Hidrolik Hakkında Bilmeniz Gereken Her Şey

Hidrolik, (Fransızca: Hydraulique, Hydraulique) (İngilizce: Hidrolik, Hidrolik), uygulamalı olarak akışkanların basınç altında kullanılmasını inceleyen bir alandır.

Hidroliğin Tanımı

Hidrolik, basınçlı akışkanların pratik kullanımını inceleyen bir mühendislik disiplinidir.

Hidroliğin Uygulama Alanları

• Otomotiv Endüstrisi

Hidrolik, otomotiv endüstrisinin birçok bölümünde kullanılır. Yaygın örnekler arasında fren sistemleri, araç direksiyonu ve pnömatik koltuk ayarı bulunur. Araç üretiminde hidrolik sistemler gövde üretimi ve sac şekillendirme için de kullanılır.

• Tarım

Hidrolik sistemler traktörlerde çok çeşitli işlevlerde akışkan gücü sağlamak için kullanılır. Diğer örnekler arasında harman makineleri, biçerdöverler, meyve toplama makineleri, delme makineleri, ekskavatörler ve benzeri ekipmanlar yer alır.

• Uçaklar

Hidrolik sistemler iniş takımı, kanatçıklar ve irtifa dümenleri gibi uçak bileşenlerinde kullanılır. Test sırasında sızıntı veya açıklıkları tespit etmek amacıyla gövde panelleri arasına hava basıncı da uygulanabilir; basınç düşüşü bir kusura işaret edebilir. Uçak testleri birçok aşama ve bileşeni kapsar. Aşağıdakiler bunlara örnektir:

• Kaynağa göre 300 bar basınç gerektiren uçak lastiklerinin test edilmesi.
• Uçağın çeşitli hidrolik bölümlerinin test edilmesi.
• Uçak gövdesinin açıklık veya sızıntı açısından test edilmesi.
• Kaynak, F-14 uçaklarında hidrolik test için Mule ünitesi kullanıldığını belirtmektedir.

Hidroliğin çok çeşitli endüstrilerdeki diğer uygulamaları şunlardır:

• Gıda endüstrisinde konserve üretimi ve tek kullanımlık kapların imalatı.
• Savunma sanayinde tankların, zırhlı personel taşıyıcıların, füzelerin ve deniz araçlarının kontrolü.
• Ağaç işleme endüstrisinde odun kesme ve mobilya yüzeylerini bitirme işlemleri.
• Baskı, madencilik, demiryolu, petrol, plastik ve diğer endüstriler.

Modern endüstri, düşük maliyeti yüksek hassasiyetle birleştiren güç aktarım yöntemleri arar ve basınçlı akışkan, güç aktarımı ve kontrolünde bu ihtiyacı karşılamak için yaygın biçimde kullanılır. Akışkan gücü teknolojisi genellikle hidrolik ve pnömatik olarak ikiye ayrılır. Pnömatik, burada yaklaşık bir ton olarak belirtilen daha düşük kuvvetler ve daha yüksek hızlar için kullanılırken hidrolik, yüksek güç ve kontrollü hızlar için daha uygundur.

Hidrolik ve Pnömatik Sistemlerin Avantajları

1. Basit ve Verimli Tasarım

Hidrolik ve pnömatik sistemler, daha az hareketli bileşen kullanarak hassas kontrolle yüksek güçlü doğrusal ve döner hareket sağlayabilir. Güç, borular ve hortumlar aracılığıyla iletilirken mekanik sistemler dişliler, kamlar, kavramalar ve diğer mekanik elemanlara dayanır.

2. Yüksek Kuvvet Ayarlama ve Kontrol Yeteneği

Bu sistemlerin dikkat çekici özelliklerinden biri, nispeten küçük bir giriş kuvvetinden büyük bir kuvvet üretebilmesidir. Üretilen kuvvet de nispeten düşük basınç ve güçle kontrol edilebilir; bu da çalışma hassasiyetini artırır.

3. Kurulum ve Uygulamada Esneklik

Esnek hortumlar, bu sistemlerin farklı koşullarda daha kolay kurulmasını sağlar. Böylece mekanik kısıtlamalar azalır ve tasarım ile uygulamada daha fazla esneklik elde edilir.

4. Yüksek Verim ve Düşük Bakım Maliyeti

Hidrolik ve pnömatik sistemler, nispeten düşük sürtünme, düşük bakım gereksinimi ve ekonomik yapıları sayesinde yüksek çalışma verimi sağlayabilir. Emniyet valfleri ile basınç ve sıcaklık şalterleri de güvenliği ve ani yüklere, ciddi sıcaklık ve basınç değişimlerine karşı dayanımı artırır.

5. Hidrolik ve Pnömatik Sistemler Arasındaki Farklar

İki sistemin çalışma prensipleri benzerdir, ancak temel fark çalışma akışkanıdır. Hidrolik sistemler yağ gibi neredeyse sıkıştırılamayan akışkanlar kullanırken pnömatik sistemler hava gibi sıkıştırılabilir akışkanlar kullanır. Pnömatik sistemde kompresör havayı sıkıştırıp bir tankta depolar; sıkıştırma hava sıcaklığını yükseltir ve doğru yönetilmezse sistemi etkileyebilir.

6. Pnömatik Sistemlerde Isı ve Nem Yönetimi

Pnömatik sistemlerde sıcaklık artışının yol açtığı sorunları azaltmak için sıkıştırılmış hava tanka girmeden önce soğutulur. Hava su buharı içerdiğinden soğutma yoğuşmaya neden olabilir; bu nedenle nemi gidermek ve performansı artırmak için kurutma sistemleri kullanılır.

7. Daha Kolay Tasarım İçin Bileşenlerin Adlandırılması ve Tanımlanması

Teknoloji ve sanayi geliştikçe hidrolik ve pnömatik bileşenler, tasarım ve uygulamayı kolaylaştırmak amacıyla standartlaştırılmış, tanımlanmış ve adlandırılmıştır. Bu, tasarımcıların şemaları daha hızlı hazırlamasına ve teknisyenlerin bunları daha kolay uygulamasına yardımcı olur.

Hidrolik Sistemlerde Basınç Ayarı

Kaynağa göre hidrolik sistemlerde daha yüksek basınç, gerekli tonaja ulaşmak için daha küçük bileşenler ve daha küçük çaplı borular kullanılmasına olanak vererek presin yapım maliyetini düşürebilir. Basıncın artırılması yağ sıcaklığını da yükseltir; bu durum sürtünme ve aşınmayı artırabileceğinden arıza riskini azaltmak için servis aralıklarının kısaltılması gerekebilir. Hidrolik Sistemlerde Artan Akışkan Viskozitesinin Etkisi Akışkan viskozitesi akışa karşı direnci belirler ve dolayısıyla hidrolik sistem içindeki hareketi ve sürtünmeyi etkiler. Belirli bir sisteme uygun viskozitede akışkan seçmek önemlidir. Aşırı viskozite aşağıdaki sorunlara yol açabilir:

• Hidrolik sistemde akışkan akışına karşı daha fazla direnç.
• Daha fazla güç ihtiyacı ve bunun sonucunda artan sürtünme kayıpları.
• Sistemde basınç kaybı.
• Sürtünme nedeniyle daha yüksek sıcaklık.

Hidrolik Sistemlerde Azalan Akışkan Viskozitesinin Etkisi

• Sızdırmazlık noktalarında kaçak.
• Hareketli bileşenlerde aşınma ve yağ filminin bozulması.

Hidrolik Sistemlerde Enerji ve Güç

Elektrikli veya yanmalı olabilen ana tahrik elemanı, hidrolik sistemin enerji kaynağıdır. Pompa milini döndürür ve enerjiyi sisteme aktarır. Enerjinin korunumu yasasına göre enerji ne yaratılır ne de yok edilir; sistem içinde potansiyel ve kinetik enerji gibi biçimlerde bulunur. Sistem enerjisi doğru hesaplanırsa enerji dengesi kurulabilir. Bu denge Bernoulli ilkesine dayanır ve yalnızca akışkan enerjisini değil, borular, valfler ve bağlantı parçalarındaki sürtünmeden kaynaklanan enerji kayıplarını ve motor ile pompadaki mekanik kayıpları da dikkate alır.

Hidrolik Güç

Hidrolik güç üç aşamada ele alınabilir: üretim, kontrol ve kullanım. Güç üretimi enerji dönüşümünün yanı sıra akışkan şartlandırmasını da kapsar. Elektrik enerjisinin mekanik enerjiye, ardından hidrolik enerjiye dönüştürülmesinde pompa, elektrik motoru, içten yanmalı motor ve basınç göstergesi yer alır. Filtreler, soğutucular, ısıtıcılar ve termometreler akışkan şartlandırma ve izleme amacıyla kullanılır.

Hidrolik Yağ

Hidrolik sistemler çok farklı uygulamalarda kullanıldığı için "hidrolik yağ" terimi tek bir yağ türünü ifade etmez. Çok çeşitli hidrolik yağlar vardır ve uygun tür her sistemin gereksinimlerine göre seçilir. Genel olarak hidrolik akışkan veya yağlar kuvvet iletebilmeli, hareketli bileşenleri aşınmayı azaltacak şekilde yağlayabilmeli ve sistem içinde üretilen ısıyı emebilmelidir.

Hidrolik Yağın Özellikleri

• Yağlayıcı yağ filmi sağlam kalacak yeterli dayanıklılığa sahip olmalıdır; çünkü filmin bozulması hareketli bileşenlerde aşınmaya yol açabilir.
• Yağ uygun yağlama sağlamalı ve bu özelliğini yüksek sıcaklık ve basınçlarda korumalıdır.
• Emülsiyon oluşumu açısından yağ, viskozitesinin olumsuz etkilenmemesi için yalnızca sınırlı miktarda suyla karışmalıdır.
• Yağ yüksek sıcaklıklara zararlı buharlar çıkarmadan dayanmalı ve tercihen bu tür buharlar oluşturabilecek maddelerle karıştırılmamalıdır.
• Yağın bileşimi çalışma koşullarında kimyasal olarak kararlı kalmalıdır. Oksidasyon, viskozitede kabul edilemez değişikliklere yol açmamalıdır; çünkü her hidrolik sistem uygun bir viskozite aralığı gerektirir. Örneğin kararsız bir yağ koyulaşırsa basınç kayıpları artabilir ve aktüatörlere ulaşan güç azalabilir, bu da sistem performansının düşmesine neden olur.
• Yağ, hortumlar ve sızdırmazlık elemanları gibi önemli hidrolik sistem bileşenlerinde korozyona yol açmamalıdır.
• Yağ, yüksek sıcaklıklarda ve oksidasyon koşullarında mekanik özelliklerini korumalıdır.
• Yağ, çalışanların sağlığı üzerinde zararlı etkilere sahip olmamalıdır.
• Soğuk ortamlarda performansın bozulmaması için yağın akma noktası düşük olmalıdır. Kaynak örnek olarak uçak hidrolik sistemlerinde kullanılan yağların yaklaşık -60°C akma noktasına sahip olabileceğini ve formülasyonlarında mineral yağlar, gliserin, kerosen ve alkol bulunabileceğini belirtir.

Hidrolik Yağ Türleri

Hidrolik yağlar bileşimlerine ve kullanım alanlarına göre birkaç gruba ayrılabilir.

• Motorlar, silindirler ve elektrik dönüştürücüleri gibi geleneksel uygulamalar için standart mineral bazlı yağlar.
• Yağ-su karışımları ve yağ-içinde-su ile su-içinde-yağ emülsiyonlarını içeren sulu emülsiyonlar.
• Diesterler, halojenlenmiş esterler ve klorlu hidrokarbonlar gibi hidrolik akışkan olarak kullanılan susuz sentetik akışkanlar.

Kullanım alanına göre hidrolik yağlar düşük sıcaklık hizmeti için yağlar, yüksek sıcaklığa ve yangına dayanıklı yağlar ile geleneksel veya standart hizmet yağları olarak da gruplandırılabilir. Zehirli buhar açığa çıkaran kimyasal katkılar hidrolik yağlara eklenmemelidir. Kaynakta belirtilen izin verilebilir katkılar arasında köpük önleyiciler, korozyon ve aşınma inhibitörleri ile yağlama ve yağ filmi dayanımını artıran katkılar bulunur.

Hidrolik Yağ Seçimi

Hidrolik yağ türü ve gerekli viskozite, hidrolik sistemin çalışma gereksinimlerine göre seçilmelidir. Kaynak genel olarak daha düşük viskoziteyi tercih eder; çünkü sürtünmeyi ve enerji kaybını azaltır, kontrolü ve hassasiyeti artırabilir. Düşük viskoziteli yağlar kaçağı artırabilir, ancak basınç kayıplarını ve sürtünmeyi azaltabilir. Yağ seçerken aşağıdaki noktalar dikkate alınmalıdır:

• Sistem aşınmasını önlemek için güçlü yağlama sağlamalıdır. Önemli yüzey gerilmeleri bulunan sistemlerde yağın yük taşıma kapasitesini artırmak için katkılar kullanılabilir.
• Hareketli ve sabit bileşenler arasındaki boşluklar ile sızdırmazlık aralıklarından oluşan kaçak en aza indirilmelidir; bu nedenle yağ uygun viskoziteye sahip olmalıdır.

Sonuç olarak bir sistem için doğru viskozite seçilirken aşağıdaki noktalar göz önünde bulundurulmalıdır:

• Viskozite çok düşük olmamalıdır; çünkü çok düşük viskoziteli yağla bir sistemi sızdırmaz hale getirmek zordur.
• Viskozite çok yüksek olmamalıdır; çünkü bu durum iç enerji kayıplarını ve basınç düşümünü artırır.
• Yağ, sistemde kullanılan pompa türleriyle uyumlu olmalıdır.
• Viskozite, dış ortamda çalışan ekipmanlarda mevsimsel sıcaklık değişimleri nedeniyle sık yağ değişimi gerektirmeyecek şekilde uygun olmalıdır.

Hidrolik Yağın Depolanması ve Bakımı

Hidrolik yağlar pahalı olabilir ve sistem içinde kirlenmiş yağın değiştirilmesi zor ve maliyetli olabilir. Bu nedenle dikkatli depolama ve kullanım önemlidir. Depolama sırasında variller tercihen yan yatırılmalı ve kapalı bir alanda tutulmalı veya başka şekilde korunmalıdır. Açılmadan önce kirin yağa girmesini önlemek için variller iyice temizlenmelidir. Yağın varilden sisteme aktarılmasında temiz kaplar ve hortumlar kullanılmalıdır; pompa kullanılıyorsa kaynak 25 mikronluk filtre önermektedir. Yağ örnekleri temizliği doğrulamak için periyodik olarak laboratuvarda incelenmelidir. Sistemde görülen herhangi bir yağ kaçağı derhal onarılmalıdır.

Merkezi Hidrolik Sistem

Fabrikalar genellikle tesisin tamamına basınçlı hava sağlamak için merkezi bir pnömatik sistem kullanır. Merkezi hidrolik sistem ise kaçak, yüksek çalışma basınçları ve dönüş hatlarına duyulan ihtiyaç gibi zorluklar yaratabilir. Bununla birlikte birbiriyle bağlantılı birkaç makine bulunan fabrikalar için uygun olabilir. Tasarımcılar merkezi veya ayrı sistem kullanımının daha uygun olduğu konusunda farklı görüşlere sahiptir; her iki yaklaşımın avantaj ve dezavantajları aşağıda özetlenmiştir.

Ayrı Yerel Sistemler

Avantajlar: 1) devreler birbirinden ayrıdır; 2) farklı devrelerde farklı akışkanlar kullanılabilir; 3) her devre farklı bir basınçta çalışabilir; 4) bir devredeki arıza diğerlerinin çalışmasını etkilemez; 5) pompa motoru makinenin yanına yerleştirilebilir. Dezavantajlar: 1) birden fazla pompa gerekir, bu da bakımı zorlaştırır ve maliyeti artırır; 2) daha fazla kurulum alanı gerekir; 3) güç ve enerji tüketimi daha yüksektir.

Merkezi Hidrolik Sistem

Avantajlar: 1) yalnızca bir depo gerekir; 2) satın alma ve bakım maliyetleri daha düşüktür; 3) daha az alan kaplar; 4) merkezi sistemin tamamında tek tür yağ kullanılabilir, böylece yağ maliyeti azalır; 5) güç ve enerji tüketimi daha düşüktür. Dezavantajlar: 1) bir devredeki sorun tüm sistemi etkileyebilir; 2) çok sayıda ve yüksek hacimde boru gerekebilir; 3) farklı basınçlar gerekiyorsa basınç kontrol valfleri kullanılmalıdır; 4) tüm sistem devreleri tek bir bölümde yoğunlaştığı için aralarında etkileşim oluşabilir.