UYGULAMA 5 DAİRESEL ARAKESİTLİ BORULARDA AKIŞ - PDF
Download "UYGULAMA 5 DAİRESEL ARAKESİTLİ BORULARDA AKIŞ"
1 AMAÇLAR: UYGULAMA 5 DAİRESEL ARAKESİTLİ BORULARDA AKIŞ 1. Bir borulama sistemindeki farklı boru elemanlarının performanslarını irdelemek. Düz boru parçaları ve borulama elamanlarında basınç düşmesini ölçerek akış hızına bağlamak 3. Reynolds sayısı ile sürtünme katsayısı arasındaki ilişkiyi irdelemek 4. Küre ve kapı vanalardan geçen akışkanın debisinin hız cinsinden erke kayıplarının karşılaştırmak 5. Deneysel sonuçlarla literatürde verilen mühendislik bağıntılarından hesaplanan değerleri karşılaştırmak MATERYAL: 1. Boru hattı sistemi (A mm çapında düz boru, B keskin dirsek, C eğrisel dirsek, D. kapı vana E: Ani genişleme (13.7 mm/6.4 mm) F: ani daralma ((6.4 mm/1.7 mm), G:Eğrisel 90 0 dirsek (çap =5 mm), H:Eğrisel 90 0 dirsek (çap=10. mm), J:Eğrisel 90 0 dirsek (çap=15. mm), K: Küresel vana, L: 6.4 mm çapında düz boru Koyu mavi hat: kapı vana, standart dirsek, keskin dirsek, düz boru parçası Açık mavi: hat: Küresel vana, ani genişleme, ani daralma, 90 0 yumuşak dönüş (çap =15.4 mm), 90 0 yumuşak dönüş (çap=101.6 mm), standart 90 0 dirsek (çap=1.7 mm) KURAMSAL BİLGİLER: 1. Boru hatları ve boru elemanlarında basınç düşmesi Dairesel arakesitli borularda basınç düşmesi Hagen-Poiseuille denklemiyle verilir. Hagen Poiseullie denklemi basınç düşmesinin hız cinsinden erke kaybının - v - kaç eşdeğer yüksekliğe eşit olduğunu gösterir.
2 f=fanning sürtünme katsayısı ρ=akışkanın yoğunluğu L=boru parçasının uzunluğu D=boru parçasının iç çapı v=ortalama hız -ΔP=basınç düşmesi P boru 4 f L D v Bir boru hattı üstündeki herhangi bir boru elemanı da girişinde boru hattının ortalama hızından yararlandığından yapısına bağlı olarak hız cinsinden erke kaybına uğrar P boru elemanı v Φ boru elemanının yapısı ve türüne göre hız cinsinden ne kadar erke kaybına neden olduğunu gösterir. Farklı boru elemanları için Φ değerleri çeşitli kaynaklarda listelenmiştir. Boru elemanlarındaki kayıpları mekanik erke denkliğinde en pratik biçimde kullanmanın yolu bu kayıpları eşdeğer boru uzunluğu cinsinden yazmaktır. P boru elemanı 4 f Le v D Boru elemanları için Φ değerleri gibi eşdeğer uzunluk,,verileri de çeşitli kaynaklarda listelenmiştir. Eşdeğer boru uzunluğu eğer akışkan aynı ortalama hızda ve boru elemanı yerine düz bir borudan akmış olsaydı boru elamanındaki basınç düşmesini elde etmek için boru elemanıyla aynı çapa sahip kaç metrelik düz borudan akması gerekirdi sorusunun karşılığıdır.. Ani genişleme ve ani daralma Ani genişleme, bir boru parçası bir toplama tankına açılıyorsa veya bir boru parçasından çapı daha geniş bir boru parçasına ani geçiş varsa göz önüne alınır. P anigenişeniş Ani daralma, bir toplama tankı bir boru parçasına açılıyorsa veya bir boru parçasından çapı daha dar bir boru parçasına ani geçiş varsa göz önüne alınır.: 3. Standart dirsekler P K anidaralma ex K v 1 v v Standart dirseklerdeki basınç düşmesi aşağıdaki denklemle verilir: c L e
3 P 4Q v D dirsek K dirsek v D: Dirsek çapı 3. Vanalarda basınç düşmesi Standart dirseklerdeki basınç düşmesi aşağıdaki denklemle verilir: K sabiti farklı vana tipleri için değişir. 4. Piezometrik tüp P vana K vana v P1 Basıncı P olan hava x y P 4. U-borulu manometre y x P P1
4 DENEYSEL UYGULAMA BASAMAKLARI: 1. Küresel vanayı kapatıp, kapı vanayı açarak pompayı çalıştırınız. Koyu mavi hatta akış başlayacaktıt. Sistemin havasını boşalmak için suyun bir süre akmasını sağlayınız 3. Kapı vanayı kapatıp piezometrik tüplerdeki basınç farkının sıfır olduğunu gözlemleyiniz. Sıfır basınç farkı gözlemlenmiyorsa piezometrik tüplerdeki vida sistemlerini ayarlayarak basınç düşmesini sıfırlayınız 5. Aynı işlemleri açık mavi hat için küresel vana için açık mavi hatta tekrarlayınız. Bu işlemler tamamlandığında piezometrik tüplerin kalibrasyonu tamamlanmış olacaktır 7. Küresel vana kapalı, kapı vana tamamen açık pozisyonda koyu mavi hattan maksimum akış hızını sağlayınız 8. Piezometrik tüpler ve U-borulu manometredeki basınç farklarını kaydediniz 9. Tartım bidonunda belirli süre boyunca akan suyu toplayınız 10. Vana açıklığını yarımşar tur kısarak 4 ayrı akış hızı için veri toplayınız 11. Kapı vanayı kapatıp küresel vanayı açarak aynı işlemleri açık mavi hat için tekrarlanız 1. Deneyi tamamlarken sisteme hava kaçmasını önlemek için pompayı durdurmadan önce küresel ve kapı vanaları kapatınız. HESAPLAMALAR: 1. Ölçüm yaptığınız düz boru parçası ve boru elemanları için mekanik erke denkliğinden başlayarak eşdeğer yükseklik cinsinden erke kaybı terimlerini türetiniz. Piezometrik tüp ve U-borulu manometre için kuvvet denkliği kurarak basınç düşmesini su yüksekliğine bağlayan denklemi türetiniz 3. Piezometrik tüplerdeki basınç düşmesi değerlerine karşılık gelen eşdeğer yükseklik değerlerini hesaplayınız 4. U-borulu manometrelerde basınç düşmesi basınç düşmesi değerlerine karşılık gelen eşdeğer yükseklik değerlerini hesaplayınız 5. Düz boru parçalarında basınç düşmesi değerlerine karşılık gelen eşdeğer yükseklik değerlerinden yararlanarak sürtünme katsayısını hesaplayınız a. Düz boru parçaları için debi ile eşdeğer yükseklik arasındaki log-log ilişkinin sabitini istatistatiksel olarak hesaplayınız b. Düz borular için Re sayısına karşı sürtünme katsayısı ilişkisini grafiksel olarak gösteriniz 6. Ani genişleme ve ani daralma için eşdeğer yükseklik değerlerini hesaplayınız a. Ani genişlemede ölçülen eşdeğer yüksekliğe karşı hesaplanan eşdeğer yüksekliği grafiksel olarak gösteriniz b. Ani daralmada ölçülen eşdeğer yüksekliğe karşı hesaplanan eşdeğer yüksekliği grafiksel olarak gösteriniz 7. 5 tane dirsek için hız cinsinden erke kaybı katsayılarını hesaplayarak, katsayının logaritmasına karşı debiyi grafiksel olarak gösteriniz
5 8. Küresel ve kapı vanalar için hız cinsinden erke kaybı katsayılarını hesaplayarak, katsayıya karşı debi ilişkisini grafiksel olarak gösteriniz. BORULAMA SİSTEMİNİN ÖZELLİKLERİ: Borulama sistemi bakır borulardan oluşmuştur Düz boru ve yumuşak dönüşler için iki basınç ölçüm noktası arasındaki uzaklık=0.914 m standart dirsek (çap= 1.7 mm) 3-4 düz boru parçası (çap= 13.7 mm) 5-6 keskin dirsek (çap=0 mm) 7-8 ani genişleme (D=13.7 mm D=6.4 mm) 9-10 ani daralma (D=6.4 mm D=13.7 mm) yumuşak dönüş (çap=15.4 mm) yumuşak dönüş (çap=101.6 mm) yumuşak dönüş (çap=50.8 mm) Hesaplamalarda suyun 0 0 C sıcaklığındaki özellikleri kullanılabilir DENEYSEL VERİLER: Koyu mavi hat: Test Debi (m 3 /s) Piezometrik ölçüm değerleri (mm su) U-borulu manometre ölçüm değerleri (mm Hg) Kapı vana 1.5x x x x Açık mavi hat: T es t Debi (m 3 /s) Piezometrik ölçüm değerleri (mm su) U-borulu manometre ölçüm değerleri (mm Hg) Küresel vana 1.5x x x x KAYNAKÇA: 1. Geankoplis, C. J. Transport Processes and Unit Operations. John Wiley & Sons, NY.
6 . McCabe, W.L., Smith, J. C., Harriott, P. Unit Operations of Chemical Engineering. McGraw Hill, NY. 3. Coulson, J. M., Richardson, J. F., Backhurst, Harker, J. H. Chemical Engineering, Pergamon Pres, NY 4. Toledo, R.T. Fundamentals of Food Process Engineering, Chapman & Hall, NY. RAPOR DÜZENİ: Bilgisayar çıktısı kabul edilmez. Çizelgeler ve grafikler elle hazırlanıp gerektiğinde milimetrik kağıt kullanılacaktır. Doğrusal analizlerde deneysel noktalardan geçen en uygun doğru regresyon yöntemiyle istatistiksel olarak belirlenerek grafiksel olarak gösterilmelidir. Tümleme işleminin gerekli olduğu durumlarda sayısal tümleme teknikleri kullanılmalıdır. Çizelge ve grafikler numaralandırılmalı, her birinin tanımlayıcı başlığı olmalıdır. Çizelgelerin numarası ve başlığı çizelgenin üstüne yazılmalı, grafiksel gösterimlerin numarası ve başlığı grafiğin altına yazılmalıdır. 1. Baş sayfa:. Özet: a. Deneyin adı ve numarası b. Gruptaki öğrencilerin ad soyad ve öğrenci numaraları c. Danışman öğretim üyesi d. Deneyin yapıldığı tarih ve rapor teslim tarihi a. Bir sayfa ( kelime) b. Deneyin amacı c. Deney düzeneği d. Deneysel koşullar e. Ana sonuçlar 3. Deneysel bölüm: 4. Veriler: a. 1- sayfa b. Deney düzeneğinin çizimi (ölçüm yapılan her boru elemanı için ölçüm noktaları ve ölçüm aygıtı şematik gösterilmeli, fotoğraftaki tüm sistemin şematik gösterimi yapılmalı) c. Hesaplamalarda önem taşıyan bölümlerin tanımlanması 5. Hesaplamalar ve sonuçlar: a. Debilerden bir tanesi için anlatımı ile birlikte hesaplama basamakları gösterilmeli b. Diğer sonuçlar hesaplamalar bölümünde istendiği biçimde çizelge ve grafikler biçiminde sunulmalı c. Deney düzeneği d. Deneysel koşullar e. Ana sonuçlar
7 6. Tartışma: 7. Sonuçlar: a. Raporun en önemli bölümü, 1-3 sayfa b. Verilerden elde edilen hesaplamaların sonuçları c. Elde edilen sonuçların literatürle karşılaştırılması a. Yaptığınız hesaplamalar sonucunda vardığınız ana yargılar birer cümle ile verilmeli 8. Adlandırma: a. Hesaplamalarda kullandığınız tüm semboller listelenmeli 9. Kaynakça: i. Latin alfabesi, Yunan alfabesi sembolleri ayrı altbaşlıklar altında listelenmeli ii. Latin alfabesindeki semboller alfabetik sıraya dizilmiş olmalı iii. Alt sembol ve üst semboller sembollerden ayrı olarak listelenmeli iv. Listelerdeki her sembolün yanına neyi temsil ettiği ve varsa birimi yazılmalı a. Yukarıraki örneklerde verildiği gibi kullandığınız kaynaklar listelenmeli