Basınç, tanım olarak bir yüzeye etkiyen toplam kuvvettir. Dünyadan yeterice uzak bir noktada, uzayın bir köşesinde durduğumuzu ve elimize içi cıva(Hg) dolu, üstü açık bir kap aldığımızı varsayalım. Bazı nötrino gibi parçacıkların etkilerini ihmal edersek bu cıvanın üzerine hiç bir kuvvet gelmeyecektir. Yani basınç sıfırdır. Bu duruma mutlak vakum adı da verilir. Daha sonra elimize bir cam tüp alalım. Uzay ortamında, tüpün içinde de mutlak vakum olacaktır, yani basınç sıfırdır. Tüpü cıva dolu kabın içine ters olarak batıralım. Kaptaki cıva seviyesiyle, tüpün içindeki cıva seviyesi aynı olacaktır.
Cıva düzeneğimizle, uzayın derinliklerinden dünyaya doğru yaklaşmaya başlayalım. Uzun bir süre kaptaki cıva seviyesiyle, tüpün içindeki cıva seviyesi arasında fark oluşmayacaktır. Dünyanın atmosferine girdiğimiz an tüpün içindeki cıva seviyesi yükselmeye başlayacaktır. Tüpün etrafındaki cıvaya atmosferi oluşturan havanın ağırlığı tıpkı bir piston gibi çalışacaktır ve tüpün içindeki cıvayı yükseltecektir. Cıva düzeneğimizle yeryüzüne yaklaştıkça cıva seviyesi daha da artacaktır çünkü artık tüpün etrafındaki cıvaya, atmosferde katettiğimiz mesafeyle orantılı olarak daha fazla hava kuvvet uygulayacaktır. Yeryüzüne, yani deniz seviyesine, 20.000m mesafe kaldığında cıva seviyesi 32mm yükselmiş olacaktır.
Yolcu uçaklarının uçtuğu seviyeye geldiğimizde yani yeryüzünden 10.000m yükseklikte cıva seviyesi 198mm’e gelecektir.
Everest tepesinin yanından geçerken yani 8848m’de cıva seviyesi 241mm olacaktır. Yeryüzünden 1500m yükseklikte cıva seviyemiz artık 634mm’dedir. Bu şekilde yeryüzüne yaklaştıkça tüpteki cıva seviyesi artacak, artacak ve deniz seviyesine ulaştığımızda tüpteki cıva seviyesi tam olarak 760mm yüksekliğe erişecektir. Bu değer yeryüzünde hepimizin maruz kaldığı hava basıncıdır.
Fiziksel olarak 760mm olarak ölçülen bu cıva yüksekliğine 1 atm (atmosfer) adı verilir. Yani etrafımızda bulunan havanın basıncının 760mmHg veya 1atm olduğunu söyleyebiliriz. Ancak dünyada ideal olarak her zaman 760mmHg hava basıncı yoktur. Dünya genelindeki havanın hareketleri, hava sıcaklığı, yerleşim yerlerinin rakımı vb. sebeplerle bu değer değişiklik gösterir.
Bu arada hava basıncını ölçmek için yaptığımız deneyi herhangi bir başka sıvıyla da yapabilirdik. Mesela su ile yapsaydık, 760mm yerine 10330mm yükseklikle karşılaşacaktık ki 10 küsur metre yüksekliğinde bir düzeneğin hazırlanması hiç pratik olmayacaktı. (Tabi uzaydan dünyaya süzülüp gelmenin pratikliğini hiç karıştırmayalım:) ) Bu açıdan cıva, yüksek yoğunluğu (1m3 cıva 13596kg ağırlığa sahiptir) sebebiyle basınç ölçümü anlamında en pratik sıvıdır.
Evet! 760mm cıva yüksekliği basıncın bir göstergesidir ama hem çabuk algılanması hem de hesaplarda kullanma kolaylığı yaratması açısından biraz teknik açıdan irdeleyelim.
Atmosfer (Atm), Pascal (Pa)
Öncelikle tanım olarak Atmosfer (Atm) birimini ortaya koyalım. 760mm Cıva yüksekliğini veren basınca 1 Atm denir. Bu arada, basınç için, tanım olarak bir yüzeye, alana etkiyen toplam kuvvettir, demiştik. O halde deney tüpümüzün içindeki 760mm yüksekliğindeki cıvanın tabanına uyguladığı kuvveti bulmaya çalışalım.
Basınç (P) = Kuvvet (F) / Alan (A)
m: Kütle [kg]
g : Yer çekimi ivmesi [m/s2]
V: Hacim [m3]
ρ : Yoğunluk [kg/m3]
A : Taban Alanı [m2]
h : Sıvı yüksekliği [m]
olmak üzere
bulunur. Birimlerden yola çıkarak
basınç birimini N /m2 şeklinde buluruz. Bu büyüklüğe Pascal (Pa) adı verilir.
İşin formülünü kurduğumuza göre 760mm yükseliğindeki cıvaya bir bakalım:
P=0,76 . 13595 . 9,80665
P=101332 Pa
Yani 76cm cıva sütunu tabanına 101332Pa basınç uygulamaktadır. 76cm Cıva yüksekliğini veren basınca 1 Atm dediğimize göre
1 Atm = 101332 Pa olmaktadır.
Metre Su Sütunu (mSS)
Tesisat sektöründe bar kadar sıklıkla kullanılan bu birimi incelemek için tersten bir hesap yapalım.
76cm yüksekliğinde cıva 1 Atm basınç demekti. Diğer bir deyişle 1 Atm hava basıncı cıvayı 76cm yüksekliğe çıkarabiliyordu. Peki aynı 1 Atm hava basıncı suyu ne kadar yükseğe çıkarabilir? (Suyun yoğunluğunu +4C de 1000kg/m2 alacağız)
ifadesini kullanarak
1 Atm = 101332 Pa = 101332 N/m2 = h . ρ . g = h . 1000 . 9,80665
denklemini kurabiliriz. Burada h bilinmeyenini çekersek
h=10,3329m olarak buluruz.
Yani 1 Atm hava basıncı suyu 10,33 yüksekliğe kadar çıkaracaktır. Yani
1 Atm = 10,3329 mSS olur.
Teknik Atmosfer (At)
Şimdi de biraz eski birimlerle analiz yapalım. Önceleri alanın birimi cm2, kuvvetin birimi de kg-f olarak alınmış ve 1 cm2 alan üzerine etkiyen 1kg-f kuvvete 1 teknik atmosfer (At) denilmişti.
1 kg-f= 9,80665 N
1 cm2= 0,0001 m2
Bu dönüşümleri kullanarak
101332 Pa = 101332 N/m2 = 1,03329 kg-f /cm2 = 1,03329 At
değerini buluruz. Özetle
1 Atm = 1,03329 At dir.
Aynı zamanda 1 Atm = 10,3329 mSS olduğundan
1 At=10mSS olmaktadır.
Bar
Tesisat sektöründe özellikle sıvıların basıncı için kullanılan “bar” birimi Yunanca “Baros” yani ağırlık ve “Barus” yani ağır kelimelerinden türetilmiştir. Zaten basınç ölçümünde kullanılan Barometre adı da bu kökten gelmektedir.
1 bar = 100 000 Pa olarak tanımlanır.
Mutlak Basınç ve Efektif Basınç
Dünyada normal koşullarda her yerde hava basıncı vardır. Tesisatlara takılan manometreler bu basıncı ölçmez. Eğer sistem henüz doldurulmamışsa basınç olarak sıfır bar (0 bar) değerini gösterir. Sistem doldukça 1bar, 2bar… diye basınç artar. İşte bu değer efektif basınç değeridir. “bar” biriminin sonuna “gauge” yani gösterge ifadesinin ilk harfi “g” eklenerek “barg” olarak gösterilir. Yani 0barg, 1 barg, 2barg… Ancak uygulamada eğer “bar” ifadesi varsa bu” barg” olarak anlaşılır, efektif basınçtan bahsedildiği bilinir.
Aslında sistemi henüz doldurmamış bile olsak sistemin içinde atmosfer basıncı bulunur. Bu basınç 1 Atm civarındadır ve aslında manometrenin 1,013 bar göstermesi, sistem doldurulduğunda ise manometrenin 1,013’tan başlayarak artması gerekirdi. Bu durumda mutlak basıncı okumuş olacaktık. Fakat özellikle mutlak basınç değeriyle çalışılmayacaksa uygulamada atmosfer basıncı sıfır kabul edilerek sistemin basıncı sıfırdan başlayarak artar. Eğer özellikle mutlak basınç değeriyle işlem yapılacaksa “bar” biriminin sonuna “Absolute” yani mutlak sözcüğünün ilk harfi olan “a” harfi getirilir ve “bara” olarak kullanılır. Yani özetle, mutlak basınç, atmosfer basıncı ile efektif basıncın toplamıdır.
Bu konuyla ilgili olarak, “Atü” birimine de değinelim. Teknik atmosfer birimi olan “At” yi efektif basınç anlamında kullanacaksak “üst değer” kelimesinin ilk harfi “ü” eklenir ve “Atü” ortaya çıkar ki zaten çoklukla karşımıza çıkan birim de budur. Eğer mutlak basınç için kullanılacaksa “Ata” olur.
Birimlerin dönüşümü
| Basınç | Atm | At | mSS | Pa | bar |
| Atm | 1 | 1,033296 | 10,33296 | 101332 | 1,01332 |
| At | 0,9677769 | 1 | 10 | 98066,77 | 0,980667689 |
| mSS | 0,09677769 | 0,1 | 1 | 9806,677 | 0,098066769 |
| Pa | 9,86855E-06 | 1,01971E-05 | 0,000101971 | 1 | 0,00001 |
| bar | 0,98685509 | 1,019713417 | 10,19713417 | 100000 | 1 |
Bu blog için bir video da hazırlanmıştır. Videoyu izlemek için tıklayınız.
Kaynak:
