ultrasonik yag alma kavitasyon

[basri100]

Şehir dışı bir yolun -kurallar gereği- sol kenarından yürürken karşıdan hızla gelip geçen vasıtaların rüzgârını her seferinde yüzümüzde hissederiz. Bu rüzgârın sebebi vasıtayla birlikte hareket eden havadır ve araç ne kadar hızlıysa rüzgârı da o kadar şiddetli olur. Bu rüzgâr rahatsız edecek kadar fazlaysa, mümkünse yoldan biraz daha uzaklaşarak yürümeyi tercih ederiz. Hareket eden her cismin etrafındaki -hava veya su gibi- akışkan da onunla birlikte hareket eder. Bu akışkanın hızı, araca temas ettiği kısımlarda aracın hızına eşittir, araçtan uzaklaştıkça da azalır. Mevzu ile alâkalı diğer bir mesele de, hızlı giden trenlere fazla yaklaşmanın ve yine hızlı giden bir araçtan atlamanın tehlikesidir. Araç etrafında oluşan bu rüzgârlı bölgeye girdiğimizde, âniden araca doğru çekildiğimizi fark ederiz. Eğer araç yeterince hızlı ise, araca yapışmamız yani çarpmamız, araçtan atlamışsak atladığımız aracın altına girmemiz muhtemeldir. Araca doğru bu şekilde çekilmenin sebebi, hızlı akan havanın basıncının düşmesidir. Böylece hızlı giden bir trene yaklaştığımızda önümüzde hızlı fakat düşük basınçlı hava, arkamızda ise durgun fakat yüksek basınçlı hava olacak ve arkamızdaki bu yüksek basınç bizi trene doğru itecektir. Bu durum, “Hızı artan bir akışkanın -su, hava vb.- basıncı azalır.” prensibiyle ifade edilir. Burnumuz buna iyi bir örnektir. Eğer burnumuzdan hızla nefes alırsak, burun kanatlarımızın kapandığını hissederiz. Burun deliklerinden geçen hızlı havanın basıncı düşer ve daha yüksek durumda kalan dış hava basıncı burun kanatlarının kapanmasına sebep olur.

Mevzu ile alâkalı bir diğer husus ise, basınç azaldıkça kaynama noktasının düşmesidir. Basınç daha az olduğundan su bir dağın tepesinde 85 °C’de kaynayabilir (deniz seviyesinde saf su yaklaşık 100 °C’de kaynar). Bu yüzden, eğer sıcaklığını 85 °C’de sâbit tutup dağa çıkarsak, yeterli irtifaya ulaştığımızda su kaynamaya başlar. Burada daha düşük sıcaklıkta kaynama hâdisesi basınç düşmesinden dolayı meydana gelir.

Kavitasyon
Teknoloji gelişip çok güçlü ve hızlı makineler yapılmaya başlandığında, sebebi sonradan anlaşılan beklenmedik hâdiselerle karşılaşılmıştır. Meselâ otomobil motorlarındaki vuruntu sebebiyle oluşan gürültünün önceleri motordan kaynaklandığı zannedilmiştir. Yine pompaların çalışması esnasında duyulan gürültüler ilk başta normal zannedilmiş, verimin düşmesi ve pompanın hızlı bir şekilde tahrip olması neticesinde yapılan araştırmalar meselenin çok farklı olduğunu göstermiştir.

Bir pompa, çalışması esnasında bir hazneden aldığı suyu daha uzağa veya yükseklere iletir. Su pompanın emme etkisiyle hazneden pompaya doğru yükselirken basıncı düşmeye başlar. Eğer yanlış bir pompa seçilmişse, sıcaklık sâbit olduğundan basınç suyun buharlaşma basıncının altına düşer ve akış içerisinde buhar baloncukları oluşur. Bu baloncuklar pompayı geçip suyun basıncı yükseldiğinde hızla sıvılaşarak kaybolur. Geride buhar kabarcığının kapladığı hacim boşluk olarak kalır. Bu hâdiseye ‘kavitasyon’ adı verilir. Bu boşluk vakum tesiri yapacağından çevresindeki sıvı su yine büyük bir hızla bu boşluğa hücum eder. Pompa gövdesine temas eden bir buhar filmi bu şekilde yok olduğunda sıvı su şok dalgası oluşturacak kadar büyük bir hızla gövdeye çarpar. Bu şok dalgası çevresine ses, ışık ve ısı şeklinde enerji yayar. 2,7 mm büyüklüğünde bir baloncuğun gövdeye çarpması 5 µs (mikrosaniye) içinde 90 kgf/cm2 lik bir şok basınç oluşturur. Neticede pompa bir süre sonra tahrip olur.

Ocağın üzerinde kaynayan bir çaydanlık suda baloncuklar sürekli oluşup kaybolur. Ancak bunlar yüksek sıcaklığa sahip olduklarından sönmeleri yavaştır ve çaydanlığa zarar vermez. Sıcaklığın düşük olduğu durumlarda ise, basınç değişimleriyle meydana gelen baloncukların sönme hızı saniyede birkaç yüz metreyi bulur ve çarptığı çelik yüzeyleri peynir gibi delik deşik eder.

Barajlarda kavitasyon
Kavitasyonun önceden tahmin edilemeyen bir zararı 1941’de ABD’nin en büyük barajı olan Hoover Dam’ın dolusavağında meydana gelmiştir. Dolusavak, gelen suyun baraj kapasitesini aşacağı tahmin edildiğinde fazla suyun nehir yatağına baraj gövdesinin orta veya alt hizasından geçmesini sağlayan kapaklardır. Barajlar azamî su seviyesi hesaplanarak inşa edildiğinden, dolusavaklar çok nadir kullanılır. Yine de, emniyet için dâima her barajda mevcuttur. Hoover Dam’da dolusavağın ilk kullanımında gölden boşalan fazla su 12,5 metre çapındaki dev beton borunun içinden geçerken meydana gelen yüksek basınç değişimleri sebebiyle kavitasyon oluşmuş ve boruda dört aydan daha kısa bir süre içerisinde 35 metre uzunluğunda, 9 metre eninde ve 13,7 metre derinliğinde bir çukur açılmıştır. Benzer hasarlar başka barajlarda da görülmüş ve suyun hızlı aktığı bölgelere hava baloncukları oluşturan sistemler eklenmiştir. Böylece tabiî kavitasyon baloncuklarına karşı ehil hava baloncukları ile yastıklama yapılmış ve hasarlar önlenmiştir.

Sun’î kalb kapakçıkları
Sun’î kalb kapakçıkları kavitasyonun çoğu zaman kaçınılmaz olduğu protezlerdir. Kalbden pompalanan kanın geri dönmemesinde vazife gören bu kapakçıklar doğuştan veya sonradan meydana gelen bozukluklarla vazifesini yapamaz olabilmektedir. Bu durumlarda sun’î kalb kapakçıkları ile değiştirilirler. Sun’î kalb kapakçıkları mekanik ve biyoprotezler olarak iki çeşittir. Mekanik kalb kapakçıklarında kapak vazifesi gören yaprakçıkların âni açılıp kapanması yüksek basınç düşmelerine sebep olmakta ve neticede kavitasyon baloncukları ortaya çıkmaktadır. Bu baloncukların sönmesiyle meydana gelen şok, kapağa zarar verdiği gibi, kan hücrelerinin de parçalanarak pıhtılaşma oluşmasına sebep olabilmektedir. Zaten mekanik kalb kapağı takılan kişilere pıhtılaşmayı önleyici ilâçlar da verilmektedir.

Mekanik kalb kapaklarında meydana gelen kavitasyon hâdisesine sebep olarak, dar yaprakçıkların dar bölgelerinde oluşan aşırı hızlı kan akımı ve girdapları gösterilmektedir. Esnek malzemelerin baloncukların sönmesiyle açığa çıkan enerjinin bir kısmını absorbe ettiği ve kavitasyonu önlediği tespit edilmiştir. Dolayısıyla, kapakçık malzemesi olabilecek uygun esnekliğe sahip malzeme arayışları sürmektedir. Yüce Yaratıcı’nın kalbimize yerleştirdiği kapakçıklar ise, kollagen fibröz dokunun elastikliğinden dolayı, başka bir sebeple tahrip olmadıkları sürece böyle bir hâdiseye yol açmaz.

Süperkavitasyon
Denizaltılardan atılan torpiller yüksek hızlarda yol aldığından temas eden suda kavitasyon baloncuklarına sebep olur.

Burun kısmına kavitatör denen uygun bir form verilirse ve yeterli hıza çıkılırsa, denizaltının veya torpilin içinde yol aldığı bir baloncuk oluşturmak mümkündür. Bu durumda hareket çok yüksek bir direnç gösteren su içinde değil çok düşük dirençli gaz ortamda devam edecektir. Araştırmacılar süperkavitasyonu kullanarak hareket eden gemiler ve denizaltılar yapmak için çalışmaktadır.

Mantis karidesi
Araştırmacılar deniz taşıtlarına kavitatör yapmak için çalışadursun, Alîm-i Hakîm kabuklu deniz canlılarıyla beslenebilmesi için mantis karidesine kavitasyon baloncuğu üreten bir sistem bahşetmiştir. Mantis karidesi kendisine verilen ön uzantılarını mancınık gibi kurup bırakarak salyangoz gibi sert kabuklulara hızla vurur. Burada karidesin ön uzantısı o kadar hızlı hareket etmektedir ki, uzantı avına çarparken bir kavitasyon baloncuğu meydana gelmekte ve bu baloncuğun sönmesiyle oluşan ikinci bir şok da kabuğu kırmaya yardım etmektedir. Baloncuktan çıkan şok dalgası zaman zaman karidesin ön uzantısının çekiç gibi vuruşundan daha şiddetli bir darbe oluşturmaktadır. Ön uzantının ortalama darbesi 40–150 kg arasındayken baloncuk darbesi 50,4 kg olmaktadır. Bu tabiî baloncukların şuursuz bir canlı tarafından düşmanlarından korunma maksadıyla kullanılması bir tesadüf müdür, yoksa Sâni-i Hakîm’in lütfu mudur?

Kavitasyon baloncuklarının pratik faydaları
Günümüzde başta tıp olmak üzere, çeşitli sahalarda kavitasyon baloncuklarının ürettiği şok tesirler kontrol altına alınıp yönlendirilerek insanlığın hizmetine sunulmaktadır. Ultrasonik temizleme usulleri bunlardan biridir. Ses ötesi dalgaların meydana getirdiği basınç farkları ile üretilen baloncukların oluşturduğu şok dalgaları temizlenecek malzeme üzerindeki kir, yağ, is vb. parçacıkları uzaklaştırmaktadır. Baloncuklar kirli malzeme üzerinde elle erişilmesi imkânsız yerlere dahi ulaşabilmektedir. Böylece kimyevî maddeler kullanılarak yapılana göre çok daha sağlıklı bir temizlik elde edilmektedir. Bu metodun bir benzeri de, dişlerimizde oluşan plâkların temizlenmesidir. Titreşim yapan bir âletin yine suda oluşturduğu baloncuklar vasıtasıyla dişlerimizdeki bu tabakalar uzaklaştırılmaktadır. Benzer şekilde, katarakt ameliyatlarında tabiî göz merceğinin alınması, böbrek taşlarının ses dalgaları ile kırılması gibi birçok faydalı usuller bugün kullanılmaktadır. Kabarcıkların bu suretle dizginlenmesi, varlık âlemindeki her şey gibi onların da hikmetle yaratıldığını ve varlıklarının insanlara hizmet gibi belli bir gayesi olduğunu bizlere göstermektedir. Böylece Câsiye Sûresi’nin 13. âyetinde “Kendinden (bir nimet olarak) göklerde ve yerde olanların bütününe sizin için boyun eğdirdi. Şüphesiz bunda, düşünebilen bir kavim için gerçekten ayetler vardır.” ikazını bizlere hatırlatmaktadır. Yeter ki , varlık âlemindeki mesajları alabilmek için alıcılarımızı açık tutalım.

Kaynaklar
- Cavitation in Biological and Bioengineering Contexts, Christopher E. Brennen
- The Amazing World of Bubbles, Christopher E. Brennen
- Extreme Impact and Cavitation Forces of a Biological Hammer: Strike Forces of the Peacock Mantis Shrimp Odontodactylus Scyllarus, S. N. Patek and R. L. Caldwell