VANTİLATÖR DENEYİ Deneyin amacı Pitot tüpü ile hız ve debi ölçümü; Vantilatör karakteristiklerinin devir sayısına göre değişimlerinin belirlenmesi Deneyde vantilatör çalışma prensibi, vantilatör karakteristiklerinin incelenmesi, vantilatörün çeşitli devir sayılarında verimlerinin hesaplanması, benzerlik kuralları ve deneysel sonuçlar kullanılarak vantilatör karakteristiklerinin hesaplanması hakkında bilgi verilecektir. Giriş Akışkandan mekanik enerji çeken cihazlara türbin, mekanik enerji aktaran cihazlara genel olarak pompa denilmekte ve bu tür cihazların hepsi birden akım makinaları olarak ele alınmaktadır. Sıvıları transfer eden makinalar pompa olarak adlandırılmakta, gazlar için ise uygulama alanlarına ve sağladıkları basınç ve debiye göre fan, üfleç ve kompresör olarak sınıflandırılmaktadır. Fanların akışkana kazandırdıkları basınç farkı düşük ancak sağladıkları debi yüksektir. Kompresörlerde basınç farkı yüksek olup debisi ise çok daha düşük seviyelerdedir. Üfleçler ise orta seviyede basınç farkı ve debi sağlarlar. Fan ve üfleçler birlikte vantilatör olarak da adlandırılmaktadır. Bir pompa veya fan); mil işini genellikle bir elektrik motorundan) alarak akışkana mekanik enerji olarak aktaran cihazlardır. Enerji soğuran düzenekler olarak da tanımlanan bu cihazların amacı akışkana enerji vermek ve böylece basıncını yükseltmektir. Süreklilik denklemi nedeniyle aynı giriş çıkış kesit alanına sahip bir pompa boyunca akışkanın hızının arttırılması olmamaktadır. Ancak akış, akışkana pompa ile kazandırılan bu basınç farkı nedeniyle oluşmaktadır. ***** Deneye gelmeden önce pompa karakteristikleri ve pompa performans eğri grafikleri ile enerji denklemi konularına çalışılmalıdır. Deneyde kullanılan cihazlar Rüzgâr tüneli fan) Mikromanometre Frekans inverter Pitot tüpü Bu cihazların görevleri araştırılıp deney raporunda cihazlar hakkında deneyle ilgili olarak kısa bilgiler verilmelidir. Deneyin Yapılışı Deney emmeli tip rüzgar tünelinin eksenel fanı kullanılarak gerçekleştirilmektedir. Fan tarafından akışkana aktarılan basınç farkı akışın oluşmasını sağlamaktadır. Bu basınç farkının oluşturacağı debi sistemin ihtiyaç duyduğu gerekli yük ile ilişkilidir. Akış debisi; fanın kullanılabilir yük eğrisi ile sistemin gerekli yük eğrisinin çakıştığı fanın çalışma noktasındaki debidir. Fanın oluşturduğu debi, kanal rüzgar tüneli) boyunca sabit kalacağından ve basınç farkının düşük olması nedeniyle kanal içerisinde herhangi bir kesitten hacimsel debi elde
edilebilir. Deneyde debi ölçümü, test bölgesinde pitot tüpü ile hız ölçümü yapılarak belirlenmektedir. Fan karakteristiklerinin belirlenmesi için pompa giriş ve çıkışında mikro manometre ile basınç ölçümü yapılmaktadır. Ayrıca fanın devir sayısı ve elektrik motorunun kullanılan gücü motor kontrolöründen frekans inverter) okunmaktadır. Şekil 1:Deney düzeneği Fan karakteristikleri; Hacimsel debi: Net yük: Akışkana aktarılan güç: N Verim: Akışkan yoğunluğu; Bilinenler: Fan çapı=70cm P atm =mikromanometre ile ölçülmekte T ort = mikromanometre ile ölçülmekte Elektrik motorunun nominal gücü:
Deneysel hesaplamalar Hacimsel debinin hesaplanması; Pitot tüpü ile rüzgâr tünelinin test bölgesinin ortasında hız ölçümü yapılmaktadır. Hız ölçümü yapılan kesitte hızın neredeyse tamamen üniform olması nedeniyle hız ile kesit alanının çarpımı hacimsel debiyi vermektedir. Burada test bölgesi duvarında oluşan sınır tabakanın ortalama hız üzerine etkisini bertaraf etmek için V pitot hızı, düzeltme katsayısı ile çarpılmaktadır.[ V ort = V pitot ] Pitot tüpü test bölgesindeki toplam basınç ve statik basıncı arasındaki farkı ölçmektedir. Bu fark ) akışın dinamik basıncı vermektedir. Bernoulli denkleminde basınç farkının yani dinamik basıncın karşılığı olan hız aşağıdaki denklemde belirtilmiştir. ) ) Q pitot = Q fan Hidrolik yükün hesaplanması; Enerji denklemini hidrolik cinsinden yazacak olursak pompanın akışkana sağladığı hidrolik yük enerji denkleminin fanın giriş ve çıkışına uygulanmasıyla aşağıdaki bağıntılarla hesaplayabiliriz. Fan giriş çıkışında akışın yatay yönde olması nedeniyle yüksek farkı yoktur. Aynı zamanda fanın giriş ve çıkış çapı aynı olduğundan, süreklilik denkleminden hızların giriş ve çıkışta eşit olduğunu söyleyebiliriz. O halde fanın akışkana kazandırdığı hidrolik yük; Fanın akışkana kazandırdığı gücün hesaplanması; Fan-motor sisteminin veriminin hesaplanması;
Benzerlik kuralı kullanılarak parametrelerin hesaplanması; Deneyde fan üç farklı devir sayısında çalıştırılarak bu devirlerdeki pompa karakteristikleri deneysel veriler kullanılarak hesaplanacaktır. Daha sonra her bir devir için teorik pompa karakteristikleri diğer iki debide elde edilen deneysel sonuçlar kullanılarak elde edilecektir. Hız ile devir sayısı arasındaki bağıntı; Hacimsel debi ile devir sayısı arasındaki ilişki; Hidrolik yük ile devir sayısı arasındaki ilişki; ) ) Güç ile devir sayısı arasındaki ilişki; [ ) ] [ ) ] Hacimsel debinin hesaplanması; Akışkana aktarılan hidrolik yükün hesaplanması; Fanın akışkana aktardığı gücün hesaplanması;
TABLO: ΔP pitot ΔP fan % Motor Deneysel sonuçlar Teorik sonuçlar [Pa] [Pa] kapasitesi Q[m 3 /] H[m] N[W] η Q[m 3 /s] H[m] N[W] n 1 = n 1 Q 12 H 12 n 1 Q 13 N 13 n 2 = n 2 Q 21 H 21 n 2 Q 23 N 23 n 3= n 3 Q 31 H 31 n 3 Q 32 N 32 Bütün değerleri hesaplayıp doldurunuz. Hacimsel debiye bağlı olarak verim, hidrolik yük, ve gücün değişimini bir grafik üzerinde gösterip yorumlayınız. Simgeler n=devir/dakika V ort =test bölgesindeki ortalama hız D:Fan çapı H: Hidrolik yük N:Güç P:basınç farkı Q:Hacimsel debi A:Kesit alanı P fan : Pompanın giriş ve çıkışı arası basınç farkı P pitot : Test bölgesindeki dinamik basınç N fan-faydalı : Motorun akışkana kazandırdığı güç η fan :Fan verimi N elektrik motoru : fan motorunun harcadığı güç N mil : Fana giren güç N fan faydalı : Fanın akışkana kazandırdığı güç ρ:hava yoğunluğu P atm : atmosfer basıncı T ort : ortam sıcaklığı R:ideal gaz sabiti Q pitot : test bölgesinden gecen akış debisi Q fan : fan kesitinden gecen akış debisi N nominal : Fan motorunun nominal gücü α:düzeltme katsayısı h fan : Fanın akışkana kazandırdığı hidrolik yük z g :Akışkanın fana giriş yüksekliği z ç : Akışkanın fandan çıkış yüksekliği g:yerçekimi ivmesi P ç : Fandan çıkış basıncı P g : Fana giriş basıncı V ç : fandan çıkış hızı V g : fana giriş hızı
T: Tork