HİDROLİK - PNÖMATİK BÖLÜM 1 HİDROLİĞE GİRİŞ Öğr.Gör. Dr. Ömer ERKAN
2 HİDROLİĞİN TANIMI Eski Yunanca da su anlamına gelen hydro ile boru anlamına gelen aulis kelimelerinin birleştirilmesinden türetilmiştir. İlk dönemlerde boru içindeki suyun davranışlarını belirlemek için kullanılmıştır. Hidrolik akışkanların mekanik hareketlerini inceleyen bilim alanıdır. Sıkıştırılamaz özellikteki akışkanların kullanıldığı, akışkanın basıncının, debisinin ve yönünün kontrol edilebildiği ve elde edilen bu enerji ile doğrusal, dairesel ve açısal hareketlerin üretildiği sistemlere hidrolik sistemler denir.
3 HİDROLİK ENERJİNİN OLUŞUMU Elektrik Enerjisi Elektrik Motoru Mekanik Enerji Pompa Hidrolik Enerji Mekanik Enerji Kumanda Elemanları
MUKAYESE Elektrik Pnömatik Hidrolik Çevre 2 1 3 Kuvvet 2 3 1 Bakım 2 1 3 Emniyet 2 1 3 Hız 2 1 3 Arıza 1 3 2
Elektrik Manyetik alan Pnömatik Gürültü Yağ Hidrolik Yağ Partiküller Asit
Elektrik Pnömatik Hidrolik
Elektrik Pnömatik Hidrolik
Elektrik Pnömatik Hidrolik
HİDROLİĞİN BÖLÜMLERİ HİDROLİK HİDROSTATİK HİDRODİNAMİK
12 BASINÇ BİRİMLERİ Basınç ölçümü bir çok ölçü sistemiyle yapılabilir. Bunların bazıları ve eşitlikleri aşağıda verilmiştir. 1 bar = 100000 N/m2 1 bar = 100 kpa 1 bar = 14.50 psi 1 bar = 10197 kgf/m 2 1 mm Hg = 1.334 mbar (yaklaşık olarak) 1 mm H 2 O = 0.0979 mbar (yaklaşık olarak)
13 HİDROSTATİK BASINÇ HİDROSTATİK BASINÇ: Kap içindeki akışkanın basıncı; akışkanın yoğunluğu, yüksekliği ve yer çekimi ivmesine bağlıdır. Yükseklikleri eşit olan aynı cins sıvıları, farklı biçimdeki kaplara koyduğumuzu düşünelim. Sıvılar tarafından kapların tabanına uygulanan statik basınç tüm kaplarda aynıdır. P1=P2=P3=P4 P =ρxhxg
ÖRNEK: Bir hidrolik presin yağ deposu presin üst kısmındadır. Kullanılan hidrolik yağının özgül kütlesi 0,75 gr/cm³ tür. Yağın üst seviyesi ile pompa girişi arasındaki yükseklik 100 cm olduğuna göre pompanın girişindeki statik basınç ne kadardır? Verilenler: ρ = 0,75 gr/cm³ = 750 kg/m³ h= 100 cm = 1 m g=9,81 m/s² İstenen: P=? Çözüm: P=hxρxg= 1x750x 9,81 P=7357,5 Pascal dır.
15 PASCAL KANUNU F Kapalı bir kap içindeki sıvıya alanı (A) kadar olan bir piston yardımıyla bir F kuvveti uygulanacak olursa kap içindeki sıvının basıncı artar. Akışkanın basıncı kabın her noktasında aynıdır.
ÖRNEK: Çapı 5 cm olan pistona uygulanan kuvvet 150 N dur. Uygulanan kuvvetin sonucunda oluşan basınç nedir?
17 PASCAL KANUNU F1 A1 A2 MODÜL F2 P= F1 A1 = F2 A2
18 PASCAL KANUNU P= F A P= F1 A1 = F2 A2
Örnek:Küçük pistona uygulanan kuvvet 40 kg ve piston kesit alanı 5 cm² dir. Büyük piston kesit alanı 200 cm² olduğuna göre büyük pistona uygulanan kuvveti bulunuz. Verilenler : F1=40 kg F2=? A1=5 cm²= 0,0005 m2 A2=200 cm² =0,02 m2 F1 x A2=F2 x A1
ÖRNEK Şekilde basit bir basınç yükseltici görülmektedir. Piston kolu dolayısıyla piston ön ve arka yüzdeki alanların farklı olması P 2 basıncının P 1 basıncından daha büyük değerlerde olmasına sebep olmaktadır. D=20 cm, d=15 cm ve P 1 =8 bar olduğuna göre yükselme oranını (P1/P2) ve istenen P 2 basıncını bulunuz.
21 TEMEL PRENSİPLER (Süreklilik Denklemi) Bir hidrolik sistemde akışkanın debisi tüm kesitlerde aynıdır (Q=sabit). Q= A.V A1 V1 V2 A2 A=Boru kesiti V=Akış hızı MODÜL Q1= A1.V1 Q2= A2.V2 Q= A1.V1=A2.V2
Örnek : Çapı 3cm olan borudan geçen hidrolik akışkanın ortalama hızı 3 m/s dir. Aynı sistem içinde akışkan 6 cm lik boru çapından geçerken hızı ne olur?
23 TEMEL PRENSİPLER Enerjinin korunumu ilkesine göre; enerji yaratılamaz ya da yok edilemez. Ancak şekil değiştirir. Basınçtan kaynaklanan potansiyel enerji (P) Seviye farkından kaynaklanan potansiyel enerji (.h.q) Akışkanın hızından kaynaklanan kinetik enerji (akışkanın hızı ve kütlesiyle orantılıdır) E= Potansiyel enerji + Kinetik enerji BERNOULLİ DENKLEMİ (sürtünme kayıpları ihmal edilmiştir)
24 TEMEL PRENSİPLER Bernoulli denklemine göre; toplam enerji sabit olduğuna göre, kesit daralınca akış hızı (kinetik enerji) artarken, basınç (potansiyel enerji) düşer.
25 TEMEL PRENSİPLER Bernoulli denklemine göre; akışkanın hızının sabit kalacağını düşünürsek (kinetik enerji); basıncın da sabit kalması gerekir (potansiyel enerji), ancak basıncın düştüğü gözlenir. Sürtünme kuvvetinin etkisiyle etkisiyle basınç düşer.
Hidrolik Basınç Yükselticiler -Akışkanların basınçlarını 2 kat arttıran devre elemanlarıdır. -Kesit ölçüleri birbirinden farklı iki pistonun bir kol ile birbirine bağlanması ile oluşur. -Giriş kısmından giren (P1) basıncı, çıkışta (P2) basıncı ile iki katına çıkar. -Girişte kullanılan akışkan veya hava olabilir. Büyük kuvvetlerin itilmesi gereken yerlerde kullanılabilir.
F1=F2 olduğundan, F1=P1 x A1, F2=P2 x A2 buradan P1 x A1=P2 x A2 şeklinde ifade edilebilir.
29 BASİT PRESLER Basit presler hidrostatik prensibine göre çalışırlar. Kuvvetin uygulandığı kuvvet silindirinin çapı küçük, işin üretildiği, sıkıştırma ve presleme işleminin yapıldığı iş silindirinin çapı büyüktür. Akışkanın iş silindirine aktarılması iki çek valf yardımı ile gerçekleşir. Birisi yağı depodan emer, diğeri ise emilen bu yağı iş silindirine basar. Kuvvet pistonu yukarı doğru hareket edince emme olayı gerçekleşir, kuvvet pistonu aşağı doğru inince emme işlemi biter. Kuvvet kolu aşağıya doğru bastırıldığında basma olayı gerçekleşir, emiş yapan çek valf kapanır ve basma görevini yapacak olan ikinci çek valf açılır ve akışkanı iş silindirine basar. Kuvvet pistonu yukarıya hareket ettirildiğinde basma işlemini yapan valf kapanır ve emme görevini yapan valf açılarak hazneden yağ emerek hazneden yap emip kuvvet silindirinin içini yağla doldurur. 1. Akış kontrol valfi 5. Yağ deposu 2. Emme çek valfi 6. Pres kolu 3. Yağın depoya dönüş hattı7. Kuvvet silindiri 4. Basma yapan çek valf 8. İş silindiri
AKIŞ ŞEKİLLERİ Akış Laminer ve türbülanslı olarak 2 şekilde incelenir. Akışkan düz boru içerisinde ve belli bir hızda düzenli silindirik tabakalar halinde hareket eder. Boru iç çeperinden dışına doğru bu tabakalrın hızı artar ve eksene en yakın olan tabakanın hızı en yüksektir.
AKIŞ ŞEKİLLERİ Akışkan hızı arttıkça belli bir hızdan sonra akışkan parçacıklarının hareketi düzensizleşir.bu şekilde parçacıklar birbirlerinin hareketini engelleyerek türbülans oluştururlar. Bu ise ana akışta enerji kaybına neden olur. Hızdan başka, kesit daralması, boru iç yüzey pürüzlülüğü, dirsek sayısı ve derecesi de türbülans oluşmasına etki eder... Türbülans, akışkan basıncının artmasına, ısınmaya ve güçkaybına neden olur
AKIŞ ŞEKİLLERİ Düzgün bir boruda akış şeklini matematiksel olarak belirlemek için Reynolds sayısı kullanılır. v: akışkan hızı d: boru çapı <: kinematik viskozite vd Re= < Bu formül ile hesaplanmış bir Re değeri için: Hidrolik sistemlerde türbülanslı akışın neden olduğu sürtünme kayıplarını önlemek için Re=2300 değerinin aşılmaması gerekir. Laminer akış:re<2300 Türbülanslı akış:re>230
33 ÖRNEK PROBLEMLER 1. Basit bir hidrolik presin kesit alanı 10 cm 2, pistona uygulanan kuvvet 80 kg dır. İş pistonunun kesit alanı 40 cm 2 dir. Buna göre; a) Uygulanan kuvvet sonucu meydana gelen basıncı b) İş pistonunda üretilen itme kuvvetini c) Kuvvet pistonu 120 mm aşağıya indiğinde, iş pistonunun ne kadar yukarı kalkacağını hesaplayınız.
34 ÖRNEK PROBLEMLER 2. Şekilde görülen el presinde kuvvet pistonunu aşağıya iten manivela koluna 100 N luk bir kuvvet uygulanmakta, ve sıkıştırılma işlemi yapılmaktadır. Kuvvet pistonunun kesit alanı 25 cm 2 ve iş pistonun kesit alanı 125 cm 2 dir. Buna göre ; a) Kuvvet pistonun iten kuvveti b) Etki eden kuvvet sonucu haznedeki yağın basıncı c) İşi sıkıştıran kuvveti d) İş pistonunun yükü 52 mm yukarıya kaldırabilmesi için kuvvet pistonunun ne kadar aşağıya inmesi gerekir? Hesaplayınız.
35 ÖRNEK PROBLEMLER 3. Şekilde görülen mekanizma ile pnömatik silindire basınçlı hava gönderilerek iş parçası sıkılmaktadır. Çalışma basıncı 6 bar olup, piston çapı 100 mm, silindir verimi %86 dır. Buna göre işi sıkmaya yarayan kuvveti hesaplayınız.
36 ÖRNEK PROBLEMLER 4. Şekildeki basınç yükseltici silindirin büyük piston yüzeyine 6 bar basıncında hava etki ettrilmekte ve içinde yağ bulunan küçük çaplı silindirin basıncı yükseltilmektedir. Bu basınç yükselticide pnömatik silindirin verimi %90 olduğuna göre ; a) Büyük çaplı pnömatik silindirde üretilecek kuvveti b) İçinde yağ bulunan hidrolik silindirdeki yağın basıncını c) Çıkışta elde edilecek pistonun itme kuvvetini hesaplayınız.
37 BÖLÜM 1 SONU BÖLÜM 2 HİDROLİK SİSTEM TANIMI
38