k05a. Hidrolik Pnömatik Sistemler Gazların Özellikleri Hava %21 oksijen, %78 nitrojen ve %1 diğerleri (Argon, CO2, vb.) içeren gazların bir karışımıdır. Hava aynı zamanda nemliliğe bağlı % 4 su buharı içerir. Havadaki nemlilik oranı bölgeden bölgeye ve saatten saate değişebilir. Deniz seviyesi referans nokta olmak üzere, bu noktadaki atmosferik basınç 14.7 psi (1x105 N/m2) dir. Yükseklik artıkça basınç düşmektedir. Pnömatik devre hesaplamalarında standart olarak atmosferik basınç kullanılır. Serbest havanın atmosferik şartlarda olduğu kabul edilir. Pnömatik hesaplarda standart hava kullanılır. Standart hava deniz seviyesinde, sıcaklığı 68 ⁰F (20 ⁰C), basıncı 14.7 psi (1 bar) ve bağıl nemi %36 dır. Havanın basınç ve hacim değişimleri ele alınırken mutlak basınç ve mutlak sıcaklık kullanılmalıdır. Mutlak basınç (psi) =Ölçüm basıncı (psi)+14.7 Mutlak sıcaklık (⁰R)=Sıcaklık (⁰F)+460 R:Rankine

Gaz Kanunu: Bilim adamları 16. yy’da bir gazın basınç, hacim ve sıcaklık etkileşimlerini belirleyen yasalar keşfetmişlerdir. Boyle’s Kanunu: Gazın hacmi, gazın mutlak basıncıyla ters orantılı olarak değişir. (Gazın sıcaklığı değişmediği kabul edilir) T: Sabit Charles’ Kanunu: Gazın hacmi, mutlak sıcaklıkla doğru orantılıdır.(Gazın basıncı değişmediği kabul edilir) P: Sabit Gay Lussac’s Kanunu: Gaz tarafından uygulanan basınç sıcaklıkla doğru orantılıdır.(Gazın hacmi değişmediği kabul edilir) V: Sabit Bu yasaların tümü tek bir genel gaz yasasında birleştirilebilir.

Kompresörler: Kompresörler atmosferik şartlarda serbest havayı istenen basınç seviyesine sıkıştıran makinalardır. Bu sıkıştırma genellikle hacim azaltılarak başarılır. Hava kompresörleri genellikle pozitif deplasmanlıdır. Pistonlu, vidalı ve pervaneli tipleri mevcuttur. Buradaki tankın boyutlandırılmasında sistem basıncı ve akış gibi parametrelerin dikkate alınması gerekir. Tankın fonksiyonu sabit basınçta hava sağlamaktır, aynı zamanda kompresörden veya pnömatik sistemden kaynaklanan basınç dalgalanmalarını sönümler. Sıklıkla pnömatik sistem kompresörün sağladığı akışı aşan bir oranda hava talep eder. Tank bu geçici talebi karşılayabilmelidir. Pratikte tank boyutu %25 fazla boyutlandırılır. Vr=Tankın boyutu (ft3) t =Tankın istenen hava miktarını sağlayacağı zaman (dk) Qr=Pnömatik sistemin tüketim oranı (cfm) Qc=Kompresörün akış oranı (cfm) Pmax= Tanktaki maksimum basınç (psi) Pmin= Tanktaki minimum basınç (psi)

Borulardaki Basınç Kayıpları: Sıvılarda olduğu gibi bir boruda hava akışı sırasında, sürtünmeden dolayı enerji kaybı olur. Enerji kaybı basınç kaybı olarak ortaya çıkar. Pnömatik sistemlerde basınç kaybı Harris Formülü ile hesaplanabilir. (1) (2) Denklem (1) ve (2) kullanılarak Pf yazılabilir. Pf= Basınç düşüşü (psi) c= Deneysel olarak tespit edilen katsayı L= Boru uzunluğu (ft) Q= Serbest havanın akış oranı (ft3/s) Cղ= Sıkıştırma oranı (Borudaki basınç/Atmosferik basınç) d= Borunun iç çapı (in) Dönüşümler: 1 ft=12 in 1 in=2.54 cm 1cfm(ft3/min)=0.47195 L/s 1 L=1000 cm3 1 m3/h=1.699 cfm 1 lb=0.4535 kg 1 lb/in2=6895 N/m2 1 psi = 1 lb/in2 1 ⁰F=(5/9)(⁰C-32)

Problem 1: T1, V1, P1 T2, V2, P2 Kompresör V1=275 cfm V1=129.79 L/s Kompresörün çıkışındaki havanın sıcaklığı 90 ⁰F, basıncı 125 psi ve debisi ise 30 cfm dir. Kompresör girişindeki havanın sıcaklığı 70 ⁰F ve hava atmosfere acık ise kompresör girişindeki havanın debisi nedir? Kompresör T1, V1, P1 T2, V2, P2 V1=275 cfm V1=129.79 L/s Kompresör çalışmazken, 100 psi ve 80 psi arasındaki basıncı 6 dk süresince, 20 cfm debi ile havayı pnömatik sistem tüketiyor. Kompresörün hacmini hesaplayınız? Problem 2: Qr=20 cfm t=6 dk Pmax=100 psi Pmin=80 psi ft3 m3 b) Kompresör çalışıyorken, sisteme 5 cfm debi hava iletiyorsa, kompresör hacmini hesaplayınız? ft3 m3

Problem 3: 1 in çapında ve 250 ft uzunluğundaki boru ile 150 psi basınçlı hava kompresör yardımıyla iletilmektedir. Havanın debisi 100 cfm ise borudaki basınç düşüşünü hesaplayınız? Problem 4: Problem 3’deki pnömatik sistem de, 2 gate valves, 3 globe valves, 5 tees, 4 adet 90⁰ elbows, ve 6 adet 45⁰ elbows varsa, sistemdeki basınç düşüşü ne olur?

Tablolar Tablo 1 Tablo 2. Equivalent length of various fittings (ft)