Ünite 5: Basınçlı Hava Sistemleri

Kompresörler ve Basınçlı Havanın Kullanımı

Basınçlı hava, küçük atölyelerden büyük işletmelere kadar pek çok sanayi tesisinde kullanılmaktadır. Basınçlı hava güvenli ve emniyetlidir. Bu yüzden pek çok amaç için kullanılmaktadır. Delme işlemlerinde, hava motorlarında, kontrol valflerinde ve temizleme işlemlerinde basınçlı hava kullanımı yaygın olarak tercih edilmektedir. Basınçlı havanın sevki hava tabanlarıyla sağlanmaktadır. Kullanım kolaylığı, kolay elde edilebilirliği ve güvenliği nedeniyle özellikle otomasyon sistemlerinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Avantajları nedeniyle basınçlı hava ile çalışan sistemlerin kullanımını da artırmaktadır. Basınçlı havanın maliyeti, elektrik fiyatının 10 katına kadar çıkabildiği için oldukça yüksek maliyetli bir kaynaktır. Ancak basınçlı hava, ekonomik olarak uygun hâle getirildiği zaman kullanılmalıdır.

Basınçlı hava, endüstride başlıca şu amaçlar için kullanılır:

• Bir cismin konumunu değiştirmede
• Yağ, boya gibi malzemelerin istenilen yere püskürtülmesinde
• Pnömatik yol kullanılarak malzemelerin taşınmasında
• Enerji kaynağı olarak kullanılmaktadır.

Doğrusal ve açısal hareketlerin karmaşık ve pahalı mekanik tasarımında pnömatik sistemler kullanılmaktadır. Sistem maliyeti ve tasarım kolaylığı açısından avantajlıdır. Mekanik sistemlere göre pek çok avantajı bulunmaktadır.

Basınçlı hava kullanımındaki bazı avantajlar şu şekildedir: Hava ile yüksek hızlara çıkarılabilmektedir.

• Aşırı yükleme durumlarına karşı emniyetlidir.
• Uzak mesafelere taşınabilmektedir.
• Basınçlı havanın kaynağı olarak kullanılan hava, atmosferde bol miktarda bulunur ve çevre kirliliğine neden olmaz.
• Kendi kendine tutuşma riski olmadığı için sıcak ortamlarda rahatlıkla kullanılabilmektedir.

Uluslararası Standartlar Organizasyonu (International Organization for Standardization) anlamına gelen ve uluslararası geçerliliği olan standartları belirlemede tam yetkili olan kurum ISO’dur.

Çalışma prensipleri açısından değerlendirildiğinde, hava ile çalışan kompresörler genelde iki ana tipte sınıflandırılmaktadır:

• Yer değiştirmeli kompresörler: Belirli bir süre içerisinde silindir içerisine belli bir miktar hava alınır. Hava silindir içerisindeki hacim azaltılarak sıkıştırılır. Sıkıştırılmış olan hava, ihtiyaç duyulan yerlere yollanır. Tasarımlarına göre genelde dörde ayrılmaktadır. Bunlar; pistonlu, rotary, vidalı ve diyaframlı kompresörlerdir.
• Dinamik kompresörler: Kompresöre alınan havaya, döner kanatların yardımı ile kinetik enerji vererek havanın akış hızını artırır. Havanın hızı düştükçe dağıtım sistemindeki havadaki kinetik enerjinin bir kısmı basınç enerjisine dönüşür. Eksenel ya da santrifüj kompresörler, dinamik kompresörlere örnek olarak verilebilir.

Kompresör seçiminde ve basınçlı havanın hazırlanmasında, aşağıdaki noktalar göz önüne alınmalıdır:

• Kompresör tipi: Endüstride çoğunlukla iki tip kompresör bulunmaktadır. Bunlar pistonlu ve rotary tip kompresörlerdir.
• Özgül güç tüketimi: Birim hava debisi başına kullanılması gereken kompresör gücü olarak tanımlanmaktadır.
• İşletme basıncı: Kompresör seçimi yapılırken ihtiyaç duyulan hava miktarı ile işletme basıncı önemli bir faktör olarak ortaya çıkmaktadır. Basınçlı hava sistemleri genellikle, 1 bar’lık basınç düşümüne izin verilerek 7, 10 ve 16 bar gibi basınç değerlerinde çalıştırılırlar.
• Basınçlı hava filtreleri: Basınçlı hava kullanılan uygulamalarda hava içerisinde yağ olması istenmez. Yağlanan tipteki kompresörlerinden sağlanan basınçlı hava içerisinde, kullanılan kompresörün tipine göre 3-50 ppm civarında yağ bulunmaktadır. Problem ortaya çıkmaması için basınçlı havanın filtrelerden geçirilmesi gerekmektedir.
• Basınçlı hava kurutucuları: Yüksek sıcaklıklarda bulunan havanın içerisinde buhar bulunmaktadır. Basınçlandırılmış havanın sıcaklığında azalma olursa buhar içerisinde bulunan su yoğuşur ve korozyona neden olur. Bu sorunların ortaya çıkmaması için basınçlı hava, çelik malzemeden yapılan boru şebekesine verilmeden önce havanın içerisinde bulunan nem, havadan ayrıştırılmalıdır.
• Yüksüz güç tüketimi: Kompresörün boşta çalıştığı durumlarda çektiği güç olarak tanımlanmaktadır. Birimi kW’tır.
• Kullanım faktörü: Kapasite tahminlerinin yapılabilmesi için, basınçlı hava sistemlerinde gün/vardiya başına kullanılan süre ile ekipmanın hava tüketim debisi hesaplanmalıdır. Her bir cihazın kullanıldığı hava miktarının tespiti amacıyla kullanım faktörü olarak adlandırılan bir değişkenin hesaplanması gerekmektedir. Basınçlı hava cihazının ortalama çalışma süresinin yüzdesi kullanım faktörü ile ifade edilmektedir. Kullanılan cihazların kullanım faktörleri %10 ile %100 arasında değişebilmektedir.

Basınçlı Hava Sistemlerinde Enerji Tasarrufu

Basınçlı hava sistemi endüstrideki hemen hemen bütün üretim tesislerinde kullanılmaktadır. Tesislerde basınçlı hava sistemlerinin harcadığı elektrik enerjisi, enerji giderleri arasında 3. sırada yer almaktadır.

Projelendirme esnasında sistemin uzun ömürlü, verimli işletilmesi ve enerji tasarrufu amacıyla alınabilecek bazı önlemler vardır. Bunlar;

• Basınçlı hava sistemini ihtiyaç duyulan basınçtan daha yüksek basınçta beslemek enerji tüketimini ciddi oranda artırır.
• Yukarıdan çekilen yatay boru hatları havanın akış yönüne % 1-2 arasında bir eğimle, 1 metrede 1-2 cm alçalarak gitmelidir.
• Tesisatta kullanılacak olan boruların uzunlukları minimum seviyede tutulmalıdır.
• Havanın taşınması mümkün olduğunda düz borular ile yapılmalıdır.

Küçük ya da büyük pek çok işletmede basınçlı hava sistemi kullanılmaktadır. Makinelerin bir çoğunda prosedür gereği, bir çoğunda ise kolay bir yöntem olduğu için temizlik amacıyla basınçlı hava kullanılmaktadır. Enerji tasarrufu için bazı önlemler alınarak hava tüketimi yüksek olan tesislerde maliyetler en aza indirilebilir.

Basınçlı havanın yaygın olarak kullanıldığı bazı işlemler şu şekildedir:

• Transfer işlemleri: Bir parçanın bulunduğu yerden başka bir yere üfleyerek sürüklenmesi.
• Soğutma işlemleri: Sıcak parçaların üzerine hava üflenerek soğutulması.
• Temizleme işlemleri: Çalışanların üzerindeki toz ve talaş temizliği, tezgah temizliği.
• Kurutma işlemleri: Yıkanmış olan parçaların üzerindeki suyun üflenerek kurutulması.
• Ayırma işlemleri: Konveyör üzerinde ilerleyen hatalı ürünlerin üflenerek atılması.

Basınçlı hava sistemlerinin işletimi sırasında meydana gelebilecek en önemli sorunlar biri de hava kaçaklarıdır. Hava kaçaklarının önlenmesi ile önemli ölçüde enerji tasarrufu sağlanabilmektedir. Hava kaçakları genellikle boru ve hortum bağlantı yerlerinden, yol verme kaplinlerinden, emniyet valflerinden, kesici valflerden ve pnömatik aletlerden ortaya çıkar. Kaçaklar tesisatın uygun projelendirilmemesi ve yetersiz bakım gibi nedenlerden dolayı ortaya çıkmaktadır.

Kaplin, bir hareketi diğer bir ekipmana iletmek için kullanılan makine parçasıdır.

Pistonlu kompresörlerde kaçakların tespiti için aşağıdaki yol izlenir:

• Hava ile çalışan tüm ekipmanlar durdurulur. Ekipmanların durdurulduğundaki saat not edilir.
• Sistem tam hat basıncına ulaşıncaya kadar kompresör çalıştırılır.
• Kompresör tam yükte çalışmaya başladığı zaman saat tekrar not edilir.
• Aradaki zaman farkı hesaplanır.
• Kompresörün yüklü ve yüksüz hâldeki çalışma süreleri en az dört defa kaydedilmelidir.
• Bu işlemlerin ardından aşağıdaki eşitlik yardımıyla kaçak miktarı bulunur.

L= (Q ´ T) / (T + t)

L: Toplam kaçak miktarı (lt/sn)

Q: Kompresör kapasitesi (lt/sn)

T: Tam yükte çalışma süresi (sn)

t: Yüksüz çalışma süresi (sn)

• Hava kaçakları nedeniyle kaybedilen güç (W aşağıdaki eşitlik yardımıyla bulunur.

W = L (lt / sn) ´ N [kW(lt / sn)] (kW)

W: Hava kaçağı nedeniyle kaybedilen güç (kW)

N: Özgül güç [kW / (lt / sn)]

Fanlarda ve Hava Kanallarında Enerji Tasarrufu

Klima (HVAC), havalandırma ve ısıtma sistemlerinde kullanılan fanlar sürekli olarak çalıştıkları için enerji tüketim payları oldukça yüksektir. Özellikle elektrik enerjisi tüketiminde tam havalı klima sistemlerinde kullanılan fanlar sistemdeki en büyük paya sahiptir. Fanlarda büyük enerjilerin tüketilmesinin yanı sıra, hava kanallarında da büyük enerji kayıpları meydana gelmektedir.

Fanlara verilen enerji hava kanallarında tüketilmektedir. Bu yüzden tasarruftan önce, kanal sistemi projelendirilirken optimum enerji maliyeti oluşturacak şekilde tasarlanmalıdır.

Binalarda bulunan mekanik tesisatlarda; klima-santral fanları, kule fanları ve havalandırma fanları gibi farklı amaçlar için kullanılan fanlar mevcuttur. Buralarda kullanılan fanlar genellikle sabit debilidir. Hava ihtiyacının değişkenlik gösterdiği yerlerde değişken debili fanların kullanılması büyük enerji tasarrufu sağlamaktadır.

Devir sayısı değiştirilerek, fan debisi ayarlanmalıdır:

• Debi, fanın devrine bağlı olarak değişkenlik gösterir ve devirle doğru orantılı olarak değişir.
• Fan basıncı devir değişim oranının karesiyle, fanın çektiği elektrik gücü ise devir değişim oranının küpü ile orantılı olarak değişir.

Fanın devir sayısını değiştirerek debi % 20 azaltılırsa güç % 50, basınç ise % 36 azalır.

Sürekli çalıştıklarından dolayı fanlar, çok enerji tüketir. Fakat fana verilen enerji esas olarak hava kanallarında tüketilir.

Kanal sistemi, uygun tasarlanmış olmalı, hava dağıtımı basit olmalı ve fazla fittings kullanılmamalıdır. Böylece enerji tüketimi minimuma indirilmiş olur.

Hava kanallarının kesitleri yüksek hava hızlarına göre seçilirse direnç artar. Artırılan ve azaltılan direncin seviyeleri de tüketilen enerji miktarını belirler.

Hava kanallarındaki basınç kaybı arttıkça, bu artışla orantılı olarak ihtiyaç duyulan fan gücü ve elektrik enerjisi artacaktır.

Farklı dirençlere sahip paralel hava kanalları içerisinde en düşük dirence sahip olan fan seçildiğinde ve yüksek dirence sahip kollarda oluşan direnç farkı booster fanlarla karşılandığında büyük miktarda enerji tasarrufu sağlanmış olur ve sistem daha iyi bir şekilde dengelenmiş olur.

Ülkemizde kullanılan hava kanallarında % 20’nin üzerinde kaçak meydana gelmektedir. Bu sorunun meydana gelmesini önlemek için, yüksek basınçlı havalı sistemlerde mutlaka contalı sızdırmaz hava kanalı kullanılmalıdır.

Klima cihazı çıkışındaki ani dönüşler, yanlış menfez ve kutu bağlantıları, cihaz çıkışında fanın dönme yönüne göre ters yapılan bağlantılar aşırı basınç kaybına ve gürültüye neden olmaktadır.

Hava kanallarında kaçakların olmasından dolayı kaybedilen enerji ciddi boyutlara çıkmaktadır. Hava kanallarında meydana gelen kayıplar, basınçlandırma kaybından ve havanın şartlandırılmasından (havanın istenilen basınç, nem ve sıcaklık değerlerine getirilmesi) dolayı ortaya çıkar.

Kaçak ne kadar fazla olursa fan gücü de bu oranda artar ve enerji kaybına neden olur.

Hava kaçakları klima kanallarında, fan gücünden dolayı oluşan kayıpların dışında, ısıtma ve soğutma enerjisi kaybı anlamına da gelir.