MAD447 Deneysel Havalandırma Ders Notları

ZONGULDAK KARAELMAS ÜNİVERSİTESİ
MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
MADEN MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
MAD447 DENEYSEL HAVALANDIRMA
DERS NOTLARI
Yrd. Doç. Dr. Alaaddin ÇAKIR
1
BÖLÜM 1
TEMEL KAVRAMLAR
1.1 BASINÇ VE BİRİMLERİ
Basınç, birim kesite uygulanan kuvvet olarak tanımlanır. Birimi, MKS birim sisteminde milimetre su sütunu (mmss), SI birim sisteminde ise Pascal (Pa)’dır.
mmss: Yüzey alanı A olan 1 mm yüksekliğindeki su sütununun oluşturacağı basınçtır.
mmss = kg / m2
mmss X 9,8 = Pa
Pa = N / m2
N (Newton): Kütlesi 1 kg olan bir cismin hızını saniyede 1 m arttırabilmek için o cisme uygulanması gereken kuvvettir.
N = kg.m / s2
• DİĞER BASINÇ BİRİMLERİ
mmHg: Yüzey alanı A olan 1 mm yüksekliğindeki civa sütununun oluşturacağı basınçtır.
mmHg = mmss / 13,6 (kg / m2)
atm (atmosfer) = 760 mmHg
atm = 760 X 13,6 = 10332 mmss
atm = 760 X 13,6 X 9,8 ≅ 101300 Pa = 101,3 kPa
bar = 10000 Pa
atm = 1,013 bar
2
1.2. YÜK KAYBI
Hava akışının nedeni, havalandırma sisteminin (ocağın) iki noktası arasında meydana gelen
(yaratılan) basınç farkıdır. Hava, yüksek basınç noktasından (ocağın havalandırma girişi:
kuyu başı vb.) alçak basınç noktasına (ocağın havalandırma çıkışı: havalandırma fanı vb.)
doğru hareket eder. Havanın, bu hareketi esnasında oluşan sürtünme ve darbeler (girişçıkışlar, havanın yön ve/veya kesit değiştirmesi, bölünmesi, birleşmesi), hareket halindeki
havanın sahip olduğu enerjinin azalmasına neden olur. Bu enerji kayıpları “Yük Kaybı” olarak adlandırılır.
1.2.1 OCAK STATİK YÜKÜ (STATİK BASINÇ: Ps)
Ocağın havalandırma sistemindeki tüm yük kayıplarını yenmek için tüketilen enerji “Statik
Basınç” olarak adlandırılır. Statik basınç, sistemin giriş ve çıkışı arasında toplam yükte meydana gelen tüm azalmalara denktir.
Ps = Psürtünme + Pdarbeler
1.2.2 OCAK HIZ YÜKÜ (HIZ BASINCI: Pv)
Ocağın havalandırma sisteminin çıkışındaki havanın hız yükü “Hız Basıncı” olarak adlandırılır. Hız basıncı, sistem boyunca hareket eden havanın her kesit ve yön değişiminde değişen
hızına bağlı olarak değişir ve sistemin çıkışında atmosfere salınarak harcanır. Bu, gerçekte bir
yük kaybı olmamasına karşın, toplam enerji kaybı hesaplanırken teknik açıdan bir kayıp olarak kabul edilir.
ρ × v2
(kg / m2)
2×g
ρ = kütle yoğunluğu (kg / m3)
v = havanın hızı (m / s)
g = yerçekimi ivmesi (m / s2)
Pv =
1.2.3 OCAK YÜKSEKLİK YÜKÜ (YÜKSEKLİK BASINCI: Pz)
Ocağın havalandırma sistemindeki yükseklik değişimlerinin neden olduğu yük “Yükseklik
Basıncı” olarak adlandırılır. Yükseklik arttıkça yükseklik basıncı da artmakta, buna karşın
statik basınç azalarak bu artışı dengelemektedir. Bu nedenle, ölçüm noktalarında ayar basınçları baz alınarak yükseklik basıncı gözardı edilir ve ocak toplam yükünün hesaplanmasında
kullanılmaz.
1.2.4 OCAK TOPLAM YÜKÜ (TOPLAM BASINCI: Pt)
Ocağın havalandırma sistemindeki tüm enerji kayıplarının (statik basıncın ve hız basıncının)
toplamı “Toplam Basınç” olarak adlandırılır.
Pt = Ps + Pv
3
BÖLÜM 2
HAVALANDIRMA DENEY SETİ DONANIMI HAKKINDA GENEL BİLGİLER
Donanımı kullanacak olan kişilerin, herhangi bir deney çalışmasından önce bu bölümü okumaları ve aparatları iyi bilmeleri önem taşımaktadır.
2.1 HAVALANDIRMA DENEY SETİ DONANIMI
2.1.1 Manometreler
2.1.2 Pitot-Statik Tüpü
2.1.3 Anemometre (Hız Ölçer)
2.1.4 Takometre (Devir Ölçer)
2.1.5 Direnç Elekleri
2.2 HAVALANDIRMA DENEY SETİNİN KULLANIMINDA DİKKAT EDİLECEK
KONULAR
a) Fanlar, kullanılmadan önce en az 15 dakika çalıştırılmalıdır.
b) Sadece tek bir fan çalıştırılacaksa, diğer fan, hava sızdırmaz levha (blanking plate) ile kapatılmalıdır. Hava sızdırmaz levhayı bağlamak için dış koruyucu ızgara (outlet guard) sökmek
gereklidir. FANLAR, HAVA SIZDIRMAZ PLAKAYI BAĞLARKEN VEYA SÖKERKEN
DAİMA DURDURULMALIDIR.
c) İki fanı paralel olarak kullanmak için, fanlardan hava sızdırmaz levhayı tam olarak sökünüz
ve her iki dış koruyucu ızgarayı doğru konumda takınız. FANLARIN ÇIKIŞ
KORUYUCULARINI GÜVENLİ BİR ŞEKİLDE DOĞRU KONUMDA BAĞLAMADAN
ASLA FANLARI ÇALIŞTIRMAYINIZ. Her seferde, 3 saniyeden az 10 saniyeden fazla olmayan aralıklarla tek bir fanı başlatınız.
d) İki fanı seri olarak kullanmak için 1 no’lu fanın dış koruyucu ızgarasını sökünüz, 2 no’lu
fanı söküp ayırınız, onu ray boyunca hareket ettiriniz ve 1 no’lu fanın dış kenarına (flange)
cıvatalayınız. Sökülen 2 no’lu fanın giriş tüpünü kapatmak için hava sızdırmaz levhayı kullanınız. “c” maddesinde belirtildiği gibi fanları çalıştırınız.
e) Fanları değiştireceğiniz zaman, kenarları cıvatayla birleştirilmeden önce lastik contaların
doğru olarak yerleştirildiğinden emin olunuz.
f) Daha güçlü olan 3 no’lu fan, 2 no’lu fanın yerine, tek başına veya 1 no’lu fanla seri veya
paralel olarak kullanılabilir.
Fanlar değiştirileceği zaman, 2 no’lu fanın güç kablosunu prizinden çıkartınız, cıvatalarını
sökünüz ve raylarından uzaklaştırınız. 3 no’lu fanı raylara yerleştiriniz, doğru konumda cıvatalayınız ve güç kablosunu doğru prize takınız. 3 no’lu fanın prizi, 2 no’lu fanın prizinden
daha büyüktür.
Bu bağlantı düzeninde paralel olarak çalışma durumunun, sadece kararsızlık gösterisi için
kullanılması ve bu bağlantı düzeninin uzun süreli olarak bu koşullarda çalıştırılmaması tavsiye edilir.
4
g) Direnç elekleri, sökülmelerini kolaylaştırmak için, kenarları yüz yüze gelecek şekilde giriş
tüpüne yerleştirilmelidir. Eleklerin, tüpün içine dümdüz yerleştirilmesine çok dikkat edilmelidir. Bu durum, elekler birlikte kullanıldığında, giriş basıncı okumalarının kararsızlığını önlemek için özellikle önemlidir.
h) Eğimli manometreler kullanıldığı zaman, çalışmaların düzenlenmesinde aşağıdaki sıra izlenmelidir:
a) Uygun cıvataları bağlayınız.
b) Yükseklik vidası ve hava kabarcığıyla manometreyi dengeleyiniz.
c) Sıfırlama düğmesiyle manometreyi sıfırlayınız.
d) Fanı(ları) çalıştırınız ve manometreden okuma yapınız.
i) Anemometre kullanılmadığında pervane tekerleğinin anemometrenin ekseni hava akışına
dik konuma gelene kadar döndürülmesi tavsiye edilir. Ayrıca, anemometrenin belirlenmiş
çalışma aralığı hiçbir zaman sınırı geçmemelidir.
j) Sayısal optik takometre, dış koruyucu ızgarası takılmış olan fanların dönüş hızını ölçmek
için kullanılır. “Measure (ölç)” tuşuna basınız ve ışık demetini, kanatların birinin üzerinde
bulunan yansıtıcı şeride eksen boyunca yansıtmak için dış koruyucu ızgaraya doğru yöneltiniz. Işık demeti doğru olarak hizalandığında, yeşil “hedefte (on target)” göstergesi görünür ve
görüntülenen okuma, devir/dakika (revs/minute (R.P.M.) olarak fanın dönüş hızıdır.
DOĞRU KONUMDAKİ DIŞ KORUYUCU IZGARA OLMAKSIZIN FANLARI ASLA
ÇALIŞTIRMAYINIZ. EĞER, YANSITICI ŞERİTLERİ DEĞİŞTİRMEK GEREKLİ
OLDUĞUNDA, KANATLARA DOKUNMA GİRİŞİMİNDE BULUNMADAN ÖNCE
APARATLAR ELEKTRİKSEL OLARAK İZOLE EDİLMELİDİR.
k) Dalgalanmalar, türbülanslı akışın doğasında vardır ve tüm ölçümler, makul zaman süreci
ve makul tahmini ana değerler içinde manometrelerde görerek yapılmalıdır.
5
BÖLÜM 3
DENEYLER
3.1 ANEMOMETRENİN ÖLÇÜLÜLENMESİ (KALİBRASYONU) DENEYİ
3.1.1 AMAÇ
Pitot-statik tüpe göre ölçülülenmiş anemometreden gerçek hava hızını belirlemek.
3.1.2 YAPILACAK İŞLER
a) 1 no’lu vantilatör ile 2 no’lu vantilatörü paralel olarak çalıştırılacak şekilde gerekli denetimleri ve hazırlıkları yapınız.
b) Anemometreyi ve pitot-statik tüpünü aynı hizaya getiriniz. Bunun için, pitot-statik tüpün
merkeziyle anemometrenin kanat tekerleğinin merkezi aynı hizada ve aynı eksende konumlandırılacak şekilde, akış eksenine paralel olarak ayarlayınız. Bu ayarlama işlemlerinde, pitotstatik tüpün açıölçeriyle, anemometrenin açıölçerinin 0’ı göstermelerinin sağlanması gerektiğine dikkat ediniz.
c) Pitot-statik tüp hortumlarını, hız basıncı (Pv) ölçülecek şekilde manometreye bağlayınız.
d) Vantilatörleri çalıştırınız ve yaklaşık 15 dakika ısınmalarını bekleyiniz.
e) Hava hızını belirleyecek olan direnç eleklerini, yüksek direnç göstereceklerden küçüğe
veya düşük direnç göstereceklerden büyüğe olacak şekilde (Örn. C1, C1+C2, A1, B1, A1+A2,
B1+B2, A1+A2+A3 ve B1+B2+B3) sıralayınız ve deney süresince sırasıyla havalandırma
setine koyarak çeşitli hava miktarları sağlayınız.
f) Her bir direnç ayarında, 3’er kez, manometreden hız basıncı (Pv) ve anemometreden de
hava hızı (Va) okumaları yapınız.
Anemometreyi kullanarak hava hızını belirlemek için, anemometrenin ana gösterge kolu 0’ın
üzerinden geçerken süreölçeri (kronometreyi) çalıştırınız ve 100’lük göstergede okunan sayıyı
not ediniz. Yaklaşık 60 saniye sonra (biraz önce veya biraz sonra olabilir) anemometrenin ana
gösterge kolu yine 0’ın üzerinden geçerken süreölçeri durdurunuz ve 100’lük göstergede okunan sayıyı tekrar not ediniz. 100’lük göstergede okunan sayıların farkının süreölçerde okunan
ölçü süresine bölünmesi, anemometreyle ölçülen hava hızı (Va) değerini m/s olarak verecektir.
g) Havanın yoğunluğunu belirlemek için atmosfer basıncını (B) ve sıcaklığı (t) not ediniz ve
tüm verileri Deney Formu 3.1’e kaydediniz.
6
3.1.3 HESAPLAMALAR VE SONUÇLAR
(a) Deney Formu 3.1’i tamamlayınız.
(b) Aşağıdaki (3.1.1) ve (3.1.2.) no’lu bağıntıları kullanarak hava yoğunluğu (ρ) ve hız basıncı (Pv) üzerinden gerçek hava hızı (V) değerlerini hesaplayınız.
ρ=
0,4627 × B
.................................................................................................................. (3.1.1)
273 + t
{ρ = hava yoğunluğu (kg/m3), B = atmosfer basıncı (mmHg), t = ortam sıcaklığı (°C)}
Pv =
1
× ρ × V2 → V =
2
2 × Pv
........................................................................................ (3.1.2)
ρ
{Pv = hız basıncı (Pa), ρ = hava yoğunluğu (kg/m3), V = hava hızı (m/s)}
(c) Excel programında XY (Dağılım) grafik türünü seçerek, anemometreyle hesaplanan hıza
(Va) karşılık, pitot-statik tüple ölçülen gerçek hız (V) grafiğini çiziniz. Bu grafiğe doğrusal
eğilim çizgisi ekleyiniz, bu eğilim çizgisinin denklemini ve R-kare değerini grafik üzerinde
görüntüleyiniz.
(d) Bu deneyden elde edilen değerlerin ve çizilen grafiğin yorumlandığı bir “SONUÇLAR”
bölümü hazırlayınız.
NOT: Bu deneye ait orijinal değerler Çizelge 3.1’de, bu değerler kullanılarak çizilen grafik
ise Şekil 3.1’de verilmektedir.
7
8
Çizelge 3.1. Anemometrenin ölçülülenmesi deneyine ait orijinal değerler.
9
Şekil 3.1. Anemometrenin ölçülülenmesi deneyine ait orijinal değerler kullanılarak çizilen
grafik.
10
3.2 ANEMOMETRENİN SAPMASI DENEYİ
3.2.1 AMAÇ
Anemometrenin hava akımına yanlış hizalanmasının etkisini belirlemek.
3.2.2 TANIM
“Sapma” veya “Sapma Açısı” (θ), anemometrenin ekseniyle ortalama hava hızı yönü arasındaki bir açıdır. Doğru kurulmuş havalandırma setinde ortalama hava hızı yönünün havalandırma setinin eksenine paralel olduğu kabul edilir.
3.2.3 YAPILACAK İŞLER
a) 1 no’lu vantilatör ile 2 no’lu vantilatörü paralel olarak çalıştırılacak şekilde gerekli denetimleri ve hazırlıkları yapınız.
b) Anemometreyi ve pitot-statik tüpünü aynı hizaya getiriniz. Bunun için, pitot-statik tüpün
merkeziyle anemometrenin kanat tekerleğinin merkezi aynı hizada ve aynı eksende konumlandırılacak şekilde, akış eksenine paralel olarak ayarlayınız. Bu ayarlama işlemlerinde, pitotstatik tüpün açıölçeriyle, anemometrenin açıölçerinin 0’ı göstermelerinin sağlanması gerektiğine dikkat ediniz.
c) Giriş basıncı ölçüm hortumunu, giriş basıncı (Pi) ölçülecek şekilde bir manometreye bağlayınız ve bu manometre yardımıyla giriş basıncının, dolayısıyla ortalama hava hızının deney
süresince değişmediğini denetleyiniz.
d) Vantilatörleri çalıştırınız ve yaklaşık 15 dakika ısınmalarını bekleyiniz.
e) 10 m/s civarında bir hava hızı elde edecek şekilde direnç kurulumu yapınız. Bu kurulumun
tasarımı için “3.1 Anemometrenin Ölçülülenmesi” deneyinden elde ettiğiniz sonuçlardan yararlanabilirsiniz.
f) Anemometre sayacında, “3.1 Anemometrenin Ölçülülenmesi” deneyinde olduğu gibi ölçümler yapınız. Bu ölçümleri, tatmin edici bir Ortalama Hava Hızı (Va) değeri elde edene
kadar en az 2 kez tekrarlayınız.
g) Açıölçerdeki ±40° aralığında, 5°’lik sapma artışlarıyla anemometre okumaları yapınız.
Tüm ölçümlerde, anemometre göstergesinin 0 olduğu anda süreölçerin çalıştırılması, devir
sayılarının aynı olması (örn. 600) ve bu devir sayısına ulaşıldığı anda süreölçerin durdurulması gerektiğine özellikle dikkat ediniz.
h) Giriş basıncını (Pi), atmosfer basıncını (B) ve sıcaklığı (t) not ediniz ve tüm verileri Deney
Formu 3.2’ye kaydediniz.
11
3.2.4 HESAPLAMALAR VE SONUÇLAR
(a) Deney Formu 3.2’yi tamamlayınız.
(Vaθ/Va0), eksen konumunda meydana gelen herhangi bir sapma açısında anemometre
tarafından ölçülen ortalama hava hızının, anemometrede sapma olmaksızın (0°’de) elde edilen
ortalama hava hızına oranıdır.
(b) Excel programında Çizgi grafik türünü seçerek, θ sapma açılarına karşılık, (Vaθ/Va0) hız
oranları grafiğini çiziniz.
(c) Bu deneyden elde edilen değerlerin ve çizilen grafiğin yorumlandığı bir “SONUÇLAR”
bölümü hazırlayınız.
NOT: Bu deneye ait orijinal değerler Çizelge 3.2’de, bu değerler kullanılarak çizilen grafik
ise Şekil 3.2’de verilmektedir.
12
13
Çizelge 3.2. Anemometrenin sapması deneyine ait orijinal değerler.
14
Şekil 3.2. Anemometrenin sapması deneyine ait orijinal değerler kullanılarak çizilen grafik.
15
3.3 GİRİŞİN ÖLÇÜLÜLENMESİ DENEYİ
3.3.1 AMAÇ
Pitot-statik tüpü kullanarak girişin ölçülülenmesi.
3.3.2 YAPILACAK İŞLER
a) 1 no’lu vantilatör ile 2 no’lu vantilatörü paralel olarak çalıştırılacak şekilde gerekli denetimleri ve hazırlıkları yapınız.
b) Anemometreyi ve pitot-statik tüpünü aynı hizaya getiriniz. Bunun için, pitot-statik tüpün
merkeziyle anemometrenin kanat tekerleğinin merkezi aynı hizada ve aynı eksende konumlandırılacak şekilde, akış eksenine paralel olarak ayarlayınız. Bu ayarlama işlemlerinde, pitotstatik tüpün açıölçeriyle, anemometrenin açıölçerinin 0’ı göstermelerinin sağlanması gerektiğine dikkat ediniz.
c) Giriş basıncı ölçüm hortumunu, giriş basıncı (Pi) ölçülecek şekilde bir manometreye, pitotstatik tüp hortumlarını da hız basıncı (Pv) ölçülecek şekilde diğer manometreye bağlayınız.
d) Vantilatörleri çalıştırınız ve yaklaşık 15 dakika ısınmalarını bekleyiniz.
e) Hava hızını belirleyecek olan direnç eleklerini, yüksek direnç göstereceklerden küçüğe
veya düşük direnç göstereceklerden büyüğe olacak şekilde (Örn. C1, C1+C2, A1, B1, A1+A2,
B1+B2, A1+A2+A3 ve B1+B2+B3) sıralayınız ve deney süresince sırasıyla havalandırma
setine koyarak çeşitli hava miktarları sağlayınız.
f) Manometrelerden biri ile giriş basınçlarını (Pi), diğer manometre ile pitot-statik tüpün boru
içindeki 6 değişik konumu için hız basınçlarını (Pv) ölçünüz. Ölçülen bu değerleri Deney
Formu 3.3’e kaydediniz.
g) Deney Formu 3.3’deki verileri kullanarak, ortalama hız basınçları (Ort.Pv) ve Σ(Ort.Pv/Pi)
değerlerini hesaplayınız. Bu forma ayrıca, ölçüm sayısı (n), atmosfer basıncı (B) ve ortam
hava sıcaklığını (t) da not ediniz.
16
3.3.3 HESAPLAMALAR VE SONUÇLAR
(a) Deney Formu 3.3’ü tamamlayınız.
(b) Aşağıdaki (3.3.1) ve (3.3.2) no’lu bağıntıları kullanarak Pv-Pi ilişkisini gösteren bir eşitlik
türetiniz.
∑ (P
v
K=
/ Pi )
n
.................................................................................................................. (3.3.1)
{K = orantı sabiti, Pv = hız basıncı (Pa), Pi = giriş basıncı (Pa), n = ölçüm sayısı}
Pv = K × Pi .......................................................................................................................... (3.3.2)
{Pv = hız basıncı (Pa), K = orantı sabiti, Pi = giriş basıncı (Pa)}
(c) Aşağıdaki (3.3.3) (3.3.4) ve (3.3.5) no’lu bağıntıları kullanarak hava yoğunluğu (ρ) ve
hava hızı (V) değerlerini hesaplayınız.
ρ=
0,4627 × B
.................................................................................................................. (3.3.3)
273 + t
{ρ = hava yoğunluğu (kg/m3), B = atmosfer basıncı (mmHg), t = ortam sıcaklığı (°C)}
Pv =
1
× ρ × V 2 → VPv =
2
2 × Pv
..................................................................................... (3.3.4)
ρ
{Pv = hız basıncı (Pa), ρ = hava yoğunluğu (kg/m3), V = hava hızı (m/s)}
VPi = 1,414 ×
K × Pi
........................................................................................................ (3.3.5)
ρ
{V = hava hızı (m/s), K = orantı sabiti, Pi = giriş basıncı (Pa), ρ = hava yoğunluğu (kg/m3)}
(d) Aşağıdaki (3.3.6) ve (3.3.7) no’lu bağıntıları kullanarak hava miktarlarını (Q) hesaplayınız.
Q = A × V → Q Pv = 0,066 ×
2 × Pv
................................................................................ (3.3.6)
ρ
{Q = hava miktarı (m3/s), A = hava yolu kesidi (= 0,066 m2), Pv = hız basıncı (Pa), ρ = hava yoğunluğu (kg/m3)}
Q Pi = 0,0933 ×
K × Pi
..................................................................................................... (3.3.7)
ρ
{Q = hava miktarı (m3/s), K = orantı sabiti, Pi = giriş basıncı (Pa), ρ = hava yoğunluğu (kg/m3)}
(e) Aşağıdaki (3.3.8) ve (3.3.9) no’lu bağıntıları kullanılarak hava kütlelerini (m) hesaplayınız.
m = ρ × Q → m Pv = ρ × 0,066 ×
2 × Pv
........................................................................... (3.3.8)
ρ
{m = hava kütlesi (kg/s), ρ = hava yoğunluğu (kg/m3), Pv = hız basıncı (Pa)}
17
m Pi = ρ × 0,0933 ×
K × Pi
................................................................................................ (3.3.9)
ρ
{m = hava kütlesi (kg/s), ρ = hava yoğunluğu (kg/m3), K = orantı sabiti, Pi = giriş basıncı (Pa)}
(f) Excel programında XY (Dağılım) grafik türünü seçerek:
•
giriş basınçlarına (Pi) karşılık, ortalama hız basınçları (Pv);
•
hız basınçlarına (Pv) karşılık, (3.3.4) no’lu bağıntı kullanılarak hesaplanan hava hızları
(VPv);
•
giriş basınçlarına (Pi) karşılık, (3.3.5) no’lu bağıntı kullanılarak hesaplanan hava hızları
(VPi);
•
hız basınçlarına (Pv) karşılık, (3.3.6) no’lu bağıntı kullanılarak hesaplanan hava miktarları
(QPv);
•
giriş basınçlarına (Pi) karşılık, (3.3.7) no’lu bağıntı kullanılarak hesaplanan hava miktarları (QPi);
•
(6) no’lu bağıntı kullanılarak hesaplanan hava miktarlarına (QPv) karşılık, (3.3.8) no’lu
bağıntı kullanılarak hesaplanan hava kütleleri (mPv) ve
•
(7) no’lu bağıntı kullanılarak hesaplanan hava miktarlarına (QPi) karşılık, (3.3.9) no’lu
bağıntı kullanılarak hesaplanan hava kütleleri (mPi)
grafiklerini çiziniz, bu grafiklere en uygun eğilim çizgilerini ekleyiniz, bu eğilim çizgilerinin
denklemlerini ve R-kare değerlerini grafik üzerinde görüntüleyiniz.
(g) Bu deneyden elde edilen değerlerin ve çizilen grafiğin yorumlandığı bir “SONUÇLAR”
bölümü hazırlayınız.
NOT: Bu deneye ait orijinal değerler Çizelge 3.3’de, bu değerler kullanılarak çizilen grafik
ise Şekil 3.3’de verilmektedir.
18
19
Çizelge 3.3. Girişin ölçülülenmesi deneyine ait orijinal değerler.
20
Şekil 3.3. Girişin ölçülülenmesi deneyine ait orijinal değerler kullanılarak çizilen grafik.
21
3.4 PİTOT-STATİK TÜPÜN SAPMASI DENEYİ
3.4.1 AMAÇ
Pitot-statik tüpün hava akımına yanlış hizalanmasının etkisini belirlemek.
3.4.2 TANIM
“Sapma” veya “Sapma Açısı” (θ), pitot-statik tüpün ekseniyle ortalama hava hızı yönü arasındaki bir açıdır. Doğru kurulmuş havalandırma setinde ortalama hava hızı yönünün havalandırma setinin eksenine paralel olduğu kabul edilir.
3.4.3 YAPILACAK İŞLER
3.4.3a Pitot-Statik Tüpün Sapmasının Hız Basıncı Üzerindeki Etkileri
a) 1 no’lu vantilatör ile 2 no’lu vantilatörü paralel olarak çalıştırılacak şekilde gerekli denetimleri ve hazırlıkları yapınız.
b) Anemometreyi ve pitot-statik tüpünü aynı hizaya getiriniz. Bunun için, pitot-statik tüpün
merkeziyle anemometrenin kanat tekerleğinin merkezi aynı hizada ve aynı eksende konumlandırılacak şekilde, akış eksenine paralel olarak ayarlayınız. Bu ayarlama işlemlerinde, pitotstatik tüpün açıölçeriyle, anemometrenin açıölçerinin 0’ı göstermelerinin sağlanması gerektiğine dikkat ediniz.
c) Giriş basıncı ölçüm hortumunu, giriş basıncı (Pi) ölçülecek şekilde bir manometreye, pitotstatik tüp hortumlarını da hız basıncı (Pv) ölçülecek şekilde diğer manometreye bağlayınız.
d) Vantilatörleri çalıştırınız ve yaklaşık 15 dakika ısınmalarını bekleyiniz.
e) 50 Pa civarında bir hız basıncı elde edecek şekilde bir direnç kurulumu yapınız. Bu kurulumun tasarımı için “3.3 Girişin Ölçülülenmesi” deneyinden elde ettiğiniz sonuçlardan yararlanabilirsiniz.
f) Pitot-statik tüpün açıölçerindeki 0 konumunda (Pv0) ve ±45° aralığında 5°’lik sapma artışlarıyla (Pvθ) hız basıncı okumaları yapınız. Giriş basıncını (Pi), atmosfer basıncını (B) ve sıcaklığı (t) not ediniz ve tüm verileri Deney Formu 3.4a’ya kaydediniz.
3.4.3b Pitot-Statik Tüpün Sapmasının Statik Basınç Üzerindeki Etkileri
a) Anemometreyi ve pitot-statik tüpünü aynı hizaya getiriniz. Bunun için, pitot-statik tüpün
merkeziyle anemometrenin kanat tekerleğinin merkezi aynı hizada ve aynı eksende konumlandırılacak şekilde, akış eksenine paralel olarak ayarlayınız. Bu ayarlama işlemlerinde, pitotstatik tüpün açıölçeriyle, anemometrenin açıölçerinin 0’ı göstermelerinin sağlanması gerektiğine dikkat ediniz.
b) Giriş basıncı ölçüm hortumunu, giriş basıncı (Pi) ölçülecek şekilde bir manometreye, pitotstatik tüp hortumlarını da statik basınç (Ps) ölçülecek şekilde diğer manometreye bağlayınız.
22
c) 200 Pa civarında bir statik basınç elde edecek şekilde bir direnç kurulumu yapınız. Bu kurulumun tasarımı için “3.3 Girişin Ölçülülenmesi” deneyinden elde ettiğiniz sonuçlardan yararlanabilirsiniz.
d) Pitot-statik tüpün açıölçerindeki 0 konumunda (Ps0) ve ±45° aralığında 5°’lik sapma artışlarıyla (Psθ) hız basıncı okumaları yapınız. Giriş basıncını (Pi), atmosfer basıncını (B) ve sıcaklığı (t) not ediniz ve tüm verileri Deney Formu 3.4b’ye kaydediniz.
3.4.4 HESAPLAMALAR VE SONUÇLAR
(a) Deney Formu 3.4a ve 3.4b’yi tamamlayınız.
(Pvθ/Pv0), pitot-statik tüpün ekseni konumunda meydana gelen herhangi bir sapma açısında ölçülen hız basıncının, pitot-statik tüp ekseninde sapma olmaksızın (0°’de) ölçülen hız
basıncına oranıdır.
100×|1-(Pvθ/Pv0)|, herhangi bir sapma açısında hız yükündeki bir hatayı (yanlışlığı)
gösterir ve bu hata, pitot-statik tüpün hava akımına eksenel olarak hizalandığı konumda ölçülen hız yükünün yüzdesi olarak ifade edilir.
(Psθ/Ps0), pitot-statik tüpün ekseni konumunda meydana gelen herhangi bir sapma açısında ölçülen statik basıncın, pitot-statik tüp ekseninde sapma olmaksızın (0°’de) ölçülen statik basınca oranıdır.
100×|1-(Psθ/Ps0)|, pitot-statik tüpün yanlış hizalanmasının neden olduğu hatayı (yanlışlığı) gösterir ve bu hata, pitot-statik tüpün hava akımına eksenel olarak hizalandığı konumda
ölçülen statik yükün yüzdesi olarak ifade edilir.
(b) Excel programında Çizgi grafik türünü seçerek:
•
θ sapma açılarına karşılık, hız ve statik yüklerin (Pθ/P0) grafiğini çiziniz. Bu grafikte, θ
sapma açılarına karşılık (Pvθ/Pv0) ve (Psθ/Ps0) eğrileri yer alacaktır.
•
log10(θ) sapma açılarına karşılık, hız ve statik yüklerin log10(100×|1-(Pθ/P0)|) grafiğini
çiziniz. Bu grafikte, log10(θ) sapma açılarına karşılık log10(100×|1-(Pvθ/Pv0)|) ve
log10(100×|1-(Psθ/Ps0)|) eğrileri yer alacaktır.
(c) Bu deneyden elde edilen değerlerin ve çizilen grafiklerin yorumlandığı bir “SONUÇLAR”
bölümü hazırlayınız.
NOT: Bu deneye ait orijinal değerler Çizelge 3.4a ve Çizelge 3.4b’de, bu değerler kullanılarak çizilen grafikler ise Şekil 3.3a ve Şekil 3.3b’de verilmektedir.
23
24
25
Çizelge 3.4a. Pitot-statik tüpün sapması deneyine ait orijinal değerler.
26
Çizelge 3.4b. Pitot-statik tüpün sapması deneyine ait orijinal değerler.
27
Şekil 3.4a. Pitot-statik tüpün sapması deneyine ait orijinal değerler kullanılarak çizilen grafik.
28
Şekil 3.4b. Pitot-statik tüpün sapması deneyine ait orijinal değerler kullanılarak çizilen grafik.
29
3.5 TEK, SERİ VE PARALEL OLARAK BAĞLANMIŞ FANLARA YÖNELİK
DENEYLER
3.5.1 AMAÇ
Fanlardan elde edilen basınç değişimi, güç tüketimi ve verimlilik değerlerini kullanarak fanların karakteristiklerini belirlemek. Ayrıca, 2 aynı ve 2 farklı fanın seri ve paralel bağlanmış
durumlarda çalıştırılmasının fan karakteristikleri üzerindeki etkilerini incelemek.
3.5.2 YAPILACAK İŞLER
Giriş basıncını (Pi) ölçmek için, giriş basıncı ölçüm hortumunu manometrelerden birine bağlayınız. Statik basıncı (Ps) ölçmek için, fan giriş ağızlarının yer aldığı geniş çaplı kısmın etrafına bağlanmış bulunan hortumları da ikinci manometreye bağlayınız. Yüksek dirençlerde
alınan Ps’nin ölçümü için ikinci manometreyi dikey manometreyle değiştirmek gerekebilir.
Aşağıda sıralanan işleri, (a), (b), (c), (d) ve (e) maddelerinde belirtilen her bir fan tasarımı için
tekrar ediniz:
• Takometreyi kullanarak fan dönüş hızını ölçünüz.
• Reostayı kullanarak voltajı 220V’a ayarlayınız.
• Pi ve Ps’yi ölçünüz.
• Direnç eleklerini (C1, C1+C2, A1, B1, A1+A2, B1+B2, A1+A2+A3 ve B1+B2+B3) kullanarak çeşitli hava miktarları sağlayınız.
(a) 1 No’lu Fanın Tek Başına Çalıştırılması (Diğer Fan Girişi Kapatılarak)
(b) 2 No’lu Fanın Tek Başına Çalıştırılması (Diğer Fan Girişi Kapatılarak)
(c) 1 ve 2 No’lu Fanların Paralel Olarak Çalıştırılması
(d) 1 ve 2 No’lu Fanların Seri Olarak Çalıştırılması (Diğer Fan Girişi Kapatılarak)
(e) 3 No’lu Fanın Tek Başına Çalıştırılması (Diğer Fan Girişi Kapatılarak)
Atmosfer basıncını (B) ve sıcaklığı (t) not ediniz ve tüm verileri Deney Formu 3.5’e kaydediniz.
30
3.5.3 HESAPLAMALAR VE SONUÇLAR
(a) Deney Formu 3.5’i tamamlayınız.
• Tüp ve Fan giriş ağızları arasındaki alanların farklı olması nedeniyle, Fan Hız Basıncı (Pvf),
aşağıdaki (3.5.1) no’lu bağıntı kullanılarak hesaplanır:
2
 0,290 
Pvf = 
 × K × Pi ....................................................................................................... (3.5.1)
 0,305 
{Pvf = fan hız basıncı (Pa), K = orantı sabiti (0,942 kabul edilmiştir) , Pi = giriş basıncı (Pa)}
• Fan Toplam Basıncı (Ptf), Ps ve Pvf’nin toplamıdır. Tek fan çalıştırılması veya aynı özelliklere sahip iki fanın seri olarak çalıştırılması durumunda toplam basınç aşağıdaki (3.5.2) no’lu
bağıntı kullanılarak hesaplanır:
Ptf = Ps + Pvf ....................................................................................................................... (3.5.2)
{Ptf = fan toplam basıncı (Pa), Ps = statik basınç (Pa), Pvf = fan hız basıncı (Pa)}
• Aynı özelliklere sahip iki fanın paralel olarak çalıştırılması durumunda her birinin çıkışındaki hız, tek fan çıkışının yarısı olacaktır. Bu durumda fan hız basıncı, hızın karesiyle orantılı
olarak (Bkz: 3.1.4 no’lu bağıntı) Pvf / 4 olacak ve (3.5.2) no’lu toplam basınç bağıntısı aşağıdaki (3.5.3) no’lu bağıntı haline gelecektir:
Ptf = Ps +
Pvf
...................................................................................................................... (3.5.3)
4
{Ptf = fan toplam basıncı (Pa), Ps = statik basınç (Pa), Pvf = fan hız basıncı (Pa)}
• Fan(lar) tarafından sağlanan hava miktarı (Q) aşağıdaki bağıntılar kullanılarak hesaplanır
(B = 751,5 mmHg ve t = 16 °C kabul edilmiştir):
Q Pv = 0,0827 × Pi ........................................................................................................... (3.5.4)
{QPv = hava miktarı (m3/s), Pi = giriş basıncı (Pa)}
• “Havalandırma Gücü”, aşağıdaki (3.5.5) no’lu bağıntı kullanılarak hesaplanır:
Havalandırma Gücü = Ptf × Q ............................................................................................ (3.5.5)
{Ptf = fan toplam basıncı (Pa=N/m2), Q = hava miktarı (m3/s), havalandırma gücü → (N/m2 × m3/s) → (Nm/s) →
watt: W}
• “Motor Giriş”, aşağıdaki (3.5.6) no’lu bağıntı kullanılarak hesaplanır:
Motor Giriş = Motor Gerilimi × Motor Akımı ................................................................... (3.5.6)
{motor gerilimi (Volt: V), motor akımı (Amper: A), motor giriş (VA)}
• “Motor Çıkış”, Deney Formu 3.5’de verilen “Motor Kalibrasyonları” çizelgelerindeki Motor
Giriş (VA) değerlerine karşılık gelen değerlerdir.
• “Fan Verimi” aşağıdaki (3.5.7) no’lu bağıntı kullanılarak hesaplanır:
Fan Verimi = (Havalandırma Gücü / Motor Çıkış) × 100.................................................. (3.5.7)
{fan verimi (%), havalandırma gücü (W), motor çıkış (W)}
31
(b) Excel programında hava miktarlarına (Q) karşılık; havalandırma gücü, fan toplam basıncı
ve vantilatör verimi (×10) grafiklerini çiziniz.
(c) 1 no’lu fanın tek başına çalıştırıldığı durum (3.5.2a) ile 2 no’lu fanın tek başına çalıştırıldığı durum (3.5.2b) göz önünde bulundurularak, bu fanların paralel ve seri olarak çalıştırılacağı durumunda toplam basınç (Ptf) ve hava miktarı (Q) değerlerini hesaplayınız. Excel programını kullanarak, hesaplanan hava miktarlarına (Q) karşılık hesaplanan toplam basınç (Ptf)
grafiğini çiziniz. Aynı grafik üzerinde, 1 ve 2 no’lu fanın paralel (3.2.5c) ve seri (3.2.5d) çalıştırıldığı durumda ölçülen hava miktarlarına (Q) karşılık ölçülen toplam basınç (Ptf) grafiğini
de gösteriniz.
(d) (c) maddesi yardımıyla, aynı toplam basınç (Ptf) için, hesaplanan ve ölçülen hava miktarları (Q) arasındaki farkları, her iki fan için ayrı ayrı hesaplayınız.
(e) (c) maddesi yardımıyla, aynı hava miktarları (Q) için, hesaplanan ve ölçülen toplam basınçlar (Ptf) arasındaki farkları, her iki fan için ayrı ayrı hesaplayınız.
(f) Bu deneyden elde edilen değerlerin ve çizilen grafiğin yorumlandığı bir “SONUÇLAR”
bölümü hazırlayınız.
NOT: Bu deneylere ait orijinal değerler Çizelge 3.5a, b, c, d ve e’de; bu değerler kullanılarak
çizilen grafikler ise Şekil 3.5a, b, c, d, e ve f’de verilmektedir.
32
33
Çizelge 3.5a. Tek, seri ve paralel olarak bağlanmış fanlara yönelik deneylere ait orijinal değerler.
34
Şekil 3.5a. Tek, seri ve paralel olarak bağlanmış fanlara yönelik deneylere ait orijinal değerler
kullanılarak çizilen grafikler.
35
Çizelge 3.5b. Tek, seri ve paralel olarak bağlanmış fanlara yönelik deneylere ait orijinal değerler.
36
Şekil 3.5b. Tek, seri ve paralel olarak bağlanmış fanlara yönelik deneylere ait orijinal değerler
kullanılarak çizilen grafikler.
37
Çizelge 3.5c. Tek, seri ve paralel olarak bağlanmış fanlara yönelik deneylere ait orijinal değerler.
38
Şekil 3.5c. Tek, seri ve paralel olarak bağlanmış fanlara yönelik deneylere ait orijinal değerler
kullanılarak çizilen grafikler.
39
Çizelge 3.5d. Tek, seri ve paralel olarak bağlanmış fanlara yönelik deneylere ait orijinal değerler.
40
Şekil 3.5d. Tek, seri ve paralel olarak bağlanmış fanlara yönelik deneylere ait orijinal değerler
kullanılarak çizilen grafikler.
41
Çizelge 3.5e. Tek, seri ve paralel olarak bağlanmış fanlara yönelik deneylere ait orijinal değerler.
42
Şekil 3.5e. Tek, seri ve paralel olarak bağlanmış fanlara yönelik deneylere ait orijinal değerler
kullanılarak çizilen grafikler.
43
Şekil 3.5f. Tek, seri ve paralel olarak bağlanmış fanlara yönelik deneylere ait orijinal değerler
kullanılarak çizilen grafikler.
44

Download Report