Yangın ve Güvenlik Dergisi 195.Sayı (Kasım-Aralık 2017)

KAPAK KONUSU / MAKALE 46 Yangın ve Güvenlik / Kasım-Aralık 2017 yanginguvenlik.com.tr 1. GIRIŞ Polimerlerin su boru şebekelerinde giderek artan şekilde kul- lanılmaktadırlar. Bu malzemelerin güçlü karakteristikleri ve kulla- nım kolaylıkları hem ev hem de endüstriyel amaçlı kullanımlarda sık olarak tercih edilme sebepleridir. Bunların hangisinin kulla- nılacağına dair seçim ise sıcaklık, basınç ve ortam gibi kullanım koşullarına bağlıdır. Bu sebeple, su aktarımı anlamında CPVC ve HDPE en sık olarak tercih edilen malzemelerdir. CPVC’nin en be- lirgin avantajı yüksek sıcaklıklara dayanabilmesidir. Ancak bu iki malzemenin değerlendirmeleri standart testler ile yapılmalı ve performansları ayrı olarak tetkik edilmeli ve her bir malzemenin performansı hakkında net bir fikir elde edebilmek için ikisinin kar- şılaştırılması gereklidir. HDPE pek çok çalışmada (Majid 2017) karakterize edilmiştir. HDPE’nin ömür oranının %52’sine kadar neredeyse bütün özellik- lerini muhafaza edebilen güçlü bir esnek malzeme olarak kalabil- diği gösterilmiştir. Bu esneklik, bu malzemenin en faydalı özellikle- rinden birisidir. Diğer yandan, CPVC kırılgan davranışına rağmen çok yüksek basınçlara ve çok yüksek sıcaklıklara dayanabilen çok dayanıklı bir malzeme olarak karakterize edilmiştir. Basınç kriteri bu makalede değerlendirilecek olan paramet- relerden bir tanesidir. Bu sebeple, HDPE hem de CPVC örnekleri için kırığın iç basıncının kapsamlı bir analizini gerçekleştirmiş bu- lunmaktayız. Bunun ardından patlama basıncı ve patlama zamanı, doğrudan kalınlık dalgalanması ( ∆ e/e) ile orantılı olan ömür oranı- nın bir fonksiyonu olarak yorumlamıştır. Buna ilave olarak, modifiye birleşik hasar modellemesi kullanı- larak kırılmanın daha derin bir analizi gerçekleştirilmiştir. Hasarın evrimi her iki materyal için kritik ömür oranını değerlendirmemizi ve bunların çentik hasarlılığına karşı genel davranışını değerlendir- memizi sağlamıştır. Bunun yanında, bu iki materyalin hasarlarını tetkik etmek için yeterli kontrol araçlarına sahip olmayan endüstriyel kuruluşlara ve firmalara yardımcı olmak ve kontrolleri daha hızlı ve kolay yapabil- melerini sağlamak amacıyla hasar modellerinin matematiksel ve teorik yakınsamaları kullanılarak deneysel modelleri geçerlemeye yönelik etkili araçlar geliştirilmesi önemlidir. 2. DENEYSEL VE TEORIK PROSEDÜR Mevzuata uygun olarak patlama testlerine yönelik standart ör- nekler hazırlandıktan sonra bunlar kırılma noktasına kadar artan bir iç basınca tabii tutulmuştur. Patlama test makinesi ekranında patlama basıncı ve süresi takip edilmiş ve bunlar ileriki analizler için kaydedilmiştir. Patlama basıncının trendi ya da ömür oranı ile ilgili olarak kırılma süresi önemli bir faktör olup çentiğin, zararlılık seviyesi ve onun bu materyallerin mekanik özellikleri üzerindeki etkileri konusunda fikir vermektedir. Kullanılan test makinesi hidrostatik test makinesi olup hem HDPE hem de CPVC borularda test yapılabilmektedir. Bunun ardından, eşitlik 1 ve 2’de gösterilen şekilde Unified The- ory Bui Quoc (1971) ve Bathias (2013) temelinde bir hasar modeli geliştirilmiştir. Burada boyutsal-olmayan sayı γ ’nin patlama basın- cı ve dayanıklılık sınırının ilgili basıncına olan oranına (P ur /P 0 ) eşit olduğu kabul edilmektedir. (1) (2) Bu modelin temel prensibi, hasar evrimini her bir çentik de- rinliği için ömür oranı β ’ya göre hesaplamaktır. Bu sayede her bir çentik için temsili bir eğri elde edilmektedir. Bu eğriler daha sonra yarı-ömür zamanı eğrisi ile karşılaştırılmaktadır ve bu karşılaştırma kullanılarak hasar eğrisinin stabilitesi ile ilgili yargıda bulunulmak- tadır. Bununla Miner eğrisi arasındaki eğriler, Miner (1945) eşit- liği temelinde, stabil olarak kabul edilmektedirler. Nihai boyutsal olmayan sayı γ u (Pu/P0) HDPE malzeme için 2’ye ve CPVC için 2.5’e eşittir. Endüstriyel kuruluşların teorik doğrulamalar yapabilmelerini sağlamak için test yapmadan teorik olarak patlama basıncını elde edebilmek amacıyla HDPE malzeme için Faupel(1953)’ün modifiye edilmiş formüllerini oluşturduk. Faupel’in modifiye edilmiş formülü şu şekildedir: (3) 3. SONUÇLAR Bu makalede piyasada mevcut olan iki malzeme, yani CPVC ve HDPE borular karşılaştırılmıştır. Bunların ikisi de basınçlandırılmış su boru şebekelerinde kullanılmıştır. Ciddi hasarların degredasyo- nunu ve zararlılığını değerlendirmek için borular üzerinde 100 mm x 5 mm x Dth formunda suni çentikler oluşturulmuştur. Derinlik (Dth) 1 ila 5 mm arasında değişmektedir ve şekil 1’de gösterilen biçimde çentikli borular patlayıncaya kadar iç basınca maruz bı- rakılmıştır. Ömür oranının fonksiyonu olarak patlama basıncının oluşturul- ması, çentik derinliği boyunca desteklenen basıncın orantısal ola- rak ciddi şekilde düşmesine yol açmıştır. Aslında, hem HDPE hem de CPVC borular için, boru üzerindeki hasarın kullanılmış borular- da doğrudan etkiye sahip olduğu görülmektedir. Bu iki malzeme arasında karşılaştırmaların yapılabilmesi için birleşik teoriden ilham alınmış olarak patlama basıncını temsil etmek üzere boyutsal olmayan sayılar kullanılmış ve ardından bunların patlama davranışı değerlendirilmiştir. Eğriler, Faupel bo- yutsal-olmayan patlama basıncına kıyaslı şekilde oluşturulmuştur. Şekil 2 Faupel basıncı kullanılarak elde edilen HDPE’nin boyutsal olmayan patlama basıncını göstermektedir. Bu durum literatürde sunulmuş olan sonuçlarımızı konfirme etmekte ve modifiye edil- miş Faupel formülünün, yani eşitlik 3, HDPE boruların patlama ba- sıncını temsil ettiğini ve modellediğini göstermektedir. Bu durum