Su basıncı derinlikle artar: deniz suyunda her 10 metre yaklaşık 1 bar ekler. Bu basınç bir kapıya ya da kapağa etki ettiğinde küçük görünen değerler tonlarca kuvvete dönüşür. Aşağıdaki hesaplayıcıyla bir derinlikteki su basıncını; perdedeki bir su geçmez kapıya, güvertedeki bir kaportaya ya da tank üstündeki bir menhol kapağına etki eden toplam kuvveti ve bu kuvvetin etki noktasını bulabilirsiniz.
Su basıncı nasıl hesaplanır?
Durgun bir sıvıda bir noktadaki basınç, o noktanın üstündeki sıvı sütununun ağırlığından gelir. Bu yüzden yalnızca derinliğe ve sıvının yoğunluğuna bağlıdır; kabın ya da tankın biçimi sonucu değiştirmez:
p = ρ × g × h
Burada ρ sıvının yoğunluğu (kg/m³), g yerçekimi ivmesi (9,80665 m/s²), h ise sıvının yüzeyinden ölçülen derinliktir (m). Sonuç paskal (Pa) cinsinden çıkar; 1 bar = 100 kPa = 100.000 Pa.
- Deniz suyunda (1.025 kg/m³) her metre yaklaşık 0,1005 bar ekler. 1 bar için yaklaşık 9,95 m deniz suyu ya da 10,2 m tatlı su gerekir.
- Hesaplayıcının verdiği basınç, atmosfer basıncının üstündeki basınçtır (gösterge ya da manometre basıncı). Mutlak basınç için buna deniz seviyesindeki atmosfer basıncı, yaklaşık 1,013 bar eklenir; dalgıçların kullandığı değer budur.
- Atmosfer basıncı bir kapının iki yüzüne de etki ettiğinden kapıya gelen kuvvet gösterge basıncıyla hesaplanır.
- Ders kitaplarında g çoğunlukla 10 m/s² alınır. Hesaplayıcı standart değer olan 9,80665 m/s²’yi kullandığından sonuçlar yaklaşık %2 daha düşük çıkar.
| Derinlik | Deniz suyu | Tatlı su |
|---|---|---|
| 1 m | 0,101 bar | 0,098 bar |
| 5 m | 0,503 bar | 0,490 bar |
| 10 m | 1,005 bar | 0,981 bar |
| 20 m | 2,010 bar | 1,961 bar |
| 50 m | 5,026 bar | 4,903 bar |
| 100 m | 10,052 bar | 9,807 bar |
Kapı ve kapaklara etki eden kuvvet
Basınç bir yüzeye etki ettiğinde yüzeye dik bir kuvvet oluşturur. Ders kitaplarında sıvı basınç kuvveti olarak geçen bu kuvvet, yüzeydeki ortalama basınç ile yüzeyin alanının çarpımıdır. Hesabın nasıl yapılacağı, yüzeyin yatay mı dikey mi olduğuna bağlıdır.
- Yatay kapaklar (güvertedeki kaporta, tank üstündeki menhol kapağı): kapağın her noktası aynı derinlikte olduğundan basınç her yerde aynıdır: F = ρ × g × h × A. Kuvvet kapağın ortasından etki eder.
- Dikey kapılar (perdedeki su geçmez kapı): basınç kapının üst kenarından eşiğe doğru artar. Su kapının üst kenarını aştığında ortalama basınç, kapının ortasındaki basınçtır: F = ρ × g × (h − H ÷ 2) × A. Burada h eşiğin üstündeki su yüksekliği, H kapının yüksekliğidir. Kapının alt kısmı daha çok yüklendiği için kuvvetin etki noktası (basınç merkezi) kapının ortasından biraz aşağıdadır; su derinleştikçe ortaya yaklaşır.
- Su kapının üst kenarına ulaşmıyorsa yalnızca suda kalan kısım hesaba girer. Dikdörtgen bir kapıda kuvvet F = ρ × g × B × h² ÷ 2 olur ve eşikten h ÷ 3 yukarıda etki eder: su yüksekliği iki katına çıktığında kuvvet dört katına çıkar.
- Daire, oval ve elips biçimli kapı ve kapaklarda hesaplayıcı, genişliğin yüksekliğe göre nasıl değiştiğini hesaba katar. Oval, iki ucu yarım daire olan biçim olarak alınır; gemilerdeki menhollerde hem oval hem elips açıklıklar kullanılır, açıklığınıza uyanı seçin.
- Kapının iki yanında da su varsa net kuvvet, iki yandan gelen kuvvetlerin farkıdır.
Örnek hesaplar
- 10 metre derinlikte deniz suyunun basıncı: 1.025 × 9,80665 × 10 ≈ 100.518 Pa, yani yaklaşık 1,005 bar. Atmosfer basıncıyla birlikte mutlak basınç yaklaşık 2,018 bardır.
- Perdede 700 × 1600 mm açıklıklı bir su geçmez kapı, eşiğinin 8 m üstüne kadar deniz suyu: kapının ortası su yüzeyinden 8 − 0,8 = 7,2 m derindedir. Ortalama basınç 1.025 × 9,80665 × 7,2 ≈ 72.373 Pa (0,724 bar), alan 0,7 × 1,6 = 1,12 m², kuvvet ≈ 81,06 kN, yani yaklaşık 8,27 tondur. Kuvvet, eşikten yaklaşık 770 mm yukarıda, kapının ortasının 30 mm altında etki eder.
- Aynı kapıda su, eşiğin yalnızca 0,5 m üstündeyse: F = 1.025 × 9,80665 × 0,7 × 0,5² ÷ 2 ≈ 880 N, yani yaklaşık 0,88 kN (90 kg). Kuvvet eşikten yaklaşık 167 mm yukarıda etki eder.
- Tank üstünde 600 × 400 mm oval bir menhol kapağı; tank, kapağın 10 m üstüne kadar uzanan hava borusunun ucuna kadar deniz suyuyla dolu: basınç yaklaşık 1,005 bar, oval açıklığın alanı (0,6 − 0,4) × 0,4 + π × 0,4² ÷ 4 ≈ 0,2057 m², kuvvet ≈ 20,67 kN, yani yaklaşık 2,11 ton. Açıklık elips biçimli olsaydı alan π × 0,6 × 0,4 ÷ 4 ≈ 0,1885 m², kuvvet ≈ 18,95 kN olurdu.
Gemilerde kapılar hangi su yüksekliğine göre değerlendirilir?
Gemide bir kapı ya da kaporta için su yüksekliği keyfi bir değer değildir; uluslararası kurallar bu yüksekliğin nasıl belirleneceğini tanımlar. Değerin kendisi, geminin yaralı stabilite hesaplarından gelir.
- SOLAS Bölüm II-1, Kural 16’nın güncel metni: Su geçmez kapılar ve kaportalar, son ya da ara su alma aşamasında karşılaşabilecekleri en yüksek su yüksekliğine karşılık gelen su basıncıyla test edilir. Yaralı stabilite kurallarına tabi olmayan yük gemilerinde test su yüksekliği, açıklığın alt kenarından fribord güvertesinin 1 m üstüne kadar ölçülür. Kapılar tek tek test edilemiyorsa, her tip ve boyut için bir prototip basınç testi yapılabilir.
- Uluslararası Klas Kuruluşları Birliği’nin (IACS) SC156 yorumu: Hasar durumunda su hattının altında kalan kapılar basınç testinden geçer. Testteki su yüksekliği en az, kapı açıklığının alt kenarından perde ya da fribord güvertesine, daha büyükse en elverişsiz hasar su hattına kadar olan yüksekliktir; test, kapı gemiye takılmadan önce fabrikada yapılabilir. Contalı kapılarda sızıntı kabul edilmez; metal sızdırmazlıklı kapılarda en fazla 1 litre/dakika kabul edilir.
- Hortum testi: Kapı gemiye takıldıktan sonra hortum testiyle de denenir. IACS’ın UR S14 kuralına göre memedeki basınç en az 2 bar, meme iç çapı en az 12 mm ve memenin bağlantıya dik uzaklığı en fazla 1,5 m’dir. Hortum testi contanın ve bağlantıların sızdırmazlığını yoklar; memedeki 2 bar, kapının 20 metrelik su yüksekliğine dayandığını göstermez. Dayanım, basınç testiyle gösterilir.
Dikkat edilmesi gerekenler
- Hesap durgun sudaki (hidrostatik) basıncı verir. Dalgalar, tank içindeki çalkantı, bir açıklıktan akan su ve darbeler ek yük getirir; bunlar hesaba dahil değildir.
- Ölçü olarak kapı kanadının dış ölçüsünü değil, açıklığın ya da conta hattının ölçülerini girin; suyun bastırdığı alan budur.
- Dikdörtgen kapıların köşe yuvarlatmaları alanı biraz küçültür. Hesaplayıcı köşeleri keskin kabul ettiğinden sonuç bir miktar yüksek çıkar.
- Basınç, sıvının yoğunluğuyla doğru orantılıdır. Aynı yükseklikte motorin (yaklaşık 0,84 kg/L) tatlı suyun yaklaşık %84’ü kadar basınç yapar; listede olmayan sıvılar için “Diğer sıvı” seçeneğini seçin.
- Hesaplayıcı bir kapıyı, kapağı ya da cıvatalarını boyutlandırmaz. Gereken dayanım; kanadın, kasanın, takviyelerin, sıkıştırma kollarının ve menteşelerin birlikte tasarımına bağlıdır ve klas kuralları ile tasarımcı tarafından belirlenir.
İmal ettiğimiz su geçmez kapı, flush kaporta, volanlı kaporta, karşı ağırlıklı hatch ve menhol kapağı çeşitlerini ürün sayfalarımızda inceleyebilirsiniz. Tanktaki sıvının hacmi ve ağırlığı için tank hacmi hesaplayıcımızı da kullanabilirsiniz.