T.C.
KIRIKKALE ÜNİVERSİTESİ
MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
MAKİNA MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
MAKİNA LABORATUVARI - I
DENEY FÖYLERİ
2014–2015 Güz Yarıyılı
4. Sınıf
© Makina Mühendisliği Bölümü Başkanlığı
Eylül 2014, Kırıkkale
2.1 ÇEKME DENEYİ
l. Giriş ve Deneyin Amacı
Mühendislik malzemelerinin çoğu, uygulanan gerilmeler altında biçimlerini kalıcı olarak
değiştirirler, yani plastik şekil değişimine uğrarlar. Bu malzemelerin hangi koşullar altında ve ne
zaman kalıcı şekil değişimine uğrayacaklarını bilmek çok önemlidir. Çeşitli yapı elemanlarının
veya makina parçalarının etkisinde bulundukları yükler aItında biçimlerini değiştirmesi
istenilmeyen bir olaydır. Çekme deneyi malzemelerin mukavemeti hakkında esas dizayn
bilgilerini saptamak ve malzemelerin özelliklere sınıflandırılmasını sağlamak amacı ile geniş
çapta kullanılır. En çok uygulanan tahribatlı malzeme muayenesi yöntemlerinden biri olan
çekme deneyi sonucunda elde edllen veriler, doğrudan mühendislik hesaplarında
kullanılmaktadır.
2. Deneyin Yapılışı
Çekme deneyi, standardlara göre hazırlanan deney numunesinin (ömek), sabit sıcaklıkta ve tek
eksende, belirli bir hızla koparılıncaya kadar çekilmesi işlemidir. Deney sırasında, numuneye
sürekli olarak değişen çekme kuvveti uygulanarak, meydana gelen uzama kaydedilir. Çekme
deneyi sonucunda numunenin temsil ettiği malzemeye ait aşağıdaki mekanik özellikler
bulunabilir:
Elastisite (Katılık) modülü,
Elastiklik sınırı,
Rezilyans modülü,
Akma gerilmesi,
Çekme dayanımı,
Tokluk,
% Uzama (ve kopma uzaması),
% Kesit daralması (ve kopma büzülmesi).
Şekil 1a’da yuvarlak kesitli ve silindirik başlı, Şekil 1b’de ise levha şeklinde kalın yassı bir
malzeme için çekme numunesi örnekleri verilmiştir.
d0
dl
L0
h
Lv
h
Lt
Şekil 1a. Yuvarlak kesitli silindirik başlı çekme numunesi örneği
42
Burada;
d0 = Örneğin çapı
d1 = Baş kısmının çapı 1.2d0
lV = İnceltilmiş kısmın uzunluğu = l0+d0
l0 = Ölçü (geyç) uzunluğu
lt = Toplam uzunluk
5d0
h = Baş kısmının uzunluğu anlamındadır.
a
b
B
L0
h
h
Lv
R35
Lt
Şekil 1b. Levha şeklinde kalın yassı çekme numunesi örneği
Burada;
a = Numunenin Kalınlığı
b = Ölçü uzunluğu içinde numune genişliği
B = Baş kısmın genişliği
1.2b+3 anlamındadır.
Bu tip örneklerin kısa gösterilişi:
Çapı (d0)= 12 mm ve ölçü uzunluğu (lo)= 60 mm olan çekme örneği; 12x60 TS 138 A şeklinde
gösterilebilir.
3. Çekme Deneyinden Elde Edilen Veriler
Çekme deneyi sırasında elde edilen gerilme ve uzama değerleri aşağıdaki bağıntılar yardımıyla
bulunur:
Çekme gerilmesi ( ) = F/A0
F = Çekme kuvveti
Birim uzama ( e veya ) = l/l0
A0 = Deney numunesinin ilk kesit alanı
Yüzde uzama (% ) = l/l0 x100
l0 = Deney numunesinin ilk ölçü boyu
43
l = Uzama miktarı
Çekme diyagramı, gerilme-birirn uzama ( - ) veya gerilme-yüzde uzama ( -% ) eğrisini
gösterir. A0 ile l0 sabit olduğuna göre - eğrisi, çekme makinasının kaydettiği F- l
diyagramına benzer şekle sahiptir. Düşük karbonlu yumuşak çelik ve sertleştirilmiş çeliğe ait
çekme diyagramları Şekil 2' de verilmiştir.
Elastik
Bölge
Plastik
Bölge
Gerilme
Gerilme
Kırılma
Elastik
uzama
çekme
ç
0,2
aü
aa
A5
% Uzama
0,2 %
% Uzama
b) Belirgin akma göstermeyen sertleştirilmiş çeliğin
a) Düşük karbonlu yumuşak çeliğin
Şekil 2. Çekme diyagramları
Çekme deneyi sonucunda numunelenin temsil ettiği malzemeye ait aşağıda verilen mekanik
özellikler belirlenebilir.
a) Orantı Sınırı ( 0): Gerilme ile birim uzama arasında
= E bağıntısının (Hooke kanunu)
geçerli olduğu doğrusal kısmı sınırlar. Bu bağıntıdaki orantı katsayısı E, elastiklik (esneklik)
modülü adını alır ve doğrunun eğimini gösterir. Ahşap, kauçuk ve deri gibi bazı malzemelerin
- diyagramında böyle bir doğrusal bölge bulunmadığı için, sabit bir E değeri yerine ancak,
belirli bir noktadaki teğetin eğimi söz konusu olur. Bir malzemenin elastiklik modülü ne kadar
büyükse, rijitliği yani elastik şekil değiştirmeye karşı direnci de o oranda büyüktür. Bir
malzemeye ait elastiklik modülü herhangi bir ısıl veya mekanik işlem yardımıyla değiştirilemez.
b) Elastiklik Sınırı ( E): Kuvvet kaldırıldığı zaman plastik (kalıcı) uzamanın görülmediği veya
yalnız elastik şekil değiştirmenin oluştuğu en yüksek gerilmedir. Genellikle, aralarındaki farkın
çok az olması nedeniyle orantı sınırına eşit kabul edilebilir. Pratik olarak yerine, % 0.01 veya
%0.005'lik plastik uzamaya karşılık gelen veya değerleri alınır.
c) Akma dayanımı ( a ): Gerilmenin yaklaşık olarak sabit kalmasına karşılık, plastik şekil
değiştirmenin önemli ölçüde arttığı ve çekme diyagramının düzgünsüzlük gösterdiği gerilme
değeridir. Bu belirgin akma sınırı ancak bazı malzemelerde, örneğin düşük karbonlu yumuşak
çelikte, deney şartlarına bağlı olarak görülebilir. Akmanın başladığı gerilme değeri üst akma
sınırı a.ü ve akmanın devam ettiği ortalama gerilme de alt akrna sınırı a.a olarak
44
adlandırılır(Şekil 2.b.). Akma sınırının belirgin olmaması halinde bunun yerine, genellikle
%0.2'lik plastik uzamaya (% plastik = 0.2 veya plastik = 0.002) karşılık gelen gerilme 0.2 sınırı
alınır.
d) Çekme dayanımı ( ç): Bir malzemenin kopmadan veya kırılmadan dayanabileceği en yüksek
çekme gerilmesi olarak tanımlanır. Bu gerilme, çekme diyagramındaki en yüksek gerilme olup,
ç = Fmax/A0 formülü ile bulunur. Bu gerilmeye kadar deney parçasının kesiti her tarafta aynı
oranda azaldığı halde, bu noktadan sonra deney parçası bir bölgede yerel olarak büzülmeye
başlar (boyun verme) ve daha küçük bir gerilmede kopar. Maksimum gerilmenin ( ç)
uygulanması sonuçta kopmaya yol açtığından ve kırılma noktasındaki gerilmenin pratik bir
anlamı bulunmadığından, ç yerine kopma noktasındaki gerilmeyi gösteren k simgesi
kullanılabilir.
e) Kopma Uzaması (K.U.): Çekme örneğinm kopuncaya veya kırılıncaya kadar gösterdiği
yüzde uzama miktarı olarak tanımlanır. Deney parçasının kopan kısımlarının bir araya
getirilmesi ile ölçülen lk ve lk = lk-l0 yardımıyla K.U. = % lk /l0 x100 bağıntısı yardımıyla
bulunur. Bu değer ne kadar büyükse malzeme o derece sünektir anlamına gelir. Bir malzemede
k ve ç değerlerini yükselten etkenler çoğunlukla sünekliği azaltırlar.
PT: Kopma
anındaki dar kesit
a) Gevrek malzemenin kopması (büzülme yok) b) Sünek malzemenin kopması (büzülme var)
Şekil 3. Gevrek ve sünek malzemenin kopması
Plastik şekil değişimine elverişli olmayan malzemeye gevrek malzeme denir. Bu nedenle,
gevrek malzemeler teorik olarak kopma uzaması ve kopma büzülmesi (boyun verme)
göstermezler. Ancak, uygulamada % 1-2 gibi düşük oranlarda kopma uzaması gösteren
malzemeler de gevrek kabul edilir. Şekil 3’de gevrek ve sünek malzemelerin kopma davranışı
şematik olarak gösterilmiştir.
Büzülme gösteren malzemelerde lk değeri, ölçü uzunluğundan (l0) başka, numune çapı (d0) ile
orantılı olduğundan, bir malzeme için daima aynı kopma uzaması değerini elde edebilmek
amacıyla, l0 = a.d0 alınır. Buradaki a sabiti genellikle 5 vaya 10 olarak seçilir. Dairesel kesitli
olmayan deney parçalarında ise;
l0
a
4A0
45
olarak alınır.
Süneklikle karıştırılmaması gereken başka bir kavram da elastikliktir. Bütün malzemelerde bir
elastiklik bölgesi bulunmakla birlikte, metalik malzemelerin çoğu %1'den daha düşük elastik
uzama gösterirler. Bir plastik malzeme türü olan elastomerler ise, yüzde bir kaç yüz
mertebesine varan oranlarda elastik uzama gösterebilirler.
f) Kopma büzülmesi (K.B.): Çekme numunesinin kesit alanında meydana gelen en A0-Ak büyük
yüzde daralma veya büzülme miktarı olup, K. B. = (A0-Ak) / A0 x100 bağıntısı ile hesaplanır ve
bulunan değerler kopma uzaması gibi, süneklik için bir göstergedir. Burada, A0 deney
numunesinin ilk kesit alanı, Ak ise, kırılma anındaki en küçük kesit alanı veya kırılma yüzeyinin
alanıdır.
Şekil 4. Yuvarlak kesitli silindirik başlı çekme numunesinin çekme deneyi sırasında boyunda ve
kesit alanında oluşan deformasyonlar
g) Rezilyans Modülü: Malzemenin yalnız elastik şekil değiştirme sırasında enerji absorbe etme
yeteneğine denir. Bu enerji, gerilme ( ) birim uzama ( ) eğrisinin elastik kısmının altında kalan
alan ile belirlenir (Şekil 5). Birim hacimde absorbe edilen bu enerji,
ue
2
akma
2E
şeklinde hesaplanabilir.
46
h) Tokluk: Malzemenin kırılıncaya kadar enerji absorbe etme yeteneğine denir. Genellikle k
eğrisinin altında kalan alanın A
hesaplanması ile bulunur. Birim hacim başına düşen
d
0
kırılma enerjisi olarak tanımlanan tokluk, kırılmaya karşı direnç için bir ölçü kabul edilir (Şekil
5). Bu değerle, örneğin, darbeli zorlama halinde bulunan dinamik tokluk arasında bir bağıntı
yoktur. Sünekliğin olduğu gibi, tokluğun karşıtı olarak da gevreklik deyimi kullanılır.
Gerilme
Numunenin kırılmasına kadar plastik
deformasyon için harcanan enerji.
Numune kırılınca geri kazanılan
elastik enerji.
Birim Uzama
Şekil 5. Gerilme-birim uzama eğrisinin altındaki alan şekil değişimi için gerekli enerjiyi
(tokluğu) vermektedir.
C60 çeliğinin çeşitli durumları için çekme diyagramları şekil 6'da verilmiştir. Bu şekilden, söz
konusu çeliğin (a) durumunda gevrek ancak, (b) ve (c)'ye göre rezilyansının daha fazla olduğu
görülmektedir. Çoğunlukla sünek malzeme tok olur. Ancak, (b) ve (c) eğrilerinin
karşılaştırılmasından, süneklik ve tokluğun daima aynı yönde değişmediği yani (c) durumunda
süneklik biraz azaldığı halde, tokluğun arttığı görülmektedir. Şekil 7’de çeşitli malzemelere ait
çekme diyagramları verilmiştir.
a
a) Sertleştirilmiş
b) Normalize edilmiş
c) Islah edilmiş (Su verildikten
sonra menevişlenmiş)
b
c
(%)
Şekil 6. C60 çeliğinin çeşitli durumları için çekme diyagramları
47
a
b
d
c
Şekil 7. Çeşitli malzemelerin çekme diyagramları
a) Yüksek mukavemetli çelik (yarı sünek).
b) Yumuşak çelik (sünek).
c) Kır dökme demir {gevrek).
d) Tavlanmış bakır (sünek).
4. Çekme Deneyinin Genel Değerlendirilmesi
Çekme deneyi sonucunda, çekme diyagramı, ( - eğrisi) elde edilerek, malzernenin akma ve
çekme dayanımı gibi mukavemet değerleri ile kopma uzaması ve kopma büzülmesi gibi
süneklik değerleri belirlenrnektedir. Söz konusu değerler, malzemenin cinsine, kimyasal
bileşimine ve metalografik yapısına bağlıdır. Metalografik yapı ise malzemeye uygulanan ısıl
işleme bağlıdır. Dolayısıyla, ısıl işlem bir malzemenin hem yapısını, hem de özelliklerini
etkilemektedir. Bu nedenle, endüstride uygulanan ısıl işlemlerin malzemelerin mekanik
özelliklerine etkileri çekme deneyi ile incelenebilir.
Buraya kadar, çekme numunesinin son durumu ile ilk durumunun karşılaştırılması ile elde
edilen mühendislik veya teknolojik gerilme ( m) uzama (e) eğrileri incelendi. Ancak, ilk durum
deney süresince devamlı değişime uğradığından özellikle plastik şekil değişimi için, Her
noktadaki gerilme ve birim şekil değişiminin o andaki boyuta göre hesap edilmesi daha
uygundur. Bu nedenle, mühendislik gerilmesi ve mühendislik birim şekil değişiminden farklı
olarak gerçek gerilme ( g) ve gerçek birim şekil değiştirme ( ) tanımlanır. Bilindiği gibi,
mühendislik gerilmesi ( m) = Fi /A0 formülü ile hesaplanır. Buradaki Fi deformasyonun
herhangi bir i anında numuneye etki eden kuvvet, A0 ise numunenin ilk kesit alanıdır.
Mühendislik veya teknolojik birim şekil değiştirme ise;
li
e
dl
l
l0 0
li
l0
l0
l
l0
bağıntısı ile hesaplanır. Burada da, l0 numunenin iIk uzunluğu, li ise herhangi bir i anındaki
uzunluğudur.
48
Gerçek gerilme ( g), uygulanan kuvvetin deney parçasının o andaki en küçük kesit alanına
bölünmesi ile elde edilir ve g = Fi / Ai bağıntısı i1e hesaplanır.
Burada Fi deformasyonun herhangi bir i anında numuneye etki eden kuvvet, Ai; ise kuvvetin
uygulandığı andaki deney numunesinin kesit alanıdır. Gerçek birim uzama ( ), deney parçasının
boyundaki küçük dl değişiminin o andaki l boyuna oranının integrali olarak tanımlanabilir ve
li
dl
l
l0
ln
li
l0
bağıntısı ile belirlenir. Buradan hareketle ve plastik şekil değişimi sırasında numunenin hacminin
(V) değişmediği, yani;
A0.l0 = Ai.li = V olduğu düşünülerek; Ai = A0.l0 / li olarak bulunur.
Mühendislik birim uzaması (e)
Gerçek gerilme: (
g
Gerçek uzama: ( )
Fi
Ai
)
ln
li
l0
li
l0
li
l0
l0
Fili
l0
Fi
A0
li
l0
1 e olur. Buradan,
m
(1 e) olarak bulunur.
ln(1 e)
olarak yazılabilir. Sonuçta gerçek ve mühendislik değerler arasındaki ilişki;
m
(1 e),
ln(1 e)
şeklinde yazılabilir.
Herhangi bir malzemeye ait mühendislik ve gerçek gerilme-birim uzama eğrileri Şekil 8’de
verilmiştir.
Şekil 8. Mühendislik ve gerçek gerilme-birim uzama eğrileri:
(1)
-e
ve
m
49
(2)
-
g
Her iki eğri birim uzamanın küçük değerleri için aynı kabul edilir.
Yukarıdaki şekilden görüldüğü gibi, gerçek gerilme kopma noktasına kadar sürekli artmakta
olduğu görülmekte, böylece malzemenin büzülmede de dahil olmak üzere, plastik şekil
değiştirme sırasında sertleştiği anlaşılmaktadır. Bu tür sertleşmeye pekleşme veya deformasyon
sertleşmesi adı verilir. Dikkati çeken başka bir özellik, söz konusu eğrinin eğiminin (d g/d )
gittikçe azalması yani pekleşme derecesinin küçülmesidir. Bu prensiplerin ışığı altında, 2
numaralı eğrinin ( m- e) oluşmasında rol oynayan iki etkenden söz edilebilir: Pekleşme ve kesit
daralması. Yalnız pekleşme olsaydı, e arttıkça m' in artması gerekirdi. Buna karşılık yalnız
kesit daralması olsaydı, e arttıkça m' in azalması gerekirdi. m - e eğrisinde, maksimum
noktaya kadar pekleşme etkisi ağır basar. Ancak, pekleşme derecesi devamlı küçüldüğünden,
maksimum noktada pekleşme etkisi kesit daralması etkisine eşit olur. Bu noktadan sonra ise;
kesit daralması etkisi daha üstün duruma geçer, yani deney parçasının işleme veya malzeme
hatasından dolayı zayıf bir kesiti bir an için daha fazla şekil değişimine uğrasa bile, bu bölge
derhal pekleşir ve dolayısıyla diğer bölgeler denge sağlayıncaya kadar şekil değiştirmeye devam
eder (homojen şekil değiştirme veya pilastik denge). Oysa maksimum noktadan sonra
pekleşmenin etkinliği azaldığından, herhangi bir noktadaki kesit daralması sürekli duruma geçer
ve tüm şekil değiştirme bu bölgede yoğunlaşır (büzülme veya plastik dengesizlik).
Basit bir çekme deneyi sonucunda elde edilen gerçek gerilme ( g)-gerçek birim şekil değiştirme
eğrisine genellikle "plastik akış" eğrisi adı verilir. Zira bu eğri, belirli bir deformasyon oranı için
metalin plastik olarak akışını sağlayacak gerilmeleri vermektedir. g - eğrisnin, numunenin her
bölgesindeki homojen plastik deformasyonunu karakterize eden kısmı, matematiksel olarak:
g
= K. n
Bağıntısı ile ifade edilebilir. Burada n deformasyon sertleşmesi üssü, K ise mukavemet katsayısı
olup, = 1 için elde edilen gerilmeye eşdeğerdir.
5. Raporda İstenenler
Rapor TS 88 A4 ebatlarında beyaz dosya kâğıdına mavi veya siyah mürekkepli kalemle
yazılacaktır. Kağıdın sol ve üst kenarında 3 cm, sağ ve alt kenarda 2.5 cm boşluk bırakılacaktır.
Rapor; kapak, irdeleme, deneyin amacı, konu ile ilgili teorik bilgiler, deneysel çalışmalar,
sonuçlar ve kaynaklar bölümlerini içerecektir. Her bölümde bölüm başlıkları büyük harfle
yazılarak desimal sisteme göre numaralandırılacaktır.
Raporda ölçme sonuçları tablolar halinde verilmelidir. Anlatımda "ölçüldü, bulundu,
hesaplandı" gibi ifadeler kullanılmalıdır.
Sonuçlar bölümünde incelenen numuneler için çekme diyagramlarının çizilmesi gerekir. Teorik
bilgiler için elinizdeki föyden faydalanabilirsiniz.
50
6. Kaynaklar
[1] Savaşkan, T., Küçükömeroğlu, T., Turhal, Ş., "Tahribatlı Malzeme Muayenesi
Labaratuvarı Çekme Deneyi Notları", K.T.Ü. Mühendislik Mimarlık Fakültesi, Trabzon, Mart
1996.
[2] Kayalı E. S. ve Çimenoğlu, H., "Malzemelerin Yapısı ve Mekanik Davranışları" İ.T.Ü.
Kimya-Metalurji Fakültesi, İstanbul, 1986.
[3] Kayalı E. S., Ensari, C. ve Dikeç F., "Metalik Malzemelerin Mekanik deneyleri" İ.T.Ü.
Kimya-Metalurji Fakültesi, İstanbul, 1990.
[4] McClintock, F.A. and Argon, A.S., "Mechanical Behaviour of Materials", Addison Wesley
Publishing Co. Inc., Reading-Massachusetts, USA, 1966.
[5] Dieter, G. E., "Mechanical Metallurgy" McGrawHill, Inc., New York, USA, 1976.
51
2.2 GERİNİM ÖLÇÜM DENEYİ
1. Deneyin Amacı
Makine mühendisliği öğrencilerine deneysel mukavemet araştırmalarında
strain-gauge(gerinim ölçerlerin) kullanılması ile ilgili temel bilgileri
vermektir. Bu deneyin anlaşılabilmesi için öğrencilerin mukavemet
ve fizik derslerinde verilen temel bilgilere sahip olması gerekir.
Deneyde ölçülecek büyüklükler mukavemet formülleriyle de kontrol
edilebilecek şekilde seçilmişlerdir. Deneyin sonucunda öğrenci
ölçülen ve hesaplanan değerlerin arasındaki farkın nerelerden
geldiğini izah edebilmelidir.
2. Giriş
Mukavemet problemlerinin çözümünde,
yani bir yapı elemanındaki şekil değiştirme ve
gerilmelerin tayininde iki yöntem vardır:
i. Hesap
ii. Deney
Mukavemet hesaplarının yapılamadığı veya çok zaman alacağı durumlarla, emniyet
kavramının ön plana çıktığı durumlarda deneye başvurulur. Ayrıca bir problem hesap yöntemi
ile çözülmüşse yapılan basitleştirici kabullerin doğruluk derecesi deneylerle kontrol edilebilir.
Mukavemet araştırmalarında kullanılan en önemli iki deney yöntemi şunlardır:
i. Strain-gauge tekniği
ii. Gerilme optiği
Bu iki yöntemden en çok kullanılanı, ölçmeler elektrik devresiyle yapılabildiği ve
sonuçlar sayısal olarak göstergelere yansıtılabildiği için strain-gauge tekniğidir. Bu tekniğe
geçmeden önce katı cisimlerdeki şekil değiştirmelere ait bazı temel bilgileri hatırlamak
faydalı olacaktır.
3. Katı Cisimlerde Gerilme Şekil Değiştirme Bağıntıları
Pratikte zorlanmalar bir, iki veya üç eksenli olarak ortaya çıkabilir. Bir eksenli gerilme
halinin teorisi basittir. Burada iki eksenli gerilme haliyle sınırlı kalınacaktır. Üç eksenli
gerilme haline ait bilgiler mukavemet kitaplarında bulunabilir[1].
Kesilmiş olarak düşünülen bir katı cismin kesitinde kayma gerilmeleri ortaya çıkmıyorsa o
kesitteki normal gerilmeye asal gerilme adı verilir. Asal gerilmeler bir yapı elemanının
zorlanması hakkında fikir verdiğinden deneysel gerilme analizinde temel soru, bir yapı
elemanının bir noktasındaki asal gerilmelerin büyüklüğü ve yönünün ne olduğudur(Şekil 1).
52
Şekil 1. Asal gerilmeler
Düzlem gerilme analizinde genellikle rozet şeklinde gerinim ölçerler kullanılır[2]. Şekil 2
de görüldüğü gibi rozetteki gage’lerin arasındaki açılar 45º veya 60º olabilir.
Şekil 2. 450 ve 600 açılarda rozet şeklinde gerinim ölçerler
45o’lik rozetler kullanılması halinde; a, a gerinim ölçeri, εb, b gerinim ölçeri ve εc, ise c
gerinim ölçerinin ölçtüğü birim uzamalar ve μ malzemenin Poisson Oranı olmak üzere σ1 ve σ2
asal gerilmeleri:
E
1
max
1
min
1
E
c
2
E
2
a
a
1
2
a
2
E
c
2
1
b
c
(1)
1
1
2
b
2
a
2
b
2
b
c
(2)
şeklinde yazılabilir [3].
σ1 asal gerilmesinin a gauge’i ile yaptığı Ø açısının büyüklüğü de;
tan 2
a
2
c
a
b
(3)
c
formülü ile bulunabilir. σ1 asal gerilmesinin doğrultusu a gauge’inden itibaren saat yönünde ϕ
açısı kadar dönülerek bulunur.
4. Strain-Gauge Tekniği
Bir malzemede oluşan gerinmeyi ölçmek için çoğunlukla strain gauge kullanılır. Strain
gauge, maruz kaldığı gerinmeyle orantılı olarak elektriksel direnci değişen bir cihazdır. En çok
tercih edileni Şekil 3’te görüldüğü gibi metalik strain gauge’tir.
53
Strain-gauge’ler esas itibari ile elektrik direnç telleri olup, şekil değişikliği araştırılacak
yapı elemanına yapıştırılır ve yapı elemanı ile birlikte deforme olması sağlanır. Bu esnada
gauge’in elektrik direnci değişir. Bu direnç değişikliği ile yapı elemanındaki birim şekil
değiştirme arasında;
1 R
k R
(4)
bağıntısı vardır. Buradaki orantı katsayısı k, Gauge Faktörü adını alır ve strain-gauge üreticileri
tarafından verilir. Bu faktör strain-gauge rozetinin uzama hassasiyetini vermektedir. Normal
şartlar altında 2-5 arasında Gauge Faktörü tanımlanmaktadır. (4) nolu bağıntıya dikkat edilirse
şekil değiştirmenin ölçülmesinin bağıl direnç değişimi ölçülmesine dönüştürülmüş olduğu
görülür.
Bir metalik telin elektriksel direnci; ρ telin özdirenci, L telin boyu ve A telin kesit alanı olmak
üzere,
L
A
R
(5)
şeklinde tanımlanır.
Hizalama çizgisi
Lehim yerleri
Taşıyıcı
Aktif tel
uzunluğu
Şekil 3. Metalik Strain Gauge
5. Wheatstone Köprü Devresi
Malzemenin gerilme etkisi altında şekil değiştirmesi nedeniyle, elektriksel dirençlerde
meydana gelen değişimin gerinim değerine dönüştürülebilmesi için kullanılan devreye
“Wheatstone Köprü Devresi” denir. Bu devre güç kaynağı, galvanometre ve dört adet
dirençten meydana gelmektedir. Wheatstone köprü devresinde bulunan dirençler strain-gauge’
leri ifade etmektedir. Devrede dirençlerin birbirlerini elektriksel yönden tamamlaması gerekir.
Bu durumda, köprünün seri halde bulunan iki tane direncinin eşdeğer direnci, köprünün diğer
kısmında bulunan birbirlerine seri bağlı olan dirençlerin eşdeğer direncine eşit olması gerekir.
Strain-gauge ile gerilme, eşdeğer dirençler arasında meydana gelen elektriksel direnç
farkının galvanometre ile ölçümü ile tayin edilir. Cisim üzerinde meydana gelen gerilmenin
tipine bağlı olarak farklı sayıda strain-gauge kullanımı gerekir. Kullanılan strain-gauge sayısına
54
bağlı olarak Wheatstone köprü devresinde dirençler aktif ya da pasif olarak nitelendirilir. Eğer
köprü devresindeki direnç yapı elemanın deformasyonunun etkisine maruz kalıyorsa “Aktif
Strain gauge” direnç yapı elemanın deformasyonunun etkisine maruz kalmıyorsa “Pasif Strain
gauge” olarak adlandırılırlar. Wheatstone köprüsünde aktif strain gauge dışındakiler sadece
köprünün elektriksel dengesi için bulunurlar. Köprü devresinde bulunan dirençlerin dört tanesi
de deformasyona maruz kalması durumu Tam köprü, devrede bulunan dirençlerden sadece iki
tanesinin deformasyona maruz kalması durumu Yarım köprü ve devrede bulunan dirençlerden
sadece bir tanesinin deformasyona maruz kalması durumu Çeyrek köprü olarak isimlendirilir.
Çeşitli yaygın konfigürasyonlar ve bunlar arasındaki ilişki Tablo 1 de belirtilmiştir.
Tablo 1: Wheatstone Köprü Devresi Çeşitleri
Vç
Vg
Şekil 4. Wheatstone Köprü Devresi
Wheatstone köprüsünde oluşan çıkış voltajını veren bağıntı:
Vç
R3
R3
R2
R4
R1
R2
.Vg
(6)
R1 R4
olduğu zaman, çıkış voltajı sıfır değerini alır ve “köprü
R2 R3
dengededir” denir. Söz konusu elektriksel dirençlerden birinde herhangi bir değişim olduğunda,
çıkış voltajı sıfırdan farklı bir değer verecektir.
Bu denkleme göre
Eğer köprüye R4 ün yerine bir strain gauge yerleştirirsek, strain gauge’in elektriksel
direncindeki herhangi bir değişim köprünün dengesini bozacak ve Vç ’nin sıfırdan farklı bir
55
değer almasına neden olacaktır. RG strain gauge’in elektriksel direncini göstermek üzere,
direncin değişimi ΔR, gauge faktörü bağıntısı kullanılarak R RG .k . ile ifade edilebilir.
Ayrıca köprüyü oluşturan dirençler R1 R2 ve R3 RG şeklinde seçilirse, (6) nolu
denklemden, çeyrek köprü devresi için çıkış voltajının giriş voltajına oranı gerinmenin(ε) bir
fonksiyonu olarak elde edilir.
Vç
Vg
k.
4
1
1 k.
.
(7)
2
Şekil 5. Wheatstone Çeyrek Köprü Devresi
6. Kafes Sistemleri
Bir kafes sistem düğüm noktalarında birleşen doğru eksenli çubuklardan ibarettir.
Kafes sistemin çubukları yalnız uç noktalarında birbirine bağlanmıştır. Dolayısıyla
çubuklardan hiçbiri düğüm noktalarından ileri geçmez.
Kafeslerin kuvvet analizinde aşağıdaki bazı ön kabuller yapılır;
1) Çubuk ağırlığı tesir eden yüklere nazaran çok küçük olduğu için ihmal edilir. Eğer ihmal
edilmemesi gerekiyorsa; her çubuk ağırlığının yarısı çubuğun birleştirdiği iki düğüm
noktasına gelecek şekilde, düğüm noktalarına uyguladığı kabul edilmiştir.
2) Tüm dış kuvvetlerin doğrudan çubuklara değil, düğüm noktalarına (pimlere) tesir ettiği
kabul edilir.
3) Çubuklar gerçekte kaynaklı ya da perçinli birleşimlerle birleştirilmişlerse de, çubukların
mafsallı olarak birleştiğini kabul etmek adet olmuştur.
Bu ön kabuller kafes çubuklarını iki-kuvvet elemanı haline getirir. Yani bir çubuğa sadece
iki ucundaki pimlerden kuvvet etkir. Çubuğun her iki ucuna etkiyen bu kuvvetler bir tek
eksenel kuvvet olur ve moment meydana getirmez.
Kafes çubuklarına yalnızca çubuk ekseni doğrultusunda tek eksende kuvvet geldiğinden;
rozet şeklindeki strain-gage’ler yerine, tek bir strain-gage’in kullanılması çubuklardaki uzamayı
belirlemek için yeterli olacaktır. Çünkü kafes çubuklarında tek eksenli gerilme durumu vardır.
Rozet şeklindeki strain-gage’ler düzlem gerilme durumunda
kullanılır. Aşağıda,
x , y , xy
kullanılan deney düzeneğinin şekli görülmektedir.
56
Şekil 3. Deney düzeneği Kafes Sistemi
(a) Düğüm Noktası Metodu
Bu metot ile çalışırken her düğüm noktasının serbest cisim diyagramı çizilir ve düğüm
noktasında ikiden fazla bilinmeyen çubuk kuvveti olmamalıdır. Bu görüş mühimdir, çünkü
kuvvet düğüm noktasında kesiştiğinden çözüm için ancak iki tane denklem vardır. Bu sıra
içinde bir düğüm noktasından diğerine geçilerek bütün çubuklar belirlenir.
Fx
0 ;
Fy
(8)
0
(b) Kesim Metodu
Kafesin kesilen çubukları serbest cisim diyagramı gibi düşünülür. Kesilen kafesin bir
tarafını düşünmek kaydı ile bilinmeyen çubuk kuvvetleri bulunabilir. Kafesin ayrılan parçasını
dengede tutan, çubuk doğrultusundaki kuvvetler çubuğun iç kuvvetleridir. Sistemde
kesişmeyen ve paralel olmayan kuvvetler olduğu için üç denge denklemi geçerlidir. Bundan
dolayı her kesitte üç çubuktan fazla bilinmeyen olmamalıdır.
Fx
0 ;
Fy
0 ;
Mz
0
(9)
7. Eksenel Yüklü Çubuk
Eksenel yönde bir F kuvvetine maruz kalmış dikdörtgen kesitli bir çubuk göz önüne
alınırsa;
F
F
F
F
Çekme
Basma
Şekil 4. Eksenel yönde çekme ve basma kuvvetlerine maruz kalan çubuklar
57
N
m2
F
A
(10)
F kuvveti altında l boyundaki çubuğun boyu ∆l kadar değişerek l0’dan l1’e ulaşır.
l1
l0
l1
l
l0
(11)
l
l0
(12)
l0
8. Deneysel Yöntem
Kafes Sistemi
Dijital Strain
Köprüsü
Kafes sistemi
Yükleme Vidası
Anahtar ve
Dengeleme Ünitesi
Kafes sistemi
Yükleme Kolu
Şekil 5. Deney Düzeneğinin Görünüşü
Strain-gage’ler birim uzamaları ölçmek suretiyle, gerilmelerin tespit edilmesinde
kullanılır. Bu ölçmeleri yapmak için strain-gage, ölçmesi yapılacak cismin üzerine cisim yüksüz
iken yapıştırılır. Strain-gage’in uçları dijital strain köprüsüne bağlanır ve gösterge sıfırlanır.
Sıfırlama her çubuk için ayrı ayrı yapılır. Yükleme yapıldığı zaman uzama veya kısalma durumu
için telin çapındaki artma veya azalmadan dolayı direnç değişecektir. Bu değişimlerden dolayı
göstergede sapma meydana gelir. Bu sapmadan birim uzama miktarları ölçülür ve buradan da
gerekli gerilme değerleri Hooke bağıntılarıyla elde edilir. Tek eksenli gerilme halinde, yapılan
ölçüm esnasında birim uzama ( ) dijital strain köprüsünden okunarak, kafes sistemin
malzemesi belli olduğundan, diğer bir deyişle elastisite modülü (E=200 GPa) tanımlanmış
olduğundan, birim uzamaya karşı gelen gerilme değeri aşağıdaki bağıntıyla bulunur:
.E
58
(13)
Tablo 1. Ölçülen değerleri
1 nolu çubuk için
2 nolu çubuk için
3 nolu çubuk için
4 nolu çubuk için
5 nolu çubuk için
6 nolu çubuk için
7 nolu çubuk için
100 N
.10-6
.10-6
.10-6
.10-6
.10-6
.10-6
.10-6
300 N
.10-6
.10-6
.10-6
.10-6
.10-6
.10-6
.10-6
YÜK
600 N
.10-6
.10-6
.10-6
.10-6
.10-6
.10-6
.10-6
900 N
.10-6
.10-6
.10-6
.10-6
.10-6
.10-6
.10-6
1200 N
.10-6
.10-6
.10-6
.10-6
.10-6
.10-6
.10-6
9. İstenenler
Deneyde verilen kafes sistem için, 1. çubuktan, 7. çubuğa kadar her çubukta oluşan
çekme veya basma kuvvetlerini hesaplayınız. Buna göre her bir yüke karşılık her bir çubuğun
birim uzama miktarlarını (ε) hesaplayıp, ölçülen (ε) değerleri ile karşılaştırınız. Eğer fark varsa
bu farkın neden meydana geldiğini açıklayınız.
10. Kaynaklar
[1] Popov E. P.; Çeviren: H. Demiray, “Mukavemet; Katı Cisimlerin Mekaniğine Giriş”,
Çağlayan Kitabevi, İstanbul, 1992.
[2] Hibbeler R. C., “Mechanics of Materials”, Prentice Hall, New Jersey, 1994.
[3] Strain Gauge Measurement – A Tutorial.pdf, National Instruments, Application Note 078,
1998.
59
2.4 SERTLİK ÖLÇME DENEYİ
1. Deneyin Amacı
Malzemelerin kullanımları için bilinmesi gereken sertlik değerlerinin ölçümü hakkında
temel bilgileri vermektir.
2. Deneyle İlgili Genel Bilgiler
2.1 Giriş
Bir malzemenin çizilmeye, kesilmeye, aşınmaya ve delinmeye karşı gösterdiği dirence
sertlik denir. Bilimsel anlamda ise, bir malzemenin dislokasyon hareketine veya plastik
deformasyona karşı gösterdiği direnç sertlik olarak ifade edilir. Sertlik deneyinde, bir
malzemenin yüzeyine batırılan bir uca karşı gösterdiği direnç ölçülür. Batıcı uçlar bilya, piramit
veya koni biçiminde olup, genellikle sertleştirilmiş çelik, sinterlenmiş tungsten karbür veya
elmas gibi, sertliği deney malzemesinin sertliğinden çok daha yüksek olan malzemelerden
yapılır. Standart deneylerin çoğunda yük, batıcı ucu malzeme yüzeyine dik doğrultuda ve yavaş
yavaş bastıracak şekilde uygulanır. Sertlik ölçümünde dikkat edilmesi gereken bazı hususlar
vardır. Örneğin; sertlik numunelerinin ölçme ve oturma yüzeylerinin düzgün ve birbirine paralel
olmaları gerekir. Sertlik numunelerinin kalınlığı, iz derinliğinin en az 10 katı olmalıdır. Batıcı
uç, numune kenarlarına yakın bölgelere uygulanmamalı ve izler arasında iz çapının veya
ortalama köşegen uzunluğunun en az üç katı kadar bir uzaklık bulunmalıdır. Malzemenin
sertliği, uygulanan yüke bağlı olarak, ya numune yüzeyinde oluşan izin yüzey alanına, ya da
batıcı ucun batma derinliğine göre belirlenir. Genelde sertlik; uygulanan yükün numunede
oluşan kalıcı izin yüzey alanına bölünmesiyle bulunur. Günümüzde en çok Brinell, Vickers ve
Rockwell sertlik ölçme yöntemleri kullanılmaktadır. Ancak, bunlardan başka sertlik ölçme
yöntemleri de vardır. Örneğin; Knoop sertlik ölçme yöntemi Kuzey Amerika’da yaygın olarak
kullanılmaktadır.
2.2 Brinell Sertlik Deneyi
Bu deneyde sertlik, sertleştirilmiş çelik veya tungsten karbürden yapılan bir bilyanın,
sertliği ölçülecek malzemeye genellikle 30 saniye müddetle ve belirli bir yükle bastırılması
yoluyla saptanır. Uygulanan yük (F), malzeme yüzeyinde oluşan izin küresel yüzey alanına (A)
bölünerek, Brinell Sertlik Değeri (BSD) bulunur. Yüzey alanı ve Brinell Sertlik Değeri
aşağıdaki bağıntılar ile belirlenir. Brinell sertlik deneyinin prensip şeması Şekil 1’de
görülmektedir.
A
D2
DD
d2
2F
BSD
2
DD
60
D2
d2
Şekil 1. Brinell sertlik deneyinin şematik gösterimi
Burada F uygulanan yükü, D bilya çapını, d ise iz çapını gösterir. Deneme yükü, F=kD2
bağıntısı ile belirlenir ve (d/D)=0.2-0.7 olacak şekilde seçilir. Sertliği ölçülecek parça kalınlığı
D/2’den küçük olmamalıdır. Çizelgede en çok kullanılan F, D, ve k değerleri gösterilmiştir.
Çizelge 1. Brinell sertliğinin ölçülmesinde en çok kullanılan yükler ve bilya çapları
F (kg-f)
D [mm]
k=30
k=10
k=5
k=2.5
10
5
2.5
3000
750
187.5
1000
250
62.5
500
125
31.25
250
62.5
15.625
Kısa gösterilişi
BS 30
BS 10
BS 5
BS 2.5
Farklı bilya çapı (D) ile bulunan sertlik değerlerinden yalnız k’ları aynı olanlar birbirleriyle
karşılaştırılabilir. Genellikle çelik, dökme demir ve alaşımları 30D2; bakır ve alaşımları 10 D2;
Alüminyum ve alaşımları 5D2 veya 2.5D2; çok yumuşak metaller (kurşun, kalay, beyaz yatak
metalleri) 1D2’lik yüklerle denenirler. Çelik bilya ile ancak 400 kg-f/mm2 ye kadar olan sertlik
değerleri doğru olarak ölçülebilir. Daha büyük sertlikler için sinterlenmiş karbürden yapılan
bilyalar kullanılabilir. Brinell sertlik değeri Türk Standartlarında BSD ile, Milletlerarası
Standartlarda ise HB ile gösterilir.
2.3 Vickers Sertlik Deneyi
Bu yöntemde, piramit biçiminde ve tabanı kare olan batıcı uç kullanılır. Elmastan yapılan
piramidin tepe açısı 136 derecedir. Vickers sertlik deneyi; söz konusu batıcı ucun, malzemenin
yüzeyine, malzeme cinsine göre seçilen bir yük altında, belirli bir süre batırılması ile oluşan izin
köşegen uzunluklarının ölçülmesinden ibarettir. Vickers Sertlik Değeri (VSD);
1.8544 F
VSD
d2
61
uygulanan yükün (F), oluşan izin alanına bölünmesi anlamına gelen bağıntısı ile bulunur.
Burada; d izin köşegen uzunluğu olup d=(d1+d2)/2 bağıntısı ile bulunur. Vickers sertlik ölçme
prensibi Şekil 2’de görülmektedir.
Şekil 2. Vickers sertlik ölçme prensibi
Köşegen uzunluğu, sertliği ölçülen parça veya tabaka kalınlığının en çok üçte ikisi kadar
olmalıdır. Yük 1 ile 120 kg-f arasında; genellikle 10-30 ya da 60 kg-f olarak seçilir. Vickers
metodu çok küçük bölge veya çok ince tabakaların sertliğinin saptanmasında büyük üstünlüğe
sahiptir. Vickers sertlik değeri Türk Standartlarında VSD ile, Milletlerarası Standartlarda ise
HV ile gösterilir.
2.4 Rockwell Sertlik Deneyi
Rockwell sertlik değeri, yükün üç kademe olarak uygulanması neticesinde tespit edilir.
Sertliği ölçülecek parça ile, test ucu arasındaki tam teması sağlamak ve cihazın ölçme
mekanizmasındaki boşlukları gidermek maksadıyla bir F0 ön yükü uygulanmasıyla, uç, ölçme
parçasına bir t0 miktarı batar (Durum 1). Bu derinlik, Rockwell sertlik skalası için , referans
düzlemi olarak alınır. F0 dan en az 4 kat büyük olan F1 deney yükünün eklenmesi ile uç, (F0 +
F1) toplam yükün etkisi altında, malzemeye, tayin edilmiş belirli bir zaman (15 saniye gibi)
bastırılır (Durum 2). Bu süre sona erince , F1 yükü kaldırılır; uç şimdi malzemeye tekrar F0
yükü ile etki etmektedir (Durum 3). Ön yükün (F0) ilk ve son uygulanması arasında , kalıcı bir
batma derinliği (t B) meydana gelir. Deneyin yapılışı, Şekil 3’te şematik olarak gösterilmiştir.
62
Şekil 3. Rockwell sertlik ölçme prensibi
Rockwell sertlik değeri; ön yükün ilk ve son uygulanması arasındaki kalıcı batma
derinliğinin karşılık geldiği Rockwell sertlik skala parçasının, referans sayısından çıkarılması ile
elde edilen değerdir. Sertlik skalasının başlangıcı (sıfırı) alt taraftadır ve tb küçüldükçe sertlik
değeri artar. Batma derinliği büyüdükçe, sertlik değeri azalır. Batıcı uç olarak ya elmas koni, ya
da çelik bilya kullanılır. Elmas koninin tepe açısı 120º olup, tepe noktası yarı çapı 0.2 mm olan
bir küre parçasından oluşur. Bilya tipindeki batıcı uçların çapları yaklaşık 1.6 mm, 3.2 mm, 6.35
mm ve 12.7 mm olabilir. Rockwell sertlik ölçme metodunda 28 değişik malzeme sertlikleri için,
çok geniş sertlik ölçme imkanları tanımlanmıştır. Bununla beraber, en fazla kullanılan ve genel
maksatları karşılayan 3 ölçme, Rockwell A, B, C ölçmeleridir.
2.4.1 Rockwell A (HRA)
Test ucu elmas koni, tepe açısı 120º, tepe yuvarlatılmış, ön yük 10 kg, esas yük 50 kg
olmak üzere toplam 60 kg yük ölçme parçasına uygulanır. Bu metotla ince malzemelerin ve
yüzey sertleştirilmesi yapılmış çeliklerin sertlikleri ölçülür.
2.4.2 Rockwell B (HRB)
Test ucu çelik bilya olup çapı 1.5875 mm’dir. Sertlik skalası referans sayısı 0-130
arasındadır. Sertlik birimi başına batma derinliği 0.002 mm’dir. Test yükü, ön yük 10 kg, esas
yük 90 kg olmak üzere toplam 100 kg’dır. Bu metot, düşük karbonlu çelikler,sertleştirilmemiş
dökme demirler ve çelikler, pirinç gibi bakır alaşımları, alüminyum alaşımları ve diğer demir dışı
alaşımların sertlik ölçmelerinde kullanılır. 35-100 HRB arasındaki neticeler geçerlidir.
2.4.3 Rockwell C (HRC)
Test ucu elmas koni, tepe açısı 120º, tepe yuvarlatılmış sertlik skalası referans sayısı 0100 arasındadır. Sertlik birimi başına batma derinliği 0.002 mm’dir.Test yükü,ön yük 10 kg,
esas yük 140 kg olmak üzere toplam 150 kg’dır. Bu metot, su verilmiş (sertleştirilmiş) ve
menevişlenmiş orta ve yüksek karbonlu çeliklerin kalite kontrolünde yaygın olarak kullanılır.
20-70 HRC arasındaki neticeler geçerlidir.
63
3. Kullanılan Cihaz
Deney, Hoytom marka standart sertlik ölçme cihazı kullanılarak yapılacaktır. Cihaz ana
hatları ile,yük uygulama ünitesi, değerleri gösteren skalalar ve uçların takıldığı mekanizmayı
taşıyan kafa ve numunenin konduğu tabla ve ağırlıkların yerleştirildiği bölümü taşıyan gövde
kısmından oluşmaktadır. Kütlesi 133 kg’dır. Ölçme cihazı, Şekil 4’te görülmektedir.
Şekil 4. Standart sertlik ölçme cihazı
4. Deneyin Yapılışı
Cihaz ile Rockwell A,B,C deneyleri, uçlar değiştirilerek de Brinell ve Vickers deneyleri
yapılabilmektedir. İki çeşit gösterge skalası vardır; kırmızı ve siyah. Rockwell A ve C deneyleri
yapılırken siyah skala, Rockwell B yapılırken de kırmızı skala kullanılmaktadır.Yapılacak deney
çeşidine uygun uç takılır. Gerekli ağırlıklar yerleştirilir, sertliği incelenecek numune,
gerekiyorsa yardımcı aparata yerleştirilerek tablaya konur. Tabla, teker döndürülerek yukarıya
doğru çıkarılır ve numune ile ucun temas etmesi sağlanır. Skala sıfırlanıncaya kadar yük kolu
sağa döndürülür (ön yükleme). Sonra yük kolu solu doğru döndürülerek serbest bırakılır ve
skala ibresi duruncaya kadar beklenir. İbre durunca gösterdiği değer okunur ve bu değer
numunenin Rockwell sertliğini belirler. Daha sonra tabla aşağı doğru hareket ettirilerek eski
64
konumuna getirilir. Vickers deneyi yapmak için piramit uç takılır, Rockwell’deki işlemler tekrar
edilir, numune üzerinde oluşan izin köşegen uzunluğu büyüteçle okunur, bu değer formülde
kullanılarak sertlik değeri elde edilir.
5. Raporda istenenler
Raporda; deney esnasındaki gözlemleriniz dahil olmak üzere deneyin nasıl yapıldığı
anlatılarak, okunan değer belirtilecek ve Brinell ve Vickers sertlik değerleri hesaplanacaktır.
6. Kaynaklar
[1] Şefik Güleç, “Malzeme Ders Notları”, İstanbul Teknik Üniversitesi Makine Fakültesi Ofset
Atölyesi, 1985.
[2] Temel Savaşkan, “Malzeme Bilgisi ve Muayenesi”, Derya Kitabevi, Trabzon, 1999.
[3] Erdoğan Kayıran, “Malzeme: Teori ve Pratik”, İskenderun, 1999.
65
2.5 DÖKÜM DENEYİ
1. Deneyin Amacı
Makine tasarımında kullanılabilecek döküm parçaların mekanik özelliklerinin değişimine üretim
parametrelerinin etkisi ve üretim işleminde meydana gelebilecek hataların alaşımların
işlenebilirliğine etkisi öğrencilere uygulamalı-anlatım ve soru cevap yöntemi ile anlatılacak.
2. Giriş
Metallere şekil vermenin değişik yolları vardır. Makine ile işleme, dövme, kaynak, presleme vb.
şekil verme yöntemlerinin yanında döküm yöntemiyle de metallere şekil verilebilir. İstenilen bir
şekli elde etmek için, seçilen metal veya alaşımın ergitilmesi söz konusu şeklin negatifi olan
kalıp boşluğuna dökülmesi işlemine döküm denir. Döküm yönteminin avantajları şunlardır;
* İçten ve dıştan grift ve karışık olan şekiller döküm yoluyla elde edilebilir ve talaş kaldırma,
kaynak vb. işlemlere ya çok az yada hiç ihtiyaç olmayabilir.
* Konstrüksiyonda basitlik kazandırır, istenen şekiller tek parça halinde elde edilebilir.
* Büyük miktarda seri üretime uygun olup çok sayıda belirli parça kısa sürede elde edilebilir.
* Bazı alaşımların döküm halindeki mühendislik özellikleri tercih edilir.
* Bazı metal veya alaşımlarda metalurjik özellikleri nedeni ile yalnız döküm yoluyla
şekillendirilebilirler (dökme demirler).
* Büyük pompa muhafazaları, büyük ring veya valfler gibi diğer yöntemlerle üretimi zor veya
imkansız olan büyük şekiller döküm yoluyla elde edilirler.
* Döküm yöntemi, diğer şekil verme yöntemlerine nazaran en ekonomik olanıdır.
3. Döküm Yöntemleri
3.1. Kum Kalıba Döküm
Kum kalıba döküm en çok kullanılan yöntemdir.çok farklı büyüklükteki parçalara
uygulanışı ve kalıplama maliyetinin az oluşu, tercih nedenlerinin başında gelir.kum kalıba
döküm yöntemi kullanılan kalıbın cinsine göre değişik guruplara ayrılabilir, bunların başlıcaları:
yaş kum kalıba döküm, kuru kum kalıba döküm, tamamen maçaların bir araya getirilmesiyle
oluşturulan maça kalıba döküm, kabuk kalıba (shell mold) döküm, gaz sertleştirici silikat
yöntemi olarak bilinen <CO> yöntemi ile hazırlanan kalıba döküm ve,kum, organik bağlayıcı ve
katalizör karışımından oluşturulan ve sıvı reçinelerin polimerizasyonu ile havada sertleşen <air
set> kalıplara döküm kalıplara döküm yöntemleridir.
3.1.1. Yaş Kum Kalıba Döküm
Kum kalıba döküm daha ziyade yaş kum ile hazırlanan kalıplarla gerçekleştirilir. Yaş
kum: SiO2 tanecikleri,kil, su ve diğer ilavelerin meydana getirdiği plastik bir karışımdır.<yaş>
terimi ihtiva ettiği nem yüzünden verilmiş olup kuru kum karışımından olan farkını
belirtmektedir. Yaş kum kalıbın başlıca avantajları, büyük fleksibilitesi yanında kil,su ve diğer
ilavelerin (pülverize kömür, dekstrin, odun talaşı vb.)tazelenmesi ile defalarca kullanıla bilmesi
ve en ucuz kalıplama yöntemidir. Yaş kum kalıba döküm yöntemi, kalıbın daha yüksek
mukavemet ve erozyon direncine sahip sahip olması gerektiği durumlarda (ince,uzun girintili ve
çıkıntılı parçalar, karışık şekilli ve iri dökümler vb. )ve daha yüksek boyut hassasiyeti ve yüzey
kalitesinin istendiği hallerde sınırlanır. Bu durumlarda diğer kjalıp türleri tercih edebilir.
66
3.1.2. Kuru Kum Kalıba Döküm
Yaş kum ile hazırlanan kalıp, fırın içinde(150-350°C) sıcaklığa ısıtılmış hava ile
kurutularak mukavemet kazanır. Genellikle kalıp boşluğu yüzeyine püskürtülen sıvanan
karışım, kalıba kurutma sonrası daha yüksek sertlik ,ve refrakterlik özelliği sağlar.kurutmada
kaybedilen zaman başlıca dezavantajı teşkil eder. Kalıp boşluk yüzeyinin 2-2,5 cm derinliğine
kadar kurutulması ile hazırlanan <kabuk kurutulmuş> (skindried) kalıplar, kuru kum kalıp
yönteminin bir başka türü olmaktadır. Kuru kum kalıplarda serbest nem buharı olmadığından
kalıp havalandırması problemi çok azalmaktadır. Daha düşük geçirgenlikli kumların
kullanılabilmesi, bu yöntemle daha iyi döküm yüzeyi elde etmek imkanı sağlar. Yaş kum kalıp
yöntemine nazaran , nem kontrolü daha az kritiktir. Ayrıca kalıbın dökümden önce bir müddet
beklemesi, yaş kum kalıplarda olduğu gibi koruma ve yüzeyin gevrekleşmesi gibi sorunlara yol
açmaz. Kurutma işlemi 400°C nin üstünde yapıldığında bağlanmış suyun kaybı, killerin
mukavemet özellikleri üzerinde yıkıcı bir etki yapacaktır. Dolayısıyla bu üst sınırın kesinlikle
aşılmaması gerekir. Yüzey kurutmada, ısıtma esnasında buharlaşan nem, kum içinde her yönde
yayınabileceğinden, kurutma kendi kendine havada fakat bir ısı kaynağı ile yapıldığında, sıcaklık
artışına paralel olarak önemli oranda bölgesel nem konsantrasyonu meydana gelebilir. Bunun
nedeni, ısıtılan yüzeyden uzak, soğuk bölgedeki kondensasyon olayıdır.
Oda sıcaklığında nem yalnız kurutulan yüzeyden dışarı çıkar , oysa daha yüksek
sıcaklıklara da nemin hareketi her iki yönde olmakta ve kondensasyon bölgeleri meydana
gelmektedir. Bu bölgelerde nem oranının, orijinal değerinin %60 üzerinde bir değere
ulaşılabildiği gösterilmiştir. Dolayısı ile bu tür kısmen kurutulmuş kalıplarda, vakit
kaybetmeden döküme geçmek gereklidir. Yüzey kurutma işlemi hamlaçlar, ısıtıcı lambalar veya
elektirikli ısıtıcı elemanlarla yapılabilir. Havadan tekrar nem kapmak ki bu yalnız havadan değil,
kurutulmamış kısımlardan gelen nemi de içerir, kurutma işleminden sonraki ilk 24 saat içinde
yaklaşık olarak % 0.5-0.8 oranları da nem olacak şekilde meydana gelir. Nemdeki bu yükseliş
mukavemette bir azalmaya neden olmakla beraber çok kısa süreli bir ısıtmayla giderilebilir.
3.1.3. CO2 Yöntemi
Yaş kum kalıplama ile kuru kum kalıplama arasında sınıflandırılabilecek modern bir
yöntemde( CO2- sodyum silikat yöntemi) CO2 ile kalıpların sertleştirilmesidir. Bu yöntemde
kalıplar, kurutulmuş kalıbınkine eşit mukavemete, ısıtmaya gerek kalmadan erişebilmektedir.
Furan reçineleri gibi kendi kendine sertleşen organik bağlayıcı kumlar da kalıplaşmada benzer
şekilde kullanılabilir.
Kum + %1.5-6 cam suyu (Na2O.SiO2) karışımı, model etrafına konur ve içinden CO2
gazı geçirilir. Bu işlemle kalıp sertleştirilir veya sertleştirilen kısımlar bir araya getirilerek kalıp
teşkil edilir. CO2 yöntemi ile kalıplama da konvensiyonel kil bağlayıcılarının yerine sodyum
silikat bağlayıcıları almaktadır. Cam suyu ve sodyum silikatı meydana getirdiği alçak
mukavemetli kalıplardan CO2 gazı geçirilerek 14 kg/cm2 kadar yüksek bir kuru mukavemete
kadar erişilebilir. Bu yöntem pişirilmeden sertleşen kalıp ve bilhassa maça yapımında kullanılır.
Yöntem, bilinen bütün döküm alaşımları için uygundur ve özellikle çelik, gri dökme demir ve
bakır esaslı alaşımlarının dökümünde kullanılır.
CO2 yönteminin avantajları; kalıp ve maça yapım tekniği yaş ve kuru kalıplamada
olduğu gibidir. Sodyum silikat – kum karışımının mukavemeti nedeniyle alt ve üst derecede
kum içine destek koyma ihtiyacı kalmamaktadır. Pahalı teçhizat gerekmez. Kum ile soydun
silikat karışımı konvansiyonel teçhizatlarla kolayca yapılabilir. CO2 kolayca temin edilebilir.
Gaz gönderme cihazları ise pahalı değillerdir.
67
Yöntemin dezavantajları ise şöyle sıralanabilir: konvansiyonel yönteme nazaran daha
pahalı bir yöntemdir. Bu yöntem için hazırlanan kum karışımın bekleme süresi çok daha kısadır.
Hazırlanmış (sertleştirilmiş) kalıplar normal atmosfer basıncında depolandıklarında, 24 saatte
veya daha uzun bir sürede bozulmaktadırlar. Bu yöntemle hazırlanan kalıp ve maçaların
dağılabilme özelliği diğer yöntemlere oranla oldukça azdır.
CO2 yöntemi ile kalıp ve maça hazırlamada, kullanılan sodyum silikat (cam suyu)
viskoz bir sıvı olup kum taneleri arasına düzgün bir şekilde dağılması iyi bir karıştırma ile
sağlanır. Sodyum silikat ile kaplanan kum tanecikleri akışkan olmadıklarından kalıp, yaş kum
yönteminde olduğu gibi, dövülerek hazırlanır. Bu safhadaki kalıp veya maçanın mukavemeti
oldukça düşüktür. Ancak bu kompakt kum-sodyum silikat karışımından CO2 gazı geçirilerek
birkaç dakikada taneler arasında kuvvetli bir bağ meydana getirilir.
Sodyum silikatın jel teşkili aşağıdaki reaksiyona göre oluşur:
Na2O.(x)SiO2+(x)H2O+CO2
Na2CO3+SiO2.(x)H2O
Burada x=3.4 veya 5’tir.
Reaksiyon ürünü sodyum karbonat ve hidrate silistir. Aynı tip bağ karışımın havada
bekletilmesiyle (havadaki CO2 ile reaksiyonun oluşu) de teşkil olur, ancak bunun için çok uzun
süre gereklidir. CO2 yönteminde, kullanılan kum genellikle silika (silis) kumu olup AFS 55 ila
85 tane inceliğinde olmalıdır. Diğer kumlar da (zirkon, olivin vb.) kullanılabilir. Kum kuru
olmalı ve içerdiği nem miktarı maksimum %0.25 civarında bulunmalıdır. Ayrıca kumun temiz
olması ve mümkün olduğu kadar CaCO3 içermemesi gerekir. Karışım için gerekli sodyum
silikat miktarı, kumun tane inceliği arttıkça (tane boyutu küçüldükçe) artar. Örneğin AFS 55
inceliğindeki bir kum için yaklaşık %4.5 sodyum silikat gerekir.
Bağlayıcı olarak kullanılan sodyum silikat ise %7-28 (Na2O) %26-64 silis (SiO2) ve
%17-67 sudan müteşekkildir. Genel olarak, sodyum silikat SiO2 / Na2O oranına (ağırlıkça)
göre seçilir. En uygun silikatlarda özellikle maça yapımında (1-2) ila (1.2-2) arasındadır.
Kalıplama amacıyla kullanılan sodyum silikatın özgül ağırlığı 40 Bé civarındadır. Ayrıca
karışıma, özellikleri iyileştirme amacı ile, diğer bazı ilaveler de yapılabilir. Bunlar kısaca kaolen
kili, alüminyum oksit (Al2O3) ve şekerdir. Kil, kalıp stabilitesini arttırır. Alüminyum oksit sıcak
mukavemeti yüksektir. Şeker ise dökümden sonra kalıptaki kalıcı mukavemeti azaltır ve
dağılabilme özelliğini arttırır. (Bir başka deyimle kalıp bozma kolaylaşır.)
Tipik karışım:
Sodyum silikat,40˚Be …………………….%3.3
Kaolen kili ………………………………..%1.7
Al2O3 …………………………………….%1.7
Şeker 40˚Be ……………………………… %2.0
CO2 yönteminde karışımın hazırlanmasında özel dikkat gerektiği daha öncede
belirtilmişti. Karıştırma süresi tplam 3 ila 5 dakikadır. Genellikle uygulanan karıştırma şekli,
diğer ilaveler ile kumu önce karıştırmak, sonra sodyum silikat ilave ederek 1-2 dk.
karıştırmaktır. Tipik karıştırma çevrimi aşağıdaki gibi olmalıdır:
Kuma şeker ilavesi 1 dak. Karış.
Kaolen kili ve Al2O3 ilavesi 2 dak karış.
68
Sodyum silikat ilavesi 1 dak karış.
Sodyum silikat- kum karışımı maça kutusuna veya model etrafına sıkıcea
yerleştirildikten sonra, içinden hemen CO2 gazı geçirilmelidir. Küçük kalıp veya maçaların çok
sayıda üretimi için kullanılan makinalara ait bir örnek şekil 3 te verilmiştir. Ancak küçük
miktarlar veya iri boyutlar için çok daha değişik gaz verme sistemleri mevcuttur. Gaz basıncı
,kalıp veya maçanın boyutuna göre (1.4-2.8 kg/cm2) arasında değişir.ancak önemli olan gazın
kalıp veya maçadan geçirilgiği süredir.fazla gaz vermenin mukavemet üzerinde olumsuz etkileri
vardır. Ayrıca gaz verildikten sonra da kalıp sertleşmeye devam edeceği için fazla gaz (CO2)
vermekten hemen her zaman kaçınılmalıdır. Yaklaşık değer olarak ½ kg CO2 gazı 20 ila 45 kg
kumu yerleştirmek için yeterli olmaktadır.
3.2. Kokil Kalıba Döküm
Karmaşık biçimli, boyut toleransları dar ve çok sayıda üretilecek parçalar için tercih
edilir. Dökülecek metalin gerektirdiği refrakterliğe sahip olması gereken kalıp malzemesi olarak
genellikle özel kalite dökme demir veya çelik kullanılır. Düşük sıcaklıkta eriyen metallerin
dökümü için bronz da kullanılmaktadır. Kokil dökümde tek bir kalıpla demir esaslı
malzemelerden 3.000-10.000, alüminyum gibi düşük sıcaklıkta eriyen malzemelerden ise
100.000’e kadar parça dökülebilir.
Metal kalıcı kalıba döküm yönteminde katılaşma sırasındaki soğuma, kum kalıplardan
daha hızlı olduğu için iç yapı daha ince tanelidir. Boyut hassasiyeti 0,25 mm olup, parça
yüzeyleri temizleme işlemi gerektirmeyecek kadar yüksek kalitelidir. Metal kalıplarda kullanılan
maçalar metal, kum veya alçıdan yapılabilir. Metal olmayan maçaların kullanılması halinde
yöntem yarı kalıcı kalıba döküm olarak adlandırılır. Kalıp ömrünü arttırmak için kalıp boşluğu
refrakter malzemelerle kaplanır ve bu sayede parçanın kalıptan çıkarılması da kolaylaşır.
Kokil kalıplar genellikle açılıp kapanan iki veya daha çok parçadan oluşur. Kalıp
kapandıktan sonra oluşan boşluğa erimiş metal dökülür ve katılaşma beklendikten sonra kalıp
açılarak parça çıkarılır. Bu işlemler elle yapılabileceği gibi, bir tertibat yardımıyla veya
mekanizasyona geçilmesi halinde makinalar tarafından da yapılabilir. Kalıp üretiminde kalıp
boşluğu ve diğer kanallar işlenerek açılır. Kalıp malzemesi geçirgen olmadığından hava
kanallarının da açılması zorunludur. Kokil kalıp tasarımı büyük deneyim ister. Metal kalıpların
cidar kalınlığının belirlenmesinde ısı girdi ve çıktılarının dikkate alınması gerekir. Çünkü bu
yöntemlerin başarısı kalıbın sürekli çalışma sıcaklığına bağlıdır. Kalıp cidar kalınlıkları genellikle
18-50 mm arasında seçilir. Gerektiğinde kalıp soğutulabilir.
Kokil kalıbın üstünlükleri şöyle sıralanabilir:
-İnce taneli iç yapı sayesinde mekanik özellikleri daha iyidir.
-Hassas boyu toleransları sağlanabilir.
-Karmaşık parçaların üretimi mümkündür.
-Parçanın yüzey kalitesi iyi olup, temizleme masrafları düşüktür.
-Seri üretim için ekonomik bir uygulamadır.
Yöntemin sakıncaları ise şunlardır:
-Kokil kalıp pahalı olduğundan yöntem ancak seri üretimde ekonomiktir.
-Bu yöntemle her malzeme dökülemez
-Sadece küçük parçaların üretimi için uygundur.
69
Genellikle demir dışı metallerin dökümünde kullanılan kokil döküm yöntemiyle üretilen
parçalara örnek olarak soğutucu kompresör gövdeleri, hidrolik fren silindirleri, biyel kolları,
alüminyum daktilo parçaları ve mutfak eşyaları gösterilebilir. Kalıcı kalıplara bir diğer örnek de
grafit kalıplardır. Bu kalıplar alüminyum, magnezyum gibi alaşımlardan az sayıda parça için
tercih edilirler. Döküm sıcaklığı arttıkça kalıp ömrü azalır. Ancak çok çabuk aşındıklarından
sadece özel uygulamalarda kullanılırlar.
3.3. Köpük Kalıp Yöntemi
Döküm parçasının dolu kalıba döküm yöntemi ile üretimine karar verilmiş ise üretim
sırasında kullanılacak olan ekipmanlar, kalıplar ve üretim parametrelerin dikkatle belirlenmesi
şarttır. Özellikle köpük model kalitesi ki burada modellerde elde edilecek olan yüzey ve genel
karakteristikler belirleyici unsurlardır, üretim sonundaki döküm parçasının kalitesini
belirlemektedir. Köpük modellerin üretiminde kullanılacak olan kalıpların basit veya karmaşık
olarak tasarımı yapılmış olabilir. Karmaşık bir döküm parçası üretimi yapılacak ise köpük
modelin kesitleri ayrı ayrı üretilerek son aşamada birleştirilmekte ve nihai köpük modelli
oluşturulmaktadır.
Prototip veya az sayıda parça üretimi için köpük blokları kesilerek işleme yoluyla
modellerin üretimi yapılabilir. Dolu kalıba döküm yöntemi şu işlem basamaklarından
oluşmaktadır;
a) Köpük tanelerin üretimi,
b) Buhar vasıtasıyla köpük tanelerin ön şişirilmesi,
c) Ön şişirilmiş köpük tanelerin kalıplar içinde arzu edilen şekle getirilmesi,
d) Köpük model parçaların bir araya getirilerek yapıştırılması,
e) Köpük modelle aynı malzemeden imal edilmiş olan yolluk ve besleyici sisteminin modelle
birleştirmesi ile beraber döküm salkımın oluşturulması,
f) Köpükten yapılmış olan döküm salkımın sıvı refrakterle kaplanması ve kurutulması,
g) Refrakterle kaplı köpük döküm salkımın döküm derecesi içine yerleştirilmesi ve bağlayıcı
içermeyen kumla döküm derecesin doldurulması,
h) Ergimiş metalin döküme hazırlanması ve döküm işlemin gerçekleştirilmesi,
i) Döküm parçasının katılaşmasından sonra kaplama refrakterin yüzeyden uzaklaştırılması ve
parçanın temizlemesi.
4. Kalıplama Sistemi
Kalıp boşluğunun meydana getirilmesi için kumdan kalıp yapımına kalıplama denir.
Kalıplama sistemini oluşturan unsurların başında maçalar, yolluk sistemi, besleyici ve çıkıcılar
gelir.
4.1. Maçalar
Döküm parçaların boş çıkması istenen kısımlarına konulan ve özel şekilde hazırlanmış
ölçülü kum kütlelerine maça denir. Kalıplamada kum maçaların kullanım alanının oldukça geniş
olmasına rağmen madenden yapılan maçlarda vardır. Madeni maçalar genellikle kokil kalıplarda
kullanılır. Maçalar döküm parçada makine işçiliğini azaltırlar. Konstrüksiyon bakımından farklı
kesitlerdeki soğumaları dengeleyerek döküm parçaya sağlamlık kazandırırlar. Kalıplama
işçiliğini kolaylaştırırlar. Maçalardan istenen özellikler kısaca şöyledir:
* Dayanıklı olmalıdırlar
* Gaz geçirgen olmalıdırlar
* Isıya dayanıklı olmalıdırlar
* Esneyebilmelidirler
70
* Nem almamalıdırlar
* Dökümden sonra kolayca boşalabilmelidirler
4.2. Yolluk Sistemi
Ergiyik madenin kalıp boşluğuna gidişini sağlayan kanalların toplamına yolluk sistemi
denir. Yolluk sistemleri dökülen parçanın biçim ve boyutları ile alaşımına göre çeşitli şekillerde
olurlar. Bir yolluk 4 bölümden meydana gelir. Bunlar havşa, gidici, curufluk (veya yatay kanal)
ve memedir. Yolluk sisteminin görevleri şunlardır:
* Kalıbın tam ve kusursuz olarak doldurulmasını sağlamak
* Curuf, oksit ve pisliklerin kalıp içerisine sürüklenmesini önlemek
* Madenin akışında çarpma ve çalkantılar meydana getirmemek
* Madenin akış hızını ayarlamak
* Soğuma ve katılaşmanın dengeli bir biçimde olmasını sağlamak
* Hava ve diğer gazların kalıp içerisine sürüklenip sıvı metalle temasını engellemek
* kalıp işçiliğini arttırmamak
* Maden kaybını en aza indirmemek
* Aşırı ısı kaybına neden olmamak
4.3. Besleyici
Kalıba dökülen maden ve alaşımlar soğuyup katılaşırken hacimleri küçülür. Bunun
sonucu olarak çöküntü adı verilen boşluklar oluşur. Çöküntüler hatalı dökümlere sebep olur.
Çöküntüsüz döküm parça elde etmek için kalıbın uygun yerlerine besleyici adı verilen ergiyik
maden kütleleri bağlanır. Hacim küçülmesinden meydana gelen çöküntüler besleyiciden gelen
ergiyik madenle beslenirler. Besleyiciler çok defa çöküntüyü önlemez ancak parça dışına
çıkarırlar. Çöküntü besleyicide oluşur.
4.4. Çıkıcı
Döküm sırasında kalıp gazlarının kalıptan dışarı çıkması için açılan kanallara çıkıcı
denir. Kalıp gazları kalıp boşluğundaki hava ile döküm sırasında meydana gelen su buharı ve
diğer gazların karışımıdır. Kalıp sıvı madenle dolarken, kalıp gazları giderek küçülen kalıp
boşluğuna sıkışırlar. Kalıp içerisinde bir basınç meydana getirirler. Bu basınç ve kalıptan
çıkmayıp içeride kalan gazlar, çeşitli döküm hatalarına sebep olabilir. Sıkışan gazlar, kalıp
kumunun gözenekleri ve şiş delikleri ile kalıp boşluğunu terk ederler. Ancak yeterli olmadığı
zaman uygun yerlere açılacak çıkıcılardan yararlanılır.
5. Döküm Hataları
Bütün imalat usullerinde olduğu gibi dökümde de bazı hatalar meydana gelmektedir.
Hata oranı parça boyutu ve biçimi, malzeme ve döküm uygulamalarına bağlı olarak %30 a
kadar varabilir. Üretimin değişik aşamalarında ortaya çıkan döküm hataları aşağıda belirtilen
olaylardan biri veya birkaçındaki yanlışlıklardan kaynaklanmaktadır.
* Parça tasarımı
* Model tasarımı ve üretimi
* Kalıp tasarımı, malzemeleri ve kalıplama işlemi
* Döküm işlemi
* Malzeme seçimi
* Bitirme işlemleri
Döküm yöntemiyle üretilen parçalarda rastlanan kusurlar şunlardır:
71
* Çekme Boşlukları, katılaşma sırasında sıvı metal ile beslenemeyen kalın kesitlerde oluşan ve
genellikle cidarları pürüzlü olan boşluklardır.
* Gaz Boşlukları, kalıp boşluğunda var olan veya sıvı metalde çözünmüş gazların metali ve
kalıbı terk edememesi sonucu oluşur. Çekme boşluklarından farkı cidarlarının düzgün oluşudur.
Bunların dışında karşılaşılan diğer hatalar; kayma, çapak, soğuk birleşme, sıçramalar, eksik
döküm, şişme, metal penetrasyonu (sızma), kalıp genleşmesi, segregasyon (kimyasal bileşim),
pislikler, maça yüzmesi, sızdırma, çatlaklar ve çarpılmalardır.
6. Ölçülecek Büyüklükler
Deney sırasında sıvı metal sıcaklığı ve döküş süresi ve boyutsal kararlılık ölçülecek
büyüklüklerdir. Sıvı metal sıcaklığının ölçülmesi için daldırma prometre, döküş süresinin
ölçülmesi için ise kronometre kullanılacaktır. Ayrıca döküm parçanın eksiksiz üretilebilmesi için
gerekli yolluk ve besleyici hesapları belirlenecektir.
7. İstenenler
Şekli verilen modelin yolluk sisteminin tasarlanması
Muhtemel döküm hatalarının belirlenmesi
8. Kaynaklar
8.1. “Döküm teknolojisi I, Doç. Dr. Ergin N. ÇAVUŞOĞLU
8.2. “Genel dökümcülük bilgisi Cilt 1 ve 2, Sabri FİDANER, Süleyman ÇELİK, Halil
DOĞMUŞ
8.3. “Malzeme Bilgisi, Prof. Dr. Temel SAVAŞKAN
72
2.6 ISI DEĞİŞTİRİCİLERİ DENEYİ
Deney içeriği:
Amaç
1. Genel bilgiler
Tanım ve ısı değiştiricilerin sınıflandırması
2. Isı değiştiricilerin ısıl analizi
3. Ortalama logaritmik sıcaklık farkı metodu
3.1. Isı taşınım katsayılarının hesabı
3.2. Boru içinden akışta ısı taşınım katsayısının hesabı
3.3. Eş merkezli borular arasından akışta ısı taşınım katsayısının hesabı
4. Etkenlik( )–NTU metodu
5. Genel Değerlendirme ve Sonuç
6. Deneyin yapılışı
7. Deney raporunun hazırlanışı
8. Kaynaklar
9. Ekler
Ek 1. Tablo 2. Suyun özellikleri
Ek 2. Örnek hesaplama
Ek 3. Hesap Tablosu
73
Amaç:
Isı değiştiricilerin genel tanıtımı.
Tek geçişli, iç-içe borulu ısı değiştiricinin, paralel ve ters yönlü akış halinde analitik ve
deneysel olarak incelenmesi, ısıl analizinin yapılması.
1. Genel bilgiler:
Değişik amaçlar için farklı sıcaklıklardaki akışkanlar arasındaki ısı geçişini sağlayan
cihazlara ısı değiştirici veya ısı eşanjörü adı verilir. Akışkanlar katı bir cidar ile birbirinden
ayrıldığı gibi akışkanların karıştığı karışımlı ısı değiştiricileri de mevcuttur. Isı, sıcak akışkandan
soğuk akışkana taşınım ve iletim ve iletim yoluyla transfer edilir. Bazı ısı değiştiricilerde,
örneğin soğutma kulelerinde, soğuk akışkan sıcak akışkan ile temas halindedir ve bu durumda
ısı, taşınım ve buharlaşma ile transfer edilir.
Isı değiştiricileri; her türlü ısıtma, soğutma ve iklimlendirme tesisleri, termik santrallar,
kimyasal işlemler, atık ısının geri kazanılması gibi birçok endüstri alanında kullanılmaktadır. Isı
değiştiriciler kullanıldıkları yerlere göre değişik isimler alırlar. Örneğin termik santralde sıcak
duman gazları ve alev radyasyonu ile buharın ısıtıldığı cihaza buhar kazanı adı verilir. Yine
termik santralde türbinden çıkan buharı veya soğutma makinasında kompresörden çıkan kızgın
buharı yoğuşturmak için kullanılan ısı değiştiriciye yoğuşturucu veya kondenser denir. Soğuk
hava depolarında ve pencere tipi klimalarda kullanılan soğutucu akışkanın buharlaşarak ısı
aldığı ısı değiştiricilerine buharlaştırıcı veya evaporatör ismi verilir. Yoğuşma ve buharlaşma
gibi faz değişiminin gerçekleştiği ısı değiştiricilerde o akışkanın sıcaklığı faz değişimi esnasında
sabit kalır. Taşıtlarda, motorda ısınan suyu hava ile soğutmak için kullanılan ısı değiştiriciye de
radyatör denilmektedir.
Isı değiştiricide amaç sıcak ve soğuk akışkan arasında mümkün olan maksimum ısı
transferinin gerçekleştirilmesidir. Bunun için termodinamik ve ısı transfer kanunları kullanılarak
tasarım yapılır.
Isı değiştiricileri, çoğunlukla konstrüksiyon tiplerine ve akış düzenlemelerine göre
sınıflandırılırlar [2]. Bu deneyde temel bir ısı değiştirici olan iç-içe eş eksenli borulu (veya çift
borulu) ısı değiştirici incelenecektir (Şekil 1). Şekil 1a’daki paralel akışlı düzenlemede, sıcak ve
soğuk akışkanlar ısı değistircinin aynı ucundan girerler, aynı doğrultuda akarlar ve diğer
ucundan çıkarlar. Şekil 1b’deki ters akışlı düzenlemede ise sıcak ve soğuk akışkanlar ısı
değiştiricinin ters uçlarından girerler, ters doğrultuda akarlar ve ters uçlardan çıkarlar.
Şekil 2’de gösterilen gövde-borulu ısı değiştiricide çok sayıda boru bir gövde içinden
dolaştırılmaktadır. Endüstride çok yaygın olarak kullanılan bu tip ısı değiştiricide akışkanlardan
biri borular içinden akarken diğeride boruların dışından yani gövde içinde akar. Gövde
tarafındaki akışkanda ısı taşınım katsayısını arttırmak için şaşırtma levhaları konarak çapraz akış
ve türbülans oluşturulur. Gövde sayısı ve boru geçiş sayısına bağlı olarak bir gövde iki boru
geçisli, iki gövde dört boru geçişli gibi konstrüksiyonları mevcuttur.
Şekil 3a’da kanatlı borulu ısı değiştirici görülmektedir. Kanatlar ısı geçişini artırmak için
kullanılırlar ve akışkanlardan birinin gaz olması durumunda özellikle gaz tarafına yerlestirilirler.
Kanatlarla genişletilmiş yüzeylerin bulunduğu bu tip ısı değiştiricilerine genel olarak kompakt
ısı değistircileri de denir. Burada amaç birim ısı değiştirici hacmi başına ısı geçiş yüzeyinin
arttırılmasıdır. Ayrıca akış düzenlemelerine bağlı olarakta çapraz (dik), paralel ve ters akışlı
olarak dizaynları vardır.
Şekil (3 b, c, d) de ise ısı değiştiricilerinin çeşitli uygulama örnekleri bulunmaktadır;
sırasıyla araba radyatörü, panel radyatör ve plakalı ısı eşanjörleri.
Isı degistiricilerin tasarımı, ısıl ve ekonomik analizi, boyutlandırılması, kapasitenin
belirlenmesi, basınç düşümünün hesaplanması; amaca uygun şekilde akışkanlar mekaniği,
74
termodinamik ve ısı transferi kanunları kullanılarak yapılır. Detaylı bilgi birçok ısı transferi
kitabında ve Kaynaklar bölümünde verilen kitaplarda mevcuttur.
soğuk
akışkan
çıkışı
soğuk
akışkan
girişi
sıcak
akışkan
girişi
sıcak
akışkan
çıkışı
sıcak
akışkan
girişi
sıcak
akışkan
çıkışı
soğuk akışkan
girişi
soğuk akışkan
çıkışı
T
T
sıcak
a
kışka
n
sıcak ak
ışkan
soğu
kışkan
soğuk a
k ak
ışka
n
x
a) Paralel akış
x
b) Ters akış
Şekil 1. İç-içe borulu ısı değiştirici
boru çıkışı
gövde girişi
akış
yönlendirici
levhalar
gövde girişi
boru çıkışı
boru girişi
gövde çıkışı
b) bir gövde geçiş ve bir boru geçiş
gövde girişi
boru çıkışı
borular
gövde
boru girişi
gövde çıkışı
boru girişi
a) bir gövde geçiş ve bir boru geçişli, çapraz-ters akış çalışma düzenlemesi
gövde çıkışı
c) iki gövde geçiş ve dört boru geçiş
Şekil 2. Gövde- borulu ısı değiştiricisi
çapraz
karışmayan
akış
çapraz
karışan
akış
boru içinden
karışmayan akış
a) iki akışkanda karışmıyor
75
boru içinden
karışmayan akış
b) Akışkanlardan biri karışıyor
diğeri karışmıyor
Şekil 3 a. Kanatlı-borulu ısı değiştirici
Şekil 3b. Araba radyatörü
Panel radyatör
Şekil
76
3c.
Şekil 3d. Plakalı eşanjörler
2. Isı değiştiricilerin ısıl analizi:
Şekil 1 ve 4’te şeması gösterilen paralel akışlı iç-içe borulu ısı değiştiriciyi gözönüne
alalım. Bu ısı değiştirici içe-içe eş eksenli olarak yerleştirilmiş iki borudan oluşur. Sıcak akışkan
içteki borudan akmaktadır. Soğuk akışkan ise dış boru ile iç boru arasındaki eksenel boşluktan
paralel olarak akmaktadır. Dıştaki borunun etrafı izole edilmiştir ve böylece çevreye ısı kaybı
olmadığı kabul edilebilir. Akış boyunca sıcak akışkandan soğuk akışkana dogru bir ısı geçişi
olacaktır. Sıcak akışkanın soğurken verdiği ısıyı, soğuk akışkan alacak ve ısınacaktır. Böylece
akış boyunca, Şekil 4’de gösterildigi gibi sıcak akışkanın sıcaklığı düşerken, soğuk akışkanın
sıcaklığı artacaktır. Akış boyunca akışkanların ortalama sıcaklıkları arasında sürekli olarak T
kadar bir fark olacaktır. Sıcak akışkanın verdiği ısıyı, Q, soğuk akışkan alacaktır. Buna göre
termodinamiğin birinci kanunundan faydalanarak tüm ısı değiştirici için, çevreye ısı kaybı yoksa
ve potansiyel ve kinetik enerjideki değişimler ihmal edilerek aşağıdaki toplam enerji dengesini
yazabiliriz:
Q1
 1 h1g
m
h1c
sıcak akışkanın ısı kaybı
Q2
 2 h2c
m
h2 g
soğuk akışkanın ısı kazancı
(1)
(2)
Burada “1” indisi içteki borudan akan sıcak akışkanı, “2” indisi dıştaki borudan akan soğuk
akışkanı göstermektedir. Ayrıca “g” ve “ç” indisleri ise sırasıyla akışkanların ısı değiştiriciye
giriş ve çıkış noktalarını sembolize etmektedir. Q [W] toplam ısı geçişi, m 1 ve m 2 [kg/s] sıcak
ve soğuk akışkanların kütlesel debileridir. Ayrıca hg ve hç [J/kg] akışkanların giriş ve çıkıştaki
entalpi değerlerini göstermektedir. Akışkanlarda bir faz değişimi yoksa ve özgül ısıyı sabit
kabul ederek bu eşitlikleri aşağıdaki şekilde yazmak mümkündür:
Q1
 1c p1 T1g
m
Q2
 2c p 2 T2c
m
T1c
sıcak akışkanın ısı kaybı
T2 g soğuk akışkanın ısı kazancı
(3)
(4)
Enerji korunumuna göre, bu ısı değerlerinin mükemmel yalıtılmış bir ısı değiştiricide birbirine
eşit olması ( Q1 Q2 Q ) gerekir. Burada, cp [J/kg-oC] akışkanın özgül ısısını ve Tg ve Tç [oC]
akışkanın ısı değiştiriciye giriş ve çıkış sıcaklıklarını göstermektedir. Burada özgül ısı sıcaklığın
bir fonksiyonudur ve pratik hesaplamalarda o akışın giriş ve çıkış sıcaklıklarının aritmetik
ortalamasında değerlendirilir. Özgül ısının sıcaklığa göre değişimi o akışkan için deneysel
olarak hazırlanmış tablolardan alınır. Örnek olarak suyun özgül ısısının sıcaklıkla değişimi Ek
1’de verilmiştir.
Isı değiştiricilerinin ısıl analizinde yaygın olarak kullanılan iki method bulunmaktadır:
ortalama logaritmik sıcaklık farkı metodu
etkenlik-NTU metodu
( - NTU metodu )
Bu metodlar aşağıda sırasıyla incelenmiştir.
77
L
Sıcak su
T1g
m1
izolasyon tabakası
Debi ölçer
diç
ddış
Ddış
Kombiden
sıcak su
Diç
Vana
T1ç
Soğuk su
T2g
m2
T2ç
Vana
Şebekeden
soğuk su
T
Debi ölçer
T1g
Sıcak su
Sıcaklık ölçüm
cihazı
T1ç
ΔT1
Paralel akış
T2g
Soğuk su
ΔT2
T2ç
Aynı yönlü
akış
x
T1g
ΔT1
Sıcak su
T2ç
T1ç
Ters akış
ΔT2
Soğuk su
T2g
Ters yönlü
akış
x
Şekil 4. İç-içe borulu ısı değiştirici deneyi şeması ve paralel ve ters akışta akışkan sıcaklıklarının değişimi
İç boru
Boyutlar
İç çap [m]
R 1/2" [DN 15] R 1 1/2" [DN 40]
0.0168
0.0426
Dış çap [m]
0.0215
0.0484
1.2
1.2
Uzunluk [m]
Malzeme
Çelik (%0.5 C)
k [W/moC]
paralel akış
Ölçümler
ters akış
Dış boru
Çelik (%0.5 C)
54
o
T1g [ C]
54
Sıcak su
T1ç [oC] Q1 [m3/h]
1
2
3
4
5
6
7
8
78
o
T2g [ C]
Soğuk su
T2ç [oC] Q2 [lt/h]
3. Ortalama logaritmik sıcaklık farkı metodu:
Sıcak akışkan ile soğuk akışkan arasındaki termodinamiksel olarak yukarıda hesaplanan
bu ısı transferinin, Q, geometrik olarak belirlenen ölçüler içinde gerçekleşip
gerçekleşemeyeceğini ısı transferi kanunları belirler. Mevcut geometri için, sıcak ve soğuk
akışlar arasındaki bu ısı geçişi Şekil 5’de gösterildiği gibi sırasıyla aşağıdaki üç mekanizmayla
oluşur:
Konveksiyon (Taşınım): Öncelikle; içteki
borudaki sıcak akışkan ile iç boru yüzeyi
arasında taşınım yoluyla olan ısı transferi
gerçekleşir. Akışkan ile katı yüzey
arasındaki bu taşınım ısı geçişi
Newton’un soğuma kanunu kullanılarak
hesaplanır.
Kondüksiyon (İletim): Ardından; ısı,
içteki borunun cidar kalınlığı üzerinden
iletimle (Fourier kanunu) iç borunun dış
yüzeyine iletilecektir.
Konveksiyon (Taşınım): Son olarak; ısı,
iç-boru dış yüzeyinden soğuk akışkana
taşınım yoluyla geçecektir. Akışkan ile
katı yüzey arasında gerçekleşen bu ısı
taşınımı yine Newton’un soğuma kanunu
kullanılarak hesaplanır.
Bu ısı geçiş mekanizmaları ile ilgili daha
fazla bilgi ısı transferi kitaplarında
mevcuttur [1,2,3].
Sıcak akışkan ile soğuk akışkan
arasındaki
toplam
ısı
geçişi,
termodinamik
kanunları
(enerjinin
korunumu) kullanılarak denklem 3 ve
4’de Q1 ve Q2 şeklinde ifade edilmişti.
Bu ifadeler geometri ile ilgili bir
büyüklük içermemektedir. Bu ısı
transferinin
gerçekleşebilmesi
için
gerekli geometrik boyutlar ancak ısı
transferi kanunları kullanılarak belirlenebilir.
Isı transferi kanunları kullanılarak; sıcak akışkan ile soğuk akışkan arasındaki toplam ısı
geçişi aşağıdaki şekilde hesaplanabilir:
Q3 KA Tln
(5)
Bu ısı değerlerinin mükemmel yalıtılmış bir ısı değiştiricide kullanılan korelasyonların
doğruluğuna bağlı olarak birbirine eşit olması ( Q1 Q2 Q3 Q ) gerekir. Bu denklemde
K[W/m2-oC] toplam ısı geçiş katsayısı, A[m2] toplam ısı geçiş alanı ve Tln [oC] logaritmik
sıcaklık farkını ifade etmektedir. Burada, KA, sıcak akışkan ile soğuk akışkan arasındakı tüm
ısıl dirençlerin toplamı olarak Şekil 5’de gösterildiği gibi aşağıdaki denklem ile hesaplanır:
R fi
R fd
R fi ln(d d / di ) R fd
1
1
1
1
(6)
Ri
Rcidar
Rd ;
KA hi Ai Ai
2 kb L
Ad hd Ad
KA
Ai
Ad
Denklemdeki Ri ve Rd [oC/W] sırasıyla iç ve dış akıştaki ısıl taşınım dirençleridir. Rcidar ise iç
borunun et kalınlığının oluşturduğu ısıl iletim direcisidir. Denklemde belirtilen hi ve hd [W/m2o
C] ise yine sırasıyla iç ve dış akıştaki ısı taşınım katsayılarıdır. k b [W/m-oC] içteki boru
79
malzemesinin ısı iletim katsayısı, Ai= diçL ve Ad= ddışL içteki borunun iç ve dış yüzey
alanlarıdır. Burada Rf kirlilik faktörüdür ve zamanla akış yüzeylerinde oluşan kireçlenmeler
sonucu dikkate alınması gereken bir ısıl dirençtir. Kullanılan deney tesisatı için bu kirlilik ısıl
direnç değeri ihmal edilebilir.
Bu denklemlerden görüldüğü gibi, akışkanlar arasındaki ısı geçişini arttırmak için
toplam ısı geçiş katsayısı, KA, veya logaritmik sıcaklık farkı, Tln, arttırılmalıdır. Çoğu zaman
Tln uygulama yerindeki şartlar tarafından belirlidir. Toplam ısı geçiş katsayısını arttırmak
içinde ya ısı geçiş katsayıları yada ısı geçiş alanının arttırılması gerekir. Isı geçiş alanı yüzeye
yerleştirilen kanatlar vasıtasıyla arttırılabilir ve çok yaygın olarak uygulanmaktadır. Bu yüzey
genişletmesi aynı zamanda akışı düzenleyerek taşınımla ısı geçişininde artmasını sağlayabilir. Isı
iletim katsayısı yüksek olan malzemelerin kullanımı da ısı geçişini arttıracaktır. Ayrıca, akışın
türbülanslı bölgede olması da ısı taşınım katsayısını, dolayısıyla da ısı geçişini artıracak yönde
etki eder.
Logaritmik sıcaklık farkı aşağıdaki denklem ile hesaplanır:
T1
T2
(7)
Tln
ln( T1 / T2 )
Burada;
T1=(T1g – T2g)
(8)
girişte, sıcak ve soğuk akışkanlar
arasındaki sıcaklık farkı
T2=(T1ç – T2ç)
(9)
çıkışta, sıcak ve soğuk akışkanlar arasındaki
sıcaklık farkı
denklemleriyle hesaplanır.
3.1. Isı taşınım katsayılarının hesabı: (hi, hd)
İçteki borudan (iç akış) ve borular arasındaki akış için (dış akış), ısı taşınım katsayıları
(hi ve hd) akışın laminer veya türbülanslı bölgede olmasına bağlı olarak hesaplanır. Akış kesiti
ve akış şartları farklı olduğundan hesaplama farklı denklemler kullanılarak yapılır. Aşağıda
sırasıyla hesaplama için gerekli denklemler verilmiştir.
3.2. Boru içinden akışta ısı taşınım katsayısının hesabı: (hi)
Öncelikle, iç borudaki akışı gözönüne alalım. Re sayısı hesaplanarak akışın laminer veya
türbülanslı bölgede olduğu belirlenir.
u1Dh1
Re1
1
(10)
 [kg/s]) veya
Burada u1 [m/s] akış kesiti içindeki ortalama hızdır. Ortalama hız, kütlesel debi ( m
3

hacimsel debi ( Q [m /s]) cinsinden

m 1
1Q1
1 A1u1
(10a)
denklemi kullanılarak hesaplanabilir. A1 akış alanı ise
A1= diç2/4
(10b)
olacaktır. Hidrolik çap ise,
4 x akis kesiti
4A 4 dic2 / 4
(11)
Dh1
dic
akis kesitinin cevresi C
dic
denkleminden hesaplanır ve boru içinden akış için iç çapa eşittir.
80
Suya ait fiziksel özellikler, {cp[J/kgoC],
ortalama akışkan sıcaklığında,
T1ort (T1g T1c ) / 2
[kg/m3], k[W/moC],
[m2/s], Pr sayısı}
(11a)
tablolardan okunabilir. Doymuş suyun sıvı özellikleri Ekte verilen tablo kullanılarak bulunabilir.
Boru içinden akış için, Re sayısı 2300 den küçük ise akış laminer bölgede, büyükse türbülanslı
bölgede olacaktır.
Laminer akış
Re 2300
(11b)
Türbülanslı akış
Re 2300
Laminer akış ( Re 2300) olması durumunda, boru iç yüzey sıcaklığının sabit olduğu
kabul edilirse, hidrodinamik ve ısıl olarak tam gelişmiş akış için Nusselt sayısı
h i Dh1
Nu i
3.66
ki
(12)
şeklindedir. Buradaki; ki içteki borudan akan suyun ısı iletim katsayısıdır. Bu denklemden hi
hesaplanır.
Türbülanslı akış ( Re 2300) bölgesinde ise Nu sayısı aşağıdaki denklemden
hesaplanabilir.
h i Dhi
(13)
Nu i
0.023Re 0.8 Pr0.3
ki
Buradaki; ki içteki borudan akan suyun ısı iletim katsayısıdır. Bu denklemden hi hesaplanır.
3.3. Eş merkezli borular arasından akışta (dış akış) ısı taşınım katsayısının hesabı: (hd)
Dıştaki borudaki ısı taşınım katsayısının hesabı için öncelikle hidrolik çapı hesaplayalım.
2
/4
4A 4 Dic2 d dis
(14)
D h2
Dic d dis
C
Dic d dis
Buna bağlı olarak
u2 Dh 2
Re 2
2
(14a)
denkleminden Re sayısı hesaplanır. Burada, u2 ortalama hızı, yine debi denkleminden

m 2
2Q2
2 A2u2
(14b)
hesaplanabilir. A2 akış alanı ise
2
Dic2 d dis
A2
4
(14c)
olacaktır. Soğuk suyun fiziksel özellikleride yine soğuk su için ortalama su sıcaklığı
T2 g T2 c
T2 ort
2
(14d)
81
kullanılarak ekteki tablodan bakılabilir. Bu eş eksenli borular arasındaki akışta kritik Re sayısı
yine 2300 olarak değerledirilebilir. Yani
Laminer akış
Re 2300
(14e)
Türbülanslı akış
Re 2300
Laminer akış ( Re 2300): bölgesinde, ddış/Diç oranına bağlı olarak, ortak eksenli
borular arasındaki laminer akış için verilen aşağıdaki Tablo 1’den Nud sayısı tesbit edilir.
Burada kullanılacak değer birinci kolondaki değerler olacaktır. Çünkü ısı değiştiricinin dış
yüzeyi yalıtılmıştır ve iç yüzeyde uniform sıcaklık kabulu yapılabilir. Aşağıdaki Nu sayısı
denkleminden
h d Dh2
Nu d
kd
(14f)
hd hesaplanır. Buradaki; kd dış akıştaki suyun ısı iletim katsayısıdır.
Türbülanslı akış ( Re 2300): bölgesinde ise Nu sayısı aşağıdaki denklemden bulunur:
h d D h2
(15)
Nu d
0.023Re 0.8 Pr 0.4
kd
Buradaki; kd dış akıştaki suyun ısı iletim katsayısıdır. Bu denklemden hd hesaplanır.
Tablo 1. Bir yüzeyi yalıtılmış diğeri sabit sıcaklıkta olan ortak merkezli borular
arasındaki halkasal bölgede tam gelişmiş laminer akış için Nusselt sayısı
İç yüzeyde üniform sıcaklık,
Dış yüzeyde üniform sıcaklık, iç
dış yüzey yalıtılmış
yüzey yalıtılmış
Nud_dış
NuD_iç
ddış/Diç
(iç borunun dış çapında)
(dış borunun iç çapında)
0.00
-
3.66
0.05
17.46
4.06
0.10
11.56
4.11
0.25
7.37
4.23
0.50
5.74
4.43
1.00
4.86
4.86
Diç
ddış
4. Etkenlik ( )-NTU metodu:
Bir ısı değiştiricide akışkanların sadece giriş sıcaklıkları biliniyorsa; -NTU yöntemi, ısıl
analizde kullanılan faydalı bir yöntemdir. Aşağıda kısaca açıklanmıştır.
Bir ısı değiştiricinin etkenliği, , o ısı değiştiricide pratikte gerçekleşen ısı geçişinin,
teorik olarak olabilecek en yüksek ısı geçişine oranı olarak tarif edilir. Maksimum ısı geçişi
paralel akış için ancak sıcak ve soğuk akışkanların çıkıştaki sıcaklıklarının birbirine eşit olması
ile mümkündür. Burada, akışkanların ısıl kapasite debisi: C ;
 cp
 1cp1 )
( C1 m
C m
( C2
 2cp2 )
m
(16a)
olarak tanımlanır. Bu durumda ısı değiştiricinin etkenliği
82
C1 T1g T1c
C2 T2c T2 g
Q
Q
Qmax Cmin T1 g T2 g
Cmin T1 g T2 g
Cmin T1 g T2 g
(16b)
şeklinde tarif edilir. Denklem 16’da ısıl kapasite debisi küçük olan akışkan kullanılmıştır.
Etkenlik boyutsuz bir büyüklüktür ve 0
1 arasında değişir. Eğer bir ısı
değiştiricinin etkenliği ve soğuk ve sıcak akışkanların giriş sıcaklıkları biliniyorsa, ısı
değiştiricide transfer edilebilecek gerçek ısı aşağıdaki bağıntıdan kolaylıkla hesaplanabilir.
Q Cmin T1 g T2 g
(16c)
Bu bakımdan etkenlik kullanımı büyük kolaylık ve fayda sağlar.
Ayrıca, ısı değiştiricileri için etkenlik aşağıdaki bağıntıda yazıldığı gibi NTU, Cmin ve
Cmax sayılarının bir fonksiyonu olarak tesbit edilmiştir.
C
f NTU , min
Cmax
(17a)
Burada Cmin / Cmax oranı sıcak ve soğuk akışkanların ısıl kapasite debilerinin oranıdır. NTU ise
geçiş birimi sayısıdır ve ısı değiştirici hesaplarında yaygın olarak kullanılır. NTU aşağıdaki
bağıntıyla tanımlanan boyutsuz bir parametredir:
KA
NTU
Cmin
(17b)
f NTU , C min / C max denklemi aşağıdaki şekildedir ve grafiksel
Paralel akış için
olarak Şekil 6’da gösterilmiştir.
1 - exp{-NTU(1 Cr )}
1 Cr
(18)
Cr
Cmin
Cmax

NTU
ln{1 - (1 Cr )}
1 Cr
 cp ) min
(m
 cp ) max
(m
(19)
Ters akış için ise
f NTU , C min / C max denklemleri
1 - exp{-NTU(1 Cr )}
1 Cr exp{-NTU(1 Cr )}
(20)
NTU
1 NTU
(Cr=1)

NTU

(21)
83
1
Cr 1
NTU
ln
1
1
Cr 1
(Cr<1)
şeklindedir. Bu denklemler Şekil 6’da grafik halinde gösterilmiştir.
1.0
1.0
0.9
0.9
0.8
0.8
0.7
0.7
0.6
0.6
0.5
0.5
0.4
Cr=0.00
0.4
0.3
Cr=0.25
0.3
0.2
Cr=0.75
0.1
Cr=0.25
Cr=0.50
Cr=0.50
0.2
Cr=0.00
Cr=0.75
0.1
Cr=1.00
0.0
Cr=1.00
0.0
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
4.5
5.0
0.0
NTU
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
4.5
5.0
NTU
a) paralel akış
Şekil 6. İç-içe iki borulu ısı değiştiricisinin etkenliği
b) ters akış
5. Genel Değerlendirme ve Sonuç:
Bu ısıl analiz sonucunda iç-içe borulu ısı değiştiricide belirlenen akış sartları ve
geometrik ölçüler için toplam ısı geçişi ve ısı değiştiricinin etkenliği bulunur. Ardından gerçekte
yapılan deneyden elde edilen veriler için de gerekli hesaplar yapılarak, teorik ve deneysel
sonuçlar karşılaştırılır. Böylece ısı değiştiricinin ısıl analizi teorik ve deneysel olarak yapılmış
olur.
6. Deneyin yapılışı:
Sıcak ve soğuk su giriş vanaları açılarak debiler ayarlanır ve suyun giriş ve çıkış
sıcaklıkları sabitleninceye kadar sistemin sürekli rejime girmesi için beklenir. Su debileri ve giriş
ve çıkış sıcaklıkları okunur. Debi değerleri değiştirilerek aynı deney verileri toplam üç defa
alınır.
7. Deney raporunun hazırlanışı:
Yapılan ölçümler için tüm teorik hesaplar detaylı olarak yapılacak ve sonuçlar tablo
halinde Deneysel ve teorik hesaplar karşılaştırılarak yorumlanacaktır.
Hesaplamalar için aşağıdaki sıra takip edilebilir:
1. Ölçülen giriş ve çıkış sıcaklıklarının ortalama değerlerinde sıcak ve soğuk su için
özellikler Tablo 2’den belirlenir. (En yakın değer alınabilir veya interpolasyon
yapılabilir.)
2. Ölçülen debi değerleri kütlesel debiye (kg/s) dönüştürülür. İç ve dış akış alanları
hesaplanır. Buna göre iç ve dış akış için debi denklemi yardımıyla ortalama hızlar
hesaplanır.
3. 3 ve 4 nolu denklemlerden gerçekleşen ısı transferi hesaplanır. İki değer arasındaki
farkın sebepleri tartışılır.
84
4. Daha sonra ısı transfer kanunları kullanılarak denklem 5’den ( Q3 KA Tln ) ısısının
hesaplaması yapılır. Bunun için aşağıdaki sıra takip edilir:
4.1. İç borudaki ısı taşınım katsayısı Bölüm 3.2’de anlatıldığı gibi hesaplanır.
4.2. Dış borudaki ısı taşınım katsayısı Bölüm 3.3’de anlatıldığı gibi hesaplanır.
4.3. Ardından, ısı değiştiricinin toplam ısı geçiş katsayısı denklem 6’dan hesaplanır.
4.4. Logaritmik sıcaklık farkı denklem 7,8,9’dan hesaplanır.
4.5. Sıcak ve soğuk su arasındaki ısı geçişi denklem 5 kullanılarak hesaplanır ve denklem 3
ve 4’den elde edilen değerler ile karşılaştırılır.
5. Isı değiştiricinin etkenliği hesaplanır ve , -NTU yönteminin uygulaması yapılır.
6. Isı transfer miktarı ve etkenlik değerleri paralel ve ters akış için karşılaştırılırarak
yorumlanır.
7. Bu hesaplar ölçümlerden bir tanesi için detaylı olarak yapılıp, diğer ölçümler için sadece
sonuçlar tablo halinde gösterilecektir.
8. Kaynaklar:
1. Incropera, F. P., and DeWitt, D. P., Isı ve Kütle Geçişinin Temelleri, (Çevirenler:
Taner Derbentli ve diğerleri) Literatür Yayınları, İstanbul, 2001
2. Genceli, O. F., Isı Değiştiricileri, Birsen Yayınevi, İstanbul, 1999
3. Dağsöz, A. K., Isı Değiştiricileri, İ.T.Ü. Yayın No: 1311, İstanbul, 1985
85
9. Ekler:
Ek 1. Tablo 2. Suyun özellikleri (Atmosfer basıncında)
Sıcaklık
T [oC]
Yoğunluk
3
[kg/m ]
cp [J/kgoC]
Isı iletim
katsayısı
k [W/moC]
0
999.8
4217
0.561
1.792 x 10-3
1.792 x 10-6
13.5
1.519 x 10-6
11.2
Özgül ısı
Dinamik
viskozite
[kg/ms]
Kinematik
viskozite
2
[m /s]
Prandtl
sayısı
Pr
5
999.9
4205
0.571
1.519 x 10-3
10
999.7
4194
0.580
1.307 x 10-3
1.307 x 10-6
9.45
15
999.1
4186
0.589
1.138 x 10-3
1.139 x 10-6
8.09
0.598
1.002 x
10-3
1.004 x
10-6
7.01
0.891 x
10-3
0.894 x
10-6
6.14
0.798 x
10-3
0.801 x
10-6
5.42
0.720 x
10-3
0.724 x
10-6
4.83
0.653 x
10-3
0.658 x
10-6
4.32
0.637
0.596 x
10-3
0.602 x
10-6
3.91
0.644
0.547 x 10-3
0.554 x 10-6
3.55
0.512 x 10-6
3.25
20
25
30
35
40
45
50
998.0
997.0
996.0
994.0
992.1
990.1
988.1
4182
4180
4178
4178
4179
4180
4181
0.607
0.615
0.623
0.631
55
985.2
4183
0.649
0.504 x 10-3
60
983.3
4185
0.654
0.467 x 10-3
0.475 x 10-6
2.99
65
980.4
4187
0.659
0.433 x 10-3
0.442 x 10-6
2.75
0.663
0.404 x
10-3
0.413 x
10-6
2.55
0.378 x
10-3
0.388 x
10-6
2.38
0.355 x
10-3
0.365 x
10-6
2.22
0.333 x
10-3
0.344 x
10-6
2.08
0.315 x
10-3
0.326 x
10-6
1.96
0.677
0.297 x
10-3
0.309 x
10-6
1.85
0.679
0.282 x 10-3
0.294 x 10-6
1.75
70
75
80
85
90
95
100
977.5
974.7
971.8
968.1
965.3
961.5
957.9
4190
4193
4197
4201
4206
4212
4217
0.667
0.670
0.673
0.675
86
Ek 2. Örnek hesaplama
ters akış
paralel akış
Bu örnek sadece takip edilecek adımları kısmi olarak açıklamak için hazırlanmıştır.
Okunan ölçüm değerleri aşağıdaki tablodaki gibi belirlenmiştir.
Ölçümler
T1g [oC]
1
47.3
Sıcak su
T1ç [oC] Q1 [m3/h]
42.3
0.225
T2g [oC]
15.1
Soğuk su
T2ç [oC] Q2 [lt/h]
21.9
135
2
3
4
5
6
7
8
1. Öncelikle, sıcak ve soğuk su için ortalama sıcaklıklar hesaplanır ve hesaplanan ortalama
sıcaklıktaki özelikler tablodan tesbit edilir.
Sıcak su için:
T1g T1c 47.3 42.3
T1ort
44.8o C
2
2
Yaklaşık 45oC kullanılarak tablodan
990.1 kg / m 3
1
J
c p1 4180 o
kg C
W
k1 0.637 o
m C
0
.
602
10 6 m 2 / s
1
Pr1 3.91
Soğuk su için:
T2 g T2c 15.1 21.9
T2ort
18.5o C
2
2
Yaklaşık 20oC kullanılarak tablodan
998.0 kg / m 3
2
J
c p 2 4182 o
kg C
W
k 2 0.598 o
m C
1.004 10 6 m 2 / s
2
Pr2 7.01
87
2.
İşlemlere başlamadan önce okunan debilerin birimlerinin denklemlerde kullanılacak
uygun birimlere dönüştürülmesi gerekir.
m3
Sıcak su için okunan hacimsel debi değeri Q1 0.225
’dir.
h
3
m3
m3
5 m

Bu debi aynı zamanda
birimindedir.
Q1 0.225
0.225
6.25 10
h
3600s
s
3
kg
 990.1 kg 6.25 10 5 m
Kütlesel debi ise
m 1
Q
0.062
1 1
3
m
s
s
olacaktır.
lt
Soğuk su için okunan hacimsel debi değeri Q 2 135 ’dir.
h
Bu debi aynı zamanda
lt
dm3
1 10 3 m3
m3
m3
m3
Q 2 135
135
135
0.135
0.135
3.75 10 5
h
h
h
h
3600s
s
birimindedir.
3
kg
kg
5 m

Kütlesel debi ise
m 2
Q
998
.
0
3
.
75
10
0.037
2 2
3
m
s
s
olacaktır.
3. Ardından, sıcak ve soğuk su için ısı kaybı/kazancı hesaplanabilir.
Sıcak suyun ısı kaybı
Q1
m 1c p1 T1g
T1c
0.062
kg
s
4180
J
kg o C
47.3 42.3 oC
1295.8 W
Soğuk suyun ısı kazancı
kg
J
4182
21.9 15.1 oC 1052.2 W
s
kg o C
Bu ısı değerlerinin mükemmel yalıtılmış bir ısı değiştiricide birbirine eşit olması ( Q1 Q2 Q )
gerekir. Eğer hesaplamalarda eşit çıkmıyorsa, farkın ne tür sebeplerden kaynaklanabileceği
yorumlanacaktır.
Q2
m 2 c p 2 T2c
T2 g
0.037
4. Daha sonra ısı transfer kanunları kullanılarak
Q3 KA Tln ısısının hesaplanması yapılır.
Bu değerin hesaplanma işlemleri için deney föyünde verilen sıranın takibi uygun olacaktır.
4.1. Öncelikle, içteki borudaki sıcak su akışını gözönüne alalım. Re ( Re1 u1Dh1 / 1 ) sayısı
hesaplanarak akışın laminer veya türbülanslı bölgede olduğu belirlenir. Re sayısının
hesaplanması için hız ( u1 ) ve hidrolik çapa ( Dh1 ) gerek vardır.
D h1 d ic 0.0154m olarak deney föyünde bulunmuştu.
Boru içinden akış için
Ayrıca akış kesit alanı ise
A1
olacaktır.
16
dic2
4
0.01542
4
1.863 10 4 m 2
 [kg/s]) veya hacimsel debi ( Q [m3/s])
Akış kesiti içindeki ortalama hız ise kütlesel debi ( m
denkleminden
kg
kg
m

m 1
0.062
990.1 3 1.863 10 4 m 2 u1
1Q1
1 A1u1
s
s
m
m
u1 0.336
s
m
0.336
0.0154 m
u1 Dh1
s
Re1
8595
Re sayısı
2
1
6 m
0.602 10
s
Re1 8695 2300 olduğundan akış türbülanslı akış bölgesindedir. Bu sebeple türbülanslı akış
için verilen Nu sayısı denklemi kullanılacaktır.
h i1D hi1
Nu i1
0.023 Re10.8 Pr10.3 0.023 85950.8 3.910.3 48.6
k i1
Buradan; iç borudaki ısı taşınım katsayısı (konveksiyonla ısı geçiş katsayısı)
W
h i1 2 o
0.0154 m
h i1D hi1
m C
Nu i1
48.6
Nu i1
48.6
W
k i1
0.637 o
m C
W
hesaplanır.
h i1 2010.3 2 o
m C
4.2. Borular arasındaki eş merkezli soğuk su akışını gözönüne alalım. Benzer şekilde Re
sayısının hesaplanması için hız ( u 2 ) ve hidrolik çapa ( Dh 2 ) gerek vardır.
D h2 Dic d dis 0.0460 0.0214 0.0246m
Bu akış için deney föyünden
olarak
bulunmuştu.
Ayrıca
akış
kesit
alanı
ise
2
2
2
2
Dic d dis
0.0460 0.0214
A2
1.302 10 3 m 2 olacaktır.
4
4
 [kg/s]) veya hacimsel debi ( Q [m3/s])
Akış kesiti içindeki ortalama hız ise kütlesel debi ( m
denkleminden
kg
kg
m

m 2
0.037
998.0 3 1.302 10 3 m 2 u 2
2Q2
2 A2u2
s
m
s
m
u 2 0.029
s
m
0.029
0.0246 m
u 2 Dh 2
s
Re 2
711
Re sayısı
2
2
6 m
1.004 10
s
17
Re 2 711 2300 olduğundan akış laminer akış bölgesindedir. Bu sebeple laminer akış için
verilen Tablo 1’in ilk kolonundan Nu sayısı belirlenir. Tablodan okumanın yapılması için
d dis 0.0214
0.47 0.50 değeri kullanılarak Nu d2 5.74 olarak okunur.
Dic 0.0460
Buradan bu akış için ısı taşınım katsayısı
W
h d2 2 o
0.0246 m
h d2 D hd2
m C
Nu d2
5.74
Nu d2
5.74
W
k d2
0.598 o
m C
W
hesaplanır.
h d2 139.5 2 o
m C
4.3. Ardından, ısı değiştiricinin toplam ısı geçiş katsayısı aşağıdaki denklemden hesaplanır.
1
KA
1
KA
1
KA
1
hi Ai
dd
di
2 kb L
Ai
d ic L
0.0154 1.2
Ad
d dis L
0.0214 1.2 0.081m 2
0.0214
ln
1
0.0154
2
54 1.2 139.5 0.081
ln
1
hd Ad
1
2010.3 0.058
8.577 10
3
KA 10.22
Burada
8.081 10
4
0.058m 2
88.500 10
3
0.0979
1
10.22
W
o
C
4.4. Logaritmik sıcaklık farkı aşağıdaki denklem ile hesaplanır:
Tln
T1
T2
T
ln 1
T2
32.2 20.4
32.2
ln
20.4
o
25.85 C Burada;
T1
T1g
T2 g
47.3 15.1 32.2 o C
T2
T1c
T2 c
42.3 21.9
20.4 o C
4.5. Sıcak ve soğuk su arasındaki ısı geçişi
Q3 KA Tln 10.22 25.85 264.2 W
olarak hesaplanır.
Bu ısı değerlerinin mükemmel yalıtılmış bir ısı değiştiricide birbirine eşit olması
Q3 2 6 4.2 W
( Q1 Q2 Q3 Q ) gerekir. Q1 1295.8 W , Q2 1052.2 W
olarak
hesaplandı. Farklılıkları yorumlayınız.
5. Ayrıca,
Sıcak su için
-NTU yöntemininde uygulamasını yapınız.
C1
 1c p1
m
0.062 kg / s
18
4180 J / kg o C
259.2 W / oC
Soğuk su için C2
 2c p2
m
Cr
C min
C max
kg
4182 J / kg o C
s
 c p ) min 154.7
(m
0.60
 c p ) max 259.2
(m
0.037
Sıcak suyun ısı kaybı
Q1 m 1c p1 T1g T1c C1 T1g T1c
0.062 kg / s
olarak hesaplanmıştı.
Paralel akış için maksimum ısı geçişi
Q Cmin T1 g T2 g 154.7 W / oC
154.7 W / oC
4180 J / kg o C
47.3 15.1 oC
47.3 42.3 oC
1295.8 W
4981.3 W olarak hesaplanır.
Isı değiştiricinin etkenliği
Q
1295.8
0.26 olarak hesaplanır.
Qmax 4981.3
Diğer taraftan
ve NTU değerleri aşağıdaki denklemler kullanılarak da hesaplanabilir.
ln{1 - (1 C r )}
ln{1 - 0.26 (1 0.60)}
Paralel akış için NTU
0.34
1 Cr
1 0.60
Grafikten (Şekil 6) değerlendiriniz. Farklılıkları yorumlayınız.
6.
Isı transfer miktarı ve etkenlik değerleri paralel ve ters akış için karşılaştırılırarak
yorumlanır.
7. Bu hesaplar ölçümlerden bir tanesi için detaylı olarak yapılıp, diğer ölçümler için sadece
sonuçlar tablo halinde gösterilecektir.
19
Ek 3. Hesap Tablosu
Isı Değiştiricileri Deneyi Hesap Tablosu
Deney 1
Sıcak su
Ölçümler
Deney 2
Soğuk su
Sıcak su
o
47.3
15.1
o
42.3
21.9
T-g [ C]
T-ç [ C]
3
Q 0.225 (m /h)
135 (lt/h) ..........(m3/h)
Q (m3/s)
6.25E-05
3.75E-05
m [kg/s]
0.062
0.037
Tort [ C]
44.8
18.5
[kg/m3]
990.1
998.0
cp [J/kg-C]
4180
4182
6.020E-07
1.004E-06
0.637
0.598
3.91
7.01
Q [W]
1295.8
1052.2
u [m/s]
0.336
0.029
Re
8595
711
48.6
5.74
2010.3
139.5
o
2
[m /s]
Deney 3
Soğuk su
..........(lt/h) ..........(m3/h)
[kg/m-s]
k [W/m-C]
Pr
Nu
2
h [W/m -C]
KA [W/C]
10.22
Tln [C]
25.85
Q3 [W]
Sıcak su
264.20
20
Soğuk su
Deney 4
Sıcak su
..........(lt/h) ..........(m3/h)
Soğuk su
..........(lt/h)
2.7 TAŞINIMLA ISI GEÇİŞİ DENEYİ
1. Deneyin Adı
Zorlanmış taşınım ve ışınım ile ısı geçişi.
2. Deneyin Amacı
Değişken hava hızlarında silindir yüzeyinden transfer edilen ısı miktarına zorlanmış
taşınımın etkisinin incelenmesi.
3. Deneyle İlgili Genel Bilgiler
İki sistem arasında veya sistemle çevresi arasında bir sıcaklık
farkı olduğu zaman enerji transfer edilmektedir. Yalnız sıcaklık
farkından dolayı bir sisteme transfer edilen bu enerjiye,
termodinamikte ısı enerjisi denilmektedir. Diğer taraftan
termodinamiğin ikinci kanununa göre ısı, sıcak bir sistemden daha
soğuk bir sisteme doğru akmaktadır. Isı doğrudan doğruya
ölçülemez ve gözlenemez, ancak doğurduğu tesirler gözlenebilir ve
ölçülebilir. Belirli bir sıcaklık farkından dolayı birim zamanda
transfer edilen ısı miktarının hesabı, mühendislik açısından çoğu
zaman önemli bir problem olarak karşımıza çıkmaktadır. Isı bir
sistem ile sistemin çevresi arasında yalnız sıcaklık farkından dolayı
akan bir enerji şeklidir. Bu enerji miktarını aşağıdaki ısı transfer
şekillerinin birisi, ikisi veya üçü birden kullanılarak belirlenebilir.
a) Isı İletimi (Kondüksiyon)
Isı iletimi aynı katı, sıvı veya gaz ortamındaki farklı bölgeler arasında, veya doğrudan
fiziki temas durumunda bulunan farklı ortamlar arasında, moleküllerin fark edilir bir yer
değiştirmesi olmaksızın, moleküllerin doğrudan teması sonucunda oluşan ısı yayınımı işlemidir.
Isı iletiminin genel denklemi Fourier tarafından aşağıdaki formülle verilmiştir:
dT
(1)
dn
Burada iletimin tek boyutlu olduğu düşünülerek (1) eşitliği aşağıdaki şekilde düzenlenebilir.
Q
Q
kA
kA
T1 T2
L
(2)
Burada;
Q
A
L
T1, T2
k
: İletimle geçen ısı miktarı,
[W]
: Isı iletiminin gerçekleştiği alan,
[m2]
: Isı iletiminin gerçekleştiği malzemenin kalınlığı,
[m]
: Isı iletiminin gerçekleştiği malzemenin yüzey sıcaklıkları, [K]
: Malzemenin ısı iletim katsayısı,
[W/(m·K)])
b) Isı Taşınımı (Konveksiyon)
Bir yüzey üzerinden veya bir boru içerisinden akan akışkanın sıcaklığı yüzey sıcaklığından
farklı ise, akışkan hareketi sonucu akışkan ile yüzey arasındaki ısı transferi olayı taşınım olarak
21
adlandırılır. Newton’un Soğuma Kanunu olarak adlandırılan aşağıdaki denklem ısı taşınımının
özel kanunudur:
Q
h A Ts
(3)
Ta
Burada;
h
Ts
Ta
: Isı taşınım katsayısı,
: Yüzey sıcaklığı,
: Akışkan sıcaklığı,
[W/(m2·K)]
[K]
[K]
Isı taşınımı akışın yapısına göre sınıflandırılır. Eğer akışkan herhangi bir pompa, vantilatör
gibi benzeri cihazlar ile ya da rüzgar tarafından etkilenmiyorsa bu akışkandaki ısı taşınımına
doğal ısı taşınımı denir. Eğer akışkan herhangi bir pompa, vantilatör gibi benzeri cihazlar ile ya
da rüzgâr tarafından zorlanmış harekete maruz kalıyor ise bu akışkandaki ısı taşınımına
zorlanmış ısı taşınımı denir.
c) Isı Işınımı (Radyasyon)
Herhangi bir temas ve akışkan hareketi olmaksızın elektro manyetik dalgalar vasıtası ile
olan ısı geçişi olayına radyasyon denir. Işınım yoluyla gerçekleşen ısı geçişi Stefan-Boltzman
eşitliği olarak aşağıdaki şekilde tarif edilmektedir.
Q
F AT 4
(4)
Burada;
: Stefan-Boltzman sabiti, ( =5.67·10-8 [W/(m2·K4)])
F
: Işınım yayma katsayısı (neşretme oranı),
: Şekil faktörü,
4. Kullanılan Cihazlar
Isı transferi servis birimi (HT 10 X),
Bileşik taşınım ve ışınım deney düzeneği (HT 14).
5. Deneyin Yapılışı
Şekil 1 de gösterilen deney düzeneğinin (HT 14) önden görünüşünde görülen 2 numaralı
buton (I) konumuna, Şekil 2’de gösterilen servis biriminde (HT 10 X) A anahtarı (I) ve B
anahtarı manüel konumuna getirilir. Ölçümleri yapmak için Şekil 2’de gösterilen düzenekte E
düğmesi Ua’ya getirilerek hava akış hızı, V konumuna getirilerek sistemin voltaj değeri ve I
konumuna getirilerek sistemin çektiği akım değeri D göstergesinden okunur. Eğer hava akış
hızı değiştirilmek istenirse Şekil 1’deki 16 numaralı düğmeyi sola (artırmak için) veya sağa
(azaltmak için) çevrilir. Voltaj değerini artırmak veya azaltmak için Şekil 2’deki C düğmesi
istenilen değere ayarlanır. Sistem kararlı duruma gelinceye kadar(ilindir yüzey sıcaklığı sabit
oluncaya kadar) çalıştırılır. Kararlı duruma geldikten sonra; ölçümleri yapmak için Şekil 2’de
(HT 10 X) gösterilen servis biriminde G anahtarı T9 konumuna getirilerek akışkan sıcaklığı ve
22
T10 konumuna getirilerek yüzey sıcaklığı değeri J göstergesinden okunur. Okunan değerler
ilgili formüllerde yerlerine konularak hesaplamalar yapılır.
Deneyde akışkan olarak hava kullanılmaktadır ve iletim ile olan ısı geçişi ihmal
edilmektedir.
6. Verilen Sabitler
F
D
L
: Stefan-Boltzman sabiti,
: Işınım yayma katsayısı,
: Şekil faktörü,
: Silindir çapı,
: Silindir uzunluğu,
( =5.67·10-8 [W/(m2·K4)])
( =0.95)
(F=1)
(D=0.01 [m])
(L=0.07 [m])
7. Okunan Değerler
I
V
Ua
T9
T10
: Akım,
: Voltaj,
: Hava akış hızı,
: Akışkan sıcaklığı,
: Silindir yüzey sıcaklığı,
[A] (Amper)
[V] (Volt)
[m/s]
[ºC]
[ºC]
8. Deney Sonucunda Hesaplanacak Değerler
Qin
Qt
Qc
Qr
hc
hr
Tf
Ts
Ta
Uc
k
Num
Re
Pr
: Teorik olarak hesaplana ısı miktarı,
: Toplam ısı geçişi,
: Taşınım ile geçen ısı miktarı,
: Işınım ile geçen ısı miktarı,
: Isı taşınım katsayısı (zorlanmış),
: Işınımla ısı geçiş katsayısı,
: Film sıcaklığı,
: Silindir yüzey sıcaklığı,
: Akışkan sıcaklığı,
: Düzeltilmiş hava hızı,
: Havanın ısı iletim katsayısı,
: Ortalama Nusselt sayısı,
: Reynolds sayısı,
: Prandtl sayısı,
: Dinamik viskozite,
[W]
[W]
[W]
[W]
[W/(m2·K)]
[W/(m2·K)]
[K]
[K]
[K]
[m/s]
[W/(m·K)]
(Boyutsuz)
(Boyutsuz)
(Boyutsuz)
[m2/s]
9. Kullanılacak Formüller
Qin = V I
(5)
Qt = Qc + Qr
(6)
Qc = hc A (Ts-Ta)
(7)
23
Qr = hr A (Ts-Ta)
(8)
hr = F (Ts4-Ta4) / (Ts-Ta)
(9)
Nu=3,66
Nu m
0.3
Laminer
0.62 Re 0.5 Pr 0.33
1
Re
0.4
Pr
0.66
0.25
1
Re
282000
0.5
Türbülanslı
(10)
UcD
(11)
Uc = 1.22 Ua
(12)
A=
DL
(13)
Tf
Ts Ta
2
(14)
Ts = T10 + 273.15
(15)
Ta = T9 + 273.15
(16)
Nu m
hc D
k
k, Pr,
film sıcaklığında Tablo 1 kullanılarak bulunacak değerler.
hc
Nu m k
D
(17)
Tablo 1 Havanın atmosfer basıncındaki fiziksel özelikleri
Tfilm [K]
300
350
400
450
500
550
600
[m2/s]
1.684·10-5
2.076·10-5
2.590·10-5
3.171·10-5
3.790·10-5
4.434·10-5
5.134·10-5
k [W/(m·K)]
0.02624
0.03003
0.03365
0.03707
0.04038
0.04360
0.04659
24
Pr [-]
0.708
0.697
0.689
0.683
0.680
0.680
0.680
10. İstenilen Grafikler
Hava akış hızı Uc ile T10 sıcaklığı arasında grafiğin çizilmesi.
T10(0C)
Uc(m/s)
11. Sonuçlar ve Karşılaştırmalar
Sisteme giren ısı miktarı (Qin) ile akışkana transfer edilen ısı
miktarını (Qt) karşılaştırınız.
Şekil 1. Deney düzeneğinin (HT 14) ön görünüşü
25
Şekil 2. Deney düzeneğinin ana ünitesi
26
2.8 TERMODİNAMİĞİN I. YASASI DENEYİ
Amaç: Termodinamiğin I. Kanununun, Açık Sistemler için Isıtıcılı Bir Hava Kanalında İncelenmesi.
1. Termodinamik Esaslar
Açık sistem analizinde problemlerin çözümü için iki eşitlik kullanılır. Bunlar kütlenin korunumunu ve
enerjinin korunumunu belirleyen eşitliklerdir.
Kütlenin Korunumu:
Belirli bir zaman aralığında, açık sisteme giren ve sistemden çıkan kütle miktarları arasındaki farkın, aynı
zaman aralığında kontrol hacmindeki (kh’deki) kütle miktarı değişimine eşitliğiyle ifade edilir.
mg
mç
m2
m1
m
kh
(1)
kh
Bu eşitlikteki kütle miktarları birim zaman için belirtilmek istendiğinde;
∑ m ∑ m
g
dm
dt
ç
(2)
kh
eşitliğiyle verilir. Kararlı akış durumunda son eşitliğin sağ tarafı ortadan kalkar. Kütlesel debi tam olarak;
m
eşitliğiyle verilir. Bu eşitlikte,
1
AV
v
AV
(3)
(kg/m3) birimiyle akışkan yoğunluğunu, A (m 2) birimiyle akış doğrultusuna
dik kesit alan değerini, V (m/s) birimiyle kesite dik doğrultuda ortalama hızı ve
yoğunluğun tersi olarak
(m3/kg) birimi ile özgül hacmi göstermektedir. Bir boyutlu kararlı akış için, hızın kesit boyunca ortalama
değerinde sabit kaldığı kabul edilerek, yukarıdaki eşitlik Denklem 4’deki gibi kullanılır.

m
1
A1V1
2
A2V2
sabit
(4)
Enerjinin Korunumu:
Enerjinin korunumu yasası; belirli bir zaman aralığında, açık sisteme iş ya da ısı şeklinde giren ve
sistemden çıkan enerji miktarları arasındaki farkın, aynı zaman aralığında kontrol hacmindeki enerji miktarı
değişimine eşitliğiyle ifade edilir ve açık sistemler için Termodinamiğin I. Kanunu olarak bilinir. Kararlı akış
için, kontrol hacmindeki enerji değişim miktarı ortadan kalkar ve eşitlik birim zaman için yazıldığında;
Q
W
∑ m ç h
V2
2
(Kontrol hacmine ısı ve iş
olarak birim zamanda giriş-
∑ m g h
gz
ç
V2
2
(Kontrol hacminden geçen
=
akışkan(a/dan) birim zamanda
çıkış yapan enerji miktarı)
aktarılan enerji)
27
gz
(5)
g
elde edilir. Bu eşitlikteki Q (W) birimiyle kontrol hacmine sistem sınırından giren veya çıkan ısı formundaki
enerjiyi (giriş pozitif, çıkış negatif), W (W) birimiyle sistem sınırından giren veya çıkan iş formundaki enerjiyi
 (kg/s) birimiyle akışkanın kütlesel debisini, h (J/kg) birimiyle
(giriş negatif, çıkış pozitif) göstermektedir. m
akışkanın entalpisini, z (m) birimiyle akışkan için ölçüm yapılan noktanın, referans olarak seçilen belirli bir
yatay eksenden yüksekliğini ve g ise (m/s2) veya (N/kg) birimiyle yerçekimi ivmesini veya dünya için geçerli
olan birim kütle çekim kuvvetini göstermektedir.
2. Deney Tesisatının Tanıtımı
Deney tesisatı; kendisine bir fan ile hava akışı temin edilen, çevresi ısı geçişine karşı yalıtılmış bir hava
kanalı, kanal tabanına yarı uzunluğa kadar yerleştirilmiş ısıtıcı levha, iç ve dış ortam sıcaklıklarının okunduğu
dijital gösterge, çıkıştan önceki son sıcaklık okuma noktasında basınç ve/veya hava hızını ölçmek için
kullanılan plastik borulu bir U manometresi, kanal çıkışında hava hızını ölçmek için kullanılan hızölçer
(hızmetre), çevrenin termodinamik değerlerini ölçmede kullanılan sıcaklık – basınç – nem göstericisi, ısıtıcı
plakanın ve fanın çektiği elektrik gücünü bulmak için kullanılan güçölçer (wattmetre) ve fanın değişik
devirlerde çalışmasını temin etmede kullanılan varyaktan oluşmaktadır.
Isıtıcı Levha
Güç Girişi
Hava Kanalı
Fan
Şekil 1. Deney tesisatının şematik gösterimi
3. Deneyin Yapılışı ve Deneyden Beklenenler
Sistem çalıştırıldıktan sonra kararlı akışın oluşması ve ısıtıcı levhanın sıcaklığının kararlı hale gelmesi için
biraz beklendikten sonra yapılacak ölçümler ve bu ölçme değerleri kullanılarak yapılacak işlemler aşağıda
sıralanmıştır:
i. Deney tesisatının bulunduğu ortamın termodinamik değerleri, sıcaklık – basınç – nem göstericisi
kullanılarak kaydedilecek. Okunan sıcaklık Tg (K) olarak, hg
c p Tg hesaplamasında kullanılacak.
ii. Varyak kullanılarak düşük bir fan devri elde edilecek. Bu devir sayısı için, güçölçer aracılığı ile fanın ve
ısıtıcı levhanın çektiği güç ölçülecek. Ölçülen değerlerin toplamı (W) birimiyle iş formundaki enerji girdisi
olarak alınacak.
28
iii. Çıkış kesitindeki, sıcaklık, basınç ve hız değerleri ilgili ölçüm cihazlarıyla belirlenecek.
a) Sıcaklık ve basınç kullanılarak Pv
RT eşitliğinden v özgül hacmi bulunacak. Böylece;
1/ v
eşitliğinden çıkıştaki yoğunluk değeri de bulunmuş olacak. Bulunan bu değerle birlikte kesit alanı ve hız
değeri, (4) numaralı eşitlikte yerlerine yazılarak
kullanılarak, hç
 kütlesel debi değeri hesaplanacak. Yine çıkış sıcaklığı
m
c p Tç eşitliği yardımıyla çıkış entalpisi hesaplanacak.
b) Hızın tespiti ayrıca, U manometresi kullanılarak V
2
m
g
hdinamik ,ç
eşitliğiyle gerçekleştirilip,
ç
hızölçer aracılığıyla ölçülen değerle karşılaştırılacak. Bu eşitlikteki Δhdinamik,
ç
farkı (mSS = mSY) cinsinden
yazılacak.
iv. Ölçülerek ve hesaplanarak elde edilen değerler, (5) numaralı eşitlikte yerlerine yazılarak eşitliğin
sağlaması yapılacak.
v. Tüm deney, fan ve ısıtıcı levhanın çekeceği farklı ikişer ayrı güç değeri için tekrarlanacaktır.
4. Deneyin ve Sonuçlarının İrdelenmesi
1. U manometresi ile yapılan basınç farkı ölçümünün kullanıldığı ve böylece hızın hesaplandığı eşitliğin
nasıl elde edildiğini,
2. Yapılan deneylerden elde edilen sonuçlarla beraber, hesaplanan değerlerdeki değişimin fiziksel anlamını,
3. (5) numaralı eşitlikte yer alan büyüklüklerin eşitliğin sağlanmasını nasıl etkilediğini,
4. Hızölçer ve U manometresiyle yapılan ölçüm ile hesaplanan hız değerleri arasındaki farkın nereden
kaynaklandığını açıklayınız.
5. Deney Raporu:
i. Fan ve ısıtıcı levha aracılığıyla kontrol hacmine giren birim zamandaki enerji
Parametre
1. Deney
Isıtıcı levhayla giren güç [W]
Fan ile giren güç [W]
kh’ye giren toplam güç [W]
ii. Çıkış kesiti ayrıtlarının ölçümü ve alanının hesaplanması
a [mm] · b [mm]
Çıkış kesit alanı [m2]
210 [mm] · 110 [mm]
29
2. Deney
a) Ölçmeler
Parametre
1. Deney
2. Deney
[mbar]
[Pa]
[mbar]
[Pa]
[mSS]
[Pa]
[mSS]
[Pa]
[oC]
[K]
[oC]
[K]
Giriş (barometre ile)
Basınç
Çıkış (Δhstatik)
(su seviyesi farkı mmSS)
Hız
(Giriş)
Hızmetre ile [m/s]
Hızmetre ile [m/s]
Hız
(Çıkış)
Δhdinamik
(Pitot tüpü ile mmSS)
Giriş
Sıcaklık
Çıkış
b) Hesaplamalar
Parametre
1. Deney
Entalpi [kJ/kg]
h
Giriş
cp T
Çıkış
(cp = 1.005 kJ/kg K)
Özgül hacim [m3/kg]
1
v
RT
P
(R=0.287 kJ/kg K)
Kütlesel debi [kg/s]
m
AV
1
AV
v
Hız [m/s]
V
2
m
g
hdinamik ,ç
2
m
g hdinamik ,ç vç
ç
30
2. Deney
iii. Enerji eşitliğinin sağlanması
Q
Hesaplanacak İfade
Eşitliğin Sağ Tarafı
W
∑ m
ç
V2
2
h
∑ m
gz
ç
1. Deney
Hızölçer
Δhdinamik
[W]
Eşitliğin Sol Tarafı
[W]
31
g
h
V2
2
gz
(5)
g
2. Deney
Hızölçer
Δhdinamik
2.9 ISIL İLETKENLİK ÖLÇÜMÜ DENEYİ
1.
Deneyin Adı
Yalıtım malzemelerinde ısıl iletkenlik özelliğinin tayini deneyi.
2.
Deneyin Amacı
Bu deneyin amacı, katı haldeki yalıtım, yapı, kompozit, polimer, seramik ve metalik malzemelerin ısıl
iletkenliklerini ve özgül ısılarını belirlemektir.
3.
Deneyle İlgili Genel Bilgiler
Isı yalıtım malzemeleri; ısı kayıp ye kazançlarının azaltılmasında kullanılan yüksek ısıl dirence sahip
özel malzemelerdir. Ayrıca standartlarında ısıl iletkenlik katsayıları 0,06-0,10 W/mK’ nin altında olan
malzemeler, ısı yalıtım malzemeleri olarak tanımlanır.
Isı yalıtımı amacı ile kullanılan ürünler açık gözenekli veya kapalı gözenekli olarak sınıflandırılabilir.
Açık gözenekli veya elyaflı malzemelere; camyünü, taş yünü (mineral yünler), ahşap yünü, seramik
yünü, cüruf yünü; kapalı gözenekli malzemelere ise EPS genleştirilmiş polistiren, XPS ekstürüde
polistiren, elastomerik kauçuk, polietilen köpüğü, cam köpüğü örnek yerilebilir.
Bu malzemeler genellikle çatı, duvar, döşemeye zemin gibi yapı elemanlarında veya tesisatlarda
kullanılabilir. Bu malzemelerin yanısıra pencereleri oluşturan kaliteli doğramalar ile yalıtım camı
üniteleri de ısı yalıtımında büyük önem taşır (Resim 1).
Resim 1: Kaplama Yalıtım Camı Üniteleri
Isı yalıtım ürünlerinin temel amacı, yapı elemanlarının ısı iletim direncini artırmaktır. Bu nedenle bu
ürünlerin yalıtma özelliğini ısı iletim katsayıları belirler. Isı iletim katsayısı ne kadar düşükse, o
ürünün yalıtım özelliği artar. Bu nedenle, yalıtım ürünlerinin ısı iletim katsayısının düşük olması
32
istenir. Bunun yanısıra uygulanacağı detaya göre yalıtım malzemelerinin; ses sönümleme değerleri,
yangın karşısındaki performansları, su emme değerleri, donma çözülme dayanımı, yük altındaki
uygulamalar için basma dayanımları malzeme seçiminde önemli rol oynar. Kullanım kolaylığı ve
ekonomik olması da ısı yalıtım ürünlerinde aranan diğer özelliklerdir. Deneylerde kullanılan cihazlar
malzeme ısıl iletkenlik aralığı, gözenek yapısı ve numune boyutlarına göre değişiklik göstermektedir.
Deneylerde kullanılan cihazlar, ısıl iletkenlik ölçüm aralığı, ölçüm sıcaklığı, cihaza uygun numune
boyutları ve cihazın hassasiyeti aşağıdaki Tablo 1.de ayrıntılı olarak verilmiştir.
Deney Cihazı
Cihaz-1
Lasercomp Fox-50a
Cihaz-2
Lasercomp Fox-314
Cihaz-3
Anter FL-2000
Isıl İletkenlik Ölçüm
Aralığı (W/mK-1)
Ölçüm
Sıcaklığı(°C)
Boyutlar(mm)
Açıklama
(0.05)  (10)
(-20)  (+95)
Ø63x25
Kalınlık 25mm’ye kadar
(0,005)  (0.35)
(-20)  (+95)
305x305x102
Kalınlık 102 mm’ye
kadar
(0,1)  (2000)
(OS) 
(+330)
a. Ø31.75x6
b. Ø12.7x6
c. 8x8x6
Kalınlık 6mm’ye kadar
Tablo 1: Cihazlar ve Özellikleri
4.
Deneyin Yapılışı
4.1.
Hazırlık
Deneye başlamadan önce laboratuvarda hangi deneyin yapılacağı ve deney için elektrik, su ve azot
gazı gibi girdilerin olup olmadığı kontrol edilir.
Deney için gelen numunelerden sadece nemli olanlara, kurutma işlemi yapılmaktadır.
4.2.
Deney İşlemi
ISILAB’ da birden fazla cihaz ile Isıl iletkenlik Deneyi yapılabildiğinden ve her bir cihaz için
belirlenmiş olan deney yapılışı aşağıdaki alt başlıklardan uygun olan seçilerek deney yapılır.
4.2.1.
Yapı Malzemeleri Isıl İletkenlik Deneyi
Kullanılacak Cihaz
: Fox 50a, Cihaz1
Kullanılacak Dış Doküman
: Winterm32 Software Manuel
33
Deney başlamadan önceki işlemler yapıldıktan sonra olumsuz bir durum yoksa ve deney
başlatılabilecek duruma gelinmiş ise aşağıdaki işlem adımları takip edilerek deney yapılır.
a.
Bilgisayarda yüklü bulunan Winterm32 programı çalıştırılır. Bu program cihaz ile bilgisayar
arasında bağlantılı olup deney için gerekli tanımlar bu program aracılığı ile yapılmaktadır. Cihaz
ile bilgisayar arasında iletişim varsa aşağıdaki görüntü gelir.
Burada Open Stack hazneyi açıp içerisinde numune olup olmadığına bakılır ve otomatik ölçücü
numune sıkıştırıcı tablanın açılması sağlanır. Numune olmadığından emin ve cihazın mesafeyi kalibre
etmesi isteniyorsa Calibrate işaretlenerek cihazın aralığı sıfırlaması sağlanır. Eğer bu görüntü
gelmiyor veya bağlantı olmadığına dair bilgiler geliyorsa Winterm32 Software Manuel kitapçığındaki
yol izlenerek bilgisayar bağlantı programı kurulmalıdır.
b.
Bilgisayar bağlantısı onaylandıktan, mesafe kalibre edildikten sonra aşağıdaki test ekranı otomatik
olarak gelir. Numune gözüne numune yerleştirilir. Eğer numune boyutları küçükse haznenin orta
kısmına gelecek şekilde ve etrafındaki boşluklar yalıtım malzemesi ve kalınlığı numune
kalınlığından çok az küçük olacak şekilde beslenerek doldurulduktan sonra hazneye konulmalı ve
kapağı kapatılmalıdır.
Cihaz kalibrasyonu ve numune kalınlığını ölçme ile ilgili seçenekler yukarıdaki pencerede işaretlenir,
bu ekranda seçili gelenlerden farklılık istenirse değiştirilebilir, değilse Run seçilerek devam edilir.
34
Eğer numune yumuşak ve cihazın kalınlığı ölçmemesi ve kalınlığın el ile girilmesi istenirse o zaman
Manual thicness seçilmelidir. Değilse cihaz numuneyi otomatik olarak ölçecektir.
c.
Aşağıdaki Cihaz bilgisayar iletişim ekranı bu arada arka planda bulunmaktadır. Aşağıdaki bu
ekranda Sample, Setpoint ve Calibration düğmeleri kırmızı ve x işaretle olarak durmaktadır.
d.
Bu aşamada numunenin bilgileri aşağıdaki ekran aracılığı ile istenmektedir. Eğer numune
kalınlığı otomatik ölçülmedi ise buradaki ekranda o da girilmelidir.
e.
Numunenin hangi sıcaklık ya da sıcaklıklar aralığında ölçüleceği aşağıdaki ekrandaki hücreler
doldurularak belirtilir. Burada her yeni sıcaklık aralığı numunenin farklı bir sıcaklık değerinde
de ölçüleceğini göstermektedir.
35
f.
Eğer daha önceki seçimlerde Dosyalanmış Kalibrasyon - Filed Calibration seçilmişse aşağıdaki
ekran gelecek ve hangi kalibrasyon dosyası kullanılacaksa o seçilecektir. Eğer belirli bir dosya
seçilmeyecekse ekranda varsayılan olarak gelen dosya kullanılacaktır.
g.
Bu aşamadan sonra her şey doğru yapıldı ise test başlayacak ve ekrana aşağıdaki görüntü gelecektir.
Bu görüntü üzerinde sürekli değişen bilgiler olacaktır. Bu bilgiler ölçümün sürdüğünü göstermektedir.
Deney süresi ölçülen numune malzemesine, ölçüm sayısına ve ölçüm sıcaklığına göre değişmektedir.
Ancak normal şartlarda yaklaşık bir saat civarında deneyin sonuçlanması beklenmelidir.
36
Ölçüm normal başladı ve seçimler uygun yapıldı ise ekranda Sample, Setpoint ve Calibration
düğmeleri kırmızı ve ( ) işaretli ve yeşil olarak duracaktır. Bu görüntü üzerinde sürekli değişen T,
Q, mean T ve lambda bilgileri olacaktır. Bu bilgiler ölçümün sürdüğünü göstermektedir. Deney
süresi ölçülen numune malzemesine, ölçüm sayısına ve ölçüm sıcaklığına göre değişmektedir. Ancak
normal şartlarda yaklaşık bir saat civarında deneyin sonuçlanması beklenmelidir.
4.2.2.
Yalıtım Malzemeleri Isıl İletkenlik Deney
Kullanılacak Cihaz
: Fox 314, Cihaz 2
Kullanılacak Dış Doküman
: Winterm32 Software Manuel
Bu deney bir önceki deney ile yazılım ve donanım olarak çok benzer olduğundan deney
başlamadan önceki işlemler LAB-FR-31 içerisindeki işlemler yapıldıktan sonra olumsuz bir durum
37
yoksa ve deney başlatılabilecek duruma gelinmiş ise deney süreci 3.2.2.1 başlığı ile gösterilen
adımlar uygulanarak gerçekleştirilir. Ancak deney numunesi boyutları ve ısıl iletkenlik aralığı
farklı olduğundan bu deney ve bir önceki deneyde kullanılacak cihaz ve numune boyutları
belirlenirken ısıl iletkenlik aralığı veya ısı yayınım katsayısı aralığına dikkat edilmelidir.
4.2.3.
Metal, polimer ve Seramik gibi Malzemelerin Isıl İletkenlik Deneyi
Kullanılacak Cihaz
: Anter Flashline 2000, Cihaz3
Kullanılacak Dış Doküman
: Flashline Operating and Service Manual
Deney başlamadan önceki işlemler LAB-FR-31 içerisinde yapıldıktan sonra olumsuz bir durum yoksa
ve deney başlatılabilecek duruma gelinmiş ise aşağıdaki işlem adımları takip edilerek deney yapılır.
a.
Bilgisayarda yüklü bulunan ve masaüstünde kısa yolu bulunan Flashline programı çalıştırılır. Bu
program cihaz ile bilgisayar arasında bağlantılı olup deney için gerekli tanımlar bu programın
menülerinden hareket edilerek gerçekleştirilir. Programın çalışmasından sonra aşağıdaki görüntü
ekrana gelir.
b.
Yazılım başlangıç penceresinden Operation menüsü seçilerek burada test ile ilgili başlangıç
tanımlamaları yapılır.
38
c.
Açılan menüden Startup Information seçeği işaretlenir. Böylece teste başlamak için gerekli
tanımlamalar yapılır. İlk olarak Furnace Type Selected penceresi gelir.
d.
Yapılacak deney için Carousel Cartridge Selection penceresinde numune haznesinin hangisinin
kullanıldığı belirlenir.
e.
Yapılacak deneyde olçüm yapılacak özelik Test Type penceresinde işaretlenerek onaylanır.
39
f.
Yapılacak deneyde numunenin hangi sıcaklık yada sıcaklıklarda ölçüleceği Temperature
Program Titles penceresinden seçilir ve onaylanır.
Eğer daha önce sıcaklık tablosu saklanmış ölçümler varsa bu pencerede listelenir. İstendiğinde bu
eski tablolardan uygun olan seçilir. Ancak yeni bir sıcaklık tablosu oluşturulacaksa New
seçilmelidir. Bu seçenek seçildiğinde aşağıdaki adımlar izlenerek yeni bir sıcaklık tablosu ve
ölçüm parametreleri belirlenir.
f.1.
Ölçüm sıcaklıkları aşağıdaki Temperature Program penceresinden girilir ve bu
sıcaklıkla ilgili varsayılan büyüklükler ya aynen ya da değiştirilerek onaylanır.
40
f.2.
Ölçüm sıcaklıkları eşit aralıklarla artacaksa Temperature Program penceresinden
Uniform Temperature seçilerekr ve başlangıç, bitiş ve artım sıcaklıkları girilir ve onaylanır.
f.3. Ölçüm sıcaklıkları girildiğinde Uniform Rate penceresinden ısıtma hızı aynen kabul
edilir veya değiştirilerek onaylanır.
f.4. Isıtma hızı girildiğinde Uniform Shots penceresinden ölçüm sayısı aynen kabul edilir
veya değiştirilerek onaylanır.
41
f.5. Ölçüm sayısı girildiğinde Laser Voltage penceresinden voltaj değeri aynen kabul
edilir veya değiştirilerek onaylanır.
f.6.
Girilen değerlerden sonra Temperature Program penceresi tamamlanmış olarak
görüntülenir. Yazılan ve seçilen sıcaklık programını saklanmak istenirse Save Program
seçilerek onaylanır.
f.7.
Eğer Save Program seçilmiş ise Dialog penceresi içerisinde gerekli bilgiler
doldurularak onaylanır.
42
g.
Sıcaklık programı seçilmiş veya yeni sıcaklık programı oluşturduğunda Test ID Information
penceresinde deney ile ilgili bilgiler doldurularak onaylanır.
h.
Deney numunesi için açıklayıcı bilgiler gelen Sample Information penceresinde doldurularak
onaylanır. Deney numunesi birden fazla ise Another seçilerek aynı içerikte gelecek pencere
doldurularak Finished seçilir.
i.
Deney numunesi için açıklayıcı bilgiler girildikten sonra gelen Safety Temperature penceresinde
üst sıcaklık değeri girilerek onaylanır.
43
j.
Girilen bilgilerin ardından Sample 1 Data Acquisition Information penceresi gelir. Bu pencerede
varsayılan değerler alınarak veya gerekli değişiklikler yapılarak bilgiler onaylanır. Ancak deney
numunesi birden fazla girilmiş ise aynı pencere numune sayısınca ekrana gelecektir. Aynı şekilde
doldurularak onaylanır.
k.
Girilen bilgilerin ardından Start Test penceresi onaylanarak deney başlatılır.
l.
Girilen bilgilerin ardından yazılım kontrol ve uyarı mesajları vererek deney için gerekli olan
bağlantıları ve donanımsal kontrolleri sırasıyla Special RT Segment, Hardware Interlock,
44
Hardware Check, CHECK ve pencereleri görüntülenir. Bu pencerelerdeki mesajların gereği
yapılmış ve herhangi bir sorun gözükmüyorsa bu pencereler onaylanarak deney başlatılır.
Metal, polimer ve Seramik gibi Malzemelerin Özgül Isı Deneyi
Kullanılacak Cihaz
: Anter Flashline 2000, Cihaz3
Kullanılacak Dış Doküman
: Flashline Operating and Service Manual
Özgül ısı ölçümünde ısıl iletkenlik ölçüm aşamaları bölüm 3.3.2.3’deki gibi uygulanmaktadır. Ancak
bu bölümün (e) adımında gelen pencerede aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi bu defa termal Diffusivity
only test yerine Specific Heat/Conductivity Run seçeneği işaretlenecektir. Bu seçenek aynı zamanda ısıl
iletkenlikle birlikte ısıl kapasite ölçümünü de yapmaktadır. Birinci seçenek ise sadece ısı yayınım
katsayısı(thermal diffusivity) değerini ölçmektedir. Bu ölçümde dikkat edilecek en önemli durum cihaza
takılan ölçülecek numunenin dışındaki numunelerden birisi özgül ısı için referans alınacak numune
olmalıdır. Bu referans numunenin hangi göze konulacağı cihazın yönlendirmesiyle gerçekleştirilir.
45
Deney Sonucunun Değerlendirilmesi ve Kayıtlar
1.1.1.
Bütün deney sonuçları LAB-FR-37 LVD Kontrol Listesi Formuna kaydedilir. Bu sonuçlar çerçevesinde bir
LVD deney raporu hazırlanır.
Ölçüm Belirsizliğinin Hesaplanması
1.1.2.
Ölçüm Belirsizliği birçok nedenden kaynaklanabilir. Bu deney laboratuarındaki yapılacak olan
deneyler bir temel büyüklük üzerine kurulu olmadığından bir başka deyişle birim boyut ölçümleri
olmadığından cihazların belirsizliği önem kazanmaktadır. Çünkü cihaz türetilmiş bir büyüklük değerini
kullanıcıya vermektedir. Örneğin ısıl iletkenlik birimi W/mK olduğundan enrji, uzunluk ve sıcaklık gibi
büyüklüklerden ısıl iletkenlik belirlenmektedir. Ancak büyüklüklerin ayrı ayrıölçüm belirsizliğine tabi
tutulmaları mümkün değildir. Böylece cihazın ölçüm belirsizliği zaten bunları kapsamaktadır.
Belirsizliklerin ana başlıklarını yukarıdaki şekilde tanımladıktan sonra bunların açınımı yapılır ve
deneylere özgü tanımlamalar şekline dönüştürülürse aşağıdaki belirsizlik katkıları deney sonucuna etki
eden büyüklükler olduğu söylenebilir.
Tekrarlanabilirlik ölçümlerinden gelen belirsizlik katkısı
n
1
2
46
3
4
5
i
0.03460
(W/mK)
0.03455
0.03460
0.03453
0.03435
Belirsizlik olarak çözünürlüğün yarısı alınır.
Standart Ölçüm belirsizliği
Duyarlılık Katsayısı
Belirsizlik Katkısı
Standart kalibrasyon numunesi(EPS) ölçüm değerleri
Referans Numune
Sıcaklık,
Ölçülen iletkenlik,
İletkenliği,
Fark,
10
0.03177
0.03230
0.00053
20
0.03278
0.03324
0.00046
30
0.03369
0.03414
0.00045
40
0.03456
0.03511
0.00055
T
R-
°C
Tablo 1. Ölçülen ve belirsizlik etkisi oluşturan büyüklükler
Ortam Sıcaklığı
22
Ortam Nemi, %
50
Ölçülen Değer,
R,
0.03239
W/mK
Ölçülen Kalınlık, L, m
50.025E-3
Ölçülen Sıcaklık, °C
10
Kalibrasyon numunesi farkı, W/mK
5.3E-4
Isı Akısı kalibrasyon değeri alt, mV
510
Isı Akısı kalibrasyon faktörü alt, W/(mV.m2)
0.013054
Isı Akısı kalibrasyon değeri üst, mV
498
47
Isı Akısı kalibrasyon faktörü üst, W/(mV.m2)
0.012625
Ölçülen sıcaklık farkı, T, °C
10.01
Tekrarlanabilirlik
0.9508E-9
Bu ısıl iletkenlik(k) değeri tanımından belirsizliğin genel tanım ifadesinden kısmi türevler
alınarak aşağıdaki eşitlik içerisine taşınırlar. Ancak genel ifade çerisinde bulunmayan fakat
belirsizlik değeri taşıyan kalibrasyon numunesi belirsizliği(wcal), tekrarlanabilirlik belirsizliği(wtek)
doğrudan belirsizlik olarak terime eklenmiştir.
k
wf
f1 1
wk
2
k
wf
f2 2
2
2
k
we
e1 1
k
we
e2 2
2
k
f1
e1.L
2. T
(510).(50,025E 3)
2.(10.01)
0.001274363
k
f2
e2 .L
2. T
(498).(50.025E 3)
2.(10.01)
0.001244378
k
e1
f1.L
2. T
(0.013054).(50.025E 3)
2.(10.01)
3.2618E 05
k
e2
f 2 .L
2. T
(0.012625).(50.025E 3)
2.(10.01)
3.15467E 05
k
L
( f1.e1 f 2 .e2 )
2. T
k
T
(0.013054).(510) (0.012625)(498)
2.(10.01)
( f1.e1 f 2 .e2 )
.L
2. T 2
wcal
(5.3E 4)
wtek
(0.9508E 9)
k
wL
L
2
k
w
T
1
2
T
wcal
2
wtek
0.000646593
(0.013054).(510) (0.012625)(498)
.(50.025E 3) 3.23E 06
2.(10.01) 2
48
2
wk
0.001274363
0.000646593
wk
2
2
0.001244378
3.23E 6
2
2
3.2618E 5
5.3E 4
2
2
3.15467E 5
0.9508E 9
2
2 1/ 2
0.001968129
wk
0.001968129
Toplam Ölçüm Belirsizliği
Genişletilmiş Ölçüm Belirsizliği
Tam Ölçüm Sonucu
3.3.5. Ölçme sonucuna verilecek ölçüm belirsizliği U Deney sertifikasında uygun bir şekilde
verilmelidir.
3.3.6. Ölçüm Belirsizliğinin Deney Sertifikasında Verilmesi
3.3.6.1. Deney sertifikasında, Ölçme büyüklüğünün tahmini değeri y ve buna verilen genişletilmiş ölçme
belirsizliğinden U oluşan eksiksiz tam ölçme sonucu y
U formunda verilmelidir.
Bu sonuç genel durumlarda aşağıdaki manayı içeren bir beyan ile tamamlanmalıdır. Verilen
genişletilmiş ölçme belirsizliği standart ölçme belirsizliğinin genişletme katsayısı k=2 ile çarpımı
sonucudur. Bu belirsizlik normal dağılımda yaklaşık %95 güvenirlik seviyesi esas alınmıştır. Standart
Ölçme Belirsizliği EA-4/02 dokümanına göre hesaplanmıştır.
3.3.6.2. Ölçüm Belirsizliğinin sayısal değeri en fazla belirleyici iki hane olarak verilmelidir. Ölçme
sonucunun değeri, sonuca verilecek ölçme belirsizliğinin son geçerli hanesine göre yuvarlatılmalıdır.
Ölçme belirsizliğinin sayısal değeri yuvarlatma sonucu %5 oranında azalıyorsa o zaman yuvarlatılan
değer tam olarak alınmalıdır.
49
2.10 MOTOR KARAKTERİSTİKLERİNİN ÖLÇÜLMESİ DENEYİ
1. Deneyin Amacı
Motor karakteristiklerinin motor test düzeneği yardımıyla ölçülmesi ve elde edilen
ölçümlerin motor performansı üzerine yorumlanması.
2. Deneyle İlgili Genel Bilgiler
Motor deneyleri genel olarak motorun; yapımcı firmanın garanti ettiği karakteristik
özellikleri gerçekleyip gerçeklemediğinin kontrolü ve motorları gelişme çalışmalarında; çeşitli
yapısal (konstrüktif) ve işletme özelliklerinin motor karakteristikleri üzerindeki etkilerinin
belirlenmesi amaçları ile yapılır.
Bu amaçlarla; motorların istenen bazı işletme büyüklüklerinin sabit tutulabildiği ve
istenen bazı büyüklüklerin değiştirilebildiği bir deney düzeneğine bağlanmaları ve çalıştırılmaları
gerekir. Böylece motor çeşitli koşullar altında çalışırken gerekli bilinmeyen büyüklükler ölçülür.
Motor deneylerinde genellikle ölçülen büyüklükler; moment, devir sayısı, yakıt debisi, emme
havası debisi, soğutma suyu debisi, ortam sıcaklığı ve nemi, egzoz gazlarının sıcaklığı, soğutma
suyunun giriş ve çıkış sıcaklıklarıdır.
Motor deneyleri sonunda ölçülen bu değerler kullanılarak efektif güç, ortalama efektif
basınç, efektif verim, döndürme momenti, özgül yakıt tüketimi gibi büyüklükler hesaplanır ve
ölçülen veya hesaplanan bu değerlerin (karakteristiklerin) devir sayısına, hava fazlalık
katsayısına, güce, değiştirilen yapısal özelliklere (örneğin sıkıştırma oranına) göre değişimleri
elde edilir. İstenirse bu sonuçlar eğriler şeklinde de değerlendirilir.
2.1 Motor Test Deneyi Çeşitleri
Motorlar uygulamada çoğunlukla ya taşıtlarda, ya da stasyoner olarak kullanılmaktadır.
Bu kullanım alanlarına göre motorlardan beklenen özellikler farklı farklıdır. Örneğin; bir taşıt
motoru sabit gaz durumunda motor yüküne göre belirli bir alt ve üst devir sayısı aralığında
çalışmalı ve bu aralıkta özellikleri bilinmelidir. Öte yandan bir santral motoru; üretilen elektriğin
50
belirli bir frekansta olması için, sabit devir sayısında çalışmalıdır. Motorların bu farklı tür
çalışma koşullarına uygun olarak, motor deneyleri de farklı olabilir.
2.1.1 Taşıt Motorları Deneyleri
Taşıtlarda, motorun ürettiği güç, güç aktarma donanımı (kavrama, dişli kutusu,
diferansiyel ve akslar) tarafından tekerleklere iletilir ve taşıtın hareketini sağlar. Taşıtların kalkış
ve duruşlarında ve çeşitli yol koşularındaki hareketlerinde gerekli döndürme momentleri ve
devir sayıları farklı farklıdır. Motorun, taşıtın çalışma koşullarına uyum sağlayabilmesi için
değişik gazlarda ve devir sayılarında çalışması gerekir. Bu nedenle taşıt motorları, sabit gaz
durumlarında değişik devir sayılarında denenir.
Taşıt motorlarının değişik hızlarda denenebilmesi için; tam gaz, 3/4 gaz,1/2 gaz, 1/4 gaz
gibi istenen gaz durumlarında en düşük ve en yüksek hızların aralığında çalıştırılmaları gerekir.
Bu amaçla motor çalıştırıldıktan sonra; bir taraftan gaz arttırılırken, bir su freni veya elektrik
dinamometresi aracılığı ile yavaş yavaş yüklenilir. Gaz kolu istenen konuma getirildiğinde
motor uygun şekilde yüklenerek en düşük devirde kararlı çalışması sağlanır. Bu yük altında
motorun devir sayısı en düşük (minimum) devir sayısıdır. Daha sonra yük yavaş yavaş
azaltılarak motorun devir sayısının artması sağlanır. Her adımda; devir sayısı, döndürme
momenti gibi motorun istenen karakteristikleri ölçülür. Her hızdaki ölçüm yapılırken motorun
en az 1 dakika kararlı olarak çalışması gerekir. Böylece, belirli gaz konumunda, en düşük
devirden en yüksek devire kadar motorun karakteristikleri belirlenmiş olur. Benzer işlemler
istenirse değişik gaz konumlarında da yinelenir.
Ölçülen değerler kullanılarak efektif güç, ortalama efektif basınç, özgül yakıt tüketimi,
efektif verim gibi çeşitli teknik büyüklükler hesaplanır. Daha sonra hesaplanan bu değerler devir
sayısına bağlı olarak eğriler şeklinde veya performans eğrileri biçiminde çizilir.
2.1.2 Motorların Geliştirme Deneyleri
Motorları geliştirme çalışmalarında; motor belirli bir gaz konumunda çalışırken
sıkıştırma oranı, ateşleme avansı, yakıt-hava oranı gibi teknik özelliklerden biri değiştirilir.
Örneğin her sıkıştırma oranında yükleme ayarlanarak motorun devir sayısının sabit kalması
sağlanır. Her adımda gerekli büyüklükler ölçülür. Elde edilen sonuçların değerlendirilmesi ile
51
sıkıştırma oranının motorun çeşitli teknik özelliklerini nasıl etkilediği ve en uygun sıkıştırma
oranının ne seçilmesi gerektiği belirlenmiş olur.
2.2 Motor Test Deneylerinde Yükleme Elemanları
Motor deneylerinde üretilen gücü yutan ve yüklemeyi sağlayan başlıca iki tür yükleme
elemanı kullanılır. Bunlar Su freni ve Elektrik dinamometresidir.
2.2.1 Su Freni ile Yükleme
Motor deneylerinde yükleme ve moment ölçümü için uygulanan en yaygın
yöntemlerden biri de su freni (hidrolik fren) dir. Hidrolik frenlerde genellikle sıvı olarak su
kullanılır.
Su frenleri motor yüküne bağlı olarak çeşitli tiplerde yapılmakta ise de çalışma ilkeleri
tümünde aynıdır. Su freni motor miline bağlı olarak dönen özel kanatlı bir rotor ve rotoru
çevreleyen, yataklar üzerine oturtulmuş bir statordan oluşur. Statorun iç tarafında da kanatlar
mevcuttur ve statora bir moment ölçme düzeneği eklenir. Motor rotoru çevirmeye
başladığında, rotorun kanatları suyu dışa doğru fırlatır ve çevrede girdap hareketleri yapan bir
su tabakası oluşur. Böylece girdap, dönme hareketleri ve radyal hareketler gibi karmaşık
hareketler yapan su bir taraftan ısınarak motorun ürettiği mekanik enerjiyi yutarken, öte yandan
motorun döndürme momentine eşit bir momentle su freninin statorunu çevirmeye çalışır.
Şekil 1.1 Bir Su Freninin ve Dinamometrenin Şematik Resmi
52
2.2.2 Elektrik Dinamometresi
Motorun mili bir dinamometreye bağlanırsa, motorun ürettiği güç elektrik enerjisine
çevrilmiş olur. Bu elektrik enerjisi paralel bağlı dirençlerde ısıya dönüştürülerek harcanabilir.
Anahtarlarla kumanda edilen dirençlerden istenilen kadarı devreye sokularak motorun yükü
ayarlanmış olur.
Elektrik dinamometresinin rotoru test edilecek motorun miline, statoru ise bir
dengeleme düzeneğine bağlanmıştır. Dinamometre çalışırken, yani elektrik üretirken statorda
bir zıt elektromotor kuvvet oluşur ve stator rotorun dönme yönünde dönmek ister. Motorun
mekanik gücü veya dinamometreden çekilen elektriksel güç arttıkça, etki eden döndürme
momenti de büyür. Statorda bu şekilde oluşan moment; motor milindeki döndürme momentine
eşittir. Dinamometrenin statoruna etki eden bu moment bir dengeleme sistemi ile dengelenebilir
ve ölçülebilirse, motorun döndürme momenti belirlenmiş olur.
Bu amaçla stator, iki ucundan serbestçe dönmesine olanak sağlayan yataklar üzerine
oturtulur. Öte yandan statora etki eden moment, bir ucu moment koluna bağlı ve diğer ucu
yere sabit olarak tutturulmuş bir yaylı terazi ve moment koluna asılan ağırlıklar tarafından
dengelenir.
Motor miline bağlı bir elektrik makinası; yapılan kumandaya bağlı olarak deneyin
başlangıcında marş motoru, daha sonra ise motoru yüklemeye yarayan dinamometre görevini
yapmaktadır.
Söz konusu elektrik makinası, marş motoru olarak çalıştığında gerekli doğru akım
şebekedeki alternatif akımın bir redresör tarafından doğru akıma çevrilmesi ile sağlanır.
Ateşleme başladıktan, yani motor çalıştıktan sonra kumanda anahtarı dinamometre konumuna
getirilerek elektrik makinasının bir dinamometre olarak görev yapması sağlanır.
Dinamometre çıkışına bağlı bir dizi direncin devreye sokulup çıkartılması ile motor
istenilen şekilde yüklenir. Ayrıca dinamometrenin statoruna bağlı olan yaylı terazi ve ağırlık
düzeneği aracılığı ile motorun milindeki döndürme momenti belirlenir.
53
3. Deneyin Yapılışı
Deneyde kullanılan TUD Eddy Current Dinamometre cihazımız 3000Nm’ye kadar
frenleme momenti üretebilmektedir. İmalat, dayanım, arge, emisyon ve benzeri tüm test
tesislerinde kullanıma uygundur. Ayrıca; doğrudan ve çok hassas frenleme kuvveti ölçümü,
yüksek hızlı akım kontrolü sayesinde hızlı reaksiyon verebilme yeteneği, elektriksel sürtünmesiz
yapısı dolayısıyla uzun ömürlü yapı, tekrarlanabilir ölçümler alabilen stabil yapı, her iki yönde
çalışabilmesi, düşük ataletli rotoru ile birçok test prosedürünü desteklemesi, geniş çap ve
yüksek açısal hız sebebiyle düşük devirlerde yüksek moment üretebilmesi, nikel kaplamalı
soğutma kanalları sebebiyle düşük kireçlenme oranı, uzun ömürlü rulman ve yatakları
özelliklerine sahiptir. Teknik özellikleri ise; Max Güç 150 kW, Max Tork 500 Nm, Standart
Hız 8000 rpm ve Maksimum Hız 12000 rpm şeklindedir.
Dinamometre soğutma düzeneği homojen soğutma sağlayarak uzun süreli testlerin
aksamadan yapılmasına yardımcı olmaktadır. Soğutma suyu sıcaklık, basınç ve debi kontrolü
dinamometrenin aksaksız ve sorunsuz çalışmasını sağlayan ek güvenlik tedbirleridir. Yüksek
doğruluklu akım bobinleri kullanılması sebebiyle dinamometre kontrol ünitesi tarafından set
edilen devir veya tork değeri hızla yakalanıp sabit tutulabilmektedir. Özel manyetik hesaplar
kullanılarak yapılan tasarım ve kullanılan malzeme ile elektrik akımının büyük bölümü frenleme
kuvvetine dönüşmekte ve kayıp enerji (ısı) seviyesi en aza indirilmektedir. Bütün sistem,
Motest yazılımı ile parametrelendirilmiştir ve bu yazılım sayesinde kontrol edilebilmektedir.
MOTEST önceden tanımlanmış test prosedürlerine göre testi otomatik yapabilmektedir.
Sahadan toplanan verileri gerçek zamanlı ekranda gösterir. Sahadan gelen veriler ile
kullanıcının tanımlamış olduğu limit ve uyarı değerlerine göre sınır değer kontrol
yapabilmektedir.
Deney esnasında; test sisteminde kullanılmakta olan bir Renault benzinli motoru için
belli devir değerleri için güç, tork, yakıt tüketimi, egzoz gazlarının çıkış sıcaklıkları, motor
soğutma suyu sıcaklıkları gibi değerler için ölçümler alınacaktır.
54
Şekil 1.2 Motor Test Düzeneğinin Şematik Resmi
55
Şekil 1.3 MOTEST Yazılımı Ekranı
Deneyde ölçülen değerler ile güç, yakıt sarfiyatı ve tork eğrileri çizilerek motor
performans
eğrileri
oluşturulacaktır.
Ayrıca
karakteristiklerinin değişimi incelenecektir.
DENEY SONUÇLARI VE DEĞERLENDİRİLMESİ
 Deneyde yapılanları kısaca özetleyiniz.
 Tabloda gerekli yerleri hesaplayınız.
 Grafikleri çiziniz.
 Sonuçları ve grafikleri yorumlayınız.
56
devir
değişimleriyle
bu
performans
Devir
(rpm)
Tork
(Nm)
Güç
(kW)
Yakıt
Tüketimi
(lt/h)
Silindire
Alınan
Yakıt
Miktarı
(kg/h)
Yakıt
Sarfiyat
ı
(g/kWh)
Yakıt ile
Giren
Toplam
Enerji
(kW)
Verim
Motor
Motor
Egzos
Suyu Çıkış Suyu Giriş
Sıcaklığı
Sıcaklığı
Sıcaklığı
('C)
('C)
('C)
1500
2000
2500
3000
3500
Yakıta ait özellikler:
= 725 kg/
Hu = 43900 kj/kgY
Motor gücü (kW):
Özgül yakıt sarfiyatı (g/kWh):
Silindire alınan yakıt miktarı (g/h):
Efektif verim:
Efektif iş (Nm/çevrim):
60
70
50
60
40
50
30
40
20
30
10
20
0.80
Motor Gücü (kW)
80
Özgül
Yakıt
Sarfiya
tı
Motor Torku (Nm)
Birim zamanda yakıt ile giren toplam enerji (kW):
57
0.60
10
0.40
0.20
0
0.00
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
800
90
700
80
600
70
500
60
400
50
300
40
200
30
100
20
0
10
0
500
1000
1500
2000
2500
Motor Devri (rpm)
58
3000
3500
4000
Motor Suyu Çıkış Sıcaklığı ( ºC )
Egzoz Sıcaklığı ( ºC )
Motor Devri (rpm)

Download

AB Destekli Enerji Verimliliği Projesi

Mal201KristalYapi-XisiniDifraksiyon

nel elektronik genel ürün portföyü

GÜNLÜK BÜLTEN 25 Aralık 2014 Perşembe

elektrik enerjisi ve elekriksel güç

vıesmann

Kümen Üretim Tesisi Isı Değiştiricisi Devresinin Statik Simülasyonu

Tıbbi Atıkların Buhar İle Sterilizasyonu Ve Bitlis Örneği

Broşür için tıklayınız

Soğutma Teknolojisi

motor testlerı_kompresyon_kacak_guc

uluslararası çevre koruma sözleşmeleri

Klima Santralleri

“Antiskalant” Kullanılır?

Temel İşlemler (9. slayt)

mekanık ozellıkler[1]

NORACEL 2014 01

Altaş - Set Teknik Hırdavat

Double spoon - TUNRA Bulk Solids

bölüm 4-2

jeotermal enerji nedir?