PNÖMATİK NEDİR?
Pnömatik; bilim ve sanayide, mekanik iş yapmak ve mekanik kontrol sağlamak için basınçlı havanın kullanımıdır. Bu kavrama pnömatik veya pnömatik sistemler diyebiliriz.
Bu yazımızda pnömatiği, basınçlı hava kullanılarak gücün transferi olarak tanımlayacağız.
Basınçlı Havanın Avantaj ve Dezavantajları
Pnömatik sistemler sayısız avantajlara sahiptir; bunlar en önemlileri;
- Basınçlı hava, çevreden kolayca elde edilebilir. Havanın bulunabilirliği veya azlığı diye bir şey söz konusu değildir.
- Basınçlı hava kullanıldıktan sonra, kolayca tekrar eski formuna geri döner. Tekrar çevreye salınabilir.
- Basınçlı hava esnek şekilde sıkıştırılabilir, bu nedenle şok ve titreşimlerin sönümlenmesi için idealdir.
- Basınçlı havanın dağıtımı, hortum ve borularla kolayca yapılabilir.
- Basınçlı hava, yangın ve patlama tehlikesi olan bir ortamda rahatça kullanılabilir.
- Basınçlı havanın hacmi ve basınç seviyesi kolaylıkla ayarlanabilir. Bu nedenle aktüatöre getirilen enerji de kolayca ayarlanabilir.
- Pnömatik bileşenlerin kullanımı, bakımı kadar kolaydır. İşlevsellikleri genellikle çok güvenilirdir.
Bu avantajların yanısıra tipik bazı dezavantajlar sözkonusudur;
- Basınçlı hava (uygulamaya bağlı olarak), filtrasyon ve kurutma gibi bazı hazırlığa ihtiyaç duyar.
- Pahalı elektrik enerjisi ve sınırlı kompresör verimliliği göz önünde bulundurulduğunda, basınçlı hava enerjisi nispeten pahalı bir yöntemdir.
- Havanın sıkıştırılabilirliğinin kontrolsüzlüğü, aktüatörün kesin ve yük-bağımsız pozisyonlamasını imkansızlaştırır.
FİZİKSEL TEMELLERİ VE ÖLÇÜ BİRİMLERİ (METRİK SİSTEM)
SI birim sistemi, sayısız temel ve türetilmiş birimlere dayanır. (SI:International System of Units)
Pnömatik ile ilgili olan ölçü birimleri:
- Metre – m (uzunluk / uzaklık)
- Kilogram – kg (ağırlık / kütle)
- Saniye – s (zaman)
- Kelvin – K (sıcaklık)
Türetilmiş ölçü birimleri:
- Newton – N (kuvvet)
- Pascal – Pa (basınç)
KUVVET
Kuvvet, karşı koyulmadığında bir objenin hareketini değiştiren herhangi bir etkileşimdir. Diğer bir deyişle, bir cismin hızını değiştirmek için gerekli olan kuvvetin miktarı, cismin kütlesine ve cisme kazandırılmak istenen ivmenin miktarına bağlıdır. Kuvvet aynı zamanda bir itme veya çekme olarakta tanımlanır. Bu büyüklük ve yön oluşan bir vektör miktarıdır. Büyüklük ve yönden oluşan vektörel bir büyüklüktür.
Sembol: F
Birim: Newton
Birim Sembolü: N
SI bazlı Sembol: kg x m/s2
BASINÇ
Basınç, bir yüzey üzerine etkide bulunan dik kuvvetin, birim alana düşen miktarına denir.
P= F/A
Sembol: p
Birim: Pascal
Birim Sembolü: Pa
SI bazlı Sembol: N/m2
Basıncı ölçerken, aşağıdaki çarpanlar kullanılır;
1 kPa (Kilopascal) = 1.000 Pa
1 MPa (Megapascal) = 1.000.000 Pa
Pnömatikte ise; genellikle “bar” birimi kullanılır;
1 bar = 100,000 Pa = 0,1 MPa = 0,1 N/mm2
1 mbar = 0,001 bar
1 nbar = 0,000000001 bar
Amerika ve Birleşik Krallık gibi ülkelerde ise “psi” yaygın olarak kullanılmaktadır.
1 psi = 0.07 bar (yuvarlatılmış)
PİSTON KUVVETLERİNİN HESAPLANMASI
Spesifik basınçta ve belirlenmiş bir çapta ile silindirin kuvvetini hesaplamak için;
Pascal yasasına göre; P=F/A
- P: Basınç [Pascal]
- F: Kuvvet [N]
- A: Alan [m2]
40 mm bir çapı olan bir silindir, 6 bar basınç altında ne kadar kuvvet uygular?
Doğru ölçüm birimlerini kullanmak adına biz, basınç birimi olarak Mpa kullanacağız. Bu, “N/mm2“ ile uygundur. Çap için de “mm” kullanacağız.
Silindirin piston çapı?
d = 40 mm
Piston alanı dairesl alan olarak hesaplanır;
A= d2. π/4 = 40(mm)2.3,14/4 = 1256 mm2
Bağıl çalışma basıncında p= 6 bar = 0,6 N/mm2
Böylece;
F = p.A
F = p.A = 0,6 . (N/mm2) . 1256 (mm2) = 753,6 N
Bu bulunan değer teorik kuvvet değeridir. Pratikte ise, sürtünmeden kaynaklanan kayıpları göz önünde bulundururuz. (aşağı yukarı %5)
Böylece 6 bar basınç altında 40 mm çaplı bir pistonu olan bir silindir yaklaşık, 716N kuvvet oluşturur. Böyle bir kuvvet ise 73 kg gibi bir değere denk gelir.
Peki ya aynı silindir ters yönde hareket ederken ne kadar kuvvet üretir? (Piston rotunun tekrar piston içine çekildiği durum)
Piston rotunun kendisi nedeniyle toplam alan bu sefer daha az olacaktır. Çünkü piston rotunun alanı toplam alandan çıkarılmalıdır.
D = Piston Çapı (40 mm)
d = Piston Rot Çapı (16 mm)
F = p.A = p. (D2. π/4 – d2. π/4) = 0,6 . (N/mm2) . [40 (mm2).3,14/4 – 16 (mm2).3,14/4] = 633,024 N
%5 lik çekme esnasında kaybı da göz önünde bulundurursak; aşağı yukarı 601N olacaktır.
Sonuç olarak; 6 barda, 40mm piston çapında ve 16mm rot çapına sahip bir pnömatik piston(silindir), 601N çekme kuvvetine karşı 716N çekme kuvveti üretecektir.