basıncı arasındaki veya proses basıncı ile atmosfer basıncı arasındaki basınç farkını ölçmek için kullanılır. Çok küçük basınç değişimlerine karşı çok hassastır. Dolayısı ile hassas basınç farkı ölçümü istenilen yerlerde kullanılabilir. Cihaza proses basıncı uygulandığında, körük elemanı âdeta bir balon gibi şişmeye ve ileri doğru hareket etmeye başlar. Körüğün bu hareketi, körüğe bağlı itme mili tarafından 10

15 cihazın ibresine itilir. İbre, aşağıya doğru hareket eder. Bu hareket proses basıncının daha yüksek olduğu şeklinde yorumlanır. Basınç farkı skaladan okunur. Şekil 1.10: Körüklü basınç ölçerin iç yapısı Atmosfer basıncının daha yüksek olması durumunda ise körük âdeta sönen bir balon gibi büzülmeye başlar. Bu büzülme hareketi körüğe bağlı mili ve beraberindeki ibreyi yukarı doğru hareket ettirir. Hareket miktarı skaladan vakum değeri olarak okunur Korozyon Yapıcı Akışkanların Basıncının Ölçülmesi Bazı akışkanlar, sistem üzerindeki ölçüm araçlarına zarar verecek derecede korozif olabilir. Bu gibi durumlarda basıncı ölçülecek akışkan ile basınç ölçeri birbirinden yalıtmak gereklidir. İçinden korozif nitelikte akışkan geçen boru hatlarında, basınç ölçümü için, Şekil 1.10 daki sistem kullanılır. Bu cihazda basıncı ölçülecek korozif akışkan ile yalıtım akışkanı arasında korozyondan etkilenmeyen esnek eleman bulunur. Esnek eleman basıncın etkisi ile 11

16 şişer ve yukarı hareket eder. Bu hareket ile yalıtım akışkanını sıkıştırır ve basıncı iletir. Yalıtım akışkanının görevi ise esnek eleman aracılığı ile aldığı basıncı, basınç ölçere iletmektir. Bu akışkan, mekanik parçalara sahip olan basınç ölçere zarar vermeyecek özelliktedir. Şekil 1.11: Akış hâlindeki korozif akışkan Korozif özellikteki akışkanın hareket etmediği durumlarda, örneğin bir depolama tankında ise Şekil 1.12 deki sistem kullanılır. Bu cihaz küçük bir tüp şeklindedir. Tüpün ortasında ise tüpü ikiye ayıran esnek bir eleman bulunur. Bu esnek eleman korozyondan etkilenmeyecek özelliktedir. Tüpün üst yarısı basınç etkisini, basınç ölçere iletmekle görevli yalıtım akışkanı ile doludur. Tankın içinde akışkan olmadığında esnek eleman düz konumdadır. Basıncı ölçülecek korozif akışkan hattı tüpün üst tarafından girer. Yalıtım akışkanının ve esnek elemanın içinden geçerek alt bölmeye ulaşır. Alt bölme korozif akışkanla dolduğunda, esnek elemana basınç uygulamaya başlar. Uygulanan basınç arttıkça esnek eleman daha fazla esneyerek yukarı doğru şişmeye başlar. Esnek eleman, bu hareketi ile basınç etkisinin yalıtım akışkanına iletilmesini sağlar. Yalıtım akışkanı da kendisine iletilen bu basıncı, basınç ölçere taşır. Böylelikle korozif akışkanın basıncı dolaylı olarak ölçülmüş olur. 12

17 Şekil 1.12: Durgun hâldeki korozif akışkanın basıncının ölçülmesi 13

18 UYGULAMA FAALİYETİ UYGULAMA FAALİYETİ Basınç kontrolü yapmak için; Kullanılan araç gereçler 1. Kompresör 2. Basınç ölçer 3. Basınç ayar valfi 4. Hotum 5. Bağlantı elemanları İşlem Basamakları Öneriler Deneyde kullanacağınız malzemeleri laboratuar sorumlusundan alınız. Çalışma ortamınızı hazırlayınız. Kompresörü çalıştırınız. Kompresörü ve çevre donanımını dikkatle kontrol ediniz. İş güvenliği talimatlarına uyunuz. Kompresör çalıştırma talimatını okuyunuz. Kompresörü basınçlı hava ile doldurunuz. Kompresörün çalışmasını takip ediniz. Kompresörün dolup otomatik durmasını bekleyiniz. Basınç ölçere hortum bağlantısı yapınız. Uygun çapta hotum kullanınız. Bağlantı elemanlarının aynı çapta olmasına dikkat ediniz. Kompresör hortum bağlantısını yapınız. Basınç ölçerden basınç değerini okuyunuz. Kompresördeki basınçlı havayı dikkate alarak buradaki bağlantıyı dikkatli yapınız. Basınç değerini bar ve psi cinsinden okuyunuz. Okuduğunuz basınç değerlerini kaydediniz. 14

19 Basınç değerini 3 bar olarak ayrlayınız. Ayar vidasının ayar yönünü tespit ediniz. Basınç değerini 50 psi olarak ayarlayınız. Bar ve psi basınç birimlerini dikkatle inceleyiniz. Kompresör hortum bağlantısını sökünüz. Bağlantı elemanını, basınçlı hava tarafından fırlatılmayacak şekilde sıkıca tutunuz. Basınç ölçer hortum bağlantısını sökünüz. Kullandığınız makine, araç ve gereçleri öğretmeninize teslim ediniz. Bağlantı elemanı ve hortumun zedelenmemesine özen gösteriniz. Kullandığınız malzemeleri temizleyerek teslim ediniz. Deney raporunu hazırlayarak öğretmeninize teslim ediniz. Raporlarınızı işlem basamaklarına göre yazınız. 15

20 ÖLÇME VE DEĞERLENDİRME ÖLÇME VE DEĞERLENDİRME Aşağıdaki cümlelerde boş bırakılan yerlere uygun kelimeleri yazınız.test sorularında doğru seçenekleri işaretleyiniz. Cevaplarınızı cevap anahtarından kontrol ediniz. 1. Birim alana düşen kuvvete. denir. 2. Dış kuvvetler sonucu meydana gelen basınç oluşumlarında ise temel prensip... dur. 3. Endüstride yaygın olarak kullanılan basınç birimleri ve dır. 4. Uluslararası standartlarda (SI) basınç birimi.. dır. 5. Aşağıdakilerden hangisi basınç ölçer seçiminde dikkate alınan unsurlardan değildir? A) Basınç B) Debi C) Koroziflik D) Renk 6. Aşağıdakilerden hangisi Bourdon tüpü çeşitlerinden birisi değildir? A) C tipi B) Diyaframlı C) Spiral D) Helisel DEĞERLENDİRME Yukarıdaki teste verdiğiniz cevapları, cevap anahtarı ile karşılaştırınız. Eksik konularınız varsa bu eksikliğin neden kaynaklandığını tespit ederek arkadaşlarınızla tartışınız. Öğretmeninize danışarak tekrar bilgi konularına dönüp eksiklerinizi gideriniz. 16

21 UYGULAMA TESTİ Aşağıdaki malzemeleri kullanarak sistemdeki basıncı önce6 bar,sonra da 70 psi ye ayarlayınız. Kullanılan Araç Gereçler 1. Kompresör 2. Basınç ölçer 3. Basınç ayar valfi 4. Hotum 5. Bağlantı elemanları Davranışlar Evet Hayır 1. Kompresör hortum bağlantısını yaptınız mı? 2 Basınç ölçerden basınç değerini okudunuz mu? 3 Basınç değerini 6 bar olarak ayarladınız mı? 4 Basınç değerini 70 psi olarak ayarladınız mı? 5 Kompresör hortum bağlantısını söktünüz mü? 6 Basınç ölçer hortum bağlantısını söktünüz mü? 7 Kullandığınız makine, araç ve gereçleri öğretmeninize teslim ettiniz mi? 8 Deney raporunu hazırlayarak öğretmeninize teslim ettiniz mi? DEĞERLENDİRME Bu faaliyet sırasında bilgi konularında veya uygulamalı iş parçalarında anlamadığınız veya beceri kazanamadığınız konuları tekrar ediniz. Konuları arkadaşlarınızla tartışınız. Kendinizi yeterli görüyorsanız diğer uygulama faaliyetine geçiniz. Yetersiz olduğunuzu düşünüyorsanız öğretmeninize danışınız. 17

22 ÖĞRENME FAALİYETİ 2 AMAÇ ÖĞRENME FAALİYETİ 2 Gerekli ortam sağlandığında,kuralına uygun olarak sıcaklık ölçerleri tanıyacak,sıcaklığı ölçebilecek bilgi,beceri ve deneyime sahip olabileceksiniz. ARAŞTIRMA Sıcaklığının etkilerini araştırınız. Okulunuzda ortam sıcaklığının nasıl kontrol edildiğini araştırınız Isı ve Sıcaklık Isı 2. SICAKLIK Isı: Bir maddenin tüm moleküllerinin kinetik enerjisi toplamıdır. Isı bir enerji birimidir. Birimi kalori (calori-cal) dir. 1 cal= Deniz seviyesinde,14,5 o C deki 1 g saf suyun sıcaklığını 1 o C arttırmak için gerekli ısı miktarıdır. Isı kalorimetre ile ölçülür Sıcaklık Sıcaklık, bir maddenin, bir molekülünün ortalama kinetik enerjisidir. Sıcaklık, ısının uygulanması sonucu meydana gelen bir özelliktir. Sıcaklığın ölçümü ve kontrolü,proses kontrol alanının en önemli ilgi alanlarından birisidir. Proses kontrol amacıyla ısı yerine sıcaklığın takip edilmesi daha pratiktir. Her cihaz ve makinenin en verimli biçimde çalışabileceği bir sıcaklık değeri vardır. Bu değerin altında ve üzerinde beklediğimiz sonuçları makinelerden alamayız. Örneğin bir otomobil ilk çalıştırma anında harekete geçirilmez. Bir müddet çalıştırılarak normal çalışma sıcaklığına gelmesi beklenir. Zorlu çalışma şartları nedeniyle motor sıcaklığı arttığında ise otomobilin soğutma sistemi devreye girerek sıcaklığı tekrar normal çalışma şartlarına çeker. Bu işlemler yapılmadığı takdirde beklenen verim alınamaz ve araçta kalıcı hasarlar meydana gelebilir. Aynı zamanda sıcaklık, kimyasal reaksiyonları etkileyen değişkenlerden birisidir. Sıcaklık artışı reaksiyon hızını arttırır. Sıcaklık düşüşü ise reaksiyonu yavaşlatır. Üretimin istenilen şekilde devam edebilmesi için sıcaklığın devamlı kontrol altında tutulması gerekir. 18

23 Ayrıca sıcaklıktaki değişimleri takip ederek bazı arızaları kalıcı hasar bırakmadan önce tespit ederek önlem alabiliriz. Olağan dışı sıcaklık artışı bir arızaya işaret eder Sıcaklık Ölçü Birimleri Sıcaklığın iyi bir şekilde ölçülmesi ve takip edilebilmesi için bir sıcaklık ölçeğinin belirlenmesi gereklidir. Günümüzde yaygın olarak kullanılan birimleri şunlardır: Celcius ( o C ) Fahrenheit ( F Kelvin ( K ) o ) Bu üç sıcaklık birimi de deniz seviyesindeki saf suyun donma ve kaynama noktaları esas alınarak ölçeklendirilmiştir. (Tablo 2.1.). Esas alınan özellik Celcius ( o C) Fahrenheit ( o F) Kelvin (K) Suyun donma noktası Suyun kaynama noktası Bölüntü sayısı Tablo 2.1: Sıcaklık birimleri suyun donma ve kaynama noktalarını esas alır. Şekil 2.1: Sıcaklık birimlerinin karşılaştırılması Endüstride yaygın olarak kullanılan sıcaklık birimleri celcius (C) ve fahrenhait (F) tır. Pek çok sıcaklık ölçer cihazın üzerinde bu iki birim beraber bulunurlar. Bu iki sıcaklık birimini birbirine dönüştürmek için; C=F-32/1,8 ve F=(Cx1,8)+32 formülleri kullanılır. 19

24 Örnek 1:110 F kaç C dir? Çözüm: C=F-32/1,8 C=110-32/1,8 C=78/1,8 C=43,3 C Örnek 2: 35 C kaç F dir? Çözüm: F=(Cx1,8)+32 F=(35x1,8)+32 F=63+32 F=95 C 2.2. Sıcaklık Ölçerler Dolu Sistem Termometreler Dolu sistemli termometreler kendi aralarında ikiye ayrılırlar Kılcal Tüplü Termometreler Bu tip termometrelerde sıcaklık, kılcal boru içindeki cıva sütununun yüksekliği ile gösterilir ve ölçülür (Şekil 2.2.). Sıcaklık arttıkça moleküller daha hızlı hareket eder. Artan bu hareketlilikle beraber genleşirler,hacimleri artar. Sıcaklık artışı ile doğru orantılı olarak gerçekleşen bu hacim artışı, kılcal tüp içindeki seviyenin de yükselmesine neden olur. Sıcaklık azaldığında ise cıva içindeki molekül hareketleri azalır; kılcal tüp içindeki seviye düşer. Sıvı hâldeki cıva sıkıştırılamayacağından, sıcaklığa bağlı olarak seviye artar veya azalır. Kılcal tüp üzerindeki bölüntüler yardımı ile bu seviye değişimi sıcaklıktaki değişim olarak okunur. Kılcal Tüp Yükselen Cıva Cıva Haznesi 100 C 75 C 50 C 25 C 0 C -25 C Sıcaklık Bölüntüleri Şekil 2.2: Kılcal tüplü termometre Kılcal tüplü termometrelerin bazı dezavantajları vardır. 20

25 Çok büyük sıcaklık değişimlerinin ölçülebilmesi için kılcal tüpün çok uzun olması gerekir. Bölüntülerin okunabilmesi ve cıvanın yer değişimini takip edebilmek için tüpler camdan yapılmıştı. Uzun tüpler ise dış etkenlerle kolayca kırılabilir. Uzun tüplerde cıvanın içinde hareket edeceği düzgün bir delik elde etmek zordur. Eğer delik düzgün değil ise aynı sıcaklık değişiminde cıvanın yer değiştirmesi farklı değerde olur Esnek Elemanlı Termometreler Kapalı bir kap içindeki sıvı veya gaz ısıtıldığında, kap içerisindeki basınç artar. Sıcaklık, dolaylı olarak termometre içindeki sıvının yaptığı basınç ölçülerek bulunabilir. Örneğin spiral bourdon tüpü, basınç ölçümlerinde sık kullanılan bir araçtır (Şekil 2.3.).Bu araç basıncı ölçüp sıcaklığı gösterecek şekilde değiştirilebilir. Böylelikle sıcaklık dolaylı olarak ölçülmüş olur. Bourdon tüpünde, tüp sıvı veya gazla doldurulur. Sıcaklık arttığında moleküller daha hızlı hareket eder. Bu hızlanma tüp içerisindeki basıncı arttırır. Artan basınç spiral şeklindeki bourdon tüpünü düzleştirmeye çalışır. Tüp düzleşmeye başlayınca tüpün ucundaki ibre saat yönünde hareket eder. İşte basınçtan gelen bu hareket, bir kadran üzerinde artan sıcaklık olarak gösterilir. Azaldıkça basınç tekrar düşer ve tüp tekrar düzleşir. Esnek elemanlı termometrelerin bazı çeşitleri buhar açığa çıkarır. Sıvılar ısıtıldıklarında buharlaşır. Sıcaklık arttıkça açığa çıkan buhar miktarı da artar. Artan buhar, spiral tüp içindeki basıncı arttırır. Basınçtaki artış, tüpün kıvrılmasına veya açılmasına neden olur. Şekil 2.3: Helisel bourdon tüplü sıcaklık ölçerin çalışması 21

26 Resim 2.1: Bourdon tüplü sıcaklık ölçerin dış ve iç yapısı Bimetal (İki Metalli)Termometreler Katılar da, gazlar ve sıvılar gibi sıcaklık değişimlerinden etkilenir. Sıcaklıkları arttığında genleşir, soğuduklarında ise büzülürler. Ancak her metalin, aynı sıcaklık değişimi karşısındaki genleşme ve büzülme miktarı farklıdır. Bu özellikten yararlanılarak farklı iki metalin (A ve B metalleri) bir şerit hâlinde birleştirilmesi ile bimetal termometreler üretilmiştir (Şekil 2.4.). Şekil 2.4:Bimetal termometre(a) normal oda sıcaklığında, (b) sıcaklık uygulandığında Aynı sıcaklık karşısında iki metal farklı genleşeceğinden, şeritte bir kıvrılma meydana gelir (Şekil 2.4). Daha fazla genleşmek isteyen metal daha az genleşmek isteyen metal tarafından kıvrılır. Sıcaklık artmaya devam ederse şerit te kıvrılmaya devam eder. Yani iki metalli bir termometre sıcaklığın ölçülmesi ve gösterilmesi için metallerin genleşme farklılıkları prensibini esas alır. Sıcaklığı hisseden kısım bir yay veya bobin şeklinde sarılmış iki metalli bir şerittir (Şekil 2.5.). Bobindeki sıcaklık arttıkça bir metal diğerinden daha fazla genleşir. Eğer bu iki metalli şeridin bir ucu kaynakla birleştirilirse bobinin serbest ucu hareket eder. Bu hareket bir ibrenin sıcaklık skalası boyunca hareket etmesini sağlar. 22

27 Şekil 2.5: Bimetal eleman Şekil 2.6 da bir muhafaza içindeki tipik bimetal termometre görülmektedir. Muhafaza, şeridi yıpranmalara ve yanıltıcı dış etkenlere karşı korumaktadır. Bimetal termometreler sıcaklığı ölçmek için bourdon tüplerinde olduğu gibi basıncı kullanmazlar. Dolayısı ile gaz ve sıvı kaçağı gibi tehlikeleri de yoktur. Diğer tip temometrelere oranla daha dayanıklı ve kullanışlıdırlar. Hazneli termometrelerde sadece sıvı veya gazın içinde bulunduğu haznenin sıcaklık ölçümü yapılacak ortamda bulunması yeterlidir. Ancak bimetal termometrelerde sarımların tamamının ölçüm yapılacak ortam içinde bulunması gerekmektedir. Resim 2.2: Bimetal termometreler 23

28 Şekil 2.6: Koruyucu muhafaza içindeki bimetal termometre Elektrikli Termometreler Bu tip termometreler, sıcaklığın metaller üzerinde meydana getirdiği elektriksel özellikleri (gerilim, akım, direnç) değiştirmesi prensibine dayanarak çalışır. Başlıca tipleri şunlardır: Termokupul Termopil Portatif pirometre Direnç elemanlı termometre Portatif Pirometre Bir termokupul, kablolu bağlantı ile, elde taşınabilen bir voltmetreye bağlandığında portatif pirometre elde edilir (Şekil 2.7.). 24

29 Şekil 2.7: Portatif pirometre Portatif pirometrelerde termokupul ile yükler arasındaki farkı doğru ölçebilmek için hassas bir voltmetre bulunur. Resim 2.3.:Portatif pirometre Portatif pirometreler, seyyar ölçüm yapılması istenilen yerlerde kullanılır. İşletmede sabit bir termokupulun kullanılamayacağı ortamlar bulunabilir Direnç Elemanlı Sıcaklık Ölçer Bir telin sıcaklığı değiştirildiğinde, telin içinden geçen akıma karşı gösterdiği direnç değişir. Bir metalin sıcaklığını bilirsek elektrik akışına karşı ne kadar direnci olduğunu bulabiliriz. Aynı şekilde metalin akım geçişine karşı olan direncinin ne kadar olduğunu bilirsek metalin sıcaklığını hesaplayabiliriz. Metallerin çoğunluğunda sıcaklıkları arttıkça elektrik akımına karşı gösterdikleri direnç te artar. Metallerin bu özelliğinden yararlanılarak direnç elemanlı termometreler geliştirilmiştir. Metallerin sıcaklık değişimine karşı gösterdikleri direnç değişimi birbirinden farklıdır. Örneğin; nikelden yapılan bir termometre çok hassas sonuçlar verirken sıcaklığa karşı direnç değişimi doğrusal değildir. Platin termometre ise sıcaklık değişimine karşı en az hassas 25

30 olanıdır. Buna karşın direnç değişimi en doğrusal olanıdır(tablo 2.1.). Tablo 2.1: Nikel ve platini sıcaklıkla direnç değişimi Termometre için malzeme seçiminde; İstenilen hassaslık Kirlenmeye karşı direnç Maliyet faktörleri dikkate alınır. Platin termometreler, içlerinde en pahalı malzeme olmasına karşın sahip olduğu özelliklerden dolayı en yaygın kullanılanıdır (Şekil 2.8.). Direnç elemanlı termometrede, akım platin telden geçirilir. Sıcaklık değiştikçe telden geçen akım miktarı da değişir. Tel ısındıkça direnci artar ve içinden geçen akım azalır. Dolayısıyla tel üzerinden geçen akım miktarını ölçerek sıcaklığı ölçmemiz mümkündür. Bir direnç elemanı, kendi elektrik voltajının herhangi bir bölümünü iletmez.bura da elektrik dış kuvvet kaynaklarından temin edilir. 26

31 Şekil 2.8: Direnç elemanlı termometre Işınım (Radyasyon) Pirometresi Resim 2.3: Direnç elemanlı termometre Cisimler ısıtıldıklarında elektromanyetik enerji yayarlar(resim 2.4.). Düşük sıcaklıklarda bu enerji yayımı (radyasyon) hissedilebilir. Sıcaklığın yükselmesiyle beraber cisim, gözle görülebilir (ışık şeklinde) şekilde kızıldan sarıya ve sonra da beyaza dönüşen bir ışınım yayar. Bu ışınımın ölçülmesi ile sıcaklığın tespit edilmesi mümkündür. Sarı renkte ışık yayan cismin kızıl renkli ışık yayan cisimden daha sıcak olduğu söylenebilir. Aynı şekilde beyaz ışık yayan cisim de sarı ışık yayan cisimden daha sıcaktır. Işınım (radyasyon) pirometresi sıcaklığı ölçmek için bu ışınımdan yararlanır. 27

32 Resim 2.4: Radyasyon pirometresi Kızıl ötesi (infrared) termometreler, gelişmiş teknolojinin ürünüdür. Boyutları küçüktür ve elde taşınabilir. Pirometre, hareket hâlinde bulunan bir cismin sıcaklığının ölçülmesi veya klasik bir sensörü tahrip edecek bir ortamın mevcudiyeti hâlinde kullanılır. Bu gibi durumlarda ışınım pirometresi sıcaklığı, sıcaklığı ölçülen yere temas etmeden ölçüm yapabilir. Görülebilir Işık X Işını Morötesi (Ultraviole Kızılötesi (İnfrared) Radyo Dalga Boyu ( m) 0,01 0,1 0,4 0, Frekans (Hz) Tablo 2.2: Eletromanyetik spektrum (tayf) Sıcaklık Anahtarları Sıcaklık anahtarları (termostat) sıcaklığı ölçmez.belirli bir bölgedeki sıcaklığı takip eder. Bu bölgedeki sıcaklık, önceden tespit edilen belirli bir değere ulaştığında uyarı sinyali üretir. Üretilen bu sinyal ile bir kontrol elemanı harekete geçirilir ( vana). Örneğin; sıcaklığın o C olması istenilen bir ortam düşünelim. Ortamdaki ısıtma sistemi,sıcaklığın 20 o C nin altına düşmesi durumunda sıcaklık anahtarı (termostat) tarafından uyarılır. Çalışmaya başlayan ısıtma sistemi odayı ısıtmaya başlar. Sıcaklık maksimum değer olan 25 o C ye ulaştığında ise sıcaklık anahtarı bu sefer ısıtma sistemini durduracak şekilde sinyal gönderir. Böylelikle ortamdaki sıcaklık daima istenilen 20-28

33 25 o C aralığında tutulur. Resim 2.4: Termostat (sıcaklık anahtarı) 29

34 UYGULAMA FAALİYETİ UYGULAMA FAALİYETİ Sıcaklık kontrolü yapmak Kullanılan malzemeler 1. Voltmetre 2. Termokupul 3. Kablo İşlem Basamakları Gerekli malzemeleri öğretmeninizden alınız. Öneriler Malzemeleri temin ediniz. Termo kupul kablo bağlantılarını yapınız. Bağlantıları doğru kutuplara yaptığınızdan emin olunuz. Voltmetre kablo bağlantılarını yapınız. Bağlantıları doğru kutuplara yaptığınızdan emin olunuz. Voltmetreden ortamdaki sıcaklık değerini okuyunuz. Pirometre ile sıcak su dolu kaptaki sıcaklığı ölçünüz. Pirometre ile atölyenin bir başka bölümünde kaptaki soğuk suyun sıcaklığını ölçünüz. Pirometre yardımı ile atelyenin bir başka bölümündeki ılık suyun sıcaklığını ölçünüz. Atölyede termometre değeri ile portatif pirometredeki sıcaklık değerini karşılaştırınız. Gerekli ise ayar yapınız. Su ile doğrudan temas etmeyiniz. Not almayı unutmayınız.. Sıcaklığı doğru ölçünüz. Karşılaştırmayı doğru yapınız. Elde ettiğiniz sıcaklık değerlerini kaydediniz. Deneyde kullandığınız malzemeleri öğretmeninize teslim ediniz.. Deney raporunu hazırlayarak öğretmeninize teslim ediniz. Notlarınızı düzgün kaydederek kontrol ediniz. Malzemeleri temizlemeyi unutmayınız. Raporlarınızı işlem sırasına göre yazınız. 30

35 ÖLÇME VE DEĞERLENDİRME ÖLÇME VE DEĞERLENDİRME Aşağıdaki cümlelerde boş bırakılan yerlere uygun kelimeleri yazınız. sorularında Cevaplarınızı cevap anahtarından kontrol ediniz. 1. Endüstride kullanılan başlıca sıcaklık birimleri..ve.. tir. 2. Kılcal tüplü termometrelerde, kılcal boru içindeki cıva sütununun ile gösterilir ve ölçülür. 3. Bimetal termometreler, metallerin aynı..karşısında farklı miktarda. ilkesinden yararlanılarak yapılmışlardır. 4. Cisimler ısıtıldıklarında enerji yayarlar. 5. Kılcal tüplü termometrelerde sıcaklık, kılcal.. içindeki sütununun yüksekliği ile gösterilir ve ölçülür. 6. Artan basınç, spiral şeklindeki tüpünü düzleştirmeye çalışır DEĞERLENDİRME Yukarıdaki teste verdiğiniz cevapları, cevap anahtarı ile karşılaştırınız. Eksik konularınız varsa bu eksikliğin neden kaynaklandığını düşünerek arkadaşlarınızla tartışınız. Öğretmeninize danışarak tekrar bilgi konularına dönüp eksiklerinizi gideriniz. 31

36 PERFORMANS DEĞERLENDİRME Portatif pirometre kullanarak sıcaklık ölçümü yapınız. Kullanılan Araç Gereçler Portatif pirometre Davranışlar Evet Hayır 1. İş önlüğünüzü giydiniz mi? 2 3 Gerekli malzemeleri öğretmeninizden aldınız mı? Termokupul kablo bağlantılarını yaptınız mı? 4 Voltmetre kablo bağlantılarını yaptınız mı? Voltmetreden ortamdaki sıcaklık değerini 5 okudunuz mu? Pirometre ile sıcak su dolu kaptaki sıcaklığı 6 ölçtünüzmü? Pirometre ile atölyenin bir başka bölümündeki 7 kaptaki soğuk suyun sıcaklığını ölçtünüzmü? Pirometre yardımı ile atölyenin bir başka 8 bölümündeki ılık suyun sıcaklığını ölçtünüzmü?. 9 Elde ettiğiniz sıcaklık değerlerini kaydediniz mi?. Deneyde kullandığınız malzemeleri öğretmeninize 10 teslim ettiniz mi? DEĞERLENDİRME Bu faaliyet sırasında bilgi konularında veya uygulamalı iş parçalarında anlamadığınız veya beceri kazanamadığınız konuları tekrar ediniz. Konuları arkadaşlarınızla tartışınız. Kendinizi yeterli görüyorsanız diğer uygulama faaliyetine geçiniz. Yetersiz olduğunuzu düşünüyorsanız öğretmeninize danışınız. 32

37 MODÜL DEĞERLENDİRME Aşağıdaki cümlelerde boş bırakılan yerlere uygun kelimeleri yazınız.test sorularında doğru seçenekleri işaretleyiniz. Cevaplarınızı cevap anahtarından kontrol ediniz. 1. Kapalı bir kaptaki kuvvet uygulandığında belirli bir..meydana gelir 2. Manometreler diğer ölçüm aletlerinin kalibrasyonu için.olarak kullanılmaktadır. 3. Diyaframlı basınç ölçerlerde, basınç ne kadar fazla ise.miktarı da o kadar fazladır. 4. Atmosfer basıncı kaç cm Hg dir? A) 14,7 B) 147 C) 67 D) bar, kaç psi dir? A) 35 B) 47 C) 147 D) C kaç F dir? A) A) 86 B) B) 62 C) C) 77 D) D) 52 MODÜL DEĞERLENDİRME 7. Bimetal termometreler.ölçmek için bourdon tüplerinde olduğu gibi basıncı kullanmazlar. Dolayısı ile gaz ve sıvı gibi tehlikeleri de yoktur 8. Kılcal tüplü termometrelerde, çok..sıcaklık değişimlerinin ölçülebilmesi için kılcal..çok uzun olması gerekir. 9. Bimetal termometreler, metallerin aynı..karşısında farklı miktarda. ilkesinden yararlanılarak yapılmışlardır. 10. Portatif pirometrelerde, termokupul ile yükler arasındaki farkı doğru ölçebilmek için hassas bir bulunur. 33

38 DEĞERLENDİRME Yukarıdaki teste verdiğiniz cevapları, cevap anahtarı ile karşılaştırınız. Eksik konularınız varsa bu eksikliğin neden kaynaklandığını araştırarak arkadaşlarınızla tartışınız. Öğretmeninize danışarak tekrar bilgi konularına dönüp eksiklerinizi gideriniz. 34

39 MODÜL PERFORMANS DEĞERLENDİRME Uygulama Sorusu: Aşağıdaki malzemeleri kullanarak sistemdeki basıncı önce 4 bar a,sonrada 120 psi ye ayarlayınız Kullanılan Araç Gereçler 1.Kompresör 2. Basınç ölçer 3. Basınç ayar valfi 4. Hortum 5. Bağlantı elemanları Davranışlar Evet Hayır 1. Kompresör hortum bağlantısını yaptınız mı? 2. Basınç ölçerden basınç değerini okudunuz mu? 3 Basınç değerini 4 bar olarak ayarladınız mı? 4. Basınç değerini 120 psi olarak ayarladınız mı? 5. Kompresör hortum bağlantısını söktünüz mü? 6. Basınç ölçer hortum bağlantısını söktünüz mü? 7 Kullandığınız makine, araç ve gereçleri öğretmeninize teslim ettiniz mi? 7. Deney raporunu hazırlayarak öğretmeninize teslim ettiniz mi? 8. Kompresör hortum bağlantısını yaptınız mı? DEĞERLENDİRME Bu yeterlilik sırasında bilgi konularında veya deneyde anlamadığınız veya beceri kazanamadığınız konuları tekrar ediniz. Konuları arkadaşlarınızla tartışınız. Kendinizi yeterli görüyorsanız diğer modüle geçiniz. Yetersiz olduğunuzu düşünüyorsanız öğretmeninize danışınız. 35

40 CEVAP ANAHTARLARI CEVAP ANAHTARLARI ÖĞRENME FALİYETİ 1 CEVAP ANAHTARI 1 Basınç 2 Paskal Kanunu 3 Bar, psi 4 Pascal 5 D 6 B ÖĞRENME FALİYETİ 2 CEVAP ANAHTARI 1 Celcius, fahrenheit 2 Sıcaklık, yüksekliği 3 Sıcaklık, genleşmesi 4 Elektromanyetik 5 Boru, cıva 6 Bourdon MODÜL DEĞERLENDİRME CEVAP ANAHTARI 1 Akışkana, basınç 2 Referans 3 Farkı, esneme 4 D 5 C 6 A 7 Sıcaklığı, kaçağı 8 Büyük, tüpün 9 Sıcaklık, esneme 10 voltmetre 36

41 www. google KAYNAKÇA KAYNAKÇA 37