Pascal Prensibi Ile Çalişan Araçlar

PASCAL PRENSİBİ İLE ÇALIŞAN ARAÇLAR

Paskal kanunu Hidrolik frenler

Kapalı bir sıvıya iletilen basınç buradan her yöne eşit olarak dağılır. Paskal kanununu pratikteki tatbikatı hidrolik frenlerde görülmektedir. Şimdi bir hidrolik fren sistemi nasıl çalışmaktadır. Fren pedalının aşağı doğru basılmasıyla merkez pompasındaki piston ve bununla beraber hapsedilen fren sıvısı, tekerler silindirdeki pistonların geri çekme yay kuvvetini yenip fren tanburuna yaslanıncaya kadar iletilir. Ayak kuvvetinin daha da arttırılması aynı şekilde merkez pompasından gönderilen hidrolik basınç artmasını ve böylece bütün tekerleklerin aynı zamanda frenlenmesini sağlar. Ayak kuvvetinin kaldırılmasıyla geri çekme yayları fren pabuçlarını ve tekerlek pistonlarını başlangıç durumuna geri getirmekte, böylece fren sıvısı merkez pompasına geriye basılmaktadır. Hidrolik Fren Sistemleri Mekanik çubuklar veya kablolar yerine kullanılan hidrolik veya bir sıvı ile iletilen basınç frenlere tesir eder.
PASCAL YASASI

Akışkanlar mekaniğinde kapalı bir kapta hareketsiz haldeki akışkan (gaz ya da sıvı ) herhangi bir noktasındaki basınç değişiminin, değerinde bir azalma olmaksızın akışkanın her yanına ve kabın çeperine iletildiğini ifade eden yasadır. Adını ilk kez bu yasayı ortaya koyan bilim adamı Blasie Pascal’dan alır.
Basınç kuvvetin, etkilediği yüzeyin alanına oranı ile ifade edilir. Bir hidrolik sisteminde bir pistona etki eden basınç, Pascal yasası uyarınca sistemdeki başka bir pistondaki basıncın aynı miktarda artmasına yol açar. İkinci pistonun alanı birincinin 10 katı ise üzerindeki basınç aynı olduğu halde bu pistona etki eden kuvvet bir pistonluk kuvvetin 10 katı olur.
Pascal hareketsiz haldeki bir akışkanın bir noktasındaki basıncın her doğrultuda aynı olduğunu da bulmuştur. Belirli bir noktadan geçen düzlemler üzerindeki basınç birbirine eşitttir. Bu olguda Pascal yasası olarak bilinir.

SU CENDERESİ

Yüklü bir akümülatör, bir tulumba veya bir kompresör yardımıyla bir akışkanı sıkıştırarak basınç elde eden ve sıvıların basınç iletme özelliğinden yararlanılarak yapılan araçlara “su cenderesi “ denir. (hidrolik cendere de denir)
Su cenderesi; kesit alanları farklı ve basınca dayanıklı iki borunun tabanlarının birleştirmesiyle oluşan bir bileşik kaptır.
Kuvvet kazancı ve iş kolaylığı sağlar. Küçük kes**li silindire bir kuvvet uygulandığında, bu silindirde basınç basınç oluşur:
P1= F2: A1 olur. Sıvılar kendilerine yapılan basıncı her doğrultuda olmak üzere aynen ilettiğinden bu basınç büyük pistonun alt yüzeyünde de ulaşır. Büyük pistondaki basınç:
P2=F2:A2 olur.
P1=P2 ise F1 : A1 = F2 : A2 ise F1.A2=F2.A1
Pistonun kesit alanları ayarlanarak istenilen büyüklükte kuvvet elde edilir. Pistonların konumları ayarlanarak istenilen yönde ve doğrulta kuvvet elde edilir. Küçük kesite uygulanan F1kuvveti ile büyük kesitli piston üzerine oturtulan G ağırlığı kaldırılır veya sıkıştırılır. G ağırlığını kaldıran F2 kuvveti en az ağırlığa eşit olacağından:
F1 : A1= G: A2 bağıntısı kullanılır.

ÖRNEK-1
Bir su cenderesinde küçük pistonun kesiti 25 cm2, büyük pistonun kesiti 250 cm2’dir. Küçük pistona 50 N’luk bir kuvvet uygulanırsa kaç N’luk yük kaldırabilir?
A-100 B-250 C-500 D-1000





VERİLENLER
A1=25
A2=250
F1=50N
G=?
ÇÖZÜM: F1: A1= F2 : A2 25:50=G:250 G=500N

CEVAP:C

Su Cenderesinin Kullanıldığı Yerler

Pamuk, ot , saman gibi maddeleri balya yapmak
Kağıt sıkıştırmak
Zeytin, pamuk gibi bitkilerin tohumlarından yağ çıkartmak
Üzüm sıkmak
Çelik vb metalleri bükmek
Ağır yükleri kaldırmak
Salça fabrikasında domates sıkmak
Otomobil frenleri yapmak
Meyve suyu fabrikalarında meyve sıkmak

Örneğin su gibi bir sıvının, kapalı bir hacimde iken üzerindeki basınç arttırıldığında, hacmi gözardı edilebilecek kadar az değişir ve böyle akışkanların ‘sıkıştırılamaz’ olduğu söylenir. Paskal yasası; durağan (‘statik’) haldeki sıkıştırılamaz bir akışkanın eş yükseklikteki noktalarında basıncın aynı olduğunu, farklı yüksekliklerdeki iki noktası arasında ise, yükseklik farkına eşdeğer akışkan sütununun ağırlığı kadar fark olduğunu söyler. Bu aslında, yakından tanışık olduğumuz bir ilke: Bir kabın içindeki durağan suyun aynı derinlikteki noktalarında basınç aynı, aralarında Δh yükseklik farkı bulunan iki noktası arasındaki basınç farkı ise Δp=ρgΔh kadardır. Burada ρ, suyun kütle yoğunluğu. Paskal yasası bu haliyle pek ilginç görünmüyor. Fakat, yol açtığı ilginç bir sonuç var: Kapalı bir kaptaki sıkıştırılamaz bir akışkana, herhangi bir noktasında uygulanan basınç artışının, akışkanın tüm diğer noktalarına aynen yansıması, aktarılması gerekiyor. Örneğin diş macunu tüpünü alt tarafından sıktığımızda, tüpün ucundan macun, bu ilkenin gereği olarak çıkıyor. Çok daha önemli uygulamaları da var.

Örneğin üstteki şekilde görüldüğü gibi, içi sıkıştırılamaz bir akışkanla dolu bir kabın, A1 < A2 yüzey alanlarına sahip iki çıkışının birer pistonla kapatılmış olduğunu varsayalım. Yüzey alanı dar olan pistona, aşağıya doğru bir F1 kuvveti uyguladığımızda, pistonun hemen altındaki basınç p1=F1/A1 olacak ve bu basınç, diğer pistonun alt yüzeyine aynen yansıyacaktır. Dolayısıyla, ikinci pistonun üzerinde, yukarıya doğru bir F2=p2A2=p1A2= (F1/A1)A2=F1.(A2/A1) kuvveti oluşur. Yani, birinci pistona uygulanan F1 kuvveti, A2/A1 faktörüyle arttırılmış olur. Pistonların yüzey alanlarını uygun büyüklükte seçtiğimiz takdirde, küçük pistonun üzerine ayağımızla basmak suretiyle, büyük pistonun üzerindeki bir arabayı kaldırmamız mümkündür. Oto servis istasyonlarındaki hidrolik kaldıraçlar bu ilkeye göre çalışır. Keza; otomobil frenleri, dozerler ve kepçeler, damperli kamyonlar, benzer şekilde çalışan hidrolik pompalar kullanır. Gerçi uygulanan F1 kuvveti, k=A2/A1 çarpanıyla katlanmaktadır. Ama enerjinin korunumu gereği; F1 kuvveti ne kadar iş yaparsa, F2 kuvveti de ancak o kadar iş yapabilir. Yani: F1.d1=F2.d2 veya d1=d2.(F2/F1)=d2.(A2/A1) olmak zorundadır. Sonuç olarak, daha büyük olan F2 kuvvetini h kadar hareket ettirmek için, küçük olan F1 kuvvetini bunun k misli, k.h kadar hareket ettirmek gerekir.


İlke o kadar güçlü ki, içi su dolu kalın bir varilin üstüne ince uzun bir boru saplayıp, borunun içine az bir miktar su koyarak varili patlatabilirsiniz: Az miktardaki su, yeterince ince bir boruda gerektiği kadar yükselebilir ve borunun fıçıya girişindeki basınç artışı ρgΔh, fıçının iç yüzeyinin her tarafına aktarılır da ondan...
Dönel (Yoğurmalı) Presler:
Superpave Metodunda kullanılan temel alet yoğurmalı prestir. Bu presler zaman içinde gelişerek bugünkü kullanım şeklini almıştır.
Yoğurmalı preslerin tarihçesi
Bugün kullanımda olan yoğurmalı preslerin ilk uygulaması Teksas’da geliştirilmiştir. Şimdiye kadar kullanılmakta olan üç genel tipte yoğurmalı pres vardır.
Teksas yoğurmalı presi
Yoğurmalı pres, Teksas Ulaştırma Bölümü tarafından bulunan bir yöntemle 1930’lardan beri asfalt karışım tasarımında kullanılmaktadır. İç çapı 4 inç (10.16 cm) olan bir kalıp, iki paralel plaka arasına yerleştirilir. Plakalar, alt ve üstten çapraz köşelerle bağlanırken, kalıbı yaklaşık olarak 6 derece yana yatırmaya izin verecek şekilde tasarım edilmiştir. 50 psi’lik (3.52 kg/cm2) bir basınç numuneye uygulayacak şekilde hidrolik kriko itilir. Açı uygulanmadan önce basınç 50 psi’dir. Açı uygulandığı zaman başlangıçta basınç artar. Üç devirden sonra basınç azalır. Son noktaya ulaşıncaya kadar üçlü dönme periyotlarına devam edilir. Hidrolik krikonun tam basıncıyla son noktaya 150 psi’lik basınçla ulaşılır. Son noktadaki basınç, 2500 psi oluncaya kadar sıkıştırma işlemi devam eder.
1950’lerin sonu ile 1960’ların başında mekanik bir pres öncekine benzetilerek geliştirildi. Teksas karışım dizayn metodunda bugün bu pres kullanılmaktadır [4].
Mühendislik Heyeti yoğurmalı presi
II. Dünya savaşı sırasında Mühendislik Heyeti, sivil amaçlar için askeri teknolojinin kullanılmasına gerek duymuştur. Missisipi Ulaştırma Bölümü tarafından, uçak pisti yapımı için geliştirilen Marshall metodu daha sonra sivil karayolu üzerinde de kullanılmaya başlanmıştır.
Aynı zamanlarda başka bir çalışma, yoğurmalı pres işlemi için de başlamıştır. Yoğurmalı test makinesi sıkıştırma işlemi sırasındaki basınçları ölçmek için dizayn edilmiştir. Açı Teksas metodundaki üç nokta yerine, iki nokta üzerine uygulanır. Kalıbın her tarafındaki açı sabittir. Sıkıştırma sırasında açıdaki değişimle, karışımın performans-deformasyon ilişkisi kurulmuştur [4].

(Fransız) yoğurmalı presi
1950’li yılların sonunda karşılıklı bir değişim programı sırasında yoğurmalı pres fikri Fransa’da başladı. Yoğurma mekanizması için geniş çalışmalar yapıldı.
LCPC aletinde, dakikada 6 devirlik bir hızla dönen, 1 derece eğimli kalıp içindeki numuneye düşey olarak sabit bir basınç uygulanmıştır. Fransız yoğurmalı presi bu çalışma prensibine dayanmaktadır. Fransız sisteminde arazideki standart sıkıştırma durumu, silindir geçişi olarak belirlenir. Laboratuarda sıkıştırma sırasında kullanılan dönme sayıları artan kalınlıkla ilgilidir. Kalınlıkların artmasıyla dönme sayıları arttırılarak, yol üzerindeki sıkıştırmanın temsili daha kolay olmaktadır. Karışım tasarımındaki arttırılan kalınlık, dönmenin arttırılmasıyla denkleştirilir. En son değer, yol üzerindeki sıkıştırılabilirlik sabitidir [4].
Superpave yoğurmalı presi
Modern anlamda Superpave yoğurmalı presleri, NCHRP 9-5 çalışma programı esaslıdır. Yoğurmalı pres tasarımı sırasında malzeme özelliği parametrelerinin presten alınması öngörülmemiştir. SHRP’nın temel konusu, performans tahmininde kullanılabilecek geçerli malzeme özellikleri ve ölçüm test metodlarını geliştirmektir. Yoğunluk durumunu değerlendirme, arzu edilen bir karakteristik olarak seçilmiştir. Sabit açı ve sabit düşey basınç dikkate alınmıştır. Yapılan uzun çalışmalardan sonra 1 derecelik açının yoğunluk için yeterli olmadığı görülmüştür. Neticede Superpave Karışım Tasarım metodu için 1.25 derecelik açı dikkate alınmıştır [4].
FÜBAP desteğinde yaptırılan yoğurmalı pres
Dünyadaki gelişmelere paralel olarak ülkemizde de Superpave Metodu, dolayısı ile de yoğurmalı pres hakkında çalışmalara başlanması gerekmektedir. Fakat yoğurmalı presin yurt dışından alınması yaklaşık olarak 30 bin dolar maliyet getirmektedir. Bu büyük maliyet nedeniyle yoğurmalı presin mekanik kısmının ülkemizde yapılması yoluna gidilmiştir. Bu amaca yönelik olarak ülkemizde ilk defa bu çalışma başlamıştır.
Sınırlı yazılı literatür ve internet bilgilerinden, Elazığ’daki sanayi imkanlarının elverdiği ölçüde ve Fırat Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Birimi (FÜBAP)’tan maddi destek alınarak bu pres yapılmıştır.
İmal edilen presin belli başlı birkaç özelliği mevcuttur. Bunlar; standardın öngördüğü basınç, dönme işlemi ve açı tatbikinden ibarettir. Yoğurmalı preste; 150 mm iç çapında, 200 mm yüksekliğinde kalıplar, dakikada 30 devir yapmayı sağlayan motor düzeneği, sıkıştırma esnasında sabit kalacak şekilde 600 kPa (6 kg/cm2) basınç uygulayan hidrolik sistem ve yatayda 1.25 derecelik açı uygulayacak düzenek mevcuttur. Bunları yerine getirmek için 150 ve 220 kWatt’lık iki motor monte edilmiştir. Sıkıştırma esnasında basıncı gösteren 40 bar göstergeli bir manometre de prese takılmıştır. Superpave karışım tasarım metodunun amaçlarından birisi yoğurma esnasında karışımın yoğunluk bilgilerini elde etmektir. Bunun için her devirde sıkışma miktarını yani numune boyunu ölçebilecek bir düzeneğe ihtiyaç vardır. Bunu yerine getirmek için pres üzerinde bir ölçüm sistemi geliştirilmiştir. Şekil 2.1-2-3-4’de, imal edilen presin yapım aşamaları verilmiştir.
Sıvılı BAROMETRE
Açık hava basıncınıölçmek için kullanılan aletlere denir. Barometrelerin cıvalı, metal, sifonlu çeşitleri vardır. En hassas olan sivili barometreler olup bu barometreler kullanılır.

manometre
Bir balonun şişirdiğimizde balondaki hava molekülleri her yönde uçarak balonun çeperlerine çarparlar. Çarpma etkisiyle balona basınç uygularlar. Kapalı kapta gaz basıncınıölçmek için kap U borusu ile birleştirilir. U borusuna özkütlesi bilinen sıvı konur. Musluk açılırsa gaz basıncı sıvı basıncı ile dengelenir. Biz de gaz basıncını öğrenmiş oluruz. Kapalı kaplardaki gazbasıncını ölçen araçlara manometre denir.
Kapalı kaplardaki gaz basıncınıölçmek için açık manometre kullanıldığında farklı durum karşımızıçıkar