cmk-202 / cmt204 hidrolik - pnömatikwebsitem.karatekin.edu.tr/user_files/rizagurbuz/files/... ·...

CMK-202 / CMT204 Hidrolik - Pnömatik

Prof. Dr. Rıza GÜRBÜZ

Hafta 1

• Hidrostatik ve hidrodinamikle ilgili temel kanunları kavrayabilme

Çankırı Karatekin Üniversitesi - 2016 2

Bu Derste İşlenecek Konular

Fiziksel Prensipler

• Kuvvet Birimi

• Basınç Birimi

• Hidrostatik Basınç

• Pascal Kanunu ve Basınç Yayılımı

• Tandem Silindirle Kuvvet Değiştirme

• Strok Değiştirme

• Basınç Değiştirme

• Çift Etkili Silindirle Basınç Yükseltme

• Akışkanın Hacimsel Debisi

• Kütlesel Debi

• Laminer ve Türbülanslı Akış

• Enerjinin Korunumu ve Süreklilik

• Hidrolikte Güç

Hidrolik Sistemlere Giriş

• Hidroliğin Özellikleri

• Kullanım Alanlarına Bağlı Olarak Hidrolik Sistemler

• Hidrolik Sistemlerin Üstünlükleri

• Hidrolik Sistemlerin Mahsurları

• Elektrik-Hidrolik ve Pnömatik Sistemin Karşılaştırılması


Temel Fiziksel Büyüklükler

Kuvvet birimi Newton’dur. (kg.m /s² )

• Kütlesi 1 kg olan cisme 1m/s² ivme kazandıran büyüklüğe NEWTON denir.

Basınç birimi Pascal’dır.

• 1m² yüzeye uygulanan 1N şiddetindeki kuvvetin oluşturduğu basınca PASCAL denir.

Çankırı Karatekin Üniversitesi - 2016

F

P A

1 Bar =100.000 Pa

= 100 kpa

=0.1 MPa

=14.5 PSI

=10 N/cm2

=1.02 kgf/cm2

4

Soru

• Kesit alanı 4000 𝑐𝑚2 olan bir pistona 80 kN kuvvet etki etmektedir. Meydana gelen basıncı hesaplayınız.

• P = F/A P = 80x103 (N) / 4000 x 10−4(𝑚2)

= 80000/0.4

= 200.000 Pa

• P = 200 kPa



Hidrostatik Basınç

• 𝑝𝑎𝑡 = Atmosfer basıncı 𝑝𝑠 = Hidrostatik basıncı 𝑝𝑚= Toplam basınç

• 𝑝𝑠 = ρ.g.h 𝑝𝑎𝑡 = Atmosfer basıncı 𝑝𝑚 = Ps+Pat

• 𝑝𝑠 : Hidrostatik basınç (Agırlık basıncı) Pa (N/𝑚2)

• h: Sıvı sütunu yüksekligi (m)

• ρ: Sıvı yogunlugu (kg/𝑚3)

• g: Yerçekimi ivmesi (m/𝑠2)


Soru

• h =5 m

• ρ =1000 kg/𝑚3

• g =10 m/𝑠2

• 𝑝𝑠 =?

• 𝑝𝑠 = 5 (m) x 1000 (kg/𝑚3) x 10 m/𝑠2

• 𝑝𝑠 = 50.000 (Pa) = 0.5 bar



Pascal Kanunu

• Şekilde görüldüğü gibi kapalı bir sistemdeki sıvıya,bir A yüzeyi üzerinden bir F kuvveti etkimesi halinde meydana gelen basınç, sıvının sistem içinde ulaştığı her noktaya sıvı tarafından iletilir.



• Kapalı sistemin her yerine etkiyen basınç değeri aynıdır.

Çankırı Karatekin Üniversitesi - 2016

Hidrolik sistemlerdeki çalışma basıncının oldukça yüksek olması nedeniyle

hidrostatik basınç ihmal edilir!

9


Tandem Silindirle Kuvvet Değiştirme

• Hidrolikte Küçük Kuvvetle Büyük Kuvvet Elde Edilir!

• Sıvının bulunduğu kabın seklini (piston alanını) değiştirmek suretiyle, kuvveti değiştirmek mümkündür. Kap içinde basınç her noktada aynıdır.

• Bu suretle küçük kuvvetle büyük yükler kaldırabiliriz.


Soru • Şekildeki bir taşıt kaldırma sistemi ile

bir otomobil kaldırılmak isteniyor.

Otomobilin kütlesi 1500 kg olduğuna

göre otomobili kaldırmak için gerekli

minimum kuvveti hesaplayınız.

• Kütle :𝑚2=1500 kg

• 𝐴1 = 40 𝑐𝑚2

• 𝐴2 = 1200 𝑐𝑚2

• 𝐹1= ?

• Ağırlık kuvveti

𝐹2 = m.g = 1500 kg x 10 m/𝑠2 = 15 000 N

• 𝐴1 = 40 𝑐𝑚2 = 0.004 𝑚2

• 𝐴2 = 1200 𝑐𝑚2 = 0.12 𝑚2



Strok Değiştirme

• Piston stroku ile piston yüzeyi arasındaki ilişki ters orantılıdır.

• 𝑉1=𝑆1.𝐴1 𝑉2=𝑆2.𝐴2

• 𝑉1=𝑉2

• 𝑆1.𝐴1=𝑆2.𝐴2


Soru

• 𝐴1 = 40 𝑐𝑚2

• 𝐴2 = 1200 𝑐𝑚2

• 𝑆1 = 15 cm

• 𝑆2 = ? cm



Basınç Değiştirme

• P1 Basıncının 𝐴1 yüzeyine etkimesiyle oluşan 𝐹1 kuvveti piston kolu üzerinden küçük pistona iletilir.

• Böylece 𝐴2 yüzeyine etkiyen 𝐹1 kuvveti, 𝑃2 basıncını oluşturur. 𝐴2<𝐴1 olduğundan 𝑃2>𝑃1 olacaktır. (Alanlar farklı olduğundan farklı basınçlar elde edilir)


Şekil : Pistonun İleri ve Geri Hareketlerde Kent Alanları

F

P A


• Çift Etkili Silindirle Basınç Yükseltme

• Çift etkili silindirde piston kolu boşluğundan akışkan çıkısının engellenmesi halinde, basınç değişimi nedeniyle istenilmeyen basınçlar meydana gelebilir.



Akıskanın Hacimsel Debisi

• Debi 𝑚3/s

• Belli bir zaman birimi içinde bir boru kesitinden akan akışkanın hacmine Hacimsel Debi denir.

𝑉 : Hacimsel Debi (𝑚3/s)

V: Hacim (𝑚3)

T: Zaman (s)

u: Hız (m/s)

S: Strok (Yol) (m)

A: Boru Kesiti (𝑚2)


t

VV

t

sAV

.

uAV .

S

A

t

s

Zaman

YoluHIZ )(

Soru

• Bir boru içinden 10 saniyede akan akışkan miktarı 0.1 𝑚3 olduğuna göre akışkanın debisini 𝑚3/s ve L/s olarak hesaplayınız?


Şekil : Hacimsel Debi

Soru

• Bir pistonun kesit alanı 100 𝑐𝑚2 olup, pistona etkiyen akışkan hızı ise 0.2 dm/s’dir. Buna göre pistona etkiyen akışkanın debisini Lpm (𝑑𝑚3/dk) olarak hesaplayınız.

• A=100𝑐𝑚2 u=0,2dm/s 𝑉 =? (lpm)

• 𝑉 =A.u 𝑉 =1 (𝑑𝑚2) x 0,2 (dm/s)

• 𝑉 =0,2𝑑𝑚3/s 𝑉 =0,2x60 𝑉 =12 lpm



Kütlesel Debi

Hacimsel debi ile birlikte kullanılan diğer bir debi ifadesi de kütlesel

debidir. Kütlesel debi 𝑚 ile gösterilir. Hacimsel debi 𝑉 ile, akışkanın

özkütlesi (ρ) ile çarpıldığında 𝑚 = ρ. 𝑉 olarak akışkanın kütlesel debisi

(kg/s) bulunur.


Soru

• Hacimsel debisi 0.2 𝑑𝑚3/s, özkütlesi 1000 kg/𝑚3 olan akışkanın kütlesel

debisini (kg/s) olarak hesaplayınız?



• Laminer ve Türbülanslı Akış

• Reynold Osborne isimli bir araştırmacı 18. yüzyılda yapmış olduğu bir

araştırmada çeşitli değişkenlere bağlı olarak ortaya çıkan belirli bir kritik

sayıdan sonra akışkanın düzgün (laminer) akıştan, karışık (türbülanslı)

akışa dönüştüğü sonucunu ispatlamıştır. Bu kritik geçiş katsayısı 2000

olup, Reynolds sayısı olarak isimlendirilmiştir.

• Re<2000 Laminer Akış

• 2000<Re<4000 Geçiş Bölgesi

• Re>4000 Türbülanslı Akış



• Re = Reynolds sayısı

• u = Akıskanın hızı (m/s)

• d = Boru çapı (m)

• ρ = Akıskan özkütlesi (kg/𝑚3)

• μ = Akıskanın mutlak vizkozitesi (Pa.s)

• ν = Akıskanın kinematik vizkositesi (𝑚2/s)


𝑅𝑒 =𝑢. 𝑑. ρ

μ=𝑢. 𝑑

ν


• Hidrolik veya pnömatik sistemlerde türbülanslı akışa geçildiğinde kayıplar artmakta ve elemanlar üzerinde kavitasyon (aşınma) tehlikesi oluşmaktadır.

• Türbülanslı akışı ve kavitasyonu önlemek için borulardaki akışkan hızının düşürülmesi, Reynolds sayısının ise 2000 den düşük olması istenilmektedir.

• Akışın laminer olması için boru çaplarının tespitinde, akış miktarı ve akış hızına bağlı grafikler geliştirilmiştir.


Şekil : Laminer ve Türbülanslı Akış

Soru

• Kinematik viskozitesi 100x10−6 𝑚2/s, özgül kütlesi 1200 kg/𝑚3 olan yağ, çapı 15mm olan bir boru içinden 1 m/s hız ile akmaktadır. Akışkanın akış türünü belirleyiniz.

• ν= 100x𝟏𝟎_𝟔 𝒎𝟐/s ρ= 1200 kg/𝒎𝟑

• d= 0,015 m u= 1 m/s Re= ?

Re=𝑢.𝑑

ν Re=

1𝑥0,015

100𝑥10_6

Re=150 150≤2000 Akış laminerdir



Enerjinin Korunumu ve Süreklilik

• Hidrolik sistemlerde enerjinin korunduğu ve kayıpların olmadığı kabul

edildiğinde boruların çapları değiştiğinde, debi değişmemekte, akışkanın

hızı ve basıncı değişmektedir. Büyük çaplı boruda hız azalırken basınç

artmaktadır.

• 𝑉 = 𝐴1. 𝑢1=𝐴2. 𝑢2=…………=𝐴𝑛. 𝑢𝑛

• p= 𝐹1/𝐴1=𝐹2/𝐴2=…………=𝐹𝑛/𝐴𝑛



• Hidrolikte Güç


kWx

xN 27

90,0600

80180


• Güç hesabı (verimi dikkate alırsak!)


80

l/m

in

180 bar

EMNİYET VALFİ

N = Gerekli motor gücü (Kw)

P = Basınç (bar)

Q = Debi (lt/dk)

600 = Sabit sayı

μg = verim (pistonlu pompalarda %90)

Soru


Şekil: Hidrolik Sistemde Güç-Verim ilişkisi




Hidrolik Nedir?

• Yunanca da ;“Hydor” su, “aulic” boru anlamındadır.

Basınçlı bir akışkan vasıtasıyla kuvvet ve hareket üreten sistemlere “hidrolik

sistemler” denir.

Hidroliğin Özellikleri

• Enerji üretimi pompalarla sağlanır.

• Enerji depolama hidrolik akümülatörlerle sağlanır.

• Güçlüdür basınç 600 bar, Kuvvet 3000 ton

• Yavaştır (0.5 m/s)

• Konumlama Hassasiyeti yüksektir (1 mikron)

• Kirliliğe duyarlıdır.



Hidrolik Nedir?

• Bazı islerin yapılabilmesi için büyük kuvvetlere gereksinim duyulur.

Bunlar için gerekli olan tesis ve makinelerin enerji ihtiyacı motorlar ile

karşılanır. Motorlar tarafından sağlanan enerji genelde çalışma yapacak

organları doğrudan harekete geçirmemektedir. Dizel motoru milinin iş

makinesini doğrudan harekete geçirememesi buna örnek verilebilir.



Hidrolik Nedir?

• Bir elektrik motoru doğrudan bir presi çalıştıramamaktadır. O halde

enerji istenilen şekle dönüştürülerek ve isin yapıldığı gereksinim duyulan

yere taşınmak zorundadır. Örnek olarak bu isi hidrolik yapabilmektedir.

Yani bir akışkan, kuvvetlerin taşınmasında, yönlendirilmesinde ve

hareketlerin sağlanmasında etkin olabilmektedir.

• Burada sıvıların fiziksel özelliklerinden yararlanılmaktadır



• Kullanım Alanlarına Bağlı Olarak Hidrolik Sistemlerin Sınıflandırılması

• Sabit Hidrolik Sistemler

• Mobil Hidrolik Sistemler



Sabit Hidrolik Sistemler

• Her türlü imalat ve montaj makineleri,

• Taşıma sistemleri,

• Kaldırma iletme makineleri,

• Presler, basınçlı döküm makineleri,

• Haddehaneler,

• Asansörler,



Hareketli Hidrolik Sistemler

• İs makineleri,

• Kepçe mekanizmaları,

• Kaldırma ve iletme makineleri,

• Tarım makineleri ,

• Uçaklar,

• Kanal ve baraj kapaklarının kontrolünde kullanılmaktadır


iş-makinası2.wmv

iş-makinası1.wmv

iş-makinası3.wmv


Hidrolik sistemlerin üstünlükleri

• Küçük yapı elemanları ile büyük kuvvetleri elde edilir.

• Hassas konumlama sağlar. (asansörlerde olduğu gibi tam istenilen pozisyona yerleştirme sağlanabilmektedir)

• İyi derecede kontrol etme ve ayarlama yapar.

• Düzgün, darbesiz çalışma ve hareket değiştirme yapar.

• Hidrolik sistemlerde hareketler düzenli ve hızları ayarlanabilmektedir.

• Hidrolik tesisler büyük yük altında kalkışa geçmeye izin verirler(Kaldırma platformu).

• Aşırı yüklemeden dolayı sistem tehlikelerden korunabilmektedir.



Hidrolik sistemlerin mahsurları

• Kaçak yağla çevrenin kirletilmesi, yangın ve kaza tehlikesi,

• Kirliliğe duyarlı,

• Yüksek basınçtan dolayı tehlikeli (kesme tehlikesi),

• Sıcaklığa bağımlı (Viskozite değişimi).



• Elektrik-Hidrolik ve Pnömatik Sistemin Karşılaştırılması


Kaynaklar

• Hidrolik Pnömatik Ders Notları, …………..

• Hidrolik Pnömatik Ders Sunumları, Atalay Çiçek


cmk-202 / cmt204 hidrolik - pnömatikwebsitem.karatekin.edu.tr/user_files/rizagurbuz/files/... ·...

Documents