ISITMA HAVALANDIRMA VE KLİMA SİSTEMLERİNDE ENERJİ EKONOMİSİ - Deneme Sınavı - 5

İnsanoğlunun pompa ile tanışması ve kullanımı oldukça eski bir geçmişe dayanır. Bunun ilk örnekleri M.Ö. 1000 yıllarına dayanan Mısır ve Çin’de yapılan kazılara dayanır. Burada bulunan figürlerde bir tür kovalı konveyör özelliği gösteren toprak kovaların asıldığı bir tekerlek yardımıyla suyu alt noktadan üst noktaya taşıdığı yapılar göze çarpmıştır. Günümüzde su değirmenleri için örnek kabul edilen bu yapıların geliştirilmiş ilk uygulamaları ise yine Çin’de görülmüştür.

Arşimet vidası göze çarpmaktadır. Bu tasarım bir borunun içinde bulunan sonsuz
dişlinin dönerek suyu alt noktadan yukarı kaldırması prensibiyle çalışan bir vida yapısı şeklindedir. Tamamen mekanik yapıda tasarlanan düzenekte sızdırma elemanları bulunmadığı için çekilen suyun bir kısmı geri kaçmakta ancak yine de su transferi gerçekleşmektedir.

Hidrostatikte, hidrodinamikte ve genel olarak endüstriyel sistemlerde atmosfer basıncı dikkate alınmaz. Bundan dolayı manometreler, atmosfer üstü basınç
değerlerini gösterirler.

Sıvı akışkanlarda borulu akışlarda kesit daralmasına bağlı olarak hızda değişimler olur. Sürekliliğin temeli kütlesel debiyle ilişkilidir. Kesit değişimi olsa dahi
sürekliliği ifade eden yapılarda akış debisi sabit kalır.

Ph = m.g.H (W) (6.10) olarak ifade edilir. Burada m. akışkanın kütlesel debisini, g yer çekimi ivmesini, H ise basma yüksekliğini tanımlar.

Bir akışkanın akış özelliğini mekaniksel olarak ifade eden özelliklerin en önemlisi
viskozitedir ve hareket halindeki akışkanda oluşan lokal gerilmelerle, akışkanın
şekil değiştirme hızı arasındaki ilişkiyi tanımlar.

Sıvı basıncı buhar basıncının altına düşerse buhar kabarcıkları sıvının içerisinde belirmeye başlar ve basınç düştükçe hızlı bir buharlaşma oluşur. İşte akış nedeniyle sıvı basıncı buhar basıncının altına düştüğünde meydana gelen olaya kavitasyon denir. Kavitasyon olgusunun en önemli göstergesi buhar cepleridir. Örnek olarak; şayet su durgun halden 15 m/s hıza ulaşırsa, basıncı yaklaşık 101 kPa veya 1 atm düşer. Bu basınç düşüşü akışta kavitasyona yol açabilir. Akış alanı içerisinde herhangi bir noktada yerel hız yükselir ve buna bağlı olarak basınç doymuş buhar basıncının altına düşerse çabuk buharlaşma başlar ve çok sayıda buhar cepleri meydana gelir.

Yüksek basınçta çalışma koşullarına sahip olan radyal pistonlu pompalar hidrostatik güç iletiminde kullanılırlar. Ağır hizmet tipi pompalar olarak da değerlendirilen radyal pistonlu pompalar, uygulamalarda 750 bar basınç değerlerine kadar kullanılmaktadırlar.

El ile Çalışan Pistonlu pompalarda, pompa kolu gövdeye yataklanmış bir kaldıraç olup ucuna pompa pistonunun kolu takılmıştır. Bu kol, pistona silindirik gövde içerisinde eksenel hareket yaptırır. Pistonun ortasındaki delikte açılıp kapanabilen oturtmalı bir çek valf mevcuttur. Emme borusunun gövdeye birleştiği yerde suyun geri kaçmasını engelleyen bir supap (klape) takılmıştır. Bu tür pompalarda pompanın emme işlevine başlayabilmesi için pistonun bulunduğu silindir içine su ilâvesi yapmak gerekir.

Emmedeki net pozitif yük ve titreşim yönüyle, öncelikle düşük devirli pompa seçilmelidir. Aynı devirli iki pompa arasında seçim yapılacaksa; istenen
çalışma noktası, pompanın en iyi verim noktasının solunda olan pompa seçilmelidir.

İlk soğutma çalışmaları 1755 yıllarında Glasgow Üniversitesinde Dr William CULLEN tarafından buz yapma makinasının imal edilmesi ile endüstriyel bir anlam kazanmıştır. 1858 yılında Fransız Ferdinand CARRE tarafından ilk absorbsiyonlu soğutma uygulamaları geliştirilmiş, 1888 yılında mühendis Windhausen Almanyada ilk karbondioksitli soğutma sistemini geliştirmiştir. 1912 yılında ABD’de J.M.Larsen firması ilk buzdolabını imal etmiştir.

Bir maddenin sahip olduğu sıcaklığı faz değişikliğine yol açmadan ihtiyaç duyulan bir ölçüde değiştirmek için gerekli olan enerjiye duyulur ısı denir. 

Soğutma temelde bir enerji hareketi olarak tanımlanır. Soğutma ihtiyacı istenilen ortamın yapısal özellikleri, maddelerin enerji yükleri veya ısı kazançların etkileri dikkate alınarak bir enerji yükü ile tanımlanır. Diğer bir ifadeyle istenilen ortamın, soğutma rejiminde tutulabilmesi için soğuk depodan çıkarılması veya dışarıya atılması için bir ısı miktarına ihtiyaç vardır. Bu ısı miktarı soğutma yükü olarak tanımlanır.

Buharlaşma ısısı bir maddenin 1 kg’ını doyma sıcaklığından sıvı fazından buhar fazına geçirmek için ihtiyaç duyduğu enerji miktarıdır. Buharlaşma ısısı her madde için tanımlanabilen bir özelliktir.

Özellikle akışkanlarda bir maddenin sabit sıcaklık ve basınç altında buhara dönüştürülmesi için gerekli olan enerjiye gizli ısı denir.

Soğutma ve iklimlendirme uygulamalarında havanın göreceli nemi veya derecesi, uygulamalarda psikometri diyagramıyla tespit edilir. Bu diyagramda gerekli değerlendirmelerin yapılabilmesi için kuru veya yaş termometre değerlerine ihtiyaç duyulur. Mevcut ortamın veya akışkan sıcaklığının çıplak ölçülmesi için kullanılan termometreler kuru termometrelerdir, bu termometrenin ölçtüğü sıcaklık (KT) kuru termometre sıcaklığıdır.

Fiziksel yöntemler:
Buhar sıkıştımalı
Absorbsiyonlu
Adsorbsiyonlu

Kazanlar çeşitli özelliklere göre sınıflandırılmaktadır. Kullanılan malzemeye göre kazan tipleri; döküm kazanlar ve çelik kazanlar olarak ikiye ayrılmaktadır. Döküm kazanlar, sıcak su kazanlarında ve 0,5 Atü’ye kadar alçak basınçlı buhar kazanlarında kullanılmaktadır. Döküm kazanlar, dilimler halinde dökülerek birbirine bağlanmaktadır.

Kazanlar yaktığı yakıt tipine göre ise katı yakıtlı kazanlar, pelet yakan kazanlar, sıvı yakıtlı kazanlar, gaz yakıtlı kazanlar, çok yakıtlı kazanlar, atık ısı kazanları, atık ve çöp yakan kazanlar ve elektrikle çalışan kazanlar olmak üzere sınıflandırılmaktadır.

Kazanlarda yaygın olarak kullanılan diğer bir ölçüm cihazı, basınç ölçüm cihazlarıdır. Gerek sıcak su gerekse buhar kazanlarında emniyet açısından kullanılması zorunlu olan bir cihazdır. Basınç ölçümlerinde çok sayıda basınç birimi kullanılmakla birlikte, uluslararası birim sisteminde basınç birimi olarak genellikle N/m2 (pascal) kullanılmaktadır.

Emniyet ventilleri, buhar kazanlarında ayarlandıkları basınçta kendiliğinden açılarak kazandaki fazla buharı dışarı atan, böylece kazan emniyetini sağlayan elemanlardır. Emniyet ventilleri belirlenen bir karşı basınca dayanıklı yayla donatılmıştır. Kazandaki basınç bu basınç seviyesine geldiğinde yay hareket ederek buharın dışa atılmasını sağlar ve kazanı emniyete alır.

Kazanlarda yakıt yoluyla giren enerjinin faydalı kısmı dışında kalan kayıplar için aşağıdaki noktalar ortaya konulabilmektedir:

Kuru baca gazı yoluyla atılan enerjinin azaltılmasında, kazanın büyüklüğüne ve niteliğine göre çeşitli önerilerde bulunulabilmektedir. Bu amaçla ekonomizörler önerilmektedir. Ekonomizörlerde genellikle kazan besleme suyu baca gazı içerisinden geçirilerek ön ısıtılmaktadır. Kazanda enerjisini verdikten sonra bacadan atılan gazda sıcaklığına bağlı olarak hala enerji bulunmaktadır. Bu enerjiden yararlanmak için bacaya bir ekonomizör eklenir ve atık gazdaki enerjinin bir kısmıgeri kazanılabilir.

Bacadan atılan enerjiden yararlanılması için önerilen diğer bir yol da kazana yanma için verilen taze havanın baca gazı ile ısıtılmasıdır. Bu amaçla kullanılan ısı geri kazanım cihazları reküperatör olarak adlandırılmaktadır. Reküperatör aslında gazdan gaza ısı değiştiricisidir. Yakma havasının ön ısıtılması yakıt tasarrufunun yanı sıra daha yüksek alev sıcaklıklarına çıkmayı sağlamaktadır. Bu uygulama yanmamış yakıt miktarını azaltarak yanmanın daha hızlı ilerlemesini sağlamaktadır.