105 PNÖMATİK TAŞIMA SİSTEMLERİ VE OPTİMM TAŞIMA HIZININ BELİRLENMESİNDE KLLANILAN EŞİTLİKLER Faih YILMAZ ÖZET Kaı akışkanların (oz,küçük aneli) aşınmasında kullanılan sisemlerden biriside Pnömaik Tasıma Sisemleridir. Pnömaik Tasıma Sisemleri, pek çok farklı kaı akışkanı kapalı borular yardımıyla aşıması sebebiyle ve aşıma hızının belirlenebilmesiyle ayrıca bakımının kolay olmasıyla endüsri esislerinde ercih edilen bir sisemdir. ABSTRACT One of he ransporaion procedure for solid fluids (powder,paricle) is Pneumaic Conveyor Sysem.Easy ransporaion by pipes,being capable of deermining ransporaion velociy and easy mainenance make his sysem firs choice of ransporaion in many indusrial plan. GİRİŞ Pnömaik Taşıma Sisemi, basınçlı hava yardımıyla kaı akışkanların, bir yerden başka bir yere kapalı borular yardımıyla akarılmasını sağlayan sisemlerdir. Pnömaik Taşıma Sisemleri genellikle, çimeno, seramik, cam, döküm, oomoiv sanayilerinde, çimeno, kalsi, demir ozu, un, şeker vb. gibi akışkanların aşınmasında kullanılır. Pnömaik Taşıma Siseminin espii için, akışkanın cinsi, asıma kapasiesi (on/saa), akışkanın yoğunluğu (kg/l), parça büyüklüğü, akışkanın nemi, akışkanın sıcaklığı, aşıma mesafesi ve ürünün nereden nereye aşınacağı (silodan kamyona) öğrenilmesi gereken bilgilerdir. Pnömaik Tasıma Sisemlerinde, kaı akışkanların kapalı borular vasıasıyla aşınması sayesinde, hem ürünün dış ekilerden yalıılması sağlanır, hem de doğacak ozumanın veya hava kirliliğinin önüne geçilmesi sağlanır. Ayrıca, Pnömaik aşıma Sisemini oluşuran ensürmanların çoğu oomaik konrol malzemeleri olduğu için konrolü çok kolaydır. Bir PLC sisemiyle rahalıkla aşıma yapılabilmekedir. Yüksek enerji maliyeini ve parçacık boru aşınmasını azalmak için kaı parçacıkların yaay boruda pnömaik olarak aşınması sırasında borudan geçen gaz hızının (aşıma hızı) olabildiği kadar düşük olması gerekmekedir. Taşıma hızının yüksek olması, basınç düşümünü arırdığı gibi aşıma işlemi esnasında daha fazla enerji kullanılmasına ve parçacıkların yüksek hızda hareke emeleri nedeniyle boru siseminin ve parçacıkların aşınmasına da neden olmakadır. Ancak, aşıma hızının çok düşük olması; yaay boru içerisinde aşınan parçacıkların yer çekiminin ekisiyle boru abanına oplanarak kalıcı bir abaka oluşurmasına, yaay boruda veya kanalda ıkanmalara ve basınç düşümünün armasına neden olmakadır [1].
106 Yaay boruda kaı-gaz akışının yapısı genel olarak en iyi şekilde, Şekil 1 de verilen ve parçacık külesel debisi (G) bir paramere olmak üzere boru sisemindeki basınç düşümünün aşıma hızına bağlı değişimini göseren faz diyagramlarından anlaşılmakadır. Şekil 1 de G=0 ile göserilen AB eğrisi yaay boruda sadece gaz olması durumunda oluşan basınç düşümünü gösermekedir. Bu durumda; görüldüğü gibi aşıma hızı arıkça basınç düşümü de armakadır. Sisemde gaz ile birlike parçacık olduğu durumda ise; yüksek aşıma hızlarında (C-D arasında) sisemde ürbülans ekisinden dolayı parçacıklar boru içerisinde gaz ile birlike hareke emeke ve bu aralıka boru abanında parçacık oplanması meydana gelmemekedir. Bu aralıka aşıma hızının azalılmasıyla basınç düşümü de azalmakadır. Taşıma hızı D nokasındaki değerinden aşağıya düşürüldüğünde yer çekiminin ekisiyle boru abanında parçacık konsanrasyonu armaya başlamakadır. Kaı parçacıkların çaplarının aynı olmaması durumunda boru abanında hareke eden parçacıklar genellikle büyük çapa sahip olan parçacıklardır. Taşıma hızı daha da düşürüldüğünde, boru abanında hareke eden parçacıklar sürünmenin ve parçacık-parçacık çarpışmalarının ekisiyle enerjilerini kaybederek boru abanında durmaka ve birikmeye başlayarak kalıcı abaka oluşurmakadır. Kaı parçacıklarının boru abanında durarak birikmeye başladıgı aşıma hızına opimum asıma hızı denmekedir. Taşıma hızının opimum aşıma hızının üzerinde uulması durumunda sisemde boru abanında parçacık birikmesi meydana gelmemekedir. Yapılan deneysel çalısmalar pnömaik aşıma siseminde minimum basınç düsümünün opimum aşıma hızı civarında olduğunu gösermekedir. Birim uzunlukaki minimum basınç düşümü E nokasında görülür. Eğer asıma hızı E den F ye doğru azalılmaya devam edilirse basınç düşümü hızlı bir şekilde armaka olup bu aralıka aşıma hızının azalılmasıyla birlike boru abanında biriken parçacıkların olusurduğu abakanın kalınlığı armakadır. Biriken parçacık abakasının armasına paralel olarak gaz-parçacık akışının olduğu kesi alanı da daralmakadır. F nokasında boru kesii amamen parçacık ile kaplı olup boru ıkanmış durumdadır. Şekil 1. Pnömaik aşıma Sisemi için Faz Diyagramı Pnömaik aşıma sisemlerinin ekonomik olabilmesi için yaay boru boyunca parçacık çökmesinin oluşmaması gerekmekedir. Bununla birlike; pnömaik aşıma yönemiyle aşınan dökme malzeme için kabul edilebilir opimum aşıma hızının belirlenmesi genellikle deneysel sonuçlara ve asarımcının deneyimlerine dayanmakadır. Birçok araşırmacı, belirli bir malzeme için opimum aşıma hızının ve basınç düşümünün hesaplanması konusunda en iyi yönemin; aşıma siseminin bir prooipi üzerinde deney yapılması olduğunu belirmişlerdir [2]. Ancak, bu yönem oldukça zaman alıcı ve uğraş gerekiren bir yoldur. Bu çalışmada, pnömaik aşıma sisemlerinde önemli bir paramere olan aşıma hızına eki eden fakörler arışılmış ve opimum aşıma hızının belirlenmesi için lieraürde yapılan çalışmalar incelenerek en uygun sonuçları veren formül belirlenmişir.
107 PNÖMATİK TAŞIMA SİSTEMLERİNİN ÇALIŞMA PRENSİBİ Densveyör (ransporer), bir silonun veya bunkerin vb. alına yerleşirilir. Daha sonra densveyörün içine ürün almak için ürün giriş valfi ve hava ahliye valfi açılır. Bu valfler açıldığında densveyörün al kısmındaki pnömaik aküaörlü kelebek vana oomaik olarak kapalı konuma gelir. Ürün am olarak densveyörün içine dolduğunda ürün giriş valfi ve hava ahliye vanaları kapanır. Bundan sonraki aşamada densveyörün al kısmındaki pnömaik aküaörlü kelebek vana oomaik olarak açılır ve basınçlı hava densveyörün üs kısmından baskı yaparak, ürünün iilmesini sağlar ve aşınacak ürün sevk borularına geçer. Bu işlem bir devirdir ve sürekli bu sekilde devam eder. Her ürün densveyörün içinden borulara iildiğinde, borulardaki ürünlerde ekrar ilerlemeye devam eder. Densveyörün içine her ürün alındığında borulardaki ilerleyiş durur. Taşıma işlemi, ürün akarılan yerdeki üs seviyeye, ağırlığa göre ve ürünün alındığı yerdeki al seviyeye göre sinyal alır ve işlem sonlanır. Şekil 2. Şekil 3.
108 TAŞIMA KAPASİTESİNİN BELİRLENMESİ VE TAŞIMA HIZININ BELİRLENMESİNDE KLLANILAN EŞİTLİKLER Pnömaik aşıma sisemlerinde kapasienin belirlenmesinde en önemli fakörlerden biri hızdır. Taşıma hızının aşırı olması durumunda aşınmalar kaçınılmazdır. Bu durum işlemelere daima ek maliye geirmekedir. Hızın gereğinden yavaş olmasıda hem kapasieyi düşürür hemde ürünün boru yüzeyinde abakalaşmasına ve ıkanmasına neden olabilir. Bu durumda, borulama ek yerlerinde akışkana uygun ekipmanlar kullanılması ve en uygun aşıma hızının hesaplanması gerekmekedir. Lieraürde, yaay borularda iki fazlı akış karakerisikleri ve akış modellerinin anlaşılabilmesi için değişik paramereleri göz önüne alan deneysel ve eorik çalışmalar mevcuur. Rizk [4], büyük çapa sahip parçacıkların (0.7 mm den 6 mm ye kadar) opimum aşıma hızları için su eşiligi gelişirmişir. δ/ κ δ/ κ 0,5 = 10 m (gd) (1) Burada, m kaı-gaz külesel debi oranını gösermekedir. d ve k ise parçacık çapına bağlı büyüklükler olup d = 1.44 dp +1.96 ve k=1.1 dp + 2.5 ile ifade edilmekedir. Rizk in bu eşiliğinde önemli bir paramere olan parçacık yoğunluğu göz önüne alınmamışır. Masumoo ve dig. [5], opimum aşıma hızının hesaplanması ile ilgili olarak deaylı deneysel çalışmalar yapmışlardır. Deneyler esnasında farklı yoğunluka (1000 kg/m3 ile 8700 kg/m3 arasında) ve çapa (300 mm ile 2 mm arasında) parçacıklar kullanılarak su eşilik önerilmisir. 1,75/ 3 1/ 6 1/ 3 ωf ρg 0 1,25 / 6 = 13.069m ( gd) (2) 10 ρ p Masumoo ve dig. [6], ayrıca 120 mm ile 2.1 mm arasında değişen çaplardaki parçacıklar ile deneysel çalışma gerçekleşirmişler ve opimum aşıma hızının hesaplanması için aşağıdaki eşiliği önermişlerdir: 0,55 / 3 0,7 / 6 ( ) 2,3/ 3 1/ 3 ρg 9,6581m f ( gd) 0 = ω (3) ρp Masumoo ve dig. [7], 20mm den 1620 mm ye kadar değisen çaplardaki kaı parçacıkların yaay borularda pnömaik olarak aşınması için gerekli olan opimum aşıma hızı ile ilgili deneysel çalışmalar yapmışlar ve daha önceki deneysel çalışmalarında elde edilen sonuçları da kullanarak küçük ve büyük çapaki parçacıklar için iki farklı eşilik gelişirmişlerdir. Parçacığın küçük veya büyük parçacık sınıfına girmesi ile ilgili krier ise asağıdaki formülle verilmişir: d p D 0,74 ρg = 1,39 (4) ρ p Burada dp * kriik parçacık çapı olarak ifade edilmekedir. Parçacık çapının kriik parçacık çapından küçük olduğu durumda parçacık, küçük parçacık sınıfına, büyük olduğu durumda ise büyük parçacık
109 sınıfına girmekedir. Oralama kriik çapan daha düşük çapa sahip parçacıklar için opimum aşıma hızı asağıdaki formül ile hesaplanmakadır: 1,43/ 4 0,25 D = 1.158m ( gd) (5) d p dp * dan daha büyük çapa sahip parçacıklar için opimum aşıma hızı ise = 1.2408ω 0,2936 1,0249 0,5249 ρg f ( gd) 0 ρp (6) eşiliği ile hesaplanmakadır. Schade [8], arafından yapılmış olan deneysel çalışma sonucunda opimum aşıma hızı için aşağıdaki eşilik gelişirilmişir: 0,025 0,34 0,5 0,11 D ρg = m ( gd) (7) d p ρp İki fazlı akışa basınç düşümünün en az olduğu nokadaki opimum aşıma hızı ile ilgili olarak Ochi [9] arafından yapılan deneysel çalışma sonucunda asağıdaki eşilik gelişirilmişir. 0,47 s 0,25 0,82 f ( gd) 0, 1 = 1,05f m ω (8) 0 Ochi; deneysel sonuçlarıyla bu eşiligi kıyasladığında, eşiliken elde edilen sonuçların %5 haa ile deneysel sonuçlara uyum sağladığını belirlemişir. Elde edilen sonuçlar lieraürde bulunan diğer sonuçlarla karşılaşırılmış ve deneylerden elde edilen verilerin %15 lik bir haa ile diğer sonuçlarla uyum sağladığı belirlenmişir. Şekil 4. Özel Dirsek Şekil 5. Yol Ayırıcı Valfler
110 BAZI PNÖMATİK TAŞIMA YGLAMALARI Şekil 6. Oomoiv Endüsrisi Şekil 7. Döküm Endüsrisi
111 Şekil 8. Cam Endüsrisi SONÇ Pnömaik aşıma sisemleri, ilk yaırım maliyelerinin düşük olması, çok fazla bakım ve konrol gerekirmemesi, aşınan malzemenin çevre ekilerinden korunmuş olması ve çevre sağlığı için emiz bir yönem olması açısından diğer aşıma yönemlerine göre avanajlıdır. Ancak, enerji kullanımlarının yüksek olması, borularda aşınmalara neden olması (özellikle yön değişirici dirseklerde), parçacık-boru ve parçacık-parçacık çarpışmalarından dolayı parçacıkların aşınmaya uğraması sisemin dezavanajlarındandır. Ayrıca, bu çalışmada, pnömaik aşıma sisemlerinde önemli bir paramere olan opimum aşıma hızına eki eden fakörler arışılmısır. Opimum aşıma hızına eki eden en önemli paramereler boru ve parçacık çapı, kaı-gaz külesel debi oranı, gaz ve parçacık yoğunluğudur. Tasarımı yapılan bir sisem için opimum aşıma hızının belirlenmesi ile parçacıkları aşımak için fazla enerji harcanması önlenecegi gibi aşınan parçacıkların ve borunun fazla hızdan dolayı aşınmaları da önlenmiş olacakır. Bu amaçla lieraürde mevcu olan eşilikler gözden geçirilmiş ve bu eşilikler içerisinde Masumoo ve dig. [7] arafından önerilmiş olan eşiliklerin asarım aşamasındaki pnömaik aşıma sisemlerinde opimum aşıma hızının belirlenmesi amacıyla kullanılmasının uygun olduğu sonucuna varılmışır.
112 KAYNAKLAR [1] Air-Tec Sysem İTALYA [2] Cuma KARAKŞ, Hüseyin AKILLI, Pnömaik Taşıma Sisemlerinde İki Fazlı Kaı Gaz Akışında Opimum Taşıma Hızının Belirlenmesi [3] Akıllı,H., KARAKŞ,C., IV GAP Mühendislik Kongresi, 2002 ÖZGEÇMİŞ Faih YILMAZ 1978 yılında Üsküdar da doğdu. 1998 arihinde Gaziosmanpaşa Üniversiesi, Toka MYO Elekrik Bölümünden mezun oldu. 1998 yılında SMS Sanayi Malzemeleri Üreim ve Saışı Ld.Si. ne (TORK) girdi. Halen SMS-TORK firmasında Saış Şefi olarak çalışmakadır.