Pnömatik İçin Temel Fizik
Kuvvet
SI standartlarına göre kuvvet birimi Newton (N) dır. 1 Newton, 1 kg kütleye 1 saniyede 1 m/s lik ivme verebilen kuvvettir.
N = 1 Kg. m/ s2
Newton kanununa göre: Kuvvet = Kütle . İvme
F = m . a
Basınç
Pnömatik için en önemli birimlerden biri olan basınç, birim yüzeye düşen kuvvettir.
Basınç birimi ( P ) bar’dır.
Basınç = Kuvvet / Alan
P = F / A
P = basınç
F = kuvvet
A = alan
Uluslararası birim standardına göre (SI) kuvvet birimi Newton (N), uzunluk birimi ise Metre’dir (m). Buna göre alan birimi (m2) dir. Basınç, kuvvetin alana oranı olarak tanımlandığına göre basınç birimi; N/m2 dir. 1 N/m2 = 1 Pascal’dır ve kısaca Pa sembolü ile gösterilir.
Pnömatikte basınç birimi olarak “bar” kullanılır. Bu nedenle gerekli yerlerde birimlerin birbirlerine dönüştürülmeleri doğru yapılmalıdır.
1 bar = 100000 Pa
1 bar = 10N/cm2
1 bar = 1 kg/cm2
Örnek Soru:
Taban alanı 0,5 m2 ve ağırlığı 10 kg olan katı cismin uyguladığı basıncı hesaplayınız.
Verilenler:
m= 10 kg
A= 0,5 m2
İstenenler :
P= ?
Çözüm:
F= m . a = 10 . 10 = 100 N
P = F/A = 100 / 0,5
= 200 N/m2
Pnömatikte Kullanılan Kanunlar
Pascal Kanunu
Pascal kanunu şunu ifade eder: Kapalı bir kapta sıkıştırılmış sıvı kabın her yüzeyine aynı basıncı uygular
Resimdeki sistemde Pascal kanunu, basıncın giriş ve çıkış kısmında aynı olduğunu söyler.
Basıncı P= F/A formülüyle bulduğumuza göre;
P = F1 /A1 = F2 / A2
şeklinde yazmak doğru olur. Dolayısıyla, basınç hep aynı olduğuna göre, birinci kısımla ikinci kısımdaki kesit alanını farklı uygularsak, iletilen kuvvette farklı olacaktır.
Boyle Mariotte Kanunu
Sıkıştırıldıkça hacmi azalan gazların basıncı ve sıcaklığı artar. Hava, sıcaklığı sabit kalacak şekilde sıkıştırılırsa, sıkıştırılmadan önceki hacmi ve basıncının çarpımı, sıkıştırıldıktan sonraki hacmi ve basıncının çarpımına eşittir.
Basınç ile hacim arasında ters orantı vardır. Aşağıdaki eşitliğe göre sıcaklık sabit tutulduğunda hava basıncı sıkıştırma oranına bağlı olarak artar.
Örneğin: Hava iki kat sıkıştırılacak olursa mutlak basıncı iki kat oranında artacaktır.
Örnek Soru:
Atmosfer basıncında, serbest haldeki havanın hacmi 1 lt’ dir. Sıcaklığı sabit tutularak hacmi 0,5 lt’ye düşürülecek olursa basıncı ne olur?
Verilenler:
P1= 1 atm
V1= 1 lt
V2= 0,5 lt
İstenen
P2 = ?
Çözüm:
P1 . V1 = P2 . V2 →
1 x 1 = P2 x 0,5
P2 = 2 atm
Gay Lussac Yasası
1 – Sabit Basınç Altında Genleşme
Gazlar, basıncı sabit kalmak şartıyla; eşit değerlerde ısıtılınca, eşit miktarlarda genleşir. Hacim ve sıcaklık arasında doğru orantı vardır.
Örnek:
Belirli bir basınçtaki gazın sıcaklığı 10oC, hacmi ise 1 lt’ dir. Gazın basıncı sabit kalmak koşuluyla sıcaklığı 40oC’ ye yükseltilecek olursa hacmi ne olur?
Çözüm:
T1= 10oC = 273 + 10 = 283 K T2= 40oC = 273 + 40 = 313 K
V1 / V2 = T1 / T2
1 x 313 = 283 x V2
V2 = 1, 106 lt
2 – Sabit Hacim Altında Genleşme
Bir gazın ilk sıcaklığı, basıncı ve cinsi ne olursa olsun, sabit hacim altında belli miktarlar kadar ısıtılırsa, basıncı eşit miktarda artar. Basınç ile sıcaklık arasında doğru orantı vardır.
Örnek Soru:
Açık havada bekletilen hava kazanının içindeki havanın sıcaklığı gece ölçülmüş ve sıcaklığı T1= 10oC, basıncı P1= 4 Bar bulunmuştur. Kazan içindeki havanın sıcaklığı gündüz saatlerinde T2= 50oC’ ye kadar çıkmaktadır. Bu sıcaklıktaki basınç değerini (P2) hesaplayınız.
Çözüm:
T1= 10oC = 273 + 10 = 283 K T2= 50oC = 273 + 50 = 323 K
p1 / p2 = T1 / T2
p1 . T2 = T1 . p2
4 x 323 = 283 x p2
p2 =4,56 Bar
Genel Gaz Denklemi
Isı transferinin olmadığı bir ortamda herhangi bir gazı sıkıştıracak olursak (hacmini düşürürsek); sıcaklık değeri basınçla birlikte artacaktır.
Örnek Soru:
Atmosfer basıncındaki serbest haldeki havanın hacmi 10 lt, sıcaklığı 10oC’ dir. Hava sıkıştırılarak hacmi iki lt’ye düşürülmektedir. Sıcaklığı ise 50oC olmaktadır. Sıkıştırılan havanın basıncını hesaplayınız.
Verilenler:
T1= 10oC = 273 + 10 = 283 K
T2= 50oC = 273 + 50 = 323 K
V1= 10 lt = 0,010 m3
V2= 2 lt = 0,002 m3
P1= 1 atm = 1,013 bar
Çözüm:
P1 . V1 / T1 = P2 . V2 / T2
1,013 . 0,010 /283
P2 . 0,002 / 323
P2 = 5,78 bar sonuç mutlak basıncı vermektedir. Gösterge basıncı 5,78 – 1,013= 4, 767 bar olur.
Sıkıştırılmış Havanın Debisi
Belirli bir kesitten akan akışkanın debisi, kesitin büyüklüğü ve akış hızına bağlı olarak değişir (Q=A.V). Kesitte değişme olmadığı müddetçe boru içinden akan havanın hızı aynıdır. Kesit alanı büyüdükçe akış hızı azalır, kesit alanı küçüldükçe akış hızı artar. Özet olarak: Hava, küçük kesitlerde daha hızlı akar diyebiliriz.
Örnek:
Küçük çaplı kesiti 10 cm2 olan bir boru içinden geçen havanın hızı 4,2 m/s’ dir. Boru kesiti 25 cm2 ye büyütüldüğünde hava hızı ne olur?
Verilenler:
A1= 10 cm2
V1= 4,2 m/s = 420 cm/s
A2= 25 cm2
Çözüm:
A1 . V1 = A2 . V2
10 . 420 = 25 . V2
V2 = 4200/25
V2 = 168 cm/s = 1,68 m/s