14.10.2006 13:59    

Basınçlı Hava Kurutucular: Genel Tanıtım
1. Giriş
Basınçlı Hava Doğal Olarak Nem İçerir
Basınçlı hava, normal atmosferik çevre havasından elde edildiğinden su buharı durumunda nem içerir. Su miktarı sıcaklıkla değişir. Hava ne kadar sıcaksa o kadar fazla miktarda su buharı taşıyabilir. Bu nem, kontrol edilmediği taktirde basınçlı hava tesisatı içinde sıvılaşır ve birçok problem çıkmasına sebep olur. Atmosferden emilen hava içindeki tozlar ve kompresörden katılan yağlama yağı, beraberce, oldukça zarar verici bir macun oluştururlar. Bu macun, contaları etkiler, bozar havalı el aletlerine zarar verir, kontrol ve ölçme enstrümanlarının yanlış çalışmalarına yol açar.

Aşağıda sayılan şu aksaklıklar pahalıya mal olabilir:

Verim kaybı:
Havalı el aletleri ve kontrol sistemleri paslanarak verim kaybına uğrarlar.
% 100 kapasitede çalışamazlar.
Gereksiz masraflar:
Basınçlı hava sistemi içinde bulunan su, maliyetleri artırır. Sadece su ayırıcıların kullanıldığı şebekelerde de verimler düşük ve bakım masrafları yüksektir.
Kesintiler:
Basınçlı hava içindeki su, çalışma esnasında kesintilere neden olarak üre-tim kayıplarına yol açar. Valfler ve kont-rol elemanları, suya maruz kalınca bozulurlar. Pnömatik silindir pistonları tutukluk yapar veya değişik hızlarda çalışarak, ürün ıskartalarına neden olurlar.
Bakım masrafları:
Nemli hava el aletlerinin, valflerin, silindirlerin, boya tabancalarının, ve enstrümanların daha sık ve düzenli bakım ve tamirini gerektirir.
Ürün kalite hataları:
Boyama veya karıştırma-iletme-temizleme gibi ürünle basınçlı havanın doğrudan doğruya teması olan durumlar-da üründe kalite bozuklukları ortaya çıkabilir.
2. Basınçlı Havanın Kurutulma Yöntemleri

2.1. Nemin Yoğuşturulması
2.1.1. Mekanik yöntem
(Havanın kullanma basıncından daha yüksek bir basınca kadar "aşırı" sıkıştırılması, çevre havası ile soğutulması, yoğuşan nemin ayrılması, basıncın kullanma basıncına düşürülmesi).
Böylece çiğlenme sıcaklığı, çevre sı-caklığından daha düşük olan bir basınçlı hava elde edilebilir. Basınçlı hava kurutucuların bulunamadığı eski yıllarda ve halen bunların temin edilemediği seyyar şantiye şartlarında bu yöntem kullanılmaktadır.

Yöntem, termodinamikte ideal gaz bu-har karışımları için geçerli olan Dalton Kanununa dayanmaktadır:
a. Bir kap içindeki gaz karışımının basıncı, bu kap içinde bulunan gaz ve buharlardan her birinin kap içinde yalnızca bulunurken sahip olduğu gaz (buhar) kısmi basınçlarının toplamına eşittir.
b. Bir kaptaki buharın (kısmi) basıncı yalnızca sıcaklığına bağlıdır.

Sonuç olarak hava ve su buharının karışımı olan nemli havanın içindeki su buharının kısmi (parsiyel) basıncı sa-dece sıcaklığa bağlı iken, ikinci unsur olan havanın kısmi basınç payı artan basınçla orantılı olarak arttığından ba-sınç yükseldikçe hava içinde buhar olarak karışımda kalabilecek su bu-har miktarı azalmaktadır. Şekil 2.1'den herhangi bir basınçtaki neme doymuş havanın buhar halinde içerebileceği su (nem) miktarı [g/m³] olarak alınabilir.
Basınç örneğin 10 bar a (9 bar g) değe-rine çıktığında, ve sıcaklığı aynı kaldığında basınçlı havanın hacmi (büyük bir yaklaşıklıkla ideal gaz kabul edilip p1 v1 = p2 v2 izoterm hal değişim denklemi uygulanırsa) 10' da 1' e (0,1 m³) düşmektedir. Bu halde hava içindeki su buhar miktarı da azalan hacimle orantılı olarak diyagramda verilen değerin 1/10'una düşmektedir. Diyagram, her basınçtaki 1 m³ havanın doymuş halde taşıyabileceği nem miktarını vermektedir.

Bu hava genleştirilerek serbest hava haline getirildiğinde, içereceği nem miktarını
basit formülünden hesaplayabiliriz.

Xps [g/m³] p mutlak basıncındaki (havanın) içerdiği nem,
Xs [g/m³] serbest (1 bar mutlak basınçtaki ) havanın içerdiği nem,
p [bar] havanın mutlak basıncı.

Örnek 1.
20 °C sıcaklık ve 7 bar manometre basıncındaki basınçlı havanın serbest ha-le geldiğinde içereceği nem miktarı:

Şekil 2.1'deki diyagramdan:
x s = 0,017 g/m³ alınarak
bulunur.

Örnek 2.
Hava 24 bar mutlak basınca sıkıştırılıp 40°C' ye kadar soğutularak yoğuşan suyu alındıktan sonra, 7 bar manomet-re basıncına düşürülerek kullanıma arz ediliyor. İçerdiği nem miktarı ve bu-na karşıt çiğlenme sıcaklığı derecesi-ni Şekil 2.1'deki diyagramdan istifade ederek hesaplayınız.

24 bar a 40°C şartındaki basınçlı ha-vanın içerebileceği nem miktarı:
XPS = 57 g/m³
Bu hava 7 bar g = 8 bar a basınca dü-şürüldüğünde içereceği nem miktarı:
Buna karşıt olan denge sıcaklığı diyag-ramdan 20°C olarak bulunur (7 bar g' deki havanın çiğlenme sıcaklığı).

2.1.2. Soğutma yöntemi ile kurutma (Mekanik soğutmalı kurutucular)
Basınçlı havanın en fazla kullanılan kurutma yöntemi, onu bir soğutma makinası (sistemi) yardımı ile soğutmaktır. +2/+4 °C'ye kadar soğutulan basınçlı havanın içerdiği su buharının büyük bir kısmı, sıvı su (kondensat) haline geti-rilerek ondan ayrılır. Böylece hava kurutulmuş olur. Kompresyonlu (mekanik soğutmalı) bir soğutma sistemi yar-dımı ile çalıştırılan basınçlı hava kurutucular BHK- iki ana gruba ayrılırlar:

2.1.2.1. Kapasite kontrollü
soğutma kompresörlü basınçlı
hava kurutucular
Küçük ve orta debili BHK'larda soğutma kompresörü devamlı çalışır hava debi veya geliş sıcaklığının azalmasından dolayı gerekli soğutma kapasitesinin bir kısmı sıcak gaz baypas metodu veya başka bir kapasite kontrol yöntemi ile düşürülerek, nemli havanın çiğlenme sıcaklığının 0 °C 'nin altına düşmesinin önüne geçilir. Şekil 2.2 ve Şekil 2.3'te iç-içe borulu eşanjör kullanılan (küçük-orta kapasiteli) bir BHK'nın şeması görülmektedir. Enerji tasarrufu açısından, BHK'ya giren nemli-sıcak bh önce bir hava-hava ısı eşanjöründe ters yönde akan soğuk-kuru bh tarafın-dan ön soğutmaya tabi tutulmaktadır.

Büyük kapasiteli BHK'larda kullanılan soğutma kompresörlerinde kapasite kontrolü uygulanarak kısmi yüklerde enerji tasarrufu sağlanır. Orta kapasitelerde, BHK birden fazla soğutma devresiyle düzenlenerek daha etkin bir enerji tasarrufu sağlamak mümkündür.
Tüm soğutmalı BHK'larda bh sıcaklı-ğının 0 °C 'nin altına düşmesi tehlike-lidir. Bu durumda bh'dan ayrışan su kar- buz (katı) halde olduğundan boruları tıkar ve hava geçmez olur. İstek dışı oluşan böyle durumlarda enerji kesilerek sıcaklığın 0 °C 'nin üzerine yükselmesini beklemek gerekir. Bu esnada çok gerekli olan kısımlara, nemli de olsa, basınçlı havanın gidebilmesi için kuru-tucu baypas vanası biraz açılır. Bu şekilde BHK geçişinin daha çabuk açılması sağlanır. BHK bağlantısının baypas vanalı yapılması bu bakımdan çok fay-dalıdır. Bunun ötesinde tüm BHK'ların boru hattından kazara gelebilecek her büyüklükte katı maddelerle tıkanmalarını önlemek için girişlerine bh-pislik tutucusu veya bh-filtresi koyulması önemle tavsiye edilir.

Küçük kapasiteli BHK'larda, emilen soğutkan buharları tarafından soğu-tulan tam kapalı (hermetik) soğutma kompresörlerinin soğutma kapasitesi, müsaade edilir oranda sıvı soğut-kanın, evaporatörden buharlaşmadan geçerek, kompresöre döndürülmesi ile de kontrol edilebilir. Bu durumda, buharlaştırıcı girişinde, buharlaşma basıncını kontrol eden bir genleşme vanası kullanılır. Basınçlı hava geçişinin herhangi bir şekilde durması, azalması veya giriş sıcaklığının çok düşmesi halinde soğutma kompresörünü korumak için bir koruma termostatı mevcuttur. Şekil 2.4 'de yukarıda görülen iç içe boru geometrisinden farklı özel olarak geliştirilmiş, hava/hava ısı eşanjörü ile hava so-ğutucunun tek gövde bünyesinde kom-bine edildiği bir BHK' nın şeması görül-mektedir. Burada soğutkan, soğutucuya bir sabit basınç genleşme valfı kontrolü altında girmektedir.
Kurutucu kapasitesinin büyümesi ile, baypas kontrol valfinden çıkan kızgın soğutkan buharlarının hermetik kompresör motoruna veya kompresöre zarar vermemesi için soğutma kompresörü emişine gelmeden önce, soğutulmaları gerekir. Şekil 2.5'te orta bü-yüklükte baypas kontrollu bir BHK'da uygulanan çözüm şekli görülmek-tedir. Kompresörün devamlı çalıştığı, kapasite kontrolünün bir kısım soğutkanın soğutma kapasitesinin kullanılmadan yok edilmesi prensibine göre yapıldığı orta kapasitedeki BHK'lara diğer bir örnek evaporatörde (bh so-ğutucu eşanjör) buharlaştırılamayan sıvı soğutkanın, kompresöre gitmesini önlemek için kullanılan sıvı akümülatörünün, kompresörden çıkan kızgın buhar ile ısıtılmasıdır. Şekil 2.6'da özel dizayn böyle bir BHK'nın şeması verilmiştir. Sistemde sabit buharlaşma basıncı sağlayan basınç kontrollü bir genleşme valfi kullanılmıştır.
2.1.2.2. Termal volanlı, çalış-dur (start-stop) kumandası ile çalışan,
soğutma kompresörlü, basınçlı
hava kurutucular
Termal volanlı BHK'larda soğutucu, (ve bazen havahava ısı eşanjörü) içindeki maddesel kütle nedeni ile yüksek bir ısı sığasına sahiptir. Bu kütleye termal volan adı verilir. Termal volan katı veya sıvı halde olabilir. Bunun yardımı ile sis-temde soğuyu biriktirilebilir ve gerektiğinde bu kütleden basınçlı havaya ısı verilerek soğutma kompresörü dururken de soğutma işlevi devam ettirilebilir. Bilhassa BHK'nın gereksinimden büyük seçildiği hallerde veya havanın soğuk olduğu, yahut bh sarfiyatının azaldığı zamanlarda istenen çiğlenme sıcaklığının sağlanması kolay olduğu gibi, elektrik enerjisi sarfiyatı da azalır. Soğutma kapasitesi gereksiniminin azaldığı sürelerde dahi, soğutma sistemi tam kapasite ile çalışmasına devam eder. Termal kütle sıcaklığı ayarlanan alt sıcaklığa geldiğinde, bir termostat soğutma kompresörünü durdurur. Termal kütle kurutucu içinden akmaya devam eden bh'yı soğutmaya devam eder bu esnada sıcaklığı yükselir. Ayarlanan üst sıcaklığa, erişildiğinde, kumanda termostatı soğutma kompresörünü yeniden çalıştırır. Şekil 2.7'de bu tip BHK' nın basitleştirilmiş şeması verilmiştir. Küçük kapasitedeki bu tipte, hava-hava ısı eşanjörü ile bh soğu-tucu Şekil 4'teki örnekte olduğu gibi, aynı zamanda termal volanı oluşturan aynı blok gövde içindedir. Şekil 2.8'deki şemada orta kapasitedeki termal volanlı bir BHK' nın fonksiyon şeması görülmektedir. Kompresöre kumanda ederek gerektiği gibi çalışıp durmasını temin eden termostat, doğrudan doğruya 3 noktasında ölçülen çiğlenme sıcaklığına göre çalışır. Otomatik kumanda basittir. Bu tipteki BHK'lar her kapasitede yapılabilir. Baypaslı BHK'lara göre daha büyük ve termal kütleden dolayı daha ağırdırlar. Mevsim değişmelerinden etkilenmezler.

2.1.2.3. Büyük kapasiteli-soğutmalı basınçlı hava kurutucular
Tersane, rafineri, demirçelik gibi basınçlı hava tesisatının merkezi olduğu fabrikalarda büyük kapasiteli BHK'lar kurulabilir.

Bunlar BHK sistem parçalarının büyüklüğü bakımından, bazı durumlarda parça parça nakledilerek kurulabilirler. Bun-lar büyük soğutma tesisatı kapsamına girerler. Şekil 2.9 ve Şekil 2.10’da bunlara bazı örnekler verilmiştir.
3. Membran Kurutucular-
(Su Buharının Membran Filtrede Tutulması)

3.1. Membran Teknolojisi - Gazların Membran
Süzgeçlerden Geçirilerek Ayrılması
Günümüzde sıvılar içinde erimiş tuz moleküllerinin dahi ayrılabildiği (ters osmoz) membran teknolojisi son 40-50 yılda gazlara da uygulanmakta ve sanayide kullanımı belli uygulamalarda ekonomik olabilmektedir. Basınçlı havanın kurutulma prosesi, onu içi delik fiber membranlardan geçirirken su buharı moleküllerinin membran duvarlarından dışa doğru sızarak oksijen ve azot moleküllerinden ayrılması ile gerçekleşir. Bu deliklerden çıkan hava kurudur. Delik fiberin dışına sızmış olan su buharı, çıkıştan geri alınan az bir miktar kuru hava yardımıyla süpürülerek fiber membranlardan uzaklaştırılır ve bir hava boşaltma valfi veya orifisten geçirilerek atmosfere atılır (Şekil 3.1). Membran kurutucudan geçirilecek basınçlı hava içinde yağ olma-malıdır. Yağ molekülleri membranı kirleterek onun tıkanmasına sebep olur. Bu nedenle basınçlı hava, önceden, içindeki yağı 0,01 ppm'in altına düşürecek bir filitreden geçirilmelidir. Şekil 3.2' de membran kurutucunun genel durumu görülmektedir. Membran kurutucu elemanları gruplar halinde seri ve paralel bağlanarak, değişik kapasitede ve kurulukta basınçlı hava sağlayabilirler (Şekil 3.3).
3.2. Membran Kurutucuların Avantajları
Elektrik bağlantısı gerekmez, soğutkan kullanılmaz, çok az yer kaplar, bakıma gerek yoktur, patlamaya karşı emniyetlidir (ex-proof), sessiz çalışır, hareketli parçaları yoktur. Ancak membranın zamanla toz partikülleri ve yağla tıkanmaması için filtre bakımına çok önem verilmelidir.

TESİSAT DERGİSİ
ÇALIŞMALARINDAN ALINTIDIR.
UMARIM TEKNİK BİLGİ OLARAK ARKADAŞLARIN İŞİNE YARAR.