BASINÇLI HAVA SİSTEMLERİ

Genelde sıkıştırılabilir bir akışkanın basıncını arttırmak amacı ile kullanılan makineler kompresör olarak adlandırılmaktadır. Kompresörün en önemli işlevi basıncı arttırmasıdır. Bu anlamda giriş basıncı yüksek basınçlı bir değer de olabilir, bir vakum değeri de olabilir. Benzer şekilde çıkış basıncı atmosferin altında bir değer de olabilir, on binlerce paskal değerinde de olabilir. Kompresörlerin çok geniş bir kullanım alanı bulunmaktadır. Isıtma ve soğutma sistemlerinde petrokimya endüstrisinde, otomobillerde, buzdolaplarında, apartmanlarda, uçaklarda, gaz türbinleri gibi pek çok alanda kompresör kullanılmaktadır.

Kompresör seçiminde önemli kavramlardan birisi de işletme basıncıdır. İşletmenin ihtiyaç duyduğu hava miktarı ve işletme basıncı değeri bulunmaktadır. İşletme basıncı belirlendikten sonra, kompresör ile havanın kullanacağı sistem arasındaki tüm bağlantı elemanları, kompresörün maksimum çıkış basıncından daha büyük bir basınç ile tasarlanır. Son kullanım noktasındaki pnömatik cihaz, normal işletme basıncından daha düşük basınçta çalışıyorsa, pnömatik cihazın öncesine bir basınç regülatörü yerleştirilmesi gerekmektedir. Sistemde ihtiyaç duyulan basıncın seçimi çok önemlidir.

Kullanım faktörü, basınçlı hava cihazının çalışma süresinin yüzdesi olarak ifade edilen bir değerdir. Basınçlı hava sistemlerinde önemli kavramlardan bir tanesi de kullanım faktörüdür. Kullanım faktörü, basınçlı hava sistemlerinin kapasite tahminlerinin yapılmasında kullanılmaktadır. Kapasite tahminlerinin yapılması amacı ile gün/vardiya başına kullanılan süre ile ekipmanın hava tüketim debisi hesaplanır.

Kompresörlerde, özgül güç tüketimi kW/(lt/sn) birimi ile verilmekte olup birim hava debisi başına ihtiyaç duyulan kompresör gücü olarak tanımlanmaktadır. Özgül güç tüketimi değeri her kompresörün boyutuna ve tasarımına bağlı olarak değişmektedir. Özgül güç tüketimi ne kadar düşükse, kompresör bir anlamda birim hacimsel debi (lt/sn) başına o kadar az güç tüketmektedir. Diğer bir deyimle, kompresörün özgül güç tüketimi ne kadar az ise kompresörün tüketeceği elektrik enerjisi de o kadar az olmaktadır.

Kompresörün boşta yani yüksüz olarak çalıştırıldığı zaman geçtiği güç yüksüz güç tüketimi olarak tanımlanmaktadır. Yüksüz güç tüketiminin birimi kW ile gösteril mekte olup, kompresörün tasarımına ve boyutuna bağlı olarak değişmektedir. Kompresör seçiminde aynı debi için yüksüz güç tüketimi düşük olan kompresörün seçimi önerilmektedir.

Kompresörde sıkıştırılmış olan basınçlı havanın sıcaklığı yükselir. Sıcaklığı yükselmiş olan hava ısıl gerilmelere neden olur. Bu nedenle kullanım yerine yollanmadan önce hava soğutulmalıdır. Bu amaçla kompresörler su veya hava ile soğutulurlar.

Kompresörün içerisinde bulunan basınçlı havanın sıcaklığı düştüğünde, yüksek sıcaklıklarda buhar halindeki su yoğuşur. Yoğuşan su, tesisatta korozyon problemi ortaya çıkarmaktadır. Korozyon da sistemde çeşitli arızalara yol açmaktadır. 

Nemin ayrıştırılması iki şekilde gerçekleştirilmektedir. Birinci yol havanın kurutularak soğutulması ve böylece nemden ayrıştırılması ile gerçekleşir. İkinci yolda ise higroskopik bir maddeden yararlanılır. Basınçlı hava bu higroskopik maddenin içerisinden geçirilerek nemi alınır. Herhangi bir maddenin içinde bulunduğu ortamdaki su moleküllerinin difüzyon ya da yoğunlaştırma yöntemi ile azaltma yeteneğine sahip maddeler higroskopik maddeler olarak adlandırılır.

Yağlanan tipteki hava kompresörlerinden temin edilen basınçlı havada, kullanılan kompresörün tipine bağlı olarak 3-50 ppm civarında yağ bulunmaktadır. Basınçlı hava kullanan pek çok uygulamada hava içerisinde yağ zerreciklerinin olması istenmemektedir. Özellikle boya ve pnömatik kontrol uygulamalarında yağ ve katı partiküller kalitede ve işletimde sorunlar ortaya çıkarmaktadır. Bu tip sorunlarla karşılaşılmaması için havanın filtrelenmesi gerekmektedir.

Kompresörler pek çok yönteme göre sınıflandırılıp açıklanmaktadır. Kullanılan bir sınıflandırma sisteminde kompresörler kesitli ve sürekli olarak ikiye ayrılmaktadır. Kesitli kompresörler bir çevrim içinde çalışırlar. Bu tip kompresörlerde belli bir miktarda kompresöre alınan akışkan sıkıştırılır ve kompresörden sevk edilir. Akışkan kompresörden yollanmadan önce yeni bir çevrim yapılmaz. Kısaca yeni bir çevrime başlamadan önce akışkan kompresörden dışarı sevk edilir. Sürekli sıkıştırma yöntemine göre çalışan kompresörler bir çevrim içerisinde çalışmazlar. Diğer bir deyimle, akışkanın kompresöre alınıp sıkıştırılması ve dışarıya yollanması aynı zamanda gerçekleşir. Kesikli sıkıştırma yöntemini kullanan kompresörler pozitif yer değiştirmeli kompresörlerdir.

Kompresörler ISO5390-1977’ye göre deplasmanlı ve dinamik kompresörler olmak üzere iki ana gruba ayrılır. Deplasmanlı kompresörler, pistonlu ve dönel kompresörler olmak üzere iki ana gruba ayrılır. Pistonlu kompresörler grubunda şaftlı serbest pistonlu ve diğer tipteki pistonlu kompresörler yer almaktadır. Şaftlı kompresörler ise pistonlu ve diyaframlı olmak üzere ikiye ayrılmaktadır. Dönel kompresörler önce tek şaftlı ve iki veya çok şaftlı olarak ikiye ayrılır. Tek şaftlı kompresörler sıvı segmanlı, paletli, döner veya eksantrik hareketli pistonlu ve diğer tipler olarak sınıflandırılır. İki veya çok şaftlı kompresörler ise vidalı, çift döner şaftlı ve diğer tipler olarak üçe ayrılır. Dinamik kompresörler, turbo kompresörler ve enjeksiyonlu kompresörler olmak üzere iki grupta yer almaktadır. Turbo kompresörler ise aksiyal, radyal ve diğer tipler olmak üzere üçe ayrılır. (S:150, Şekil 5.2)

Sanayide en sık kullanılan kompresör tipi pistonlu kompresörlerdir. Bu nedenle de pistonlu kompresörler; daha fazla model, kapasite ve boyut çeşidine sahiptirler. Silindir içerisindeki pistonun ileri geri hareketi ile havanın sıkıştırılması ve dışarı sevk edilmesi sağlanır. Bu süreçte havanın emilmesi, sıkıştırılması ve dışarı sevk edilmesi valşerin açılıp kapanması ile gerçekleştirilir. Pistonlu kompresörlerde sıkıştırma işlemi pistonun tek bir tarafında gerçekleşiyorsa tek yönlü kompresör olarak isimlendirilir. Sıkıştırma işlemi kompresörün her iki tarafında gerçekle- şiyorsa çift yönlü kompresör olarak isimlendirilir.

Basınçlı hava hatlarında bulunan cihazlardan birisi basınçlı hava tanklarıdır. Basınçlı hava tankları emniyet ventili, manometre, pislik tutucu ve hava kondenstopu ile donatılmıştır. Basınçlı hava tanklarında bulunan manometre, tanktaki basıncın gözlenmesi amacı ile kullanılmaktadır. Emniyet ventili ise tanktaki basıncın belli değeri geçmesi durumunda basıncı düşürmek amacı ile kullanılan bir tahliye vanasıdır. Pislik tutucu hatta herhangi bir pislik transferi olmaması amacı ile kullanılmaktadır. Hava kondenstopu kullanılmasının amacı, tankta birken suyun sisteme yollanmadan burada tutulmasıdır. Basınçlandırılmış hava basınçlı hava tanklarında tutulurken, soğutularak bünyesindeki suyun açığa çıkartılması sağlanır. Tankın dibinde biriken suyun sisteme gönderilmemesi amacı ile bir hava kondenstopu yerleştirilmiştir.

Basınçlı hava, sanayide küçük işletmelerden büyük boyutlu işletmelere kadar hemen hemen tüm üretim tesislerinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Basınçlı hava endüstride, enerji kaynağı olarak, pnomatik yolla malzemelerin taşınmasında bir maddenin yer veya konumunun değiştirilmesinde boya, yağ gibi malzemelerin istenilen yere püskürtülmesi amacıyla kullanılmaktadır. Basınçlı hava ayrıca yer altı tünellerinde, karayolu tünellerinde, yer altı depo ve korunaklarında, konut yapımında, otomotiv ve elektronik sanayisinde, havacılık ve denizcilik sektöründe, tıbbi işlemlerde üretim makinalarında kısaca sanayinin her alanında az ya da çok miktarlarda kullanılmaktadır.

Hava, basınçlandırılarak uzak mesafelere taşınabilmektedir. Aşırı yükleme durumunda emniyetlidir. Hava kullanılarak yüksek hızlara çıkılabilmektedir. Basınçlı havanın kaynağı olan hava atmosferde bol miktarda bulunmakta ve bu işlem çevre kirliliğine yol açmamaktadır. Havanın kendi kendine tutuşma riski olmadığından yüksek sıcaklıklı ortamlarda rahatlıkla kullanılabilmektedir. Daha az yatırım yapılarak yüksek miktarlarda enerji depolanması, bunun taşınması ve hizmete sokulması avantajlıdır.

Pistonlu kompresörlerde hava kaçaklarının tespit edilmesi amacı ile sırayla izlenen bir prosedür önerilmektedir. Bu amaçla ilk adımda hava ile çalışan tüm ekipmanlar durdurulur ve bu andaki saat kaydedilir. İkinci adımda sistem hat basıncına ulaşana kadar kompresör çalıştırılır. Üçüncü adım kompresör tam yükte çalışmaya başladığı durumdaki saatin not edilmesidir. Bu noktada aradaki zaman farkı kaydedilir. Kompresörün yüklü ve yüksüz haldeki çalıflma sürelerine ilişkin sonuçlar dört beş kez alınmalıdır. Bu işlemler yapıldıktan sonra aşağıdaki kullanılarak kaçak miktarı bulunabilir:

L=Q.T/ (T+t) (lt/sn)

Isıtma, klima ve havalandırma sistemlerinde genellikle sabit debili fanlar kullanılmaktadır. İhtiyacın değişken olduğu durumlar için değişken debili fan kullanılması yoluyla, enerji tasarrufu ortaya çıkacağı açıktır. Bununla birlikte mevcut uygulamada sabit debili fan kullanılıyorsa, bunu değişken debili fana döndürme seçeneği önerilmemektedir. Bu durumda fan debisinin değişimi, devir sayısı değiştirilerek yapılabilecektir. Bu cihazlarda da kapasite seçiminin önemi büyüktür. Bu nedenle aşırı kapasitelerden kaçınılması cihaz verimi ve enerji tüketimi açısından önemlidir.