Motor ve Taşıt Performans Testleri Ders Notları 2007 PDF

(OTO409) MOTOR VE TAŞIT PERFORMANS TESTLERİ DERS NOTLARI Hazırlayanlar Prof. Dr. Selim ÇETİNKAYA Prof. Dr. M. Sahir SALMAN Ankara 2007  İÇİNDEKİLER Sayfa 1. Motor karakt...

(OTO409) MOTOR VE TAŞIT PERFORMANS TESTLERİ DERS NOTLARI Hazırlayanlar Prof. Dr. Selim ÇETİNKAYA Prof. Dr. M. Sahir SALMAN Ankara 2007  İÇİNDEKİLER Sayfa 1. Motor karakteristikleri……………………………………..1-22 2. Dinamometreler…………………………………………….23-36 3. Hava ve yakıt tüketiminin ölçülmesi, hesaplamalar……..37-42 Deney tabloları……………………………………………..43-45 4. Isı balansı……………………………………………………46-81 5. Sürtünme gücü……………………………………………..82-89 6. İndikatörler ve indike güç…………………………………90-114 7. Taşıtlarda güç ölçümü ve yakıt ekonomisi…………….....115-133  I. MOTOR KARAKTERİSTİKLERİ Taşıt motorları geniş bir devir sayısı aralığında çalıştırılabilirler. En az devir sayısı, motorun kararlı çalışması için gerekli şartlar (buji ile ateşlemeli motorlarda hava–yakıt karışımının oluşması ve emilmesi; Dizelde ise kendi kendine tutuşma sıcaklığına ulaşmak için gerekli hız ve yüksek kompresyon ); maksimum devir sayısı ise, emme ve eksoz işlemlerinin verimi, Dizelde tutuşma gecikmesi, parçaların termik gerilimleri, artan atalet yükleri, mekanik verimdeki düşme, vb. tarafından sınırlandırılmaktadır. Bir motorun en avantajlı çalışma durumları; maksimum güç (Pemax) maksimum tork (Memax) ya da en az özgül yakıt tüketimini (bemin) sağladığı durumlardır. Bu çalışma durumları, motorun kullanım amacı ve yaptığı işlerin özellikleri tarafından belirlenir. Bir taşıt motorunun fonksiyonu, motorun efektif gücünün hareket direncine (tüketilen ve genellikle yolun özelliklerine ve hıza bağlı olarak değişmekte olan güç) eşitlik şartları tarafından belirlenir. Tüketilen güç yalnız taşıt hızına değil, aynı zamanda yolun durumu, yük ve ivme gibi faktörlere de bağımlı olduğuna göre motorun çalışma şartları kararlı değildir, çünkü motora gelen yük sürekli değişmektedir. Hareket direncinin kısa süreli artışları, hızla giden taşıtın kinetik enerjisinin bir kısmı tarafından, uzun süreli yüksek dirençler ise motor torkunun bir kısmı tarafından karşılanır. Motor torku; benzin motorlarında gaz kelebeğinin açılması ile Dizel motorlarında ise yüksek basınçlı yakıt pompasının kolunu daha fazla yakıt gönderecek yönde hareket ettirerek artırılır. Bu nedenle motorun çalışma analizi sadece birkaç çalışma durumunda değil, değişik çalışma durumlarının araştırılmasına yönelik olmalıdır. Motorun değişik çalışma durumlarındaki güç ve ekonomisi MOTOR KARAKTERİSTİKLERİ ya da diğer bir deyimle PERFORMANS EĞRİLERİ ile değerlendirilir. Motor karakteristikleri, tork, güç, yakıt tüketimi, devir sayısı ve motorun çalışması sırasında elde edilen diğer değerlerdeki değişmelerin grafik olarak gösterilmesidir. Taşıt motorlarının temel karakteristikleri; hız, yük ve ayarlama karakteristikleridir. 1.1 Hız Karakteristikleri Bir motorun hız karakteristikleri; motorun fonksiyonunu tanımlayan temel parametrelerin (tork, güç, özgül yakıt tüketimi, vb.) gaz kelebeği ya da yakıt pompası kolu belirli bir durumda ve ayrıca yağlama yağı ve soğutma suyu sıcaklıkları da kararlı iken değişimlerinin motor devir sayısına bağlı olarak gösterilmesidir Şekil 1.1. Tam gaz durumundaki hız karakteristikleri “Tam Yük Hız Karakteristikleri” olarak bilinir. Bu nedenle tam yük hız karakteristikleri, bir motorun değişik devirlerde Prof. Dr. Selim ÇETİNKAYA Prof. Dr. M. Sahir SALMAN verebileceği maksimum çıkışların belirlenmesinde kullanılır. Tam yükün belirli yüzdelerinde yapılan testlerle elde edilen karakteristiklere de genellikle “Kısmi Yük Hız Karakteristikleri” denilmektedir. Şekil 1.1: Karbüratörlü bir motorun tam yük hız karakteristikleri Değerlendirmeler, aşağıdaki tipik motor devirleri arasında yapılmaktadır: nmin = Motorun tam yük altında kararlı olarak çalışabileceği minimum devir sayısı; bu devir taşıt motorlarında relanti devir sayısına yakındır. nM = Maksimum tork Mmax ve maksimum ortalama efektif basınç Pmax ’a rastlayan devir sayısı nb = En az özgül yakıt tüketimi bmin ’e rastlayan devir sayısı nP = Maksimum motor gücü Pmax ’a rastlayan devir sayısı nmax = Maksimum motorlu taşıt hızına rastlayan devir sayısı (bir hız regülatörü kullanıldığında regülatörün kontrol başlangıcındaki devir sayısı) Gerçek uygulamada bir taşıt motoru genellikle nM-nP devirleri aralığında çalıştırılır ve transmisyon dişlileri de bu arada değiştirilir. En iyi yakıt tasarrufu da genellikle yine bu devirler arasında ve özgül yakıt tüketiminin bmin ’da bulunduğu devirde taşıtın kullanılmasıyla sağlanabilir. Prof. Dr. Selim ÇETİNKAYA Prof. Dr. M. Sahir SALMAN  1.1.1. Buji İle Ateşlemeli Motorların Hız Karakteristikleri Bilindiği gibi güç ancak, hava–yakıt karışımının oluşması ve silindire alınması için gerekli olan minimum hızdan sonra sağlanabilir Bu nedenle içten yanmalı motorların çalıştırılabilmesi için bir ilk hareket mekanizması gereklidir. Şekil 1.2’de, buji ile ateşlemeli bir motorun tam yük hız karakteristikleri görülmektedir. Şekil 1.2: Karbüratörlü 4 zamanlı bir motorun tam yük hız karakteristikleri. Şekilde görüldüğü gibi, tork A noktasına kadar artar. Çünkü hız artışına bağlı olarak karışım iyileşmekte ve kurs başına gaz kaçakları ile ısı kayıpları azalmaktadır. Ayrıca düşük hızlarda bağımsız silindirlere olan karışım dağıtımı daha iyi ve egzoz gazı artıkları da daha azdır. A noktası ,maksimum torkun sağlandığı noktadır ve bu silindirlere bir çevrimde maksimum karışım kütlesinin alındığı devir sayısına rastlamaktadır. Benzer olarak güç de B noktasına kadar hızla artar (Şekil 1.2’de sıfır noktasından güç eğrisine çizilen teğetin eğriye değme noktası). Motora giren hava yakıt karışımının akış ve kütle dirençlerinin devir sayısına bağlı olarak hızla artması ve sürtünme kayıplarının da yine devir sayısı ile yaklaşık orantılı olarak artmaları nedeni ile tork azalmaya başlar ve güç artışı da yavaşlar. Karbüratörlü motorlar yakıtın iyi otomatizasyonu ve hava ile karışması için yüksek hava akış hızlarına ihtiyaç duyarlar. Bu ise küçük emme manifoldu kesiti demektir. Bu nedenle karbüratörlü motorlarda yüksek hızlara çıkıldığında tork azalmaya başlar. Motor maksimum gücünü, devirdeki (çevrimlerin sıklığı ) yükselme ile sağlanan güç artışının tamamen torktaki azalma ile dengelendiği durumda üretir. Maksimum gücün elde Prof. Dr. Selim ÇETİNKAYA Prof. Dr. M. Sahir SALMAN edildiği devir sayısında silindirlere birim zamanda en fazla karışım (kütle) emilmektedir. Standard karbüratörlü motorların maksimum torkları yaklaşık olarak maksimum devir sayılarının % 40’ına rastlar. Maksimum tork ve maksimum güç devir sayıları oranı ise, 0,4-0,7 arasındadır. Devir sayısında nP ’den nM ’ye kadar olan bir azalma ile sağlanan, torktaki Mmax değerine olan bir artış, taşıt motorunun kararlı çalışmasını büyük ölçüde zorlamaktadır. Tork rezervi ile sağlanan kararlı çalışma yeteneği, “UYABİLİRLİK KATSAYISI” ile belirtilir. Uyabilirlik katsayısı kM, maksimum tork ile maksimum güçteki torkun oranıdır. Uyabilirlik katsayısı, motorun kısa süreli yük artışlarının üstesinden gelebilme Memax (1.1) kM  MeP özelliğinin bir göstergesidir. Bu değer; Karbüratörlü motorlarda : 1,25 – 1,35 Dizel motorlarda : 1,05 – 1,15 arasındadır. Yakıt enjeksiyonlu buji ile ateşlemeli motorların önemli bir avantajı da, emme manifoldu kesitinin daha geniş yapılabilmesidir. Bu tür motorlarda manifold, karışımı bağımsız silindirlere üniform olarak dağıtma zorunluluğu olmadan, en avantajlı silindir dolgusunu sağlayacak uygun kesit ve boy da yapılmaktadır. Şekil 1.3’de 2,3 dm3 hacme sahip turboşarjlı ve doğal emişli motorlar ile 2,1 dm3 hacminde turboşarjlı, dört silindirli, buji ile ateşlemeli motorların tam yük hız karakteristiklerinin karşılaştırılması görülmektedir. Şekil 1.3: Turboşarjlı ve doğal emişli motorların tam yük hız karakteristikleri. Prof. Dr. Selim ÇETİNKAYA Prof. Dr. M. Sahir SALMAN  Hacmi 2,3 dm3 doğal emişli motorun güç ve torku, daha küçük hacimdeki (2,1 dm3) turboşarjlı motorun güç ve torkundan daha düşüktür. 2,3 dm3 hacmindeki turboşarjlı motorun güç ve torku diğer motorlarınkinden daha yüksektir. Buda bize turboşarjlı motorun, normal emişli motora göre performansının daha yüksek olduğunu göstermektedir. Şekil 1.4’de kesik çizgi ile gösterilen sabit supab zamanlaması olan motorun, düz çizgi ile gösterilen ise değişken supab zamanlaması olan motorun tam yük hız karakteristikleridir. Supab zamanlamasının değiştirilmesi motor torkunda ve gücünde artış sağlamaktadır. Yakıt ekonomisini de önemli ölçüde iyileştirmektedir. Şekil 1.4: Değişken supab zamanlamalı ve sabit supab zamanlamalı, buji ile ateşlemeli motorların performans eğrileri. Kısmi yüklerde ise, artan devir sayılarında gaz kelebeğindeki kısıtlamaya bağlı olarak, akış dirençlerinin de artması nedeni ile, tork daha da hızlı düşer. Şekil : 1.5’te bu durum açıkça görülmektedir. Prof. Dr. Selim ÇETİNKAYA Prof. Dr. M. Sahir SALMAN  Şekil 1.5: Karbüratörlü 4 zamanlı bir motorun kısmi yük hız karakteristikleri. 1.1.2. Sıkıştırma İle Ateşlemeli Motorların Hız Karakteristikleri Buji ile ateşlemeli motorlardakinin benzeri olarak güç ancak, hava girişi ve gerekli ateşleme sıcaklığına ulaşmak için zorunlu olan ilk hareket hızından sonra elde edilebilmektedir. Yüksek kompresyon derecelerinde, ya rölanti hızı yüksek (700 d/d’ nın üzerinde) olacak ya da çok ağır volanlar gerekecektir. Dizel motorlarının maksimum hızları ise; tutuşma gecikmesi ve artan atalet yükleri tarafından sınırlandırılmaktadır. Şekil 1.6: Dört kurslu bir Dizel motorunun tam yük hız karakteristikleri Şekil 1.6’da bir Dizel motorunun tam yük hız karakteristikleri görülmektedir. Dizel motorlarında tam ve kısmi yüklerdeki torklar, motor hızına daha az bağımlıdır çünkü emme Prof. Dr. Selim ÇETİNKAYA Prof. Dr. M. Sahir SALMAN manifold kesiti, karbüratörlü motorlarda olduğundan daha geniş yapılabilir. Şekil 1.7’te ise, yine bir Dizel motorun kısmi yük hız karakteristikleri görülmektedir. Şekil 1.7: Bir Dizel motorunun kısmi yük hız karakteristikleri. Dizel motorlarında elde edilebilecek maksimum gücü, isli yanma artıkları sınırlandırır. Şekil 1.8’da regülatör kontrollü bir Dizel motorunun hız karakteristikleri görülmektedir. Motorun verebileceği maksimum güç Pemax, duman sınırları içerisinde kalmaktadır ve eğrinin, regülatör tarafından sınırlandırılmış bölümünün ilerisindedir. Şekil 1.8: Regülatör kontrollü bir Dizel motorunun hız karakteristikleri Prof. Dr. Selim ÇETİNKAYA Prof. Dr. M. Sahir SALMAN  Şekil 1.9: (a) 8,4 dm3 altı silindirli doğal emişli direk enjeksiyonlu Dizel motoru, (b) 1,8 dm3 dört silindirli doğal emişli indirek enjeksiyonlu türbülans odalı Dizel motorlarının performans eğrilerinin karşılaştırılması. Gerçek ( imal edilmiş ) bir motorun hız karakteristikleri, bir dinamometre ile alınan test bilgilerinin değerlendirilmesi sonucu çizilir. Dizaynı yeni yapılan bir motorda ise, amprik formüllerden yararlanılmaktadır. Bir motorun tam yük hız karakteristikleri, eğer maksimum güç Pemax ve elde edildiği hız nP biliniyorsa, amprik formüllerden birisi yardımı ile oluşturulabilir. Günümüzde değişik yazarlar tarafından çeşitli formüller önerilmektedir. Bunlardan bazıları aşağıda görülmektedir: Karbüratörlü motorlar için;  n   n   n   2 3 (1.2) Pe  Pemax.          nP   nP   nP   Prof. Dr. Selim ÇETİNKAYA Prof. Dr. M. Sahir SALMAN  Bölüntüsüz yanma odalı Dizel motorları için ;   n   n   n   2 3 Pe  Pemax.0,6.   1,4.        nP   nP   nP   (1.3) Ön yanma odalı Dizel motorları için;   n   n   n   2 3 (1.4) Pe  Pemax.0,87.   1,13.        nP   nP   nP   Türbülans odalı Dizel motorları için;   n   n   n   2 3 Pe  Pe max.0,7.   1,3.      (1..5)   n P   n P   n P   Burada Pe , hız karakteristiği araştırılan noktadaki motor devir sayısıdır (d/d olarak). Me tork değerleri ise, güç değerleri belirlendikten sonra aşağıdaki formül yardımı ile hesaplanır. 9549.Pe Me  (1.6) n Burada Me’ nin birimi Nm dir. ÖRNEK: nP = 4500 d/d’ da Pemax = 72 kW maksimum efektif güç verecek biçimde dizayn edilen karbüratörlü, dört silindirli bir motorun tam yük hız karakteristiklerini (güç ve tork) hesaplayınız. (Hesaplamalar, belirlenecek olan nmin (rölanti devrinin biraz üzerinde) ve nmax(nP’ nin biraz üzerinde) devirleri arasında belirlenecek yeterli sayıdaki (6-7 nokta) hız noktalarının her biri için yapılır. 1300 d/d da elde edilen güç (3.2’nolu formül):  1300   1300  2  1300 3  Pe  72.       25kW  4500   4500   4500   Aynı hızdaki efektif tork (3.6 nolu formül): 9549.25 Me   184 Nm 1300 Diğer devirler için hesaplanan güç ve tork değerleri aşağıdaki tabloda gösterilmiştir. Prof. Dr. Selim ÇETİNKAYA Prof. Dr. M. Sahir SALMAN  Motor Devirleri, d/d olarak Parametre 1300 2100 2900 3700 4500 5300 Pe (kW) 25 41,9 57 67,6 72 67,5 Me (Nm) 184 190 188 174 152 121 Şekil 1.10 ve Şekil 1.11’de, iki değişik enjeksiyonlu benzin motorunun tam yük hız karakteristikleri görülmektedir. Şekil 1.10: Enjeksiyonlu bir motorun tam yük hız karakteristikleri (Reno). Prof. Dr. Selim ÇETİNKAYA Prof. Dr. M. Sahir SALMAN  Şekil 1.11: Enjeksiyonlu benzin motorunun hız karakteristikleri(Honda). Şekil 1.12.Toyota’nın kullandığı yakıt enjeksiyonlu benzin motorlarının tam yük hız karakteristikleri Prof. Dr. Selim ÇETİNKAYA Prof. Dr. M. Sahir SALMAN  Şekil 1.13. Common Rail yakıt sistemli, direk enjeksiyonlu, 1870 cm3 hacminde torku yükseltilmiş dizel motorunun tam yük hız karakteristiği(Reno) 1.2. Yük Karakteristikleri Taşıt motorları yalnızca tam gaz ve değişik yüklerde değil aynı zamanda bunların dışındaki değişik durumlarda da çalışırlar. Bu nedenle sadece hız karakteristikleri motorun değişik çalışma durumlarındaki tüm özelliklerini belirleyemezler. Bir motorun değişik yüklerdeki yakıt ekonomisini belirlemek üzere yük karakteristikleri kullanılır. Yük karakteristikleri; motor sabit bir devir sayısında dönerken, saatteki yakıt tüketimi ve özgül yakıt tüketimini efektif güç, tork ya da ortalama efektif basınca bağlı olarak değişimlerinin grafik olarak gösterilmesidir. Taşıt motorları geniş bir hız aralığında çalıştıkları için, genellikle bir yerine birkaç yük karakteristiği almak daha uygundur. Şekil 1.14’de, karbüratörlü bir motorun yük karakteristikleri görülmektedir. Tam gaz durumunda ve verilen sabit devir sayısında motorun ürettiği güç değerleri yüzde olarak yatay eksen üzerinde işaretlenmiştir. Prof. Dr. Selim ÇETİNKAYA Prof. Dr. M. Sahir SALMAN  Şekil 1.14. Karbüratörlü bir motorun yük karakteristikleri. n=1800 d/d, 2- n=1400 d/d, 3- n=1000 d/d, 4- n=600, Gaz kelebeğinin tam açık olduğu durumdaki özgül yakıt tüketimi, hız karakteristiğinde aynı devirde belirlenen tüketime eşittir. Rölantide, efektif güç Pe = 0 kW ve saatteki yakıt tüketimi herhangi bir değerde olurken, özgül yakıt tüketimi sonsuza eşit olacaktır. Özgül yakıt tüketimi, birim güç başına saatte tüketilen yakıt miktarıdır. (gr/kW.h). Özgül yakıt tüketimi eğrilerinin başlangıçtan sonsuzdan gelmelerinin nedeni budur. Yük karakteristiklerinin her eğrisi, sabit bir motor devrinde elde edilmiştir. Eğrinin bir noktasından diğerine olan geçiş, dinamometre ve gaz kolunun koordineli kontrolü ile uygulanmaktadır. Başka bir deyişle, gaz kolu test boyunca sabit kalmayıp, yük değişiminin ardından, sabit devir sayısını koruyacak oranda değiştirilmektedir. Gaz kelebeği hafif kapalı iken özgül yakıt tüketimindeki bir artış, motorun çalışma işinin azalması (kötü doldurma ve silindirde kalan artık gazların miktarındaki artış) ve mekanik verimin azalmasının sonucudur Sabit devirdeki çalışma sırasında, motor gücü değiştirilirken, toplam mekanik kayıplar kısmen sabit kalmaktadır. Prof. Dr. Selim ÇETİNKAYA Prof. Dr. M. Sahir SALMAN  Şekil 1.13’de ise, bir dizel motorunun yük karakteristiği (ortalama efektif basınca bağımlı olarak) verilmiştir. Şekil 1.13: Bir diesel motorunun yük karakteristikleri 1.3. Ayarlama Karakteristikleri Motor gücü ve ekonomisinin; yakıt tüketimi, karışım oranı, yağlama yağı ve soğutma suyu sıcaklıkları, ateşleme ya da püskürtme avansı vb. bağlı olarak değişimini gösteren eğriler ayarlama karakteristikleri olarak bilinir. Bu karakteristikler, yukarıdaki faktörlere bağlı olarak motorun en avantajlı çalışma durumunu ve ayarlama kalitesini belirlemek için gereklidir. Ayarlama karakteristikleri tam ve kısmi yük durumlarında alınırlar. Şekil 1.14’de, karbüratörlü bir motorun n = 2000 d/d da yakıt tüketimine bağlı olarak çizilen ayarlama karakteristiği görülmektedir. Karakteristiğin biri maksimum güç diğeri minimum özgül yakıt tüketimi olmak üzere iki önemli noktası vardır. Motor maksimum gücünü karışım oranı hafifçe zengin tarafa kaydığı zaman (λ= 0,8- 0,9) vermektedir. Çünkü bu durumda yanma hızı artmaktadır. Karışım fakirleştirildiğinde ise, yanma hızı ve yanma ısısı azaldığı için güç azalmaktadır. Prof. Dr. Selim ÇETİNKAYA Prof. Dr. M. Sahir SALMAN  Şekil 1.14: Karbüratörlü bir motorun yakıt tüketimine bağımlı ayarlama karakteristiği n=2000 d/d Bir motorda en iyi yakıt tasarrufu karışımın biraz fakirceye ayarlandığı (λ=1,1-1,2) durumda olmaktadır. Çünkü bu durumda hava fazlalığı nedeni ile silindire alınan yakıtın tamamı yakılarak değerlendirilmektedir. Karşımın daha da fakirleştirilmesi; yanma hızında belirgin bir azalmaya, motorun dengesiz çalışmasına, gücün hızla düşmesine ve yakıt ekonomisinin de kötüleşmesine neden olur. Yukarıdaki nedenlerden dolayı, bir karbüratörün çalışma ayar bölgesi, en az özgül yakıt tüketimi ile maksimum motor gücü sınırları arasında olmalıdır. Şekil 1.15’de buji ile ateşlemeli bir motorun n= 2000 d/d da ve ateşleme avans açısına göre elde edilmiş bir ayarlama karakteristiği görülmektedir. Şekil 1.15: Buji ile ateşlemeli bir motorun ateşleme avansına bağımlı ayarlama karakteristiği Buji ile ateşlemeli motorlarda ısının olabildiğince Ü.Ö.N. yakınlarında verilmesi gerekir. Ancak, karışımın yanma hızı çok büyük olmadığı ve yanma belirli bir sürede Prof. Dr. Selim ÇETİNKAYA Prof. Dr. M. Sahir SALMAN gerçekleştiğinden, ulaşılacak maksimum basınçlar ve elde edilecek iş, ateşlemenin başlatıldığı ana bağlıdır. Ateşlemenin ÜÖN ya da yakınlarında yapılması halinde, yanma tamamlanmadan piston kursunun dikkate değer bir bölümünü kat edebilir ve maksimum basınçlara ulaşılamadığından güç azalır. Ateşlemenin çok erken olması durumunda ise, sıkıştırma kursu sırasında yanma ve basınç artışı nedeniyle piston, çok fazla artan basınca karşı hareket etmek zorunda kalacağından negatif işin büyümesi sonucu güç yine azalacaktır. Şekil 1.15’de görülen çalışma için en avantajlı avans açısı 25˚ ’dir. Sabit devir ve gaz kelebeği açıklığında yakıt tüketimi değişmediğinden, özgül yakıt tüketimi değişimi ile ters orantılıdır. Şekil 1.16’te ise, karter yağı sıcaklığının güç çıkışına etkisi görülmektedir. Şekil 1.16: Bir motorda karter yağı sıcaklığının güç çıkışına etkisi (n=3000 d/d) Sıcaklık artırıldıkça yağın vizkositesi azalmakta, akıcılığı artarak hidrolik sürtünme kayıplarının azalmasına ve efektif gücün artmasına neden olmaktadır. Sıcaklığın çok fazla arttırılması ise, yağ filminin kopmasına ve mekanik sürtmelerin artması nedeni ile gücün tekrar azalmasına neden olmaktadır. Şekilde görülen çalışma için en uygun sıcaklık 85˚ ’dir. Şekil 1.17’de sıkıştırma oranına bağlı olarak ortalama basınçların ve yanma veriminin nasıl değiştiği görülmektedir. Sıkıştırma oranı artırıldıkça, ortalama basınçlar artmakta ve yanma verimi iyileşmektedir Prof. Dr. Selim ÇETİNKAYA Prof. Dr. M. Sahir SALMAN  Şekil 1.17: Sıkıştırma oranının ortalama indike basınca, ortalama efektif basınca ve yanma verimine etkisi. Şekil 1.18: Eşdeğerlik oranının indike basınca, yanma verimine ve özgül yakıt tüketimine etkisi. Prof. Dr. Selim ÇETİNKAYA Prof. Dr. M. Sahir SALMAN  Şekil 1.18’de altı silindirli buji ile ateşlemeli bir motorun tam gaz kelebek açıklığında ve 1200 d/d ‘da, değişken eşdeğerlik oranının ortalama indike basınca,yanma verimine ve özgül yakıt tüketimine etkisi görülmektedir. Eşdeğerlik oranı arttıkça (karışım zenginleştikçe), özgül yakıt tüketimi ve ortalama indike basınç artarken, yanma verimi ise düşmektedir. 1.4. Test İşlemleri ve Çeşitleri Testlerin yapılış amacı, değerlendirme ve araştırmalar için sağlıklı, güvenilir ve istenilen değerlerin ölçülmesidir. Bu nedenle test ortamının düzeni, güvenliğin sağlanması yanında cihaz ve takımlarında özenle seçilerek kontrol edilmesi, kalibrasyonlarının gözden geçirilmesi gerekmektedir. Ölçmeler motorun kararlı çalışmalarında yapılmalıdır, değerlerin okunması ve gözlemler aynı sürede yapılarak kaydedilmelidir. İçten yanmalı motorların karakteristiklerini elde etmek için uyguladığımız testleri genel olarak iki guruba ayırabiliriz. 1- Değişik hız testleri 2- Sabit hız testleri Değişik hız testlerini ayrıca tam yük ve kısmi yük testleri olarak iki guruba ayırabiliriz. 1.4.1. Değişik Hız Testi Bir motorun tam yük hız testinde koordineli olarak motora biraz gaz verip birazda yüklenerek tam gaz durumuna ulaşılır ve gaz kolu sabitlenir. Bu durumda maksimum tork fren ya da dış yük ayarlaması ile elde edilir. Ateşleme avansı ya da püskürtme avansı bu durumda maksimum torku verecek şekilde ayarlanmış olmalıdır. Su ve yağlama yağı sıcaklıkları çalışma sıcaklığına gelinceye kadar motor bir süre çalıştırılır. Motor, çalışma sıcaklığına geldikten sonra test, yakıt sarfiyatının ölçülmesi ile başlatılır. Ölçme tamamlandığı zaman test bitirilir. Bu zaman aralığında ortalama hız, fren yükü, sıcaklıklar, kullanılan yakıtın ağırlığı veya hacmi vb. kaydedilir. Kaydedilen değerler, karakteristiklerin elde edilmesi ve istenen sonuçların hesaplanması için gerekli tüm bilgileri kapsamalıdır. İlk çalışmanın tamamlanmasından sonra, ateşleme ya da püskürtme avansı yine maksimum torku verecek şekilde ayarlı iken, hız istenilen miktarda değişinceye kadar fren ya da yük ayarlanır. Sıcaklıkların eşitliği yeniden kontrol edilerek bir önceki paragrafta belirtilen Prof. Dr. Selim ÇETİNKAYA Prof. Dr. M. Sahir SALMAN işlemler tekrar edilir. Ölçmeler, nmin ile nmax arasında sağlıklı eğriler verecek sayıda tekrarlanmalıdır. Değişik hızda kısmi yük testini uygulamak için (diyelim ki %50 yük) her hız durumunda okunan maksimum güç değerlerinin yarısı gaz ve fren konumlarının değiştirilmesi ile sağlanır. Hıza bağlı fren gücü eğrisi testi uygulamadan sadece maksimum güç eğrisinin koordinatlarını 2’ye bölerek elde edilebilir, önemli olan özellik gaz kolunun değişik olan bu yeni durumunda yakıt tüketiminin nasıl değişeceğini görmektedir. Herhangi bir hız çıkışı için kesin sınır olmadığı için governörsuz (regülatörsüz) bir dizel motorunun değişik hızdaki tam yük testini yapmak, karbüratörlü motorlara oranla biraz daha karışıktır. Karbüratörlü motorlarda ki işlemleri izleyerek fren, yakıt pompasının egzoz gazlarını hafifçe renklendirecek miktarda yakıt püskürttüğü durumda, en az çalışma hızı elde edilecek şekilde ayarlanmalıdır. Bu durum, bir kısım yakıt egzozdan atıldığı için, motorun tam yük yakınında olduğunu gösterir. Dizel motoru, emme zamanında silindirlere sabit bir miktarda hava aldığı için, silindire enjekte edilen az miktardaki bir yakıt bu havanın hepsini kullanamaz. Kısmi yüklerdeki durum böyledir. Yük artırıldıkça, silindirlere daha fazla miktarlarda yakıt püskürtülmekte ve yanma için çok daha fazla hava gerekmektedir. Bu noktaya gelindiğinde yakıtın daha fazla püskürtülmesi bir kısım yakıtın tam olarak yanmamasına ve isli yanmaya sebep olur. Hatta bu durumda motordaki havanın bir kısmı, püskürtülen yakıtın havayı bulamaması nedeni ile kullanılamamaktadır. Karbüratörlü motorlarda gaz kelebeği sınıra kadar açılmakta, Dizel motorlarında ise kesin bir sınır olmadığından, bu sınırı belirlemek üzere egzoz gazlarının renginden ayarlanır. 1.4.2. Sabit Hız Testi Sabit hız testleri, yüksüz durumdan tam yük durumuna kadar düzgün eğriler verecek sayıdaki uygun yük basamaklarında yapılır. Teste, verilen devirdeki sıfır yükten başlanır. Bu durumdaki ölçmeler tamamlandıktan sonra biraz gaz verilerek daha önceki devir sayısı elde edilinceye kadar motor yüklenir. Böylece ikinci çalışma başlamış olmaktadır. Çalışmalar bu şekilde sürdürülerek son test, gaz kelebeği tam açık durumda iken yapılır. Dizel motorlarındaki son çalışma, egzozda duman görüldüğü durumda tamamlanır. Prof. Dr. Selim ÇETİNKAYA Prof. Dr. M. Sahir SALMAN  1.5. Performans Haritaları Bir motorun, belirli bir hız aralığı ve yük durumu için, efektif çıkış gücü, tork ve özgül yakıt sarfiyatı eğrileri, genellikle kullanıcıya yeterli olmaktadır. Ancak bu eğriler, ait oldukları motora ait kritik analizlerin yapılmasına ve diğer benzer motorlar ile kalite mukayesesi yapılmasına müsaade etmezler. Bu amaçların gerçekleştirilmesi için, fren ortalama efektif basıncı, fren özgül yakıt tüketimi, ortalama piston hızı veya motor hızı özgül çıkış gücü (birim piston alanı başına efektif çıkış gücü) gibi genel performans parametrelerinin bilinmesine ihtiyaç vardır. Görüldüğü gibi, bu parametreler silindir geometrisinden bağımsız olup, silindir ölçüleri çok farklı olan motorların bile performans açısından mukayeselerini mümkün kılarlar. Şekil 1.19 ve şekil 1.20’de, tipik bir buji ile ateşlemeli motor ile sıkıştırma ile ateşlemeli motorun, fren ortalama efektif basıncı, fren özgül yakıt tüketimi ve özgül çıkış gücü gibi genel performans parametrelerinin, deniz seviyesinde, motor hızı ile değişimi görülmektedir. Şekillerde görülen performans eğrileri, motorların kataloglarında tavsiye edilen normal ayarları yapıldıktan sonra ve normal çalışma sıcaklıklarında elde edilmiştir. Genel olarak performans haritalarında, motor maksimum hızının yarısının biraz altındaki hızlarda ve kısmen yüksek fren ortalama efektif basınç değerlerinde, özgül yakıt tüketiminin en düşük olduğu bir bölge mevcuttur. Bu bölge, tam gazda elde edilen tork eğrisindeki maksimum noktanın hafif sol ve alt tarafına düşmekte olup, motorun indike mekanik verimlerinin en yüksek olduğu bölgedir. Bu bölgenin bulunduğu sabit motor hızında, fren ortalama efektif basınç değeri, optimum değerden daha fazla arttırılacak olursa, (motorun yükü artırılıp gaz kelebeği biraz daha fazla açılırsa) karbüratördeki ekonomi devresinden gönderilen ekonomik karışım zenginleşerek, indike verimin kötüleşmesine yol açar ve fren özgül yakıt tüketimi artar. Dizel motorlarında da, bu durumda yine fren özgül yakıt tüketimi artmaktadır. Çünkü, yine optimum fren ortalama efektif basınç bölgesindeki motor hızı sabit tutularak, fren ortalama efektif basınç (pme) değerinin yükseltilebilmesi için, yanma odasında püskürtülen yakıt miktarının arttırılması gerekmektedir. Daha yüksek moment için yanma odasına püskürtülen yakıt miktarı fazlalığı, hava/yakıt oranının düşmesine, dolayısıyla motorun duman yapmasına, yani bir kısım yakıtın yanmadan dışarı atılmasına ve sonuç olarak, fren özgül yakıt tüketiminin artmasına neden olmaktadır. Optimum bölgenin bulunduğu motor hızında, motor hızı sabit tutularak motorun yükü azaltılsa, yani aynı motor hızında daha düşük pme değeri ile çalışılsa, yine fren özgül yakıt tüketiminin arttığı görülmektedir. Bunun sebebi de, aynı motor hızında ve düşük pme de çalışan motorun, Prof. Dr. Selim ÇETİNKAYA Prof. Dr. M. Sahir SALMAN sürtünme ortalama efektif basıncı (pfme) hemen hemen sabit kalırken, indike ortalama efektif basıncının pmi azalması, fren özgül yakıt tüketiminin artmasına neden olmaktadır. Optimum değerden düşük pme ile çalışan bir motorda, silindirlere kısılmalı dolgu gönderildiği için, sıkıştırma oranının fren özgül yakıt tüketimi üzerindeki iyileştirici etkisi gölgelenmekte ve dolayısıyla indike verim azalmaktadır. Dizel motorlarında da, aynı motor hızında daha az yakıtın yakılması, pompalama kayıpları ile sürtünme kuvvetlerinin artışı olarak görünmekte ve fren özgül yakıt tüketiminin artmasına neden olmaktadır. Optimum yakıt ekonomisinin sağlandığı bölgenin sağına doğru hareket edildiğinde, yani motor yükü sabit tutularak (sabit pme), motor hızı, optimum bölgedeki motor hızından daha yüksek motor hızlarına yükseltildiği zaman, fren özgül yakıt tüketimi yine artmaktadır. Bunun sebebi, motor hızı ile birlikte artan sürtünme kuvvetlerinden dolayı mekanik verimin azalması ve yanma olayındaki kötüleşme ile de, indike verimin azalmasıdır. Optimum bölgenin soluna doğru gidildiğinde, yani, motor yükü sabit tutularak (sabit pme), motor hızı düşürüldüğünde, sürtünme kuvvetlerinin azalmasına rağmen, fren özgül yakıt tüketimi yine de artmaktadır. Bununda sebebi, çevrim başına olan ısı kayıplarının artması ve emme manifoldundaki düşük akış hızından dolayı hava-yakıt zerrelerinin iyi karışamamasıdır. Dizel motorlarında da, optimum bölgenin solunda, aynı fren ortalama efektif basınç (pme) değeri için, düşük motor hızlarında, fren özgül yakıt tüketimi artmaktadır. Bununda sebebi, muhtemelen, düşük motor hızlarında yakıt enjeksiyon sisteminin gerekli atomizasyonu sağlayamaması ve çevrim başına olan ısı kayıpları yüzünden tatminkar performans elde edilememesi sonucu, indike verimin azalması olarak gösterilebilir. Değişik motor hızlarında elde edilen aynı fren ortalama efektif basınç (pme) değeri için, benzin motorlarındaki manifold vakumu veya Dizel motorlarındaki püskürtülen yakıt miktarı, sürtünme kuvvetleri ile volümetrik verimdeki değişimden dolayı, aynı olmayacaktır. Dizel motorlarının performans haritalarında, pratikte en üst moment limiti, is ve duman sınırı olarak da bilinen, maksimum moment eğrisi, şekil 1.20’de, kesik çizgiler ile gösterilmektedir. Prof. Dr. Selim ÇETİNKAYA Prof. Dr. M. Sahir SALMAN  Şekil 1.19: Buji ile ateşlemeli bir motorun performans haritası. Şekil 1.20 Sıkıştırma ile ateşlemeli bir motorun performans haritası. Silindir hacmi Vs= 2090 cm3 Prof. Dr. Selim ÇETİNKAYA Prof. Dr. M. Sahir SALMAN  II. DİNAMOMETRELER Motor performansının ölçülmesinde en önemli basamak, motor çıkışının ölçülmesidir. Motorun çıkış milinden alınan bu gerçek ve kullanılabilir değerlerin ölçülmesinde kullanılan cihazlara DİNAMOMETRE denilmektedir. Dinamometreler, uygun göstergelerle moment, hız ve güç ölçmek üzere kullanılan, enerji dönüştürücüler olarak adlandırılırlar. Dinamometreler, araştırma yada üretimde, hareket üreten her tür makinenin gücünü belirlemede; yeni yada yenileştirilmiş motorların kabul testinde; ateşleme sistemleri, yakıt sistemleri vb. sistemlerin testlerinde kullanılırlar. Bu nedenle, içten yanmalı motorların üretim ve bakımlarında, dinamometrelerin önemi ve rolü çok büyüktür. 2.Uygun Dinamometre Seçimi Bir mühendis için belki de en zor şey en uygun dinamometreyi seçerek bir test düzeneği kurmaktır. Doğru test düzeneğini seçerken çeşitli tipteki dinamometrelerin karakteristikleri, avantaj ve dezavantajları göz önüne alınır. Dinamometrelerin ilk üretilenlerinden biri şekilde görüldüğü gibi ip ile çalışan tipidir. İpin volana sürtünmesi yoluyla yükleme yapılır. Yükü artırmak için ip üzerine ağırlıklar asılır. Bu sistem ilkel olmasına rağmen güç ölçümünde oldukça doğru sonuçlar vermektedir. Sürtünme esasına göre çalışan diğer bir dinamometre Prony fren olarak adlandırılır. Şekil 2.1. İpli tip dinamometre 2.1 Prony Freni Motor çıkışının ölçülmesinde kullanılan ilk araçlardan bir tanesi de, şekil 2.2’de görülen prony frenidir. Bir kasnak (1), çıkış gücü ölçülecek motorun krank miline kamalı olarak bağlanır. Kasnağın etrafındaki (2) bandı, (3) gibi bir ayar kolu ile sıkıştırılabilir ve bandın sıkıştırılma miktarı, kasnağın çevresi boyunca etki eden ve dönmesine karşı koyan Prof. Dr. Selim ÇETİNKAYA Prof. Dr. M. Sahir SALMAN sürtünme direncini belirler. Bant ve onun dönme yüzeyinin, sınırlı bir açı dışındaki hareketini, terazinin ölçme yüzeyi ve fren çerçeve kolu tarafından önlenmektedir. Şekil 2.2: Prony freni İş, kuvvet ile yolun çarpımı olarak tanımlanır. Volanın bir defa dönmesi sırasında sürtünme kuvveti f, ile volanın çevresi 2πr’nin çarpımı kadar bir iş yapılır. Burada; r : volanın yarıçapı (m), f : sürtünme kuvveti (N) dur. Şekil 2.1 de görüldüğü gibi f kuvvetini bulmak için (o) noktasına göre moment alınırsa r.f = F.R olduğu görülür. Burada; F : Göstergede okunan değeri (N) R : Dinamometre fren kolu uzunluğudur. (m) Buna göre; bir devirde yapılan iş =2.π. R. F Motor n d/d. ile dönüyorsa, bir dakikada yapılan iş: W = 2.π.F.R.n (Joule) olacaktır. Güç; birim zamanda yapılan iş olduğuna göre; bir saniyede yapılan iş, 2..F.R.n Pe  (W ) 60 yazılabilir. Bulunan güç değerini kW cinsinden bulmak için çıkan sonucu 1000’e bölmek yeterlidir. Verilen bir motor hızında ve sabit bir güçte, F R çarpımı, dinamometre fren kolunun uzun ya da kısa olmasına bağlı değildir. R boyu uzatıldıkça, F’nin sayısal değeri küçülecek, Prof. Dr. Selim ÇETİNKAYA Prof. Dr. M. Sahir SALMAN kısaltıldıkça büyüyecektir. F×R çarpım değeri, moment veya tork olarak adlandırılır. Kuvvetin döndürme etkisinin bir ölçüsüdür. Birimi Nm dir. Herhangi bir makinede güç, işin yapılma oranını belirtirken; moment ise, motorun iş yapabilme yeteneğinin bir ölçüsüdür. Bunu bir başka yoldan açıklamak istersek; güç, taşıtın engeller üzerinde ne kadar hızlı ilerleyebileceğini belirlerken, moment, motorun taşıtı engeller üzerinden götürüp götüremeyeceğini belirler. Prony freni ucuzdur, kullanımı basittir ve yapımı kolaydır. Bu nedenlerle, düşük hız testlerinde kullanılmaktadır. Yüksek hızlarda ise, bandın tutma ya da gevşemesi ile sabit yüklerin korunması çok güç olmaktadır. Prony freninin ana dezavantajı, herhangi bir bant basıncındaki sabit momentidir ve değişen yükleme koşullarına uyumsuzluğudur. Diğer bir deyişle, eğer motor hız kaybına uğrayacak şekilde yüklenirse, prony freninin momenti koruması nedeni ile motor stop edebilir. Günümüzde prony frenler kullanılmamaktadır. Bazı dinamometrelerde, uygun moment kolu uzunluğu ve π sabit sayısının çarpımı sonucu, genellikle yuvarlatılmış Kc gibi bir dinamometre sabiti elde edilmekte ve hesaplama kolaylığı sağlanmaktadır. Buna göre fren gücü : F.n Pe  (kW ) olacaktır. Kc Burada; F = göstergede okunan değeri (N) n = motor devir sayısı (dev/dak) Kc = dinamometre sabitidir. ÖRNEK : Tek silindirli, dört zamanlı bir motor, dinamometre sabiti Kc= 30.000 olan bir dinamometrede yülenmiş ve 4500 d/d.’da göstergede 150 N’luk bir değer okunmuştur. a) Fren gücünü (kW) b) Fren torkunu (Nm) hesaplayınız ÇÖZÜM : a) F.n 150.4500 Pe   Kc 30000 Prof. Dr. Selim ÇETİNKAYA Prof. Dr. M. Sahir SALMAN  Pe  22.5 (kW) b) Motor torku 30000.Pe Me  ( Nm) .n 30000.22.5 Me  .4500 Me  47.77 Nm 2.2. Hidrolik Dinamometreler (Su frenleri) Su geçirmez bir gövde içerisinde yataklandırılmış bir mil ve mile bağlı silindirik bir rotordan oluşur. Yarısı rotor üzerinde, diğer yarısı gövde (stator) üzerinde oluşturulmuş toroidal şekilde girintiler bulunur. Rotor eksenine belirli açıda veya dik kanatçıklar yoluyla stator ve rotor kısımlara bölünmüştür. Rotora hareket verildiği zaman şekil 2.3.’te görüldüğü gibi yoğun dairesel sirkülasyonlar oluşur. Bu etki rotorun oluşturduğu momentumu statora (gövdeye) transfer eder. Böylece dönen şafta karşı direnç moment oluşur. Dinamometre gövdesi rotor ekseninde yataklanmıştır ve sadece belirli açıda dönebilir. Rotorun hareketi sonucu gövde içerisinde toroidal formda oluşan su vorteksleri rotor ve gövde kanatları tarafından yüksek hızla kesilir ve harcanan güç su içerisinde ısıya dönüşür. Hidrolik dinamometreler yükleme momentinin değiştirilme şekline göre iki çeşittir. Sabit dolgulu hidrolik dinamometreler: Bu tip dinamometrelerde moment, rotor ve stator arasında yer alan ince kanallı kanatcıkları araya sokarak veya çıkararak değiştirilir. Böylece vortekslerin oluşumu kontrol edilir. Değişken dolgulu hidrolik dinamometreler: Sabit dolgulu dinamometreler ile aynı prensine göre çalışırlar. Yükleme momentleri rotor ve stator arasındaki sıvının miktarı değiştirilerek kontrol edilir. Bu tip dinamometreler motorun kavrama muhafazasına veya araç şasisine doğrudan vidalanarak monte edilirler. Revizyondan geçen motorların test edilmesinde kullanılırlar. Bu dinamometrelerle 1000 kW’a kadar güç çekmek mümkündür.Şekil 2.3. Prof. Dr. Selim ÇETİNKAYA Prof. Dr. M. Sahir SALMAN  Şekil 2.3. Değişken dolgulu hidrolik dinamometre Şekil 2.3.Hidrolik dinamometrenin iç yapısı Prof. Dr. Selim ÇETİNKAYA Prof. Dr. M. Sahir SALMAN  Şekil 2.4: Kanatçıkların şekli ve dinamometre içerisindeki sıvı hareketi Güç; sıvının dönme kinetik enerjisi tarafından yutulduğu için (Şekil:2.4), gücün yutulmasında ana rolü, sıvının viskozitesinden çok, yoğunluğu etkilemektedir. Vizkositeye oranla yoğunluk, sıcaklıktan çok daha az etkilendiğinden, bu önemli bir avantajdır. Bu nedenle, iyi derecede soğutma düzenlemeleri yapılmadan da sabit yükler elde edilebilir. Değişken dolgulu hidrolik dinamometrelerin yükleme ve soğutma suyu düzenlemeleri genellikle iki şekilde yapılmaktadır. Bunlardan birincisi, şekil 2.5’te görülen açık sistemdir. Bu sistemde, dış kaynaktan alınan yükleme suyu, merkeze yakın bir yerden dinamometreye verilir. Çevreye yakın bir yerden dinamometreyi terk eden su, dar bir çıkış kontrol kesitinden geçerek dışarı atılır. Dinamometre içerisindeki su miktarını değiştirmek için giriş kontrol vanasının açıklık miktarı değiştirilir. Şekil 2.5: Açık Sistem Prof. Dr. Selim ÇETİNKAYA Prof. Dr. M. Sahir SALMAN  Şekil 2.6’da görülen kapalı sistemlerde ise güç yutma ünitesinin giriş çıkış kanalları birbirine bağlanarak kapalı devre sirkülasyonu sağlanmıştır. Giriş ve çıkış kontrol vanaları ile kapalı devredeki yükleme suyunun miktarı değiştirilebilmektedir. Yükleme sırasında ısıya dönüşen enerji, çalışma sıvısının bir soğutma ünitesi (eşanjör) içerisinden geçirilmesi ile sistemden uzaklaştırılır. Yükleme sıvısının çok hızlı sirkülasyonuna karşı, soğutma ünitesi çok az miktarda bir su harcamaktadır. Bu da kapalı sistemin bir üstünlüğüdür. Şekil 2.6: Kapalı Sistem. Dinamometre gövdesi serbestçe hareket edebilecek biçimde yataklandırılmıştır. Kendisini durdurucu hiçbir şeyin bulunmadığı durumlarda, içerisinde bulunan suyun direncine bağlı olarak, rotorla birlikte dönebilir. Ancak dinamometre gövdesi, hidrolik silindir içinde hareket eden, bir pistonun üzerine etki eden bıçak ağızlı bir kol ile donatılmıştır. Döndürücü etki burada hidrolik basınca dönüştürülerek moment göstergesine iletilmektedir. Gösterge üzerinde yapılan bölüntü ile moment doğrudan doğruya Nm yada kgm. olarak okunabilir. Hidrolik dinamometrelerin özellikleri: 1. Geniş yük ve devir aralığında çalışabilirler (tüm taşıt motorlarının test edilmesine elverişlidir.) 2. Aşırı yükleme olduğunda, devir azalması ile fren yükünün de azalması sonucu, test yapan kişiye ayar olanağı tanırlar. Prof. Dr. Selim ÇETİNKAYA Prof. Dr. M. Sahir SALMAN  3. Elektrikli dinamometrelere göre daha ucuzdur. 4. Farklı hidrolik dinamometrelerin farklı moment-devir ve güç-devir eğrileri vardır. Bu özellik isteğe göre dinamometre seçimini kolaylaştırır. Şekil 2.7’de tipik bir hidrolik dinamometrenin performans eğrileri verilmiştir. Moment, hızın karesiyle orantılı olarak artmaktadır ve durur konumdayken moment sıfırdır. Dinamometrenin çektiği güç, soğutma suyu miktarı ve müsaade edilen maksimum su sıcaklığı ile sınırlıdır. Şekil 2.7. Hidrolik dinamometrenin performans eğrileri Dinamometre göstergesinde okunan moment ve devir sayısı yardımı ile gücün belirlenmesinde, aşağıdaki formüllerden yararlanılır : Me.n Pe  kW 9579 Burada; Me = Döndürme momenti Nm, n = devir sayısı d/d dır. ÖRNEK : Bir motoru 3000 d/d hızda , test ederken göstergede 175 Nm’lik moment okunmuştur. Motorun efektif gücünü hesaplayınız. ÇÖZÜM : Me.n 175.3000 Pe   9549 9549 Pe = 55 kW. Bulunur Prof. Dr. Selim ÇETİNKAYA Prof. Dr. M. Sahir SALMAN.2.3 Hava Frenli Dinamometreler Hava frenleri, diğer adı ile vantilatör frenler, hassasiyetin birinci derecede önemli olmadığı uzun süreli testlerde yada motorların alıştırılmasında kullanılır. Hava frenlerinin temel sorunu, yükün ayarlanmasındaki güçlük yada elverişsizliktir. Yük değişimini sağlamak için; kanatların dönme yarıçapını, boyutlarını yada dönme ekseni ile yaptığı açıları değiştirmek gereklidir. Bunlardan ilk iki değişikliğin yapılabilmesi için motorun durdurulması gerekmektedir. Ayrıca, test sırasında atmosferik şartlardaki değişmeler de yükü değiştirmektedir. Hava frenlerinde, vantilatörün çevresini bir muhafaza içerisine alarak, hava akışının giriş yada çıkışını kısıtlayarak da yük değişimi sağlanmaktadır. Hava freni ile yüklenen bir motorun çıkışının ölçülmesi, hava freni üzerinde yapılan bir düzenleme ile gerçekleştirilebilir. Şekil 2.6’da böyle bir fren görülmektedir (Aspera AF 75). Cihazın gövdesi içerisinde, kanatlarla motor arasındaki devir oranını değiştiren bir hız kutusu ve dışında da kontrol kolu bulunmaktadır. Cihazın kullanma diyagramından yararlanılarak, test edilecek motor için uygun olan hız oranı, bu kol yardımı ile seçilir. Dengeleme yaylarının seçimi de yine motor kapasitesine göre ve cihazların kataloğundaki önerilere uygun olarak yapılır. Deneyden önce, kanatları asgari, fren (yük) durumuna yani dönme eksenine dik duruma getirilmelidir. Test edilecek motor çalıştırılıp, ısınmadan, fren kavraması kavraştırılmamalıdır. Hava frenlerinin performans eğrileri de, Şekil 2.5’te görülen, hidrolik dinamometrelerin performans eğrilerine benzemektedir. Ancak, boyutlarındaki fazla artış ve gürültülü çalışmaları nedeniyle, kapasiteleri en fazla 250 kW güç yutacak şekilde sınırlandırılmaktadır. Prof. Dr. Selim ÇETİNKAYA Prof. Dr. M. Sahir SALMAN  Şekil 2.8: Aspera AF 75 hava türbülans freni. 1. Eksenleri etrafında dönebilen kanatlar, 2. Dengeleme yayları, 3. Yük ve devir gösterge tamburu, 4. Yük kontrol kasnağı, 5. Kavrama kolu, 6. Elektrik motoru(motor alıştırmak için), 7. Test edilecek motor. Hava frenli dinamometrelerin üstünlükleri: Ucuzdurlar ve kullanılmaları, bakımları son derece kolaydır. Bu nedenle, fazla hassasiyet gerektirmeyen uzun süreli testlerde motorların yüklenmesinde kullanılırlar. 2.4.Elektrikli Dinamometreler Yaygın olarak kullanılan elektrikli dinamometreler ile yükleme sırasında motordan çekilen güç, elektrik enerjisine dönüştürülür yada Eddy akımlı dinamometrelerde olduğu gibi ısı enerjisine dönüştürülerek soğutma suyu ile sistemden dışarı atılırlar. Çalışma prensibine göre elektrikli dinamometreler farklı isimlerle adlandırılırlar. 2.4.1. Doğru Akım (DC) Dinamometreleri: Bu tip dinamometre, bir mil üzerine montaj edilmiş doğru akım jeneratöründen oluşur. Yük kontrolleri, tristör esaslı ac/dc Prof. Dr. Selim ÇETİNKAYA Prof. Dr. M. Sahir SALMAN konvertör ile yapılır. Doğru akım dinamometreleri güçlü bir yapıya sahiptirler, kolaylıkla kontrol edilirler. Motor olarak da çalıştırılabilirler. Dezavantajları, yüksek atalet momentlerinin olması, maksimum devirlerinin düşük olması ve yük altında çalışırken torsiyonal (burulma) vibrasyonları göstermesidir (Şekil 2.8). Şekil 2.8.Doğru akım dinamometresi Şekil 2.9. Motor test düzeneği. Prof. Dr. Selim ÇETİNKAYA Prof. Dr. M. Sahir SALMAN Şekil 2.9’da bir doğru akım dinamometresi ile yapılmış motor test düzeneği ve Şekil.2.10’da bu test düzeneğinde kullanılan dinamometrenin performans eğrileri görülmektedir. Şekil 2.10. Bir Doğru akım dinamometresi performans eğrisi. 2.4.2. Alternatif akım (AC) Dinamometreleri: AC akımın kontrol edilmesi alanındaki gelişmeler sonucu, DC akım dinamometrelerin performans ve ölçülerine benzer AC dinamometreler geliştirilmiştir. En önemli avantajları endüvi kolektörlerinin olmayışı ve düşük ataletlerinin olmasıdır. Asenkron makineler olarak da adlandırılırlar. Hızları besleme frekansları değiştirilerek kontrol edilir. Güç kaynakları, bir doğrultucu, bir doğru akım devresi ve değişken frekanslı akım üreten bir invertörden oluşur. AC dinamometreler motor olarak da çalıştırılabilirler. 2.4.3.Eddy akımlı manyetik dinamometreler: Bu tip dinamometreler elektromanyetik endüksiyon ile moment üreterek güç yutarlar. Yüksek geçirgenlikli çelikten yapılmış dişli rotorları oldukça az bir boşluk ile çelik plakalar arasında dönecek şekilde yataklandırılmıştır (Şekil 2.11).. Prof. Dr. Selim ÇETİNKAYA Prof. Dr. M. Sahir SALMAN  Şekil 2.11. Eddy akımlı manyetik dinamometre Rotor ve çelik plakalar su ile soğutulurlar.Dinamometre eksenine paralel manyetik alan, iç içe sarılı iki adet bobin tarafından üretilir. Rotorun hareketi ile plakalar arasındaki manyetik akı kesilir. Manyetik akının kesilmesi sırasında rotor üzerinde Eddy akımı oluşturularak dinamometreye bağlı motordan çekilen güç elektriksel direnç formunda ısıya dönüştürülerek harcanır. Açığa çıkan ısı, rotor etrafındaki pasajlarda sirkülasyon yapan soğutma suyuna aktarılır. Dinamometrenin güç kontrolü, ikaz sargılarını besleyen akımın değiştirilmesi ile sağlanır. Eddy akımlı dinamometreler basit ve dayanıklıdır. Oldukça hızlı yük değişimi sağlamak mümkündür. Kontrol sistemi basittir ve düşük hızlarda büyük frenleme momenti elde etmek mümkündür. En önemli dezavantajları motor olarak çalıştırılamamalarıdır. Şekil 2.12’de Eddy akımlı dinamometrenin moment ve güç eğrileri görülmektedir. Prof. Dr. Selim ÇETİNKAYA Prof. Dr. M. Sahir SALMAN  Şekil 2.12. Eddy akımlı dinamometrenin performans eğrileri Eddy Akımlı manyetik dinamometrelerin üstünlükleri: Manyetik dinamometrelerin üstünlüklerini şu şekilde sıralayabiliriz: 1. Büyük güç ve geniş hız aralığı (6000 – 25000 dev/dak aralığında, maksimum 4000 kW) 2. Düşük hızlarda yüksek tork kapasitesine sahiptir ve minimum ayarlamadaki güç yutuşu düşüktür. 3. Yük ve hız kontrolü çok kolaydır. 4. Yataklardan başka aşınan parçaları, dönen sargıları yoktur. 5. Hiçbir değişikliği gerektirmeksizin, her iki dönüş yönünde de çalıştırılabilir. Prof. Dr. Selim ÇETİNKAYA Prof. Dr. M. Sahir SALMAN  3. OREFİZ PLAKA İLE HAVA TÜKETİMİNİN ÖLÇÜLMESİ İçten yanmalı motorlarda motora giren havanın doğru olarak ölçülmesi manifold içerisinde oluşan basınç dalgalanmalarından dolayı oldukça zordur. Buji ile ateşlemeli motorlarda özellikle motor kısmi yüklerde çalışırken motora giren hava miktarları gaz kelebeği tarafından kısılır. Motorun relanti ile tam gaz kelebek açıklığında ve maksimum hızlardaki çalışması sırasında, hava tüketim değerleri arasındaki oran 1’e 40 olabilmektedir. Ayrıca motora giren havanın akışındaki dalgalanma, silindir sayısı az olan motorlarda çok daha fazla olmaktadır. Dalgalanmaların en önemli sebebi her silindirin 720°’lik çevrim sırasında sadece 180°’lik emme zamanında havayı silindire çekmesinden kaynaklanmaktadır. Emme zamanı sırasında hava akış hızı, yaklaşık olarak piston hızını takip etmekte ve maksimum akış hızı, emme zamanı sırasındaki ortalama akış hızının iki katına çıkarılmaktadır. Yine tek silindirli bir motorda maksimum hava akış hızı 720°’lik çevrim sırasındaki ortalama akış hızının 8 katına ulaşmaktadır. İki zamanlı tek silindirli bir motorda ise maksimum hava akış hızı çevrim ortalamasının 4 katı kadar olabilmektedir(Şekil 6.1). Motorun kullandığı hava debisinin doğru bir şekilde ölçülebilmesi için, ölçümün yapılacağı bölgedeki dalgalanmanın sönümlenmesi gereklidir. Bu nedenle özel olarak yapılmış, dalgalanmaları sönümleyici tanklar kullanılmaktadır. Prof. Dr. Selim ÇETİNKAYA Prof. Dr. M. Sahir SALMAN Şekil 3.1: Tek silindirli dört zamanlı bir motorda ideal hava akışı Laboratuarımızda kullanılan sönümleyici tank 50 litre hacminde olup bununla : Tek silindirli dört zamanlı 1 litrelik motorun Tek silindirli iki zamanlı 2 litrelik motorun İki silindirli dört zamanlı 2 litrelik motorun İki silindirli iki zamanlı 3,3 litrelik motorun Dört silindirli dört zamanlı 3,3 litrelik motorun hava tüketimini ölçmek mümkündür. 3.1. Akış Denklemi Hava debisinin ölçülmesinde kullanılan ve orefiz plakalı, nozullu veya ventürili sistemlerde Q=sabit.(h)0,5 gibi bir denklem kullanılır. Bu eşitlikte Q akışkanın debisini, h ise plaka yüzeyleri arasındaki basınç düşmesini göstermektedir. Şekil 3.2: Orefiz plaka 3.2. Orefiz Plaka Teorisi Prof. Dr. Selim ÇETİNKAYA Prof. Dr. M. Sahir SALMAN  Motorlarda hava akışının ölçülmesinde kullanılan kare kenarlı orefiz plaka İngiliz standardına göre düzenlenmiş olup kullanılan eşitlikler şu şekilde verilmiştir. Akışkanın debisi: (1) Q  0,2087.c.Z D.Z R .E.d 2.(h /  ) 0,5 Reynold Sayısı: Q. RD  0,2124. (2) .d Alan oranı: 2 m    d (3) D Hız yaklaşım faktörü: 1 E (4) 1  m  2 0,5 Burada Q: Akışkanın debisi (lt/dak) d: Orefiz çapı (mm) D: Orefiz öncesi çap (mm) µ:Mutlak viskozite, poise (g/cm.s) ρ:Havanın yoğunluğu (kg/m3) P:Ortamın mutlak basıncı (Paskal) c: Temel katsayı ZR: Reynold sayısı düzeltme faktörü ZD: Boru ölçüsü düzeltme faktörü Є: Genişleyebilme faktörü E: Hız yaklaşım faktörü h: Orefiz uçlarındaki basınç farkı mmH2O (eğik manometreden okunan değer) 3.3. Hava akışının hesaplanması: Havanın, havametre içerisine çekilmesi dış ortamdan yapıldığı için orefiz öncesi çap D=∞ alınır ve m=(d/D)2 eşitliğinden m=(d/∞)2=0 olarak bulunur. Hız yaklaşım faktörü: 1 Prof. Dr. Selim ÇETİNKAYAE  Prof. Dr. M. Sahir SALMAN (1  m 2 ) 0,5  formülünde m=0 yerine konursa E=1 bulunur. Şekil 6. 3’ten temel katsayı c=0,596 ve şekil 6.4’ten boru ölçüsü düzeltme faktörü ZD=1 olarak bulunur. Reynold Sayısı düzeltme faktörü ZR=1 ile genişleyebilme faktörü Є=1 kabul edilebilir veya ayrıntılı hesaplama için şekil 5 ve 6 kullanılabilir. Değerler 0,5 h Q  02087.c.Z D.Z R..E.d   2  eşitlikte yerine koyulursa, 0,5 h Q  0,2087.0,596.1.1.1.1.d.  2   0 ,5 h Q  0,1243852.d. 2  bulunur. Hava mükemmel gaz kabul edilirse, havanın yoğunluğu P  R.T yazılabilir. Standart basınç, 101325 Paskal ve standart sıcaklık 273+ 15=288˚K ve havanın gaz sabitesi R=287 j/kgK alınırsa, 101325   1,225863821 kg / m3 287.288 bulunur.  değeri eşitlikteki yerine konursa Q  0,1123.d 2.h 0,5 elde edilir. Prof. Dr. Selim ÇETİNKAYA Prof. Dr. M. Sahir SALMAN  Şekil 3.3: Alan oranına göre temel katsayının değişimi. Şekil 3.4: Alan oranına göre boru ölçüsü düzeltme katsayısının değişimi. Genişleyebilme faktörü Є ile Reynold Sayısı düzeltme faktörü (ZR)nin, daha ayrıntılı hesaplanması için hava metre ile ölçüm yapılırken: Maksimum hava debisinde manometreden okunacak değer h=75 mmH2O ve ortam basıncı 1,01325 bar ise; şekil 3.5 teki 0,002714 h/P eşitliğinden 0,2008 değeri bulunur ve şekil 6.5’teki tablodan bakılarak genişleyebilme faktörü Є=0,995 olarak elde edilir. Örnek: 288K sıcaklıkta havanın vizkozitesi μ=18,642.10-5gr/cm.s. havanın yoğunluğu ρ=1,225863821 kg/m3 ve maksimum debi için Q=0,1123.d2(h)0,5 formülünde d=22,8mm h=755 mmH2O alınırsa. Q=505 litre/dak bulunur. Şekil 6.6’daki tablodan bakılarak Reynold Sayısı düzeltme faktörü ZR=1 bulunur. Aynı orefiz çapı ile düşük hava tüketimlerinde manometreden okunan değer h=10 mmH2O ve ortam basıncı 1,013256 değeri bulunur. Bu değer şekil 3.5’teki tablodan bakılarak genişliyebilme faktörü Є=0,995 elde edilir. Q=0,1123.d2(h)0,5 formülünde d=22,8mm. h=10 mmH2O alınırsa. Q=184,6 lit/dak bulunur. Buradan da Reynold sayısı 11300 elde edilir. Reynold sayısı düzeltme faktörü de Prof. Dr. Selim ÇETİNKAYA Prof. Dr. M. Sahir SALMAN şekil 6.6‘daki tablodan bakılarak ZR=1,0225 alınabilir. Tablodan görüleceği gibi hava debilerinde Reynold Sayısı küçüldüğü ve düzeltme katsayısının 1’den büyük değerler aldığı görülmektedir. Şekil 3.5: Genişleyebilme faktörünün bulunması. Şekil 3.6: Reynold Sayısı düzeltme faktörünün bulunması. Prof. Dr. Selim ÇETİNKAYA Prof. Dr. M. Sahir SALMAN Grup:…………….. Deney No: 1 Tarih: Deneyi yapanlar:. MOTORUN DİNAMOMETRENİN Markası:………………………… Markası:……………………….. Silindir çapı:………………….mm. Kol uzunluğu:…………………. Kurs boyu:……………………mm. Havametre orefiz çapı:……… mm Silindir hacmi:……………......cm3. ………………………… Sıkıştırma oranı:…………………. Açıklama:………………………… …………………………………… Barometrik basınç:…………….kPa …………………………………… Ortam sıcaklığı:………………0C.. …………… Yağ sıcaklığı………………….0C.. Yakıt türü:………………………… Yak.alt ısıl değ:………………kJ/kg Deney No 1 2 3 4 5 6 7 *Motor hızı (min-1) *Din.metre yükü (N) *Kullan. Yakıt (cm3) *Yakıt akış süresi (s) *Hv.mt.değeri(mmH2O) Tork (Nm) Fren gücü (kW) Yakıt tüketimi (kg/h) Hava tüketimi (kg/h) Hava/yakıt oranı Özgül.yak.tük. (gr/kWh) İndike güç (kW) Sürtünme gücü (kW) İnd.ort.efek.basınç(kPa) Fren ort.efk.basınç(kPa) İndike termik verim(%) Fren termik verimi (%) Mekanik verim (%) *Test sırasında kaydedilen değerleri gösterir. Prof. Dr. Selim ÇETİNKAYA Prof. Dr. M. Sahir SALMAN Grup:…………….. Deney No: 2 Tarih: Deneyi yapanlar:. MOTORUN DİNAMOMETRENİN Markası:………………………… Markası:……………………….. Silindir çapı:………………….mm. Kol uzunluğu:…………………. Kurs boyu:……………………mm. Havametre orefiz çapı:……… mm Silindir hacmi:……………......cm3. ………………………… Sıkıştırma oranı:…………………. Açıklama:………………………… …………………………………… Barometrik basınç:…………….kPa …………………………………… Ortam sıcaklığı:………………0C.. …………… Yağ sıcaklığı………………….0C.. Yakıt türü:………………………… Yak.alt ısıl değ:………………kJ/kg Deney No 1 2 3 4 5 6 7 *Motor hızı (min-1) *Din.metre yükü (N) *Kullan. Yakıt (cm3) *Yakıt akış süresi (s) *Hv.mt.değeri(mmH2O) Tork (Nm) Fren gücü (kW) Yakıt tüketimi (kg/h) Hava tüketimi (kg/h) Hava/yakıt oranı Özgül.yak.tük. (gr/kWh) İndike güç (kW) Sürtünme gücü (kW) İnd.ort.efek.basınç(kPa) Fren ort.efk.basınç(kPa) İndike termik verim(%) Fren termik verimi (%) Mekanik verim (%) * Test sırasında kaydedilen değerleri gösterir. Prof. Dr. Selim ÇETİNKAYA Prof. Dr. M. Sahir SALMAN Grup:…………….. Deney No: 3 Tarih: Deneyi yapanlar:. MOTORUN Markası:………………………… Silindir çapı:………………….mm. Kurs boyu:……………………mm. Silindir hacmi:……………......cm3. Sıkıştırma oranı:…………………. Barometrik basınç:…………….kPa Ortam sıcaklığı:………………0C.. Yağ sıcaklığı………………….0C.. Yakıt türü:………………………… Yak.alt ısıl değ:………………kJ/kg DİNAMOMETRENİN Markası:……………………….. Kol uzunluğu:…………………. Havametre orefiz çapı:……… mm ………………………… Açıklama:………………………… …………………………………… …………………………………… …………… Prof. Dr. Selim ÇETİNKAYA Prof. Dr. M. Sahir SALMAN Deney No 1 2 3 4 5 6 7 *Motor hızı (min-1) *Din.metre yükü (N) *Kullan. Yakıt (cm3) *Yakıt akış süresi (s) *Hv.mt.değeri(mmH2O) Tork (Nm) Fren gücü (kW) Yakıt tüketimi (kg/h) Hava tüketimi (kg/h) Hava/yakıt oranı Özgül.yak.tük. (gr/kWh) İndike güç (kW) Sürtünme gücü (kW) İnd.ort.efek.basınç(kPa) Fren ort.efk.basınç(kPa) İndike termik verim(%) Fren termik verimi (%) Mekanik verim (%) * Test sırasında kaydedilen değerleri gösterir. Prof. Dr. Selim ÇETİNKAYA Prof. Dr. M. Sahir SALMAN 4. ISI BALANSI İçten yanmalı motorların çevrimlerinin araştırılma sırasında, motorda tüketilen yakıtın sadece bir kısmının faydalı, kullanılabilir işe çevrildiği, geriye kalan kesiminin ise çeşitli yollardan kaybedildiği görülmüştür. Bilindiği gibi, motorun yanma odasında oluşturulan hava-yakıt karışımının yanması sonucu, kimyasal enerji ısı enerjisine dönüşmektedir. Bu ısı enerjisinin bir bölümü egzoz, soğutma ve radyasyon ile kaybedilmektedir. Artakalan enerji ise, pistonu hareket ettirecek olan indike güce dönüşür. Pistona etki eden enerji, çıkış miline geçerek volandan kullanılabilir enerji olarak alınıncaya kadar, sürtünme ve diğer nedenlerle bir miktar daha kaybedilir. Bu kayıp enerji ise sürtünme gücü olarak tanımlanmaktadır. Motor çıkışından aldığımız kullanılabilir enerjiyi ise, efektif güç, ya da fren gücü olarak belirtiyoruz. Çıkış milinden aldığımız bu enerjinin, yakıt ile içeriye sürdüğümüz oranı ise, fren termik verimi olarak tanımlanmaktadır. Motorda kullanılan yakıtın verdiği enerjiye oranla, kayıp enerjiler ve motor çıkışından alınan faydalı enerjinin değerlendirilmesine “ Isı Balansı ” adı verilmektedir. Diğer bir söyleyişle ısı balansı; yanma odasında sağlanan enerjinin, daha sonra nerelere gittiğinin belirlenmesidir. Şekil 4.1’de yanma odasına gönderilen yakıtla sağlanan enerjinin, volandan çıkış gücü alınıncaya kadar uğradığı kayıplar şematik olarak gösterilmiştir. Şekil 4.1: Yakıtla sağlanan enerjinin, motor çıkışına kadar uğradığı kayıplar. Başta gelen ısı kayıpları; egzoz, soğutma ve sürtünme yoluyla dışarıya atılanlardır. Ayrıca, radyasyon ve değerlendirilemeyen bazı kayıplar da kazanılmış enerjide bir miktar azalma meydana getirmektedirler. Prof. Dr. Selim ÇETİNKAYA Prof. Dr. M. Sahir SALMAN  Isı balansı, motor mükemmelliğinin derecesini belirlemek ve ekonomik çalışmayı olumsuzlaştıran nedenlerin azalması yollarını açığa çıkarmak amacıyla ve laboratuarlarda, değişik çalışma şartlarında uygulanan testlerin sonucu olarak oluşturulmaktadır. Test edilecek motor, sabit bir sıcaklıkta ve kararlı çalışıyor olmalıdır. Aşağıdaki tabloda, pistonlu içten yanmalı motorlarda yakıttan elde edilen enerjinin yaklaşık yüzdelerle nerelere harcandığı görülmektedir. Tablo 4.1: İçten yanmalı motorlarda yakıtla elde edilen enerjinin yaklaşık yüzde dağılımı Enerjinin yaklaşık dağılımı Otomobil Otomobil Orta hızlı (%) Benzin Motoru Diesel Motoru Ağır Diesel Volandan alınan 33 38 44 Soğutma ile kaybedilen 30 27 18 Yağ soğutması ile kaybedilen - - 2 Egsoz ile kaybedilen 30 27 28 Radyasyon, konveksiyon ve diğer kayıplar 7 8 7 % Toplam 100 100 100 4.1. İçten Yanmalı Motorlarda Soğutma Pistonlu içten yanmalı motorlarda, yanma odasında iş yapan gazların sıcaklıkları, zamana bağlı olarak o kadar hızlı değişmektedir ki, soğutma olmasa bile, gerekli silindir kalınlığı nedeniyle, yüzey sıcaklığı hiçbir zaman maksimum çevrim sıcaklığına ulaşmaz. Ancak, soğutma yapılmasa bile maksimum çevrim sıcaklığının yine de yapısal özelliklerle sınırlandırılmış olması gerekmektedir. Bu yüzden pistonlu içten yanmalı motorlar, her zaman soğutma sistemleri ile donatılarak, silindir, piston, supap ve diğer ilgili parçacıkların sıcaklıklarının kontrol edilmesi sağlanır. Soğutma, silindir içerisindeki gaz sıcaklığının, silindir yüzey sıcaklığının üzerine çıktığı zamanki ısı akışı ile gerçekleşmektedir. Pratikte, soğutucu yeterince hızlı bir şekilde devridaim yapmalı ve böylece motordan geçişi sırasındaki sıcaklık artışı, sıvı soğutmalılarda 10-15 °C ve hava soğutmalılarda 20-40 °C’yi geçmemelidir. Düşük soğutucu sıcaklığının tek avantajı, sıcak yüzeylerin sıcaklıklarının düşmesi ve volümetrik verimin artmasıdır. Diğer yandan, soğutucu sıcaklığının düşmesi ile silindir gömleğinden geçen ıs kayıpları, termik gerilimler ve eğer varsa, radyatör boyutları Prof. Dr. Selim ÇETİNKAYA Prof. Dr. M. Sahir SALMAN artacaktır. Sıvı ile soğutma yapıldığında soğutucu sıcaklığı genellikle kaynama sıcaklığının altında tutulmaktadır. Modern uygulamalarda ise, soğutma sistemi, içerisindeki kaynama noktasını yükseltmek için basınçlı soğutma sistemleri kullanılmaktadır. Radyatör kapasitesinin küçültülmesi gereken durumlarda, yüksek kaynama noktalı sıvılar kullanılmaktadır. 4.2.Soğutma Sıvısı Sıcaklığı ve Güç Çıkışı Modern taşıt motorlarında, çabuk ısınmayı sağlamak ve motor sıcaklığını kontrol etmek için, termostatik kontroller düzenlenmektedir. Soğutma suyu sıcaklığı, kaynama noktasının hemen altında iken motor verimi maksimumdur. Isı, aynı zamanda yakıtın yoğunlaşmasını azaltarak, emme manifoldundaki dağıtımını kolaylaştırmaktadır. Sıcak bir motor aynı zamanda özgül yakıt sarfiyatını ve silindir aşıntısını da azaltır. Motorun çabucak ısıtılması, maksimum gücün mümkün olan en kısa zamanda elde edilmesine, yağlama ayağının vizkozitesini düşürerek, piston sürtünmesinin azalmasına, mekanik verimin artmasına neden olur. Soğutma suyunun sıcaklığının 20°C ‘den 90 °C‘ye kadar yükseltilmesi ile, güçteki artışın % 10 dolayında olduğu görülmüştür. Bu kazancın çoğu, piston sürtünmesindeki azalmadan dolayı olmaktadır. İmalatçıların çoğu, piston dizaynı, piston basınçları ve piston hızı ile yakından ilgilenmelerinin nedeni de budur. Motorun ısınması sonucu içeriye alınan karışımın kütlesinin azalması nedeniyle olan kayıp ile güçteki kazanç kısmen birbirini dengelemektedir. Ortalama efektif basınç, % 3 kadar azalmaktadır. Sonuç olarak, sıcak çalışan bir motorun güç ve verimindeki net kazanç, % 5-8 dolayındadır. Son zamanlardaki içten yanmalı motor denemeleri, motoru yüksek sıcaklıkta çalıştırıp, düşük vizkoziteli yağlama yağları kullanmak ve sürtünme kayıplarını azaltarak maksimum gücü elde etmek yolundadır. Sıcaklık nedeniyle volümetrik verimdeki azalmayı en az düzeyde tutmak amacı ile emme manifoldları ısıyı daha az ileten plastik esaslı malzemelerden imal edilmekte, soğuk havanın motor haznesi dışından motora alınması için düzenlemeler yapılmakta ve böylece daha büyük kütledeki havanın motora alınması ile % 15’lik bir güç artışı sağlanmaktadır. 4.3. Soğutma sıvısının özellikleri Prof. Dr. Selim ÇETİNKAYA Prof. Dr. M. Sahir SALMAN Su, soğutma için ideal bir araçtır. Suyun özgül ısısı diğer sıvılardan yüksektir ve kabaca hidrokarbonların iki katıdır. Su, düşük viskoziteli, korozyon yapmayan ve oldukça kolay elde edilebilen bir sıvıdır. Suyun özgül ısısı c=4,1868 kJ/kgK’dir. Bu değer uluslar arası buhar tablosu ısı değerlerinde 14 ˚C sıcaklıktaki değerdir. Özgül ısı değerleri 0˚C’de ve 95˚C’de 4,21 kJ/kgK’dir. Bu değişimler ihmal edilebilir. Motorlarda antifiriz (ethylene glycol) kullanımı soğutucu sıcaklığının geniş bir aralıkta çalışmasını sağlar. Hacimsel olarak %50 antifiriz - %50 su karışımı sıcaklığın donmadan - 33˚C ye kadar düşmesine izin verir. Ayrıca aynı orandaki antifiriz 1,5 bar basınçta kaynama sıcaklığı 135˚C’ye kadar yükselmektedir. Ethylene glycol’ün özgül ısısı yaklaşık 2,28 kJ/kgK’ ve yoğunluğu 1.128 kg/lt’dir. Hacimsel olarak %50-50 oranındaki antifiriz-su karışımında özgül ısı; (0,5 x 4,1868 x 1)+ (0,5 x 2,28 x 1,128) = 3.38 kJ/kgK’dir. Bu miktar %20 kadar daha az suyun ısısına denktir. Bu yüzden aynı sıcaklık oranı ve sıcaklık artışı için sirkülasyonun % 25 oranında artırılması gerekir. Transfer edilen ısı Q (kW), akış oranı (debi) mw (kg/s), sıcaklık artışı ∆t, özgül ısı cw=4,1868kJ/kgK arasındaki bağıntı; Q= mw cw ∆t şeklindedir. Motora giren ve çıkan soğutma suyundaki 10˚C sıcaklık artışı ile soğutma suyuna 1kW güç absorbe etmek için gerekli akış hızı 87 lt/h’tir. 4.3.1.Gerekli akış oranları Motor su ceketlerindeki su sıcaklık artışını yaklaşık 10°C ile sınırlamak iyi bir uygulamadır. Maksimum müsaade edilebilir su sıcaklığı tarafından belirlenen dinamometre akış oranlarından dolayı, makinenin iç yüzeylerinde bu değerlerin dikkate alınmaması arzu edilir. Isının cidarlar yoluyla transfer edildiği Eddy akımlı dinamometreler, ısının soğutma suyu ile transfer edildiği hidrolik dinamometrelere göre bu açıdan daha duyarlıdır. Prof. Dr. Selim ÇETİNKAYA Prof. Dr. M. Sahir SALMAN Tavsiye edilen maksimum çıkış sıcaklıkları: Eddy akımlı dinamometrelerde 60°C Hidrolik dinamometrelerde 70°C* * Bu sıcaklıkta bazı makineler (dinamometreler) ani kaynama ile karşılaşabilir. (Sağlanan suyun karbonat sıcaklığı 50 mg CaO/l, 1.25 British Birimini Aşmamalı, Daha büyük sertlik değerleri, sıcaklığı 50°C de sınırlamaktadır.) Her kilowatt motor çıkış gücü için yaklaşık soğutma yükleri tablo 4.3’de verilmektedir. Bununla ilgili akış oranları ve sıcaklık artışları tablo 4.4’de görülmektedir. 4.3.2.Kullanılan suyun kalitesi Yeni bir test düzeneği planlamanın ilk aşamasında, uygun kalitede yeterli miktarda suyun temin edilmesi önemlidir. Suyun kalitesinin, bakteriyel enfeksiyonlar, yosun, çamur açısından kontrol edilmesi ve su ile ilgilenen lokal uzmanlara danışılması tavsiye edilmektedir. Elde edilen sular uygun kalitede değilse programa suyun uygun hale getirilmesi düzeneğini de ilave etmek gereklidir. Birçok dinamometre üreticisi, ürettikleri dinamometreler için gerekli su kalitesini belirten tablolar yayınlarlar. Aşağıdaki notlar bu konuda uzman olmayanlar için kılavuz niteliğindedir. Tablo 4.3. Soğutma yükleri. ----------------------------------------------------------------------------------------------- Prof. Dr. Selim ÇETİNKAYA Prof. Dr. M. Sahir SALMAN  Çıkış gücü (kW/kW) ----------------------------------------------------------------------------------------------- Otomotiv benzin motoru, su ceketi 0.9 Otomotiv dizel motoru, su ceketi 0.7 Orta hızlı ağır dizel motoru 0.4 Yağ soğutucusu 0.1 Hidrolik veya Eddy akımlı dinamometre 0.95 Tablo 4.4. Soğutma suyu akış oranları ----------------------------------------------------------------------------------------------- Giriş °C Çıkış °C l/kWh ----------------------------------------------------------------------------------------------- Otomotiv benzin motoru, 70 80 75 Otomotiv dizel motoru 70 80 60 Orta hızlı ağır dizel motoru 70 80 35 Yağ soğutucusu 70 80 5 Hidrolik dinamometre 20 68 20 Eddy akımlı dinamometre 20 60 20 ---------------------------------------------------------------------------------------------- 4.3.3.Sudaki katı cisimler Test düzeneğinde dolaşan su mümkün olduğunca saflığı bozan katı maddelerden arındırılmış olmalıdır. Eğer su bir nehirden veya diğer doğal kaynaklardan alınıyorsa, sisteme verilmeden önce filtre edilmelidir. İşlenmemiş yüzey suları genellikle, özel işlemlerle arındırılabilen ve iyonize edilebilen ince kum, mil, balçık gibi maddelerin sebep olduğu bulanıklığa sahiptir. Kirletici diğer kaynaklar, depoya geri dönen kirli sular, soğutma kulesine rüzgârla giren kum, motor su ceketlerinden çıkan döküm kumlarıdır. Hidrolik dinamometreler bu aşındırıcı maddelere karşı duyarlıdır. Sudaki müsaade edilebilen partikül miktarı 2-5 mg/litre olmalıdır. Denizle ilgili özel olarak kurulmuş sistemler haricinde deniz veya ırmak suyunun kullanılması tavsiye edilmemektedir. Prof. Dr. Selim ÇETİNKAYA Prof. Dr. M. Sahir SALMAN 4.3.4.Suyun sertliği Suyun sertliği kompleks bir özelliktir. Objektif olarak ölçmek kolay değildir. Sert sular, eğer sıcaklığı 70°C’yi aşıyorsa, bütün dinamometreler ve ısı eşanjörleri için tehlikeli olan kalsiyum karbid artıkları bırakırlar. Belirli bir ölçekte biriken bu artıklar kontrol valfleri ve blok içerisindeki kanallara yapışarak su akışını ve ısı transferini engeller. Yumuşak sular da korozyona sebep olma karakteristiği gösterirler, bu yüzden ideal değillerdir. Aslında sertlik, genellikle su içerisindeki kalsiyum veya magnezyumun iki değerlikli katyonunun oluşundandır. Suyun litre başına içerdiği iyon miktarı 120 mg’dan fazla ise, Kalsiyum karbonat, CaCO3 açısından ifade edildiğinde, onun genellikle sert su olarak tanımlanmasıdır. Sertliği ifade etmek için birçok gösterge mevcuttur. Uluslar arası olarak kabul edilmiş göstergeye göre: Amerikalılarda ve İngilizlerde 1 ° US = 1 ° UK = 1 mg CaCO3 her kg su = 1 ppm CaCO3 Fransızlarda l°F= 10mg CaCO3 her litre suda Almanlarda l°G = 10mg CaO her litre sud (Eski İngiliz sisteminde, 1 Clarke derecesi = 1 İngiliz galonunda = 14.25 ppm CaCO3) Dinamometreler için gerekli değer 2 to 5 Clarke derecesi (30 to 70 ppm CaCO 3) olarak verilmiştir. Su ya asit ya da alkalin esaslı olabilir. Su, HOH molekülleridir. Genellikle H2O şeklinde yazılır ve belirgin bir şekilde çözebilme ve iyonize edebilme kabiliyetine sahiptir. Mükemmel olarak nötr olan suda eşit oranda H + ve OH – konsantrasyonları mevcuttur. pH değeri, konsantrasyon içerisindeki hidrojen iyonlarının bir ölçüsüdür: onun değeri biyolojik işlemler dahil su işlemlerinin hemen hemen bütün fazları için önemlidir. Asitli sular 7.07’den daha az pH değerine sahiptir. Birçok dinamometre üreticisi 7-9 oranında pH değerini istemektedir. İdea pH değeri 8-8.4 arasındadır. Prof. Dr. Selim ÇETİNKAYA Prof. Dr. M. Sahir SALMAN Verilen bir su kaynağının biyolojik ve kimyasal özelliklerinin tamamını hazırlamak karmaşık bir olaydır. Birçok kimyasal bileşikler – fosfat, sülfat, sodyum klorid ve karbonik anhidrit – doğal suya katkıda bulunan çeşitli katıklardır ve suyu güçlü korossif yapan oksijenin bilhassa çözünmesini sağlayan anhidritlerdir. Bu özellik Eddy akımlı dinamometrelerde su ile temas eden parçaların şiddetli bir şekilde oyulması, aşınması gibi problemlere sebep olmaktadır. BS 495910, su ile soğutma sistemlerinin temizliği, bakımı ile ilgili rehberlik yapmakta ve korozyonu önlemede kullanılan katıkları tanımlamakta, bunlarla birlikte konsantrasyonların kontrolu için kimyasal testlerle ilgili formasyon skalalarını açıklamaktadır. Test düzeneklerinin su dolaşım sistemleri, istenmeyen maddelerin konsantrasyonuyla suyun bozulmasını önlemek için küçük bir boşaltma kanalına sahip olmalıdır. Günlük boşalma miktarı sistem kapasitesinin yaklaşık %1’i olmalıdır. Eğer sistemde boşaltma kanalı yok ise, sistem periyodik olarak boşaltılmalı, temizlenmeli ve taze su ile doldurulmalıdır. 4.4.Test düzeneği su soğutma devresinin tasarımı Su soğutma devreleri, karmaşıklık derecesine göre aşağıdaki şekilde sınıflandırılabilir: -Servis modülleri ve soğutma sütunları -Basınçsız motor ve dinamometre soğutma su devreleri (Bu düzenekte motor su ceketleri dinamometrede dolaşan aynı su ile soğutulurlar) -Yağın soğutulması ve motor basınçlı su ceketlerinin soğutulması için ısı eşanjörü olan servis modülleri içeren açık devreler -Eddy akımlı dinamometreler veya a.c./d.c. su ile soğutmalı makineler ile kullanmak için ısı eşanjörleri veya kapalı soğutma kuleleri kullanan basınçlandırılmış çoklu devreler. 4.4.1.Servis modülleri ve soğutma sütunları Eğer özel bir motor soğutucusu gerekli değilse şekil 4.2’deki soğutma sütunu basit ve ekonomik bir çözümdür. Soğutma sütunu portatiftir ve motorun hemen yan tarafına yerleştirilebilir. Soğutma sütunu motor çıkış sıcaklığının istenilen seviyede tutulmasını sağlar. Termostatik valf açıldığı zaman, soğuk su sütunun alt tarafından girer ve sıcak su üst taraftan dışarı atılır. Soğutma sütununun üst kısmında, motor soğutma suyunun doldurulduğu standart bir radyatör kapağı bulunur. Prof. Dr. Selim ÇETİNKAYA Prof. Dr. M. Sahir SALMAN  Şekil 4.2 Soğutma sütunu 4.4.2.Basınçsız veya açık su ile soğutma devreleri Şekil 4.3 tipik bir sistemi göstermektedir. Sistem, zeminin altına yerleştirilmiş bir duvar ile sıcak ve soğuk bölmelere ayrılmış bir depodan oluşur. Deponun tabanında boşaltma amaçlı küçük bir açıklık (delik) olmalıdır ve üst kısım zeminden 50 mm aşağıda yer almalıdır. Depo kapasitesi belirlenirken, kabaca depodaki su bir dakikadan önce tekrar kullanılmamalıdır. Dinamometreler ve motorlardan gelecek su için çalışma seviyesinin üstünde yeterli ilave kapasite bırakılmalıdır. Bir pompa, bir süzgeç üzerinden sıcak bölmeden suyu çeker ve onu dıştan buharlaştırıcılı soğutucuya gönderir. Soğutulmuş su soğuk bölmeye gönderilir. Motor ve dinamometreyi soğutan su soğuk bölmeden çekilir ve kullanılan ve ısınan su sıcak bölmeye geri döner. Buharlaşma ve yukarıda sözü edilen küçük miktarda atılan sudan dolayı oluşan kayıplar bir şamandıra valf yoluyla karşılanır. Havanın emilmesini azaltmak için pompa emiş noktası köşeye yerleştirilmeli. Geri dönüş hattı suya batırılmış boru ve hava ventili ile sağlanmalı. Suyun emildiği ve geri döndüğü bölmeler delikli bir perde ile birbirinden ayrılmalıdır. Nihayet sonuç olarak dizayn aşamasında güç kaybı göz önünde tutulmalıdır. Hidrolik dinamomtrelerde besleme basıncının kararlı olması arzu edilir, aksi taktirde makinenin kontrolu etkilenecektir. Bu besleme pompasının yeterli kapasitede ve düzgün basınç-hacim karakteristiği göstermesi gereklidir. Dinamometrenin maksimum çalışma Prof. Dr. Selim ÇETİNKAYA Prof. Dr. M. Sahir SALMAN şartlarında yeterli basınç elde edilebilmelidir. Büyük test düzenekleri için su sağlama düzeneğinin tasarımı ve kurulması bir uzmanlık konusudur, tahmin ile yapılabilecek birşey değildir. Çok sayıda test spesifikasyonu, akış ayar valfleri, stand-by pompaları ve yedek düzenekli filitreler gereklidir. Şekil 4.3.Test hücresi su devresi 4.4.3.Isı eşanjörlü servis modüllü açık devreler Birçok test düzeneğinde motor ceketlerinin soğutma suyu devresi ile genel su soğuma sistemi birbirinden izole edilir. Bu özellik şu avantajları sağlamaktadır: Motorda özel soğutucu kullanılabilir. Doğru tasarım ve ölçülendirme ile motor soğutma sistemi, açık sisteme göre soğutma suyu sıcaklığını daha hassas kontrol edebilir. Yağ soğutucusu, yakıt sıcaklık kontrolü vb. devreler ile arzu edilen sıcaklıkta çalışma yapılabilir. Şekil 4.4(a) yağlama yağı ve su ceketleri için ısı eşanjörleri ile birleştirilmiş tipik bir servis modülünü göstermektedir. Şekil 4.4.(b) ise devrenin basitleştirilmiş şemasını göstermektedir. Birleştirilmiş üst tank ve ısı eşanjörü yararlı bir özelliktir. Sistem bir doldurma kapağı ve basınç ayar supabına sahiptir ve klasik motor radyatörü gibi hareket ederek sistemi doğru basınçta tutar. Eğer bazı motorlar kendi soğutma pompaları olmadan test edilmek istenilirse, devridaim pompalı, merkezi ısıtma sistemli modül bağlanmalıdır. Bakımı Prof. Dr. Selim ÇETİNKAYA Prof. Dr. M. Sahir SALMAN kolaylaştırmak için, sistemi sökmeksizin ısı dönüştürücüsünü motordan sökmek yeterlidir ve her iki yağ ve soğutma devresinin boşaltılması sağlanabilir. (a) (b) Şekil 4.4.(a) Isı eşanjörlü soğutma kulesi Prof. Dr. Selim ÇETİNKAYA Prof. Dr. M. Sahir SALMAN  (b) Soğutma devresi Belirli özellikler yağ soğutma ünitelerine uygulamak için gerekli olabilir. Tüm devre motor karter seviyesinin altında olmalı böylece karterin taşma riski olmaz ve motorun çabuk ısınması için bir ısıtıcının kullanılması gerekebilir. Bu durumda yağın aşırı ısınmasını önleyecek tedbirler alınmalıdır. Şekil 4.5 ayrı bir yağ soğutma ve şartlandırma ünitesinin şemasını göstermektedir. Oldukça hassas sıcaklık kontrolünün gerekli olması durumunda ayrı bir palet montajlı soğutma modülü motora yakın şekilde yerleştirilmeli, kalıcı yerleştirilmiş yağ ve soğutma suyu modülleri birçok motor testleri için en iyi deney şartlarını sağlayacaktır. Şekil 4.5.Yağ soğutma ve şartlandırma devresi 4.4.4.Basınçlı çok yönlü soğutma suyu devreleri Bütün hidrolik dinamometreler serbest deşarjlı soğutma suyu ile çalışırken Eddy akımlı dinamometreler kapalı ve basınçlı soğutma sistemi kullanabilirler. Bu çeşit sistemlerin tasarımı uzman mühendisler tarafından yapılmadır. Termal yüklerdeki değişime rağmen tanımlamalar (spesifikasyonlar) dinamometrelere sabit akışı sağlamalıdır. Soğutma suyu makinelerin iç kanallarını bozmaması için işleme tabi tutulmalıdır. 4.4.5.Motor soğutma suyu ve yağ sıcaklığının kontrolü Soğutma suyu sıcaklığının hassas kontrolünü özel durumlar haricinde sağlamak kolay değildir. Hafif yüklerde bile kararlı bir sıcaklığı sağlamak zordur. Motorum büyüklüğü tasarlanan dinamometre ölçülerine göre küçük seçilmişse kararsızlık artacaktır. Isı Prof. Dr. Selim ÇETİNKAYA Prof. Dr. M. Sahir SALMAN eşanjörünün kapasitesi etkili bir faktördür ve çok geniş güç aralığında çeşitli motorlar test edilecekse, kapasite oranlarına uygun ısı eşanjörlerinin sağlanması tesviye edilmektedir. Üç yollu termostatik kontrollü valf aracılığı ile sıcaklığın kontrol edilmesi çok yaygın bir düzenlemedir. Soğutma suyu primer akışının ayarlanmasıyla sıcaklığın kontrol edildiği yerde, motor soğutma suyu akışının değiştirilmemesi alternatif bir avantajdır, fakat doğal olarak yük değişimlerine düşük bir tepki verecektir. Motor çıkışına yerleştirilen sensör ve soğutucudaki kontrol valfi arasındaki zaman ve mesafedeki gecikmeler önemlidir Motor ve servis modülü arasındaki borular mümkün olduğunca kısa tutulmalıdır. Belirli test düzenekleri için sıcaklık kontrolünün kritik olduğu durumlarda motora yakın yerleştirilmiş bir palet montajlı soğutma modülünün sağlanması gerekebilir. Çoğunlukla soğutma modülleri genel besleme ve boşaltma ile dinamometrelerin arkasına monte edilir ve motor bağlantıları dinamometrenin altından yapılır. Isı eşanjörünün motordan uzak yerleştirildiği ses izlasyonlu test düzenekleri gibi uygulamalarda, sirkülasyonu hızlandırıp gecikmeyi önlemek için yardımcı bir pompa kullanmak gerekebilir. Bir oransal ve integral kontrol edici (P ve I) birçok durumlarda tatmin edici sonuçlar verebilir fakat termostatik valflerin tasarlanan akış oranlarının çok altında, tatmin edici bir şekilde çalışmayacakları için doğru bir şekilde ölçülendirilmiş olması önemlidir. Valflerin doğru akış doğrultusunda yerleştirilmiş olduğundan emin olunmalıdır. Bu olayların tamamı sıklıkla soğutma sisteminin termik ataleti olarak adlandırılır. Çok yaygın endüstriyel işlem kontrol sistemleri ile motor test düzenekleri mukayese edildiği zaman soğutma sistemi hızlıdır. 4.4.6.Su soğutma sistemlerinde akış hızları Bir besleme sistemindeki maksimum akış hızları kavitasyon ihtimalinden kaçınmak için 3 m/s’yi geçmemelidir. Fakat sistemdeki artıkların da süpürülebilmesi için 1.5 m/s’lik minimum değere de ulaşmalıdır. Sistemdeki kendi ağırlığı ile akma ve boşalma hızları 0.6 m/s’yi aşmamalıdır. Borular mümkün olduğunca düz yerleştirilmeli dirseklerden ziyade kıvrımlar kullanılmalıdır. 4.5. Eski sistemlerde Soğutma Suyu Düzenlemeleri Prof. Dr. Selim ÇETİNKAYA Prof. Dr. M. Sahir SALMAN  Taşıt motorlarının test edilmeleri sırasında, motorun su ceketlerinden dolaşacak yeterli düzeyde su ile, bunun belirli bir zaman içerisindeki geçiş miktarı, giriş ve çıkış sıcaklıklarını ölçebilecek bir düzenlemenin yapılması gerekmektedir. Bu akış ve sıcaklık, aynı zamanda kontrol edilmelidir. Şekil 4.6: Basit bir soğutma suyu düzenlemesi. Test amacı ile yapılan basit bir soğutma suyu düzenlemesi, Şekil 4.6’de görülmektedir. Bu düzenleme de, soğutma suyunun sadece hızı değiştirilebilen bir pompa yardımı ile devridaim yapması sağlanmıştır. Radyatörün kapasitesi, pompanın kontrolüne de bağlı olarak da, hızı değiştirilebilen bir vantilatör kullanılarak radyatörün de soğutulması sağlanabilir. Şekil 4.7: Motor testleri için soğutma suyu düzenlemesi Kullanılan suyun belirli bir zamandaki geçiş miktarının ölçülebilmesi için, devreye bir su akış metresi bağlanabilir. Prof. Dr. Selim ÇETİNKAYA Prof. Dr. M. Sahir SALMAN  Bir başka tipteki soğutma suyu düzenlemesi ise, Şekil 4.7’te görüldüğü gibidir. Bu düzenleme, motor testleri için şekil 4.6’da görülene oranla daha uygundur. Galvanizli sacdan yapılmış ana depo, motordan gelen sıcak deşarj suyuna ve soğuk besleme suyuna (sıcaklığı sabit tutabilmek için) depoluk etmektedir. Depoya ayrıca bir de taşırma borusu eklenmiştir. Su sirkülasyonun sağlamak ve suyun motora giriş çıkış sıcaklıklarını ölçmek amacıyla, sisteme bir adet pompa ve iki adette termometre yerleştirilmiştir. Diğer bir metot ise, Şekil 4.8’de görüldüğü gibi, radyatörün bir başka su deposuna daldırılması şeklinde uygulanmaktadır. Depo içerisinden, kararlı bir hızda soğutma suyunun geçmesi ve bir taşırma borusu ile de bu su seviyesinin sabit tutulması sağlanmıştır. Radyatör suyu sıcaklığını ve suyun motora giriş çıkış sıcaklıklarını ölçmek amacıyla sisteme üç adet termometre yerleştirilmiştir. Şekil 4.8: Daldırılmış radyatör metodu. Soğutma suyu sıcaklığının mümkün olabildiği kadar sabit kalmasını sağlamak amacıyla üst su bağlantısının içerisine by-pass tipinde bir termostat da yerleştirilebilir. Prof. Dr. Selim ÇETİNKAYA Prof. Dr. M. Sahir SALMAN  4.6. Orefiz plaka ile soğutma suyu debisinin ölçülmesi İçten yanmalı motorlarda ısı balansının çıkarılabilmesi için soğutma suyuna geçen ısının bulunması gereklidir. Soğutma suyuna geçen ısının bulunabilmesi için, motora giren ve motordan çıkan soğutma sıvısı sıcaklıkları ile soğutma sıvısının debisinin de bilinmesi gereklidir. Soğutma sıvısı giriş ve çıkış sıcaklıkları sisteme bağlanan termokupullar ile ölçülür. Soğutma sıvısının debisinin ölçülebilmesi için laboratuarımızda Cussons firması tarafından İngiliz standardı BS 1042’ye göre imal edilmiş debimetre kullanılmaktadır. Debimetre, yatay pozisyonda olan 25 mm iç çapında 500 mm boyunda iki adet bakır boru arasına yerleştirilmiş ve çapı 7.2 mm olan pirinç malzemeden yapılmış orefiz plakadan oluşmaktadır. Şekil 1. Şekil 1. Soğutma sıvısı debisinin ölçülmesinde kullanılan orefiz plaka Akış sırasında orefiz plakanın iki ucu arasındaki basınç farkını okuyabilmek için iki adet rekor bağlantı yeri bulunmaktadır. Özel olarak imal edilmiş bağlantı hortumları ile orefiz plaka şekil 2’de görülen U manometreye bağlanır. Prof. Dr. Selim ÇETİNKAYA Prof. Dr. M. Sahir SALMAN  Şekil 2. Soğutma sıvısı debisinin ölçülmesinde kullanılan U manometre Manometre 200 mm basınç farkını okuyabilecek şekilde Perspex malzemeden yapılmıştır. Manometre sıvısı olarak cıva kullanılır. Motorun soğutucu tankının yüksekliği, orefiz plakanın gövdesi, U manometre ve bağlantı hortumları, sisteme soğutma sıvısı gönderildiğinde manometrenin havası, manometre boşaltma supabından alınabilecek şekilde yerleştirilirler. Prof. Dr. Selim ÇETİNKAYA Prof. Dr. M. Sahir SALMAN Şekil 3. Soğutma sıvısı debisinin ölçülmesinde kullanılan U manometrenin orefize bağlantısı Laboratuarımızda kullanılan akışmetrede boru çapı D= 25 mm ve orefiz çapı d=7.2 mm,dir. U manometrede okunan değer h, soğutma sıvısı debisi Q, arasında eşitlik; Q  0,5805  h*  0.5 şeklindedir. Burada Q=litre/dak. akışkanın debisi, h= mmHg, manometrede okunan değerdir. Akış debisinin Reynold sayısına göre düzeltilmesi gerekir. Reynold sayısı; Q   H 2O Rd  0,2124 formülü ile hesaplanır. H O  d 2