AKIŞKANLAR MEKANİĞİ Prof. Dr. M. Tunç ÖZCAN Tarım Makinaları Bölümü 6.

... konulu sunumlar: "AKIŞKANLAR MEKANİĞİ Prof. Dr. M. Tunç ÖZCAN Tarım Makinaları Bölümü 6."— Sunum transkripti:

1 AKIŞKANLAR MEKANİĞİ Prof. Dr. M. Tunç ÖZCAN Tarım Makinaları Bölümü 6

2 YERSEL YÜK KAYIPLARI Boru sistemlerinde kullanılan dirsekler, çap değişim parçaları (redüksiyonlar), vanalar, süzgeçler ve daralma, genişleme gibi çeşitli boru ara parçaları veya şekilli boru parçaları (armatürler) vardır. Bu yapılarda oluşan kayıplar "Yersel yük kayıpları” olarak veya şekil kayıpları olarak adlandırılır. Borularda akış hız ve yönünün genel olarak sabit kalması nedeniyle boru kayıplarına “sürekli kayıplar” olarak bakabiliriz. Boru kayıpları, boru uzunluğu ile doğru orantılı olarak artmaktadır. Boru ara parçalarında ise kayıplar hızın veya yönün değişmesi ile ortaya çıkmaktadır. Boru sistemlerinde toplam kayıplar boru sürtünmeleri (HL) ve yersel yük kayıplarından (HK) oluşmaktadır. Bu iki kayıp toplamı ise sistemin tüm sürtünme kayıplarını vermektedir.

3 Yersel yük kayıpları iki şekilde hesap edilir. 1- Yersel yük kayıplarının (k) katsayıları yardımıyla hesaplanması: HK = k. ( V 2 / 2g) HK = yersel yük kaybı (mSS) k = yersel kayıp katsayısı. Boru ara parçaları çeşidine bağlı bir katsayı

4 Çeşitli boru ara parçaları (armatürler)

5 Tablalı vana

6 Sürgülü vana Küresel vana

7 Kelebek vana

8 Çek valf

9

10 (k) katsayıları için çizelgelere bakılır ve armatür şekline, boru çapına göre uygun (k) değeri seçilir. Elde edilen bu değerler bir tabloda değerlendirilerek toplam kayıp katsayısı bulunur. HK =  k (V 2 /2g) H = HL+HK Armatür cinsiAdet (n) kn.k Normal dirsek 90  100,252,50 T parçası60,352,10 Daralma20,751,50 Tablalı vana66,2537,50 Dip klapes12,50 TOPLAM  k= 46,10

11

12 Boru Anma Çapı (mm) Dirsek Tipi 80100125150175200250 90  flanşlı normal 0.340.310.300.280.270.260.25 90  flanş deve boynu dirsek 0.250.220.200.180.170.150.14 45  flanş deve boynu dirsek 0.190.18 0.17 0.16 90  boru vidalı normal dirsek 0.800.70----- 90  boru vidalı deve boynu dirsek 0.300.23----- 45  boru vidalı deve boynu dirsek 0.300.28-----

13 2- "Eşdeğer boru boyu"(L 0 ) olarak yersel yük kayıpları hesabı: Bu yöntemde, herhangi bir boru ara parçasında ki kaybın aynı anma çaplı düz borudaki kaç metre kayba eşdeğer olduğunu ifade eden "Eşdeğer boru boyu" değeri yardımıyla düz boru olarak kayıp hesaplanabilir. Sistemdeki her bir ara parçanın eşdeğer boru boyu çizelgelerden bulunup toplanır. Bu toplam (  L O ) sistemin toplam eşdeğer boru boyudur. Kayıplar hesaplanırken, Darcy eşitliğinde (L) düz boru boyu değeri yerine, (L+  L O ) düz boru boyu ve toplam eşdeğer boru boyu değeri yazılır ve hesaplanır. Örneğin bir kaç cm uzunluğundaki 75 mm çaplı 90o standart dirsekte oluşan kayıp 2,5 m uzunluğunda 75 mm çaplı boruda oluşan kayba eşittir. Eşdeğer uzunluk L o =2,5 m

14 Boru Anma Çapı 255075100125150200250300 Geritepme Klapesi Açık) 1,02,06,18,210,012,216,220,424,4 Tablalı Vana (Açık) 8,817,326,033,542,648,867,188,4103, 6 Sürgülü Vana (Açık) 0,180,360,520,700,881,101,401,702,00 ‘T’ Dirsek 1,73,35,26,78,210,013,217,020,1 Standart Dirsek 45  0,350,701,101,501,902,303,003,904,60 Devebounu Dirsek 90  0,51,01,62,12,73,34,35,26,1 Yarım Deveboynu dirsek 90  0,71,42,02,83,74,35,56,77,9 Standart Dirsek 90  0,81,62,53,34,34,96,48,09,8 Eşdeğer Boru Boyu Çizelgesi

15 Depodan Boruya Giriş Kayıpları (Hg)

16 Yuvarlatılmış giriş kg = 0,04 Dik köşeli giriş kg = 0,5 iç-dış lüleli giriş kg = 1,0 İç-dış lülede boru çapı yanında boru et kalınlığı da kayıpları etkilemektedir. H g = kg ( V 2 /2g )

17 Borudan Depoya Çıkış Yük Kaybı (Hç) Bir borudan büyük bir depoya suyun boşalması ile tüm kinetik enerjinin kaybolduğu bulunmuştur. Borudan depoya çıkışta yük kaybı hız yüküne eşittir. Her türlü yapıda çıkış yük kayıp katsayısı (Hç=1,0)’dır. Hç = V 2 /2g Çıkışta kayıpları azaltmanın yolu çıkış hızını düşürecek önlemler almaktır.

18 Daralma Yük Kaybı (Hd) Daha büyük çaplı bir borudan daha küçük çaplı bir boruya geçildiğinde, daralma sonucu hız artar ve yük kaybı oluşur. Daralma ani ve orantılı olarak iki şekilde görülür. Ani Daralma Kaybı Yük Kaybı Akım çizgilerinin eğri şeklini alması ile merkezkaç etki oluşmakta ve su boru çeperine boru eksenindekinden fazla basınç yapmaktadır. Bunun sonucu basınç fazlalaşması olarak göze çarpar. Noktalı çizgi merkezdeki basınç değişimidir. H d = kd ( V 2 / 2g ) kd = ani daralma yük kaybı. (D 1 /D 2 ) oranına bağlıdır.

19 D 2 /D 1 0.00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0 kd0.50.450.420.390.360.330.280.220150.060.0

20 Orantılı (Düzgün) Daralma Yük Kaybı Daralmanın şekilde ki gibi orantılı olarak yapılışı ile daralmadan sonra da kayıp oluşumu önlenerek sadece daralma kısmında kayıp oluşmaktadır. Bu şekilde bir daralma parçası yardımıyla akımın hız profili olabildiğince bozulmadan korunabilmektedir. Bu kaybın depodan boruya geçişte ki yuvarlatılmış geçiş ile ayni değerde olduğu kabul edilmektedir. Orantılı daralma kayıp katsayısı (k=0.04) alınabilir. Hd = 0,04 ( V 2 / 2g )

21 Genişleme Yük Kaybı (Hx) Daralma parçalarında olduğu gibi borularda zaman zaman genişleme parçaları da kullanılmaktadır. Genişlemenin tanımlanmasında çap oranları kullanılmaktadır. Ani Genişleme Yük Kaybı Yapılan araştırmalar, ayni çaplarda ani genişlemenin ayni çaplarda ani daralmadan daha fazla yük kaybı oluşturduğunu göstermiştir. Hx = (V 2 - V 1 ) 2 /2g V2 = Dar çaplı borudaki hız. V1 = Genişlemiş borudaki hızdır. Orantılı Genişleme Yük Kaybı Hx = kx[ (V 1 - V 2 ) 2 /2g] kx = Düzgün genişleme kayıp katsayısı genişleme açısı (  )'ya bağlıdır.

22  D 1 /D 2 66 10  20  30  40  50  60  1.20.020.040.160.250.310.350.37 1.40.030.060.230.360.440.500.53 1.60.040.070.260.420.510.570.61 1.80.040.070.280.440.540.610.65 2.00.040.070.290.460.560.630.68 2.50.040.080.300.480.580.650.70 3.00.040.080.310.480.590.660.71

23 Dirsek ve Bükülmelerde Oluşan Kayıplar Dirsek ve bükülmeler boru hatlarında yön değiştirme için kullanılır. Özellikle toprak yüzeyinden giden boru hatlarında, çoğu zaman birçok defa yön değiştirme zorunluluğu oluşur. Dirsek ve bükümlerde çap değişimi olmamasına karşın akış yönünün değişime uğraması sonucu borunun, bükümün dış tarafındaki yüzeyinde basınç artışına neden olduğu görülür. kayıp, bükümün ayrıca kavisli veya keskin köşeli oluşuna göre de değişmektedir. Kavisli bükülmelerde (k) katsayısı aşağıdaki eşitlikle hesaplanır. k = 0,13 + 0,16 (D/R) 3,5 D = Boru çapı (m) R = Büküm yarıçapı (m)

24 Keskin kenarlı bükülmeler için (  < 90  ) için (k) katsayısı eşitliği. k = Sin2 (  /2) + 2 Sin4 (  /2)  = Büküm açısı(  ) Eğer (90  <  <180  ) bağıntısı varsa, k = (1 - 2 Cos  )

25

26 Boru Anma Çapı (mm) Dirsek Tipi 80100125150175200250 90  flanşlı normal 0.340.310.300.280.270.260.25 90  flanş deve boynu dirsek 0.250.220.200.180.170.150.14 45  flanş deve boynu dirsek 0.190.18 0.17 0.16 90  boru vidalı normal dirsek 0.800.70----- 90  boru vidalı deve boynu dirsek 0.300.23----- 45  boru vidalı deve boynu dirsek 0.300.28-----

27

28

29

30 ‘T’ Parçaları ve Boru Kollarında Oluşan Kayıplar ‘T’ parçaları, boru hatlarından yan akımlar almak için kullanılır. Boru hatlarından ayrılan kollar bazen aynı çaplı olmakla beraber genellikle daha küçük çaplı olular. Kolların ana hat ile yapmış olduğu açı standart dirseklerde 90  olmasına karşın farlı açılarda da üretilebilmektedir.

31 Boru Anma Çapı (mm) ‘T’ Parçası Tipi80100125150175200250 Flanşlı, ana hat akımı0.160.140.130.120.110.100.09 Flanşlı, kol akımı0.730.680.650.600.580.560.52 Boru vid, anahat akımı0.90 ----- Boru vidalı kol akımı1.201.10-----

32 Vana, Klape ve Süzgeçlerde Oluşan Kayıplar Boru hatlarında vanalar, akım miktarını düzenlemek veya hattı açmak ve kapamak için kullanılır. Klapeler ise, akımı tek yönlü olarak düzenlerler. Geri tepme klapesi ve dip klapesi pompaj tesislerinde en çok rastlanan klape tipleridir. Süzgeç ise emme borusu ucunda dip klapesi ile birlikte kullanılır.

33 Boru Anma Çapı (mm) Tipi80100125150175200250 Flanşlı, tablalı vana7.06.36.05.85.75.65.5 Boru vida, tablalı vana6.05.7----- Flanşlı,sürgülü vana0.210.160.130.110.090.0750.06 Boru vida, sürgülü vana0.140.12----- Flanş geritepme klapesiBütün Çaplar İçin 2.0 Boru vd. geritep. klape.2.12.0----- Dip kalpesiBütün Çaplar İçin 0.8 Süzgeç (sepet tipi)1.251.050.950.850.800.750.67

34 Geri tepme valfı

35 Dip Klapesi ve süzgeç

36 POMPAJ HATLARINDA BORULAR VE BORU ARA PARÇALARI Boru Tipleri Sulama pompaj tesislerinde kullanılan borular aşağıdaki gibi sınıflandırılabilir 1- Dökme demir borular, 2- Çelik borular, 3- Asbestli çimento borular, 4- Beton borular 5- Plastik borular, 6- Alüminyum borular.

37 Döküm Borular Döküm borular, kır döküm malzemeden savurma (santrifüj) veya düşey döküm yolu ile kalıplarda şekillendirilir. Döküm boruların mekanik dayanımı, çelik borulara kıyasla daha az olmakla beraber iç ve dış korozyona daha dayanıklıdırlar. Döküm borular özellikle boru hattı döşendikten sonra bakım ve tamir olanakları kısıtlı olan koşullarda (örneğin yeraltı tesisatı gibi) uzun ömürlü olmalarından dolayı tercih edilir. Döküm borular "TS14-Kır Döküm Basınçlı Borular ve Boru Özel Parçaları" adı altında Türk Standardları Enstitüsü tarafından standartlaştırılmıştır.

38 Döküm Borularda Birleştirme şekilleri

39

40 Çelik Borular Çelik borular, dikişli (kaynaklı) veya dikişsiz olarak yapılırlar. Dikişli borular, çelik saç veya bantların kıvrılarak silindirik şekle getirildikten sonra ağızların kaynakla birleştirilmesi ile yapılır. Bantlar spiral biçiminde sarılarak da kaynak edilebilir. Dikişsiz borular çekme veya presleme yolu ile yapılır. Çelik borular, spiral borular hariç, korozyona karşı gerektiğinde galvanizlenebilir. Çelik boruların özellikleri TS 301, TS 346, TS 416 ve TS 1997 sayılı Türk standartları ile belirlenmiştir. boruların yapımında çekme dayanımı en az 33 kgf/cm2 olan Fe-33 çeliği, dikişsiz kaliteli borularda en az Fe-35 ve dikişli kaliteli borularda ise en az Fe-37 çeliği kullanılır. Vidalı boruların iki ucunda, özel Whitworth boru vidası açılmıştır. Boru boyları 4 m ve 8 m arasında değişebilmekle beraber, standart boru boyu 6 m dir. Fakat 8, 12 veya 16 m uzunlukta da yapılabilmektedir. Standart deney basıncı vidalı çelik borularda 50 kgf/cm 2 dir.

41

42

43

44 Asbestli Çimento Borular Asbestli çimento borular ilk defa 1913 yılında İtalya'da imal edilmiştir. Bu boruların korozyona dayanıklılığı, yüksek dayanım özelliği ve iç yüzeylerinin az pürüzlü olması nedeni ile sürtünme dirençlerinin küçük bulunması, özellikle su iletiminde geniş uygulama alanı bulunmasına yol açmıştır. Asbestli çimento boruların, özellikleri TS-102 sayılı Türk Standardında verilmiştir. Asbestli çimento boruların yapımında kullanılan asbest, lifler halinde bulunur ve boruya yüksek kimyasal ve fiziksel dayanım özelliklerini verir. Çimento olarak yüksek kaliteli portland çimentosu kullanılır. Son yıllarda asbestin kanser yapıcı özeliği kesin olarak kanıtlanmıştır. Bu nedenle birçok ülkede içme suyu şebekelerinde kullanımı yasaklanmıştır.

45

46 Beton Borular Beton borular, 200-4500 mm anma çapında muflu olarak imal edilir, Boruların işletme basıncı, proje şartlarına bağlı olarak 40 kgf/cm2 ye kadar yükselebilir. Beton boruların metalik malzemeden yapılan borulara kıyasla bazı üstünlükleri vardır. Bu tip borular, korozyon ve kimyasal etkilere karşı dayanıklıdır, korozyona karşı katodik koruma gerekmez. Beton boru hatlarının diğer boru hatlarına kıyasla ömrü daha uzundur, birim boy için fiyatları, özellikle döküm ve çelik borulardan daha ucuzdur. Beton borularda borunun çatısı, ön gerilim telleri tarafından meydana getirilir. Boru çelik kalıplarda şekillendirilir. Kalıp düşey durumda tutulur ve vibrasyonla hareket ederken içine beton dökülür. Bu metot yerine şimdi, yatay durumda belli hızla dönen kalıplar kullanılmaktadır. Yatay kalıplarda beton santrifüj kuvvet etkisiyle sıkıştırılmaktadır

47

48 Plastik Borular Hemen hemen bütün plastik malzemeler boru halinde şekillendirilebilir. Plastik malzemeler için de en fazla kullanılanlar termoplastik gruptaki polyvinylcholoride (PVC) polyethylene (PE) (PVC) borular ilk olara 1923 yılında Almanya'da imal edilmiş, 1951 den sonra Amerika Birleşik Devletlerinde de yayılmıştırPE boruları ise 1942 de Avrupa ve 1974 de Amerika'da kullanılmaya başlanmıştır. (PVC) borular sert yapıda, korozyona ve sıcaklığa dayanıklıdır. Güneş ışınlarına dayanıksızdır. Yapıştırlabilir. (PE) borular ise sıcaklıkta yumuşar, bu nedenle 30  o C ye kadar sıcaklıktaki sıvıların iletilmesi için uygundur. Güneş ışınlarına dayanıklıdır. Yapıştırlamazlar. Plastik borular dikişsiz ve çekme suretiyle imal edilirler. (PVC) boruların ekleme parçaları enjeksiyon döküm yolu ile yapılır.

49

50

51

52 Alüminyum Borular Alüminyum borular özellikle yağmurlama sulamanın gelişmesi ile tarımda önem kazanmıştır. Alüminyum borular, çekme veya dikişli olarak imal edilir. Boruların hafif olması tarlada taşınması için en başta gelen üstünlüktür. Bütün çekme borularda olduğu gibi alüminyum boralar da iç yüzey pürüzlülüğü sıfıra yakındır. Bu nedenle boru içinde kabuklanma meydana gelmez. Ayrıca alüminyum, korozyona karşı da dayanıklıdır. Alüminyum borular darbe ve eğilmeye karşı dayanıklıdır, fakat borunun ucu kolayca zedelenebilir. Bunu önlemek için borunun düz ucu özel şekilde kalınlaştırılır. Ayrıca, boru ucu bir miktar daraltılarak bağlantı mufuna kolayca geçmesi de sağlanır

53

54 Boru Hattı Yardımcı Parçaları ve Özellikleri Boru hatlarında düz boruların dışında su akımını düzenlemek, akımı yönlendirmek, boruları birbirine bağlamak ve boru hattını araziye uydurmak gibi amaçlarla çeşitli yardımcı parçalar kullanılır. Flenşler Özellikle çelik boruların birbirine ve vana, dirsek gibi yardımcı parçalara bağlanması için kullanılır. Santrifüj pompalarda giriş ve çıkış ağızları genellikle flanşlı yapılır. Bu nedenle flanşların kullanılması çelik boru bağlantılarında çoğunlukla tercih edilmektedir. Flanşlı iki eleman arasına halka biçiminde düzlem conta konulur ve flanş deliklerinden cıvatalara bağlanır. İki düzgün yüzey arasına sıkışan conta elemanı, bağlantıda sızdırmazlığı sağlar.

55

56 Dirsek Redüksiyon ve ‘T’ Parçaları Boru hatlarında çeşitli yardımcı parçalar kullanılmaktadır. Bazı boru cinsleri için, yardımcı parçalar Standartlaştırılmıştır. Sulama pompaj tesislerinde genellikle kullanılan diğer yardımcı parçalar dirsek, redüksiyon ve T parçalardır. Dirsekler standart olarak 45 o ve 90 o açılı yapılırlar. Küçük çaplı borularda vidalı, büyük çaplı borularda flanşlı olarak yapılırlar.

57

58 Vanalar Pompaj boru hatlarında kullanılan vanaların görevi, boru içinde su akımını denetlemek ve yönlendirmektir. Basma borularında pompa durduğu zaman suyun geri doğru hareketi, geri tepme klapesi ile önlenir. Emme borusunda ise suyun boşalmasını önlemek ve boruyu daima dolu tutabilmek için bu ucunda tek yönlü bir klape (çek valf) kullanılır.

59

60 Geri Tepme Klapeleri ve Süzgeçler Geri tepme klapelerinin görevi; akışkanın geri akmasını otomatik olarak önlemektir. Kapama kuvveti klapenin ön ve arkasındaki basınç farkına ve kapama hızı akışkanın geri akma hızına bağlıdır.

61

62