Pamukkale Üniversitesi Makine Mühendisliği Bölümü MENG 219 Deney Föyü Deney No: Deney Adı: Deney Sorumluları: Deneyin Amacı: X Basınç Ölçümü Doç. Dr. Kadir Kavaklıoğlu ve Araş. Gör. Y Bu deneyin amacı basınç kavramının, basınç birimlerinin ve temel basınç ölçümlerinin öğretilmesidir. 1. Temel Bilgiler Basınç kavramı: Durgun akışkanlara etkiyen kuvvetler normal (dik) ve teğetsel bileşenlerine ayrılarak incelenir (Şekil 1). Bu şekle göre, basınç birim alana etkiyen dik kuvvet olarak tanımlanır. F n F da F t Şekil 1: Kuvvet ve basınç ilişkisi. Her ne kadar kuvvet vektörel bir büyüklük olsa da sadece dik bileşen kullanıldığı için basınç skaler bir büyüklüktür. Bu yüzden durağan bir akışkanda verilen bir noktadaki basınç yönden bağımsızdır, yani her yönde aynıdır. SI sisteminde kuvvetin birimi (N) ve alanın birimi (m 2 ) olduğu için, basıncın birimi N/ m 2 dir. Bu birimin SI sistemindeki özel adı Pascal dır ve (Pa) olarak kullanılır. (1.1) (1.2)
Uygulamalar için bu basınç birimi oldukça küçük olduğu için kpa (= 10 3 Pa) yada MPa (= 10 6 Pa) kullanılır. Günlük hayatımızda 10 5 Pa seviyeleri sıkça görüldüğü için bu büyüklük (bar) olarak tanımlanmıştır. Mühendislik uygulamalarında sıkça karşılaştığımız bir başka basınç ise deniz seviyesindeki atmosfer basıncıdır, P atm ile gösterilir ve bir diğer basınç birimi olan (atm) nin temelini oluşturur. (1.3) Bunun yanısıra bazen basınç eşdeğer su sütunu yüksekliği cinsinden verilebilir. Son olarak İngiliz sisteminde basınç birimi psi olarak kullanılır ve birçok tesiste basınç ölçerlerde bu birim karşımıza çıkabilir. (1.4) (1.5) (1.6) Mutlak basınç, etkin basınç ve vakum basıncı: Yukarıda anlatılan tanıma uyan basınç ölçümleri mutlak basınç olarak bilinir ve genellikle P veya P mut ile sembolize edilir. Mutlak basıncın referans noktası mutlak sıfır basınçtır. Mutlak sıfır basınç tek bir akışkan atom yada molekülünün bile bulunmadığı durumda oluşur. Ancak çeşitli uygulamalarda basınç ölçerler mutlak basıncı değil de mutlak basıncın atmosfer basıncından olan farkını verirler. Eğer mutlak basınç atmosfer basıncının üstündeyse bu farka etkin basınç denir ve P etk ile gösterilir. Eğer mutlak basınç atmosfer basıncının altındaysa bu farka vakum basınç denir ve P vak ile gösterilir (Şekil 2). (1.7) P etk P abs P atm P vak P abs P abs =0 Şekil 2: Vakum basıncı ve etkin basınç.
Basıncın derinlikle değişimi: Verilen bir durağan akışkan içerisindeki basınç derinlikle artar. Verilen herhangi iki nokta arasındaki basınç farkı şu şekilde verilir: Burada, akışkanın yoğunluğu, g yerçekimi ivmesi ve z ise iki noktanın derinlik farkıdır. Bazı durumlarda derinlik referansı akışkanın serbest yüzeyi olarak alınır ve bu serbest yüzey atmosfere açıktır ve dolayısı ile serbest yüzeydeki basınç atmosfer basıncıdır (Şekil 3). Bu durumda akışkan içindeki basınç, derinlik olan z nin fonksiyonu olarak şu şekilde verilir. (1.8) ( ) (1.9) ( ) (1.10) P atm z=0 z P(z) Şekil 3: Basıncın derinlikle değişimi. Basınç ölçümü - Manometre: U-tüpü manometreler en temel basınç ölçüm cihazlarındandır. Şekil 4 te bir ucu basıncı ölçülmek istenen bir gaz kabına, diğer ucu ise atmosfere açık bir manometre görülmektedir. Manometrelerin temel prensibi basıncın derinlikle değişimidir. Bu sistemde sıvı sütunu yükseklikleri ölçülerek istenilen basınç bulunur. Gazların yoğunluğu sıvılarınkine göre çok küçük olduğu için, bu tür problemlerde gaz basıncının derinlikle değişmediği varsayılabilir. Şekil 4 e göre, ölçülmek istenen P basıncı (1) noktasındaki basınca eşittir. Aynı şekilde (3) noktasındaki basınç ise atmosfer basıncı P atm dir. Basınç sadece derinlikle değiştiği ve (1) ile (2) noktalarının derinliği eşit olduğu için (2) noktasındaki basınç ta P dir. (3) noktasından (2) noktasına kadar basınç derinlikle artacaktır.
P atm P Gaz 3 Şekil 4: Basit U-tüpü manometre. (1.11) (1.12) (1.13) Basınç ölçümü Bourdon Tüpü: Bu ölçüm sistemi C şeklinde metal bir tüp içerir (Şekil 5). Şekil 5: Bourdon tüpü. Bourdon tüpünün alt ucu sabittir ve basıncı ölçülmek istenen sisteme bağlanır. Tüp içindeki basınç, oluşturduğu kuvvetler nedeniyle tüpü açmaya doğru hareket ettirir. Tüpün hareket miktarı basınç ile orantılıdır. Tüpün hareket eden diğer ucu şekildeki gibi bir düzenek ile bir ibreye bağlanır. Kalibrasyon işlemi ile ibrenin doğru basınçları göstermesi sağlanır.
2. Deneyin Yapılışı Bourdon Tüpü Deneyi: Şekil 6: Bourdon tüpü deney düzeneği. Piston alanını bulup not ediniz. Piston ve platform kütlesini bulup not ediniz. Piston ve platformu silindir içine yavaşça yerleştirip basıncı not ediniz. Platform üzerine değişik kütleler yerleştirerek basıncı not ediniz.
U-tüpü Manometre Deneyi: Şekil 7: U-tüpü Manometre Deney Düzeneği. Basınç kaynağını U-tüpü manometreye bağlayınız. Aynı kaynağı Bourdon tüplerine bağlayınız. Değişik kaynak basınçları için sıvı sütunu yüksekliklerini ve Bourdon ölçümlerini not ediniz. Aynı işlemleri değişik vakum basınçları için tekrarlayınız. 3. Rapor Şablonu Ekte verilmiştir.
Pamukkale Üniversitesi Makine Mühendisliği Bölümü MENG 219 Deney Raporu Öğrenci No: Ad-Soyad-İmza: Deney No: X Deney Tarihi: Deney Adı: Basınç Ölçümü Grup No: Bourdon Tüpü Deneyi: Piston Alanı: Platform Kütlesi: Basınç: Ölçülen Basınç Hesaplanan Basınç No Kütle (kg) kpa kpa atm mm H 2O psi 1 2 3 4 Hesaplama ve Açıklamalar:
U-Tüpü Manometre Deneyi: 1. Etkin Basınç: U-Tüpü Manometre Bourdon Tüpü No mm H 2O kpa atm psi mm H 2O kpa atm psi 1 2 3 4 2. Vakum Basıncı: U-Tüpü Manometre Bourdon Tüpü No mm H 2O kpa atm psi mm H 2O kpa atm psi 1 2 3 4 Hesaplama ve Açıklamalar: