NEwTONYEN AKIŞKANLARIN ÖZELLİKLERİ ve KULLANIM ALANLARI

Projeyi Yöneten: Doç. Dr. Aydoğan ÖZDAMAR

Akışkan

• Akışkan, en küçük kayma gerilmesinin etkisinde bile, gerilme etkidiği sürece sürekli ve sınırsız olarak şekil değiştiren madde olarak tanımlanabilmektedir.

• Viskozite • Yüzeysel Gerilim (  • Kapilarite )

Viskozite

• Akışkanın kayma gerilmesine karşı (az da olsa) gösterdiği direncin bir ölçüsü olan viskozite, akışkan molekülleri arasındaki faaliyet ve kohezyondan kaynaklanmaktadır.

Hareketli Levha U F y dy du U = 0 Sabit Plaka

Üstteki levhaya temas eden akışkan U hızıyla hareket ederken alttaki sabit levhaya temas eden (gradyanı) düz bir çizgi olmaktadır.

akışkanların hızı sıfır olmakta, levhalar arası y mesafesinin ve U hızının çok büyük olması durumunda hız değişimi Deneyler F kuvvetinin levhanın A alanı ve U hızıyla doğru orantılı olduğunu göstermiştir. Benzer üçgenleden U/y = du/dy yazılabileceğinden

F

 

U y



A du dy

 

F A



du dy

  

du dy

Newton’un elemanter sürtünme yasası olarak anılmaktadır.

 kinematik viskozitesi,    

K A Y M A E İ S G E İ R L M C A B D ( A ) Newtonien Akışkan ( B ) Pseudoplastik Akışkan ( C ) Bingham Plastik Akışkan ( D ) Dilatant Akışkan HIZ GRADYENTİ dv/dy Çeşitli akışkanların kayma gerilmesi (  ) – Hız gradyenti (dv/dy) değişimi Burada  kayma gerilmesi, deformasyon hızını ifade etmektedir. Buradaki A eğrisinin eğimini verir. Newton tarafından tanımlanan bu karaktere en yakın olarak doğada su ve havayı göstermek mümkündür. Doğada bunlar dışında daha birçok akışkan mevcut olup, davranışı bu karaktere uymaktadır. Bu özelliklerinden dolayı bu akışkanlara

Newtonyen

 mutlak viskozite, dv/dy ise  sayısı sabit olup, davranışı bu karaktere uymayan akışkanlara ise

Newtonyen olmayan

akışkanlar ismi verilmiştir ( veya non Newtonien )

NEWTONYEN AKIŞKANLAR VE KULLANIM ALANLARI

• Bütün gazlar ve su, etil alkol, benzin, hexane, süt gibi basit molekül yapısına ve molekül ağırlığına sahip çoğu sıvı Newtonyen akışkanlardır.

-

Su Saf Maddelerin Faz Değiştirdikleri Hal Değişimleri

Saf maddenin iki endüstri uygulamalarında sık sık karşılaşılır. Su bir kazanda veya fazının birarada bulunduğu durumlarda buharlı güç santralinin yoğuşturucusunda sıvı buhar karışımı olarak bulunur. Birçok ev sahibi borularda suyun olarak donmasını en önemli faz değişimi olayı görselerde biz mühendislik uygulamalarında ağırlık sıvı ve buhar fazlarıyla bu ikisinin karşımı üzerinde incelemelerde bulunuruz.

Günlük yaşamda su sözcüğü sıvı suyu, buhar sözcüğüde su buharını anlatmak için kullanılır, fakat biz suyu H ne 2 O diyerek tanımlayıp, suya ait tablolardan onun fazında olduğunu belirler, ve sadece bu iki fazla sınırlamak yerine suya daha geniş bir anlam ve davranış kazandırırız.

•

Sıkıştırılmış Su ve Doymuş Su

1 Hali 2 HALİ P=1atm T=20  C 1 atm basınç ve 20  C sıcaklıkta su sıvı fazındadır (sıkıştırılmış sıvı) P=1atm T=100  C 1 atm basınç ve 100 (doymuş sıvı).

 başlangıcında sıvıdır C sıcaklıkta su buharlaşma

3 HALİ P=1atm T=100  C 1 atm basınçta Isıtma sürdürüldüğünde doymuş sıvının bir bölümü buharlaşır (doymuş sıvı buhar karışımı) 4 HALİ P=1atm T=100  C 1 atm basınçta, suyun son damlasıda buharlaşana kadar, sıcaklık 100  C da sabit kalır (doymuş buhar)

5 HALİ P=1atm T=300  C Isıtma sürdürülürse, buharın sıcaklığı yükselmeye başlar (kızgın buhar).

T  C 300 P= 1atm için 100 2 3 4 5 20 1 T-

v

diyagramı

v

su

Termik Santraller

ENERJİ

Hidroelektrik Enerjİ Jeotermal Enerji

Termik Santraller

• • •

Basınçlı Su Reaktörü (PWR) Kaynar Su Reaktörü (BWR) Basınçlı Ağır Su Reaktörü (PHWR)

Hidroelektrik Enerji

• • • •

Depresyon Tesisleri Gel-Git Hidroelektrik Tesisleri Dalga Enerjisinden faydalanılarak Enerji Üreten Tesisler Akarsular Üzerinde Kurulan Hidroelektrik Tesisleri

( Barajsız ve Barajlı)

Jeotermal Enerji

• •

Sıcak Su Sistemi Kuru Bahar Sistemi

• • • • • • • • • • • • • • • • • • •

YAĞLAR -

Yağların Özellikleri Akma Noktası Anilin Noktası API Servis Sınıflandırması Aromatik Yapı Asit Değeri (Sayısı) Aşırı Basınç Katığı (EP): Bakterisit Bitumen Centipoise (Santipuaz) Centistokes (Santistok) Clevland Open Cup (COC) Copper Strip Corrossion Damlama Noktası Delinme Gerilimi Demülsibilite Deterjan Katığı Emülsiyon Floc Point

• • • • • • • • • • • • • • • • • • • • •

Floc Point Gres Katık Kül Miktarı Molibden Disülfür Katı Yağlayıcı Multigrade (Dört Mevsim) Yağ Naftanik Yapı Oksidasyon Stabilitesi Oktan Numarası Parafinik Yapı Parlama Noktası Power Factor Penetrasyon Değeri Pensky Martens Kapalı Kap Metodu (PMCC) SAE Numarası TBN Değeri Timken O.K. Değeri Viskozite Viskozite İndeksi Yüksek Taşıma Kapasitesi Yüksek Basınç Katığı

Viskozite Testi

• Viskozite bir yağın en önemli niteliğidir. Yağ filminin dayanıklılığı,metal-metale temasın önlenmesi, çizilme, mikro kaynaklanma ve yüzeylerin aşınma özellikleri hep viskoziteye bağlıdır.

• Viskozite katı maddelere, oksitlenmeye ve su ve yakıt karışmasına bağlı olarak artar veya azalabilir. Viskozitesi %10 azalmış veya %20 artmış yağları kullanmamak gerekir.

• Örnek olarak, kittiwake pratik viskozimetresi saniyelerle ifade edilecek sürede tekrarlanabilir ve hassas bir şekilde kinematik viskoziteyi cSt 40 ayrıca verir.

 C ve 100  C olarak verir ve SAE tanımını da

Özellik Test Ranj Ölçüm Süresi Hesaplama Hassasiyet Denklik Güç

Tablo 3.5

Yağlarda viskozite testinin özellikleri ve uygulama alanları UYGULAMA Viskozite 15-810 cSt 40°C (SAE5 - SAE50) Viskozite 40°C Tekrar test 60 san. ısıtmadan Max 45 san.

Temizleme 60 san.

Viskozite 40°C (ısıtmadan 40°C’ye ayar) Özgül ağırlık değişimi (0.8 - 1.0 arası) Değişen Viskozite Indeksi (25 to 250) SAE Grade Viskozite ayar) 100°C  2% (100 - 320cSt) (ısıtmadan 100°C’ye IP71 110 - 250 VAC Herhangi bir yağlama veya hidrolik yağı

Katı madde ( Ergimezler ) Testi

• Ergimezler, yağda yanma sonucu biriken yanık artıkları ve oksitlenme ürünleridir. • Yağda artan “ergimez madde” oranları, sıcak yüzeylerde reçine oluşumu, segman kasması ve sıkışması, silindir gömleği aşınması ve yatak aşınmasının en başta gelen nedenidir.

• Yağın bu ergimezler nedeniyle, deterjan özelliği de azalır ve yağın bozulmasını hızlandırır.

Tablo 3.6

Yağlarda katı madde (ergimezler) testinin özellikleri ve uygulama alanları Özellik Test Ranj Ölçüm Süresi Hassasiyet Denklik Güç UYGULAMA Ergimezler 0 - 3.5% w/w (IP 316) 0 - 1.75% (KURUM INDEKSİ) 20 saniye Tipik olarak  0.1w/w IP316 & Mobil Kurum Indeksi 110 - 250 VAC Diesel Makina, Krank yağı, Havacılık Yağları

TBN ( Total Baz No’su) Testi

• Diesel makinaların yağlarında alkalen madde rezervinin yüksek tutulması ve doğru limitler içinde bulundurulması piston üst kısmı, segmanlar ve üst yataklarda korozyonu önlemede en önemli faktördür. • Ayrıca, düşük TBN yağda deterjan özelliğinin de azaldığının bir göstergesidir. En sorunlular ise motorinle çalışan, küçük karter hacmine sahip, yağ tüketimi az Diesellerdir. Bunlarda TBN çok ani ve hızlı olarak azalıp makinanın sağlığını tehlikeye atabilir.

Tablo 3.7

Yağlarda TBN testinin özellikleri ve uygulama alanları: Özellik Test Ranj Ölçüm Süresi Hassasiyet Sigorta Denklik Güç UYGULAMA TBN 0 – 50 TBN 2.5 dakika Tipik olarak  %5 2.5A 20mm 250VAC HBC A/S (T) Seramik IP400 110 - 250 VAC Diesel Makina, Krank yağları

TAN ( Total Asit No’su ) Testi

• Bütün yağlar kullanıldıkça oksitlenir. Bu oksitlenme işlemi yüksek sıcaklıklar veya sentetik yağlarda su nedeniyle hidroliz sonucu hızlanabilir. • Yağlama ve hidrolik yağlarında yüksek TAN değeri viskozite artışı ile beraber gelen oksitlenme, reçine oluşumu ve makina elemanlarında asit aşındırmasının varlığının en iyi göstergesidir; o nedenle, devamlı takip edilmesi gerekir.

Tablo 3.8

Yağlarda TAN testinin özellikleri ve uygulama alanları Özellik Test Ranj Ölçüm Süresi Hassasiyet Sigorta Denklik Güç UYGULAMA TAN 0 – 6 mgKOH TAN 2.0 dakika Tipik olarak  %0.2 TAN 2.5A 20mm 250VAC HBC A/S (T) Seramik IP177 (ASTM D664) SAE ARP 5088 (modified IP139, ASTM D664) 110 - 250 VAC Gaz ve buhar türbinleri, Hidrolik yağları, Havacılık yağları, Dişli kutusu yağları

Su Testi

• Su her yağlama sistemindeki yağın içinde bulunur ve belli kaynaklardan sisteme girer. • Yüksek su seviyeleri yağ viskozitesini arttırır, aksamın korozyona uğramasını hızlandırır ve yağın katkı maddelerinin bozulmasına neden olur.

• Özellikle tuz karışmış su veya tuzlu kesinlikle tolere edilemez. Tuz, su buharlaşıp yağdan ayrılsa dahi yağda kalır ve tarif edilemeyecek derecede zararlara neden olabilir

Özellik Test Ranj Ölçüm Süresi Hassasiyet Sigorta Denklik Güç

Tablo 3.9

Su Testinin Özellikleri ve Uygulama Alanları: UYGULAMA Su 0 - 2.5% Standard kutu (mavi) 0 - 6000 ppm (IP386) Düşük ranj kutusu (boyasız) 3.0 dakika Tipik olarak  %0.1 Standard Tipik olarak  100 ppm Düşük ranj 2.5A 20mm 250VAC HBC A/S (T) Seramik IP386 110 - 250 VAC Yağlama Yağları, Hidrolik yağları, Fuel Oil

Pnömatik ve Hidrolik Devrenin Analizi Hidrolik Presin Hidrolik ve Pnömatik Devre Elemanları ve Görevleri

Beyin

• Hidrolik ve pnömatik pistonları denetim altında tutar, uygulanacak işlem sırasına göre harekete geçirtecek sinyaller oluşturur ve devrenin bütün fonksiyonlarını kontrol eder.

Hidrolik ve Pnömatik Silindirler

• Sistemde iki adet pnömatik ve hidrolik silindir mevcuttur. Bu silindirlerin görevi akışkanın oluşturduğu basınçı mekanik güce dönüştürmek için kullanılır.

Yön Kontrol Valfleri

• Sistemdeki mevcut olan silindirlerin açılıp kapanması için akışkana yön veren elemanlardır.

Sensörler

• İşlenecek parçanın ve sistemi oluşturan elemanların konumunu algılayarak beyne sinyal gönderen bir elemandır.

Pompa

• Hidrolik devre için gerekli yağ basıncını sağlayan elemandır

Kompresör

• Kapalı bir ortamda havayı sıkıştırarak basıncını arttıran bir ünitedir

Yağ tankı

• Hidrolik devreyi dolaşan yağ bir yağ tankında yeniden kullanılmak üzere toplandığı bir depodur.

Sitemin Çalışma Prensibi

• Beynin gönderdiği sinyaller doğrultusunda pnömatik silindir işleme tabi tutulacak parçayı üretim hattına bırakır. Daha sonra hidrolik silindir sayesinde işlemin yapılacağı bölgeye götürülür. Bunu takiben parçanın sabitlenmesi için ikinci pnömatik silindir devreye girer ve parça sabitlenir. Parça üzerinde işlemi yapacak olan hidrolik silindir aşağıya iner ve gerekli işlemi yapar. Bu işlem bir presleme işlemidir. Presleme işlemi bittikten sonra parça üretim hattını gene üretim hattına taşıyan hidrolik silindir tarafından terkedilir.

• Şayet üretim esnasında elektrik kesintisi veya bunun gibi elde olmayan nedenlerden dolayı bir durum söz konusu olduğunda sistem yeniden devreye girdiği zaman ilk önce üretim hattını kontrol eder. Eğer üretim hattında işlenmemiş bir parça söz konusu ise bu parça üretim hattından uzaklaştırılır

Kontrol sistemleri

Hidrolik ve pnömatik silindirleri kontrol eden valfler elektrik ile çalışan selonoid valfler ile kontrol edilmektedir. Buna ek olarak pistonları belli bir konumda durdurmak için switch’ ler kullanılmaktadır. Switch’ ler açık veya kapalı konumlarına göre beyine sinyal gönderir ve beyinde bu sinyallere göre valflerin konumunu belirlemek için selenoidlere sinyal gönderir.

Devrenin Kullanıldığı Yerler

Presleme, Dövme, matkap ile delme gibi işlemlerde kullanılmak için tasarlanabilir

LPG

• LPG (Liquid Petroleum Gas) sıvı petrol gazı, basınç altında sıvı halde bulunan propan ve bütana verilen ticari isimdir. Kolay depolama ve taşıma için genellikle sıvı halde tutulur. Gaz yakıtlar hidrojence zengindir ve silindirlere gaz fazında girerler. Bu iki karakteristik temiz bir yanma sağlar. Diğer bir deyimle LPG, taşıtlar için temiz bir enerji kaynağıdır. • LPG sıvı halde iken gaz haline oranla yaklaşık 250 kat yoğundur. • Basıncı düşürülüp, sıcaklığı artırılarak sıvı halden gaz haline dönüştürülür ve benzine mükemmel bir alternatif yakıt haline gelir.

• Büyük ticari taşıtler için de LPG kullanacak özel motorlar geliştirilmektedir.

LPG Akışkanının Kullanım Alanları

Bugün LPG akışkanı benzinle çalışan araçlarda ekonomikliği açısından çok tercih edilmektedir ve şimdilik binek araba şeklindeki ticari araçlarda ve yaygın olmasada kişisel kullanımlı binek arabalarında LPG akışkanı yaygın olarak kullanılmaktadır. Büyük hafif ticari araç diye nitelendirdiğimiz dizel akışkan ile çalışan dolmuş türü ticari araçlarda da LPG akışkanının kullanılabilmesi LPG’ye uygun motor üretim çalışmalarıda günümüzde devam etmektedir.

Araçlarda, LPG akışkanı kullanılabilmesi için yakıt sistemini dönüştürmek için oldukça geçerli sebepler bulunmaktadır.

•

Çevre bakımından

(karbon dioksit) ve HC (hidrokarbonlar)düzeyinin azaltılması daha temiz egzoz ve dolaysıyla daha temiz hava demektir. : Egzozdaki CO (karbon monoksit), CO 2 • • •

Yakıt fiyatı bakımından :

LPG ile ulaşım, günümüzde petrole oranla yarı yarıya daha ucuza gelmektedir.

Taşıt bakımından

: LPG, yağ değişim periyodlarının uzaması ve daha az karbon artıkları nedeniyle daha temiz motor demektir.

Yerel yönetimler bakımından

: Zararlı egzoz emisyonları nedeniyle, yakın gelecekte benzinle çalışan araçların büyük şehir merkezlerinde trafiğe çıkmalarına kısıtlamalar getirileceği ifade edilmektedir.

LPG Akışkanı Kullanılabilmesi İçin Yapılan Sistem Değişiklikleri

•

Karbüratörlü taşıtlar için ( 1. Kuşak ) :

Depo yaklaşık 70litrelik (55 litre sıvı gaz depolanabilir), Regülatör sıvı yakıtı buharlaştıran (yakıtın buharlaşması sırasında regülatör çok soğuduğundan, donmaması için ısıtılması gerekmektedir), Yakıt kesme valfleri ve gaz (yakıtlar arasındaki geçişi sağlamak edilir.), çalışmasında karbüratöre giden benzini kesmek için kullanılır ve sürücü mahallindeki bir anahtarla kontrol Mikser havaya (karbüratörün üstüne monte edilir ve gazın emilen karışmasını sağlar), Doldurma valfi (tek yönlü bir valf)

LPG sistemini oluşturan parçaların resimleri

Şekil 3.14

Lavato kiti

Şekil 3.15

Depo

Şekil3.16

Regülatör

Şekil 3.17

Çeşitli Karıştırıcılar

Şekil 3.18

Selenoid

Sistemde, ayar rölanti, kısmi yük ve tam yük için vidaları bulunmaktadır. Bu sistemin, yetesiz sürüş performansı ve karışımın fakire ayarlanması durumunda geri tepme eğilimleri bulunmaktadır.

Sürüş performansını iyileştirmek ve geri tepme zenginleştirildiğinde ise, emisyonlar ve LPG tüketimi eğilimini azaltmak üzere karışım artmakta, gaz kullanımının avantajları azalmaktadır.

Enjeksiyonlu ve Karbüratörlü Taşıtlar

( 2. Kuşak )

2.

kuşak sistemler, oldukça geliştirilmiş olmalarına karşın, uzun manifold kolları bulunan halinde, yeni taşıtlara monte edilmeleri hâlâ geri tepme riski taşımaktadırlar.

Geri tepme riski, 3.

enjeksiyonlu sistemlerle kuşak çok nokta giderilmiştir.

Tek ve Çok Nokta Enjeksiyonlu Taşıtlar

( 3. Kuşak )

Tek nokta enjeksiyon sistemli taşıtların ileri karıştırma sistemi, en uygun emisyonlar için otomatik haritalama yeteneği dahil, sistemi her zaman ayarlayan 2.

kuşağın tüm avantajlarına sahiptir. Bu sistemde geri tepme riski bulunmamaktadır. basınç kayıpları çok azaltılmıştır ve oldukça doğru LPG kontrolü sağlanmaktadır. Bu sistem de, akıllı haritalama yapan ve böylece herhangi bir sürüş koşuluna uygun LPG kontrolü sağlama, motorun aşıntı durumuna göre ayarlama yapma özelliklerine ve teknisyenler için arızacılık bilgilerine sahiptir.

4. Kuşak Sistemler

4.

kuşak sistemler, sıralı LPG enjeksiyon kontrollü sistemlerdir.

Sistem kontrol sinyallerinin doğrudan doğruya ECU'dan almaktadır. Bu ise, üreticinin ayarlarını sisteme uygulama çoğunu olanağı sağlamaktadır. Sonuç, daha az LPG kaybı, daha düşük emisyonlar ve daha kısa kalkınma periyodu demektir.

Özetle , 1. ve 2.

kuşak sistemler teknolojisi biraz daha eski, 3. ve 4.

kuşak sistemler ise teknolojisi daha yeni taşıtlar için tercih edilmesi uygun olan sistemlerdir.

LPG Akışkanı Kullanımının Güvenilirliği

Doğru montaj halinde LPG benzinden daha güvenlidir denilebilir. LPG çarpma tahribat deneylerinden geçmiş, giriş kilitleme ve aşırı sıcaklık kontrol valfli basınçlı dökme çelik depolarda muhafaza edilmektedir. Bu valf, şiddetli taşıt yangınlarında LPG'nin genleşmesi halinde bile kontrollü miktarlarda LPG çıkışına müsaade eder. Bu kontrollü yanma, depoyu standard benzin deposundan daha güvenli yapmaktadır. Modern LPG sistemlerinin çoğu, nadiren görülen buharlaştırıcı sızıntısının kontrolü için, yılda bir kez bakım gerektirir.