Basınç Nedir? Vakum Nedir? Mutlak Basınç - Atmosfer Basıncı ve Gösterge Basıncı Nedir?

Basınç Nedir? Vakum Nedir? Mutlak Basınç - Atmosfer Basıncı ve Gösterge Basıncı Nedir?

Birim alana etki eden kuvvete basınç denir. Yani basınç, belirli bir yüzey alanına etki eden kuvvet miktarıdır. SI birim sisteminde basıncın birimi Pascal’dır (Pa). Otomotivde basınç birimi olarak genellikle “bar” kullanılır. Lastik basınç değerlerinde ise daha detaylı-hassas okuma yapılabildiği için “psi” birimi kullanılır (1bar=14,5 psi). Fizikte basınç ifade edilirken kg/cm²  ifadesi de kullanılır. Ayrıca basınç ifade edilirken “atm” (atmosfer) birimi de kullanılır.

Akışkanların (gaz-sıvı) basıncının hesaplanmasında Pascal kanunları kullanılır, buna göre yüzey alanı, kuvvet ve basınç arasındaki ilişki P=F/A formülüyle ifade edilir. Buna göre oluşan formül Pa=N/m²

P= basınç (Pascal(N/m²))

F= N (Newton)

A=Yüzey alanı (m² ) 

Fizikte yukarıdaki şekilde ifade edilen formüle göre bakıldığında basınç değeri çok çok hassas şekilde ifade edilmektedir. 1 pacal= 0,00001 bar’dır veya 1 bar=100.000 Pascal. Otomotivde ise bu kadar hassas ve küçük basınç değerlerine temel hesaplamalarda ihtiyaç yoktur. Örneğin 4 barlık yakıt basıncı ifade edilirken, 4 bar yerine 400.000 Pascal demek daha karmaşıktır. Emme manifoldu mutlak basıncı 50.000 pascal demek zordur, bunun yerine 0,5 bar demek daha kolay. Bu sebeple formülde kuvvet birimi olan “Newton” yerine “kg” ifadesi, yüzey alanındaysa (m² ) yerine cm² kullanılır, böylece P=F/A formülünün değeri kg/cm² olarak ifade edilir. kg/cm² ise 1 bar’a eşittir. Yani 1 cm² yüzey alanına 1 kg’lık kuvvet etki ederse, basınç 1 bar olur. 

1 kg/cm²  = 1 bar = 1atm 

Atmosfer Basıncı Nedir?

Atmosfer basıncı, yeryüzünde bulunan havanın, cisimler üzerinde oluşturduğu, birim yüzey alanı üzerine etki eden kuvvettir. Her maddenin bir kütlesi vardır, yeryüzünde de kilometrelerce yükseklikte hava vardır, bu havanın da bir kütlesi vardır. Örneğin 1 litre havanın ağırlığı 1,293 gramdır. Yapılan ölçümlerde deniz seviyesindeyken ortamdaki havanın 1 cm² lik yüzey alanına 1 kg kadar kuvvetle etki ettiği belirlenmiştir. Bu, atmosfer basıncı olarak kabul edilmiştir, 1 atm olarak ifade dilir. 1 atmosferlik basınç, 1 bar’a eşittir, bu da 1 kg/cm²  ye eşittir. Buna göre insan vücudunda 1 cm² lik alana (parmak ucu kadar alana) 1 kg’lık hava ağırlığı etki eder, tüm vücudun yüzey alanı göz önüne alınırsa,  ortamdaki hava basıncının oluşturduğu kuvvet 15 tondur.

(1atm=1,013  bar ve 1 bar = 1,019 kg/cm² ) eşitlikleri basitçe ifade edilirse: 1 kg/cm²  = 1 bar = 1atm

Atmosfer basıncı 1 bar, referans değer olarak kabul edilir. Dünya (yer küre) atmosfer tabakasına sahiptir, bu atmosfer tabakasında soluduğumuz hava vardır ve bu havanın da kütlesi vardır. Bu kütle ve yer çekimi sebebiyle, hava, her şeyin üzerine basınç uygular, açık bulduğu her delikten girer ve orayı doldurur. 

Atmosfer basıncı, deniz seviyesinde en yüksek değerini (1 bar) alır. Deniz seviyesinden yukarı doğru çıkıldığında hava tabakası azalacağından dolayı, havanın kütlesi ve kg değeri de azalır, bunun sonucu olarak oluşturduğu basınç da azalır. Yükseklik arttıkça basınç düşer. Örneğin 7000 metre yükseklikte hava basıncı 0,45 bar’a düşer. Basınç azaldıkça havanın içerisindeki oksijen miktarı ve motora alınan havanın miktarı da azalır, bu ise motor performansını azaltır, bunu engellemek için ECU üzerinde bir atmosfer basınç sensörü vardır. ECU, ortamdaki basıncı algılar ve hava-yakıt karışımına bu şartlara göre düzenleyerek motor performansını en iyi düzeyde tutmaya çalışır.

Atmosferik motor tanımı da atmosfer basıncıyla ilgilidir. Bu motorlarda turbo şarj (aşırı besleme) yoktur, yani hava basınçlı bir şekilde motorun emme manifolduna gönderilmez. Atmosferdeki havanın kendi basıncı (1 bar), motorun içerisine dolar ve motor çalışır. Kapalı bir kapta hacim artarsa, o kabın içinde vakum oluşur. Motor çalışırken silindir içerisinde emme  zamanında piston alt ölü noktaya inerken, silindir içerisinde hacim artışı meydana gelir, yani az önce pistonun doldurduğu hacim geri çekilmiştir, alan (yer) açılmıştır ve buraya atmosferdeki hava kendi sahip olduğu basıncı etkisiyle hızla dolar, çünkü akışkanlar yüksek basınçtan alçak basınca doğru akarlar. Havanın silindirlerin içerisine dolmasını sağlayan şey, vakum etkisidir. Bu sebeple atmosferik bir motor çalışırken, emme manifoldunda her zaman vakum vardır. Gaz kelebeğinin açılma miktarına göre, emme manifolduna hava giriş yapar. Gaz kelebeği tamamen açık olduğunda ise emme manifoldundaki vakum en aza iner, yani mutlak basınç 1 bar’a yaklaşır. Motor stop ettiğinde, pistonlar artık vakum oluşturmayacağı için, emme manifoldundaki basınç, dış ortamdaki basınçla eşit hale gelir ve 1 bar’a eşit olur.

Turbo motorlarda ise emme manifolduna gönderilen hava, basınçlandırılarak gönderilir, yani emme manifoldunda, atmosferik 1 bar basıncın üzerine çıkılır. Turbo’nun bastığı havanın basıncı 2 bar’a kadar çıkabilir, buradaki 2 bar, 1 bar’lık atmosfer basıncının üzerindeki ilave 1 ile oluşan toplam basınçtır. 1 bar atmosfer basıncı zaten mevcuttur havada, turbo buna 1 bar’lık daha ilave yapmış olur. Ölçülen bu toplam 2 bar’lık basınca “mutlak basınç” denir. 

Örneği formülle ifade edersek:

Mutlak basınç= 2 bar

Gösterge basıncı (Turboyla ilave uygulanan basınç)=1 bar olsun.

Atmosfer Basıncı = Mutlak Basınç – Gösterge Basıncı (Uygulanan Basınç)

Atmosfer basıncı= 2-1 = 1 bar.

Vakum Nedir?

Vakum, hava basıncının, atmosfer basıncının altına düşmesi olarak tanımlanabilir. Atmosfer basıncını (açık hava basıncını) ölçen alete “barometre” denir, bu basınç değerine de barometrik basınç denir. Atmosfer basıncı 1 bar olduğuna göre, demek ki basınç değeri 1’in altına düştüğünde, bu, vakum olarak ifade edilir. Örneğin 0,8 bar’lık barometrik basınç, vakum demektir; 0,3 0,4 0,5  0,6 0,7 0,8 bar basınçların tümü vakum demektir. Hava hiç yoksa, basınç da yok demektir. Uzayda hava hiç yoktur, basınç hiç yoktur, basınç sıfırdır; buna “mutlak vakum” denir. 

Vakum, alçak basınç demektir. Basıncın 1 ‘bardan düşük olmasıdır. Vakum, negatif basınç olarak da söylenebilir. Vakum, havanın yokluğu veya eksikliği demektir. Kapalı bir kaptaki hava, normal dışarıdaki soluduğumuz havadan daha az ise, bu kabın basıncı düşük olacaktır, içerisinde vakum oluşacaktır, basınç 1 barlık atmosfer basıncından daha az olacaktır; eğer kap esnekse dıştaki basınç içteki basınçtan fazla olacağı için, kap büzülecektir. Örneğin oda sıcaklığındaki pet şişe yarısına kadar içilip buz dolabına  konmuş olsun, birkaç saat sonra şişe dolaptan alındığında büzülmüş olduğu görülür. Bunun sebebi; şişe içerisindeki havanın soğuyarak basıncının azalmasıdır, içerdeki basınç dışarıdaki basınçtan az olduğunda şişe büzülür. Diğer örnek: bitmiş kutu meyve suyu, pipetle içilmeye devam edilirse, kutusunun büzüldüğü görülür; pipetle kutu içerisinden çekilen hava sebebiyle, kutu içerisindeki basınç 1 barlık atmosfer basıncından daha düşük değere inmiştir, kutunun dışındaysa halen daha 1 barlık atmosfer basıncı vardır, bu durumda karton kutu büzülür. Pipet ağızdan çıkarıldığında bir hava akış sesi duyulur, atmosfer basıncıyla hava hemen kutunun içine dolar ve kutu eski şekline geri döner.

Mutlak Basınç Nedir?

Mutlak Basınç= Atmosfer Basıncı + Uygulanan Basınç (Gösterge Basıncı)

Mutlak basınç, basıncın mutlak vakumdan itibaren ölçülen değeridir. Yani mutlak basınç, atmosfer basıncı değeriyle, gösterge basıncı değerinin toplamına eşittir. Turbo motorda, 1 bar atmosfer basıncı vardır, 1 bar da ilave olarak turbo göndermektedir, toplam basınç 2 bardır ve buna mutlak basınç denir. Mesela atmosferik bir motorda mutlak basınç her zaman 1 bar’ın altındadır, çünkü ilave olarak basınçlı hava gönderen bir turbo yoktur ve emme manifoldunda vakum oluşur. Emme manifoldunun basıncını ölçen sensöre bunun için mutlak basınç sensörü denir. Ölçülen mutlak basınç değeri  0,4  0,6  0,8 bar gibi değerlerdir.

Gösterge Basıncı Nedir? (Bağıl Basınç veya Uygulanan Basınç)

(Gösterge basıncı= Mutlak Basınç – Atmosfer basıncı) formülüyle hesaplanır. Mutlak basınç değerinden atmosfer basıncı düşüldükten sonraki basınç değerine, “gösterge basıncı”, “saat basıncı” , “bağıl basınç” veya “uygulanan basınç” denir.

Hava varsa, hava basıncı da vardır; hava ne kadar çok varsa, hava basıncı da artacaktır. Kapalı kaplardaki basıncı ölçen alete “manometre” denir. Manometrenin ölçtüğü basınca, “manometrik basınç” denir. Örneğin bir hava tankının içerisine kompresörle hava basıldığında, hava tankının basıncı 4 bar olarak okunur manometrede. Hava kullanıldıkça basınç azalır, tankın içindeki hava tamamen bittiğinde, manotmetre sıfır “0” değerini gösterir. Oysa tankın içerisinde 1 bar’lık atmosfer basıncı halen daha vardır, fakat manometre bunu göstermez,  1  barlık atmosfer basıncı 0 değeri (başlangıç değeri) olarak referans alınır. Yani gösterge 0 değerini gösteriyorken, aslında basınç atmosferik basınca eşittir. Gösterge sıfırın altına indiğinde -0,1 -0,2 -0,3 -0,4 -0,5...  şeklinde eksi değerlerde ilerler.