VİDALI KOMPRESÖRLERDE ISI GERİ KAZANIM UYGULAMALARI/TUNA CAN İŞCAN

VİDALI KOMPRESÖRLERDE ISI GERİ KAZANIM UYGULAMALARI

TUNA cAN İŞcAN Satış Mühendisi DHE Endüstriyel Basınçlı Hava ve Gaz Çözümleri

Sanayide geçmişten günümüze birçok farklı kompresör tipi üretilmiş ve kullanılmıştır. Kullanım tercihleri; kompresörlerin performanslarına, kapasite esnekliğine, bakım maliyetlerine, uygulama, kullanım-kontrol kolaylığına ve yatırım maliyetlerine göre yıllar içerisinde şekillenmiştir. Vidalı kompresörler ise, gerek ülkemizde, gerekse dünyada 150 m³/dk.’ya kadar basınçlı hava tüketimi olan işletmeler için en çok tercih edilen kompresör modelleri haline gelmişlerdir. Günümüz dünyası rekabet koşulları gereği, artan işletme maliyetleri ve azalan kar marjları neticesinde, en pahalı enerji kaynaklarından olan basınçlı havanın üretimi ve vidalı kompresörlerin verimliliği son yıllarda daha da fazla önem kazanmıştır.

Özellikle basınçlı hava üretimi için harcanan elektrik enerjisi oranının, endüstride tüketilen toplam elektrik kullanımının ortalama %15’i olduğu hesaba katıldığında, işletmeler için enerji tasarrufu potansiyeli listesinin ilk sıralarında olduğu mutlak bir gerçektir.

Yağ enjekteli vidalı kompresörlerde, tüketilen 100 birim enerjinin yaklaşık %94’ünü ısı enerjisi olarak geri kazanmak mümkündür (bkz. Resim 1.). Geri kazanılamayan %6’lık oran ise, basınçlı havada kalan ısı (%4) ve vida bloğundan yayılan ısıdan (%2) oluşmaktadır.

Resim 1. Yağ enjekteli vidalı kompresörler için ısı geri kazanım oranları

Isı geri kazanımının farklı yöntemleri bulunmakla beraber; çoğunlukla “yağ enjekteli” vidalı kompresörlerde olmak üzere, bütün vidalı tip kompresörlerde uygulamalar mevcuttur. Kompresörlerden geri kazanılan ısı; kullanım amacına göre, ortam havası ısıtma ve su ısıtma olarak ikiye ayrılırlar (bkz. Resim 2).

Resim 2. Vidalı kompresörler için ısı geri kazanımı

Sıcak Egzoz Havası İle Ortam Isıtma

Vidalı kompresörlerde; yukarıda da belirtildiği gibi, büyük oranı radyatörlerde olmak üzere tüketilen enerjinin %94’ü kadar ısı açığa çıkmaktadır. Açığa çıkan bu ısı enerjisi; geri kazanılmadığı takdirde, kompresörün atış kısmından sıcak hava olarak istasyon dışına tahliye edilir. Çünkü kompresör istasyonunda oluşması istenmeyen yüksek sıcaklık, hem kompresörleri hem de kurutucu gibi şartlandırma ekipmanlarının performanslarını olumsuz yönde etkiler. Isı geri kazanımı yapılmıyorsa, yaz ve kış aylarında bu atık sıcak hava atmosfere salınır. Ancak, özellikle ısıtma ihtiyacı duyulan soğuk aylarda; kullanılmayan bu sıcak egzoz havası, bir davlumbaz kanal vasıtasıyla yakın bölgede konumlanmış olan oda, ofis, depo, atölye veya kompresör odasının kendisi gibi çalışma alanlarına yönlendirilerek ortam ısıtmasında kullanılabilir. Sonuç olarak, mevcuttaki ısıtma yöntemlerinden (doğalgaz, elektrikli ısıtıcı, klima vb…) tasarruf

edilme imkânı ortaya çıkmış olur (bkz. Resim 3).

Resim 3. Kompresör atık ısısı ile ortam ısıtma

Teorik olarak; 1 m²’lik bir alanı konforlu bir sıcaklık ortamında tutmak için yıllık 100 kW harcanması gerektiğini düşünürsek, 110 kWh tüketen bir kompresörden atılan sıcak egzoz havası ile 4.000 m²’lik bir alanın ısıtılması mümkündür (150 gün/

yıl ısıtma ihtiyacı, 24 saat/gün çalışma şartlarında). 5 aylık bir ısıtma periyodunda, 110 kW gücündeki kompresör ile bu ölçekte bir alan ısıtılarak, yaklaşık 77.000 TL’lik doğalgazdan tasarruf edilebilirken, 103.000 kg CO2 salınımı da engellenmiş olur. Sağlanacak olan tasarruf miktarı Formül 1. İle hesaplanır.

Formül 1. Ortam ısıtma geri kazanım hesabı formülü

Sıcak Yağ ile Su Isıtma

Yağ enjekteli vidalı kompresörlerde, vida bloğunun (element) yüksek çalışma devri ve basınçlandırma işlemi sırasında soğutma yağı sıcaklıkları yaklaşık 85-90⁰C civarına ulaşabilmektedir. Bu kızgın yağ; seperatör tankı sonrasında, soğumak üzere radyatöre girmeden önce bir eşanjöre yönlendirilerek, dışardan beslenen soğuk suyla ısı transferi yapması sağlanır ve kompresör atık ısısından sıcak su elde edilmiş olur (bkz. Resim 4). Resim 4. Isı geri kazanım / Kompresör içi eşanjör yerleşimi

Ayrıca soğuk su ısınırken, aynı zamanda yağ sıcaklığı da düşmüş ve kompresör fanının yükü hafiflemiş olur. Kompresör çalışma sıcaklığına göre 55-70⁰C civarında ve kompresör büyüklüğüne bağlı olarak farklı debilerde sıcak su elde etmek mümkündür. (bkz. Tablo 1)

Tablo 1. Geri kazanılabilecek ısı ve su miktarları ile tasarruf potansiyeli (150 günlük süreç için)

İnvertörlü modellerde çalışma devri sürekli değiştiğinden, sabit bir su sıcaklığı sağlamak pek mümkün değildir. Ancak çoklu kompresör sistemlerinde; taban yük ve/veya orta yük olarak çalışan sabit devirli kompresörlere ısı geri kazanım ünitesi uygulanırsa, sürekli yükte çalışma rejimi olduğundan, elde edilebilecek maksimum su sıcaklığı

sabit bir şekilde sağlanmış olur.

Resim 5. Isı geri kazanım / Eşanjör çalışma prensibi

Vidalı kompresörlerden elde edilen sıcak su, işletmelerin farklı ihtiyaçlarına hitap edebilir. Ortam ısıtması için petekler (bkz. Resim 6.), kullanım suyu olarak lavabo, banyo ve mutfak (bkz. Resim 7.) ya da üretimde sıcak su tüketimi olan bir proses (bkz. Resim 8.) tamamen veya kısmi olarak beslenebilir.

Resim 6. Sıcak Su / Petek-radyatör ısıtma

Isıtılan suyun kullanılacağı uygulamadaki mevcut şartlar; eşanjör kiti, borulama ve gerekli ekipmanların yatırımının ne kadar sürede kendini geri ödeyeceğini belirler. Ancak belirtmekte fayda var ki, yapılacak tasarruf boyutu düşünüldüğünde 4-8 ay gibi kısa bir amortisman süresi oldukça gerçekçi bir kabul olacaktır. Su ısıtma ile elde edilebilecek tasarruf hesabı yine Formül 1.’den hesaplanabilir.

Kompresördeki kızgın yağdan elde edilen ısı enerjisi, toplam tüketilen enerjinin %72’si oranında olduğu yukarıdaki bölümlerde belirtilmişti. Kızgın yağdan su ısıtma yapılan sistemlerde; elde edilen geri kazanıma ek olarak, hava radyatöründen kazanılan %13’lük ve motordan yayılan %9’luk ısı enerjisi, yine davlumbaz kanallar vasıtasıyla, nispeten daha küçük alanların (kompresör odası veya atölye gibi) ısıtılmasında değerlendirilebilir. Böylece toplam tüketilen enerjinin %94’ü geri kazanılarak, ciddi oranda tasarruf sağlanmış olur.

Genel anlamda uygulanabilirlik açısından incelendiğinde; sıcak su elde edilen ısı geri kazanım sistemleri; hem hava, hem de su soğutmalı yağ enjekteli vidalı kompresörler için mümkünken, yağsız vidalı kompresörlerin sadece su soğutmalı modellerinde uygulanabilmektedir. Yaklaşık 150-200⁰C’leri bulan kuru tip (yağsız) vida elementlerini soğutan “su”dan tekrar bir eşanjör vasıtasıyla su ısıtma işlemi yapılmaktadır. Yağ enjekteli modellerdeki yağın soğutma görevini, yağsız modellerde su üstlendiğinden, ısı transferi sudan suya yapılır.

Sıcak su eldesi için kompresörlerde ısı transferi için kullanılan eşanjör kitleri; ister yeni kompresör alınırken sipariş edilerek kabine entegre olarak kullanıma hazır halde üretilebilir (bkz. Resim 9.), istenirse de, mevcutta çalışan kompresörlere sonradan montajı yapılarak geri kazanım sistemi kurulabilir (bkz. Resim 10.)

Resim 7. Sıcak Su / Lavabo ve duşların beslenmesi

Resim 8. Sıcak Su / Üretimde proses besleme

Resim 9. Fabrika montajlı geri kazanım ünitesi

Resim 10. Sonradan ilave edilebilen, harici geri kazanım ünitesi

Yaygın olan yağ enjekteli kompresörlerdeki geri kazanımın haricinde; kuru tip yağsız vidalı kompresörlerde, vida elementlerinde sıkıştırma esnasında açığa çıkan yüksek sıcaklıktaki basınçlı havanın (150~180⁰C) değerlendirildiği farklı bir uygulama da bulunmaktadır. “HOC (Heat of Compression – Basınnçlandırma Isısı) dryerskurutucular” olarak ifade edilen ürünler kimyasal tip kurutucu olup; rejenerasyon işleminin, kompresör vida elementlerindeki bu yüksek sıcaklıklardaki basınçlı havanın kullanılarak yapılmasına olanak sağlamaktadır. Kimyasal kurutucularda asıl enerji tüketimi, doyuma oluşan tüpteki silika jellerin tekrar kurutulup, kullanıma hazır hale getirilmesi işleminde (rejenerasyon) yaşandığından, ciddi oranda tasarruf potansiyeli barındırmaktadır ve ek bir ısı geri kazanım uygulamasıdır.

Bilgi ve teknolojiye dayalı 40 YIL

SİZ İSTEYİN BİZ YAPALIM!

Dalma Tip Separatörler Spin On Tip Separatörler Hava Filtreleri Yağ Filtreleri Kurutucu Hat Filtreleri Endüstriyel Filtreler Vakum Pompası Filtreleri