BASINÇLI HAVA SİSTEMLERİ

Transkript

1 HİLMİ ÖZTEMİR MAKİNE MÜH. EVD ENERJİ YÖNETİMİ r01_

2 Basınçlı hava, dış ortamdan alınan havanın bir kompresörde belli bir oranda sıkıştırılmasıyla elde edilir. Basitliği, kolay elde edilebilirliği ve emniyetli olması sebebiyle endüstriyel tesislerde; Delme ve dövme işlerinde, Basınçlı Hava Kontrol valflerinde, Hava motorlarında vs. gibi diğer bir çok amaçlar için kullanılmaktadır. Artan basınçlı hava kullanımı ile birlikte basınçlı hava tüketimi, üretim maliyetleri içerisinde elektrik, gaz, buhar gibi diğer enerji kaynaklarının yanında önemli bir yer tutmaktadır. r01_

3 Basınçlı Hava Kullanmanın Avantajları Atmosferde bol bulunması, Uzak mesafelere taşınabilmesi, Sıcak ortamda emniyetle kullanılması, Çevreyi kirletmemesi, Devre elemanlarının basit ve ucuzluğu, İhtiyaç duyulan güce ayarlanabilmesi gibi bir çok avantajları bulunmaktadır. r01_

4 Basınçlı Havanın Maliyeti Elektrik enerjisinin maliyeti Avrupa birliği ülkelerinde ortalama 0,10 Euro/KWh tir. Buna göre basınçlı havanın yaklaşık maliyeti: 0,02 Euro/m3 r01_

5 Basınçlı Havanın Maliyeti Örnek : Basınçlı hava kaçağı, Delik çapı: 3 mm Hava kaçağı : 0,5 m³/dak ( 6 bar ) Maliyet : 0,5 m³/dak x 60 dak/h = 30 m³/h : 30 m³/h x 2000 h/yıl = m³/yıl : m³/yıl x 0,02 Euro/ m³ = Euro/yıl r01_

6 Basınçlı Hava Sistemlerinin Başlıca Elemanları Basınçlı Hava Üretimi Basınçlı Havanın Hazırlanması Basınçlı Havanın Dağıtılması Basınçlı Havanın Kullanılması KOMPRESÖRLER KURUTUCU VE HAVA TANKI BORULAR PÖNOMATİK SİSTEMLER r01_

7 KOMPRESÖRLER r01_

8 1. Kompresörler Çalışma prensipleri bakımından iki ana gruba ayrılırlar: Yer değiştirmeli Kompresörler: Havanın belli bir miktarını silindir içine alır ve hacmini azaltarak havayı sıkıştırır. Dört ayrı gruba ayrılırlar. Pistonlu Kompresörler (Tek veya iki kademeli) Rotary Kompresörler Vidalı Kompresörler (Islak ve kuru tipte) Diyaframlı Kompresörler 2. Dinamik Kompresörler: Turbo Kompresörler (>40 m3/dak için uygundur) r01_

9 Pistonlu Kompresörler (Tek veya İki Kademeli) Endüstride en yaygın biçimde kullanılan bu tipler, diğer tiplerine göre daha fazla model ve boyutlara sahiptir. Bu tip kompresörlerin güçleri 1 kw tan daha küçük olabildiği gibi 9000 kw ın üzerinde olacak şekilde değişir. Basınç değerleri de 390 bar ve daha yüksek değerlere çıkabilir. Bu tip kompresörler, çoğu uygulamalar için mevcut kompresörlerin en verimli olanlarıdır. Bu tip kompresörlerde kompresör çıkış değerlerinin işleme talep değerlerine uygunluğu kontrol sistemleri ile hemen hemen tam olarak sağlanabilir. Daha küçük pistonlu kompresörler nispeten daha yüksek hızlarda çalışır. (1000 devir/dak) r01_

10 1. Pistonlu Kompresörler İki kademeli pistonlu kompresör Kompresör atmosfer basıncındaki havayı içeri alarak onu iki kademede istenen basınç değerine kadar sıkıştırır. Eğer istenen basınç 7 bar ise ilk kademede normal olarak hava 2 bara kadar sıkıştırılır. Sıkıştırılan hava sabit basınçta soğutularak basınç ikinci kademede 7 bara çıkarılır. Sıkıştırma işlemi her bir pistonun yukarıya doğru hareketi sırasında meydana gelir. r01_

11 2. Rotary Kompresörler Çok küçük titreşim hareketlerine sahip olduklarından, bu tip kompresörler çok sessiz çalışır. Bu özellikleriyle pistonlu kompresörlerle karşılaştırılabilirler. Bununla birlikte 93 kw ve daha büyük güçlere sahip rotary kompresörler, pistonlu kompresörlere göre (m 3 /dak) başına %6 ile %20 arasında değişen oranlarda daha fazla güç harcarlar. Giriş kısmından alınan hava çıkış kısmına doğru rotorla silindir arasındaki hacmin daralması nedeniyle sıkıştırılarak deşarj edilir. Makine içine enjekte edilen yağ silindir çeperiyle kanatlar arasında sızdırmazlık sağlar. Aynı zamanda yağ sıkıştırılan hava tarafından üretilen ısının bir kısmını almakla bir soğutucu olarak işlev görür. r01_

12 3. Vidalı Kompresörler Bu kompresörler, karmaşık kontrol ve ikaz sistemleriyle birlikte çalıştırıldıklarında fazla bakım gerektirmeden uzun süre çalıştırılabilirler. Bunlar ıslak ve kuru vidalı olmak üzere iki tipe ayrılırlar. Vidalı kompresörlerin ıslak tipleri endüstriyel uygulamalar için daha uygundur. Daha az yatırım maliyeti, düzgün hava dağıtımı ve daha küçük alan ihtiyaçları gibi avantajları vardır. Prensip olarak 2 tane helisel rotorun birbirine zıt yönlerde dönmesi esasına dayanır. Rotorların tasarımı öyle yapılmıştır ki rotorlar arasındaki serbest hacim aksiyal olarak azalır. Dolayısıyla hacimdeki bu azalma rotorlar arasındaki havayı sıkıştırır. r01_

13 4. Diyaframlı Kompresörler Tek kademeli küçük kompresörlerdir. Aşağı ve yukarıya doğru hareket eden esnek diyaframları ile havayı 7 bar a kadar sıkıştırabilir. r01_

14 5. Türbo Kompresörler r01_

15 Basınç ve debi karşılaştırılması r01_

16 r01_

17 Kompresör Seçimi r01_

18 Kompresör Seçimi r01_

19 Kompresör Seçimi r01_

20 Kompresör Seçimi r01_

21 Kompresör Seçimi r01_

22 BASINÇLI HAVA TANKLARI r01_

23 2. Basınçlı Hava Tankları Basınçlı havanın soğutulması ve dağıtım sistemine giden havadan bazı istenmeyen su ve yağ zerreleri gibi maddelerin direnaja atılmasına ve ani yüksek talepleri karşılamak amacıyla depolama tankı olarak görev yapar. Tank dibinde biriken suyun bir hava kondenstopu ile alınması sağlanır. r01_

24 Filtre FİLTRE ve VE KURUTUCULAR Kurutucuları Basınçlı hava kalitesini yükseltmek için filtre ve kurutuculara ihtiyaç vardır. Kurutucular sayesinde yoğuşma problemleri tamamen çözülür. Filtreler sayesinde ise su ve yağ damlaları uzaklaştırılır. Filtrede oluşan basınç farkı 0,6 bara ulaşmışsa değiştirilmesi gerekir. KOMPRESÖRLERİN SPESİFİK GÜÇ TÜKETİMLERİ r01_

25 Hava Giriş Sıcaklığı Emiş için temiz, kuru ve soğuk hava tercih edilmeli bu sebeple emiş yönü güneş almayan bir ortama bakmalıdır. Giriş hava sıcaklığındaki her 5 C lik artış verimde %2 lik kayıp demektir. r01_

26 Kompresör Emiş Havasının Dış Ortamdan KOMPRESÖR EMİŞ HAVASININ DIŞ ORTAMDAN ALINMASI Alınması Bilindiği üzere sıcaklığın düşmesi ile yoğunluk artacağından daha az güç ile daha fazla hava sıkıştırma imkanı doğar. Yaklaşık olarak emiş havasının sıcaklığının her 3 ºC düşüşünde, enerji tüketimi %1 azalır. Genelde kompresörler kapalı odalarda çalıştığından ve oda içinden emiş yapıldığından, dış ortama göre daha sıcak hava ile çalışırlar. Bunun yerine bir hava kanalı ile dış ortamdan hava alınması yararlıdır. r01_

27 Sıcaklık düşümüyle tasarruf edilecek enerji miktarı aşağıdaki formül ile hesaplanır. Burada; ÇS : Çalışma süresi YK : Yüklenme katsayısı (fiili yükün tam yüke oranı) h motor : motor verimi GDO : güç düşüm oranıdır ve değeri 0,04243 tür. r01_

28 Üretilen Hava Miktarının Ölçümü r01_

29 Boru Dizaynı ve Yerleştirilmesi Boru sisteminin dizaynı ve yerleştirilmesi dikkatli olmayı gerektirmektedir. r01_

30 Dağıtım Hatları r01_

31 Dağıtım Hatları r01_

32 Dağıtım Hatları r01_

33 Hava Kaçak Miktarının Tespiti Basınçlı hava kaçakları genellikle;. Emniyet valflerinde. Boru ve hortum bağlantı yerlerinde. Yol verme kaplinlerinde. Pnömatik aletlerde meydana gelir. DEĞİŞİK BASINÇ VE ÇAPLARLARDA Kİ HAVA KAÇAKLARI r01_

34 Örnek : Hava Kaçak Miktarının Tespiti Fabrikada ultrasonic dedektörle basınç hava taraması yapılarak sızıntı hava kayıpları tespit edilmiştir. Hava kaçaklarının tespit edildiği nokta adı, cihazın ölçtüğü sensivite değeri ve bu değere karşılık gelen tahmini kaçak debileri Tablo1 de verilmiştir. r01_

35 *Sensivite değerleri bir üst basamağa yuvarlatılmıştır. Gerçekte kaçak miktarı bir miktar daha fazladır. Verilen bu değerler minimum kaçak miktarıdır. Kompresörün 11 aylık çalışma süresi (boşta çalışma dahil) 6341 saat olarak alınmış olup, bir yıllık çalışma süresi 7000 saat kabul edilmiştir. r01_

36 Tablo 1 ve 2 değerleri kullanarak kaçağın çapına bağlı olarak, hacimsel debi, kaçaklar nedeniyle oluşan güç kaybı ve israf edilen enerji miktarı ve kaçakların sebep olduğu mali kayıp bu tesis için spesifik olarak hesaplanmıştır. Hesaplanan sonuçlar Tablo 3 de verilmiştir. *Elektrik maliyeti, 0,10 USD/kWh olarak alınmıştır. r01_

37 r01_

38 Hacimsel Debi, Güç Kaybı ve Tasarruf Edilen Enerji Denklemleri r01_

39 Güç Kaybı r01_

40 Yıllık Enerji Kaybı Hesabı r01_

41 Hava Kaçak Miktarının Tespiti r01_

42 Hava Kaçak Miktarının Tespiti Hava ile çalışan bütün ekipmanlar durdurulur.. Sistem tam hat basıncına ulaşıncaya kadar kompresör çalıştırılır.. Kompresör yüksüz hale geçince saat not edilir.. Hava kaçakları varsa sistem basıncı düşecektir.. Kompresör tekrar tam yükte çalışmaya başlayınca saat not edilir. Q x T L = ( T + t ) T = Yükte çalışma süresi (sn) t = Yüksüz çalışma süresi (sn) Q = Kompresör kapasitesi (lt/sn) L = Toplam kaçak miktarı (lt/sn) r01_

43 Hava Kaçak Miktarının Tespiti r01_

44 Atık Isı Geri Kazanımı r01_

45 Atık Isı Geri Kazanımı r01_

46 Atık Isı Geri Kazanımı r01_

47 Atık Isı Geri Kazanımı Basınçlı hava sistemlerinde; * Kompresörlerin boşta çalışma sürelerinin asgariye indirilmesi, * Kompresöre giren havanın kuru, temiz ve soğuk olmasının sağlanması, * Kaçakların periyodik olarak kontrol edilmesi, * Basınçlı havanın soğutma ve temizlik amacıyla kullanılmaması, * Düşük basınç tercih edilmesi gerekir. r01_

48 Basınçlı Hava ile ilgili Öneriler Kompresörler doğru tip ve boyutta seçilmelidir. Mümkün olan en düşük basınçta çalışılmalıdır. Eğer ekonomikse sıkıştırma ısısı geri kazanılmalıdır. Hava kaçakları azaltılmalıdır. Kompresörlere soğuk, temiz ve kuru hava girişi sağlanmalıdır. Giriş havasının sıcaklığındaki her 5 C lik düşüş enerji tüketiminde %2 lik bir azalmaya neden olur, yani kompresör verimini % 2 artırır. r01_

49 Hava girişine toz ve pislikleri tutmak için hava filtreleri yerleştirilmeli ve temizlikleri sıkça yapılmalıdır. Girişteki her 25 mbar lık basınç kaybı kompresör performansını %2 azaltır. Basınçlı hava ekipmanlarının düzenli olarak bakımı yapılmalıdır. Hava tank boyutları doğru seçilmelidir. Sistem verimliliğini sağlamak için gerekli enstrümanlar sağlanmalıdır. r01_

50 Ana hat borularının içinden geçen basınçlı havanın hızı 6 m/sn nin altında tutulmalıdır. Bunun için ana hat boru çapları doğru seçilmelidir. Basınçlı havanın içindeki su ve yağ zerreciklerinin dağıtım hatlarından kolayca drene edilebilmesi için borulara akış yönünde %1 eğim verilmeli ve her 30 metrede bir drenaj noktası konmalıdır. r01_

51 Sabit boru şebekelerinde kompresörden çıkan basınçlı havanın hattın sonuna kadar toplam basınç düşümü 0.3 bar dan fazla olmamalıdır. Servis hatları hortum boyunu kısa tutmak için pnömatik aletlere mümkün olan en yakın yerden olmalıdır. r01_

52 Tasarruf Önlemleri AB Ülkelerinin Basınçlı Hava Sistemlerinde Ekonomik ve Teknik Açıdan Uygulanabilir Tasarruf Miktarı %32.9 6% 6% 4% 2% 1,4% 42,0% 7% 10% 10% 12% 1) Hava kaçaklarını azaltma 2) Sistemin yeniden dizaynı 3) Atık ısıdan yararlanma 4) Değişken hız sürücü kullanma 5) Kontrol sistemlerinin değiştirilmesi 6) Kompresörlerin yenilenmesi 7) Pnömatik ekipmanın optimizasyonu 8) Basınç kayıplarının azaltılması 9) Kompresörde yüksek verimli motor kullanımı 10) Soğutma, kurutma ve filtrasyonun iyileştirilmesi (Kaynak : Compressed Air System in the Europion Union; Energy, Emissions, Savings Potential and Policy Action, 2001) r01_

53 r01_

54 TEŞEKKÜRLER r01_