Akışkanların Akışını Ölçme

1.10. Akışkanların Akışını Ölçme ve Kontrol Elemanları

1.10.1. Akışkanların Akışı

Akış, bir akışkanın bir hat boyunca sürekli olarak hareketidir. Akışkanlar maddenin üç hali şeklinde (katı, sıvı, gaz) olabilir. Suyun nehirde akışı, petrol veya gazın bir boru hattından akışı, havanın nefes olarak ciğerlere alınıp verilmesi, helezonlarla tahılların taşınması vb. akış sistemlerine birer örnektir.

1.10.1.1. Standart Temel Elemanlar

Akış ölçümü için bilinmesi gereken önemli fiziksel büyüklükler akışkanın birim zamanda akan hacimsel olarak miktarı (hacimsel debi (m3/sn.)), birim zamanda akan kütlesel olarak miktarı (kütlesel debi (kg/sn.)) ve birim zamanda kat etmiş olduğu yoldur (hız (m/sn.)).

Akış kontrolünde ise genellikle akış kontrol valfleri kullanılır. Akış kontrol valfleri her iki yönde akan basınçlı hava debisini kontrol eder (Şekil 1.64). Eğer akış kontrol valfine ek olarak bir geri döndürmez valf akış kontrol valfine paralel olarak konursa, akış debisi sadece bir yönde etkilenir.

Tek yönlü akış kontrol valfi akış kontrolünü sadece bir yönde gerçekleştirir (Şekil 1.65). Ger döndürmez valf, bir yönde akışa müsaade etmez ve hava, akış kontrol valfı üzerinden akmak zorunda kalır. Ters yönde ise hava geri döndürmez valfinin akış yolunu açması nedeniyle hava bu valf üzerinden serbestçe akar ve bir kısılmaya tabi tutulmaz. Bu tür valfler pnömatik silindirlerin hız kontrolünde kullanılır. Eğer olanağı varsa, doğrudan silindir üzerine takılmalıdır.

1.10.1.2. Ölçmeler

Akış ölçümünde kullanılan ölçme yöntemlerinden bazılarışunlardır:

• Hacimsel akış ölçümü: Hacimsel akış ölçümünde; helisel vidalı akış ölçer, döner lobe akış ölçer, türbin akış ölçer, çark sistem akış ölçer ve diskli sayaçlar kullanılır.
• Kütlesel akış ölçümü: Kuvvetler dengesi ile kütlesel ölçüm ve değişken alanlı akışmetre (rotametre) yöntemleri kütlesel akış ölçümünde kullanılır.
• Hız ölçüm metodu ile akış ölçümü: Pitot boru ile hız ölçümü, anemometre ile hız ölçümü, kısılma etkisi ile hız ölçme, ventüri boru hız ölçümü, orifis akış ölçümü, nozul akış ölçümü yöntemleri hız ölçüm metodu ile akış ölçümünde kullanılır.
• Elektromanyetik akış ölçümleri
• Ultrasonik akış ölçümleri

Kütlesel akış ölçümüne örnek olarak Şekil 1.66’da değişken alanlı akışmetre (rotametre) örneği verilmiştir. Şekilde de görüldüğü gibi skalalandırılmış cam bir tüp içerisine yerleştirilmişşamandıradan ibarettir. Şamandıra yüzeyine sıvı akışkanın yapmış olduğu basınç etkisi ile cam tüp içerisinde, yukarı doğru kaldırma prensibine dayanır. Şamandıranın kalkmış olduğu yükseklikteki skala değeri, cam tüp ile şamandıra arasından geçen akışkan miktarını, birim zamanda geçen kütle miktarı (g/sn.) olarak göstermektedir. Ölçü aletinin yapımında; skala aralıkları, sıvının kaldırma kuvveti, şamandıranın ağırlığı, kullanılan sıvının ne olduğu, cam tüpün hacimsel değişimi, şamandıranın yüzey alanı gibi faktörler dikkate alınarak tasarım yapılmıştır. Rotametreler hem sıvı hem de gaz için kullanılmaktadır. Çalışacak zemine dikey olarak yerleştirilir. Ölçümün sıhhatli olması için şamandıranın ölçüm esnasında yüzeylere herhangi bir sürtünme yapmaması veya sıvı geçişini engelleyecek dirençler göstermemesi gerekmektedir.

1.10.1.3. Temel Elemanların Seçimi

Kimya, plastik, tekstil, boya, deterjan gibi çoğunlukla sıvı ve akıcı özellik taşıyan katı maddelerin ve ürünlerin söz konusu olduğu sektörlerde bu malzemelerle ilgili olarak seviye, akış gibi ölçümlere ihtiyaç duyulur. Yukarıda verilen ölçme yöntemlerinden uygun olan biri tercih edilir.

1.10.1.4. Temel Elemanların Uygulamaları

Akışın ölçümü, malzemenin bir yerden başka bir yere taşınması ihtiyacından kaynaklanmaktadır. Örneğin; yakıtın bir kara yolu tankerinden bir başka depoya kütlesel aktarımı günlük ihtiyaçlardandır. Ölçüm; bir malzeme akışının niceliğini belirtmek için ya da bir akım debisi oluşturmak ve onu kontrol altında tutmak için kullanılır. Çoğu üretimlerde fabrika verimi akımın ölçülebilme ve hassas olarak kontrol altında tutulabilmesine bağlıdır. Bununla birlikte bir akış ölçüm düzeni uygulanacaksa, bu ölçüm düzeni üretime ya da ölçülecek gerece uygun ve aynı zamanda yeterli olmalıdır. Akış ölçme işlemi yapmadan sadece kontrol altında tutulacaksa akış kontrol valflerinden faydalanmak mümkündür. Akış kontrol valfleri genel olarak ayarlanabilir şekilde yapılırlar. İstenen ayar seviyesi sabitleştirilebilir. Akış kontrol valfleri, silindir piston kolu hızının ayarlanmasında

kullanılabilir. Burada dikkat edilmesi gereken nokta; akış kontrol valfinin hiçbir zaman tam

İdeal akış ölçer; temini kolay, ucuz, mutlak hassasiyete sahip, sonsuz defa tekrarlanabilir ve sonsuza kadar tamir ve bakıma gereksinim duymadan çalışır olmalıdır. Ancak pratikte böyle bir aygıt mevcut değildir.

Örnek uygulama olarak elektromanyetik akış ölçümünü ele alalım. Elektromanyetik akış ölçerler; iletken özelliği gösteren sıvıların boru içerisinde oluşturduğu manyetik alanın ölçülmesi prensibine göre akış ölçen sistemlerdir. Elektromanyetik akış ölçümü Faraday Kanunu’nu esas alır. Elektromanyetik akış ölçer sıvıyı iletken olarak kullanır. Şekil 1.69’da görüldüğü gibi, elektromanyetik akış ölçer seri bağlı iki bobine sahiptir. Bobin enerjilendiği zaman, sıvı etrafında akım etkisi ile bir manyetik alan oluşur.

Boru kenarına iki iletken elektrot sıvı akışına ve manyetik alana dik olarak yerleştirilmiştir. Boru içerisindeki sıvı akışkanın hız değişimi manyetik alanda etki yaparak değişimi elektrotlara iletir. Elektrotlar da ölçü aletine sinyal gönderir. Ölçü aletinin almış olduğu sinyalle göstermiş olduğu değişim, akış hızının değişimi ile lineer bir değişim gösterir.

1.10.1.5. Temel Elemanları Yerleştirme

Temel elemanlara olan ihtiyaçlar belirlendikten sonra gerekli elemanlar uygun şekilde yerleştirilir. Akışın kontrol edileceği noktalara akış kontrol valfleri, ölçüm noktalarına da ölçülecek olan büyüklüğe uygun şekilde akış ölçüm aygıtları bağlanır. Örneğin; şehir şebekesine bağlı bir yedek su deposunu ele alalım. Şebekede su mevcutken su, şebekeden kullanılır ve depoda su eksiği varsa şebekeden tamamlanması istenir. Şebeke suyu kesildiğinde depodaki yedek su kullanılır. Buna göre şebekeden kullanılan suyun miktarını ölçmek için ana girişe bir sayaç bağlanır. Sayaçtan önce suyu kontrollü şekilde açıp kapatabilmek için girişe vana ve sayaçtan sonra da depodaki suyun şebekeye dönüşünü engellemek için tek yönlü valf bağlanmak gerekir. Aynışekilde ihtiyaca göre depo dönüşüne hidrofor vb. aygıtlar bağlanabilir. Sistemlerin tümünde tıpkı elektrik devrelerinde olduğu gibi devre şemaları hazırlanır ve eleman bağlantıları bu şemalar üzerinde gösterilir.

1.10.2. Mekanik Akış Metreleri

1.10.2.1. Körük ve Diyaframla Hareketli Manometreler

Körük ve diyaframla hareketli manometreler konusu Bölüm 1.9.1.1’de anlatıldığından burada tekrar edilmemiştir.

1.10.2.2. Diğer Ölçme Çeşitleri

Vorteks akış ölçerler; sıvılarda herhangi bir özellik aramaksızın içerisinden geçen maddenin hacimsel büyüklüğünü hesaplayan akış ölçüm prensibine göre çalışır. Genellikle buhar, basınçlı hava, gaz ve sıvıların akış ölçümünde birçok uygulama alanı bulan vorteks akış ölçerler çok yönlülüğü ile en çok tercih edilen akış ölçerler arasındadır.

Kütle akış ölçerler; Endüstriyel uygulamalarda massflowmeter olarak da bilinen kütle akış ölçerler içerisinde geçen maddeyi hacim ve yoğunluk hesaplamaksızın sadece ağırlık olarak ölçmektedir. Hatlarda tıkanıklığa yol açmadığı için viskozitesi olan sıvılarda kullanılan bu cihazlar, özellikle tekstil ve kimya sektörüne tercih edilmektedir.

1.10.2.3. Akış Ölçümleri

En yaygın akış ölçme uygulamalarından hacimsel akış ölçümüne örnek olarak Şekil 1.70’de diskli sayaç örneği verilmiştir. Evlerimizde kullanmış olduğumuz sayaç tipidir. Disk yalpalı bir hareket yaparak her bir tam dönüşünde belirli bir hacimde sıvıyı girişten alıp

Sıvının akış hızına veya geçen debi miktarına göre hareketi artan veya azalan disk bu salınım miktarını üst kısmında bulunan dişli çark sistemine iletmekte ve diskin her bir salınımı diskin iletmiş olduğu akışkan miktarınca dişli çarklarda işlem görmektedir. Dişli çarkların dişli oranları ve en üstte bulunan numaratör, birim zamandaki diskin iletmiş olduğu hacim miktarını göstermektedir.