Keywords:

Öz: Debi ölçümü için çok sayıda yöntem bulunmaktadır. En önemli debi ölçüm yöntemleri Bernouilli Denkleminin uygulandığı hidrodinamik prensiplere dayanmaktadır. Ölçüm, akışkanın aktığı boru içerisinde yapılan kesit daralmasından yararlanılarak gerçekleştirilmektedir. Venturimetre, orifis, lüle gibi akışkan debisinin ölçümünde kullanılan yapıların temel ölçüm ilkesi bu şekildedir. Bu yöntemlerde; kesit daralmasına karşılık akışkan hızının değişimi ve buna bağlı bir basınç düşümü söz konusudur. Akışkanın bir boru içerisindeki kısıtlanmış bölmeden geçirilerek hızı değiştirilir ve debi ile orantılı basınç oluşur. Borunun çapı büyüdükçe akışkanın hızı azalır, basınç artar; çap küçüldükçe hızı artarken basınç azalır. İki nokta arasındaki basınç farkı diferansiyel basınç algılayıcı ile ölçülerek debi ölçümü gerçekleştirilir. Giriş: Kütlesel debi; herhangi bir kesitten birim zamanda geçen madde miktarıdır. Gaz fazındaki bir akışkanın kütlesel debisini doğru olarak ölçmek genellikle zor, masraflı ve enerji tüketimi gerektiren bir süreçtir. Bunun için akışkanı çevreleyen ortam, akışkanın aktığı malzemenin cinsi ve şekli, ortam sıcaklığı, fiziksel özellikleri ve akış sırasında meydana gelebilecek bozucu etkiler ölçümün zorlaşmasına etki eden faktörlerdir. Çok büyük veya çok küçük ölçme değerleri, yüksek sıcaklıklar, kaynama noktası yakınında bulunan haller ve akış halindeki salınımlar kütlesel debi ölçümünü daha da zor hale getirebilmektedir. Orifis ile debi ölçülmesinde doğrudan debi ölçülememektedir. Ölçülen büyüklük, kesit daralmasındaki etki basıncıdır. Bu basınç farkı yardımıyla debi hesaplanarak belirlenebilmektedir. Bunun için ayrıca geometrik parametreler ile akışkan özelliklerine ve akışkan hızına bağlı olarak bazı katsayılarının belirlenmesi gerekmektedir. Bu çalışmada uygulanan yöntemde 4 adet orifis diyagonal şekilde yerleştirilip diyagonal köşeler arasında sirkülasyon yapan bir fan ile debi kontrolü sağlanarak ölçüm yapılmıştır. Amaç: Bu çalışmada, standart orifis ile debi ölçüm yöntemlerinden farklı olarak diyagonal olarak yerleştirilmiş orifis kullanılan deney tesisatı ile ölçümler yapılarak gaz kütlesel debi ölçümü gerçekleştirilmesi amaçlanmıştır. Kapsam: Akışkanların debi ölçümü için çoğunlukla tercih edilen ve basit bir yöntem olması nedeniyle, bu çalışmada orifisli deney tesisatı üzerinde çalışmalar yapılmış ve çalışma sadece gaz fazındaki akışkanlar için gerçekleştirilmiştir. Yöntem: Bu çalışmada dört adet orifis, elektrik devrelerindeki wheatstone köprüsüne benzer bağlantı şeklinde kullanılmaktadır. Sistemde oluşturulan köprünün ortasında, gaz akışkanının sirkülasyonunu sağlayan bir adet fan ile sisteme ana gaz girişinin sağlanması amacıyla sirkülasyon fanı ile aynı özelliklere sahip bir fan kullanılmıştır. Tesir basıncı, orifiste değil köprünün diyagonalinden belirlenmiştir. Diyagonaldeki basınç ölçümü için U manometre kullanılmıştır. Elde edilen veriler doğrultusunda analitik hesaplama yoluyla gaz kütlesel debi değeri elde edilmiştir. Kısıtlar: Orifis ile debi ölçülmesinde, doğrudan debi ölçülememektedir. Ölçülen büyüklük, kesit daralmasındaki tesir basıncıdır. Bu basınç farkı yardımıyla teorik olarak, bazı bağıntılardan yararlanılarak kütlesel debi hesaplama yoluyla bulunmaktadır. Kütlesel debi ölçümü yapılacak olan akışkanın değişimi, ölçme işlemi için yeniden düzenleme gerektirmektedir. Araştırmanın Problemi: Debi ölçümünde kullanılan çok sayıdaki yöntemden biri de orifis kullanmaktır. Kullanılan diğer yöntemlerde olduğu gibi orifiste de kesit daralmasına karşılık akışkan hızının değişimi ve bir basınç düşümü meydana gelmesinden yararlanılarak debi ölçümü yapılmaktadır. Bu çalışmada ölçüm için yeni bir tesisat düzeneği geliştirilerek farklı bir ölçüm metodu oluşturulmuştur. Araştırmanın Sınırlılıkları: Yapılacak olan tesisatın boyutlarının istenen boyutlara indirilememesi, deney tesisatının imalat ve montaj zorlukları, kullanılan akışkanların fiziksel özellikleri, güvenlik ve tesisatın sızdırmazlığının sağlanmasındaki zorluklardan dolayı gaz akışkan olarak hava kullanılmıştır. Bulgular: Tesisatın ortasında bulunan sirkülasyon fanı, tesisat içerisinde hava debisini iki kola ayrılarak sürekli dolaşan bir hava debisi oluşturmaktadır. Bu durumda, dışarıdan hava girişi olmadığı sürece sistem dengede kalmaktadır. Tesisat dışından hava girişi sağlandığında ise mevcut olan denge bozularak fanlara ait debilere bağlı olarak tesisat kollarında farklı debiler oluşmaktadır. Ana koldan tesisata gönderilen gaz debisine göre ana kol debisinin sirkülasyon debisinden büyük yada küçük olması gibi iki farklı durum meydana gelmektedir. Her iki durum da incelendiğinde, ölçüm için doğru sonucun ana fan debisinin sirkülasyon fan debisinden büyük olması durumunda elde edildiği görülmüştür. Sonuç: Bu çalışma kapsamında kullanılan dört adet orifis yardımıyla, elektronikteki wheatstone köprüsüne benzer bağlantı şekli gerçekleştirilerek gaz akışkanlara ait debi ölçümünde kullanılabilecek bir yöntemin denemesi gerçekleştirilmiştir. Teorik olarak bazı bağıntılardan yararlanılarak akış halindeki hava debisinin diyagonallerden elde edilen tesir basıncının doğrudan akış borusundan geçen kütlesel debi ile orantılı olduğu sonucuna ulaşılmıştır. Yapılan deney uygulamalarında bunun gerçekleştiği gözlemlenmiştir. Ölçülmek istenen kütlesel debinin alt ve üst diyagonallerden elde edilen basınç farkının bir katsayı ile çarpımına eşit olduğu görülmüştür. Ölçülecek debi değeri arttıkça yöntemin daha doğru sonuçlar ortaya koyduğu gözlemlenmiştir. Daha iyi ölçüm sonuçları için ana fan debisinin sirkülasyon fan debisinden büyük olmasının gerektiği gözlemlenmiştir.

Anahtar Kelimeler: Orifis ile Debi Ölçümü, Gaz Kütlesel Debisi, Gaz Kütlesel Debi Ölçümü