Hava Kompresörleri Hakkında Temel Bilgiler
..............................
Türkçe'ye Çeviren ve Birimleri Metrik Sisteme Uygulayan: Erdoğan
Tan - Mayıs 2008 ..................................................
Hava kompresörleri atmosfer (ortam) havasını sıkıştırarak basıncını artıran;
diğer bir ifadeyle, basınçlı hava üreten makinalardır.
Başlıca Hava Kompresörü Tipleri
Pistonlu Kompresörler
Vidalı Kompresörler
Santrifüj (Turbo) Kompresörler
Basınçlı Hava Sistemleri
Basınçlı Hava Tankları
Basınçlı Hava Kurutucuları
Basınçlı Hava Hattı Filtreleri
Basınçlı Hava Dağıtım/Boru Sistemleri
Enerji Geri Kazanma
Ekonomiklik ve
İşletme Maliyetleri
Yük Faktörü
Başlıca Hava Kompresörü Tipleri
Hava kompresörlerinin yaygın olarak kullanılan üç temel tipi
vardır:
Bu temel tiplerden daha ayrıntılı olarak kompresörlerin
farklılıkları :
-
Kompresyon (Sıkıştırma/Basma) kademesi sayısı
-
Soğutma yöntemi (hava, su, yağ)
-
Sürme yöntemi (elektrik motoru, içten yanmalı motor, buhar, diğer)
-
Yağlanma yöntemi (yağlı, yağsız)
-
Standart (Hazır) Paket/Ünite veya Müşteriye Özel İmalat
 Pistonlu Kompresörler
Pistonlu hava kompresörleri pozitif yerdeğiştirmeli (deplasmanlı)
kompresörlerdir. Bunun anlamı, havanın kapalı bir hacim içinde ötelenerek
sıkıştırılması, yüksek basınçlı tarafa doğru ötelenmesidir. (Pozitif
yerdeğiştirme: Düşük basınçlı taraftan yüksek basınçlı tarafa doğru hava akışı
olması ve buna karşılık öteleyen elemanın, örneğin: pistonun hareketinin itme
şeklinde olması.) Pistonlu hava kompresörlerinde silindir içinde hareket eden
pistonun sürekli yerdeğiştirmesiyle (ötelemesiyle) hava sıkıştırılır.
Pistonlu hava kompresörlerinde sıkıştırma (kompresyon) pistonun
sadece bir tarafa/yöne (yukarıya, emme yönünün tersine) hareketi esnasında
gerçekleşiyorsa, tek (yönde) etkili; her iki yöne (aşağı ve yukarı veya
sağa ve sola) hareketi esnasında da sıkıştırma oluyorsa, çift (yönde) etkili
pistonlu kompresör olarak adlandırılır.
Pistonlu hava kompresörlerinde her bir msilindirde otomatik yaylı
valfler vardır, bunlar sadece valfin giriş ve çıkış tarfafında uygun/yeterli
düzeyde basınç farkı varsa açarlar.
Emiş vafleri silindir içindeki basınç (pistonun emiş etkisiyle
azalarak) hava emiş/giriş basıncından az düşük olunca açar. Çıkış valfleri
silindir içindeki basınç (pistonun sıkıştırma etkisiyle yükselerek)
kompresör çıkış basıncından az yüksek olunca açar.
Bir kompresör, tüm kompresyon tek silindirle (pistonla) veya
paralel olarak çalışan birden çok silindirle (pistonla) tek kademede/aşamada
gerçekleştiriliyorsa, tek kademeli kompresör olarak adlandırılır. Bir çok
uygulamada tek kademeli kompresyon (sıkıştırma) olanağının ötesinde yüksek
basınçlı hava gerekir. Tek kademede daha yüksek sıkıştırma oranına (sıkıştırma
oranı: mutlak çıkış basınının mutlak giriş basıncına oranı) çıkmak, aşırı yüksek
çıkış sıcaklığına ve diğer tasarım/dizayn problemlerine yol açabilir.
Pratik amaçlar için, bir çok endüstriyel pistonlu hava kompresörü
tesislerinde, 100 HP (BG) üzerindeki güçlerde, iki veya daha çok kademeli seri
gruplar halinde pistonlu kompresörler kullanılmıştır. Kademeler arasında
basınçlı hava soğutması yapılarak, takip eden kademeye giren havanın sıcaklığı
ve hacmi azaltılır. (Ara soğutma yapılarak, çalışma sıcaklığı normal seviyeye
düşürülmüş ve ayrıca, sonraki kademenin verimi artırılmış olur.)
Pistonlu hava kompresörleri hava soğutmalı veya su soğutmalı,
(silindir içinde, pistonun etrafında, yağ olup olmaması açısından) yağlı veya
yağsız tip olabilmektedir; paket/ünite olarak (kapalı kasa içinde) yapılabilir
ve geniş bir basınç ve kapasite seçim olanağı sağlayacak şekilde
çeşitlendirilmiş modelleri olabilmektedir.
Vidalı Hava Kompresörleri
 Vidalı hava kompresörleri pozitif
yerdeğiştirmeli (deplasmanlı) kompresörlerdir. En yaygın kullanılan vidalı hava
kompresörleri, tek kademeli, yağ enjeksiyonlu, helisel ve spiral lobları ve
yivleri (çıkıntı ve oyukları) olan bir çift (erkek ve dişi) rotordan oluşan vida
(air-end, rotary screw) kullanarak yapılan kompresörlerdir. Bu
kompresörlerde kapalı bir gövde (vida gövdesi) içinde dönerek, (loblar ve yivler
arasındaki) havayı (çıkışa öteleyerek/sürerek) sıkıştıran bir çift rotor vardır.
Emme ve çıkış valfleri yoktur. Bu üniteler, esas olarak, vida rotorları ve
rotorlar ile vida gövdesi arasındaki açıklıkları kapatması için vida içine
enjekte edilen (püskürtülen) yağ vasıtasıyla soğutulur (ve vida içinde ısınan
yağ hava veya su soğutmalı yağ soğutucundan geçirilerek soğutulur).
Kompresör içinde yağ vasıtasıyla soğutma yapılmasının sonucunda,
çalışan parçaların çalışma sıcaklığı asla aşırı yüksek değerlere çıkmaz. Vidalı
kompresör, bu özellikleri dolayısıyla, sürekli çalışabilen, hava veya su
soğutmalı kompresör paketi/ünitesi olarak yapılır.
Basit dizaynı (tasarımı) ve aşınan parçaların azlığı, vidalı hava
kompresörlerinin bakımının, çalıştırılmasının kolay olmasını ve kurulumunun
(tesinin) esnek (özel şartlar gerektirmeden, kolayca) yapılabilmesini
sağlamaktadır.
İki kademeli yağ enjeksiyonlu (yağ beslemeli/püskürtmeli) vidalı
kompresörlerde rotorlar ve onları çevreleyen gövde vida (air end, hava kafası,
vida grubu) aksamını oluşturur. Kompresyon birbine seri bağlı ilk/birinci
ve ikinci/final kademe vidaları tarafından paylaşılarak gerçekleştirilir. Bu,
tüm kompresör veriminin, tam yükte motor güç/kilowatt sarfiyatı
olarak/açısından, %15'e kadar daha yüksek (verimli) olabilmesini sağlar.
İki kademeli vidalı kompresör vidalı kompresörün basitliği ve esnekliği ile iki
kademeli ve çift etkili pistonlu kompresörün enerji verimini birleştirir. İki
kademeli vidalı kompresörler hava ve su soğutmalı olarak ve tam
paketlenmiş/ünite olarak (kapalı ve tüm bileşenleriyle çalıştırılmaya hazır kasa
olarak) yapılırlar.
Yağsız (oil free, bastığı havaya kompresyon elemanı vida içinde
yağ karışmayan) vidalı hava kompresörleri kompresyon odasında/bölmesinde yağ
olmaksızın çalışacak şekilde dizayn edilmiş (tasarlanmış) , havayı yağ
olmaksızın sıkıştıran vida (air end) kulllanılarak yapılan kompresörlerdir.
Yağsız vidalı hava kompresörleri, yağsız basınçlı hava ihtiyaçlarını karşılamak
için, hava soğutmalı ve su soğutmalı olarak yapılırlar ve yağ enjeksiyonlu
vidalı kompresörlerinin kullanım esnekliğinin aynısını sağlarlar.
Vidalı hava kompresörleri hava soğutmalı ve su soğutmalı, yağ
enjeksiyonlu veya yağsız , tek kademeli veya iki kademeli olarak imal edilirler.
Basınç ve kapasite olarak geniş bir uyarlama aralığına (çeşitliliğe)
sahiptirler.
Santrifüj (Turbo) Kompresörler
Santrifüj hava kompresörleri (yüksek hızla) dönen bir impellerin
havaya enerji transfer ettiği dinamik kompresörlerdir. Rotor havanın momentumunu
(ve basıncını) değiştirir/artırır. Bu momentum sabit difüzörlerde
(yayıcılarda) havanın hızını keserek, faydalı/kullanılabilir basınca
dönüştürülür. (İmpeller: 2-3 bar veya daha yüksek basınca uygun
dizayn edilmiş fan, pervane, kanatlı rotor.)
Santrifüj hava kompresörleri, tasarımı/dizaynı gereğince, yağsız
kompresörlerdir. Dişlileri (İmpellerin yüksek hızla dönmesini sağlayan
dişlileri) yağlamak için kullanılan yağ ile havanın bağlantısı/teması şaft
contaları/keçeleri ve atmosferik havalandırma/venting tertibatı kullanılarak
kesilir.
Santrifüj kompresör sürekli hizmet kompresörüdür; çok az sayıda
hareketli parçası olmasından ileri gelen avantajıyla, özellikle yüksek hava
debisi istenen uygulamalarda ve bil hassa (esas olarak) yağsız hava
gereken yerlerde kullanılmaya uygundur.
Santrifüj hava kompresörleri su soğutmalı olarak yapılabilirler ve
paketlenebilirler (ünite olarak verilebilirler). Tipik bir santrifüj kompresör
paketine/ünitesine son (nihai) soğutucu ve tüm kontrol donanımı dahildir.
NOT: Santrifüj (Centrifugal) hava kompresörleri
savurma prensibiyle çalışmakla birlikte, dinamik kompresör anlamında "turbo
kompresör" olarak da adlandırılırlar. Fakat, "turbo" kavramı tam olarak
"santrifüj kompresör" kavramına karşılık gelmez. Çünkü, eksenel turbo kompresör
(uçakların gaz türbinleri içine hava basan türbine akuple/bağlı eksenel
kompresörler gibi) olabilir. Santrifüj kompresörler radyal/çapsal (yani havayı
ortadan emip çevresine savurarak sıkıştıran) esaslıdır. Santrifüj kompresörün
havayı sıkıştıran döner elemanı impellerin tasarım yapısı radyal-eksenel
karışımı olabilir. Ama eksenel kapsamına girmez. Sonuç olarak: özelllikle
Joy-Cooper-Cameron imalatı santrifüj hava kompresörleri turbo kompresör olarak
bilinirler. Hava kompresörü cinsi olarak, turbo kompresör ve santrifüj
kompresör adlarının aynı anlama geldiği dikkate alınmalıdır.
Basınçlı Hava Sistemleri
Sürme/Tahrik, Hava Kafası (Air End, Pistonlu Kafa, Vida veya
İmpeller) ve soğutma sisteminden oluşan hava kompresörü paketlerine/ünitelerine
ek olarak, komple bir basınçlı hava sisteminin diğer bileşenleri:
-
Basınçlı hava tankları/depoları
-
Basınçlı hava kurutucuları
-
Basınçlı hava hattı (yağ ve su tutucu) filtreleri
-
Basınçlı hava dağıtım boru sistemleri (Basınçlı hava tesisatı)
Basınçlı Hava Tankları
Basınçlı hava tanklarının kullanılma maksadı/faydaları:
-
Kullanıma hazır hava biriktirerek kompresörün hızlı bir çevrim (yükte-boşta
çalışma döngüsü) yapmasını önler
-
Kompresyon modülü, emiş kontrol sistemi ve motordaki aşınma ve yıpranmayı
azaltır
-
Hava akışındaki dalgalanmayı (basınç dalgalanmasını ve debi değişimini)
giderir
-
Ani ve aşırı hava taleplerinde arındırma/filtreleme sistemlerinin aşırı
yüklenmesini önler (sistemi/basıncı dengeler)
-
Rejenerasyonu takip eden çiğlenme ve sıcaklık artışını giderir
Basit bir prensip olarak, 1 m3/dk kompresör kapasitesi
için en az 150 litre hava depolama hacmi sağlanmalıdır. (Kompresörün en az 9-10 saniyede basacağı hava debisine denk olacak kadar.)
Basınçlı Hava Kurutucuları
Nem/Su, sıvı yada buhar fazında, basınçlı hava içinde (daima)
mevcut olup, basınçlı hava sistemine taşınır. Bu nem sistemden yeterince
uzaklaştırılamazsa/atılamazsa, basınçlı hava sistemi verimini kaybeder ve bakım
ihtiyaçları dramatik olarak (önemli ölçüde) artar ve (üretim kaybı ve bakım
masrafları dolayısıyla) önemli maliyet artışları olur.
Pnömatik aletlerin çoğu ve prosesler sıcak basınçlı havayı tolere
edemez. Kompresörler normalde son (nihai) soğutucular ve nem ayırıcıları
(kondenstoplar, su trapları) içerirler. Son soğutucular basınçlı havayı
soğuturlar ve içindki suyun önemli bir ksımının yoğuşup (kondenstoplar, su
tutucuları, su trapları vasıtasıyla) ayrılmasını sağlayan ısı
eşanjörleridir/değiştirgeçleridir. Su ve yağ buharları basınçlı hava soğutulunca
önemli oranda/miktarda sıvılaşarak yoğulum (kondensat) ayırma kaplarında
(kondenstoplarda) toplanırlar ve oradan periyodik olarak (otomatik boşaltma
sistemiyle v.s.) dışarı atılırlar. Son (Nihai) soğutucudan 35-38ºC sıcaklıkta
çıkan basınçlı havanın debisi ortalama 30 m3/dk ise, soğutucudan 24
saat'te yaklaşık 250 litre su geçer/çıkar. (Dışarı atılması gereken su
miktarı...)
Bu problemlerden kaçınmak için, basınçlı hava arındırma/filtreleme
aygıtları/cihazları kullanarak, su buharı ve diğer kirleticiler/kirler
uzaklaştırılır. Bu aygıtların uygun seçilmesi pnömatik uygulamalar için
kritiktir/önemlidir; ve basınçlı hava sistemlerini sofistike (çok
ayrıntılı/bileşenli) hale getirir.
Kullanılan pnömatik donanım/ekipman ve beklenen/istenen en düşük
ortam sıcaklığı kurutma yöntemini belirler. En yaygın kurutucu soğutucu
akışkanlı (soğutma gazlı) kurutucu olup, basınçlı havayı soğutarak nemden
arındırır. Kurutucudan geçerken soğuyan basınçı hava içindeki nem/su yoğuşur ve
yağ buharlarıyla birlikte sistemin boşaltma kaplarında toplanır ve periyodik
olarak dışarıya (sistem dışına) boşaltılır. Bu şekilde nemden arındırılarak
"kurutulan" basınçlı hava, basınçlı hava şebekesine (tesisatına) verilir/geçer.
Kurutucu (Dryer) performansı basınç çiğ noktası (dew point) sınıfı
(class) cinsinden ve özgün/spesifik giriş ve çıkış ortam koşulları cinsinden
belirtilir. Soğutucu akışkanlı kurutucu için en düşük çiğ noktası sınıfı Class
H'dir. Bu sınıf 1ºC'den 4ºC'ye kadar bir basınç çiğ noktası verir. Soğutucu
akışkanlı kurutucuların çiğ noktası Class H'den düşük olamaz; çünkü, kurutucu
içindeki su buharı donar. Pratikte en yüksek (soğutucu akışkanlı kurutucu)
basınç çiğ noktası 16ºC olup, daha yüksek çiğ noktaları kurutucudan sonraki boru
tesisatına kondenstat (yoğuşum) geçebileceği için kullanılmaz.
Soğutucu Akışkanlı (Soğutma Gazlı,
Soğutmalı) Kurutucular mekanik soğutma çevrimiyle (ekovat/kompresör,
evaporatör ve kondenserden oluşan soğutma sistemiyle) basınçlı havayı soğutarak
içindeki suyun ve yağ buharının yoğuşmasını sağlar. Yoğuşum toplandığı kaptan
(kurutucu çıkışında) periyodik olarak (otomatik) tahliye edilir. Soğutucu
akışkanlı kurutucuların çoğu basınçlı havayı yaklaşık 2ºC
sıcaklığına kadar soğutur, bu kurutucuların basınç çiğ noktası 1ºC - 4ºC
arasındadır. Kondensat (Yoğuşum) 0ºC değerinde donmaya başlayacağı için, bu
sınıfın alt sınır olduğunu dikkate almak gerekir.
Kimyasal (Desiccant)
Kurutucular desiccant (okunuşu: "desikkınt" veya yaklaşık Türkçe
söylenişi: "desikkant") adı verilen kimyasal boncuklar/tanecikler basınçlı hava
içindeki su buharını yüzeylerinde toplayarak (adsorbe ederek yani yüzeyinde
yapıştırarak/tutarak) basınçlı havadan ayırır. Silica gel (okunuşu: Silika jel),
aktifleştirilmiş alümina (alüminyum oksit) ve moleküler elek/süzgeç en yaygın
kullanılan desiccant'lardır. (Basınçlı hava kurutucularında silika jel
veya alümina tercih edilir.) Desiccant ortalama -40ºC basınç çiğ noktası
performansı verir. Moleküler elek/süzgeç sadece silika jel veya aktifleştirilmiş
alümina ile birlikte -73ºC basınç çiğ noktası uygulamalarında kullanılır.
Deliquescent
Hava Kurutucuları desiccant adı verilen
absorbtif tip kimyasallar vasıtasıyla basınçlı havayı kuruturlar. Çiğ noktasını
basınçlı havanın kurutucuya giriş sıcaklığının 10ºC ile 15ºC kadar altına
düşürürler. Basınçlı hava içindeki nem absorptif (soğurucu, içine çekici) bir
malzeme tarafından tutulur/çekilir (sıvılaştırılır) ve atık su olarak
kurutucudan boşaltılır. Bu atık su korrozyon yapıcı (korrozif) olup, yerel
mevzuata uygun olarak uzaklaştırılmalıdır.
Deliquescent kurutucular tipik olarak kumlama ve ağaç kesme
işlerinde kullanılırlar. Kurutucudan çıkan kurutulmuş basınçlı hava içine küçük
miktarda atık su karışabileceği için, çıkış tarafındaki basınçlı hava ekipmanına
(donanımına) zarar verebilir.
Filtreler
Coalescing (Birleştirerek biriktirmeli) tip filtreler basınçlı
havanın arıtılması için en yaygın kullanılan filtre tipidir. Bu filtreler sıvı
fazda suyu ve yağları basınçlı havadan ayırırlar ve soğutmalı kurutucuların
çıkış tarafına (soğutmalı kurutucudan sonra) veya kimyasal kurutucuların giriş
tarafına (kimyasal kurutucudan önce) monte edilirler.
Üreticilerin büyük bir çoğunluğu bu filtrelerde "temiz ve kuru"
hava için < 0.1 bar (1 psi) basınç düşümü/kaybı, normal çalışma koşullarında (yaş basınçlı
hava için) 0.2 ile 0.4 bar (3 ile 6 psi) kadar basınç düşümü/kaybı olduğunu iddia ederler.
Üreticiler filtredeki basınç düşümü/kaybı tipik olarak 0.7 bar (10 psi) değerine
yükseldiği zaman, ki yaklaşık olarak 6 ay ile 12 ay kadar bir çalışmaya karşılık
gelir; filtre elemanının değiştirilmesi gerektiğini belirtirler. Coalescing
filtreler, ayrıca, kir parçacıklarının tutularak, basınçlı hava sisteminden
uzaklaştırılmasını sağlarlar. Bununla birlikte, basınçlı hava içindeki katı
parçacıklar (kir) filtrenin erken tıkanmasına (basınç kaybının/düşümünün erken
yükselmesine) ve filtre elemanının ömrünün kısalmasına sebep olur.
Filtreler sıvı parçacık (partikül) büyüklüğü (mikron cinsinden) ve
verimine göre tanımlanırlar/belirlenirler. Örneğin: 0.50 mikron hassasiyetli ve
% 99.99 D.O.P. (yağ ayırma) verimli/etkili, 0.01 mikron hassasiyetli ve %
99.9999 D.O.P verimli/etkili.
Coalescing tip filtreler sadece sıvı fazdaki (yoğuşmuş) suyu ve
sıvı yağı tutabilir; su ve yağ buharlarını tutamazlar. Filtreden geçen su
buharı ve yağ buharı havanın soğumasıyla yoğuşabilir; bu yoğuşumun (basınçlı
hava kullanan ekipmana ulaşmasının) engellenmesi gerekir. Su ve yağ
buharlarının basınçlı havadan uzaklaştırılması için kurutucu
kullanılması gerekir.
Basınçlı Hava Dağıtım/Boru Sistemi
Basınçlı hava tesisatı sadece kompresör odasından
aletlere/makinalara nasıl hava bağlantısı yapılacağının belirlenmesi için değil;
aynı zamanda, kompresörün enerji sarfiyatını etkileyen başlıca faktör olarak
önemlidir. Yetersiz/Kötü tasarlanmış veya yetersiz/kötü bakım yapılan boru
sistemlerinin basınç kabı (kuruluşta) yüksek olur veya (kullanım esnasında)
artar; ve sonuçta, işletme maliyeti yüksek olur, (veya) artar. Yaygın yapılan
hata/yanlış, dağıtım sistemindeki problemleri halletmek için kompresörün çıkış
basıncını yükseltmektir. Bu, enerji maliyetlerinin artmasına yol açar.
Yüksek basınç kaçakların artmasına ve basınçlı havanın boşa
harcanmasına/atılmasına sebep olur; maliyet artışı ile basınçlı hava kayıplarının
artışı bir arada gerçekleşir.
Basınçlı hava dağıtım/boru sistemi basınçlı hava sistemi
kontrolünün (kontrol/danışmanlık desteğinin) başlıca odak noktasıdır (başlıca
kısmıdır).
Basınçlı Hava Kaçakları
Kaçaklar endüstriyel basınçlı hava sisteminde ziyan olan (boşa
harcanan) enerjinin önemli bir kaynağıdır; bazen, bir kompresörün çıkışının
(bastığı havanın) %20-30'u ziyan olur (boşa harcanır). İyi bakım yapılmayan
tipik bir tesiste toplam basınçlı hava üretme kapasitesinin %20'si kadar kaçak
olur. Diğer yandan proaktif kaçak saptama ve onarım kaçakları kompresör
çıkışının (kapasitesinin) %10'unun altına düşürebilir.
Basınçlı Hava Kontrolleri
Tesisin ne kadar havaya ihtiyacı vardır? Havanın miktarı ve
kalitesiyle ilgili olarak yapılması gereken çalışmalar, tesisin ihtiyacı ve
problemlerin saptanması Basınçlı Hava Kontrolleri (Kontrol/Danışmanlık Desteği)
kapsamına girer.
Basınçlı Hava Kontrolleri (Air Audits) satıcının/üreticinin basit
bir (ayak üstü, yürüyerek) incelemesinden ibaret olabildiği gibi, bir kaç günden bir kaç haftaya kadar uzayabilen, birkaç
bin dolara çıkabilen, yoğun izleme ve analiz çalışmasından oluşabilir. En
iyi basınçlı hava sistemi kontrolörleri/danışmanları (Auditors), kompresörler
üzerine ve her bir kullanım noktasına ölçme aygıtları yerleştirererek izlerler.
Hava dağıtım sisteminin haritasını/projesini/durumunu ortaya koyarlar ve kaçakları
kontrol ederler. Kurutucular, tanklar ve kontrol ekipmanı incelenir.
Müşteri istediği bilgi için ne kadar ödeme yapmayı
düşünüyorsa/istiyorsa, ona göre tercih kullanabilir. Kimisi çok yüksek güçlü
(çok fazla beygir güçlü, kilowat'lı) basınçlı hava sistemine sahiptir, ve
birşeyler yapmaya (bir çözüm getirmeye) motive olmuştur; onun için, kapsamlı bir
kontrol/danışmanlık desteği satın alması gerekir. Kimisi, sadece kitaplardan,
internetten (açık kaynaklardan) veya konuyla ilgili seminerlerden bilgi almak
ister ve alacağı bilgiyi yeterli görebilir.
Isı Geri Kazanma
Endüstriyel hava kompresörünün kullandığı elektrik enerjisinin
%80-93 kadarı ısı enerjisine dönüşür. Bir çok durumda, uygun dizayn edilmiş (iyi
tasarlanmış) ısı geri kazanma ünitesi bu termal enerjinin %50-90 kadarını geri
kazanabilir/alabilir ve faydalı hava veya su ısıtma işi yapabilir. Sıcak havadan
geri kazanılacak ısı, bağıl/göreceli olarak düşük sıcaklık ısısıdır (40 ºC'nin
altı) ve sınırlı uygulanabilir. (NOT: Yağ soğutucusundan geri
alınacak ısı, kompresörün yağ sıcaklığı 100 ºC'ye kadar çıkabildiğinden,
havaya göre daha yüksek sıcaklıkta gerçekleşir ve bu ısı sıcak su üretiminde
kullanılabilir.)
İçten yanmalı motorla sürülen kompresörlerde hava kafasında
(vidada, pistonlu kafada) ortada çıkan ısı düşük olmakla birlikte, motorun
sıcaklığı/ısısı çok daha yüksek olabildiği için, düşük basınçlı buhar üretiminde
dahi kullanılabilir. Motorun silindir gömleği soğutma suyu 80-90 ºC
olabilmektedir. Genel bir kural olarak gaz (sıvı) yakıtın giriş enerjisinin
(benzin veya mazotun yada gaz yakıtın motora giriş enerjisinin) %30'u yüksek
sıcaklıkta ısı enerjisi olarak geri alınabilir. Uygulamada ihtiyaç duyulan
sıcaklık düşük ise, giriş enerjisinin %90'ı geri alaınabilir.
Tipik bir içten yanmalı motorlu kompresör 2800 kcal/HP yakıt giriş
enerjisine ihtiyaç duyar (1 HP için 2800 kcal/h). Buna göre 200 HP kompresörde
56000 kcal enerji girişi olur ve 168000 kcal geri alınabilir. Hava kompresörü
ile aynı saatlerle (aynı çalışma süresince) çalışan küçük bir sıcak su kazanına
denktir. Büyük endüstriyel motorlar (> 250 HP) 1900 kcal/HP gibi düşük yakıt
giriş enerjisiyle çalışabilirler.
Isı geri kazanma sisteminin değerlendirme anahtarı, geri
kazanılabilecek ve ihtiyaç duyulan ısı arasında termal uyumluluk (sıcaklık
uyumluluğu), ve üretilen ve ihtiya duyulan ısılar arasında saat (zaman)
uyumluluğudur. Tesis (Kurulum) maliyeti de, ayrıca hesaba katılmalıdır. Sadece
ısının mevcut olması değil, geri kazanılmasının ekonomik olması gerekir.
Özellikle, küçük sistemlerde ısı geri kazanma sistemine bol/fazla para harcamak,
yeterli kalori (ısı enerjisi) geri alınamayacağı için, faydasız olabilmektedir.
Ayrıca, hava kompresörünün çalıştığı ve ısıya ihtiyaç duyulmayan zamanlarda,
kompresörde üretilen ısının atılabilmesi (kompresörün soğutulabilmesi için) için
bir ısı atma sistemi (soğutma sistemi) kurulu olması gerekir. Bunun maliyeti
(Soğutma sistemi maliyeti), tesis/kurulum maliyetine eklenir.
Ekonomiklik ve
İşletme/Çalıştırma Maliyetleri
İşletme maliyetlerini teorik olarak hesaplamak kolaydır; fakat
gerçek maliyetlerin yoğun ölçme ve izleme faaliyeti olmaksızın saptanabilmesi
çok zordur. Çünkü, gerçek çalışma yük faktörü işletme maliyeti için kritik öneme
sahip olup, tam yükte çalışma hariç, kısmi yüklerde çalışma durumundaki işletme
maliyetini (ölçüm yapmadan) doğru hesaplamak hemen hemen imkansızdır. Genelllikle (yaygın olarak) hava kompresörünün bir yıllık işletme maliyeti
başlangıçtaki satın alma maliyetinden (bunun 1 yıla düşen kısmından) daha
yüksektir; ama, bir çok kişi, en ucuz (satın alma maliyeti en düşük) kompresörü
satın alırken, bunu (bu durumu) dikkate almaz.
Elektrik Motoru İşletme Maliyeti
En basit formül:
(Hava Kompresörü Gücü, HP) x (0.736 kW/HP) x (1 / Motor Verimi) x (Yıllık Çalışma Saati)
x (Ortalama Elektrik kWh Maliyeti) x (Yük Faktörü)
Motor verimi bilinmiyorsa, 0.9 (%90) kabul edilebilir. Yük faktörü
bilinmiyorsa, 0.8 (%80) kabul edilebilir.
Daha hassas formül için, Güç Faktörü (Kosinüs φ), talep yükleri
(farklı sarfiyat durumu ücretleri), üst pik ve alt pik (on-peak ve off-peak)
elektrik değerleri, tümleşik (entegre edilmiş) yük faktörü dikkate alınır. Bunu,
elle, (ilgili değerleri) ölçmeden ve yük faktörünü bilmeden hesaplamak zordur.
(NOT: Yukardaki formülde yer alan HP = Metrik HP,
PS, BG)
İçten Yanmalı Motor (Gaz Motoru) İşletme Maliyeti
En basit formül:
(Motorun Beygir Gücü, HP) x (2800 kcal/HP) / (8900 kcal/m3)
x (Yıllık Çalışma Saati) x ($/m3) x (Yük Faktörü)
Gerçek motor yakıt giriş değeri (yakıt sarfiyatı) biliniyorsa, HP
x kcal/HP değeri yerine onu (gerçek sarfiyat değerini) kullanın. İçten yanmalı
motorlarda yük faktörünü hesaplamak zordur; motorunun kontrol edilmesine, devir
sayısına ve kompresörün (hava kafasının) güç talebine/ihtiyacına göre
değişebilir.
Yük Faktörü
Hava kompresörleri nadiren tam yükte (tam yükle) çalışırlar.
İşletme maliyet analizi yaparken, kıyaslanan sistemlerin kısmi yüklerde enerji
taleplerini (sarfiyatlarını) anlamak önemlidir.
Elektrik Motorları
Eski elektrikli hava kompresörleri yük durumunu dikkate almaksızın
sürekli çalışırlardı. Bu tip üniteler çalıştıkları her saat için tam güçlerinin
%80'e kadarını kullanırlar. Bazı yeni ünitelerde hava kafası (vida veya pistonlu
kafa) boşta çalışma özelliği iyileştirilmiştir/geliştirilmiştir; bunun anlamı,
elektrik motoru hava talebi olmayan zamanlarda/periyodlarda yüksüz çalışır
demektir. Sonuç olarak, yüksüz çalışan elektrik motoru anma gücü değerinin (tam
yük gücü değerinin) %30'u kadar elektrik harcar. Dolayısıyla, sürekli çalışıyor
olsalar bile, bu (yeni tip) kompresörlerin elektrik motorları kompresör yüksüz
veya boşa geçmiş olarak çalıştığı için, önceden (sürekli çalışmaya göre)
hesaplanandan daha az elektrik harcarlar. En yeni ve en yüksek verimli
elektrikli kompresör üniteleri, hava talebi olmayan kısa periyodlarda motoru
durdururlar (stop ederler). Bu çevrimler (yüke ve boşa geçme, boşta bekleme ve
stop etme) saniyeler içinde gerçekleşebilir. Bazı üniteler motorun devrini hava
talebine göre değiştiren değişken devir (frekans) sürücüleri (variable speed
drives) kullanırlar. Bununla birlikte, değişken devirli sürücü kullanılan
ünitelerin satın alma maliyeti (ilk maliyeti) önemli oranda yüksektir.
İçten Yanmalı Motorlar (Gaz Motorları)
İçten yanmalı motorların kısmi yüklerde çalışma avantajı vardır.
hava kafasının (Vidanın veya pistonlu kafanın) nasıl kontrol edildiğine bağlı
olarak, yüksüz çalışan kompresör ürettiği havayı boşaltabilir (emişi kısabilir
ve/veya havayı boşa atabilir), böylece motor aynı devirle dönse bile daha az güç
harcar. Büyük ünitelerde motor devri hava talebine göre değiştirilebilir.
Bununla birlikte, içten yanmalı motoru olan kompresörler elektrikli motoru olan
kompresörlere karşı önceden sahip oldukları bazı avantajları en yeni ve yüksek
verimli elektrikli kompresör ünitelerine karşı (kısmen) kaybetmişlerdir.
İlk Maliyetler (Satın
Alma + Tesis Etme Maliyetleri), Bakım Maliyetleri ve Geri Ödemeler
İçten yanmalı motorlu kompresör paketleri/üniteleri elektrikli
ünitelere göre, her iki cins de aynı konvensiyonel/yaygın donanıma sahip iken,
iki kata kadar (daha) pahalıdır. Değişken devir sürücüleri olan elektrikli
ünitelerin satın alma maliyeti içten yanmalı motorlu ünitelerin satın alma
maliyetine yaklaşabilir. Endüstriyel cins/sınıf içten yanmalı motoru olan
kompresörler en yüksek satın alma maliyeti olan kompresörlerdir.
Hava kafası (Vida veya pistonlu kafa) kısmı tamamen aynı olsa
dahi, içten yanmalı motorları olan kompresör ünitelerinin bakım maliyetleri
(içten yanmalı) motor'a karşı elektrik motoru durumundan dolayı, ayrıca, yüksek
olacaktır. Tipik bir kural olarak, içten yanmalı motorların 1 saat'lik
çalışmaya karşılık gelen bakım maliyeti, 0.01$/HP'dir. (Örnek:
2000 çalışma saati için 20$/HP) İçten yanmalı motorlu
kompresör ünitelerinin ortalama bakım maliyetleri ticaretini/işini bitirecek
(rekabet etmesi mümkün olamayacak) düzeyde fazla değildir ama kıyaslamada önemli
bir faktör olarak dikkate alınmalıdır.
En yüksek ısı geri kazanma miktarı içten yanmalı motorlu
kompresörlerden elde edilebilir; çünkü, içten yanmalı motorlar elektrikli
motorlara kıyasla çok yüksek sıcaklıklarda çalışır. Aynı güçler için, içten
yanmalı motoru olan kompresörden geri kazanılabilecek ısı miktarına göre
yakıt maliyeti, denk bir sıcak su (veya düşük basınçlı buhar) kazanının yada
motor olmadan ısı üreten herhangi bir ısıtıcının yakıt maliyetine yakındır.
(İçten yanmalı motorlu kompresörün enerji geri kazanım sistemi
olması durumundaki yakıt maliyeti ısıtıcı aygıt veya makinanın yakıt
maliyetinden önemli oranda fazla değildir. Dolayısıyla basınçlı hava üretimi
dışındaki enerji sarfiyatı tam telafi edilmiş -geri kazanılmış- olur.)
Genellikle (Amerika'da), içten yanmalı (gaz) motorlu hava
kompresörleri elektrikli ünitelere göre daha düşük (enerji sarfiyat bedeli)
maliyetle çalışırlar (elektrik daha pahalıya gelir). Buna rağmen, yüksek
satın alma bedeli, müşterisi açısından, gerçek geri ödemenin hangisinde (elektriklide mi içten yanmalı motorlu da mı
?) olacağı konusunda dikkatlice bir
analizi gerektirmektedir.
Bu çalışma orijinali
www.energytechpro.com web sitesinden alınmış "Compressed Air Tutorial"
makalesinin, esasını bozmadan, az değiştirilmiş Türkçe'si olup;
İngilizce'sinin telif hakkı orijinal sahibine, Türkçe'sinin kopye hakkı Erdoğan
Tan'a ve Aktif Kompresör Ltd. Şti.'ne aittir. Bu makale (Türkçe'si) Erdoğan Tan
veya Aktif Kompresör Ltd. Şti.'nin izni olmadan kopyelenmemeli veya yazılar
değiştirilerek ve bilgi kaynağı gizlenerek taklit edilmemelidir.
............................
© Erdoğan Tan -
Mayıs 2008
..................................................................................................................................................
Bu web sayfası ve makalenin içeriği Erdoğan
Tan tarafından Aktif Kompresör Ltd. Şti. web sitesi için
hazırlanmıştır...
Sources: Text Bob Fegan 2002; based on information from: The
Energy Solutions Center Air Compressor Consortium web site AirCompressor.org,
Compressed Air Challenge website knowpressure.org, Ingersol-Rand web site
air.ingersoll-rand.com ; 3/2003
|
