su jeti

Pazartesi, 12 Mayıs 2008 13:38

su jeti

Su jeti, uçak yapımı endüstrisinde, su altı çalışmalarında, kablo ve boru hatlarının döşenmesinde ve granit gibi sert kayaların patlamasız parçalanmasında yaygın bir kullanım alanı bulmuştur. Kullanım kolaylığı, pürüzsüz kesim, yüksek esneklik gibi özelliklere sahip olan su jeti. ışık lazerinin aksine, kullanımı esnasında patlayıcı veya zehirli gazların çıkmasına da neden olmuyor.

Su jetinin ilk modeli, doğadan esinlenerek Hazırlanmıştır. Yağmurun veya hırçın akan nehirlerin kayaları oyduğunu gözleyen araştırmacılar, bu gözlemlerini uygulamaya koymayı başarmışlardır. Milyonlarca yıl içinde meydana gelen bu doğal süreç, birkaç saniye de gerçekleşecekse, bu zaman faktörünü telafi edecek bilimsel bir yaklaşım gerektirir. Bu da. ancak yüksek bir basıncın varlığıyla gerçekleştirebilir. Nitekim, kullanılan özel bir pompayla su basıncı 4000 bara kadar yükseltebiliyor (Bu basınç. 40 km derinliğindeki bir denizin tabanındaki basınca karşılık gelir).

Bu yüksek basınç kuvvetinin ortaya çıkardığı potansiyel enerji, su jeti tarafından hareket enerjisine (kinetik enerji) dönüştürülüyor. Su huzmesi hedefe, saniye de 650 m hızla (ses hızının yaklaşık 2 katı) fırlaiılıyor. 0,1 mm gibi çok küçük bir noktaya odaklanan su demeti, bir kesme hamlacının alevi gibi etki gösteriyor.

Su jeti, freze, zımba ve hatta ışık lazerine göre önemli avantajlara sahiptir.

Beklenmeyen Yüksek Güç
Su jeti ile 1 m genişliğinde 6 mm kalınlığındaki seramik bir levhayı ikiye bölmek için sadece iki dakika yeterli oluyor. Ayrıca bu aygıt, 2,5 cm kalınlığındaki titanı (çok sert bir metal), dakikada 3 cm hızla kesebiliyor.

Kullanım Kolaylığı
Zımbalama işleminde olduğu gibi, kesilen materyal fazla genişlemiyor. Üstelik, pürüzsüz bir kesim sağlanıyor. Işık lazerinde olduğu gibi, materyal yüksek ısılı bir ışına maruz kalmadığı için, yapısal bir değişikliğe uğramıyor. Daha Önemlisi, yüksek ısıdan dolayı oluşabilecek patlayıcı ve zehirle gaz oluşumu olasılığını ortadan kaldırıyor.

Hatasız Kesim
Su jeti için kesim hattının 0.2 mm gibi düşük bir değerde olması (freze âleti için bu değer 5 mm'ye kadar çıkar), yaklaşık % 15'lik bir materyal tasarrufu sağlıyor.

Yüksek Esneklik
Kesim esnasında istediğimiz bir anda, robotun programını değiştirip, kesimi yönlendirmemiz mümkündür. Böylece, sadece düz geometrik şekiller değil, en karmaşık şekillerin kesimi dahi belli bir noktaya kadar yapılabilmektedir.

Su jetinin motoru, enerji dönüşümünü gerçekleştiren ünitedir. Yumruk büyüklüğündeki bir pistonun. 20 kez daha küçük bir pistonu bastırmasıyla, sıvıların sıkıştırmamama özelliğinden dolayı, su akımının hızı artar. Suyun jete ulaşması, uzayıp kısala-bilen spiral formlu bir boru vasıtasıyla olur. Su jetinin İkinci dereceden önemli elemanı olarak kabul edilen jel, demetin profili ve de etkisinin tayini konusunda önemli roller üstleniyor.

Jet, İlk modellerde, ucunda delinmiş bir safir (gök yakut) bulunan küçük bir silindirden oluşuyordu. Suyun, basınçlı kanaldan safire ani geçişi nedeniyle, su huzmesi formunu kaybediyor, pürüzleniyor ve fırlama gücü azalıyordu. Fakat, şimdi uygulanan ve bu dezavantajlardan sıyrılmış olan yeni sistem sayesinde, suyun turbulansı azaltılıyor ve jetin çabuk körelmesi önlenmiş oluyor. Üstelik, maksimum fırlatma gücüyle "fışkırtılan su huzmesi, dikey olarak hedefe ulaşıyor.

Yüksek bir basınçla fırlatılan su demetinde, havanın sürtünme kuvvetinin etkisiyle, koni şeklinde bir dağılma gözleniyor. Su hava İle karışınca, damlacıklı bir görünüme bürünüyor. Su jetinden fırlatılması esnasında 6 kat genişleyen demet, 0,6 mm sonra, orijinalinin 10 kat genişliğe ulaşıyor.

Bu aşamada mühendislerin karşılaştığı problem, su ışını demelinin dağılmaya başlama zamanını mümkün olduğunca geciktirmek, yani belli bir mesafe için de olsa. ince bir ışın demeli elde etmektir. Bunun için kullanılan saf suya uzun zincirli polimerler ilave edilmiştir. Polimelerin su molekülleri için ray niteliği taşımasıyla, jetten fırlatılan su demetinin itilme gücü artmış, belli bir süre için olsa da ince bir su demeti oluşmuştur.

Bir yün bezin, su ışınlarıyla bombardımana tutulmasıyla hiçbir eziklik meydana gelmeden kesilebilmesi, İlk anda aklımızı kurcalayabilir Bu konuda, su jeti araştırmacılarından Dr.Werner Psnitzsch'in basit fakat aydınlatıcı bir açıklaması bulunuyor: Su jetinde erişilen yüksek hızdan (650 m/s) dolayı, su moleküllerinin materyale çarpması o kadar anî oluyor ki, materyal moleküllerinin yavaş hareketi, bu kısıtlı sürede belli bir değişikliğe neden olmuyor. Moleküllerin titreşim ve rezonansları sabit kalıyor ve sonuçta, pürüzsüz bir kesim mümkün oluyor. Bu yüzden, tekstil ürünleri ve mukavva gibi materyallerin kesimi rahatlıkla gerçekleştirilirken, mermer gibi sert cisimlerin aynı hassasiyette kesimi için, bir basınç yükselticisine ihtiyaç duyuluyor. Su jetinin etkisini artırmak istiyorsak, kullanılan saf suya sert ve aşındırıcı bir madde (meselâ kuvars kumu) ilave ederiz. Aslında, bu konuda da doğa bize örnek olmuştur. Çöllerde yapılan gözlemlerde, kayaların kum ve rüzgâr etkisiyle tam manasıyla ufalandığı tespit edilmiştir. Bu zımpara etkisinden, insanlar, uzun süre kum ışınlama tekniği aracılığıyla istifade etmiştir.

Günümüzde artık, su ve kum ışınlama teknikleri kaynaştırılmış ve sonuçla, yüksek potansiyelli bir ışınlama tekniği elde edilmiştir. Bu teknikte, ışın taneciklerinin etkisiyle materyal moleküllerinin kristal kafesi titreşmeye başlar ve bu, şok dalgalarıyla bir yufka misali ufalanmalarına kadar devam eder.

Teknolojinin son harikalarından sayılan su jeti, uçak yapımı teknolojisinde de vazgeçilmez bir uygulama alanı bulmuştur. Günümüzde uçak yapımında kullanılan materyal, hafif fakat, sağlam elyaf bileşiklerinden oluşuyor. Cam ve karbonla güçlendirilmiş bu yapay maddenin su jeti ile kesimi, hızlı ve pürüzsüz yapılabiliyor son zamanlarda, uçak jet motorları dahi bu konuda nasibini atmaya başladı. Çünkü, su jetiyle, uçağın pervanesi tek bir parça olarak edilebilmektedir.

Su jeti araştırması konusunda en çok gelişme kaydeden üniversitelerin başında, Ottawa Üniversitesi (Kanada) gelmektedir, örneğin, cerrahî girişimlerde dahi su jeti kullanımı başlamıştır: Isı oluşumuna neden olmadan kemik kesimi bu sayede yapılabiliyor. Hatta, kutuplarda buzulları kıran gemiler, daha hızlı ilerleyebilmek için büyük su jetleriyle donatılmışlardır.

Su jetinin değişik ve ilginç bir kullanım alanını da su altı çalışmaları oluşturuyor, Fakat, bu uygulamalarda sık karşılaşılan bir problem söz konusu: Karşılaştıkları yüksek sürtünme kuvveti nedeniyle su ışınları, baş ağrısına neden oluyor. Fakat bu konuda. Geesthacht'taki GKSS-Araştırma Merkezi'nin getirdiği bir çözüm var: 8u da. su ışınlarını, frenleyici deniz suyundan koruyan, bir çeşit su perdesinin geliştirilmiş olmasıdır.
Su ışınlarının, gemi ve uçak gövdelerinin eski boya ve verniklerinin temizlenmesinde kullanımı da yaygınlık kazanmıştır. Bu uygulamalarda, su jetinin tam kapasiteyle çalışması bile gerekmemektedir. Olayın temeli, suyun dalgalanma ve dinamiğinde artışa neden olunarak, yüzey kemirici bir etki oluşturmasına dayanıyor. Fakat, bu temizleme normal şartlarda gerçekleştirilemiyorsa, su ışınında kesintiye gidilir ve bu kesintili çarpmalar, su tokmağı etkisini oluşturur. Fışkırtılan suyun basıncında meydana gelen ritmik artış ve azalmalar, ışınlanan objenin moleküler yapısında titreşimlere neden olur ve boya-vemik ikilisi kolayca süpürülür.

Su jeti, yanlara değil de ışınlama istikametinde hareket ettirilecek olursa, bir matkabın foksiyonları-m üstlenebilir. Özellikle yer çalışmalarında bu tekniğin uygulamaya girmesiyle, çeşitli kablo ve hatların döşenmesi daha kolay bir hal almıştır.

Şimdi değineceğimiz teknikte su jeti, patlamaya neden olmayan bir patlayıcı olarak kullanılmaktadır: Yaklaşık 1 ton ağırlığındaki bir granit parçasında su jeti kullanarak, 80 cm derinliğinde bir delik açılıyor. Delik, 1,8 İt su ile dolduruluyor ve suyun basıncı bir gaz yardımıyla 400 bar'a kadar yükseltiliyor. Deliğin tabanındaki basıncın, anîden yaklaşık 10 katına çıkmasıyla yukarıya doğru azalarak ilerleyen bir basınç dalgası meydana geliyor. Bu esnada oluşan sarsıntı dalgasının etkisiyle, granit, sessizce kütürdemeye başlıyor. Ses hızının yaklaşık 3 katı hızla enine çatlaklar yayılıyor. Sonuçta kaya, sessizce parçalanıyor. Burada önemli olan husus, ilerleyen basınç dalgasının değerinin, yüzeye ulaştığında atmosfer basıncının değerine kadar düşmüş olmasıdır. Böylece bir patlama dalgası meydana gelmemektedir.

Bilinen bir gerçek var ki. yaygın kullanım alanının bir bölümünü tanıtmaya çalıştığımız su jetinin, henüz bütün sırlan çözülmüş değildir. Belki de, yeni geliştirilen tekniklerle, su lazeri diyebileceğimiz bu cihaz, ışık lazeriyle rekabel edebilecek bir düzeye gelecektir. Su jeti araştırmacılarının en büyük rüyası, bu cihazı, yüksek kapasiteli mıknatıs ve süper-iletken makaralarla donatmak ve zaten yaygın olan kullanım alanlarında yeni ufuklar açmaktır.

Kaynak:Bilim ve Teknik.Temmuz.1992.P.M. Nisan 1991'den özetleyerek çev.: Abdullah YILMAZ