Mühendislikte Basınç Ölçümü ve Basınç Birimleri

1. Basınç Ölçümüne Giriş

Basınç ölçümü, modern endüstride, bilimsel araştırmalarda ve günlük uygulamalarda hayati bir rol oynar. Endüstriyel üretimde basınç, tıpkı sıcaklık, akış veya seviye gibi, izlenmesi ve kontrol edilmesi gereken temel bir proses değişkenidir. Ölçüm doğruluğu, enerji verimliliğini, üretim güvenliğini ve genel ekonomik performansı doğrudan etkiler.

Örneğin, buhar türbini jeneratör sistemleri yüksek sıcaklık ve yüksek basınçlı buhar gerektirir. Çalışma sırasında çok sayıda basınç cihazı sistemin kararlılığını ve verimliliğini sağlar. Kimya endüstrisinde, doğru basınç kontrolü reaksiyon sonuçlarını belirler. Örneğin, amonyak sentezinde, doğru basıncın korunması kimyasal reaksiyonun optimum verimle ilerlemesini sağlar. Düşük basınç, düşük dönüşüm verimliliğine neden olurken, aşırı basınç güvenlik risklerini artırır.

Bilimsel araştırmalarda ve modern teknolojide basınç, malzemelerin yapısal veya faz dönüşümünü etkiler. Bazı metaller, yüksek saflık elde etmek için yalnızca ultra düşük basınç koşulları altında rafine edilebilir. Yapay elmas üretimi ise gigapaskal (GPa) aralığına ulaşan ultra yüksek basınçlar gerektirir. İnce film kaplamalar gibi yeni ortaya çıkan teknolojilerde bile vakum ve basınç kontrolü kritik öneme sahiptir.

Yüksek basınç altında, sıvıların, metallerin ve diğer malzemelerin sıkıştırılabilirlik, viskozite, elektriksel iletkenlik ve kristal yapı gibi fiziksel özellikleri, standart atmosfer koşullarındakinden farklı davranışlar sergiler. Bu nedenle, basınç ölçüm teknolojisindeki gelişmeler, bu değişiklikleri anlamak ve yönetmek için hayati önem taşır.

Savunma ve havacılık endüstrilerinde basınç izleme aynı derecede kritik öneme sahiptir. Uygulamalar arasında rüzgar tüneli testleri, uçak yüzey basınç haritalaması, yakıt ve yağlama sistemi kontrolü, hidrolik ve pnömatik sistemler, jet itki kontrolü ve irtifa ölçümü yer alır. Tüm bu durumlarda, hassas basınç ölçüm cihazları vazgeçilmezdir.

2. Basınç Ölçüm Teknolojisinin Gelişimi ve Gereksinimleri

Basınç Vericilerinin Talep Edilmesi

Endüstriyel üretim ve bilimsel araştırmaların hızla ilerlemesiyle birlikte basınç ölçümüne olan talep önemli ölçüde artmıştır. Modern endüstriler, hem ultra yüksek basınçları hem de mikro basınçları son derece hassas bir şekilde ölçebilen cihazlara ihtiyaç duymaktadır.

• Dünya çapında ölçülebilir ultra yüksek basınç aralığı artık on milyonlarca paskala ulaşıyor.
• Çin'de 2,5×10 ⁵ MPa'ya kadar yüksek basınçlar başarıyla ölçülmüştür.
• Vakum ve mikro basınç alanında dünya çapında ölçülebilen en düşük mutlak basınç 10 ⁻ ¹² Pa iken, Çin'de bu değer 10 ⁻ ¹ ⁰ Pa'ya ulaşmıştır.

Basınç ölçümü çok çeşitli uygulamaları kapsar: gazlar ve sıvılar, statik ve dinamik basınç, temiz ve viskoz ortamlar ve hatta toksik veya yağlanmış sıvılar. Mühendisler ayrıca, ortaya çıkan gereksinimleri karşılamak için yeni yöntemler ve ekipmanlar geliştirirken, basınç değerlerinin referans standartlarından çalışma cihazlarına doğru bir şekilde iletilmesini sağlamalıdır.

3. Basıncın Temel Kavramları

3.1 Basıncın Tanımı

Fizikte basınç , bir yüzeyin birim alanına etki eden kuvveti ifade eder. Matematiksel olarak bu ilişki şu şekilde ifade edilir:

Nerede:

• p = basınç
• F = uygulanan kuvvet
• A = yüzey alanı

Uygulanan kuvvet eşit olmayan bir şekilde dağıldığında basınç şu şekilde tanımlanabilir:

Mühendislik uygulamalarında basınç, referans koşullarına ve ölçüm yöntemlerine bağlı olarak genellikle birkaç farklı şekilde ifade edilir.

4. Yaygın Basınç Türleri

4.1 Atmosfer Basıncı

Atmosfer basıncı ( p₀ ) , Dünya yüzeyinin üzerindeki havanın ağırlığının uyguladığı kuvvettir. Yüksekliğe, enleme, sıcaklığa ve hava koşullarına göre değişir.

4.2 Mutlak Basınç

Mutlak basınç ( p ₐ ), atmosfer basıncı da dahil olmak üzere, bir akışkan, gaz veya buharın belirli bir noktada uyguladığı toplam basıncı temsil eder.

4.3 Gösterge Basıncı

Gösterge basıncı ( p ), atmosfer basıncına göre ölçülen basınçtır, yani:

4.4 Vakum (Negatif Basınç)

Mutlak basınç atmosfer basıncından düşük olduğunda, aradaki farka vakum basıncı ( p ₕ ) denir ve şu şekilde ifade edilir:

4,5 Derece Vakum

Vakum derecesi, mutlak basıncın atmosfer basıncına kıyasla ne kadar düşük olduğunu gösterir. Çoğu endüstriyel uygulamada, cihazlar gösterge basıncını veya vakum basıncını doğrudan ölçmek üzere tasarlanmıştır.

Şekil 1-1’de farklı basınç tipleri arasındaki ilişkiler kavramsal olarak gösterilmiştir.

Şekil 1-1 : Mutlak basınç, atmosfer basıncı, gösterge basıncı ve vakum basıncı arasındaki ilişkiler.

5. Basınç Birimleri ve Dönüşümü

Basıncın tanımından da anlaşılacağı üzere basınç, birim alan başına kuvvet olarak ifade edilen türetilmiş bir niceliktir.
Uluslararası standartlara (SI) göre basıncın temel birimi Pascal'dır (Pa) ve şu şekilde tanımlanır:

Pascal'ın evrensel olarak benimsenmesine rağmen, çeşitli sektörlerde birçok geleneksel ve sektöre özgü birim kullanılmaya devam etmektedir. En yaygın olanları şunlardır:

5.1 Mühendislik Atmosferi

1 cm²'ye etki eden 1 kilogramlık kuvvetin oluşturduğu basınç olarak tanımlanır ve kgf/cm² olarak gösterilir.

5.2 Standart Atmosfer

0°C'de ve standart yer çekiminde (9,80665 m/s²) 760 mmHg'lik bir cıva sütununun uyguladığı basıncı temsil eder. Genellikle atm olarak kısaltılır.

5,3 Milimetre Cıva (mmHg)

Standart koşullar altında 1 mm cıva sütununun uyguladığı basınç.

5,4 Milimetre Su (mmH ₂ O)

4°C sıcaklıkta 1 mm su sütununun oluşturduğu basınç.

5.5 Diğer Ortak Birimler

Ek basınç birimleri arasında bar , su sütunu metresi (mH ₂ O) ve inç kare başına pound (psi veya lbf/in²) bulunur.

Dönüşüm kolaylığı için Tablo 1-1'de farklı basınç birimleri arasındaki dönüşüm katsayıları verilmiştir.

6. Özet

Basınç ölçümü, endüstriyel otomasyonun, bilimsel deneylerin ve modern mühendisliğin temelini oluşturur. Çeşitli basınç türlerini , birimlerini ve dönüşüm prensiplerini anlamak, tüm teknik disiplinlerde doğruluk, güvenlik ve verimlilik sağlar. Yeni teknolojiler daha yüksek hassasiyet ve daha geniş ölçüm aralıkları gerektirdiğinden, basınç ölçüm cihazlarındaki gelişmeler hem endüstride hem de araştırmada ilerlemeyi sürdürmeye devam edecektir.

Tablo 1-1 Basınç Birimi Dönüştürme Faktörleri