HiVent Blog

‹ GERİ

Duman ve Toz Emiş Sistemlerinde Basit Hesaplamalar Nasıl Yapılır?

 

 

Kaynak dumanı, metal tozları ve benzeri endüstriyel kirleticilerin emilmesi ve filtre edilmesi için kullanılacak bileşenlerin seçimi bir dizi hesaplama gerektirir. Bu hesaplamalar genelde oldukça karmaşıktır. Bu yazımızda en basit haliyle anlatmaya çalışacağız.

Öncelikle kirleticilerin cinsine göre taşıma hızlarının saptanması zorunludur.

 

Aşağıdaki formül en basit haliyle en az taşıma hızını hesaplamak için kullanılabilir. (Minimum transport velocities of mineral and metallic dust in exhaust systems. R.E. Pocovi, G.Villaflor, J.E. Flores.)

 

V_d= 10,4 x p^0,37 x d^0,26

V_d= en az tasarımsal hava hızı, m/saniye

P= katı partikül yoğunluğu, gr/cm³

d= katı partiküllerin ortalama çapı, mm

Örnek hesaplama:

Çimento özgül ağırlığı: 3,2 g/cm³. 3,2 ^0,37 = 1,54

Çimento partikül boyutu: 0,03 mm. 0,03 ^0,26 = 0,40

V_d= 10,4 x 1,54 x 0,40 = 6,40 m/s

 

Burada çıkan sonuç, kanal tasarımında göz önüne alınacak en düşük tasarımsal hava hızını verir. Genel uygulamalarda, bu değerlerin daha üzerinde hava hızları seçilir. Gerçek yatay ve dikey taşıma hava hızlarını da daha karmaşık denklemlerle hesaplamak mümkündür.

 

Bazı partiküller için tercih edilen örnek taşıma hızları aşağıdaki gibidir. (Nordfab şirketinden alıntı yapılmıştır)

 

Kirletici	Kirletici Örnekleri	Tasarım Hızı (m/s)
Duman, buharlar, gazlar	Tüm duman, buhar ve gazlar	İstenilen herhangi bir hız  (ekonomik optimum hız genellikle 5-10 m/saniyedir)
Dumanlar	Kaynak dumanı	10-13
Çok ince hafif toz	Pamuk tiftiği, odun tozu, toner tozu, boya pigmentleri	13-15
Kuru toz ve tozlar	Pamuk tozu, talaş (hafif), deri talaşı, ince kauçuk tozu, Bakalit kalıp tozu, jüt tiftiği, sabun tozu, plastik tozu	15-20
Genel endüstriyel toz	Genel malzeme elleçleme, taşlama tozu, kahve çekirdekleri, parlatma tiftiği (kuru), yün tozu (sallama atığı), ayakkabı tozu, granit tozu, silika unu, tuğla kesme, kil tozu, çimento tozu, tuğla tozu, alçı tozu, dökümhane (genel), kireç taşı tozu, tekstil endüstrisinde asbest tozunun paketlenmesi ve tartılması, hayvan yemi ürünleri	18-20
Yoğun toz	Talaş (ağır ve ıslak), ahşap bloklar, metal talaşları, kum püskürtme tozu, dökümhane tamburları ve sallama tozu, domuz atığı, pirinç talaşları, dökme demir delme tozu, kurşun tozu	20-23
Ağır veya nemli	Küçük talaşlı kurşun tozları, nemli çimento tozu, transit boru kesme makinelerinden çıkan asbest parçaları, cilalama tiftiği (yapışkan), kireç tozu, ahşap atıkları (taşıma sistemleri)	23 ve üzeri

 

Taşıma hızı saptandıktan sonra, bu partikülleri güvenli şekilde hangi hava hızı ile taşımanın gerektiği belirlenmiş olacaktır. Sistem tasarımında bu taşıma hızının altına inmemeye azami dikkat etmek gereklidir.

Tozlar partikül büyüklüğü bakımından;

-Çok ince tozlar (0,1-50 µm)

-İnce tozlar (50-100 µm)

-Kaba tozlar (100-1000 µm);

şeklinde sınıflandırılabilirler.

Çok ince tozlar ise endüstride 3 grup altında toplanır:

-Ultra ince tozlar (0,1-1µm dolaylarında)

-Süper ince tozlar (1-10 µm dolaylarında)

-Granülümsü ince tozlar (10-100 µm dolaylarında)

Taşıma için gerekli hava hızını belirledikten sonra kullanacağımız boru/kanal kesitine göre debimizi hesaplayabiliriz.

Hava debisi hesaplama formülü:  Q = V x A

Q = Debi, V = Hava hızı (m/s), A = Kesit alanı (m²)

ÖRNEK:

20 m/s hava hızı ve 200 mm çaplı dairesel kanal kullanılacaktır.

200 mm çaplı borunun alanı: 0,031416 m²

Q= (20 x 0,031416) x 3600 = 2262 m³/saat

Bu kirleticiyi 200 mm çaplı bir dairesel kanalda güvenli şekilde taşımak için bize gerekecek en düşük hava debisini bu şekilde saptayabiliriz.

Peki bu debiyi üretecek olan fanımızın basınç değeri ne olmalı?

Bu noktada hesaplamalar biraz daha karışık hale gelir.

Merkezi veya mobil sistem olması fark etmeksizin, tasarımda kullanılacak tüm bileşenlerin basınç etkileri olacaktır.

Mobil duman/toz emme makinesi tasarımında öncelikle makinenin tasarımından kaynaklanan toplam basınç kaybını bilmemiz gerekir. Çünkü seçeceğimiz fan, bu toplam basıncı yenmek zorundadır. Bu tip cihazların tasarım aşamasında kirli hava giriş kanalları, havanın yönlendirildiği kesitler, kullanacağımız filtrelerin basınç kayıpları (filtre üreticileri bu değerleri teknik dokümanlarında yayınlamaktadır) ve benzeri birçok faktörü dikkate alarak, olabilecek en düşük basınç kayıplarına göre bir tasarım yapmak gereklidir. Elbette bu makine ile birlikte kullanılacak olan emiş kolu, hortum gibi ekipmanların da ayrı ayrı basınç kayıplarını hesaplamak gereklidir. Örneğin, emiş kolu tamamen esnek hortum ile tasarlanan makinelerde ve sistemlerde basınç kayıpları çok daha fazla olacaktır.

Merkezi sistemlerde de filtre ünitesinin tasarımsal basınç kayıplarının yanı sıra, boru/kanal kesitleri, uzunlukları, bağlantı elemanlarının yapıları ve sayıları gibi birçok faktör hesaplanarak basınç kayıpları düzgün şekilde hesaplanmalıdır. Bu hesaplara göre bir fan seçimi zorunludur.

Borulu sistemlerde basınç kayıplarını hesaplamak için aşağıdaki formül kullanılabilir;

Δpb= λ*(l/D)*(ρ/2)*v2 *10-5
λ Boru sürtünme katsayısı
l Boru uzunluğu
D Boru iç çapı
ρ Yoğunluk
v Hava hızı

 

Dirsekler ve kanal bağlantı ekipmanları için ise farklı formüller kullanılır.

Ayrıca kullanacağımız borulardaki sürtünme faktörlerinin de hassas şekilde hesaplanması gereklidir. Bu tür sistemlerde boru için hava akışının türbülanslı olduğu unutulmamalıdır. Kullanacağımız borunun pürüzlülük değeri (ε) / boru çapı (d) formülüyle elde edilecek olan sayı Moody diyagramında (Şekil 1), hesaplayacağımız Reynolds sayısına da bağlı olarak, bize f (sürtünme faktörü) değerini verecektir.

Re = (p.V.D) / μ

Re: Reynolds sayısı, p: Yoğunluk (kg/m³), V: Hız (m/s), D: Boru çapı (metre), μ: Dinamik viskozite (N-s/m²)

Şekil 1 Moody diyagramı

 

Emiş ağızından fana kadar oluşabilecek tüm basınç kayıpları hesaplanmalı ve bu basıncı yenebilecek bir fan, fan üreticisinin yayınladığı eğriye (Şekil 2) göre seçilmelidir.

 

 

Şekil 2 Fan eğrisi örneği

Şekil 2’ de gösterilen örnekte görülebileceği gibi bu fanın verimli çalışma noktası yaklaşık olarak 3500 m³/saat debide yine yaklaşık olarak 500 Pascal basınçtır (2600 dev/dakika). Yani bu fan toplamda 500 Pascal basınç kaybı oluşan bir sistemde 3500 m³/saat hava debisini sağlıklı olarak verebilir.

Aynı örnek tabloda 3000 devir/dakika dönüş hızında 1000 pascal basınçta yaklaşık 2900 m³/saat hava debisi sağlanabileceğini görebilirsiniz. Dikkat edeceğiniz gibi, aynı debide motor devri 2600 d/dk (rpm)’ya düşürülünce basınç 700 pascal seviyesine düştü. O halde, motor yani fan dönüş hızı da tasarımlarımızda önemli bir etken olarak karşımıza çıkıyor

Merkezi emiş sistemi tasarımlarında boru çapları ve uzunlukları hassas şekilde belirlenmelidir.

Örneğin 15 metre uzunluğa sahip bir hat tasarlanacaksa ve bu hat üzerinde 5 adet 150 mm çaplı emiş kolu yerleştirilecekse, en uçtaki kolun bağlanacağı boru çapı ile filtre sistemine bağlanacak olan en yakındaki boru çapı aynı olmayacaktır.

Şekil 3 Merkezi sistem kurulumunda boru çapları örneği

Boru çapları hesaplı bir şekilde büyütülerek sisteme eklenen hava debisini kaldırabilecek ve hava hızını etkilemeyecek şekilde tasarlanır.

Şekil 3’teki örnek üzerinden açıklamak gerekirse; taşıma hızını, emilecek partiküllere göre yaklaşık 16 metre/saniye olarak hesaplamış olalım. Tüm 150 mm çaplı emiş kolları içinden 1000 m³/saat hava emeceğimizi düşünelim. Bu kolu doğal olarak aynı çaplı yani 150 mm çaplı bir boruya bağladık. 1000 m³/saat hava debisi ve 150 mm çaplı dairesel kanal kesitine göre, hava hızı yaklaşık olarak 16 m/saniye olacaktır.

İkinci koldan da 1000 m³/saat hava emişi sağladık. Böylece 2000 m³/saat debi oldu. Hava hızını da 16 m/s altına düşürmeyeceğiz. Eğer aynı çapta devam edersek hava hızı aşırı artar ve dinamik basınç da artar. Bu nedenle ikinci kol ile birlikte bağlantı borumuzun çapını 200 mm yaptık. Hava hızımız yaklaşık 17 m/s oldu. Hava hızı çok yükselmeyerek dinamik basınç artışı önlendi, düşmeyerek de taşıma hızımıza sadık kalındı ki partiküller boru içinde birikmesin. Sonraki tüm kol bağlantılarında da benzer şekilde hesaplamalar yaparak sistem tasarımını tamamlayabiliriz.

Tekrar edecek olursak; taşıma hızına sadık kalacağız, yüksek hızlardan kaçınıp olası dinamik basınç artışlarının (Bernoulli’yi unutmayalım; statik basınç + dinamik basınç = toplam basınç) önüne geçeceğiz.

Mobil ve merkezi duman/toz emme tasarımlarımızda mümkün olan en düşük debiyi ve basınç kaybını sağlamak için çalışmak zorundayız. Çünkü hava debisi ve basınç kaybı arttıkça bu değerleri sağlayabilecek fan ve bu fanı çevirecek motor değerleri de büyüyecektir. Bu durumda da enerji tüketimi gereksiz şekilde artar.

Yüksek verimli tasarıma sahip fan ve motor seçimi de enerji tasarrufu için önemlidir. Yatırım maliyetlerini artıran bu tip fan ve motorlar işletme maliyetlerinde yüksek oranda tasarruf sağlar. Günümüzde iyice yaygınlaşan EC motorlu fanlar çok yüksek verimlilik sağlarken, çok daha düşük enerji tüketimi sunmaktadır.

Merkezi emiş sistemlerinde daha fazla enerji tasarrufu için; o anda kullanılmayan kolları algılayarak klape ile kapatacak (veya klape el ile kapatıldığında sisteme bilgi verecek) ve motor devrini buna göre otomatik olarak ayarlayabilecek elektronik tasarımların kullanımı da önemli bir husustur.

HiVent Teknoloji, 02/12/2024, Ankara