Deney Tesisatı

Deney tesisatının şematik şekli Şekil 3.1’de görülmektedir. Deneylerde kullanılan

akışkan musluk suyudur. Suyun basınçlandırılarak yüzeye gönderilebilmesi için,

yaklaşık 5 m yükseklikte bulunan tank kullanılmıştır. Deneyler süresince tankın

içerisindeki suyun seviyesinin aynı kalması sağlanmıştır. Tanktan gelen suyun debisi

vana yardımıyla ayarlanarak ıslanmaz yüzey üzerine gönderilmiştir. Esnek bir

borunun ucuna takılan cam nozullar sayesinde su jetinin açısı rahatlıkla ayarlanabilmiştir. Açı için bir mastar oluşturulmuş ve açı ayarlanması bu mastarla

yapılmıştır. Daha sonra CCD kamera ile yandan alınan görüntü bilgisayara aktarılmış

Kuvvet ölçümü yapılacağı durumlarda ıslanmaz kaplı cam plakalar bu deney için

tasarlanmış düzeneğe sabitlenerek hassas terazinin üzerine konulmuştur. Yüzeyden yansıyan suyun hassas terazinin üzerine düşmesi engellenmiştir. Suyun debisi

debimetre ile suyun ıslanmaz yüzeyde oluşturduğu kuvvet hassas terazi ile ölçülmüş

ve elde edilen veriler veri toplama sistemi yardımıyla eş zamanlı olarak bilgisayara

kaydedilmiştir. Islanmaz yüzeye tam karşıdan ve yandan makro çekim yapan CCD

fotoğraf makinesi ile görüntüler alınmıştır.

Şekil 3.1: Deney tesisatının şematik görüntüsü.

3.1.1. Islanmaz malzeme ile kaplanmış yüzeyler

Deneylerde 5 adet farklı kontak açılarına sahip ıslanmaz malzeme kaplanmış cam plakalar kullanılmıştır. Bu yüzeylerin kontak açıları 102º, 112º, 123º, 145º ve

167º’dir. Kontak açıları 112º, 123º, 145º ve 167º olan yüzeyler Erbil ve diğ. tarafından elde edilen polipropilen malzeme ile GYTE Kimya Mühendisliği

laboratuarlarında kaplanarak elde edilmiştir. 102º kontak açılı ıslanmaz yüzey ise

plaka yüzeyinin Polinas bioriente PP ambalaj filmi ile kaplanarak elde edilmiştir. Bu

plakalar üzerindeki su damlasının oluşturduğu kontak açıları Şekil 3.2’de üstten

Şekil 3.2. Deneylerde kullandığımız ıslanmaz yüzeyler üzerinde su damlası ve kontak açılarının genel görünümü

Şekil 3.3. Deneylerde kullandığımız ıslanmaz yüzeyler üzerinde su damlası ve kontak açılarının üstten görünümü

3.1.2. Su nozulları

Suyun yüzeye gönderilmesi için iç çapları 1.75 mm ve 4 mm olan iki farklı cam boru nozul olarak kullanılmıştır. Cam boruda tam gelişmiş akış sağlanabilmesi için cam

nozulun boyunun çapına oranı laminer akış için L/d = 0,06Re, türbülanslı akış için,

L/d = 4,4Re1/6 şartını sağlayacak şekilde cam boru boyları belirlenmiştir (Çengel ve

Cimbala, 2008). Nozullar esnek bir borunun ucuna takılmış ve esnek boru ile beraber

bir kıskaç yardımıyla ıslanmaz yüzeye deney için gerekli olan açı ile konumlandırılmışlardır. Nozul ıslanmaz yüzeye jet açısına bağlı olarak mümkün olduğunca yakın tutulmaya çalışılmıştır (5-10 mm). Nozulun ıslanmaz yüzey ile yaptığı açının değiştirilmesi nozulu tutan kıskaç döndürülerek sağlanmıştır. Açının değeri ise görüntü analizi ile ölçülmüştür.

3.1.3. Hassas terazi

Islanmaz yüzeye çarpan ve yansıyan suyun yüzeyde oluşturduğu net kuvvetin ölçülmesi için hassasiyeti 0,01 gr olan üzerindeki ağırlıkları sıfırlayarak (dara alarak)

yalnızca kuvvetin dikey bileşenini ölçtüğü yapılan ölçümler tarafından tespit

edilmiştir.

Şekil 3.4 a’da görüldüğü gibi A noktasına belli bir açı ile etki eden kuvvet B

noktasına kuvvet ve moment olarak etki eder. Kuvvetin dikey bileşeni Fy, değişikliğe

uğramadan B noktasına etki eder. Yatay bileşeni Fx, ise hem kendisi ve aynı zamanda

(Fx L) kadar bir momentin B noktasına etki etmesini sağlar.

a) b)

Şekil 3.4: Deneyler sırasında hassas terazide meydana gelen kuvvet ve momentler.

Deneylerde kullanılan terazinin bahsedilen momentten etkilenip etkilenmediğini tespit etmek için çeşitli ağırlıklar terazinin tam ortasına konulmuş ve gösterdiği değer kaydedilmiştir. Daha sonra terazinin üzerine bir kısmı terazinin üstünden taşacak uzun bir cisim konulmuş ve darası alınmıştır. Ağırlığı daha önce tespit edilmiş olan cisim terazinin üzerinden uzak bir mesafeye konulmuş ve ölçülen değer kaydedilmiştir (Şekil 3.4 b). Farklı ağrılıktaki cisimlerle farklı uzaklıklara konularak yapılan denemelerde terazinin üzerine konularak okunan değer ile üzerinden uzağa konularak okunan değerin aynı olduğu saptanmıştır. Böylece deneylerde, su jetinin

ıslanmaz yüzeye çarpması, yansıması ve yüzeyle aralarındaki sürtünmeyle meydana gelen bileşke kuvvetin yeryüzüne dikey bileşeninin hassas terazi tarafından

3.1.4. CCD fotoğraf makinesi

Suyun ıslanmaz yüzeye çarpmasıyla oluşan geometrik şekillerin görüntü analizinin

yapılabilmesi için gerekli olan görüntüler için CCD sensörlü fotoğraf makinesi

kullanılmıştır. Islanmaz yüzeyde oluşan şekillerin tespit edilmesi için tam karşıdan

yüzeye dik görüntüler, yansıma olayını ve açılarını tespit edebilmek içinde yandan görüntüler alınmıştır. Bu görüntüler bilgisayara kayıt edilerek analiz edilmiştir.

Kullanılan fotoğraf makinesi 7,1 Mega piksel çözünürlükte makro çekim yapabilen

Canon markadır. Fotoğraflar tripod kullanılarak ıslanmaz yüzeye tam karşıdan ve

yandan çekilmiş, çekimlerde makro çekim kullanılmıştır. Fotoğraflarda 1 mm2 ye en

düşük olarak 900 piksel düşecek şekildedir. Geometrisi belli olan cisimlerle yapılan

aynı imaj analizinde ortalama hata payı % 1,2 oranında olduğu görülmüştür.

3.1.5. Debimetre

Suyun debisi ölçme aralığı ve hassasiyeti 0–2 ± %1 litre/dakika olan McMillan S– 114–7 marka türbin tipi debimetre ile ölçülmüştür (Şekil 3.5).

Şekil 3.5:Deneylerde kullanılan debimetre

3.1.6. Tank

Yaklaşık olarak 5 m yüksekliğinde bir mesafede bulunan ve 1 m3 hacme sahip bir tank kullanılmıştır. Tanktan gelen su deneylerde kullanılmadan önce filtreden

geçirilmiştir. Tank içindeki su seviyesi sürekli olarak sabit tutulmuş böylece

nozuldan çıkan suyun hızı ve debisi kontrol altına alınmıştır