Kavitasyon olayını tam anlamı ile anlayabilmek için sıvıların basınç değerlerine göre hal değişimini bilmek gerekir. Sıvı bir maddenin ısı ve sıcaklık etkileri ile gaz haline geçmesini "buharlaşma" olarak tanımlarız. Fakat sıvılar her zaman aynı sıcaklıklarda buharlaşmazlar. Yeri gelmişken suyun kaynama sıcaklığı ile ilgili en çok yapılan bir anlatımdan bahsetmek gerekiyor. Genellikle yalın anlatımla, suyun kaynama sıcaklığı 100°C olarak nitelendirilmektedir. Bu ifade doğrudur fakat sadece 100ºC ile olarak konuyu nitelendirmek yanlıştır. Bu ifadenin en doğru anlatımı, deniz seviyesinde (760 mmHg = 101,325 KPa) suyun kaynama sıcaklığı 100°C olmalıdır.
Kavitasyonu anlama yolundaki ilk adım, buradan da anlaşılacağı üzere suyun kaynama sıcaklığı, basınç değerlerine göre farklılık gösterdiğidir. Şimdi konumuzu biraz daha açalım.
Şekil 1: Maddenin Hal Değişim Grafiği
Kavitasyon, bir akışkanın içerisinde herhangi bir maddenin hızlı bir şekilde hareketi sonucu oluşan bir faz değişim olayıdır. Özellikle ‘Akışkanlar Mekaniği’ dersinde oldukça önemli olan Bernoulli denklemine göre, bir akışkan hızı (V) arttığında, basınç düşecektir ve buna bağlı olarak da buharlaşma sıcaklığı azalacaktır. Kavitasyon ile ortam sıcaklığı doğru orantılıdır. Buharlaşma sıcaklığının azalması ile sistem içerisinde su buharı ve hava kabarcıklarının bulunduğu soğuk bir kaynama meydana gelecektir. Bu olaya kavitasyon ismi verilir. Yoğunlaşan buhar tanecikleri pompa, türbin gibi sistemlerin üzerinde kaldığında, bu kabarcıklara hızla dolan su, sistemin bu kesitlerinde aşınmalar meydana getirir ve bu aşınmalara kavitasyon aşınması adı verilir.
Şekil 2: Üç Kanatlı Bir Gemi Pervanesinde Kavitasyon Örneği
Kavitasyonun Etkileri Nelerdir?
Kavitasyon, içerisinde basınç ve hız değişiminin bulunduğu bütün sistemlerde gözlenebilir. Bunun dışında insan vücudunda bile (eklemler) kavitasyonu gözlemlemek mümkündür. Kavitasyonların ortak özelliklerini maddeler halinde sıralayacak olursak;
► Kavitasyon, basınç düşüşüne bağlı olduğundan ancak basınç düşüşünün kontrolü ile önlenebilir.
► Sadece sıvı fazında geçerli bir olaydır. Katı ve gaz fazlarında gözlemlenmez.
► Yıpratıcı ve aşındırıcı etkiler gösterirler.
Şekil 3: Kavitasyon Nedeniyle Zarar Görmüş Bir Su Türbini
Kavitasyonlar zamanla çeşitlendirilmiştir. Bu yazımızda genel bir kavitasyon incelemesi yaptığımızdan, yani sadece pompa veya sadece türbin sistemlerinde oluşan kavitasyonları incelemediğimizden, kavitasyon çeşitlerine bir sonraki yazımızda değineceğiz. Yukarıda saydığımız üç madde, bütün kavitasyon çeşitlerinin ortak özellikleridir.
Kavitasyonun Oluşumuna Sebep Olan Yanlışlar
► Pompa veya türbinin çalıştığı noktada atmosfer basıncının düşük olması,
► Sıvı içerisinde hava ve benzeri gazların erimiş halde bulunması,
► Emme hattının uzun veya emme vanasının kapalı olması,
► Debinin çok yüksek olması,
► Emme hattının direncinin yüksek olması en çok yapılan yanlışlardandır.
Şekil 4: Kavitasyon Nedeniyle Zarar Görmeye Başlamış Bir Gemi Pervanesi
Kavitasyon Nedeni İle Meydana Gelebilecek Durumlar
► Sistemde performans kaybı oluşacaktır.
► Gürültü oluşturacaktır. Bu gürültüye, çamaşır makinesi içerisine çakıl taşı atıp döndürdüğümüzde çıkacak olan ses örnek olarak verilebilir.
► Titreşim oluşturacaktır.
► En büyük etkisi olan erozyon (aşınma) kaçınılmazdır.
► Son olarak da sistem içerisinde bulunan akışkan, özelliğini belli bir zaman sonra yitirecektir.
Yukarda verdiğimiz maddeler kavitasyonun en temel sonuçlarıdır. Bunlara benzer olarak daha birçok örnek verilebilir.
Şekil 5: Kavitasyon, günlük hayatımızda kullandığımız her türlü mekanik sistemde performans kaybına neden olur. Bu durumda sistemin verimini düşürür.
Kullandığımız Bir Sistemde Kavitasyon Olup Olmadığını Nasıl Anlarız?
Kavitasyon olup olmadığını anlamanın en kolay yolu basınç karşılaştırması yapmaktır. Akışkan içerisinde herhangi bir kontrol hacmi seçilerek bu noktanın basıncı ölçülür. Bu değer akışkanın buharlaşma basıncına eşit veya düşük ise kavitasyon kaçınılmazdır.
Kavitasyon olayının bu denli sıkıntılara yol açması, tesis verimini kötü yönde etkileyecektir. Bu yüzden tesislerde özellikle pompa-türbin seçimi yapılırken kavitasyon, dikkat edilecek hususlar arasında en başlarda olmalıdır.
05.07.2015
Kavitasyonu anlama yolundaki ilk adım, buradan da anlaşılacağı üzere suyun kaynama sıcaklığı, basınç değerlerine göre farklılık gösterdiğidir. Şimdi konumuzu biraz daha açalım.
Şekil 1: Maddenin Hal Değişim Grafiği
Kavitasyon, bir akışkanın içerisinde herhangi bir maddenin hızlı bir şekilde hareketi sonucu oluşan bir faz değişim olayıdır. Özellikle ‘Akışkanlar Mekaniği’ dersinde oldukça önemli olan Bernoulli denklemine göre, bir akışkan hızı (V) arttığında, basınç düşecektir ve buna bağlı olarak da buharlaşma sıcaklığı azalacaktır. Kavitasyon ile ortam sıcaklığı doğru orantılıdır. Buharlaşma sıcaklığının azalması ile sistem içerisinde su buharı ve hava kabarcıklarının bulunduğu soğuk bir kaynama meydana gelecektir. Bu olaya kavitasyon ismi verilir. Yoğunlaşan buhar tanecikleri pompa, türbin gibi sistemlerin üzerinde kaldığında, bu kabarcıklara hızla dolan su, sistemin bu kesitlerinde aşınmalar meydana getirir ve bu aşınmalara kavitasyon aşınması adı verilir.
Şekil 2: Üç Kanatlı Bir Gemi Pervanesinde Kavitasyon Örneği
Kavitasyonun Etkileri Nelerdir?
Kavitasyon, içerisinde basınç ve hız değişiminin bulunduğu bütün sistemlerde gözlenebilir. Bunun dışında insan vücudunda bile (eklemler) kavitasyonu gözlemlemek mümkündür. Kavitasyonların ortak özelliklerini maddeler halinde sıralayacak olursak;
► Kavitasyon, basınç düşüşüne bağlı olduğundan ancak basınç düşüşünün kontrolü ile önlenebilir.
► Sadece sıvı fazında geçerli bir olaydır. Katı ve gaz fazlarında gözlemlenmez.
► Yıpratıcı ve aşındırıcı etkiler gösterirler.
Şekil 3: Kavitasyon Nedeniyle Zarar Görmüş Bir Su Türbini
Kavitasyonlar zamanla çeşitlendirilmiştir. Bu yazımızda genel bir kavitasyon incelemesi yaptığımızdan, yani sadece pompa veya sadece türbin sistemlerinde oluşan kavitasyonları incelemediğimizden, kavitasyon çeşitlerine bir sonraki yazımızda değineceğiz. Yukarıda saydığımız üç madde, bütün kavitasyon çeşitlerinin ortak özellikleridir.
Kavitasyonun Oluşumuna Sebep Olan Yanlışlar
► Pompa veya türbinin çalıştığı noktada atmosfer basıncının düşük olması,
► Sıvı içerisinde hava ve benzeri gazların erimiş halde bulunması,
► Emme hattının uzun veya emme vanasının kapalı olması,
► Debinin çok yüksek olması,
► Emme hattının direncinin yüksek olması en çok yapılan yanlışlardandır.
Şekil 4: Kavitasyon Nedeniyle Zarar Görmeye Başlamış Bir Gemi Pervanesi
Kavitasyon Nedeni İle Meydana Gelebilecek Durumlar
► Sistemde performans kaybı oluşacaktır.
► Gürültü oluşturacaktır. Bu gürültüye, çamaşır makinesi içerisine çakıl taşı atıp döndürdüğümüzde çıkacak olan ses örnek olarak verilebilir.
► Titreşim oluşturacaktır.
► En büyük etkisi olan erozyon (aşınma) kaçınılmazdır.
► Son olarak da sistem içerisinde bulunan akışkan, özelliğini belli bir zaman sonra yitirecektir.
Yukarda verdiğimiz maddeler kavitasyonun en temel sonuçlarıdır. Bunlara benzer olarak daha birçok örnek verilebilir.
Şekil 5: Kavitasyon, günlük hayatımızda kullandığımız her türlü mekanik sistemde performans kaybına neden olur. Bu durumda sistemin verimini düşürür.
Kullandığımız Bir Sistemde Kavitasyon Olup Olmadığını Nasıl Anlarız?
Kavitasyon olup olmadığını anlamanın en kolay yolu basınç karşılaştırması yapmaktır. Akışkan içerisinde herhangi bir kontrol hacmi seçilerek bu noktanın basıncı ölçülür. Bu değer akışkanın buharlaşma basıncına eşit veya düşük ise kavitasyon kaçınılmazdır.
Kavitasyon olayının bu denli sıkıntılara yol açması, tesis verimini kötü yönde etkileyecektir. Bu yüzden tesislerde özellikle pompa-türbin seçimi yapılırken kavitasyon, dikkat edilecek hususlar arasında en başlarda olmalıdır.
05.07.2015