Makara Sistemleri

Doğa HSE Group, Eğitmen, Burak Turan

 

Tarih

Tarihi ilkel zamanlara dayanan makaralar, günümüzde de en yeni teknolojilerle bir bütün olarak da kullanılıyor.  Makara sistemlerinin kullanımının M.Ö. 1500’lü yıllara kadar dayandığı, o dönemde suyu kaldırmak için palanga (makara) sistemlerinin kullanıldığı düşünülüyor. Sonraki yıllarda Yunan Matematikçiler Archimedes ve Syracuse tarafından keşfedilen birleşik makara sistemlerinin, – M.Ö. 287-212 yılları arasında icat edildiği tahmin ediliyor. Plutarch o dönemde yazdığı yazılarında Archimedes’in insanları gemilere bindirebilmek için birleşik makara sistemlerini ilk kez kullandığını belirtmiştir. Günümüzde palanga sistemlerinden en yeni asansör sistemlerinde ve vinç teknolojisinde de yararlanılırken, eski zamanlarda kullanılan teknik şu anda kurtarma ekipleri tarafından kazazedeyi kaldırabilmek için de kullanılıyor. Harici makara ve ip sistemleriyle oluşturulan bu sistemler, insanoğlunun her zaman ihtiyaç duyduğu sistemler arasında yer almıştır.

Makara sistemlerinin nasıl bir avantajı var ki; M.Ö. önce de kullanılan sistemler aynı veya benzer şekilde günümüzde de kullanılmaya devam ediliyor? Uçurumdan aşağıya yuvarlanmış bir kazazedeyi düşünelim. Acil müdahalede bulunan kurtarma ekipleri kurtarma planına başlarlar. Düşen kazazedenin ağırlığını taşıyacak bir sistemin doğada hazır olarak bulunmaması gibi, kolayca kişiyi alıp kaldırabilecek vinç gibi bir aracın da araziye sokulamadığı bir gerçektir. Bu durumda kurtarma ekibinin tek yapabileceği kolay kurulan ve rahatça kullanılacak kaldırma sistemleridir. Kurtarma ekibi, kazazedeyi kaldırmak için M.Ö. de ihtiyaç duyulan makara sistemlerini ve zamanla geliştirilen diğer teknikleri kullanarak kurtarmayı gerçekleştirebilir. Kullanılan makara sistemleri sayesinde kişinin ağırlığının çok altında bir yükün el ile çekilmesiyle kişi hızlıca kurtarılır.

Teknik Bilgi

Makaralar dört kısımdan oluşur. İpin sürtünmesini azaltan palanga kısmı (sheaves), palanganın dönmesine yardımcı olan dingili (axle), ipin bulunduğu makarayı ve dingili çevreleyen plaka kısmı (side plates) ile makara üstünde karabina takılmasını sağlayan bölümü (becket), standart bir makaranın kısımlarını oluşturur. Klasik bir makarada tek ipin geçeceği makara kısmı bulunurken, yeni üretilen makaralarda aynı anda iki ipin geçişini sağlayan sistemler de mevcuttur. Aynı zamanda makara üzerinde yükü serbest bıraktığımızda, yükün düşüşünü durdurmak için farklı aparatların eklendiği makara tipleri de kullanılır.

Makaraların Verimliliği

Makaralar ile kurulan 5:1 sistemin 12:1 sisteme göre daha az yükü böldüğü görülür. Ancak 12:1 sistemde daha fazla makara ve ip kullanılacağı için kayıp daha fazla olacaktır. İdeal verimlilik göz önüne alındığında 12:1 sistem daha etkiliyken, gerçek verimlilik ölçüleri alındığında 5:1 kullanmak daha faydalı olacaktır. Bu verimlilik sistemini mekanik avantaj terminolojisi adı altında da inceleyelim.

İdeal Mekanik Avantaj (IMA) : Sürtünmenin önemsiz sayıldığı, yükün kurulan sisteme göre ideal ölçülerde bölündüğünü kabul eden sistemlerdir.

Teorik Mekanik Avantaj (TMA) : Sistemde kullanılan makaraların ve iplerin boyunun çekme anında ne kadar sürtünmeye maruz kaldığının kayıpsız olarak, ölçü aletleriyle hesaplandığı sistemlerdir.

Gerçek  Mekanik Avantaj (AMA) : Sistemin yaşadığı kayıplar sonucu verimlilik alınıp alınmayacağının tecrübeler ve gözlemler sonucunda hesaplandığı sistemlerdir.

Sistem Elemanları

Kurulan makara sisteminde yüke bağlanan ve ankraj noktasıyla yük arasında hareket eden makaralar hareketli makaralar (travelling pulleys) olarak tanımlanır. Ankraj noktasına bağlanarak hareketi engellenen ve yükü bölmek yerine yalnızca yönlendirme yapılmasını sağlayan sistemler sabit makaralar (stationary (fixed) pulleys) olarak tanımlanır.

Pursik (Prusik)

Makara sistemlerinde pursik, ya yükü kilitlemek için ya da birleşik bir makara sistemi oluşturmak için iki farklı sistemin birbirine entegre edilmesinde kullanılır. Pursik, yükü kaldırırken emniyet olarak kullanılması için hareketsiz makara kısmına takılmalıdır. Sistemdeki hangi ipe bağlamalıyız sorusunun cevabı ise, sistemi serbest bıraktığınızda yüke doğru hareket eden ipe takmaktır. Böylelikle yükü çekerken elden olası kurtulmada veya dinlenme durumunda, pursik ipi anında kilitleyerek yükü havada asılı olarak bırakacaktır.

 

Makara Sistemleri Sınıflandırılması

Makara sistemlerinde Basit Sistemler (Simple Systems), Birleşik Sistemler (Compound Systems) ve Kompleks Sistemler (Complex System) olmak üzere üç farklı sınıflandırma çeşidi bulunur.

 

Basit Sistemler

Yük ile ankraj noktaları arasında bir ip ile sayısız makara sistemleri kullanılarak oluşturulan sistemlere basit makara sistemleri denir. Bu sistemde yük tarafında bulunan tüm makaralar sistem çalışırken aynı hızda ankraj noktasına doğru hareket ederler. Basit makara sistemlerinde yük ile ankraj noktası arasındaki iplerin sayısı sayılarak ideal mekanik avantaj (IMA) kolayca hesaplanır.

 

Birleşik Sistemler

En az iki basit makara sistemlerinin birleşmesiyle oluşur. Birleşik makara sistemleri basit sistemlere göre daha kullanışlıdır. Basit makara sistemlerinde kullanılan makara sayısı ile aynı sayıda makarayla kurulan birleşik makara sistemleri, basit makara sistemlerine göre daha elverişlidir. Birleşik sistemlerde ideal mekanik avantaj (IMA) hesaplaması, kullanılan iki veya daha fazla basit sistemin çarpılmasıyla elde edilir. Örneğin; 2:1 makara sistemiyle, 3:1 makara sistemini uygun sistemlerle birbirine bağladığımızda yeni oluşan sistem idealde 6:1 bir sistem olacaktır. Basit makara sistemlerini birbirine bağlamak için pursik düğümü veya aynı görevi yerine getiren mekanik aletler kullanılır.

 

Kompleks Makara Sistemleri

Kompleks makara sitemleri diğer sistemlere göre daha az rastlanan sistemlerdir. Bunun sebebiyse kompleks sistemlerinin içerisinde bir çok değişkenin olmasıdır. Kompleks makara sistemlerinde kullanılan makaralar yüke doğru yaklaşırken aynı zamanda ankraj noktasına da yaklaştığı gözlemlenebilir. İsminden de anlaşıldığı gibi kompleks makara sistemleri daha karmaşık olduğu için kurtarma organizasyonlarında pek tercih edilmez. Kurulumu esnasında hataya müsait olabileceği ve kurulumu zaman alacağı için basit ve birleşik makara sistemleri daha kullanışlıdır. Böylece zamandan kazanarak, çalışanın hata yapma olasılığı da minimuma inmiş olur.

Mekanik Avantajın Hesaplanması

Makara sistemine bağlanan yükün ağırlığının, sistem üzerindeki her bir noktasına etki eden ağırlıklarını hesaplayabiliyoruz. Bu hesaplama için bize yardımcı olan yönteme, gerilim metodu (Tension Method) denir. Bu metot basit, birleşik veya kompleks sistemlerin tamamında kullanılabilir. Bu yöntem, uygulanan ilk güç (input force) üzerinden yola çıkılarak sistem üzerindeki tüm noktaların üzerine binen yükleri hesaplayabilmemize olanak tanıyor. Ankraj noktasına bağlı bir makara ve makaranın içerisinden bir ip geçirdiğimizi düşünelim. İplerin yükü birbirine eşit iken, ankraj noktasındaki yük iplerin üzerinde bulunan yükün toplamına eşittir. (A ve B) Buradan anlaşılması gereken, makaranın iki yanından geçen iplerde eşit yük dağılımı olur. Bu yük dağılım aşağıdaki resimde görüldüğü gibi yapıldığında her noktanın üstüne binen yük belirlenmiş olur. Aşağıda ilk güç kısmında 1T yük uygulandığı belirtilmiş. Hesaplamalar sonucu yüke denk gelen gerilim ise 9T olarak hesaplanmıştır. Bu durumda yüke denk gelen 9T’nin katsayısı bize sisteme bağlanan yükün, sistemi kaldırabilmek için gerekli güçten dokuz kat fazla olduğunu gösterecektir. Bu hesaplanan değer yukarıda değinmiş olduğumuz IMA (ideal mekanik avantaj)’dır.

Gerçek Mekanik Avantajın Hesaplanması

Gerçek mekanik avantajın tecrübeler ve gözlemler sonucunda verimliliğinin hesaplanabildiği şeklinde açıklamıştım. İplerin, makaralar ile temas ettiği noktalarda sürtünme sebebiyle kayıplar olduğu gözlemlenmiştir. Makara yerine karabina kullanılması durumda ise kayıp çok daha fazla olacaktır. Örnekte görüldüğü gibi makara üzerindeki kayıp miktarı 0,90 katı olacak şekildedir. Yani ipin, makaradan her geçişinde %10’luk bir güç kaybı oluşur (Kullanılan makaraya göre değer değişiklik gösterebilir). Makara sayısının artmasıyla verimliliğin düşmesi de bu sebeple olacaktır. Aşağıdaki şekilde görüldüğü üzere birinci makara sonrasında 0.9T olan gerginlik ikinci makaraya uğrayıp sonunda yüke ulaştığında 2.71T’lik bir güç ile yük çekilmiş olacaktır. Böylece TMA’de 3:1 makara sistemi olarak hesaplanan sistem; AMA ile 2,71:1’lik bir makara sistemine dönüşmüş olacaktır.

 

 

 

 

Kaynakça:

“National Park Service Technical Rescue Handbook” Eleventh Edition August 2014

“IRATA International Code Of Practice For Industrial Rope Access (ICOP)”

 

Safety Management Türkiye dergisini okumak için bize yazabilirsiniz.