35
T.C. KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MAKİNA MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ PNÖMATİK SİSTEMLERDEKİ YEREL KAYIPLARIN BELİRLENMESİ İÇİN SİSTEM TASARIMI VE İMALATI BİTİRME ÇALIŞMASI Barış ARSLAN Muhammed Bekir BİLGİLİ Çağrı İRTEKİN Resul Burak KURNAZ HAZİRAN 2018 TRABZON

T.C. KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK … · pnömatik denir. Hidrolikte enerji iletimi yağ ve su gibi daha yoğun akışkanlar gerçekleştirirken pnömatikte

  • Upload
    others

  • View
    4

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: T.C. KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK … · pnömatik denir. Hidrolikte enerji iletimi yağ ve su gibi daha yoğun akışkanlar gerçekleştirirken pnömatikte

T.C.

KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ

MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ

MAKİNA MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

PNÖMATİK SİSTEMLERDEKİ YEREL KAYIPLARIN BELİRLENMESİ İÇİN

SİSTEM TASARIMI VE İMALATI

BİTİRME ÇALIŞMASI

Barış ARSLAN

Muhammed Bekir BİLGİLİ

Çağrı İRTEKİN

Resul Burak KURNAZ

HAZİRAN 2018

TRABZON

Page 2: T.C. KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK … · pnömatik denir. Hidrolikte enerji iletimi yağ ve su gibi daha yoğun akışkanlar gerçekleştirirken pnömatikte

T.C.

KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ

MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ

MAKİNA MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

PNÖMATİK SİSTEMLERDEKİ YEREL KAYIPLARIN BELİRLENMESİ İÇİN

SİSTEM TASARIMI VE İMALATI

Barış ARSLAN

Muhammed Bekir BİLGİLİ

Çağrı İRTEKİN

Resul Burak KURNAZ

Jüri Üyeleri

Danışman: Doç. Dr. Yücel ÖZMEN ...………….

Doç. Dr. Mete AVCI ..………….

Üye : Doç.Dr. Mete AVCI ..……….

Üye : Prof. Dr. Burhan ÇUHADAROĞLU ..……….

Bölüm Başkanı: Prof. Dr. Burhan ÇUHADAROĞLU

HAZİRAN 2018

TRABZON

Page 3: T.C. KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK … · pnömatik denir. Hidrolikte enerji iletimi yağ ve su gibi daha yoğun akışkanlar gerçekleştirirken pnömatikte

ÖNSÖZ

Günümüzde pnömatik sistemler etkin olarak kullanılmaktadır. Bu sistemlerin daha

verimli çalışması ve enerji kayıplarını en aza indirmek amacıyla çeşitli iyileştirmeler bilim

adamları tarafından yapılmaktadır. Bilimsel olarak yapılan bu iyileştirmelerin deney

düzeneklerinde denenmesi ölçümler yapılabilmesi, buradan alınan veriler ile bu sistemlerin

denenerek iyileştirilip uygulamaya geçilmesi ve okullarda eğitim amacıyla deney

düzeneklerinin kullanılmasının önemi büyüktür. Yapılan deney düzeneği ile enerji kayıplarını

en az seviyeye indirmek amaçlanmış ve tasarım şekillendirilmiştir.

Öncelikle bu çalışmanın hazırlanmasında bizi yönlendiren, yardım ve desteğini

esirgemeyen danışman hocalarımız Doç. Dr. Yücel ÖZMEN ve Doç. Dr. Mete Avcı’ya

teşekkürlerimizi sunarız.

(Çağrı İRTEKİN)

(Barış ARSLAN)

(Muhammed Bekir BİLGİLİ)

(Resul Burak KURNAZ)

Trabzon 2018

Page 4: T.C. KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK … · pnömatik denir. Hidrolikte enerji iletimi yağ ve su gibi daha yoğun akışkanlar gerçekleştirirken pnömatikte

İÇİNDEKİLER

Sayfa No

ÖNSÖZ........................................................................................................................... III ÖZET.............................................................................................................................. V SUMMARY …...…........................................................................................................ VI ŞEKİLLER DİZİNİ ………….....................................................................................VII TABLOLAR DİZİNİ ................................................................................................... VIII SEMBOLLER DİZİNİ .................................................................................................. IX

1. GENEL BİLGİLER .................................................................................................... 1

1.1. Pnömatik Sistemlerde Kullanılan Borularda ve Bağlantı Elemanlarında Enerji Kayıplarının incelenmesi ......................................................................................... 1

1.2. Borularda Akış ........................................................................................................ 2 1.3. Bernoulli Eşitliği...................................................................................................... 4 1.4. Borularda Yerel Kayıplar…………………………………………………………..4 1.5. Borularda Sürekli Kayıplar………………………………………………………...5 2. YAPILAN ÇALIŞMALAR ..................................................................................... ..6

2.1. Projenin Amacı Hedefleri ve Özgünlüğü…………………………..………………6 2.2. Projenin Kısıtları ve Koşulları……………………………………………………...6 2.3. Projenin Karşılayabileceği Gereksinimler…………………………………………7 2.4. Literatür Araştırması……………………………………………………………….7 2.5. Deneysel Çalışma………………………………………………………………….9 2.5.1. Deney Düzeneği………………………………………………………………….9 2.5.2. Farklı Çözüm Seçenekleri ve Seçim Kriterleri………………………………….10 2.5.3. Deney Düzeneği Tasarımı………………………………………………………10 2.5.4. Mühendislik Hesapları………………………………………………………….12 3.BULGULAR ............................................................................................................. 15 3.1. Ölçüm Sonuçları………………………………………………………………….15 3.2. Hesaplama Yöntemi………………………………………………………………16 4. TARTIŞMA ............................................................................................................. 20 5.SONUÇLAR ........................................................................................................... 21 6. ÖNERİLER ........................................................................................................... 22 7. KAYNAKLAR ........................................................................................................ 23 8. EKLER ..................................................................................................................... 24

ÖZGEÇMİŞ

Page 5: T.C. KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK … · pnömatik denir. Hidrolikte enerji iletimi yağ ve su gibi daha yoğun akışkanlar gerçekleştirirken pnömatikte

V

ÖZET

PNÖMATİK SİSTEMLERDE YEREL KAYIPLARIN BELİRLENMESİ İÇİN SİSTEM

TASARIMI VE İMALATI

Pnömatik sistemler günümüzde sanayide yaygın olarak kullanılmaktadır. Pnömatik

sistemlerdeki enerji kayıpları uygulamada kullanıcıları zorlamaktadır. Bu çalışmada, hava için

türbülanslı akışta enerji kayıplarını belirlemek amacıyla bir sistem tasarımı yapılacaktır. Boru

içindeki akış uygulamalarında kullanılan Bernoulli denklemlerinden ve süreklilik

denkleminden faydalanarak belirtilen ölçü aleti ile debi ölçülerek bir boru bağlantısında,

bağlantı elemanları olan 90 º dirsek, redüksiyon ve hız ayar vanası ile birlikte düz bir borunun

giriş ve çıkış kesitlerinde belirlenen ölçü aleti ile basınç ölçümü yaparak yerel ve sürekli kayıp

katsayılarını belirlemek ve bu sistem ile deneysel çalışmalara ve eğitime katkıda bulunmak

hedeflenmiştir.

Anahtar Kelimeler: Pnömatik Sistemler, Türbülanslı Akış, Enerji Kaybı, Yerel ve Sürekli

Kayıp Katsayısı, 90 º dirsek, Redüksiyon, Hız Ayar Valfi

Page 6: T.C. KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK … · pnömatik denir. Hidrolikte enerji iletimi yağ ve su gibi daha yoğun akışkanlar gerçekleştirirken pnömatikte

VI

SUMMARY

SYSTEM DESIGN AND MANUFACTURING FOR DETERMINATION OF LOCAL LOSSES IN PNEUMATIC SYSTEMS

Nowadays, pneumatics systems are widely used in industry. However, the loss of energy

in pneumatics systems might cause difficulties for users of that system. In this study, a design

of a system will be created in order to define the energy loss in turbulence flow for air. This

study aims to support the education and experimental researches and to determine the minor

and constant coefficients, using the Bernoulli’s Equation combined with the Continuity

Equation, measuring the flowrate with the measuring device specified in that study, in a pipe

joint and its fitting and the ninety degree elbow, reducer and flow regulating valve in the cross

section areas of a plain tube measuring the pressure with the help of the specified measuring

device..

Keywords: Pneumatics Systems, Energy Loss, Minor And Constant Coefficients, Degree

Elbow, Reducer, Flow Regulating Valve

Page 7: T.C. KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK … · pnömatik denir. Hidrolikte enerji iletimi yağ ve su gibi daha yoğun akışkanlar gerçekleştirirken pnömatikte

VII

ŞEKİLLER DİZİNİ

Sayfa No

Şekil 1.1. Borularda akış formlarının değişimi .................................................................... 2

Şekil 1.2. Boruda hız sınır tabakasının gelişimi ................................................................... 3

Şekil 1.3. Bağlantı elemanındaki basınç ve akış değişimi ................................................... 4

Şekil 1.4. Boruda basınç değişimi ........................................................................................ 5

Şekil 2.1. Deney düzeneğinin şematik gösterimi ................................................................. 9

Şekil 2.2. Düz boru ............................................................................................................. 12

Şekil 2.3. Deney düzeneğinin teknik resmi ........................................................................ 13

Şekil 3.1. Ani daralma elemanının kayıp katsayısının hıza göre değişimi ....................... 18

Şekil 3.2. Dirsek elemanın kayıp katsayısının hıza göre değişimi ..................................... 18

Şekil 3.3. Düz borunun sürekli kayıp katsayısının hıza göre değişimi .............................. 19

Şekil 3.4. Hız ayar vanasının kayıp katsayısının hıza göre değişimi ................................. 19

Şekil 8.1. Dirsek elemanı………………………………………………………………….24

Şekil 8.2. Ani Daralma elemanı…………………………………………………………...24

Şekil 8.3. Hız ayar vanası………………………………………………………………….24

Şekil 8.5. Deney düzeneği…………………………………………………….……………25

Page 8: T.C. KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK … · pnömatik denir. Hidrolikte enerji iletimi yağ ve su gibi daha yoğun akışkanlar gerçekleştirirken pnömatikte

VIII

TABLOLAR DİZİNİ

Sayfa No

Tablo 3.1. Ölçüm Sonuçları ................................................................................................. 15

Tablo 3.2. Hesaplanan Sonuçlar .......................................................................................... 17

Page 9: T.C. KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK … · pnömatik denir. Hidrolikte enerji iletimi yağ ve su gibi daha yoğun akışkanlar gerçekleştirirken pnömatikte

IX

SEMBOLLER DİZİNİ

Cp : Basınç katsayısı

f : Darcy sürtünme katsayısı

hK,sürekli : Sürekli yük kaybı

hK,yerel : Yerel yük kaybı

K : Kayıp katsayısı

k : Pürüzlülük yüksekliği

R : Eğrilik yarıçapı

D : Borunun iç çapı

P : Basınç

Re : Reynolds sayısı

L : Boru uzunluğu

ν : Akışkanın kinematik viskozitesi

Leş : Eşdeğer uzunluk

𝜌 : Akışkanın yoğunluğu

μ : Akışkanın dinamik viskozitesi

v : Akışkanın Hızı

Page 10: T.C. KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK … · pnömatik denir. Hidrolikte enerji iletimi yağ ve su gibi daha yoğun akışkanlar gerçekleştirirken pnömatikte

1

1. GENEL BİLGİLER

Basınçlandırılmış akışkanının, mekanik özelliklerini davranışlarını kuvvet

iletiminde kullanılmasını akışkanın hareket ve kontrolünü inceleyen bilime hidrolik ya da

pnömatik denir. Hidrolikte enerji iletimi yağ ve su gibi daha yoğun akışkanlar

gerçekleştirirken pnömatikte kullanılan akışkan cinsi havadır.

Pnömatik enerjinin kaynağı olan havanın atmosferde sınırsız olarak bulunması

nedeniyle pnömatik sistemler birçok alanda tercih edilmektedir. Sıkıştırılmış havanın kuvvet

oluşturmada kullanılması milattan öncelere rastlar ancak endüstriyel anlamda ilk ciddi

pnömatik uygulamalar 19.yy’ın ortalarında basınçlı havanın el aletlerinde kullanılmaya

başlanmış ve pnömatik günümüze kadar pek çok farklı çalışma alanında kendine yer

edinmiştir.

Eski Yunan dilinde rüzgâr ya da nefes manasına gelen "pneuma" (bu kelime ayrıca

"ruh" anlamına da gelir) kelimesinden gelen pnömatik, basınçlı hava ile çalışan mekanik

sistemlerin hareket ve kontrolünü inceleyen bilim ve mühendislik dalıdır. Günümüzde

ticaret olarak da gelişmiştir.

Pnömatik sistemlerde tesisat ve bağlantı elemanları da çok önemli bir konudur.

Gerek sızdırmazlık problemleri gerek kullanıcıların değişik debi gereksinimleri ve gerekse

de pnömatik sistemlerde kullanılan hortum ve bağlantı elemanlarında oluşan yerel ve sürekli

kayıplar tasarımda pratik çözümler üretmeye zorluk çıkartmaktadır. Pnömatik sistemlerinin

projelendirilmesinde borular ve bağlantı elemanları nedeniyle oluşan basınç kayıpları,

sistemin standartlara uygun bir tasarım yapılması açısından önemli olmaktadır. Bu

çalışmada borulardaki akışta bağlantı elemanlarının etkisiyle oluşan yerel kayıpların

deneysel olarak belirlenmesine yönelik bir deney sistemi tasarlanması amaçlanmaktadır.

1.1. Pnömatik Sistemlerde Kullanılan Borularda ve Bağlantı Elemanlarında

Enerji Kayıplarının İncelenmesi

Boru akış problemlerinin çözümünde göz önünde bulundurulması gereken unsurlardan

en önemlisi enerji kayıplarıdır. Borulardaki akışlarda, enerji kayıplarını etkileyen temel

unsurlar; borudaki akışın niteliği, borunun malzemesi, borunun geometrik boyutları (boru

Page 11: T.C. KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK … · pnömatik denir. Hidrolikte enerji iletimi yağ ve su gibi daha yoğun akışkanlar gerçekleştirirken pnömatikte

2

çapı, uzunluğu ve boru kesit şekli) ve borudaki akışın yön değiştirmesine neden olan

geometrik faktörlerdir. Bu kayıplar, düz borularda akışın Reynolds sayısına bağlı olarak

laminer, geçiş ve tam türbülanslı akış durumuna göre borudaki hız dağılımına bağlı olarak

değişebilir.

Günümüzde yaygın olarak kullanılan Darcy-Weisbach formülündeki sürtünme

faktörü, laminer akışlar için teorik olarak hız dağılımı yardımıyla belirlenebildiğinden,

uygulamada enerji kayıplarının hesabında bir zorluk söz konusu değildir. Öte yandan,

türbülanslı akışlara ait hız dağılımları deneysel çalışmalarla belirlendiğinden, bu konuda

yapılan çalışmaların değerlendirilmesi, ampirik formüllerle yapılır. Düz borularda oluşan bu

kayıplar; sürekli yük kayıpları olarak bilinir. Boru akışlarındaki diğer en önemli enerji

kayıpları ise; borulardaki kesit değişimlerinde, hazne giriş ve çıkışlarında, boru

bağlantılarında, borulardaki akışın yön değiştirdiği dirseklerde, akışın kollara ayrılması gibi

durumlarda ve vanalarda olduğu gibi akışı kısıtlayıcı elemanların bulunduğu yerlerde

meydana gelir. Bu tür kayıplar yerel kayıplar olarak adlandırılır ve buradaki kayıp katsayıları

deneysel çalışmalarla belirlenmiştir.[10]

1.2. Borularda Akış Akışkanlar mekaniğinde akış problemleri 3 temel gruba ayrılır; laminer akış, geçiş

akışı (laminer + türbülanslı) ve türbülanslı akış. Her 3 akış için oluşturulan matematiksel

formülasyonlar birbirinden farklılıklar içerir.

Şekil 1.1 : Borularda akış formlarının değişimi

Page 12: T.C. KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK … · pnömatik denir. Hidrolikte enerji iletimi yağ ve su gibi daha yoğun akışkanlar gerçekleştirirken pnömatikte

3

Osborne Reynolds 1880 yılındaki detaylı deneylerden sonra akış rejiminin esasen

akışkandaki atalet kuvvetlerinin viskoz kuvvetlere oranına bağlı olduğunu keşfetmiştir bu

orana Reynolds sayısı denir. Akışın türbülanslı olmaya başladığı Reynolds sayısına kritik

Reynolds sayısı denir ve dairesel borudaki iç akış;

olarak ifade edilir. Vort, akışın ortalama hızı; D, borunun iç çapı; ρ, akışkanın yoğunluğu;

μ, akışkanın dinamik viskozitesi ve ν, akışkanın kinematik viskozitesidir.

Farklı geometriler ve akış çapları için kritik Reynolds sayısının değeri farklıdır dairesel

borulardaki iç akış için kritik Reynolds sayısının genelde kabul edilen değeri 2300’dür.

Re ≤ 2300; Laminer Akış

Re 2300-4000; Geçiş Akışı

Re> 4000; Türbülanslı Akış

Şekil 1.2: Boruda hız sınır tabakasının gelişimi

Hidrodinamik giriş bölgesi: Borunun girişinden sınır tabakanın merkez çizgisi ile

birleştiği yere kadar olan bölgeye denir.

Hidrodinamik giriş uzunluğu Lh: Bu bölgenin uzunluğu. Hidrodinamik olarak gelişen

akış: Giriş bölgesindeki akışa denir. Bu bölge, hız profilinin geliştiği yerdir.

Hidrodinamik olarak tam gelişmiş bölge: Giriş bölgesinin uzağında olup hız profilinin

tam olarak geliştiği ve değişmeden kaldığı bölgedir.

Tam gelişmiş: Boyutsuzlaştırılmış sıcaklık dağılımının profili de değişmeden

kalıyorsa, bu durumda akış tam gelişmiş olarak nitelendirilir.

Page 13: T.C. KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK … · pnömatik denir. Hidrolikte enerji iletimi yağ ve su gibi daha yoğun akışkanlar gerçekleştirirken pnömatikte

4

1.3. Bernoulli Eşitliği

Bernoulli eşitliği İsviçreli matematikçi Daniel Bernoulli (1700-1782) tarafından 1738’

de Rusyanın St. Petersburg şehrinde çalışırken yazdığı bir makalede kelimelerle ifade

edilmiş ve daha sonra çalışma arkadaşı Leonhard Euler tarafından denklem haline

getirilmiştir. Bernoulli eşitliği aşağıdaki gibi ifade edilmiştir;

1.4. Borularda Yerel Kayıplar

Yaygın olarak kullanılan bir borulama sisteminde akışkan borulara ek olarak birçok

bağlantı elemanı; vana, açma kapama valfleri, dirsek, T, genişleme ve daralmalardan geçer.

Bu elemanlar akışkanın düzgün akışını kesintiye uğratır ve akış ayrılıkları ve karışmalarına

neden oldukları için ilave kayıplara sebebiyet verirler ve bu kayıplara yerel kayıplar denir.

Yerel kayıplar çoğunlukla kayıp katsayısı 𝐾𝑘 cinsinden ifade edilir.

Kayıp katsayısı:

Şekil 1.3: Bağlantı elemanındaki basınç ve akış değişimi

Örnek şekildeki bağlantı elemanında (vana); 1 konumunda ve 2 konumunda statik

basınç değişimi meydana gelir. Bu basınç değişimi ile birlikte yerel kayıp ve bununla beraber

yerel kayıp katsayısı 𝐾𝑘 gerekli eşitliklerle elde edilir. Bundan yola çıkarak dirseklerde, T

bağlantılarında, genişleme ve daralma elemanlarında da benzer kayıplar deneysel olarak elde

edilir.

Page 14: T.C. KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK … · pnömatik denir. Hidrolikte enerji iletimi yağ ve su gibi daha yoğun akışkanlar gerçekleştirirken pnömatikte

5

1.5. Borularda Sürekli Kayıplar İçerisinde akışkan akmakta olan boruların cidarlarıyla akışkan arasındaki ve

akışkanın molekülleri arasında sürtünmeler meydana gelmektedir. Bu sürtünmelerden

oluşan enerji kayıpları sürekli kayıp olarak adlandırılır. Dairesel kesitli borular içinden

akışta sürekli yük kaybı;

şeklindeki Darcy-Weisbach bağıntısı ile ifade edilmektedir. Burada, boyutsuz parametre f,

Darcy sürtünme katsayısı ya da sürekli kayıp katsayısı olarak adlandırılır.

Sürekli kayıp katsayısı, Reynolds sayısı ve yüzey pürüz yüksekliğinin (ε) bir

fonksiyonudur;

Şekil 1.4: Boruda basınç değişimi

Örnek şekilde düz boruda 1 ve 2 konumunda statik basınç değişimi ölçülerek sürekli

kayıp ve bununla birlikte f sürekli kayıp katsayısı elde edilebilir.

Page 15: T.C. KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK … · pnömatik denir. Hidrolikte enerji iletimi yağ ve su gibi daha yoğun akışkanlar gerçekleştirirken pnömatikte

6

2. YAPILAN ÇALIŞMALAR

2.1 Projenin Amacı, Hedefleri ve Özgünlüğü Günümüzde pnömatik sistemler endüstriyel uygulamalarda etkin olarak

kullanılır. Bu sistemlerin daha verimli çalışması ve enerji kayıplarını en aza indirmek

amacıyla çeşitli iyileştirmeler bilim adamları tarafından yapılmaktadır. Bilimsel olarak

yapılan bu iyileştirmelerin deney düzeneklerinde denenmesi ölçümler yapılabilmesi,

buradan alınan veriler ile bu sistemlerin denenerek iyileştirilip uygulamaya geçilmesi ve

okullarda eğitim amacıyla deney düzeneklerinin kullanılmasının önemi büyüktür. Bizim

çalışmamızda amaç tüm bu gereksinimlere cevap vererek pnömatik bir sistemde kompresör

çıkışından alınan hava ile birlikte çeşitli debi koşullarında bir borulama sistemi üzerindeki

bağlantı elemanları olan dirsekler hız ayar valfleri ve çap değişiklikleri için kullanılan

redüksiyonlar ayrıca bununla birlikte düz bir boruda meydana gelen basınç farklılıkları ile

enerji kayıplarını bir deney düzeneği kurularak belirlemek ve bu konuda çalışanlara sunmak,

eğitim amacıyla okullarda kullanılmasını sağlamaktır.

2.2 Projenin Kısıtları ve Koşulları

Hava sıkıştırılabilirliği yüksek bir akışkandır ve pnömatik bir sistem ekonomik bir

şekilde kuvvet oluşturmada hidrolik sistemler kadar yüksek performans gösteremez. Aynı

sebepten dolayı kullanımda hassasiyet azalır, sabit ve düzgün bir hız elde edilmesi zorlaşır.

Havanın sıkıştırılması kompresörler aracılığı ile yapılır. Kompresörden çıkan havanın

kullanılmadan önce temizlenmesi ve neminin alınması için kurutulması ve filtrelenmesi

gerekir. Bu da beraberinde enerji sarfiyatı ve maliyet getirir. Pnömatik sistemler uygun

donanımlarla kullanılmadığı takdirde oldukça gürültülü çalışarak çevre ve insan sağlığı ve

konforu açısından tehlikeler oluşturur.

Proje tasarımı yukarıda belirtilen dezavantajlara dikkat edilerek gerçekleştirilmiş ve

çalışma ortamındaki standart atmosfer koşulları, ortam sıcaklığı gibi önemli ortam

parametreleri de tasarım probleminin kısıtları ve koşulları arasında yer almaktadır.

Page 16: T.C. KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK … · pnömatik denir. Hidrolikte enerji iletimi yağ ve su gibi daha yoğun akışkanlar gerçekleştirirken pnömatikte

7

2.3 Projenin Karşılayabileceği Gereksinimler Pnömatik sistemler bükme ve şekil verme sistemlerinde, otomasyon ve elektronik

sanayide, robot teknolojilerinde, malzeme taşımacılığında, boyama işlemlerinde, tekstil

sanayisinde, gıda kimya, maden ve ilaç sanayilerinde oldukça yaygın kullanılmaktadır.

Kullanım aşamasında pnömatik sistemlerde yer alan boru ve bağlantı elemanlarında

meydana gelen kayıplar sistemi besleyecek kompresörün seçiminde doğrudan önemli bir

role sahiptir. Bu elemanlarda meydana gelen basın düşüşleri, elemanların yerel ve sürekli

yük kayıp katsayılarına bağlıdır. Bu katsayıların belirlenmesi tasarımı yapılacak bir

pnömatik sistemin önemli bileşenlerinin seçilmesinde gereklidir.

Tasarımda pnömatik sistemlerde sıkça kullanılan dirsek, hız ayar vanası, redüksiyon

ve düz boru için yerel ve sürekli yük kayıp katsayıları belirlenebilecektir. Tasarlanan sistem

3 bağlantı elemanı ve belirli uzunlukta düz borunun yerel ve sürekli yük kayıp katsayılarının

belirlenmesinde kullanılabilmektedir.

2.4 Literatür Araştırması

Akışlarda meydana gelen kayıpların etkisiyle yapılan tasarımlar sonucu sistemin

çalışması esnasında ortaya beklenmedik durumların ortaya çıkmaması nedeniyle kayıplar

göz ardı edilemeyecek kadar önemlidir bu sebepten dolayı borular içinden akışlarda

meydana gelen kayıplarla ilgili çok sayıda deneysel, sayısal ve analitik çalışma mevcuttur.

Bağlantı elemanlarını kapsayan ilk çalışmalar öncelikle akış karakteristiğini anlamaya

yönelik deneysel olarak yapılmış ve bu çalışmaların neticesinde ampirik bağıntılar elde

edilmiştir. Daha sonra akışkanlar dinamiğinin hesaplamalı yönteminin kullanılmaya

başlaması, simülasyon ve deney düzeneklerinin geliştirmesi sonucunda akış bölgesi için

daha detaylı incelemeler elde edilmiştir. Konu ile ilgili yapılmış çalışmalar aşağıda

verilmiştir.

Ito [1], 45°,90° ve 180°’lik açılarda dairesel kesitli 10 farklı pürüzsüz dirsek içinden

türbülanslı akışta meydana gelen basınç kayıplarını ve kayıp katsayılarını su için deneysel

Page 17: T.C. KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK … · pnömatik denir. Hidrolikte enerji iletimi yağ ve su gibi daha yoğun akışkanlar gerçekleştirirken pnömatikte

8

olarak incelemiş ve elde ettiği sonuçları daha önceden yapılan mevcut ampirik bağıntıların

kullanılmasıyla elde edilen sonuçlarla kıyaslamıştır.

G.E Aldape [2], 33 <Re <900 aralıklarında Reynolds sayıları için yerel kayıp

katsayılarının davranışlarını incelemiş kullandığı bağlantı elemanlarının katsayıları bu

Reynolds sayılarında yaklaşık olarak 0.5 alınmasına rağmen Aldape deneysel verilere

dayanarak bu değerin 0.5’den oldukça farklı olduğunu belirlemiş ve incelediği değer

aralıkları için tasarım eğrileri önermiştir.

Crawford ve diğ. [3] eğrilik yarıçapı R’nin, boru yarıçapı r’ ye oranı olan R/r eğrilik

oranının 1.3, 5 ve 20 değerlerinde, üç farklı 90° dirsek modelinde meydana gelen basınç

düşüşünü Reynolds sayısının 19800 – 1.26·105 aralığında akışkan olarak hava kullanarak

deneysel olarak incelemişlerdir.

Mazumder [4], Fluent paket programını ve k- türbülans modelini kullanarak, 12.7 mm

çapındaki 90° dirsekteki hava, su akışının ve çift fazlı hava-su akışının HAD analizlerini

yapmıştır. Basınç düşüşü için elde ettiği sayısal sonuçları, literatürde mevcut olan iki farklı

ampirik modelle (Chisholm ve Benbella) karşılaştırmış ve sonuçların uyum içerisinde

olduğunu göstermiştir.

Dutta ve Nandi [5], iç çapı 10 mm olan dairesel kesitli 90° dirsek boyunca meydana

gelen basınç düşüşünü k- RNG türbülans modelini kullanarak hava akışı için sayısal olarak

üç boyutlu incelemişlerdir.

Lu ve diğ. [6], 100 mm iç çapına sahip dairesel kesitli 90° dirseğin iç ve dış

duvarlarındaki boyutsuz basınç dağılımlarını ve dış duvar ile iç duvar arasındaki boyutsuz

basınç farkını, Reynolds sayısının ve eğrilik oranının fonksiyonu olarak sayısal

incelemişlerdir. Dirseğin dış duvarındaki basınç katsayısı değerinin dirsek açısının

artmasıyla önce arttığını, sonra hemen hemen sabit kaldığı ve daha sonra azaldığını; iç

duvarda ise önce azaldığı, sonra arttığı ve sonra tekrar azalıp arttığını gözlemlemişlerdir.

Page 18: T.C. KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK … · pnömatik denir. Hidrolikte enerji iletimi yağ ve su gibi daha yoğun akışkanlar gerçekleştirirken pnömatikte

9

Bulgurcu ve Özmen [7], piyasada kullanılan bazı sıhhi tesisat elemanlarına ait, farklı

akış debilerindeki basınç düşüşünü ve K direnç katsayısını bir firmanın ürettiği deneysel

düzeneği ve paket program yardımıyla deneysel olarak hesaplamışlar ve sonuçlarını

kuramsal hesaplamalar ile karşılaştırmışlardır.

Mossad ve diğ., [8] keskin köşeli 90° dirsekteki Reynolds sayısının 105 değerindeki

türbülanslı hava akışını deneysel ve sayısal olarak incelemişlerdir.

2.5. Deneysel Çalışma

2.5.1 Deney Düzeneği Pnömatik sistemlerde yer alan bağlantı elemanlarının enerji kayıp katsayıları ve

sürekli yük sürtünme katsayısının belirlenmesine yönelik deney düzeneği çizilerek şekilde

gösterilmiştir. Deney düzeneği 1 adet kompresör, tesisatta kullanılacak poliüretan

pnömatik hortum, açma-kapama valfleri, dirsek, hız ayar valfi, redüksiyon, basınç ölçümü

için kullanılacak olan dijital manometre ve debi ölçümünde kullanılacak rotametreden

oluşmaktadır.

Şekil 2.1: Deney Düzeneğinin Şematik Gösterim

Page 19: T.C. KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK … · pnömatik denir. Hidrolikte enerji iletimi yağ ve su gibi daha yoğun akışkanlar gerçekleştirirken pnömatikte

10

2.5.2. Farklı Çözüm Seçenekleri ve Seçim Kriterleri

Tasarlanmakta olan deney düzeneğinde kullanılacak elemanlar için birçok seçenek

mevcuttur. Deney düzeneğinin amacına bağlı olarak pnömatik sistemlerde kullanılabilecek

her türlü bağlantı elemanı, çeşitli borular ve hortumlar deney düzeneğinde kullanılan

elemanların bir özelliği olarak kolayca sökülüp takılmaktadır.

Borulama elemanlarındaki yerel ve sürekli yük kayıp katsayılarının hesaplanmasında

yaygın olarak kullanılan yöntem boru elemanları giriş ve çıkış uçları arasından basınç

ölçümü alarak basınç, hız ve yükseklik farkını Bernoulli Denklemi, Süreklilik Denklemi ve

Darcy-Weisbach Denkleminde yerine yazarak ilgili elemanın sürekli veya yerel kayıp

katsayısının belirlenmesidir. Çeşitli kitaplarda borulama elemanlarına ait yerel ve sürekli

kayıp katsayılarının belirlenmesine yönelik matematiksel ifadeler yer alsa da bu ifadeler

belirli miktarda hatalar ve belirsizlikler içermektedir. Deney düzeneğinden faydalanılarak

elemanlara ait yerel ve sürekli yük kayı katsayıları daha az hata ile belirlenebilmektedir.

Ayrıca deney düzeneği ve prosedürü belirlenirken imalat kolaylığı, kullanılacak elemanların

yaygın ve standart parçalar olması ve ekonomikliği dikkate alınmıştır.

2.5.3. Deney Düzeneği Tasarımı

Bu kısımda deney düzeneğinde kullanılacak olan elamanlar, bu elemanların türleri,

boyutları belirlenip, bu seçimler dikkate alınarak gerekli hesaplamalar ile deney düzeneğinin

tasarımı yapılacaktır.

Deney düzeneğinde yerel kayıp katsayılarının belirlenmesi amacıyla üç farklı yerel

kayıp elemanı ve sürekli kayıp katsayısının belirlenmesi amacıyla bir parça düz boru

kullanılacaktır. Kullanılmakta olan bağlantı elemanları 90° dirsek, 8 mm çaptan 6 mm çapa

ani daralma elemanı, hız ayar vanası elemanlarının çeşitli debilerde yerel kayıp katsayıları

ve bunlara ek olarak düz borudaki sürekli yük kaybının debiye göre değişiminin

belirlenebileceği bir deney düzeneği kullanılmaktadır.

Deney düzeneğinde kullanılan elemanlar endüstride yaygın olarak kullanılan

elemanlardırlar. Bu elemanların oluşturduğu kayıpları belirlemede hava kaynağı olarak

kompresör ve debi değerlerinin okunabilmesi için de bir adet rotametrenin kullanılması

planlanmaktadır.

Page 20: T.C. KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK … · pnömatik denir. Hidrolikte enerji iletimi yağ ve su gibi daha yoğun akışkanlar gerçekleştirirken pnömatikte

11

Deneyde kullanılacak kompresörün belirlenmesi;

Deneydeki akış tipi türbülanslı akış olarak ön görülerek Reynolds sayısı Re=10000

olarak seçilmiştir.

Re=10000 için kompresör debisi;

olarak belirlenir.

Buradan süreklilik denklemi ile gerekli olan debi miktarı belirlenir.

Emniyet ve türbülanslı değişim durumlarına göre kompresörümüzün debisi 81,6

litre/dakikadan büyük seçilecektir.

Akış çeşitli elemanlardan geçerken bir miktar basınç kaybı açığa çıkar. Basınç

herhangi bir sıvı veya gaz akışkanın bulundukları kapların birim alanlarına yaptıkları kuvvet

olarak tanımlanabilir. Basınç akışkanlarda göz önüne alınırken gerilme katı cisimlerde

düşünülür. Genel olarak bir akışkanın basıncı bu akışkanın bulunduğu yüksekliğe sahip

olduğu hıza yoğunluğa ve sıcaklığına bağlıdır. Hareketli bir akışkanda basınç için aşağıdaki

tanımları yapmak mümkündür. Akışa dik doğrultuda ölçülen basınç, statik basıncı gösterir.

Basıncın maksimum olduğu ve akış doğrultusundaki basınç, toplam basıncı belirler. Toplam

basınç ile statik basınç arasındaki fark ise dinamik basınç olarak adlandırılır. Bir akışkanın

basıncı bu akışkanı çevreleyen kabın cidarları ile akışkanın molekülleri arasındaki

momentum değişimi sonucunda ortaya çıkar. Sistemdeki basınç kayıpları su sütunlu bir

manometre kullanılarak ölçülmektedir. Ayrıca deney düzeneğinde yer alan su sütunlu

manometreye ek olarak dijital bir manometre ile de basınç kayıpları ölçülebilmektedir.

Page 21: T.C. KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK … · pnömatik denir. Hidrolikte enerji iletimi yağ ve su gibi daha yoğun akışkanlar gerçekleştirirken pnömatikte

12

2.5.4. Mühendislik Hesapları

Sisteme giren havanın pnömatik hortumda tam gelişmiş akışından itibaren

Bernoulli denklemi uygulanabilir.

Reynolds sayısı ön hesap olarak türbülanslı akış dikkate alınıp 10000 değeri ile tam

gelişmiş akış bölgesine geçiş uzunluğu bulunur.

𝐿𝑒ş𝑑𝑒ğ𝑒𝑟 = 4.4 ∗ 0,012 ∗ 10000^1/6

𝐿𝑒ş𝑑𝑒ğ𝑒𝑟 = 0,245 𝑚

Fakat deney şartlarının oluşturabileceği olumsuz etkilerden kaçınmak için emniyet

açısından 𝐿𝑒ş𝑑𝑒ğ𝑒𝑟 =0,30 m alınmıştır. Bu uzunluktan sonra deney için ölçümler yapılacaktır.

Ayrıca sistemde dolaşan havanın Reynolds sayısının Re=10000 olduğu göz önüne

alınarak sistemin hava debisi şekildeki gibi belirlenebilir.

Re=10000 için sistem debisi;

;

olarak belirlenir.

Buradan süreklilik denklemi ile gerekli olan debi miktarı belirlenir.

Pnömatik sistemlerde hava akışında hava belirli elemanlardan geçerken bir miktar

momentum kaybına uğrar. Bu kayıp basit bir şekilde Bernoulli denklemi ile belirlenebilir.

Şekil 2.2: Düz Boru

Page 22: T.C. KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK … · pnömatik denir. Hidrolikte enerji iletimi yağ ve su gibi daha yoğun akışkanlar gerçekleştirirken pnömatikte

13

sürekli kayıp katsayısı bulunur. Bağlantı elemanı için; Dirsek ve Vana

dirsek ve vana için yerel kayıp katsayısı bulunur. Redüksiyon için;

yazılıp yerine konularak 𝐾𝑟 redüksiyon için yerel kayıp katsayısı bulunur.

Şekil 2.3: Deney düzeneğinin teknik resmi

Page 23: T.C. KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK … · pnömatik denir. Hidrolikte enerji iletimi yağ ve su gibi daha yoğun akışkanlar gerçekleştirirken pnömatikte

14

Standart bağlantı elemanları kullanılarak deney düzeneği şekildeki teknik resme uygun

şekilde imal edilmiştir. Kullanılan kompresörden alınan basınçlı hava sistem girişinde

bulunan rotametreden geçirilerek sisteme gönderilmiştir. Her bir elemandan önce yer alan

vanalar açılıp kapatılarak istenilen elemanın uçları arasındaki basınç farkları değişik

debilerde okunularak kaydedilmiştir.

Page 24: T.C. KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK … · pnömatik denir. Hidrolikte enerji iletimi yağ ve su gibi daha yoğun akışkanlar gerçekleştirirken pnömatikte

15

3. BULGULAR

3.1. Ölçüm Sonuçları

Deney düzeneği hesaplamalara uygun ölçülerde ve belirlenen malzemelerle

oluşturulduktan sonra uygun bir kompresör sisteme sürekli hava sağlayıcısı olarak

bağlanmıştır. Kompresör çalıştırılarak debi değeri onar onar değiştirilerek her bir eleman

için basınç farkı değerleri okunarak kaydedilmiştir. Ölçümler bir dijital manometre ile

yapılmıştır. Ölçümler aşağıdaki gibidir.

Tablo 3.1: Ölçüm sonuçları

Debi [lt/dk]

Hız [m/s]

Redüksiyon ∆P [Pa]

Dirsek ∆P [Pa]

Hız Ayar Vanası ∆P [Pa]

Düz Boru

∆P [mmSS]

10 3,31576 12 3,5 70 19

20 6,63152 47 41,5 345 26

30 9,947279 145 98 850 35

40 13,26304 290 218 1515 46

50 16,5788 365 522 2616 66

60 19,89456 852 612 4585 91

70 23,21032 1336 1038 7500 109

80 26,52608 1905 1420 Over 122

90 29,84184 2470 1830 Over 176

100 33,1576 5250 3255 Over 327

Page 25: T.C. KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK … · pnömatik denir. Hidrolikte enerji iletimi yağ ve su gibi daha yoğun akışkanlar gerçekleştirirken pnömatikte

16

3.2. Hesaplama Yöntemi

Bernoulli eşitliğinden ve literatürde yer alan bağıntılarla birlikte kayıp katsayılarının

hesabı için örnek bir hesaplama yöntemi aşağıda verilmiş olup, aynı hesaplama adımları

kullanılarak yapılan hesaplar tablo ve grafiklere aktarılarak verilmiştir.

Bernoulli Denklemi;

𝑃1

𝜌. 𝑔+

𝑉12

2𝑔+ 𝑧1 =

𝑃2

𝜌. 𝑔+

𝑉22

2𝑔+ 𝑧2 + ℎ𝑘

ℎ𝑘 = 𝑓.𝐿

𝐷 .

𝑉2

2𝑔 (𝐷ü𝑧 𝐵𝑜𝑟𝑢 𝑖ç𝑖𝑛)

ℎ𝑘 = 𝐾.𝑉2

2𝑔 (𝑅𝑒𝑑ü𝑘𝑠𝑖𝑦𝑜𝑛 , 𝐷𝑖𝑟𝑠𝑒𝑘 𝑣𝑒 𝐻𝚤𝑧 𝐴𝑦𝑎𝑟 𝑉𝑎𝑛𝑎𝑠𝚤 𝑖ç𝑖𝑛)

Hesap örneği gösterilecek ölçüm sonuçlarının değerleri Q=40 lt/dk değerine aittir.

a) Düz Boru İçin;

𝑄 = 𝑉. 𝐴

40𝑙𝑡

𝑑𝑘= 𝑉 .

𝜋. (0,008)2

4

40 . 10−3

60=

𝜋. (0,008)2

4 . 𝑉 → 𝑉 = 13,27 𝑚/𝑠

∆𝑃

𝜌. 𝑔= 𝑓.

𝐿

𝐷 .

𝑉2

2𝑔

46

(1,2). (9,81)= 𝑓.

0,2

0,008 .

(13,47)2

2. (9,81)

𝑓 = 0,0174

b) Ani Daralma İçin;

∆𝑃

𝜌. 𝑔= 𝐾.

𝑉2

2𝑔

290

(1,2). (9,81)= 𝐾.

(13,27)2

2. (9,81)

𝐾 =0,870968

c) Dirsek İçin;

Page 26: T.C. KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK … · pnömatik denir. Hidrolikte enerji iletimi yağ ve su gibi daha yoğun akışkanlar gerçekleştirirken pnömatikte

17

∆𝑃

𝜌. 𝑔= 𝐾.

𝑉2

2𝑔

218

(1,2). (9,81)= 𝐾.

(13,27)2

2. (9,81)

𝐾 = 2,0633

d) Hız Ayar Vanası İçin; (Yarı Açık Pozisyonda)

∆𝑃

𝜌. 𝑔= 𝐾.

𝑉2

2𝑔

1515

(1,2). (9,81)= 𝐾.

(13,27)2

2. (9,81)

𝐾 = 14,339

Yapılan hesaplamalar sonucunda sonuçları irdelemek adına kayıp katsayıları – hız grafikleri

ve hesaplama sonuçları tablosu oluşturulmuştur.

Tablo 3.2: Hesaplama Sonuçları

Debi [lt/dk]

Redüksiyon K

Dirsek K

Hız Ayar Vanası

K

Düz Boru

K 10 0,576641 1,613999 10,61159 1,613999 20 0,65 2,208631 13,075 2,208631 30 0,774194 2,973157 14,31723 2,973157 40 0,870968 3,907577 14,35408 3,907577 50 0,95 5,606524 15,86282 5,606524 60 1,137264 7,730207 19,30721 7,730207 70 1,310191 9,259259 23,2032 9,259259 80 1,430339 10,36357 10,36357 90 1,66 14,95073 14,95073 100 2 27,77778 27,77778

Page 27: T.C. KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK … · pnömatik denir. Hidrolikte enerji iletimi yağ ve su gibi daha yoğun akışkanlar gerçekleştirirken pnömatikte

18

Şekil 3.1: Ani daralma elemanında kayıp katsayısının hıza göre değişimi

Şekil 3.2: Dirsek elemanında kayıp katsayısının hıza göre değişimi

0

0,5

1

1,5

2

2,5

0 5 10 15 20 25 30 35

K

U [m/s]

Ani Daralma

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

0 5 10 15 20 25 30 35

K

U [m/s]

Dirsek

Page 28: T.C. KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK … · pnömatik denir. Hidrolikte enerji iletimi yağ ve su gibi daha yoğun akışkanlar gerçekleştirirken pnömatikte

19

Şekil 3.3: Düz borunun sürekli kayıp katsayısını hıza göre değişimi

Şekil 3.4: Hız ayar vanasının kayıp katsayısının hıza göre değişimi

0

0,01

0,02

0,03

0,04

0,05

0,06

0,07

0,08

0,09

0,1

0 5 10 15 20 25 30 35

f

U [m/s]

Düz Boru

0

5

10

15

20

25

0 5 10 15 20 25

K

U [m/s]

Hız Ayar Vanası

Page 29: T.C. KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK … · pnömatik denir. Hidrolikte enerji iletimi yağ ve su gibi daha yoğun akışkanlar gerçekleştirirken pnömatikte

20

4. TARTIŞMA

Pnömatik sistemlerdeki yerel ve sürekli kayıp ve katsayıların belirlenmesi için

tasarladığımız deney düzeneğinde ölçümlerin en verimli şekilde ölçüldüğü, şartların ölçüm

için uygun olduğu ve bu ölçüm çıktılarından sonra yapılan hesaplarla belirlenen katsayılar

ve kayıplar bulgular kısmındaki tablo ve grafiklerde de görüldüğü şekildedir. Literatüre

baktığımızda ve incelediğimizde sürekli kayıp katsayılarının uygunluğu görülmüştür. Yerel

elemanlardaki kayıplar ve katsayıların literatürde farklılıklar gösterdiği, bunun sebebinin ise

kullandığımız sistemdeki çapın küçüklüğü, basınç sondalarının yeri, kullanılan elemanların

pürüzlülük ve malzeme kalitesi değerleri gibi nedenlere bağlı olduğu araştırma ve tartışma

konusudur.

Deney düzeneğinde kullanılan kompresörün devamlı debiyi sağlayabilme

yeterliliğinin ve bununla birlikte basıncın bir regülatörle kontrol edilmesinin de uygun

olabileceği ve tartışılabileceği gözlemlenmiştir.

Tüm bu bilgiler ışığında; kullanılan deney düzeneği ve yaptığımız ölçümlerin projeyi

gerçekleştiren bizler tarafından en uygun şekilde olduğu söylenebilir. Bu deney verilerinin

sonuçlarından hesaplanan değerlerde literatüre ve mühendislik hesaplarına uygun olduğu

söylenir ve gösterilir.

Page 30: T.C. KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK … · pnömatik denir. Hidrolikte enerji iletimi yağ ve su gibi daha yoğun akışkanlar gerçekleştirirken pnömatikte

21

5. SONUÇLAR

Pnömatik sistemlerde yerel kayıp katsayılarının belirlenmesine yönelik sistem

tasarımı üzerinde akışkanlar mekaniği, ölçme tekniği, malzeme bilgisi ve diğer derslerden

edinilen bilgiler baz alınarak bir sistem tasarımı ortaya konulmuştur. Bu sistem, pnömatik

hortumlardan, kompresörden, kayıp katsayısı hesaplanacak bağlantı elemanlarından, hava

girişini sağlayan kompresörden, ölçüm cihazlarından oluşmaktadır. Sisteme hava sağlayan

kompresör etkisi, sistem tasarımı ve kullanım yerleri düşünülerek sistemde türbülanslı akış

ön görülmüş bu neden ile sistemde türbülanslı akış durumuna göre inceleme yapmak

mümkün olmaktadır. Tasarımı ortaya konan bu sistemde bulunan 4 farklı hattan bir tanesi

için vanalar yardımıyla aç-kapa yapılarak ölçüm cihazlarıyla elde edilen değerler sonucunda

hattaki bağlantı elemanının neden olduğu kayıp incelenebilmektedir. Kayıplar; sürekli ve

yerel kayıp olmak üzere 2’ye ayrıldığından deney düzeneğinde yerel kayıpları incelerken

bunun yanında sürekli kaybın etkisi ise 1 numaralı hat üzerinden incelenebilmektedir.

Sistemde kullandığımız bağlantı elemanları harici başka bir bağlantı elemanı da incelenmek

isteniyorsa kullanılan elemanlar ile yer değiştirilip incelenebilir.

Ani daralma bağlantı elemanının kayıp katsayısının artan hız ile beraber arttığı

gözlemlenmiştir.

Dirsek bağlantı elemanının yapılan ölçümlerde (1000-17500) Re aralıklarında kayıp

katsayısının artan hız ile beraber arttığı gözlemlenmiştir.

Hız ayar vanasının kayıp katsayısının artan hız ile beraber arttığı gözlemlenmiştir.

Düz boruda sürekli kayıp katsayısının hıza göre değişimi incelenmiştir. Hız değeri

arttıkça kayıp katsayısının azaldığı gözlemlenmiştir.

Page 31: T.C. KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK … · pnömatik denir. Hidrolikte enerji iletimi yağ ve su gibi daha yoğun akışkanlar gerçekleştirirken pnömatikte

22

6. ÖNERİLER

Hazırlanan deney düzeneği ve yapılan ölçümler bizlere deneysel çalışmanın ne kadar

hassas yapılması gerektiğini, ölçme tekniklerinin etkin bir biçimde nasıl kullanılabileceğinin

tecrübesini vermiştir. Daha hassas sonuçların alınması ve ölçümlerin yapılabilmesi için;

1- Düzenekte kullanılan boruların çapı daha büyük seçilebilir.

2- Kullanılan kompresörün devamlı debiyi sağlama yeterliliği ve bununla birlikte

basıncın bir regülatörle kontrol edilmesinin gerekliliği de ön görülebilir.

3- Ölçümlerin hassas bir şekilde yapılabilmesi için bağlantı elemanlarında meydana

gelebilecek sızdırmazlık kayıplarını önlemek adına çift taraflı bant veya başka bir

sızdırmazlık önleyici eleman ile bağlantılar güçlendirilebilir.

4- Boru içlerinde olabilecek plastik talaşlara, toz, kir ve benzeri tip şeylerin deney

esnasında ölçümleri etkileyecek istenmeyen maddelerin boru içlerinden

uzaklaştırılması gerekmektedir.

5- Basınç sondalarının hassas bir şekilde yerleştirilmesi boru cidarından içeri ölçümü

etkileyecek şekilde girmemesi gerekmektedir.

6- Ölçüm yapılırken, ölçüm cihazıyla ölçüm yapılan basınç ölçüm noktalarıyla aynı

seviyede olması gerekmektedir.

7- Düzenekteki bağlantı elemanlarının üzerine kurulu olduğu alandaki seviye farklarının

aynı olması gerekmektedir.

Page 32: T.C. KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK … · pnömatik denir. Hidrolikte enerji iletimi yağ ve su gibi daha yoğun akışkanlar gerçekleştirirken pnömatikte

23

7. KAYNAKLAR

1 . Ito, H., Friction Factors for Turbulent Flow in Curved Pipes, ASME, J. Basic

Eng, 81D (1959) 123-134.

2 . Aldape, G.E., Solorio, G.R., Load losses in small-diameter circular conduits

for Reynold's numbers between 33 and 900 , INGENIERIA HIDRAULICA EN

MEXICO , 1 (2003) 119-125

3 . Crawford, N.M., Cunningham, G. ve Spedding, P.L., Prediction of Pressure

Drop for Turbulent Flow in 90° Bends, Proc.Instn Mech. Engrs, Part E: J. Process

Mechanical Engineering, 217 (2003) 153-155

4 . Mazumder, Q.H., CFD Analysis of Single and Multiphase Flow

Characteristics in Elbow, Scientific Research, 4 (2012) 210-2014

5 . Dutta, P. ve Nandi, N., Study on Pressure Drop Characteristics of single

Phase Turbulent Flow in Pipe Bend for high Reynolds Number, ARPN Journal of

Engineering and Applied Sciences, 10-5 (2015) 2221-2226.

6 . Lu, X., Lu, X. ve Huang, L., A Study on Distributive Regularities of the

Fluid Pressure in Elbow Pipes, Advanced Materials Research, 366 (2012) 80-85

7 . Bulgurcu, H. ve Özmen, G., Yaygın Olarak Kullanılan Bazı Sıhhi Tesisat

Elemenlarındaki Basınç Kayıplarının Kuramsal ve Deneysel Olarak Hesaplanması,

X.Ulusal Tesisat Mühendisliği Kongresi, Nisan 2011, İzmir, 1973-1992.

8 . Mossad, R., Yang, W. ve Schwarz, M.P., Numerical Prediction of Air Flow

in a Sharp 90° Elbow, Seventh Conference on CFD in the Minerals and Process

Industries, Aralık 2009, Melbourne, Australia.

9 . Genceli O. ,F., Ölçme Tekniği , Birsen Yayınevi , İSTANBUL ,2015.

10. Cürebal T., Boru Ekleme Parçalarındaki Akışın Üç Boyutlu İncelenmesi, Yüksek

Lisans Tezi, Karadeniz Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2016.

11. http://www.muhendisbeyinler.net/wp-content/uploads/2016/11/laminaarakis.jpg

Page 33: T.C. KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK … · pnömatik denir. Hidrolikte enerji iletimi yağ ve su gibi daha yoğun akışkanlar gerçekleştirirken pnömatikte

24

8. EKLER

EK-1

Deney düzeneğinde yerel kayıpları belirlenen standart elemanların görselleri

şekillerdeki gibidir.

Şekil 8.1: Dirsek elemanı

Şekil 8.2: Ani daralma elemanı

Şekil 8.3: Hız ayar vanası

Page 34: T.C. KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK … · pnömatik denir. Hidrolikte enerji iletimi yağ ve su gibi daha yoğun akışkanlar gerçekleştirirken pnömatikte

25

EK-2

Standart elemanlar kullanılarak ve her seferinde istenilen elemanın bulunduğu kola

akışkan gönderecek sistemin tamamlanmış hali aşağıdaki gibidir.

Şekil 8.4: Deney düzeneği

Page 35: T.C. KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK … · pnömatik denir. Hidrolikte enerji iletimi yağ ve su gibi daha yoğun akışkanlar gerçekleştirirken pnömatikte

26

ÖZGEÇMİŞLER

Muhammed Bekir BİLGİLİ

Muhammed Bekir BİLGİLİ 12 Haziran 1996 tarihinde Siirt ilinin Merkez ilçesinde

doğmuştur. 2014 yılında Siirt Atatürk Anadolu Lisesinden mezun olmuştur. Aynı yılın güz

döneminde Karadeniz Teknik Üniversitesi Makine Mühendisliği Bölümüne başlamıştır ve

hala öğrencilik dönemi devam etmektedir. Üniversite eğitimi döneminde Shell Eco

Marathon Türkiye Birinciliği ve Tübitak Efficiency Challenge Üçüncülüğü elde etmiştir.

2017 yılında TMMOB Makine Mühendisleri Odasının KTÜ Makine Mühendisliği

Bölümünün öğrenci temsilciliğini yapmıştır. İyi derecede İngilizce bilmektedir.

Barış ARSLAN

Barış ARSLAN 25 Ocak 1995 tarihinde Kırklareli ilinde doğmuştur.2013 yılında

Kırklareli Atatürk Anadolu Lisesinden mezun olmuştur.2013-2014 eğitim öğretim yılının

güz döneminde Karadeniz Teknik Üniversitesi Makine Mühendisliği Bölümüne başlamıştır

ve hala öğrencilik dönemi devam etmektedir.Orta derecede ingilizce bilmektedir.

Çağrı İRTEKİN

Çağrı İRTEKİN 6 Temmuz 1995 tarihinde Eskişehir ilinde doğmuştur.2013

yılında Salih Zeki Anadolu Lisesinden mezun olmuştur.Aynı yılın güz döneminde

Karadeniz Teknik Üniversitesi Makine Mühendisliği Bölümüne başlamıştır ve hala

öğrencilik dönemi devam etmektedir.İyi derecede İngilizce bilmektedir.

Resul Burak KURNAZ

Resul Burak KURNAZ 29 Kasım 1995 tarihinde Eskişehir ilinde doğmuştur.2013

yılında Eskişehir Atatürk Lisesinden mezun olmuştur.Aynı yılın güz döneminde Karadeniz

Teknik Üniversitesi Makine Mühendisliği Bölümüne başlamıştır ve hala öğrencilik dönemi

devam etmektedir.Orta derecede İngilizce bilmektedir.