MAKİNA LABORATUVARI - II DENEY FÖYLERİ

T.C. KIRIKKALE ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MAKİNA MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MAKİNA LABORATUVARI - II DENEY FÖYLERİ 2017 2018 Bahar Yarıyılı 4. Sınıf Makina Mühendisliği Bölümü Başkanlığı Şubat 2018, Kırıkkale

ÖNSÖZ Makina Laboratuvarı Dersi, mühendislik fakülteleri öğrencileri için, lisans öğrenimleri süresince görmüş oldukları derslerin bir uygulaması olduğundan büyük bir öneme sahip olup bu yönüyle de diğer derslerden ayrılmaktadır. Bu nedenle, diğer derslerde öğrenilen konuların özümsenebilmesi, laboratuvar derslerine verilen önemle mümkün olacaktır. Bütün deneylere girilmesi, deney raporlarının irdelenerek kapsamlı bir şekilde hazırlanması, daha önce teorik olarak incelenmiş olan birçok konunun daha iyi anlaşılmasına büyük katkı sağlayacaktır. Öğrencilerimizin laboratuvar derslerine daha donanımlı bir şekilde katılımlarını sağlamak ve deney föylerini temin etmek için her deneyden önce zaman harcamalarının önüne geçmek, bu kitapçıkların hazırlanmasında temel hareket noktası olmuştur. Bununla birlikte, bütün deney föylerinin bir arada bulunması, öğrencilerimizin mesleki yaşamlarında başvurabilecekleri bir kaynak oluşturması açısından da önemlidir. Hazırlanan bu kitapçığın tüm öğrencilerimize yararlı olmasını temenni ederken, kitapçıkların hazırlanmasında asıl katkı sahipleri olan bölümümüz öğretim elemanlarına teşekkürlerimi sunarım. Şubat 2018, Kırıkkale Prof. Dr. Ali ERİŞEN Makina Mühendisliği Bölüm Başkanı V. i

İÇİNDEKİLER 1. GİRİŞ 1.1. Dersin Amacı ve Kapsamı 1.2. Deneysel Çalışmaların Temelleri / Önemi 1.2.1 Deneysel Hatalar ve Hata Analiz Yöntemleri 1.2.2 Belirsizlik Analizi Yöntemi 1.3. Ders ile İlgili Genel Düzenlemeler 1.3.1 Ders İle İlgili Genel Hususlar 1.3.2 Deney Raporu Hazırlanışı 1.4. Deney Grupları ve Tarihleri 1.5. Deney Listesi ve İlgili Öğretim Elemanları 1.6. Döneme ait ilave notlar 2. DENEY FÖYLERİ 2.1 Bilgisayar Destekli İmalât - II Deneyi 2.2 Statik ve Dinamik Dengeleme Deneyi 2.3 Çentik Darbe Deneyi 2.4 Düz Güneş Kolektörü Verim Ölçümü Deneyi 2.5 Işınımla Isı Geçişi Deneyi 2.6 İklimlendirme Deneyi 2.7 Gözeneklilik Ölçümü Deneyi 2.8 Basma Deneyi 2.9 Emisyon Ölçüm Deneyi Ekler Ek-1 Deney Raporu Kapak Sayfası Örneği Kaynaklar ii

1. GİRİŞ Makina Laboratuvarı dersi, mühendislik fakülteleri öğrencileri için, lisans öğrenimleri süresince görmüş oldukları derslerin bir uygulaması olduğundan büyük bir öneme sahip olup bu yönüyle de diğer derslerden ayrılmaktadır. Bu nedenle, diğer derslerde öğrenilen konuların daha iyi kavranabilmesi, laboratuvar derslerine verilen önemle mümkün olacaktır. Bütün deneylere girilmesi, deney raporlarının irdelenerek kapsamlı bir şekilde hazırlanması, daha önce teorik olarak incelenmiş birçok konunun daha iyi anlaşılmasına büyük katkı sağlayacaktır. 1.1 Dersin Amacı ve Kapsamı Makina Laboratuvarı dersi bir uygulama dersi olup, öğrencilerin lisans öğrenimi süresince derslerde teorik olarak gördükleri birçok kanunun geçerliliğinin deneylerle gösterilmesi amacına yöneliktir. Bu uygulama dersi kapsamında yapılacak deneylerle; Malzeme dersinden Termodinamik dersine, Mukavemet dersinden Isı Transferi dersine kadar birçok dersin temel prensiplerinin izahına çalışılacaktır. Bu yönüyle, bir anlamda lisans öğreniminin özetlendiği bir ders işlevi görmekte olup konuların pekiştirilebilmesi için bir fırsat sağlamaktadır. 1.2 Deneysel Çalışmaların Temelleri / Önemi Deneysel çalışmaların, derslerde teorik olarak işlenen konuların özümsenebilmesinde büyük bir etken olduğu hususu açıktır. Ancak bu amaca ulaşılabilmesi için; deneylerin büyük bir titizlikle ve sabırla yapılmış olması, deneylerde kullanılacak cihazların mutlaka kalibre edilmiş olmaları, deneylerin yeteri kadar sayıda tekrar edilmiş olması, deney tesisatı sürekli rejim şartlarına ulaştıktan sonra ölçümlerin alınmış olması gibi birçok şartın yerine getirilmesi gerekir. Ancak, bütün bu şartlar yerine getirilse bile, bütün deneysel çalışmalar yine de hatalar içerir. Deneysel çalışmalarda meydana gelen çeşitli hatalar ve bu hataların analizi aşağıda özetle açıklanmıştır. 1.2.1 Deneysel Hatalar ve Hata Analiz Yöntemleri Deneysel çalışmaların tümü, çeşitli nedenlerden dolayı hata içerir. Deneysel çalışmalarda yapılan bu hatalar genellikle üç gurupta toplanabilir. Bunlardan birincisi, deney yapan araştırmacının dikkatsizlik ve tecrübesizliğinden ileri gelen hatalardır. Deney tesisatlarında kullanılan ölçme cihazlarının yanlış seçiminden veya ölçme sistemlerinin yanlış tasarımından kaynaklanan hatalar bu gurup içinde düşünülebilir. İkinci gurup hatalar, sabit veya sistematik 12

hatalar olarak adlandırılan hatalardır. Bunlar genellikle tekrar edilen okumalarda görülen ve nedenleri çoğunlukla tespit edilemeyen hatalardır. Üçüncü gurup hatalar ise rastgele hatalardır. Bunlar ise; deneyi yapan kişilerin değişmesinden, deneyi yapanların dikkatlerinin zamanla azalmasından, elektrik geriliminin değişmesinden, ölçme aletlerindeki histerizis olaylarından veya cihazların ısınması nedeniyle elektronik ölçme aletlerinde oluşan salınımlardan kaynaklanabilmektedir [1]. Deneysel sonuçların geçerliliğinin belirlenmesi için mutlaka bir hata analizi yapmak gerekmektedir. Deneylerden elde edilen veriler kullanılarak hesaplanan parametrelere ait sabit hata miktarlarının (veya oranlarının) tespiti için pratikte bir kaç yöntem geliştirilmiştir. Bu yöntemler içerisinde, belirsizlik analizi (uncertainty analysis) ve akılcı yaklaşım (commonsense basis) yöntemleri en çok kullanılanlarıdır [1]. 1.2.2 Belirsizlik Analizi Yöntemi Herhangi bir deney tesisatı aracılığı ile tespit edilmesi/hesaplanması gereken büyüklük R, bu büyüklüğe etki eden n adet bağımsız değişkenler ise; x 1, x 2, x 3,...,x n olsun. Bu durumda; R R( x, x, x,..., x ) (1) 1 2 yazılabilir. Deneylerde etkili olan her bir bağımsız değişkene ait sabit hata değerleri; w 1, w 2, w 3,...,w n ve R büyüklüğünün sabit hata değeri w R ise, belirsizlik analizi yöntemine göre; 3 n 2 2 2 R R R 1 2 1 2 w R w w... wn (2) x x xn şeklinde verilmektedir. 1.3 Ders İle İlgili Genel Düzenlemeler 1 2 Mühendislik fakülteleri öğrencileri için, lisans öğrenimleri süresince görmüş oldukları derslerin bir uygulaması olan laboratuvar dersinin amacına ulaşabilmesi için, aşağıda yer alan genel hususlara uyulması ve deney raporu hazırlamaya gereken önemin verilmesi kaçınılmazdır. Buna göre aşağıdaki düzenlemelere uyulması gerekmektedir. 1.3.1 Ders İle İlgili Genel Hususlar Dersin daha etkin olabilmesi için aşağıdaki kurallara uyulması gerekmektedir. Buna göre; 1) Deneylere gelmeden önce ilgili deney föyü detaylı olarak incelenecektir. 2) Deney föyü yanında olmayan öğrenci kesinlikle deneye alınmayacaktır. 13

3) Her öğrenci kendi grubu ile beraber deneylere girecektir. 4) Öğrenci, deneylerin % 80 ine katılmak ve bu deneylere ait raporların tamamını teslim etmek zorundadır. Ancak; deney raporlarına ilişkin not ortalaması, toplam deney sayısı dikkate alınarak hesaplanacaktır. 5) Deney raporlarında, bu kitapçıkta Ek-1 de gösterilen kapak sayfası kullanılacaktır. 6) Deney raporları, ilgili deneyde yapılan ölçümlerin yer aldığı tabloyu da içerecektir. 7) Deney raporları, bilgisayar ortamında hazırlanabildiği gibi el yazısı ile de yazılabilir ve raporun kapak sayfası hariç, kâğıtların her iki tarafı da kullanılacaktır. 8) Deney raporları, deneyin yapıldığı tarihten itibaren en geç 1 hafta içinde teslim edilecektir. Geç rapor teslimi kesinlikle bir seçenek değildir. Geç teslim edilen raporlar değerlendirilmeye alınmayacaktır. 9) Deney raporları, bizzat öğrenci tarafından ilgili uygulama sorumlusuna teslim edilecektir. Kendisine yöneltilecek olan sorulara vereceği cevaplar, ilgili deney raporundan alacağı nota büyük oranda etki edecektir. 10) Dönem sonlarında Telafi Deneyi yapılmayacaktır. 1.3.2 Deney Raporu Hazırlanışı 1) Deney raporlarında, bu kitapçıkta Ek-1 de gösterilen kapak sayfası kullanılacaktır. 2) Deney raporunda; kapak sayfası, deneyin amacı, deney tesisatının şematik gösterimi, deney tesisatının ana elemanları ve bu elemanların tanıtımı ile görevleri yer alacaktır. 3) Yine deney raporunda; ilgili deneyde yapılan ölçümlerin yer aldığı tablo, hesaplamalar, sonuçların yer aldığı tablo, sonuçlardan hareketle çizilecek grafikler ile sonuç ve yorum bölümleri yer alacaktır. 14

1.4 Deney Grupları ve Tarihleri Deney grupları ve deney tarihleri her bir yarıyıl (Güz ve Bahar Yarıyılları) için standart hale getirilmiş olup bunlar; Tablo 1.1, Tablo 1.2 ve Tablo 1.3 de gösterilmiştir. Tablo 1 Öğrenci Numarasına Göre Deney Grupları Grup Numarası Öğrenci Numarası (N.Ö.) Öğrenci Numarası (İ.Ö.) 1. Grup 080202068 130202401 100250082-130250021 2. Grup 140202001-140202022 130250022-130250100 3. Grup 140202023-140202038 140250001-140250021 4. Grup 140202039-140202053 140250022-140250056 5. Grup 140202054-140202072 140250057-150250002 6. Grup 140202073-150202019 090250059 120250090 140202083 140250001 140250053 140250073 140250075 140250076 140250077 140250079 140250085 140250096 150250003 Tablo 2 Deney Haftaları ve Kapsadığı Tarih Aralığı Yarıyıldaki Hafta Tarih Aralığı 1. Hafta 19 Şubat 23 Şubat 2018 2. Hafta 26 Şubat 2 Mart 2018 3. Hafta 5 Mart - 9 Mart 2018 4. Hafta 12 Mart - 16 Mart 2018 5. Hafta 19 Mart - 23 Mart 2018 6. Hafta 26 Mart - 30 Mart 2018 7. Hafta 2 Nisan - 6 Nisan 2018 8. Hafta 9 Nisan - 13 Nisan 2018 Vize Haftası 9. Hafta 16 Nisan - 20 Nisan 2018 10. Hafta 23 Nisan - 27 Nisan 2018 11. Hafta 30 Nisan - 4 Mayıs 2018 12. Hafta 7 Mayıs - 11 Mayıs 2018 13. Hafta 14 Mayıs -18 Mayıs 2018 14. Hafta 21 Mayıs -25 Mayıs 2018 15. Hafta 28 Mayıs -1 Haziran 2018 15

Tablo 3 Deney Grupları ve Deney Tarihleri Grup No 1. Deney 2. Deney 3. Deney 4. Deney 5. Deney 6. Deney 7. Deney 8. Deney 9. Deney 1.Grup 12.hafta 3.hafta 4.hafta 5.hafta 6.hafta 7.hafta 9.hafta 10.hafta 11.hafta 2.Grup 3.hafta 4.hafta 5.hafta 6.hafta 7.hafta 9.hafta 10.hafta 11.hafta 12.hafta 3.Grup 4.hafta 5.hafta 6.hafta 7.hafta 9.hafta 10.hafta 11.hafta 12.hafta 3.hafta 4.Grup 5.hafta 6.hafta 7.hafta 9.hafta 10.hafta 11.hafta 12.hafta 3.hafta 4.hafta 5.Grup 6.hafta 7.hafta 9.hafta 10.hafta 11.hafta 12.hafta 3.hafta 4.hafta 5.hafta 6.Grup 7.hafta 9.hafta 10.hafta 11.hafta 12.hafta 3.hafta 4.hafta 5.hafta 6.hafta 1.5 Deney Listesi ve İlgili Öğretim Elemanları Söz konusu yarıyılda yapılacak deneylerin ismi ve bu deneylerden sorumlu olan öğretim elemanları Tablo 1.4 de gösterilmiştir. Tablo 1.4 Deney Listesi ve İlgili Öğretim Elemanları 1.6 Döneme ait ilave notlar 1. Ders kapsamında 2 adet sınav notu olacaktır. 1. sınav: Final sınavı haftasında yapılan final notu. 2. sınav: Deney raporlarından oluşan ortalama rapor notu. Dönem sonu notları, bu iki sınav notunun ortalaması ile belirlenecektir. 2. Dersten devam alınabilmesi için; deneylerin %80 ine katılım olması ve katılım olan deneyler için geçerli deney raporunun teslim edilmesi gerekmektedir. Ortalama rapor notu, toplam deney sayısı üzerinden hesaplanır. 3. DVLT olanlar deneylere katılmayacaklar, final sınavına katılacaklardır. 4. Ders ile ilgili diğer düzenlemeler için, Deney Föyleri kitapçığının 1.3 Ders İle İlgili Genel Düzenlemeler bölümünü gözden geçiriniz. 5. Döneme ait yenilenmiş Deney Föyleri kitapçığı, Bölüm web sitesinden ve Fakültedeki fotokopiciden temin edilebilir. 16

2. DENEY FÖYLERİ 2.1. BİLGİSAYAR DESTEKLİ İMALÂT-II DENEYİ 1. DENEY İLE İLGİLİ GENEL BİLGİLER Deneyin Adı Bilgisayar Kontrollü Dik İşleme Merkezi Tezgâhında Parça Üretiminde Kullanılmak Üzere Program Yazılımı ve Tezgâhta Uygulanması. Deneyin Amacı ve Kapsamı Bilgisayar Destekli İmalat hakkında genel bilgi edindirme. Bilgisayar Kontrollü Dik İşleme Merkezi Tezgâhında çeşitli işlemleri yapmak üzere kullanılacak, üretilecek parçaya göre program yazılımı, bu programın tezgâhta uygulanması, işleme değişkenlerinin tespit edilmesi, bağımlı değişkenlerin hesap edilmesi ve parçaların üretiminin gerçekleştirilip, kalite kontrolünün yapılması hedeflenmektedir. Kullanılan Cihazlar Bilgisayar Kontrollü Dik İşleme Merkezi Tezgâhı ve bu tezgâhta kullanılacak ilgili kesici ve iş bağlama donanımları. 2. DENEYİN YAPILIŞI Şekilde verilen parçayı işlemek üzere bir parça programı yazılır, daha sonra malzeme tezgâha sabitlenir. Kesici sistemleri tezgâh üzerindeki yerlere sabitlenir, malzeme çifti ile ilgili sabitlere ilgili tablolardan (Metal Mesleğinde Tablolar kitabı veya kesici katalogları) bakılır ve bu değerler tezgâhın atadığı değerlerle karşılaştırılır. İşlemlerle ilgili değişkenler hesaplanır ve talaş kaldırma işlemi gerçekleştirilir. Sonuçta hesaplanan bilgilerle çıktılar karşılaştırılır. 17

3.1.1 3. İŞLENECEK PARÇA d WPC z WPC y x z

3.1.1 4. ÖRNEK PROGRAM 3.1.1 Bu program x = 100, y = 80, z = 25, d = 12 ve z = 1 değerleri için MAZATROL dilinde yazılmıştır. UN o. 0 MAT ALUMI N INITI ALZ 100 (2) ATCM ODE 0 (3) MULTIM ODE OFF (4) MULTIF PITC PITC LAG HX HY R1 FI G F- MILL (13) PTN 1 SQUAR E (16) Un o. 80 (14) P1X/C X 0 (17) P1Y/C Y 0 (18) AUTO UNIT DIA DEPTH CHMF 3 DRILLI NG (21) SN o. TOOL 1 CTR- DR (25) 12 (22) 25 (23) AUTO XBI (15) FIN -R DE PZ AU TO P3X/R P3Y CN1 CN2 CN 3-100 -80 (19) (20) 0 (24) W C F R SP R A A A (1) UN UNIT ADD X Y Z 4 o. WPC 1 WPC-1-500 -300 0-450 0 (5) (6) (7) UN UNIT DEPT SRV-Z SVR-R BTM WAL FINo. H Z 2 FACE 1 1 2 0 MILL (9) (10) (11) (12) (8) SN TOOL NOM- No. APRCHX APRCH TYP ZFD o. Y E NOM- 20 (26) No. HOLE HOLED EP PRE- D PR- DE RG H D EP C SP F R 12 90 A A (27) 2 DRILL (28) 12 (29) 12 (30) 10 (31) DR T5 A A FI PTN Z X Y AN1 AN2 G 1 POINT (32) -1 (33) -50 (34) -40 (35)... M M M M

Un UNIT X Y Z o. 4 END -100 5. PROGRAMDA KONTROL EDİLEN DEĞİŞKENLER (1) İşlenecek parçanın malzemesi. (2) Z-ekseni emniyet mesafesi. (3) Geri hareket: 0 = Önce Z sonra X ve Y yönlerinde hızlı hareket. 1 = X, Y ve Z yönlerinde aynı anda hızlı hareket. (4) Aynı anda tablada birden fazla parça işlenirse ON, aksi takdirde OFF. (5) Makine sıfır noktasının parça sıfır noktasına X koordinatındaki uzaklığı. (6) Makine sıfır noktasının parça sıfır noktasına Y koordinatındaki uzaklığı. (7) Makine sıfır noktasının parça sıfır noktasına Z koordinatındaki uzaklığı. (8) Yüzey frezeleme işlemi. (9) Parça sıfır noktasının işlenmiş yüzeye Z koordinatındaki uzaklık. (10) Kesme derinliği (İşlenmiş yüzeyin işlenmemiş yüzeye Z koordinatındaki uzaklık). (11) İşlenmiş yüzeyin kalitesi. (12) Son pasoda verilecek kesme derinliği. (13) Alın frezeleme kesicisi. (14) Kesici çapı. (15) Kesme yönü. (16) İşlenecek parçaya ait şekil (square-dikdörtgen). (17) Şeklin başlangıç noktasının X-eksenindeki koordinatı (parça sıfır noktasına göre). (18) Şeklin başlangıç noktasının Y-eksenindeki koordinatı (parça sıfır noktasına göre). (19) Şeklin diğer köşegeninin X-eksenindeki koordinatı(parça sıfır noktasına göre). (20) Şeklin diğer köşegeninin Y-eksenindeki koordinatı(parça sıfır noktasına göre).delme işlemi. (21) Delinecek çap. (22) Delinecek derinlik. (23) Pah genişliği. (24) Puntalama matkabı. (25) Kesici çapı. (26) Delik çapı. (27) Delme matkabı. (28) Kesici çapı. (29) Delik çapı. (30) Delik derinliği. (31) Tek delik. (32) Deliğin merkezinin parça sıfır noktasına Z-yönündeki uzaklığı. (33) Deliğin merkezinin parça sıfır noktasına X-yönündeki uzaklığı. (34) Deliğin merkezinin parça sıfır noktasına Y-yönündeki uzaklığı. WR-Width of Radius-Kesiciye ait kesme genişliği CSP-Cutting Speed-Kesme Hızı FR-Feed Rate-İlerleme A değeri gözüken satırlara, MAZATROL programı malzeme ve işlem cinsine göre, değeri otomatik olarak atamaktadır.

3.1.1 6. YAPILACAK İŞLEMLER 1. Yukarıdaki program tezgâha girilip, örnek parça işlenecek. 2. Her öğrenci tarafından farklı farklı seçilecek olan x, y, z, z (yüzey frezelemede talaş derinliği), d değerleri (farklı çap ve boylarda 2 tane delik delinecek) ve WPC noktası için, örnek programa benzer bir program öğrenci tarafından hazırlanacak ve sonuç ve değerlendirmeler kısmındaki tabloya işlenecek. Öğrenciye ait parçanın yapım resmi, ilgili kutuya çizilecek ve WPC noktası yapım resmi üzerinde gösterilecek. 3. Tezgahın atadığı işleme değişkenleri tabloya işlenecek, öğrenci tarafından bulunan değerlerle karşılaştırılacak. Fark varsa nedeni tartışılacak. 4. Deneyi gerçekleştirilen yüzey frezeleme ve delik delme işlemleri için zaman ve güç hesaplamalarını rapor föyüne yapınız.

3.1.1 7. SONUÇ VE DEĞERLENDİRMELER Yapım resmini yan tarafa çiziniz. 1. Parçanın işlenmesi için gereken programı yazınız. UN o. MAT INITI ALZ ATCM ODE MULTIM ODE MULTIF LAG PITC HX PITC HY 0 UN o. (1) UNIT (2) (3) (4) ADD WPC X Y Z 4 1 UN o. WPC-1 UNIT DEPT H (5) (6) 0 (7) SRV-Z SVR-R BTM WAL 0 FIN- Z FIN -R 2 SN o. (8) (9) (10) TOOL NOM- No. APRCHX (11) APRCH Y TYP E (12) ZFD DE PZ W R C SP F R M M R1 FI G (13) PTN (14) P1X/C X P1Y/C Y AUTO AUTO (15) P3X/R P3Y CN1 CN2 AU TO CN 3 A A A... 1 (16) (17) (18) (19) (20)

Un o. UNIT DIA DEPTH CHMF 3 SN o. (21) (22) (23) (24) TOOL NOM- No. HOLE HOLED EP PRE- D PR- DE RG H D EP C SP F R M M 1 (25) (26) (27) 90 A A DR T5 A A 2 (28) (29) (30) (31) FI G PTN Z X Y AN1 AN2 1 Un o. (32) (33) (34) (35) UNIT DIA DEPTH CHMF 4 SN o. (21) (22) (23) (24) TOOL NOM- No. HOLE HOLED EP PRE- D PR- DE RG H D EP C SP F R M M 1 (25) (26) (27) 90 A A DR T5 A A 2 (28) (29) (30) (31) FI G PTN Z X Y AN1 AN2 1 (32) (33) (34) (35) END

2. Aşağıdaki tabloda verilen değişkenlere ait sizin bulduğunuz değerleri tabloya girerek, yaptığınız hesaplamaları gösteriniz. Değişkenler Kesme derinliği (a p ) Yüzey pürüzlülüğü (R a ) Yüzey frezeleme Tezgahın atadığı Hesaplan an/bulun an Değişkenler Kesme derinliği (a p ) Yüzey pürüzlülüğü (R a ) Delik delme Tezgahın atadığı Hesaplan an /Bulunan Kesme hızı (v c ) Kesme hızı (v c ) İlerleme (f) İlerleme (f) İşleme zamanı (t) İşleme zamanı (t) Harcanan güç (P) Harcanan güç (P) 3. Yukarıda gerçekleştirilen yüzey frezeleme ve delik delme işlemleri için zaman ve güç hesaplamalarını aşağıya yapınız. Yüzey Frezeleme Zaman Hesabı Zaman Hesabı Delik delme Güç Hesabı Güç Hesabı

2.2. STATİK VE DİNAMİK DENGELEME DENEYİ 1. GİRİŞ Dengeleme: İstenmeyen eylemsizlik kuvvetlerinin yok edilmesi ya da en aza indirilmesini sağlayacak düzenlemelerin yapılmasıdır. Dengelenmemiş makine parçaları yüksek atalet kuvvetlerine sebep olup, bu parçalar tehlikeli sarsıntılar meydana getirirler. Dönen uzuvlardaki dönme kuvvetleri tekrar eden yükler oluşturur. Bu yükler de zamanla makine parçalarında, özellikle yataklarda zamanla yorulmaya ve kalıcı hasara sebep olurlar. Sallama ya da sarsma kuvvetleri yok edilmediği ya da en aza indirilmediği takdirde, makineyi destekleyen temelleri sarsacak, sallayacak ve genliği tehlikeli olabilecek boyutlara varabilecek titreşimler yaratacaktır. Bu titreşimlerin ise istenmeyen pek çok etkileri vardır. Bunlardan birisi makine parçaları üzerinde değişken gerilmelere neden olarak yorulma olayına yol açmalarıdır. Bu ise makinenin kullanım ömrünü azaltacak ve onu ekonomik olmaktan çıkaracaktır. Ayrıca kullanıcılar üzerinde makineyi işletme güçlükleri oluşturacak ve makinenin işlevini tam yerine getirmesini engelleyecektir. Gürültü de yine istenmeyen etkileri arasındadır. 2. DENEYİN AMACI Çalışma esnasında dönen millerin kesinlikle dengelenmesi gerekmektedir. Aksi halde en ufak bir dengesizlik milin darbeli çalışmasına ve tahmin edilenden önce kırılmasına sebep olacaktır. Bunu önlemek için de daha tasarım aşamasındayken makinelerin dengelerini sağlamamız gerekmektedir. Örneğin, eğer bir arabanın ön tekerleğinde az bir dengesizlik varsa, bu direksiyonda bir titreşim olarak hissedilebilir. Bununla beraber, tekerlekteki dengesizlik, aracın kontrolünü zorlaştırabilir. Özellikle, titreşim frekansı sistemin herhangi bir doğal frekansı ile çakıştığında ve tekerlek rulmanları ve süspansiyon sisteminde hızlı bir aşınma oluşabilir. Bu problemler, küçük bir kütle tekerlek jantının üzerine dikkatli bir şekilde tespit edilen noktalara yerleştirilerek önlenebilir. Dengelemenin amacı makine parçalarında statik ve dinamik anlamda dengesizlik miktarının belirlenmesi ve bunun düzeltilmesi için gerekli yöntemlerin ortaya konmasıdır.

3. DENEY DÜZENEĞİ Deney düzeneği iki ucundan yataklanmış bir mil ve mil üzerine yerleştirilmiş 4 adet kütleden oluşmaktadır. Her kütlenin ağırlığı birbirinden farklı olup, kütlelerin açısal konumları mile bağlı bir açı göstergesi aracılığıyla belirlenmektedir. Mil bir kayış aracılığıyla bir motor tarafından döndürülmekte ve milde dinamik denge olmadığı zaman yatak tepkileri milin üzerine konumlandığı platform üzerinde titreşim ve sarsıntı meydana getirmektedir. Dengelenmemiş Bloklar Elektrik motoru Tahrik kayışı Motor sürücü mili Uzatma Mili ve kasnağı Lineer ölçek Kayıcı 12 V Besleme Ünitesi Güvenlik Kabı Şekil 1. Deney Düzeneği Yüksek hızda dönen millerin titreşime sebep olmaması için, dikkatli bir şekilde dengelenmeleri gerekir. Eğer şaft sadece dengesizliğe sahipse ve düşük hızda dönüyorsa, titreşimler sadece bir sıkıntıya sebep olabilir, fakat yüksek hızlarda dengesizlik küçük olsa bile yıkıcı etkiler oluşabilir. 4. TEORİ Eğer mil statik olarak dengelenmiş ise herhangi bir açısal pozisyonda dönmeden kalabilir. Eğer mil dinamik olarak dengelenmiş ise, otomatik olarak statik denge altındadır, fakat bunun tersi doğru değildir.

4.1. Statik Denge Statik dengesizlik halinde, sistemin ağırlık merkezi bir çevrimdeki en alçak noktaya gelinceye kadar mil, ağırlık merkezinin mil ekseninden olan uzaklığıyla doğru orantılı bir döndürme momenti altında dönecektir. r 1 r 2 2 1 W 1 W 2 Şekil 2. Basit iki kütleli sistem Şekil 2, üzerine iki kütle monte edilmiş basit bir durumu göstermektedir. Eğer mil statik dengede ise, mili saat yönünde dönmeye zorlayan (1) nolu kütlenin ağırlığı sebebiyle oluşan döndürme momenti, mili saatin tersi yönünde dönmeye zorlayan (2) nolu kütleye eşit olmalıdır. Bu durumda statik denge; W 1. r1 W2. r2 (1) Şekil 3'te gösterildiği gibi eğer mil üzerine monte ikiden fazla kütle varsa aynı prensip yine geçerlidir. Statik denge için; (2) W. 1 r1.cos1 W2. r2.cos2 W3. r3. cos 3

Tablo 1: Kütlelerin dengesizliği yüzünden oluşan momentlerin şaftı döndürme eğilimi Kütle No Moment Yön 1 W 1. r1. cos1 Saat yönü tersi 2 W 2. r2. cos 2 Saat yönü 3 W 3. r3. cos 3 Saat yönü Kütleler ve şaftın şematik gösterimi Şekil 3. Üç Kütleli Sistem Eğer iki kütlenin açısal pozisyonu sabitlenmişse, üçüncünün pozisyonu ya trigonometrik olarak ya da çizim yöntemi ile bulunabilir. Çizim yönteminde Şekil 4 b de gösterildiği gibi momentlerin vektörlerle gösterilebileceği fikri kullanılır. Statik dengenin sağlanabilmesi için, moment üçgeni kapalı olmalı ve bilinmeyen momentin yönü buna göre seçilmelidir. Eğer 3 ten fazla kütle varsa momentler Şekil 5.b. de gösterildiği gibi kapalı bir poligon olmalıdır.

a) Üç kütleli sistem b) Üç kütleli sistem için moment üçgeni Şekil 4. 3 kütleli sistemlerin statik denge konumu için moment poligonları W 4 W 1 W 2 W 3 a) Dört kütleli sistem b) 4 kütle için Moment Poligon örnekleri Şekil 5. 4 kütleli sistemlerin statik denge konumu için moment poligonları 4.2. Dinamik Denge Mil dönerken kütleler merkezkaç kuvvetlerine tabiidir. Mil dönerken titreşime neden olmaması için iki koşulun yerine getirilmesi gerekir: a) Mili eğilmeye zorlayan dengesiz bir merkezkaç kuvveti olmamalıdır.

b) Mili burulmaya zorlayan dengesiz bir moment veya moment çifti olmamalıdır. Bu şartlar yerine getirilmediği takdirde, mil dinamik olarak dengede değildir(şekil 6.). (a) şartını Şekil 6 da gösterilen milin üzerindeki her iki kütleye etkiyen merkezkaç kuvveti için uygularsak; Merkezkaç kuvveti 2 mr veya W g 2 r ise F1 F 2 (3) Bu durumda W g W g 1 2 2 2 r 1 r2 (4) Rulman Ani burulma momenti Şekil 6. İki kütleli sistem için dinamik dengesizlik hali Her bir kütle için açısal dönme hızı aynı olduğu için dinamik denge için; (5) W 1. r1 W2. r2

Elde edilen bu eşitlik, (1) deki eşitliğin aynısıdır. Sonuç olarak bir sistem dinamik olarak dengede ise statik olarak da dengededir. İkinci koşul (b), seçilen bir noktaya göre örneğin 1 nolu rulmana göre moment alınarak sağlanabilir; (6) a. F 1 F1 a2. 2 Fakat 3 nolu denklemin sağlanabilmesi için( F1 F2 ) a1 a2 olmalıdır. Böylece bu durum için dinamik denge, sadece kütleler mil boyunca aynı noktaya bağlandığında sağlanabilir. 4.2.1. Üç Kütlenin Dinamik Olarak Dengelenmesi Şekil 7 de gösterilen durumu ele alalım; 3 nolu kütle kolaylık sağlamak için düşey olarak yerleştirilir. Dinamik denge için ise Şekil 8 de gösterilen durum, hem yatay hem de dikey düzlemlerdeki merkezkaç kuvvetleri için momentler eşitlenerek matematiksel olarak ifade edilebilir. Denklemleri basitleştirmek için, 1 nolu kütle ile ilgili momentleri çekmek daha uygundur, böylece bu kütle üzerine gelen kuvvet nedeniyle oluşan momentler ortadan kalkmış olur. Yatay yöndeki moment; (7) Düşey yöndeki moment; (8) M x M y 0 a. F2.cos2 2 0 a F 2. F2.sin2 a3. 0 3 (7) nolu denklem için bu koşullar a 0 2 0 yada 2 90 yada 2 270 Bu değerler 8 nolu denklemde yerine yazılırsa; (a) 2 0 0 olduğunda sağlanır. Bu koşul için a 3 0 olur. Böylece a 2 ve a3 keyfi değerleri için üç kütlenin de mil boyunca aynı noktada yer alması gerekir. Yani; 0 (b) 2 90 yada 270 0

Bu koşullar için, çözümler elde etmek için daha fazla denklem yazmak gereklidir. Şekil 7. Üç kütleli sistem(mil ve kütleler) Dinamik denge için toplam kuvvet dengesi koşulu uygulanırsa; Yatay yöndeki kuvvet; (9) Düşey yöndeki kuvvet; (10) F y F x 0 F 1.cos1 F2. cos 0 F 3 F1.sin1 F2. sin 2 2 0 0 0 Eğer 2 90 ise (9) nolu denklem de 1 90 yada 270 olur. O zaman (10) nolu eşitlik; F 3 F1 F2 olur.

Hem de a2. F2 a3. F3 şeklini alır. Bu iki eşitlikten F 1 çekilirse; (11) a F1 F3 1 a 2 3 Eğer Şekil 7 deki gibi a2 a3 ise Şekil 8 deki gibi F 1 negatif yönde ve 0 1 270 olmalıdır. Dinamik denge için kütlelerin konfigürasyonu Şekil 8 de gösterilmiştir. Şekil 8. Üç kütleli sistem için Dinamik Denge durumu Böylece, kütleler eğer mil boyunca dağıtılırsa, aşağıdaki koşulların dinamik bir denge için sağlanması gerekir; (a) Merkez kütlenin diğer iki kütleyle arasındaki açı 180 olmalı (b) Kütleler öyle bir seçilmeli ki; (c) Kütleler mil boyunca (13) şeklinde dağıtılmalıdır: F a 2 F1 F3 (12) 2 F2 a3.. F 4.2.2. Üç Kütleden Fazla Kütle Olması Durumunda Dinamik Dengeleme 3 Mil üzerinde 4 kütle varsa, kütlelerin mil üzerindeki konumları ve açısal pozisyonları için geçerli olan özel kısıtlamalar yoktur ve çözümleri elde etmek için dinamik denge için

genel koşullar uygulanmalıdır. Kütlelerin açısal konumları statik denge şartından, ayrıca dinamik dengenin ilk şartından hesaplanarak bulunabilir. Bu işlemler hesaplama yoluyla yapılabildiği gibi Şekil 9 da görüldüğü gibi çizim yöntemiyle de yapılabilir. Şekil 9. Dört kütleli sistem(mil ve kütleler) Burulma momentleri yatay düzlemler mil burulma eğilimi bileşenleri içine çözümlenir. Milin dinamik dengeli olması ise her düzlemde net momentin sıfır olması ile olur. Denklemleri basitleştirmek için, 1 nolu kütle ile ilgili momentleri çekmek daha uygundur, böylece bu kütle üzerine gelen kuvvet nedeniyle oluşan momentler ortadan kalkmış olur. Şekil 9 a göre dört kütle sistemi için moment denklemleri: (1) nolu kütleye göre Yatay yöndeki moment; M x a. F.cos a. F.cos a. F.cos 0 (14) 0 2 2 2 3 3 3 4 4 4 (1) nolu kütleye göre Düşey yöndeki moment; M y a. F.sin a. F.sin a. F.sin 0 (15) 0 2 2 2 3 3 3 4 4 4

5. DENEYİN YAPILIŞI Statik Denge ve Dinamik Dengesizlik Gösterisi 1. Emniyet kapağını ve mil kayışını çıkarınız. 2. Dikdörtgen bloklardan diskleri çıkarınız. 3. İki dikdörtgen bloğu Şekil 10(a) da ki şekilde milin üzerine yerleştiriniz. 4. Milin herhangi bir açısal pozisyonu için statik olarak dengede kaldığını gözlemleyiniz. 5. TM102 aparatını 12 VDC besleme için cihazına bağlayın. Sonra şaft-kayışını takın ve emniyet kapağını kapatın. 6. Motoru çalıştırıp mildeki dinamik dengesizliği gözleyin. 4 Kütle Kullanılarak Milin Dinamik olarak Dengelenmesi 1. Emniyet kapağını çıkarıp, 4 adet dikdörtgen bloğu Şekil 10(b) de ki şekilde milin üzerine yerleştiriniz. 2. Milin statik olarak dengede olduğunu test edin. 3. TM102 aparatını 12 VDC besleme için cihazına bağlayın. Sonra şaft-kayışını takın ve emniyet kapağını kapatın. 4. Motoru çalıştırıp mildeki dinamik dengesizliği gözleyin. a) İki kütleli sistem için statik denge

b) Dört kütleli sistem için statik ve dinamik denge Şekil 10. Statik ve Dinamik Denge Gösterileri için Konfigürasyonlar W.r Değerlerinin Deneysel Olarak Hesaplanması 1. Emniyet kapağını ve mil kayışını çıkarınız. 2. Uzatma makarasını motor tarafından tahrik edilen milin ucundaki makaraya ekleyiniz. 3. Deney aletini masanın kenarına getirip, ağırlık kutusunun kordonunu uzatma makarasının üzerine birkaç tur dolayınız. 4. Tam ölçü skalasından 0º yi okuyacak şekilde (1) nolu dikdörtgen bloğu mile yerleştirerek sabitleyiniz. 5. Dikdörtgen blok 90º oluncaya kadar ağırlık kutusuna çelik bilyelerden atınız. 6. Bloğun 90º ye ulaşması için gerekli bilye sayısını kaydediniz. Bu bloğun dengesizlik momenti (W.r) ile orantılıdır. 7. Aynı işlemi diğer bloklarla(2, 3 ve 4 nolu) yaparak her biri için gerekli olan bilye sayısını bulunuz. Denge için Blok Pozisyonlarının Hesaplanması (a) Tablo 2 yi kullanarak (1) ve (2) nolu bloklar için uygun açısal ve mil yönü konumlarını seçiniz. (b) (3) ve (4) nolu blokların açısal konumlarını hesaplama ya da çizim yoluyla bulunuz. (c) (3) ve (4) nolu blokların mil yönündeki yer değiştirmesini hesaplama ya da çizim yöntemiyle bulunuz.

(d) Blokları verilen ve hesaplanan konumlarda sürgüyü kullanarak yerleştiriniz. Sürgüyü bir uca iterek bloklardan uzaklaştırınız. (e) Milin statik olarak dengede olup olmadığını kontrol ediniz. (f) Tahrik kayışını ve emniyet kapağını yerleştirerek motoru çalıştırınız ve milin dinamik dengede olup olmadığını kontrol ediniz. (g) Eğer mil dengede değilse hesaplamalarınızı ve blokların konumlarını kontrol ederek hatayı gidermeye çalışınız. (h) Mil tam olarak dengeye geldiğinde bloklardan birisini çok küçük miktarda kaydırarak denge üzerine etkisini gözlemleyiniz. Tablo 2: Blokların mil üzerindeki yerleşim referansları

6. İSTENENLER (a) Statik ve Dinamik denge şartlarını yazınız. (b) Deney verilerini kullanarak yaptığınız hesaplamaları gösteriniz. (c) Moment-Vektör diyagramını milimetrik kâğıda çiziniz. (d) Teorik ve deneysel sonuçların karşılaştırılmasını yapınız. Meydana gelen farklılıkların neden ileri geldiğinin irdeleyiniz. (e) Deney sonuçlarını yorumlayınız. 7. KAYNAKLAR [1] İbrahim Deniz AKÇALI, Makine Dinamiği, Kare Yayınları, 2004. [2] K.J. Waldron/G.L. Kinzel, Kinematics, Dynamics and Design of Machinery, Wiley second ed., 2004. [3] R.L. NORTON, Design of Machinery: An Introduction to the Synthesis and Analysis of Mechanisms and Machines, McGraw-Hill, 2004. [4] Makine Laboratuvarı II deney Föyü, İstanbul Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Makine Mühendisliği Bölümü, 2011.

2.3. ÇENTİK DARBE DENEYİ 1. DENEYİN AMACI Darbe deneyleri malzemelerin çarpma dayanımlarını veya kırılma enerjilerini ölçmek amacı ile yapılır. Bu deneylerden elde edilen sonuçlar çentik tokluğunun bir ölçüsü olup, metallerin kırılma davranışının tespit edilerek karşılaştırılmasında kullanılırlar. Yani bu deneyden elde edilen sonuçlar tasarıma yönelik mühendislik hesaplarında doğrudan kullanılmazlar. Çünkü hem deney numunesinin absorbe edeceği enerji numunelerin boyutlarına, konstrüksiyonlardaki gerilme durumuna, yüklemenin seyrine bağlı olup, boyutlar ve çentik geometrisi çok farklıdır. 2. GİRİŞ Bazı makine parçaları veya yapı elemanları darbeli yüklere maruz kalırlar. Bu elemanların çarpma dayanımları yavaş yükleme durumundaki statik mukavemet değerlerinden çok daha düşüktür. Darbe deneyinde, standart çentikli bir numunenin darbe etkisi ile kırılması için gereken enerji ölçülür. Genelde Joule cinsinden ölçülen bu enerji değeri malzemelerin darbe direnci ya da darbe dayanımı olarak tanımlanır. Darbe dayanımı toklukla ilişkilidir. Tokluk, bir malzemeyi kırmak için, malzemenin birim hacmine uygulanması gereken enerji miktarı olarak tanımlanır ve çekme deneyi sonucunda elde edilen gerilme-şekil değiştirme diyagramının altındaki alanla ölçülür. Bu nedenle mukavemeti ve sünekliği yüksek malzemelerin, tokluğu da yüksektir. Aynı malzeme değişik işlemlerden geçirildiğinde, mekanik özellikleri önemli ölçüde değişebilir. Örneğin haddelenmiş pirincin mukavemeti, yumuşatma tavlamasına tabi tutulmuş pirinçten daha yüksektir. Buna karşılık haddelenmiş pirincin sünekliği, tavlanmış pirinçle kıyaslanamayacak kadar azdır. Sonuçta tavlanmış pirinç, haddelenmiş pirinçten daha toktur (mukavemeti düşük olmasına rağmen). Bu durum tüm malzemeler için aynıdır. Ayrıca malzemelere katılan alaşım elementleri yine mukavemeti arttırmalarına rağmen sünekliği azaltırlar. Sonuçta alaşım maddesinin tokluğa etkisi, mukavemetteki artışla süneklikteki azalış arasındaki dengeye bağlıdır. Örneğin çeliğin içerisindeki karbon oranı arttıkça mukavemet artar, süneklik azalır. Aynı şekilde çeliğin içine üçüncü bir alaşım elementi katıldığında yine aynı etki görülür. Uygulamada yaygın olan iki çeşit darbe deneyi vardır. Bunlardan biri Charpy, diğeri de Izod darbe deneyidir. Charpy deneyinde, iki mesnede yatay olarak yaslanan basit bir kiriş

2 mm 6 mm durumundaki numunenin çentik tabanına bir sarkacın ucundaki çekiçle darbe yapılıp, çentik tabanında meydana gelen çok eksenli gerilmenin etkisi ile söz konusu numunenin kırılması için harcanan enerji ölçülür. Izod darbe deneyinde ise, numune kavrama çenesine dikey olarak yerleştirilerek yüzeyine, kavrama çenesinden belirli yükseklikte bir sarkacın ucundaki çekiçle darbe uygulanır. Çekiçle darbe yapılması sonucu çentik tabanında oluşan çok eksenli gerilmeler etkisiyle numune kırılır. Darbe deneylerinde kullanılan numunelere genellikle çentik açılmaktadır. Buradaki amaç, malzemede oluşacak gerilme konsantrasyonunu (gerilme yığılmalarını) çentik tabanında oluşturarak, malzemenin dinamik zorlamalara karşı göstereceği direnci tespit etmektir. Gri dökme demir numunelerinde, malzeme içerisindeki lamel grafitler çentik etkisi yaratacağından ayrıca çentik açmaya gerek yoktur. Charpy deneyinde kullanılan standart numunenin şematik resmi Şekil 1 de görülmektedir. 44 mm 6 mm R-0.25 mm Şekil 1. Deneyde kullanılan Charpy deney numunesinin boyutları Numunelerin cihaza yerleştirilme şekilleri Şekil 2 de görülmektedir. Darbe deneylerinde yaygın olarak kullanılan sarkaçlı bir darbe makinesinin şematik resmi ise Şekil 3 te görülmektedir.

a) b) Şekil 2. Deney numunelerinin cihaza yerleştirilmesi a) Charpy deney numunesi b) Izod-Darbe deney numunesi h 1 h 2 Şekil 3. Sarkaçlı Charpy darbe makinesinin görünüşü

3. DENEYİN YAPILIŞI Çalışma prensibi Şekil 4 te görülen Charpy deneyinde, ağırlığı G olan bir sarkaç h 1 yüksekliğine çıkarıldığında potansiyel enerjisi G h1 olur. Sarkacın salınım düzlemi ile numunedeki çentik merkezi çakışacak şekilde ayarlanır. Enerjiyi okumak için kullanılan ibre, başlangıç noktasına getirilir ve sarkaç serbest bırakılır. Sarkaç bu yükseklikten serbest bırakıldığında düşey bir düzlem içerisinde numuneye çarparak onu kırar ve diğer yönde h 2 yüksekliğine kadar çıkar. Numunenin kırılmasından sonra sarkacın sahip olduğu potansiyel enerji farkı cihazın kadranı üzerinden okunur. Sürtünme kayıpları ihmal edilerek kırılma enerjisi aşağıdaki formülle belirlenir: Kırılma Enerjisi = Sarkacın ilk enerjisi Sarkacın son enerjisi K. E. G h1 G h2 G. l.(cos cos) h 1 = düşme yüksekliği h 2 = çıkma yüksekliği l = sarkaç boyu α = düşme açısı β = yükselme açısı Darbe direncinin birimi genelde Joule (J) olarak alınır, ancak bazı durumlarda J/m 2 kgm veya kgm/cm 2 cinsinden de ifade edilebilir. Kırılma enerjisi yüksek olan malzemelerin çentik tokluğu da yüksek olur. Şekil 4. Charpy deney tesisatı çalışma prensibi

a) Sünek kırılma b) Gevrek kırılma Resim 1: Numunelerin deney sonucu sünek ve gevrek kırılma resimleri 10 160 0 0.4 4. RAPORDA İSTENENLER 1. Gerilme-Şekil değiştirme eğrisi altındaki alan neden tokluğun ölçüsüdür? 2. Darbe direncini etkileyen faktörleri açıklayınız. 3. Deney sırasında okunan Kırılma Enerjisi ile yukarıdaki bağıntıdan elde edilen Kırılma Enerjisi değerini karşılaştırınız. 4. Düşük karbonlu çeliğin ve tavlanmış pirincin özellikleri aşağıda tabloda verilmiştir. MALZEME A (MPA) M (MPA) SÜNEKLİK (%) E (GPA) Düşük karbonlu çelik 330 450 36 200 360 Pirinç 70 270 65 120 190 K (MPA) A = Akma mukavemeti M K = Maksimum çekme mukavemeti = Kopma mukavemeti E = Elastisite modülü

Süneklik: Malzemenin koptuktan sonraki boyu ile orijinal boyu arasındaki farkın, orijinal boya oranının yüzdesidir. l f l 0 l x100 ( l f = koptuktan sonraki boy, l 0 = orijinal boy) l 0 Bu verilerle her iki malzemenin gerilme-şekil değiştirme diyagramlarını kabataslak çiziniz. Bu diyagramlara bakarak hangi malzemenin darbe dayanımının daha iyi olacağını söyleyiniz. 5. Deney sonucu tahmin ettiğiniz gibi mi çıktı? Çıkmadıysa bunun sebepleri ne olabilir? NOT: Elimizdeki malzemelerin tam özellikleri bilinmemektedir, alaşım maddesi içerip içermedikleri, üretim aşamasında hangi işlemlerden geçtikleri ve ısıl işlem yapılıp yapılmadığı konusunda elimizde bir bilgi yoktur. Yukarıdaki tabloda verilen değerler elimizdeki malzemeler için geçerli olmayabilir. 5. soruyu buna göre yanıtlayınız. 5. KAYNAKLAR 1) Prof. Dr. Temel SAVAŞKAN, Malzeme Bilgisi ve Muayenesi, Derya Kitabevi, Trabzon, 1999. 2) Erdoğan KAYIRAN, Malzeme: Teori ve Pratik, İskenderun, 1999. 3) E. S. KAYALI, C. ENSARİ, F. DİKEÇ Metalik Malzemelerin Mekanik Deneyleri, İTÜ, 1996. 4) Metals Handbook, Mechanical Testing, 9th Edition, Vol.8, ASM International, 1985.

2.4. DÜZ GÜNEŞ KOLEKTÖRÜ VERİM ÖLÇÜMÜ DENEYİ Amaç: Güneş ışınımından ısı enerjisi eldesine yönelik sistemlerin tanıtılması Güneş enerjili sıcak su sistemlerinin tanıtılması ve tasarlanması Güneş ışınımı hesabı Düz güneş toplayıcısı ısıl analizi ve verim ölçümü Teori ve Deney Düzeneği: Milyonlarca km uzaklıktaki güneşten, ışınım yoluyla gelen ısı enerjisi dünyaya düşer. Atmosferdeki gaz ve bulutlar üzerinden zayıflayarak geçer ve yeryüzüne gelir. Işınım teorisi olarakta bilinen Stefan-Boltzman kanununa göre, bütün cisimler sahip oldukları sıcaklığın dördüncü kuvveti ile orantılı olarak etrafa ışınım formunda ısı enerjisi yayarlar. Q W W Am 2 T 4 K 2 4 m K (1) Güneşten gelen ışınım enerjisi, yeryüzünde güneş toplayıcıları ile faydalı ısı enerjisine dönüştürülür. Bu dönüşümün hangi oranda gerçekleştiği toplayıcı verimini belirler. Toplayıcı verimi ise birçok parametreye bağlıdır ki bu parametrelerden en önemlileri güneş ışınlarının toplayıcıya geliş açısı, toplayıcı geometrisi ve malzemesi ve çevre şartları olarak sayılabilir. Güneş ışınlarının yeryüzünde bulunulan bir yere dolayısıyla toplayıcıya geliş açısı gün boyunca ve yıl boyunca değişmektedir. Deney kapsamında düz güneş toplayıcısının verim ölçümleri yapılacaktır. Düz toplayıcı, Şekil 1 de gösterildiği gibi 5 temel parçadan oluşmaktadır: 1. Saydam örtü, 2. Yutucu plaka, 3. Akışkanın dolaştığı boru veya kanallar, 4. Yalıtım, 5. Kasa. 1. Saydam örtü, güneşten gelen kısa dalga boylu ışınımı geçirme oranı yüksek, yutucu plakadan gelen uzun dalga boylu ışınımları geçirme oranı düşük olmalıdır. Pencere camları bu özelliği sağlamakta ve sera etkisi yapmaktadır. Ayrıca saydam örtü, yutucu plakayı çevre etkilerinden korumanın yanında, sıcaklığı artan yutucu plakadan çevreye olan ısı kayıplarını azaltır. 2. Siyah esaslı boyalarla boyanan yutucu plaka üzerine gelen güneş ışınımını yutar ve sıcaklığı artar. Plaka yüzeyinin ışınım yutma oranı büyük, yayma oranı düşük olmalıdır. Ayrıca, ısıyı üzerindeki borulardan akan akışkana aktarması için ısı iletim

katsayısı büyük olmalıdır. Paslanmaz çelik, alüminyum ve bakır malzemeler en çok kullanılan plaka malzemeleridir. 3. Akışkanın dolaştığı boru ve kanallarda ise, ısı nihai kullanım amacı için faydalı ısı enerji olarak akışkana aktarılır. Boru malzemesi olarak ısı iletim katsayısı yüksek olan yutucu plaka kullanılan malzemeler kullanılır. 4. Yalıtım, özellikle toplayıcının alt ve yanlarından çevreye olan ısı kayıplarını engellemek için kullanılır. Yüksek sıcaklığa ulaşan yutucu plakadan çevreye taşınım ve ışınım yoluyla ısı kaybı olur. 5. Kasa ise tüm toplayıcı parçalarını bir arada tutan muhafazadır. Taşıma ve dış etkilere mukavemetli olmasının yanında sızdırmazlığı da sağlamalıdır. Düz güneş toplayıcısı ısıl analizi: Toplayıcı bir kontrol hacmi olarak değerlendirilip, enerji korunum denklemi uygulanabilir (Şekil 2). Toplayıcı üzerine gelen yayılı güneş ışınımı borulardan dolaşan akışkana faydalı enerji olarak aktarılmaktadır. Bu esnada, özellikle sıcaklığı artan yutucu plakadan çevreye ısı kayıpları olmaktadır. O halde, güneş ışınımı ya akışkana aktarılmakta yada çevreye kaybolmaktadır. Q gunes Q Q (2) faydali kayip Faydalı enerji miktarı, akışkanın giriş ve çıkış sıcaklıkları ve debisi ölçülerek hesaplanabilir: Q faydali p T T Vc T T mc (3) cikis giris p Toplayıcıdan çevreye olan ısı kaybı ise, genel olarak toplayıcı geometrisi ve malzemesinin yanında özellikle çevre sıcaklığı ve rüzgar hızı gibi çevre şartlarının fonksiyonudur. Bu ısı kaybının hesabı için iletim, taşınım ve ışınımın dahil olduğu bir ısı kaybı analizi yapılır. En genel haliyle, toplam ısı kayıp katsayısı K cinsinden, ısı kaybı aşağıdaki forma indirgenebilir: Q kayip yutucu plaka cevre cikis giris KA T _ T (4) Toplayıcı verimi ise, yüzeye gelen güneş ışınımının, faydalı enerji olarak akışkana aktarılma oranı olarak tanımlanır. Q Q faydali faydali t (5) Qgunes Ie At 2 2 Burada, I e W / m toplayıcı yüzeyine o anda gelen güneş ışınımı ve m A t toplayıcı alanıdır. Bu verim denkleminde, faydalı enerji, denklem 3 de belirtildiği gibi hesaplanır. Güneş ışınımı ise ışınım ölçen cihazlarla belirlenebileceği gibi, geliştirilen yarı-ampirik denklemlerle de

hesaplanabilir. Toplayıcı verimi çevre ve işletme şartlarının da bir fonksiyonu olarak, aşağıdaki denklemle belirtilen işletme noktası parametresine göre değerlendirilir. P T T giris cevre (6) I e Tipik bir toplaycı veriminin işletme noktası parametersine göre değişimi Şekil 3 te gösterilmiştir. Güneş ışınımı hesabı: Yeryüzüne gelen güneş ışınımı birçok astronomik, geometrik ve coğrafik parametrenin fonksiyonudur ve yılın her günü ve günün her anı için farklıdır. En doğru güneş ışınımı belirlemesi deneysel olarak ölçmekle elde edilir. Ayrıca, güneş ışınımı belirlemesi için, yapılan ölçüm değerlerine ve ilgili parametrelere bağlı olarak yarı-ampirik denklemler geliştirilmiştir. Deney kapsamında bu denklemler kullanılarak hesaplanan güneş ışınımı değerleri kullanılacaktır. Daha fazla bilgi aşağıda verilen kaynaklarda bulunabilir. Deney kapsamında Tablo 1 de verilen Kırıkkale için hesaplanmış ışınım şiddetleri kullanılacaktır. Deneyin yapılışı ve ölçümlerin alınması: Deney tesisatının şeması Şekil 4 te gösterilmiştir. Toplayıcı sabit eğimde güney dönük olarak yerleştirilmiştir. Toplayıcıdan geçen hacimsel debi, ve suyun giriş ve çıkış sıcaklıkları ölçülür. Ölçüm her 10 dakikada tekrarlanır. En az 3 ölçüm alınır. Ölçümler Tablo 1 de verilen deney föyüne işlenir. Tipik olarak alınmış ölçüm değerleri ve örnek bir hesaplama aşağıda verilmiştir. Verim hesapları yapıldıktan sonra verim grafiği çizilir. Güneş enerjili sıcak su sistemleri: Şekil 5 te piyasada ençok kullanılan tipik bir güneş enerjili sıcak su tesisatı görülmektedir. Bu sistem, tabi dolaşımlı, kapalı devreli, ısı eşanjörü toplayıcı devresinde, statik basınçlı sıcak su sistemidir.

Örnek hesaplama: Toplayıcı alanı: A t 1.6m 2 Toplayıcı yutucu plaka malzemesi: Alüminyum boru - Alüminyum kanat Toplayıcı yutucu plaka özelliği: Siyah mat Toplayıcı boru geçiş sayısı: 12 Hacimsel debi: lt V 72 h 110 72 3600 3 m s 3 210 5 m s 3 Kütlesel debi: Çevre sıcaklığı: Suyun toplayıcıya giriş sıcaklığı: Suyun toplayıcıdan çıkış sıcaklığı: Suya aktarılan faydalı ısı enerjisi: 3 kg 5 m kg m V 1000 210 0. 02 3 m s s T T T o giris 50 o cikis 58 o cevre 30 C C C kg J T T 0.02 4180 58 50K 668. W Q faydali mc p cikis giris 8 s kg K Bu deneyin yapıldığı yerde (Kırıkkale), zamanda (3 Ekim 2009, saat 12:00), sabit eğimli (eğim açısı 45 o ), güneye dönük (azimut açısı 0 o ), birim alana gelen anlık güneş ışınımı değeri 2 I e 900 W / m olarak hesaplanmıştır. Q faydali Q faydali 6.8 6.8 Toplayıcı anlık verimi: t 0. 48 Q I A 9001.6 1440 o Tgiris Tcevre 50 30 C İşletme noktası parametresi: P 0.022 2 I 900 W / m gunes e e t

Saydam örtü Cam Çıtası Yutucu yüzey Conta Kasa Yalıtımı Yalıtım Kasa Cam Lastiği Boru ve Kanallar Alt Taban Şekil 1. Düz güneş kolektörü saydam örtü kasa akışkan çıkışı Q g Q k yutucu plaka akışkan boruları Q f akışkan girişi y x z izolasyon

Toplayıcı Verimi Güneş ışınımı Optik Kayıplar Isıl kayıplar Cam Örtü Faydalı ısı Isı transfer akışkanı İzolasyon Yutucu Düzlemsel güneş toplayıcısında optik ve ısıl kayıplar Şekil 2. Düz güneş toplayıcısı ısıl analiz şeması Optik Verim t Isıl Kayıplar Çok İyi Toplayıcı Kötü Toplayıcı İyi Toplayıcı Faydalı Isı İşletme Noktası Parametresi T P ag T I e çev Şekil 3. Düz güneş toplayıcısı verim değişimi

T çıkış Ölçüm Panosu Sıcak su T yüzey T çevre T giriş Debimetre Soğuk su Şekil 4. Düz güneş toplayıcısı deney tesisatı şeması

Ie (W/m2) Taşkın borusu TAHLİYE SOĞUK Şebeke SU ŞEBEKE suyu girişi TAHLİYE Taşkın borusu Elde edilen sıcak su SICAK SU TES. Şekil 5. Sıcak su sistemi (tabi dolaşımlı, statik basınçlı, kapalı devreli, ısı eşanjörü toplayıcı devresinde) 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 9.00 10.00 11.00 12.00 13.00 14.00 15.00 16.00 17.00 18.00 Memleket Saati (MS) Şekil 6. Anlık ışınımının gün boyunca değişimi

Tablo 1. Düz güneş toplayıcısı verim ölçümü deney föyü DÜZ GÜNEŞ TOPLAYICISI VERİM ÖLÇÜMÜ - DENEY FÖYÜ Bulunulan yer: Kırıkkale Enlem: 39 50' K Boylam: 33 31' D Eğim Açısı (s) ve yönü: 45 - güney Kolektör Cam Sayısı: 1 adet Yutucu Plaka Malzemesi: all boru, all kanat Kolektör Örtü Malzemesi: cam Yüzey Özelliği: Siyah Kollektör Cam Kalınlığı: Kolektör Alanı: 1.6 m2 Kolektör İçi Tüp ve ya Kanalların sayısı: 12 adet Akışkan Türü: Su 15 Nisan Tarih Saat Saat Tgiriş Tçıkış Tçevre Tyüzey Vrüzgar Debi Ie m Q faydalı Verim( t ) P GS MS ºC ºC ºC ºC m/s lt/h W/m² kg/s W 09:00 9.77 582.3 09:10 9.94 610.6 09:20 10.10 635.7 09:30 10.27 660.8 09:40 10.44 684.1 09:50 10.60 704.4 10:00 10.77 724.2 10:10 10.93 741.9 10:20 11.10 757.7 10:30 11.27 772.5 10:40 11.44 785.6 10:50 11.60 796.5 11:00 11.77 806.6 11:10 11.94 815.3 11:20 12.10 822.1 11:30 12.27 828.1 11:40 12.44 832.8 11:50 12.60 836.2 12:00 12.77 838.6 12:10 12.94 836.2 12:20 13.10 832.8 12:30 13.27 828.1 12:40 13.44 822.1 12:50 13.60 815.3 13:00 13.77 806.6 13:10 13.94 796.5 13:20 14.10 785.6 13:30 14.27 772.5 13:40 14.44 757.7 13:50 14.60 742.3 14:00 14.77 724.2 14:10 14.94 704.4 14:20 15.10 684.1 14:30 15.27 660.8 14:40 15.44 635.7 14:50 15.60 610.6 15:00 15.77 582.3 15:10 15.94 552.4 15:20 16.10 522.9 15:30 16.27 490.3 15:40 16.44 456.6 15:50 16.60 424.0 16:00 16.77 3.7 16:10 16.94 352.9 16:20 17.10 319.0 16:30 17.27 283.1 16:40 17.44 247.6 16:50 17.60 214.8 17:00 17.77 181.0

2.5. IŞINIMLA ISI GEÇİŞİ DENEYİ 1. AMAÇ VE KAPSAM Işınımla ısı geçişi deneyi, Deney A ve Deney B şeklinde iki kısımdan oluşmakta olup A deneyinde; bir yüzey üzerindeki Radyasyon şiddetinin Radyasyon kaynağıyla yüzeyin kaynağa uzaklığının karesiyle ters orantılı olduğunun gösterilmesi, B deneyinde ise Stefan- Boltzman Kanunu nun gösterimi ve ışınım şiddetinin sıcak kaynağın sıcaklığının dördüncü kuvvetiyle değiştiğinin gösterilmesi amaçlanmıştır. 2. GENEL BİLGİLER İki sistem arasında veya sistemle çevresi arasında bir sıcaklık farkı olduğu zaman enerji transfer edilmektedir. Yalnız sıcaklık farkından dolayı bir sisteme transfer edilen bu enerjiye, termodinamikte ısı enerjisi denilmektedir. Diğer taraftan termodinamiğin ikinci kanununa göre ısı, sıcak bir sistemden daha soğuk bir sisteme doğru akmaktadır. Isı doğrudan doğruya ölçülemez ve gözlenemez, ancak doğurduğu tesirler gözlenebilir ve ölçülebilir. Belirli bir sıcaklık farkından dolayı birim zamanda transfer edilen ısı miktarının hesabı, mühendislik açısından çoğu zaman önemli bir problem olarak karşımıza çıkmaktadır. Isı bir sistem ile sistemin çevresi arasında yalnız sıcaklık farkından dolayı akan bir enerji şeklidir. Bu enerji miktarını aşağıdaki ısı transfer şekillerinin birisi, ikisi veya üçü birden kullanılarak belirlenebilir. a) Isı İletimi (Kondüksiyon) Isı iletimi aynı katı, sıvı veya gaz ortamındaki farklı bölgeler arasında veya doğrudan fiziki temas durumunda bulunan farklı ortamlar arasında, moleküllerin fark edilir bir yer değiştirmesi olmaksızın, moleküllerin doğrudan teması sonucunda oluşan ısı yayınımı işlemidir. Isı iletiminin genel denklemi Fourier tarafından aşağıdaki formülle verilmiştir: dt Q ka (1) dn Burada iletimin tek boyutlu olduğu düşünülerek (1) eşitliği aşağıdaki şekilde düzenlenebilir. T1 T2 Q ka (2) L Burada; Q : İletimle geçen ısı miktarı, (W) A : Isı iletiminin gerçekleştiği alan, (m 2 ) L : Isının iletiminin gerçekleştiği malzemenin kalınlığı, (m) T 1, T 2 : Isı iletiminin gerçekleştiği malzemenin duvar sıcaklıkları, (K) k : Malzemenin ısı iletim katsayısı, (W/(mK))

b) Isı Taşınımı (Konveksiyon) Bir yüzey üzerinden veya bir boru içerisinden akan akışkanın sıcaklığı yüzey sıcaklığından farklı ise akışkan hareketi sonucu akışkan ile yüzey arasındaki ısı transferi olayı konveksiyon olarak adlandırılır. Newton un Soğuma Kanunu olarak adlandırılan aşağıdaki denklem konveksiyonun özel kanunudur: Q ha Ts T (3) Burada; h :Isı taşınım katsayısı, (W/(m 2 K)) T s :Yüzey sıcaklığı, (K) T a :Akışkan sıcaklığı, (K) Isı taşınımı akışın yapısına göre sınıflandırılır. Eğer akışkan herhangi bir pompa, vantilatör gibi benzeri cihazlar ile ya da rüzgâr tarafından etkilenmiyorsa bu akışkandaki ısı taşınımına doğal ısı taşınımı denir. Eğer akışkan herhangi bir pompa, vantilatör gibi benzeri cihazlar ile ya da rüzgâr tarafından zorlanmış harekete maruz kalıyor ise bu akışkandaki ısı taşınımına zorlanmış ısı taşınımı denir. c) Isı Işınımı (Radyasyon) Herhangi bir temas ve akışkan hareketi olmaksızın elektro manyetik dalgalar vasıtası ile olan ısı transferi olayına radyasyon denir. Radyasyon yoluyla gerçekleşen ısı transferi Stefan- Boltzman eşitliği olarak aşağıdaki şekilde tarif edilmektedir. Q 4 FAT (4) Burada; :Stefan-Boltzman sabiti (=5.67 10-8 W/(m 2 K 4 )) :Isı Yayınım katsayısı F :Geometrik biçim katsayısı Işınımla olan ısı geçişi için iki deney yapılacaktır.

3. DENEY TESİSATI Şekil 1. Deney düzeneğinin ana ünitesi 4.DENEYİN YAPILIŞI Deney A: Bir yüzey üzerindeki Radyasyon şiddetinin Radyasyon kaynağıyla yüzeyin kaynağa uzaklığının karesiyle ters orantılı olduğunun gösterilmesi. Şekil 1 de gösterilen servis biriminde (HT 10 X) A anahtarı (I) konumuna getirilir. Ölçümleri yapmak için Şekil 1 de gösterilen düzenekte E düğmesi V konumuna getirilerek sistemin voltaj değeri 1 konumuna getirilerek sistemin çektiği akım değeri ve R konumuna getirilerek radyasyon miktarı D göstergesinden okunur. Voltaj değerini artırmak veya azaltmak için Şekil 1 deki C düğmesi istenilen değere ayarlanır. Sistem kararlı duruma gelinceye kadar (sıcak yüzey sıcaklığı sabit oluncaya kadar) çalıştırılır. Kararlı duruma geldikten sonra; ölçümleri yapmak için Şekil 1 de (HT 10 X) gösterilen servis biriminde G anahtarı T9 konumuna getirilerek çevre sıcaklığı ve T10 konumuna getirilerek yüzey sıcaklığı değeri J göstergesinden okunur. Radiometre mesafesi değiştirilerek çeşitli R değerleri okunur. Okunan değerler ilgili formüllerde yerlerine konularak hesaplamalar yapılır. Verilen Sabitler; C : Işınım ölçer (Radiometer) düzeltme faktörü (30.12). Okunan Değerler; T9 : Ortam sıcaklığı (ºC) T10 : Plaka yüzey sıcaklığı (ºC) X : Işınım ölçer (Radiometer) ile sıcak plaka mesafesi (mm) R : Işınım akısı (W/m 2 )

Deney Sonucunda Hesaplanacak Değerler; R c : Düzeltilmiş ışınım akısı (W/m 2 ) Kullanılacak Formüller; R c : R*C Deney No R c logr c X logx 1 2 3 4 İstenilen Grafikler; logr c logx Sonuçlar ve Karşılaştırmalar; Bir yüzeydeki ışınım şiddeti ve mesafe arasındaki grafiğin yorumunun yapılması Deney B: Stefan-Boltzman Kanunu nun gösterimi. Işınım şiddetinin sıcak kaynağın sıcaklığının dördüncü kuvvetiyle değiştiğinin gösterilmesi. Şekil 1 de gösterilen servis biriminde (HT 10 X) A anahtarı (I) konumuna getirilir. Ölçümleri yapmak için Şekil 1 de gösterilen düzenekte E düğmesi V konumuna getirilerek sistemin voltaj değeri I konumuna getirilerek sistemin çektiği akım değeri ve R konumuna getirilerek radyasyon miktarı D göstergesinden okunur. Voltaj değerini artırmak veya azaltmak için Şekil 1 deki C düğmesi istenilen değere ayarlanır. Sistem kararlı duruma gelinceye kadar (sıcak yüzey sıcaklığı sabit oluncaya kadar) çalıştırılır. Kararlı duruma geldikten sonra; ölçümleri yapmak için Şekil 1 de (HT 10 X) gösterilen servis biriminde G anahtarı T9 konumuna getirilerek çevre sıcaklığı ve T10 konumuna getirilerek yüzey sıcaklığı değeri J göstergesinden okunur. Radiometre mesafesi sabit olarak durdurulur. Sıcak kaynağın sıcaklığı değiştirilir. Her durum için çeşitli R değerleri okunur. Okunan değerler ilgili formüllerde yerlerine konularak hesaplamalar yapılır. Verilen Sabitler C :Işınım ölçer (Radiometer) düzeltme faktörü (30.12) :Stefan-Boltzman sabiti (=5.67 10-8 W/(m 2 K 4 ))

Okunan Değerler T9 :Ortam sıcaklığı (ºC) T10 :Plaka yüzey sıcaklığı (ºC) X :Işınım ölçer (Radiometer) ile sıcak plaka mesafesi (m) R :Işınım akısı (W/m 2 ) Deney Sonucunda Hesaplanacak Değerler R c : Düzeltilmiş ışınım akısı (W/m 2 ) 4: T s Kaynak sıcaklığı (K 4 ) T 4 a : Ortam sıcaklığı (K 4 ) q b: Işınım miktarı (W/m 2 ) F: Hesaplanan akı ile ölçülen akı oranı Kullanılacak Formüller R c : R*c Ts= T 10 + 273 T a = T 9 + 273 q b= *(T s 4 -T a 4 ) F=q b /R c Deney No T 10 T 9 R X 1 2 3 4 Sonuçlar ve Karşılaştırmalar Stefan-Bolztman Kanunu nun yorumunun yapılması. 5. GENEL DEĞERLENDİRME VE SONUÇ a) Işınım şiddetinin yayma ile ilişkisini, b) Işınım şiddetinin gelen ışınımla ilişkisini, c) Işınım şiddetinin giden ışınımla ilişkisini açıklayınız.

2.6. İKLİMLENDİRME DENEYİ 1. GİRİŞ İklimlendirme, yaşanılan ortamlarda solunulan ve içerisinde nem de bulunan havanın konfor şartlarına getirilmesi anlamını taşır. Çevremizdeki hava, insan bedeninin gereksinim duyduğu sıcaklık ve nem değerlerine sahip değilse, insan bulunduğu ortamda rahatsızlık duyar. Bu rahatsızlığın kaynağı, bedende üretilen enerjinin ısı formunda çevre atmosferine atılması işleminin, yüksek sıcaklık ve yüksek nem değerleri sebebiyle, giderek zorlaşması veya hava sıcaklığının çok düşük olması sonucu bedende üretilen enerjinin bedenin ısıl dengesini sağlayacak miktarda olmamasıdır. Bir başka rahatsızlık kaynağı da, havadaki nem miktarının çok düşük olmasıdır. Bu durum da yine solunum bölgelerindeki hızlı buharlaşma sebebiyle istenmeyen bir durumdur. Bu tür rahatsızlıkları gidermek üzere çevre atmosferinin kişilerce istenilen sıcaklık ve nem değerlerine getirilmesi, iklimlendirme yoluyla konforun sağlanması olarak bilinir. Farklı parametrelere ve sübjektif değerlendirmelere bağlı olmasına rağmen, çok hafif esintili (0.2-0.5 m/s), 20 o C sıcaklıkta ve % 50 bağıl nem taşıyan bir atmosfer ortamı genel geçer bir konfor ortamı olarak tanımlanabilir. Soluduğumuz hava, hacimsel bileşimi %21 oksijen ve %79 azot olarak kabul edilen hava değildir. Hava içerisinde, 1 kg kuru havaya eşlik etmek üzere, yaklaşık 2 gr ile 20 gr arasında değişen, genelde kızgın buhar fazında veya havanın neme doyma şartlarında doymuş buhar fazında buhar bulunur. Bu sebeple solunulan hava nemli hava olarak tanımlanır ve bunun kuru hava kısmı sabit, nem kısmı ise değişken kısım olarak değerlendirilir. Kuru hava kendisini oluşturan bileşenler itibariyle, içerisindeki nem ise sahip olduğu düşük kısmi basınç nedeniyle ideal gaz olma özeliklerini taşırlar. Böylece, nemli hava ikilisi de ideal gaz kabul edilen ve kimyasal reaksiyona girmeyen iki bileşenden oluşan bir gaz karışımı olarak ele alınır. Gaz karışımları için ortaya konan Gibbs Dalton kanunlarına göre; nemli havanın basıncı, kendisini oluşturan bileşenlerin, karışım hacmi ve karışım sıcaklığında kendi başlarına sahip olacakları kısmi basınçların toplamına eşittir. Örneğin 101.325 kpa değerine sahip standart atmosfer basıncında, su buharı 0.5 ile 3 kpa arasında değişen bir basınca sahip iken, geri kalan kısım kuru havaya aittir. Yine aynı kanunların sonucu olarak, nemli havanın hacmi, kendisini oluşturan bileşenlerin, karışım basıncı ve karışım sıcaklığında kendi başlarına sahip olacakları kısmi hacimlerin toplamına eşittir. Ayrıca, her bileşene ait iç enerji, entalpi, özgül ısı ve entropi değerlerinin toplamı karışımın ilgili özeliğini vermiş olur. İki saf maddeden oluşan bir ideal gaz karışımı olarak ele alınan nemli havanın termodinamik durumunun belirlenebilmesi için en az üç özeliğinin bilinmesine ihtiyaç vardır.

Ayrıca, nemli hava özelikleri psikrometrik özelikler olarak bilinir ve bu konuyla ilgilenen bilim dalı psikrometri (psychrometry) olarak adlandırılır. Psikrometrik özelikler, nemli havanın değişmeyen kısmı olan kuru havaya göre tanımlanır. Bu özelikler aşağıda sırayla incelenmiştir. 2. ÇEŞİTLİ TANIMLAR 2.1 Özgül nem w (mutlak nem, nem oranı) Verilen bir hacimdeki su buharı kütlesinin kuru hava kütlesine oranı olarak tanımlanır. İdeal gaz bağıntıları da kullanılarak aşağıdaki değişik şekillerde ifade edilebilir. Eşitliklerde, v su buharını, a ise havayı göstermektedir. (1) w = m v / m a = v a / v = 0.622 p v /p a (kg w.v. / kg d.a.) (2) p = p a + p v eşitliği kullanılarak, (3) w=0.622 p v / (p - p v ) olarak da yazılabilir. Bu tanımlamalardan, 1 kg kuru havaya eşlik eden nem miktarının w ile verildiği; 1 kg kuru hava ile birlikte w kg su buharının işgal ettiği hacimde yer alan kütlenin 1+w olduğu; w nin nem yüzdesi olmadığı, nem yüzdesinin w/(1+w) olduğu da anlaşılmaktadır. 2.2 Çiğ noktası sıcaklığı, T d Yukarıda da söylendiği gibi, T sıcaklığındaki bir nemli havada yer alan su buharı normal olarak kızgın buhar fazındadır ve kısmi basıncı da p v dir. Bu formdaki su buharını içeren nemli havaya doymamış hava denilir. Su buharının kızgın buhar fazında bulunduğu böyle bir nemli hava (kuru hava + nem) sabit basınçta soğutulursa, su buharının kısmi basıncı için belirlenmiş doyma sıcaklığında, ilk doymuş sıvı (çiğ) tanecikleri oluşmaya başlar. Bu sıcaklık değeri, T d çiğ noktası sıcaklığı olarak bilinir. P v nin bilinmesi durumunda, T d buhar tablolarından bulunabilir. Nemli havadaki nem in uzaklaştırılması yöntemlerinden birisi de, nemli havayı, sıcaklığı çiğ noktası sıcaklığının altında tutulan bir yüzeyle temas ettirmektir. 2.3 Doymuş hava, doyma basıncı T sıcaklığında tutulan bir nemli hava hacmine su buharı ilave edilirse, kızgın buhar fazındaki su buharının kısmi basıncı, T sıcaklığı için belirlenmiş p s doyma basıncına kadar artar. Daha fazla su buharı ilave edilirse nemli hava ortamında doymuş sıvı tanecikleri

oluşmaya başlar, fakat basınç aynı kalır. Bu durumdaki hava, su buharı olarak tutabileceği en büyük miktardaki nemi bulundurması sebebiyle doymuş hava olarak isimlendirilir. Bu durumla eşleşen en büyük özgül nem, (4) w s = 0.622 p s / (p - p s ) eşitliğiyle verilir. Nemli havanın T sıcaklığında sahip olduğu özgül nem in, aynı sıcaklık için geçerli olan özgül nem e oranı ise μ doyma derecesi olarak bilinir, nemli havanın nem yutma kapasitesinin bir ölçüsü olarak yorumlanır ve (5) μ = w / w s = (p v / p s ) [1-(p s /p)] / [1 (p v /p)] eşitliğiyle tanımlanır. 2.4 Bağıl nem, Φ Belirli bir T sıcaklığındaki nemli havanın, belirli bir hacminde bulunan su buharı kütlesinin, aynı sıcaklık ve aynı hacimde doymuş hava bulunması durumundaki su buharı kütlesine oranı bağıl nem olarak tanımlanır. (6) Φ = m v / m s = (V / v v ) / (V/ v s ) = v s / v v ve (7) p v v v = p s v s ideal gaz bağıntısı kullanılarak, (8) Φ = p v / p s olarak elde edilir. Son eşitlik, bağıl nem in, verilen bir T sıcaklığında, nemli havadaki su buharına ait kısmi basıncın, aynı sıcaklık için belirlenen doyma basıncına oranını göstermekte ve doymuş hava için bağıl nem in 1 e (%100) eşit olacağını ifade etmektedir. (1) numaralı eşitlikte birleştirilerek, (9) Φ = (w/0.622) (p a /p s ) eşitliği de, iki önemli kavramı, özgül nem ve bağıl nem kavramalarını birbirine bağlayan bir eşitlik olarak kullanılmaktadır. 2.5 Nemli hava entalpisi, h Kuru hava ve su buharının oluşturduğu nemli hava, ideal gaz olarak değerlendirilebildiği için entalpisi de kendisini oluşturan bileşenlerin entalpileri toplamıyla verilir. (10) h = h a + wh v Kuru hava ve su buharı için entalpiler sırasıyla, (11) h a = C pa T = 1.005 T (12) h v = 2500 + 1.T

eşitlikleriyle tanımlanarak (10) numaralı eşitlikte yerine yazılarak, nemli hava entalpisi, (13) h = 1.005T + w(2500 + 1.T) (kj/kgd.a.) eşitliğiyle tanımlanır. 2.6 Kuru ve Yaş Termometre Sıcaklıkları; T d, T w Nemli hava ortamında bir standart termometre aracılığıyla ölçülen sıcaklık Kuru Termometre Sıcaklığı olarak bilinir ve T d veya DBT (dry bulb temperature) sembolleriyle gösterilir. Termometre haznesi bir fitil veya pamukla sarılıp, sürekli nemli kalması sağlanır ve nemli hava bir akım şeklinde termometre üzerinden geçirilirse, nemli hava akımı yoluyla fitildeki suyun buharlaşmasıyla, fitil ve dolayısıyla termometre haznesinden çekilen ısı sonucunda, haznedeki sıcaklık değeri düşer. Bu durumda termometrede okunan sıcaklık Yaş Termometre Sıcaklığı olarak tanımlanır ve T w veya WBT (Wet Bulb Temperature) sembolleriyle gösterilir. Yaş termometre sıcaklığı bir ısıl denge sıcaklığı olup termodinamik bir özelik değildir. Diğer taraftan, herhangi bir nemli hava durumunda, nemli havanın dışındaki bir kaynaktan sağlanan suyun buharlaşıp nemli havaya karışması sonucunda nemli havanın doymuş duruma geldiği bir sıcaklık değeri de bulmak mümkündür ve bu sıcaklık Adyabatik Doyma Sıcaklığı olarak bilinir. Bu değer, kuru termometre sıcaklığının ve nemli havanın özgül neminin fonksiyonu olduğundan, nemli havaya ait bir termodinamik özeliktir. Fakat diğer maddeler için farklı olsa da, su özel durumu için adyabatik doyma sıcaklığı ile yaş termometre sıcaklıkları, ikisi arasındaki farkı belirleyen boyutsuz Lewis sayısının 1 e yaklaşık eşit olması nedeniyle, birbirlerine eşit olarak alınabilmektedir. Bu yaklaşım, yaş termometre sıcaklığının da bir termodinamik özelik olarak değerlendirilebilmesini sağlamaktadır. 3. PSİKROMETRİK ÖZELİKLERİN ÖLÇÜLMESİ Özgül nem (w), doyma derecesi (μ) ve bağıl nemin (Φ) direkt olarak ölçülmesi söz konusu olmamaktadır. Ölçülebilen özelikler kuru ve yaş termometre sıcaklıklarıyla çiğ noktası sıcaklığıdır. Nemli havanın durumunu belirlemek üzere gerekli olan, en az üç tane termodinamik özelikten ikisi, genellikle, toplam basınç (barometre basıncı) ve kuru termometre sıcaklığıdır. Üçüncü ölçülebilen özelik, ya yaş termometre sıcaklığı veya çiğ noktası sıcaklığıdır. Su buharı tabloları aracılığıyla, nemli havadaki su buharının kısmi basıncını verecek olsa da, çiğ noktası sıcaklığının duyarlı olarak belirlenmesi uygulama açısından zordur. Buna karşılık, yaş termometre sıcaklığı bir psikrometre yardımıyla kolaylıkla bulunabilir. Bu sıcaklık adyabatik doyma sıcaklığına eşit alınabildiğinden ve bunun

da termodinamik bir özelik olması sonucu, bu sıcaklığı nemli havadaki su buharının kısmi basıncına ilintili hale getiren bağıntılar bulmak mümkündür. Bunlardan birisi Carrier eşitliğidir ve aşağıdaki şekilde verilmektedir: (14) p v = p vw {1.8(p - p vw ) (T d - T w ) / [2800 1.3 (1.8T d + 32)] Bu eşitlikteki p vw, T w yaş termometre sıcaklığındaki su buharı doyma basıncıdır. Yukarıda anlatılan tüm termodinamik ve psikrometrik özelikler, düzlemde parametrik eğrilerin gösterimi anlayışına uygun olarak, psikrometrik çizelge üzerinde belirtilebilirler. Nemli havanın analizi için gerekli işlemlerin de bu çizelge üzerinden izlenmesi mümkündür. Bu çizelgelerin, 101.325 kpa lık standart atmosfer basıncı için hazırlanmış olması gerekir. Değişik düzenlemelere sahip olanları olmasına rağmen, en çok kullanılanları, yatay eksende kuru termometre sıcaklığının (T d ), düşey eksende ise özgül nem in (w) yer aldığı çizelgelerdir. Yukarıda sıralanan ve çizelgede yer alan psikrometrik özeliklerden herhangi ikisi verilmişken diğer özeliklere, verilen iki değerle elde edilmiş bulunan noktadan hareketle, bu çizelge kullanılarak ulaşılabilir. Yine, değişik iklimlendirme işlemleri, söz konusu işleme ait noktalar kullanılarak tanımlanabilir ve çizelge üzerinde gösterilebilir. İklimlendirme işlemlerinin başlıcaları; ısıtma, soğutma, nemlendirme ve nem alma olarak sıralanabilir. 4. DENEY CİHAZININ TANITILMASI İklimlendirme cihazı, esas olarak bir hava kanalı ve bu kanalın içerisine yerleştirilmiş hava şartlandırma birimlerinden oluşmaktadır. Cihazın şematik görünümü Şekil 1 de verilmiştir. Kanalda şartlandırılacak hava bir fan aracılığıyla ortamdan çekilir ve kanala basılır. Kanalda sırayla ısıtma, soğutma ve nemlendirme ünitesi bulunmaktadır. Ölçme açısından cihazın en önemli elemanları sıcaklık ölçme amaçlı yerleştirilen yaş ve kuru termometrelerdir. Kuru termometre, geleneksel olarak bir sıvılı termometrenin haznesinin durağan veya akım halindeki havaya tutularak sıcaklık ölçme amaçlı kullanılır. Yaş termometre ise haznesi bir fitille örtülerek ve fitilin de sürekli ıslak kalması sağlanarak, yalnızca hava akımının yaş termometre sıcaklığının ölçülmesinde kullanılır. Yaş termometre sıcaklığı her zaman kuru olandan daha düşük sıcaklık göstermek durumundadır. Deney raporları, esas olarak, deneyler sırasında, farklı noktada yapılmış olan ölçümlerin psikrometrik çizelge üzerine yerleştirilmesi ve hava kanalı boyunca nemli havanın özelik değişimlerinin aynı çizelge üzerinden gözlenmesi ve yorumlanmasını kapsayacaktır. Yorumlama kapsamına, yalnızca sıcaklık değişimleri değil, nemli havanın bu föyün ilk kısımlarında anlatılmaya çalışılan ve psikrometrik çizelgede parametrik değerler olarak yer alan diğer psikrometrik özeliklerinin değişimleri ve nedenleri de alınmalıdır.

Şekil 1. Deney tesisatının şematik gösterimi

2.7. GÖZENEKLİLİK ÖLÇÜM DENEYİ 1. Deneyin Adı Helyum piknometresi ile gözeneklilik ölçümü deneyi. 2. Deneyin Amacı Bu deneyin amacı, katı haldeki yalıtım, yapı, kompozit, polimer, seramik ve metalik malzemelerin içerisinde bulunan boşluk miktarlarını ölçüm standartlarına göre belirlemektir. 3. Deney ile İlgili Genel Bilgiler 3.1. Tanımlar, Terimler, Kısaltmalar ve ilgili Dokümanlar Bu deney föyünde kullanılan tanım ve terimlerin açıklaması: Standartlar : TS EN 1015-10, TS EN 772-4, TS EN 772-13standartları OS : Oda Sıcaklığı Deney : Gözeneklilik Ölçüm Deneyi Cihaz : Piknometre, Ultrapycnometer,1000 İlgili Dokümanlar TS EN 1015-10 2001 Standardı TS EN 772-4 2000 Standardı TS EN 772-13 2002 Standardı Dış Doküman Quantachrome Instruments Operating Manual 3.2. Deney Föyünün Ayrıntısı 3.2.1.Kullanılan Cihaz ve Malzemeler Gözeneklilik(porozite) deney cihazı Piknometre olarak anılır ve markası Ultrapycnometer1000 dir. 3.2.2.Deney Numunesinin Hazırlanışı Deneyler için KÜMLAB içerisinde numune hazırlanmaz ancak nemli gelen numunelerin kurutulması yapılır. Deney talebinde bulunan firmalar deney numunelerini verilen ölçüler çerçevesinde hazırlanmış olarak getirmeleri gerekmektedir. Deney numuneleri boyutları için geliştirilmiş farklı hacimlerde numune kapları mevcuttur. Bu deney için numune boyutlarından ziyade toz, kırık parçalar veya deneyi yapılacak

gözenekli malzemenin kendisi deney yapılacak cihaz haznesi içerisine bırakılarak ölçüm gerçekleştirilmektedir. 3.2.3.Deneyin Yapılışı 3.2.3.1.Hazırlık Deneye başlamadan önce laboratuvarda deney için elektrik, su ve helyum gazı gibi girdilerin olup olmadığı kontrol edilir. 3.2.3.2.Deney İşlemi Kullanılacak Cihaz : Piknometre, Ultrapycnometer,1000 Deney başlamadan önceki işlemler tamamlandıktan sonra olumsuz bir durum yoksa ve deney başlatılabilecek duruma gelinmiş ise aşağıdaki işlem adımları takip edilerek deney yapılır. Piknometre cihazının direkt olarak bilgisayar yazılımı ile yönlendirilmesi yapılmamakta olup analiz işlemleri cihaz üzerinde bulunan ekran ve klavye yardımıyla yapılmaktadır. Bilgisayar bağlantısı sadece cihazda elde edilen sonuçların görüntülenmesi ve saklanması amacıyla kullanılmaktadır. a. Piknometre cihazı çalıştırıldığı zaman cihaz ekranında aşağıda görüldüğü şekilde sekiz farklı seçenek, sırasıyla ekranda görülecektir. Bu seçeneklerden Run seçeneği numerik klavyeden 1 tuşuna basılarak seçilir. Ultrapycnometer V 2.2 1 - Run b. Analizimizde kullanacağımız numunenin büyüklüğüne bağlı olarak numune kabını seçmemiz için karşımıza seçim ekranı gelecektir. Cihazla birlikte kullanılan numune kaplarını üç farklı iç hacme sahip olup; 1 en büyük hacimli, 2 orta, 3 ise en küçük hacimli kabı teslim etmektedir. Buna göre ölçümü yapılacak numunenin büyüklüğüne bağlı olarak numune kabı seçilir ve buna karşılık gelen değeri (1, 2 veya 3) cihaz ekranına girilerek Enter tuşuna basılır. Choose Cell Size Cell Size:

c. Ölçümü yapılacak ve ölçüm kabı içerisine konulacak malzeme hassas terazide tartılarak gram cinsinden belirlenen değeri cihaz ekranına girilir ve giriş işlemi tamamlandıktan sonra ENTER tuşuna basılır. Girilen değerde yanlışlık olması durumunda CLEAR tuşu kullanılarak düzeltme yapılır. EnterWeight Weight: 0.0000grams d. Yapılan analizi ve numuneyi tanımlamamız için numune isimlendirilir. Cihaz ekranında aşağıdaki şekilde görüldüğü gibi isim numune adı ekranı giriş için kullanılır. Numune adı 16 karakter uzunluğunda girilebilir. Nümerik değerler direkt olarak tuş takımından, diğer karakterler ise aşağı ve yukarı yön ok işaretleri kullanılarak girilir, diğer karakter girişine geçmek için ENTER tuşuna basılır. EnterSample ID ID:123456ABCDEF e. Yapılan analiz için ölçümün ne şekilde yapılacağı seçilir. Eğer Single seçilirse piknometre bir defa çalışarak tek ölçüm yapacak ve MaxRuns ve %Deviation pencereleri görünmeyecektir. Eğer Multi Run seçilirse, çalışmanın maksimum sayısını ve izin verilen yüzde sapma değerleri girilerek analize devam edilecektir. Maksimum çalışma sayısı (3-100) arasında bir değer girilebilir. Numune için istenilen analiz çalışma sayısı girildikten sonra ENTER a basılarak sonraki adıma geçilir. Run Mode 1 Single 2 Multi Run Multiple Run Mode EnterMax. Runs:

Daha sonra istenilen yüzde sapma değeri girilir. Yüzde sapma değeri 0.001 ile 100 arasında herhangi bir değer olabilir. Enter Run Deviation Deviation: % h. Çalışma sayısı ve yüzde sapma değerleri girildikten sonra yapılacak analiz sonuçlarının yazdırılmasının istenip istemediği sorulur. Burada isteğimize göre seçip yapılarak ENTER tuşuna basılır. Print at End Run? 1 Yes 2 - No l. Piknometre cihazının haznesinin ne şekilde temizlenmesini istediğimiz sorulur. Üç farklı temizleme (boşaltma) metodunu mevcuttur. Bunlardan 1-Flow seçilerek ENTER tuşuna basılır. EnterPurgeMode 1 - Flow 2 - Pulse 3 - Vac k. Tüm bu işlemler tamamlandıktan sonra ENTER tuşuna tekrar basılarak analiz başlatılır. PressEnterto Start m. Analiz tamamlandıktan sonra sonuçlar cihaz ekranından veya yazıcıdan çıktı alınarak veya bilgisayar ekranından sonuçlar izlenir. Run Completed Pres PRINT toprint

3.2.4.Hesaplamalar 3.2.4.1..Piknometre için Teorik Analiz Başlangıçta cihaz hacimleri boş ve deney için hazır kabul edilir. Sızdırmaz olarak tasarlanmış numune hücresi hacmi, dir. Selenoid vana açılıp, sistem basıncı ortam basıncına eş olduğu durumdaki basınç dır. Sistem için, Burada, n:mol sayısı : basıncındaki gazın sahip olduğu hacim R: Gaz sabiti :Kelvin cinsinden ortam sıcaklığı Eğer hacmi olan bir katı numune yerleştirilirse, (1) (2) Ortam basıncı değiştiği zaman sistemin durumu, (3) Burada sistemin üzerindeki basınç ve toplam mol sayısını temsil etmektedir. Selenoid valf açıldığındaki hacim,bu durumda azalan basınç ü veren denklem (4) Burada, ortam basıncında numune hücresindeki gazların toplam mol sayısıdır. terimi yerine (4) numaralı denklemde kullanılırsa, (5) (3) numaralı eşitlik (5) numaralı denklemde kullanılırsa, (6) veya (7) elde edilir. Denklem düzenlenirse, (9)

(8) Eğer basıncı sıfır(0) olarak kabul edilir ve denklem düzenlenirse, (10) Denklem (10) PİKNOMETRE nin çalışma denklemidir. 3.2.4.2.Ölçüm Belirsizliğinin Hesaplanması Ölçüm Belirsizliği birçok nedenden kaynaklanabilir. Bu deney laboratuvarındaki yapılacak olan deneyler bir temel büyüklük üzerine kurulu olmadığından bir başka deyişle birim boyut ölçümleri olmadığından cihazların belirsizliği önem kazanmaktadır. Çünkü cihaz türetilmiş bir büyüklük değerini kullanıcıya vermektedir. Örneğin ısıl iletkenlik birimi W/mK olduğundan enerji, uzunluk ve sıcaklık gibi büyüklüklerden ısıl iletkenlik belirlenmektedir. Ancak büyüklüklerin ayrı ayrıölçüm belirsizliğine tabi tutulmaları mümkün değildir. Böylece cihazın ölçüm belirsizliği zaten bunları kapsamaktadır. Belirsizliklerin ana başlıklarını yukarıdaki şekilde tanımladıktan sonra bunların açınımı yapılır ve deneylere özgü tanımlamalar şekline dönüştürülürse aşağıdaki belirsizlik katkıları deney sonucuna etki eden büyüklükler olduğu söylenebilir. a. Kalibrasyon sertifikası veya numunesinden, b. Çözünürlükten, c. Tekrarlanabilirlik ölçümlerinden, d. Sıcaklık değişiminden gelen belirsizlik katkılarıdır.

3.2.4.3.Piknometre için Belirsizlik Analizi Burada; = Katı numunenin hücreye yerleştirildiği zamanki ilk hacmi = Hücrenin hacmi = selenoid valf açıldığı zamanki hacim = ortam üzerindeki basınç = azalan basınç Sistemde ölçülmek istenen büyüklük, nin hata oranı formüldeki değişkenlere ait hata oranları dir. nin hata oranı eşitlik 1 deki gibidir. (1) = = = = = = = = değerler yerine yazılır, formülden hesaplanır. = = =

= değerler yerine yazılır, formülden hesaplanır. % = = = = = = yi bulabilmek için bilinmeyenler denklemde yerine yazılır ve hesaplanır.

2.8. BASMA DENEYİ 1. Giriş ve Deneyin Amacı Mühendislik malzemelerinin çoğu, uygulanan gerilmeler altında biçimlerini kalıcı olarak değiştirirler, yani plastik şekil değişimine uğrarlar. Bu malzemelerin hangi koşullar altında ve ne zaman kalıcı şekil değişimine uğrayacaklarını bilmek çok önemlidir. Çeşitli yapı elemanlarının veya makina parçalarının etkisinde bulundukları yükler altında biçimlerini değiştirmesi istenilmeyen bir olaydır. Basma deneyi, çekme deneyinin tersi olarak kabul edilebilir ve çekme basma makinelerinde basma kuvveti uygulamak sureti ile yapılır. Basma kuvvetinin etkin olduğu uygulamalarda kullanılan gevrek malzemelerin, mukavemet değerleri basma deneyi ile belirlenir. Bu nedenle basma deneyinden elde edilen sonuçlar gevrek malzemelerle yapılan tasarımda doğrudan kullanılabilirler. Basma deneyinde genellikle silindirik veya dairesel kesitli örnekler kullanılır. 2. Deneyin Yapılışı Basma deneyi, standartlara göre hazırlanan deney numunesinin (örnek), sabit sıcaklıkta ve tek eksende, belirli bir hızla, malzeme dağılıncaya kadar(yük taşıyamaz duruma gelene kadar) basılması işlemidir. Basma makinalarında basma plakaları aracılığı ile örneğe yük uygulanır. Yük uygulanan plakaların alt ve üst yüzeyleri, numunenin düşey eksenine dik ve birbirine paralel olmalıdır. Basma deneyinde, numunenin kesiti sürekli arttığından, çekme deneyinde görülen boyun verme olayı meydana gelmez. Sünek ma1zemlerin basma deneyleri sırasında örnek uçlan ile basma plakaları arasındaki sürtünme kuvvetinden dolayı, fıçı olayı olarak adlandırılan şişme meydana gelir. Basma deneyine tabi tutulan sünek bir malzemedeki fıçı oluşumu Şekil 2 de gösterilmektedir. Kopma uzaması ve kopma büzülmesi değerleri hemen hemen sıfır olan gevrek malzemelerin sünekliği çekme deneyi ile ölçülemez. Bu tür malzemelerin sünekliği basma deneyi ile ölçülür. Basma deneyinde çok küçük boyuttaki örnekler bile deneye tabi tutulabilir. Bu durum, deneye tabi tutulacak malzemelerin pahalı ve çok az olması durumunda yararlar sağlar. Şekil 1. de yuvarlak kesitli ve silindirik başlı, bir malzeme için basma numunesi örneği verilmiştir. h 0 d 0 Şekil 1. Yuvarlak kesitli silindirik başlı basma örneği Burada ; d 0 = Numune çapı d= Numunenin son çapı.

h 0 = Numune yüksekliği 1.5d 0 h 0 = Numunenin son yüksekliği. Şekil 2. Basma Kuvveti uygulanan sünek malzemelerdeki fıçı oluşumu; a) basma kuvveti yok, b) Basma kuvveti etkisiyle fıçı oluşumunun ilk aşaması, c) Fıçı oluşumunun tamamlanması Basma deneyi sonucunda, malzemelerin basma diyagramı elde edilir. Basma diyagramı, genelde çekme diyagramına benzer. Basma diyagramının elastik deformasyonu gösteren kısmı çekme diyagramının elastik kısmı gibidir ve akma sınırından sonra, basma diyagramında da plastik deformasyon azalması meydana gelir. Basma diyagramında plastik deformasyonu gösteren kısmın ilk aşaması, çekme diyagramının plastik deformasyon bölgesinin ilk devresini andırır, ancak çekme diyagramında maksimum noktadan sonra gerilme değerinde bir azalma meydana gelirken, basma diyagramında gerilme artar. Yani basma eğrisinin eğiminde artış meydana gelir. Bu durum, basma sırasında numune kesitinin devamlı artmasından kaynaklanır. Özellikle plastik deformasyonun sonuna doğru numune kesiti büyük oranda arttığından, basma gerilmesinde de ani yükselme görülür. Şekil 4'te metalik bir malzemenin çekme ve basma diyagramları görülmektedir. Şekil 3. Gevrek malzemende basma etkisiyle meydana gelen kırılma türleri

Basma deneylerindeki kırılma şekli de önem taşımaktadır, Gevrek malzemeler, genelde malzeme içerisindeki kayma düzlemlerine etkiyen kayma gerilmesinin büyüklüğüne göre üç şekilde kırılır. Basma kuvveti etkisiyle gevrek malzemelerde meydana gelen kırılma şekilleri şekil 3 de görülmektedir, Şekil 4. Metalik bir malzemenin çekme ve basma diyagramları Basma deneyi sonucunda numunelerin temsil ettiği malzemeye ait aşağıda verilen mekanik özellikler belirlenebilir. a) Akma Dayanımı ( a ): Gerilmenin yaklaşık olarak sabit kalmasına karşılık, plastik şekil değiştirmenin önemli ölçüde arttığı ve basma diyagramının düzgünsüzlük gösterdiği gerilme değeridir. Bu belirgin akma sınırı ancak bazı malzemelerde, örneğin düşük karbonlu yumuşak çelikte, deney şartlarına bağlı olarak görülebilir. Akma sınırının belirgin olmaması halinde bunun yerine, genellikle %0.2' lik elastik uzamaya (% elastik = 0.2 veya elastik = 0.002) karşılık gelen gerilme 0.2 sınırı alınır. b) Basma Dayanımı ( b ): Bir malzemenin dağılmadan dayanabileceği en yüksek basma gerilmesi olarak tanımlanır. Bu gerilme, basma diyagramındaki en yüksek gerilme olup, b = F max /A 0 formülü ile bulunur. Bu gerilmeye kadar numunenin kesiti her tarafta aynı oranda büyüdüğü halde özellikle plastik deformasyonun sonuna doğru numune kesiti büyük oranda artar ve daha büyük bir gerilmede numune kırılır. c ) Orantı Sınırı ( 0 ): Gerilme ile birim uzama arasında = E. bağıntısının (Hooke kanunu) geçerli olduğu doğrusal kısmı sınırlar. Bu bağıntıdaki orantı katsayısı E, elastiklik (katılık) modülü adını alır ve doğrunun eğimini gösterir. Ahşap, kauçuk ve deri gibi bazı malzemelerin - diyagramında böyle bir doğrusal bölge bulunmadığı için, sabit bir E değeri yerine ancak, belirli bir noktadaki teğetin eğimi söz konusu olur. Bir malzemenin elastiklik modülü ne kadar büyükse, rijitliği yani elastik şekil değiştirmeye karşı direnci de o oranda büyüktür. Bir malzemeye ait elastiklik modülü herhangi bir ısıl veya mekanik işlem yardımıyla değiştirilemez.

Gerilme d) Kopma Uzaması (K.U.): Basma örneğinin kopuncaya veya kırılıncaya kadar gösterdiği yüzde uzama miktarı olarak tanımlanır. Deney parçasının kopan kısımlarının bir araya getirilmesi ile ölçülen l k ve l k = l k -l 0 yardımıyla K.U. = % l k /l 0 x100 bağıntısı yardımıyla bulunur. Bu değer ne kadar büyükse malzeme o derece sünektir anlamına gelir. Bir malzemede k ve b değerlerini yükselten etkenler çoğunlukla sünekliği azaltırlar. e) Rezilyans: Malzemenin yalnız elastik şekil değiştirme sırasında enerji absorbe etme yeteneğine denir. Bu enerji, gerilme () birim uzama () eğrisinin elastik kısmının altında kalan alan ile belirlenir(şekil 5). f) Tokluk : Malzemenin kırılıncaya kadar enerji depolama yeteneğine denir. Genellikle - eğrisinin altında kalan alanın A k 0 d hesaplanması ile bulunur. Birim hacim başına düşen kırılma enerjisi olarak tanımlanan tokluk, kırılmaya karşı direnç için bir ölçü kabul edilir (Şekil 5). Bu değerle, örneğin darbeli zorlama halinde bulunan dinamik tokluk arasında bir bağıntı yoktur. Sünekliğin olduğu gibi, tokluğun karşıtı olarak da gevreklik deyimi kullanılır. Numunenin kırılmasına kadar plastik deformasyon için harcanan enerji. Numune kırılınca geri kazanılan elastik enerji. Şekil 5. Gerilme-birim uzama eğrisinin altındaki alan şekil değişimi için gerekli enerjiyi {tokluğu) vermektedir. 3. Basma Deneyinin Değerlendirilmesi Birim Uzama Basma deneyi sonucunda, basma diyagramı, (- eğrisi) elde edilerek, malzemenin akma ve çekme dayanımı gibi mukavemet değerleri ile kopma uzaması ve kopma büzülmesi gibi süneklik değerleri belirlenmektedir. Söz konusu değerler, malzemenin cinsine, kimyasal bileşimine ve metalografik yapısına bağlıdır. Basma deneyinde gerçek birim şekil değiştirme hesaplanır ve h0 e ln h bağıntısı kullanılır. Gerçek gerilme ( g ), uygulanan kuvvetin deney parçasının o andaki kesit alanına bölünmesi ile elde edilir ve g = F i / A i bağıntısı i1e hesaplanır. Burada F i deformasyonun herhangi bir i anında numuneye etki eden kuvvet olup, A i ise kuvvetin uygulandığı andaki deney numunesinin kesit alanıdır.

4. Raporda İstenenler Rapor; kapak, irdeleme, deneyin amacı, konu ile ilgili teorik bilgiler, deneysel çalışmalar, sonuçlar ve kaynaklar bölümlerini içerecektir. Her bölümde bölüm başlıkları büyük harfle yazılarak desimal sisteme göre numaralandırılacaktır. a) Farklı kaynaklardan (Malzeme Bilgisi Ders Kitapları, İnternet ortamında hazırlanmış sunular. vs.) basma deneyi ile ilgili genel bilgiler bulunarak deney raporuna eklenecek. b) Deney sonrasında verilen malzemenin Kuvvet (F) Uzama (δ) grafiğinden yararlanarak, Şekil 1 de gösterildiği gibi en az 7 noktadan alınan Kuvvet Uzama (F 1 -δ 1 ; F 2 -δ 2 ; F 3 -δ 3 ; F 4 -δ 4 ; F 5 -δ 5 ; F 6 -δ 6 ; F 7 -δ 7 ) değerleri yardımıyla Mühendislik Gerilme Gerinim grafiğini ve Gerçek Gerilme Gerinim grafiğini Excel Programında çiziniz. Grafikleri çizerken Tablo1. e benzer bir tablo oluşturunuz. Çizilecek grafikler için değerleri bu tablodan alınız. Kuvvet F (N) Kısalma δ (mm) İlk Çap (mm) İlk Alan (mm 2 ) İlk Boy (mm) Müh Gerilmesi (MPa) Müh Gerinimi e (mm/mm) Gerçek Gerilme (MPa) Gerçek Gerinim (mm/mm) F 1 δ 1 F 2 δ 2.... F F 6 5 F F (kn) Tablo 1. Örnek tablo 4 F 3 F 2 F 1 Şekil 1. Örnek Kuvvet Uzama Diyagramı δ 1 δ 2 δ 3 δ 4 δ 5 δ 6 δ (mm) c) Basma deneyinin aynı ölçülerde bildiğiniz herhangi bir sonlu eleman analiz programında (Solidworks simulation, Ansys ) elastik malzeme modeliyle analizini gerçekleştiriniz. Deneysel değerlerle sayısal değerleri karşılaştırınız. Malzeme modeli için Elastisite modülünü (E [GPa]) diyagramlardan çıkartabilirsiniz. Poisson oranı () için çelik malzemenin değerini kullanabilirsiniz.

2.5. EMİSYON ÖLÇÜM DENEYİ 1.DENEYİN AMACI Egzoz gazı kirleticilerinin ölçüm yöntemlerinin, sınır değerlerinin incelenmesi ve emisyon kontrol yöntemlerinin tanıtılması. 2. GENEL BİLGİLER Egzoz gazında bulunan ve havayı kirleten bileşenler, egzoz gazı kirleticileri diye adlandırılır. Bu bileşenlerden bazıları: Hidrokarbonlar Karbon monoksit Karbon dioksit Nitrojen oksitler Kükürt dioksit Fosfor Kurşun ve diğer metaller Taşıtlarda kirletici özelliği çok sayıda faktöre bağlıdır. Bunlar; motor türü, kullanılan yakıt türü, aracın yaşı, aracın bakım durumu, motor teknolojisi, aracın çalışma modu, yük durumu, trafik ve yol koşulları da etken parametrelerdir. Türkiye de karayolu taşıtları için uyulması gerekli sınır TSE 11365 ve 11366 da belirtilmiştir. 3. DİZEL MOTORLU TAŞITLAR Dizel motoru, içten yanmalı bir motor tipidir. Dizel motor oksijen içeren bir gazın (genellikle bu atmosferik havadır) sıkıştırılarak yüksek basınç ve sıcaklığa ulaşması ve silindir içine püskürtülen yakıtın bu sayede alev alması ve patlaması prensibi ile çalışan bir motordur. Bu yüzden benzinli motorlardan farklı olarak ateşleme için bujiye ve yakıt oksijen karışımını oluşturmak için karbüratöre ihtiyaç yoktur. Dizel yakıtı ile çalışan sıkıştırma ile ateşlemeli motora sahip taşıtlar dizel motorlu taşıtlar olarak adlandırılır. Dizel motorlarda yanma odasına giren yakıt homojen olacak bir şekilde yanmaz. Bunun sonucunda ortama çok fazla sera etkisi yapacak gazlar verilir. Bunun kontrolü son yıllarda Dizel motoru üreticilerinin en büyük sorunlarından birisi haline gelmiştir. Avrupa Birliğinin almış olduğu karara göre Ocak 2014'de Euro VI standartları Avrupa'da devreye girecektir. Emisyon değerlerini düşürmek için ise araştırmalar hala devam etmektedir. NADI konsepti diye tabir edilen bir uygulama ile emisyon değerleri düşürülerek performans artışı da kayda değer bir şekilde artmaktadır. Bu uygulama ile enjeksiyon açıları düşürülerek küresel ısınmaya etkisi olacak gazların oluşumu bir nebze olsun azaltılmaktadır. Taşıtların egzoz gazındaki kirleticilerin ölçülmesi ve kirleticilerin belirli sınırlar içinde tutulması gerekmektedir. Dizel motorlu taşıtlarda duman ölçer (opasimetre) aracılığıyla duman koyuluğu veya absorpsiyon katsayısı ölçülür. Duman koyuluğu (N), egzoz gazı içerisinde bulunan parçacıkların gazdan geçen ışığın aydınlatma şiddetini (aydınlanan birim yüzey için ışık akısını) azaltma yüzdesidir. Tam şeffaf gaz için duman koyuluğu % 0 dır. Işığı tamamen absorbe eden yani geçirgen olmayan gaz için duman koyuluğu % 100 dür. Işık absorpsiyon

katsayısı (K) ise egzoz gazı içerisinde bulunan şeffaf olmayan parçacıkların gazdan geçen ışığın aydınlatma şiddetinin (aydınlanan birim yüzey için ışık akısının) azalmasıyla ilgili bir katsayıdır ve birimi m-1 dir. Ölçüm esnasında motor 10 dakika süreyle çalıştırılarak normal çalışma sıcaklığına gelmesi beklenir. Taşıtın egzoz donanımının sağlam olması ve çıkış ucu dışında hiçbir yerinden gaz kaçırmaması gerekir. Regülatörün çalışıp çalışmadığını kontrol etmek için motorun rölanti hızından 2500 dev/dak ya çıkması sağlanır ve bu hızda 20 s çalıştırıldıktan sonra en yüksek hıza çıkarılır. Duman ölçer sondasının egzoz borusu içerisine tamamen girmesi sağlanır ve böylece dış havanın sondaya girmesi önlenir. Serbest ivmeli absorpsiyon katsayısının ölçümüne başlanırken duman ölçerin kullanma talimatına uygun olarak gaz pedalına tam gaz konumuna gelecek şekilde sonuna kadar basılır. Motorun rölanti hızından en büyük hıza (regülatörün yakıt kesme hızına) erişmesi beklenir. Bu hıza erişince 2 s daha beklenir. Regülâtörün devreye girmesinden sonra cihazdan ölçüm değeri alınır. Daha sonra gaz pedalı serbest bırakılarak motorun normal rölanti hızına dönmesi sağlanır. Bu işlem üç defa tekrarlanır. Sonuncu denemeden sonra dört ölçümün ortalaması sınır değerde veya daha düşük değerde kirletici değeri standartlara uygundur. Bulunan değer sınır değerinin üzerinde ise en fazla altı ölçüm değeri daha alınarak ortalama değer bulunur. Bu ölçüm maksimum hız için yapılacaktır. Ayrıca rölanti, hızlanma durumu (2000 dev/dak dan 2500 dev/dak ya çıkana kadar), yavaşlama durumu (2500 dev/dak dan 2000 dev/dak ya düşene kadar) ve orta devirde kararlı halde (2500 dev/dak) için ölçümler alınır. 4. BENZİN MOTORLU TAŞITLAR Benzinli motor, bir tür içten yanmalı motordur. Yakıt dizel motordan farklı olarak karbüratör adı verilen bir düzenek sayesinde, sıvı olarak değil buharlaşıp hava ile karışarak silindire girer. Benzin yakıtı ile çalışan buji ateşlemeli motora sahip taşıtlar benzin motorlu taşıtlar olarak adlandırılır. Benzinin oksijen (hava) ile oluşturduğu karışım sonucunda yanma gerçekleşir. Yakıt hava karışımının silindirin içinde bir kıvılcım (buji yardımıyla) ile yanması sonucu bir patlama meydana gelir. Burada yine dizel motordan farklı yanmayı sağlamak için kıvılcım yani buji kullanılır. Patlamanın ortaya çıkardığı basınç, piston tarafından hareket enerjisine dönüştürülür. Egzoz gazı sınır değerleri maksimum kütlesi 3.5 tonu geçmeyen taşıtlar için geçerlidir. Yanma işleminde reaksiyona giren hava kütlesinin yakıt kütlesine oranına hava / yakıt oranı denir. Gerçek hava / yakıt oranının teorik hava / yakıt oranına bölümü hava fazlalık katsayısı (HFK) olarak adlandırılır. Egzoz gazındaki kirleticileri zararsız veya daha

az zararlı bileşenlere dönüştürmek amacıyla bir taşıtın egzoz sistemine yerleştirilen reaktöre katalitik dönüştürücü denir. 5. KATALİTİK KONVENTÖR Katalitik konvertör ya da katalitik dönüştürücü, motorların egzozlarındaki (dışarı verdikleri gaz) çevreye zararlı maddeleri daha az zararlı maddelere dönüştüren aygıt. En yaygın uygulaması otomobillerdedir. Bir katalitik konvertörün yaptığı, tam olarak yanmamış hidrokarbonlara ikinci bir yanma ve kirletici gazlara bir indirgenme ortamı sağlamaktır. Bu yanma ve indirgenme birtakım katalizörler (platin, palladyum ya da rodyum) kullanılarak yapılır. İkinci yanma işlemi motor dışında gerçekleştiğinden bundan işe dönüştürülebilir enerji elde edilmez. Üç yollu bir katalitik konvertörde aşağıdaki üç tepkime eşzamanlı olarak meydana gelir: Karbon monoksitin yakılarak karbon dioksite çevrilmesi: 2CO + O2 2CO2 Azot oksitlerin azota indirgenmesi: NOx O2 + N2 Yanmamış hidrokarbonların (yani yanmamış yakıtın) karbon dioksit ve suya dönüştürülmesi, yani yakılması: CxHy + no2 xco2 + mh2o Bu üç tepkime, dengeli çalışma noktasında, yani yakıt-hava karışımı ne zengin ne de fakirken dengededir. Fakir karışımla çalışılırken yukarıdaki ilk iki tepkime üçüncüsünden daha çok gerçekleşir. Zengin karışımla çalışılırken ise üçüncü tepkime diğer ikisinden daha çok gerçekleşir, yani karışımın zengin olması nedeniyle tam olarak yanamayan yakıt, katalitik konvertörde yakılır. Katalitik Konvertör kanalları Platin, Paladyum, Rodyum ve Seryum ile kaplanmıştır. Konvertör içindeki Paladyum ve Platin HC ve CO lerin oksitlenmesini, Rodyum ise NOx 'lerin indirgenmesini sağlar. Seryum ise zengin ve fakir çalışma esnasında değişiklik gösteren oksijen miktarını, oksijeni depolayarak gerekli miktarda katalizörde tutmaya yarar. 6. EGR (EGZOZ GAZI RESİRKÜLASYONU) SİSTEMİ İçten yanmalı motorlardan atmosferi kirleten temel üç kirletici CO, HC, NOx lerdir. Bu kirletici oranlan H/Y oranıyla doğrudan orantılıdır. Bunun içindir ki H/Y oranını değiştirerek CO ve HC oranlan kontrol altına alınmaktadır. Fakat yanma sonu sıcaklığının artması sonucu NOx oranında artış diğer kirleticilerle ters orantılı olduğundan büyük sorunlar ortaya çıkmıştır. Motorlarda NOx (nitrojen oksit) emisyonlarını kontrol edebilmek için iki yol vardır. Birinci yol katalitik konvertör kullanılarak egzoz gazını kimyasal işleme tabi tutmak. Diğer yol ise yanma esnasında nitrojen oksit oluşumunu azaltmaktır. Bir kısım egzoz gazları yanma odası içerisinde tutularak NOx in kontrolü için kullanılır. Bu egzoz gaz resirkülasyonu (geri dönüşüm- EGR) ile sağlanır. H/Y oranı 15/1 oranına getirildiği zaman nitrojenin oksitlenmesi daha da artmaktadır ve NOx oranında büyük bir artış görülmektedir. H/Y oranını 18/1 veya 20/1 seviyelerinde tuttuğumuz zaman yanma sonu sıcaklığı düştüğü için NOx miktarında da düşme meydana gelmektedir. Öte yandan karışım oranının fakirleşmesinden dolayı da motor performansında büyük bir düşme meydana gelmektedir. Silindir içine giren havanın içeriğindeki gazlar: %75.5 Nitrojen ve %23 ise oksijenden oluşmaktadır. Bu iki element normal koşullarda tehlike arz etmez iken yüksek sıcaklıklarda birleşerek NOx gazını oluşturmaktadır. Bu iki elementin

silindir içinde birleşmesi 1370 C de olmaktadır. Bu yanma sonundaki sıcaklığı düşürmek amacıyla yanma odası içerisine egzoz gazları tekrar gönderilir ve egzoz gazlarının seyreltilmesi sonucu yanma sonu sıcaklıkları, dolayısıyla üretilen NOx miktarı düşmektedir. Uygulanan bu metotta karışım içine bir miktar egzoz gazı verilerek yanmayı biraz olsun kötüleştirerek yanma sonu sıcaklığını düşürmek suretiyle NOx miktarını düşürmektedir. Motor dizaynına bağlı olarak emme manifolduna giren egzoz gaz miktarı %6 ile %13 arasında değişir. Benzinli motorlarda, egzoz gazı geri dolaşımı yanma odasına emilen toplam dolgunun %10 u düzeyinde olduğundan NOx emisyonu % 50-60 kadar azalmaktadır. Zengin H/Y karışımını seyreltmek amacıyla N2, su buharı ve CO2 gazı silindir içerisine emdirilerek yanma sonunda egzoz gazlarının emisyonları azaltılmaktadır. Benzin motorunda bu yöntemin, yakıtın daha hızlı buharlaşarak karışımın oluşmasını hızlandırma ve tutuşmaya hazırlama gibi bir faydası da vardır, EGR sistemi benzinli motorların verimini arttırır. Bu şekilde, özellikle düşük yüklerde HC ve CO emisyonlarında da iyileşme elde edilmektedir. Egzoz gazlarındaki NOx miktarı, emme anındaki nitrojene, oksijenin miktarına, yanma sonu sıcaklığına ve bu sıcaklıkta kalma sürecine bağlıdır. 7. EURO NORMLARI Tüm dünyada kanun koyucular çevreyi korumak için motorlu araçların egzoz salınımlarını daha az zararlı hale getirmeye çalışmaktadır. Bu amaçla otomotiv firmalarına ürettikleri araçların egzoz gazlarındaki zararlı gazların azaltılması zorunluluğu getirilmektedir. Türkiye'de 2008 yılı itibariyle geçerli olan egzoz normu EURO 1 olup Ocak 2009'dan itibaren EURO 4 normuna geçilmiştir. Bu tarihten itibaren Türkiye'de üretilen tüm araçlar EURO 4 normuna uygun olmak zorundadır. Bir dizel motorda yakıt yandığında egzoz gazında kirletici maddeler olarak bilinen azot oksitler (NOx), karbon oksitler (COx), hidrokarbonlar (HC) ve partiküller (ince toz veya kurum) oluşur. Azot Oksitler (NOx): Yüksek sıcaklıktaki yanma sonucu oluşur. Yağmur suyuyla karışarak aside dönüşür. Karbon Monoksit (CO): Verimsiz yanma sonucu çıkar. Renksiz kokusuz, tahriş etmeyen ancak çok zehirli bir gazdır. Aynı zamanda karbondioksitten daha güçlü şekilde sera etkisine yol açar. Hidro Karbon: Yanmamış yakıttan kaynaklanan uçucu yakıt buharıdır. Parçacık Maddeler (PM): 2.5 µm den küçük, bronşları dolduran parçacıklardır. EURO emisyon normları, üretilen her birim güç için motor tarafından salınabilecek azami kirletici madde düzeyini belirlemektedir. Üretici firmalar, araçlarının çıkardığı egzoz gazının EURO normlarına uygun olmasını sağlamak zorundadır. 2008 yılı sonu itibariyle 5 farklı EURO normu tanımlanmıştır. EURO 5, en sıkı norm olup, EURO 1 e göre gazlarda %86, partiküllerde ise %98 azaltma yapılmasını şart koşmaktadır. Avrupa Birliği nde EURO normları 1990 yılından beri uygulanmaktadır ve yürürlükte olan EURO normları giderek yükseltilmektedir. 2008 yılı sonu itibariyle Avrupa Birliği nde geçerli olan norm EURO 4 tür. Ekim 2009 da ise EURO 5 normu mecburi hale gelecektir.

Türkiye de ise Ocak 2009 dan itibaren EURO 4 normu mecburi hale gelmiştir. 1 Ocak 2009 tarihinden itibaren üretilecek ya da ithal edilecek tüm araçlar EURO 4 normuna uygun olmak zorundadır. Tablo 2. Benzin Motorlu Araçlar İçin Emisyon Değerleri (* Direk Enjeksiyonlu) Tablo 3. Dizel Motorlu Araçlar İçin Emisyon Değerleri 8. YANMA DENKLEMİ Yakıtın elemanter analizi ile 1 kg yakıttaki kütle kesirleri karbon (c ), hidrojen (h ) kükürt (s ) olarak bulunmuş olsun. Yakıt 1kg alındığı için yakıtta bulunan elementlerin mol sayıları şöyle hesaplanır. C, h ve s sırasıyla karbon, hidrojen ve kükürdün mol sayıları olsun. C=c *1/12.015 mol; h=h *1/1.008 mol; s=s *1/32.064 mol Buradan yakıtın basit formülü CcHhSs olarak bulunur. Normal benzinin elemanter analizi sonucu yaklaşık; c =0,8491, h =0,1589 ve s =0.006 olarak bilinmektedir. Bu yakıtın mol kütlesi My=99 kg / kmol olup, C=0,8491*99/12.015=6,9987 kmol C / kmol yakıt H=0,1589*99/1.008=15,6 kmol H / kmol yakıt S=0.006*99/32.064=0,001825 kmol S / kmol yakıt Dolayısıyla yakıtın kapalı formülü C6.999H15.6S0.001825 olarak bulunur. Kükürt oranı çok düşük olduğu için yakıtın formülü C7H16 şeklinde düzenlenebilir.

C7H16 + λs(o2 + 3.76N2) kco2 + mh2o + nn2 λ=hava fazlalık katsayısı (HFK) ve S.k.m.n = Teorik yanma denklemindeki katsayılardır. Şekil 1. HC, NOx, CO, M, b λ İle Olan İlişkisi 9. BENZİN MOTORLU TAŞITTA EMİSYON ÖLÇÜMÜ Dizel motorlu taşıtlarda olduğu gibi rölanti hızı, maksimum güç hızı, hızlanma durumu (2500 dev/dak dan 3500 dev/dak ya çıkana kadar), yavaşlama durumu (3500 dev/dak dan 2500 dev/dak ya düşene kadar) ve orta devirde kararlı hal (3500 dev/dak) durumları için ölçümler alınacaktır. Ölçümlere başlamadan önce motor normal çalışma sıcaklığına ulaşılmalıdır. Dizelde olduğu gibi motor 10dakika çalıştırıldıktan sonra ölçümlere başlanmalıdır. Ölçüm esnasında jigle çalışır durumda olmamalıdır. Taşıt yatay zeminde olmalıdır. Egzoz sisteminde sızıntı olmamalıdır. Motor rölantide çalışırken egzoz borusu çıkışı geçici bir süre için tıkanarak bağlantı yerlerinden gaz kaçağı olup olmadığı kontrol edilmelidir. Ölçüm cihazının çalıştırıldığı yer yağmur, kar ve güneş ışığına, önemli sayılabilecek titreşimlere, ölçüm sonuçlarını etkileyebilecek seviyede korozif ve kirli atmosfere ve elektromanyetik alanlara maruz kalmamalıdır. Cihaz probu egzoz çıkış borusuna en az 300 mm girecek şekilde yerleştirilmelidir.

10. RAPOR HAZIRLANIŞI a) Deneyin amacı, içeriği ve yapılışını kısaca anlatınız. b) ECE/EC, FTP 75, STFP, Japon test çevrimlerini ve yeni avrupa sürüş çevrimi (NEDC) terimlerini açıklayınız. c) CH4, C2H2, C3H8, C8H18 ve C7H16 yakıtları için teorik tam yanma denklemini yazarak karışım oranlarını hesaplayınız. C7H16 için deneyde ölçülen ürünlerle karşılaştırınız ve farkları yorumlayınız. d) C7H8, CH3OH, C4H10, C12H24 ve C15H28 yakıtları için yüzde yüzeli hava ile yakılması durumu için yanma denklemini yazarak karışım oranlarını hesaplayınız. e) Havadaki azotun (N2) ve nemin yanma işleminin sonucu etkisi üzerindeki etkisini açıklayınız. Hava yakıt oranı, stokiometrik oran, mutlak nem, alt ısıl değer, kısmı eksik yanma, emisyon terimlerini açıklayınız.