enerji verimliliği – ESÇEM Enerji Geri Kazanım Hizmetleri

Mühendislik

Sıkıştırılmış Havada Enerji Verimliliği

28 Ağustos 2024 Escem_Cevre-41 No Comments

Sıkıştırılmış hava, yakıt, elektrik ve sudan sonra endüstrideki dördüncü temel hammaddedir. Sıkıştırılmış hava sistemi birçok sanayi tesisinde üçüncü en yüksek enerji tüketicisi olup, enerji maliyetlerini düşürmek için en önemli fırsatı sunmaktadır. Sıkıştırılmış havanın yüksek maliyetine rağmen, birçok sanayi tesisinde sıkıştırılmış hava sistemlerindeki kaçaklar, yanlış kullanım, yetersiz bakım ve zayıf kontrol sistemi nedeniyle %30’a varan kayıplar olduğu belirlenmiştir. Sıkıştırılmış hava, endüstride pnömatik ekipman ve diğer gerekli yerlerde kullanılmaktadır.

Maliyetler kompresör açısından analiz edildiğinde Şekil 13.1’deki gibi bir dağılım olarak görülmektedir. Genellikle kompresörlerin yıllık işletme giderinin yaklaşık satış maliyetine eşit olduğu bilinmektedir. Enerji maliyetinde %1’lik bir iyileşme, satış maliyetinde %4’lük bir iyileşmeye karşılık gelecektir [1]. Bu nedenle, kompresör yatırımlarındaki kısa vadeli maliyetlere ek olarak, uzun vadeli işletme giderleri özellikle değerlendirilmelidir. Şekil 13.1’de verilen grafikte kompresör maliyetleri 10 yıllık çalışma süresi boyunca değerlendirilmiştir. Kompresör satış maliyeti %18 iken enerji maliyeti maliyetin %73’ünü oluşturmaktadır.

13.1 Sıkıştırılmış Hava Sistemlerinin Temel Ekipmanı Sıkıştırılmış hava sistemi kompresör ünitesi ile başlar (Şekil 13.2). Hava giriş filtrelerinden geçerek kompresöre gelir ve basıncı artırmak için sıkıştırılır. Bu süreçte havanın sıcaklığı 80-170 °C’ye yükselir. Aynı zamanda kompresörün mekanik ekipmanından yağ buharlaşır. Sıkıştırılmış hava yağ filtrelerinden geçirilerek içindeki yağ ve kir temizlenir. Bu aşamada havanın sıcaklığı düşürülmelidir. İçindeki suyun yoğunlaşması için hava soğutulur. Yoğunlaşan su buhar kapanları ile dışarı atılır. Hava daha sonra kullanıma hazır olarak hava tanklarına gönderilir. Hava tankları sıkıştırılmış havanın depolandığı tanklardır. Bu tanklar sayesinde kısa süreli ve değişken yükler dengeli bir şekilde karşılanabilir.

© Springer Nature Switzerland AG 2021
D. Kaya et al., Energy Management and Energy Efficiency in Industry,
Green Energy and Technology,
https://doi.org/10.1007/978-3-030-25995-2_13

13 Kompresörlü Hava Sistemlerinde Enerji Verimliliği

Şekil 13.1 On yıl sonunda bir kompresörün maliyet oranları [2]

Sekil-13.2-Sikistirilmis-Hava-Sisteminin-Ana-Bilesenleri-2

Şekil 13.2 Sıkıştırılmış Hava Sisteminin Ana Bileşenleri

Sıkıştırılmış hava, son kullanım noktalarına iletilmeden önce hava tanklarında depolanır. Bu tanklar, borulara bağlanır. Zamanla yoğuşabilen suyu tahliye etmek için borular kısmen eğimli olmalı ve bu yoğuşan su, buhar kapanları kullanılarak boşaltılmalıdır.

Sanayi tesislerinde basınçlı hava sağlayan sistemler birçok alt bölümden oluşur. Bunlar:

Ana kompresör: Havayı sıkıştırarak basıncını artırır.
Tahrik sistemi: Elektrik motoru veya içten yanmalı motor kompresörü çalıştırır.
Kontrol ünitesi: Basınçlı gaz miktarını ayarlar.
Bakım ünitesi: Gazdan istenmeyen maddeleri temizler.
Dağıtım sistemi: Sistem içindeki sıkıştırılmış havayı taşırır ve kullanılacak yerlere iletir.
Aksesuarlar: Sistemin işlevselliğini artıran diğer ekipmanlar.

Enerji tasarrufu çalışmaları, sıkıştırılmış hava sistemlerini en yüksek potansiyel tasarruf alanlarından biri olarak göstermektedir. Sıkıştırılmış hava, endüstride yaygın olarak kullanılan vazgeçilmez bir girdidir ve kullanımı giderek artmaktadır. Sıkıştırılmış hava sistemindeki bir arıza birçok üretim sürecinin durmasına neden olabilir. Günümüzde kompresörsüz bir fabrika hayal etmek neredeyse imkansızdır. Kompresörlerin neredeyse tamamı pahalı bir enerji kaynağı olan elektrikle çalışır ancak dört zamanlı motorla çalışan tipleri de mevcuttur.

Üretimi oldukça masraflı olan sıkıştırılmış hava sistemlerinde basit ve düzenli kontroller ve bakımlar ile önemli tasarruflar sağlanabilir. Farklı sanayi tesislerinde yapılan enerji tasarrufu çalışmalarında sıkıştırılmış hava sistemlerinde belirlenen ana enerji tasarrufu fırsatları şunlardır:

Doğru tip ve boyutta kompresör seçimi
Kompresöre soğuk, temiz ve kuru hava girişi sağlanması
Kompresör soğutma havasının kullanılması
Sıkıştırılmış hava ekipmanının düzenli bakımı
Verimliliği artırıcı gerekli cihazların temini
Hava kaçaklarının giderilmesi
Sistemin mümkün olan en düşük basınçta çalıştırılması
Eğer ekonomik ise soğutma enerjisi geri kazanımı
Ekipmanların uygun şekilde yağlanması

Kompresörler, havayı sıkıştırarak basıncını yükseltmek için kullanılan cihazlardır. Farklı çalışma prensiplerine göre, girişten aldıkları sıvıyı sıkıştırarak çeşitli şekillerde basınçlı hava sağlarlar. Kompresörler tarafından sıkıştırılan havanın basıncı arttıkça, havaya aktarılan enerjinin büyük kısmı ısı enerjisine dönüşür. Bu nedenle, kompresör çıkışında sıcak basınçlı hava elde edilir. Ancak, içerideki havanın yoğuşması sonucu ekipmana zarar vermemek için havanın soğutulması gereklidir. Isınan havanın enerji içeriği, şaft tarafından iletilen enerjinin çok küçük bir kısmıdır. Bu sebeple kompresörler düşük verimli makinelerdir.

Maliyet, gereklilik veya alternatifleri göz önünde bulundurularak sıkıştırılmış havanın kullanımı dikkatlice değerlendirilmelidir. Özellikle patlama riski yüksek olduğu durumlarda, elektrik kullanımının tehlikeli olduğu pnömatik ekipman kullanımı için sıkıştırılmış hava uygulamaları zorunludur. Diğer yandan, basit kurutma ve temizleme işlemlerinde kompresörler tarafından üretilen basınçlı hava yerine kısmen düşük basınçlı üfleyiciler kullanmak daha ekonomiktir.

Kompresörler, endüstride kullanılan çoğu ekipmandan daha fazla enerji tüketir. Bu nedenle, kompresörlerde ve sıkıştırılmış hava sistemlerinde yapılan iyileştirmeler, maliyetlerde önemli düşüşlere neden olabilir. Sıkıştırılmış hava uygulamalarında enerji tasarrufu için yapılabilecek temel iyileştirmeler:

Kompresörlerin verimliliğinin değerlendirilmesi
Kompresör tipi ve hava kalitesinin işleme uygunluğu
Kaçakların tespiti ve giderilmesi
Sıkıştırılmış havanın gereksiz kullanımı
Tesisatta basınç düşüşü ve kaçakların en aza indirgenmesi
Ekipmanın daha düşük basınçta çalışabilmesi durumunda bağlantı noktalarına basınç regülatörü takılması
Kompresör çıkışındaki atık ısı geri kazanımı

Kompresörler, çeşitli sıkıştırılabilir sıvı veya gazların (en yaygın örnek hava) basıncını artırmak için kullanılan cihazlardır. Kompresör girişindeki sıvının (genellikle gaz) basınç seviyesi vakum basıncından atmosferik basıncın üzerindeki değerlere kadar değişebilir. Benzer şekilde, kompresör çıkışında elde edilen basınç değeri çok düşük atmosferik basınçlardan çok yüksek atmosferik değerlere kadar değişebilir. Kompresörlerde enerji geri kazanımına ilişkin diyagram Şekil 13.3’te verilmiştir [3].

Şekil 13.3 Kompresörlerde Geri Kazanılabilir Enerji Oranı [3]

13.1 Sıkıştırılmış Hava Sistemlerinin Temel Ekipmanları

Kompresörler, endüstriyel faaliyetlerde diğer herhangi bir ekipmandan daha fazla elektrik enerjisi tüketir. Bu, kompresör ünitelerindeki iyileştirmeler sayesinde çok yüksek oranlarda enerji tasarrufu elde edilebileceği anlamına gelir. Bu sistemlerdeki iyileştirmeler aynı zamanda bakım maliyetlerini de düşürür.

Kompresörler birkaç kW’tan 10.000 kW’a kadar kapasitelerde üretilmekte olup birçok sanayi tesisinde en fazla enerji tüketen ekipmanlar arasındadır [4]. Bu nedenle, sistemde sıkıştırılmış hava yerine bir sistem kullanılabilecekse, bu tercih edilmelidir. Sıkıştırılmış hava sistemlerindeki yetersiz tesisat ve bakım nedeniyle enerji kaybı, kompresörün tükettiği enerjinin %50’sine ulaşabilmektedir. Bu enerji kayıplarının yarısının basit çalışma önlemleriyle önlenmesi pratik olarak mümkündür [5].

Bir kompresörü bir yıl çalıştırmak için harcanan elektrik enerjisinin maliyeti genellikle kompresörün satın alma fiyatını aşmaktadır. Örneğin, %90 verimliliğe sahip 100 kW’lık elektrik motorlu bir kompresörün yılda 6000 saat çalıştığını varsayarsak, enerji birim fiyatı 0,07 USD/kWh olmak üzere yıllık enerji harcaması 46.600 USD’dir. Bu örnek, sıkıştırılmış hava sistemindeki tasarrufların büyüklüğünü göstermektedir. Ancak, bu sistemlerde bazı pratik önlemlerle önemli miktarda enerji ve maliyet tasarrufu sağlanabilir [6]. Bir sıkıştırılmış hava sisteminde çalışan bir kompresörün ekonomik ömrü boyunca maliyet dağılımının %86’sı enerji giderlerinden, %9’u bakım giderlerinden ve %5’i yatırım giderlerinden oluşmaktadır.

Kompresörler, pozitif deplasmanlı kompresörler ve dinamik kompresörler olarak sınıflandırılabilir (Tablo 13.1). Pozitif deplasmanlı kompresörler, belirli bir miktar havayı sisteme alarak hacmini azaltma, yani basıncı arttırma prensibine göre çalışır. Diğer yandan dinamik kompresörler, havanın akış hızını artırdıktan sonra difüzörün hızını düşürerek basıncı artırma prensibine dayanır [7].

Kompresörlerde özgül güç tüketimi, kompresörün 1 L/s sıkıştırılmış hava üretmek için tükettiği güçtür (Tablo 13.2). Birimi kW/(L/s)’dir. Değeri kompresör boyutuna ve tasarımına bağlıdır. Boşta çalışırken kompresörün çektiği güce boş yük tüketimi denir. Vidalı kompresörlerde çekilen güç sistem basıncının yaklaşık %70’ine bağlıdır. Pistonlu kompresörlerde ise boşta çalışırken çekilen güç sistem basıncından bağımsızdır.

3. Sıkıştırılmış Havada Enerji Verimliliği

Kompresör Türleri

Kompresör Tipi	Alt Tipler
Pozitif Deplasmanlı Kompresörler	Pistonlu Kompresör, Rotari Kanal Kompresör, Diaframlı Kompresör, Vidalı Kompresör
Dinamik Kompresörler	Santrifüj Turbo Kompresör, Eksenel Turbo Kompresör

Tablo 13.1 Kompresörlerin Sınıflandırılması

Kompresör Türleri ve Özgül Güç Tüketimi

Kompresör Tipi	Özgül Güç Tüketimi (kW/(L/s)) (Çalışma Basıncı 7 bar)
Vidalı Kompresör: Küçük Kapasiteli, Yağ Enjekte Edilen	0,36 - 0,43
Vidalı Kompresör: Büyük Kapasiteli, Yağsız	0,34 - 0,40
Rotari Kanal Kompresör: Yağ Enjekte Edilen	0,40 - 0,43
Küçük Pistonlu Kompresör	0,36 - 0,54
Büyük Pistonlu Kompresör	0,29 - 0,36

Tablo 13.2 Kompresörlerde Birim Hacim Başına Özel Güç Tüketimi

Piston kompresörler, pozitif deplasmanlı kompresörlerdir. Hava emme zamanında emme vanası açılarak piston doludurulur. Hava dolduktan sonra emme vanası kapanır ve piston itilerek içerideki hava sıkıştırılarak basınç arttırılır. Sistemde sürtünme yüksek olduğundan bakım maliyetli ve detaylıdır. Yağ enjekte edilmiş pistonlu ve kuru pistonlu tipleri bulunmaktadır. Yağ enjekte edilmiş sistemde havaya karışan yağ filtreler ile temizlenir. Bu filtreler kısmi bir basınç düşüşüne neden olur. Kuru pistonlu tiplerde teflon contalar kullanılır. Ancak aşınmaya bağlı olarak kırılan teflon parçacıkları havaya karışarak sisteme gönderilir. Ayrıca teflonlu ekipmanın aşınması sistemin daha yüksek bir bakım maliyeti gerektirmesine neden olur [7].

Şekil 13.4 Piston Kompresörü

13.1 Sıkıştırılmış Hava Sistemlerinin Temel Ekipmanları

Şekil 13.5 Vidalı Kompresörler

Pistonlu kompresörler (Şekil 13.4), yüksek kurulum, satış ve bakım maliyetlerine sahip makinelerdir. Kurulum ve yardımcı ekipmanlar için geniş bir alana ihtiyaç duyarlar. Gürültülü çalışırlar. Ancak pistonlu kompresörler, 400 bara kadar yüksek basınçlı uygulamalarda ve özel gazların sıkıştırılmasında başarılıdır.

Vidalı kompresörler pozitif deplasmanlı kompresör tipidir (Şekil 13.5). Kompresörün içinde dönen vidalar bulunur. Hava, dönen vidalar arasında emilerek sıkıştırılır ve vidaların alt tarafından dışarı itilir. Vidalı kompresör, en düşük kurulum ve satış maliyetine sahip kompresör tipidir. Bu kompresörler, planlı bakım dışında uzun süre çalışabilirler. Bu nedenle bakım maliyetleri de kısmen düşüktür. Düşük maliyetinin yanı sıra kurulumu kolaydır ve fazla yer kaplamaz. Üstünlüğü nedeniyle en yaygın kullanılan kompresör tipidir.

Yağ enjekte edilen ve yağsız vidalı kompresörler tek kademeli olarak 2,2 ila 400 kW arasında, daha verimli çift kademeli vidalı kompresörler ise 75 ila 900 kW arasında tedarik edilebilir. En önemli dezavantajı kısmi yüklerde verimliliğinin düşüktür.

Santrifüj kompresörler dinamik deplasmanlı kompresörlerdir. Hava, yüksek hızda dönen pervaneler tarafından dışarıdan emilir. Hava, pervaneler aracılığıyla hızlandırılır ve difüzöre gönderilir. Difüzörde hava hızı düşürülerek basınç arttırılır. Kurulum maliyetleri yüksek olmamasına rağmen santrifüj kompresörler hassas makine olmaları nedeniyle pahalıdır. Yüksek kapasiteli hava gerektiren uygulamalar için en verimli çözüm sistemidir. Santrifüj kompresörler 200 L/s kapasitede üretilse de, 1000 L/s’ye kadar vidalı kompresörler santrifüj kompresörlerden daha verimlidir.

Kompresör verimliliği açısından kompresörün kapasite kullanım kontrolü de önemlidir. Kompresörlerin kapasite kullanımı, sıkıştırılmış hava hattında ne kadar ve hangi aralıkta hava kullanıldığı gösteren kapasite kullanım desenlerinin belirlenmesiyle yönetilmelidir. Sabit yük için tam kapasiteli bir kompresör, değişken yük için ise VSD kontrolü olan daha küçük bir kompresör seçilebilir.

Açık-Kapalı Kontrol: Sıkıştırılmış havaya ihtiyaç duyulduğunda hava tankındaki basınç sensörü tarafından kompresöre iletilir ve kompresör çalışmaya başlar. Bu tip kontrol sistemi değişken hava talebi olan sistemler için verimsizdir. Kompresörün sürekli dur-başlatılması hem bakım maliyetini artırır hem de kompresörün ömrünü kısaltır.
Yük Açık-Yük Kapalı Kontrol: Bu sistemde hava talebi olmadığında kompresör motoru çalışmaya devam eder. Ancak hava giriş vanası tamamen kapatılarak hava girişi engellenir. Böylece kompresörün güç tüketimi azaltılır. Sıfır yük prensibine göre çalışan kompresörlerde hava ihtiyaç duyulmadığında kompresör boşta çalışır ve enerjinin yaklaşık %25’ini tüketir.
Boğma Basıncı: Hava giriş vanaları talebe göre açılıp kapatılarak kontrol edilir.
VSD Kontrolü: Değişken hız sürücü sistemlerinde kapasite kontrolü kompresörün hız ve frekansını ayarlayarak sağlanır.

Ekipmanın çalışabileceği en düşük basınç kullanılmalıdır. Tek bir uygulamada daha yüksek basınçlara ihtiyaç duyuluyorsa ekipmanın değiştirilmesi veya bu ekipman için küçük, yeni bir kompresör takılması yapılmalıdır. Kompresörlerde farklı ayar basınçları için güç azaltma oranları Tablo 13.3’te verilmiştir.

13.3 Hava Sızıntılarının Önlenmesi

Tablo 13.3: Farklı Ayar Basınçlarında Kompresörlerde Güç Azalma Oranları (%)

Kompresör Ayar Basıncı (bar)
Mevcut Kompresör Ayar Basıncı (bar)	4.0	4.5	5.0	5.5	6.0	6.5	7.0	7.5	8.0
4.0	0
4.5	7	0
5.0	13	6	0
5.5	17	11	5	0
6.0	22	16	10	5	0
6.5	25	19	14	9	4	0
7.0	28	23	18	13	8	4	0
7.5	31	26	21	16	12	8	4	0
8.0	33	28	24	19	15	11	7	3	0

Sıkıştırılmış hava sistemlerindeki en büyük enerji kayıplarına hava sızıntıları neden olur. Bir kompresör, hava sızıntılarının neden olduğu basınç düşüşünü önlemek için daha uzun süre çalışmak zorundadır. Çeşitli çalışmalara göre, üretilen sıkıştırılmış havanın yaklaşık %25’i sızıntılar nedeniyle kaybolmaktadır [9]. Bu kayıpların tamamen önlenmesi pratik olmamakla birlikte, %10’a indirgenmesi kabul edilebilir bir sınır olarak kabul edilir [10, 11].

Basınçlı hava sızıntılarının parasal değeri, atmosferik basınçtaki havayı kompresör çıkış basıncına kadar sıkıştırmak için gereken enerjinin maliyetine eşittir (Tablo 13.4). Hava sızıntısı miktarı, hat basıncına, sızdırma noktası hava sıcaklığına, kompresör emme hava sıcaklığına ve havanın kaçtığı deliğin çapına bağlıdır. Bu nedenle, kullanım noktasında gerekli en düşük basıncı belirleyerek ve basınç regülatörleri ile düşürerek sızıntı maliyetleri de azaltılabilir. Ek olarak, temizlik için kullanılan havanın basıncı da düşürülmelidir. Sıkıştırılmış hava ile temizlik yerine daha ucuz bir yöntem kullanmak büyük miktarlarda enerji tasarrufu sağlayacaktır. Sıkıştırılmış hava hatlarındaki su tahliye vanalarına hortup bağlamak çok kötü bir uygulamadır. Bunun yerine, ayrı bir bağlantı ile basınç düşürülmeli ve hortup ucuna bir hava tabancası takılmalıdır. Temizlik düşük hava basınçlı bir hava tabancası ile yapılır. Ayrıca, tabanca üzerindeki tetik, gerekmediğinde hava çıkışını kapatabilir.

Tablo 13.4 Farklı Çap ve Hat Basıncında Güç Kaybı (kW)

Kompresör Ayar Basıncı (bar)	Hat Basıncı (bar)	Delik Çapına Göre Hava Sızıntısı (mm)
		0.25	0.5	1	2	3	4	5
4.5	4.0	0.01	0.04	0.17	0.68	1.52	2.71	4.23
5.0	4.5	0.01	0.05	0.20	0.79	1.78	3.17	4.95
5.5	5.0	0.01	0.06	0.23	0.91	2.06	3.66	5.72
6.0	5.5	0.02	0.07	0.26	1.04	2.34	4.17	6.51
6.5	6.0	0.02	0.07	0.29	1.17	2.64	4.70	7.34
7.0	6.5	0.02	0.08	0.33	1.31	2.95	5.25	8.20
7.5	7.0	0.02	0.09	0.36	1.45	3.27	5.81	9.08
8.0	7.5	0.03	0.10	0.40	1.60	3.60	6.40	10.00

Not: Sistemin vidalı kompresöre sahip olduğu ve kompresör çıkışı ile kaçak noktası arasında 0,5 bar basınç farkı olduğu, kaçan havanın sıcaklığının 20 °C, atmosferik basıncın 1,01 bar ve Cd değerinin 0,8 olduğu kabul edilmiştir.

Genellikle, hava sızıntıları boru bağlantı parçaları, darbeler, kuplaj ve dirseklerde daralmalar, vana gövdeleri, filtreler, hortumlar, kontrol vanaları, uzatma parçaları ve sıkıştırılmış hava kullanan cihazlarda meydana gelir. Sıcaklık değişiklikleri ve titreşimler, bağlantıların gevşemesine ve dolayısıyla sızıntılara neden olur. Bu nedenle, boru bağlantılarının periyodik bakımı bu konuda yapılacak ilk iştir. Sızıntılar genellikle kullanım noktasında veya sıkıştırılmış hava hattının ekipmana bağlandığı yerlerde meydana gelir. Sıkıştırılmış hava girişinin sık sık açılıp kapatıldığı yerlerde contalar hızla bozulur. Bu nedenle, contaların periyodik olarak bakımı yapılarak eski olanlar değiştirilmelidir. Ayrıca, sıkıştırılmış hava üzerinde durulmalı ve kullanıcılar bilgilendirilmelidir. Hava sızıntılarındaki artış nedeniyle kompresör çıkış basıncını düşürmek mümkün değildir. Bu da ek bir maliyet oluşturur [12].

Basınçlı hava sızıntıları çeşitli yöntemlerle tespit edilebilir. Bu yöntemlerin başında kulak ile dinleme gelir. Büyük delikler, kulak ile rahatlıkla duyulabilecek bir ses oluşturur. Ancak gürültülü ortamlarda bu yöntemle sızıntı bulmak oldukça zordur. Eklem yerlerini sabun köpüğü ile kontrol etmek, kulak ile dinlemekten çok daha etkilidir.

Tesisteki toplam sızıntı miktarını bulmanın bir diğer pratik yöntemi, tüm sıkıştırılmış hava ile çalışan üniteler durdurulduğunda basınç düşüşünü izleyerek sızıntı miktarını belirlemektir. Kompresörün boşta çalışma ve aşırı yük altında çalışma süresi en az 5 kez ölçülerek kaydedilir ve sızıntı miktarı aşağıdaki eşitlik ile belirlenir:

$$ \text{Toplam Kaçak Miktarı} \left(\frac{L}{s}\right) = \text{Kompresör Kapasitesi} \left(\frac{L}{s}\right) \times \frac{t_{yük}}{t_{boş} + t_{yük}} $$

(13.1)

Burada, tload ve tidle sırasıyla yük altında çalışma (işletme) ve boşta çalışma süreleridir saniye cinsinden. Eğer güç boşa giderse, kompresörün çektiği enerji bir güç analizörü ile ölçülerek bulunabilir.

Sızıntıları tespit etmenin en etkili yöntemi ultrasonik ses detektörü kullanmaktır. Bu cihazlar, hava sızıntıları nedeniyle insan kulağının duyamayacağı seviyedeki sesleri mikrofon aracılığıyla duyulabilir seviyeye getirerek çalışır. Sıkıştırılmış hava sistemlerindeki kayıpların hesaplanmasında kompresör verimliliği kompresör tipine bağlı olarak kullanılır (Tablo 13.5).

Tablo 13.5: Kompresörlerin Verimliliği

Kompresör Tipi	Verimlilik (ηcomp)
Tek kademeli pistonlu	0.88
Çok kademeli pistonlu	0.75
Vidalı pistonlu	0.82
Rotatif kanallı	0.72
Tek kademeli santrifüj	0.80
Çok kademeli santrifüj	0.70
Turbo fan	0.70

Delik çapı arttıkça basınç kayıpları üstel olarak artar. Sıkıştırılmış hava sisteminde deliğin çapına bağlı enerji kaybı değişimi Şekil 13.6’da verilmiştir. Şekil 13.6’da verilen eğri, vidalı kompresör değerlerine, motor verimliliğinin 0,90, kompresör çıkış basıncının 700 kPa, hat basıncının 650 kPa, kaçan hava sıcaklığının 20 °C, atmosferik basıncın 101 kPa ve Cd’nin 0,8 olduğu varsayılarak oluşturulmuştur.

Sıkıştırılmış hava sisteminde atmosferik basınç ile hat basıncı arasındaki oran kontrol edilir. Bu oran %52’den küçükse, delikten kaçan havanın akışı (Vf, m3/s), akışın bir sızıntı olduğu varsayılılarak aşağıdaki şekilde hesaplanabilir.

Şekil 13.6 Sıkıştırılmış Hava Sisteminde Enerji Kaybı Değişimi [10]

Sızıntı akışı aşağıdaki formül ile hesaplanır:

\[ V_f = \frac{N_L \times (T_i) \times \frac{P_1}{P_{amb}} \times C_l \times C_d \times \frac{\pi D^2}{4}}{\sqrt{T_i}} \]

Burada;
N_L = Hava sızıntısı sayısı,
T_i = Kompresördeki hava (emme havası) sıcaklığı (Kelvin),
P_l = Delikteki hat basıncı (kPa),
Pamb = Atmosferik ortam basıncı (kPa),
C₁ = Hacimsel ses hız akış sabiti (13.29),
C_d = Kare kesitli açıklık katsayısı (0.8),
D = Delik çapı (metre), ve
T_l = Hattın ortalama sıcaklığı (Kelvin).

Hava sızıntıları nedeniyle oluşan güç kaybı (kW), denklem (13.3) kullanılarak hesaplanır. Kompresörün adiyabatik verimi, denklem (13.3)’te Ea olarak belirtilmiş olup, tek kademeli pistonlu kompresör için 0.88, çok kademeli pistonlu kompresör için 0.75 ve vida tipi kompresör için 0.82 olarak alınır.

$$L = \frac{P_c \times V_1 \times k \times N \times [((\frac{P_2}{P_1})^(\frac{k-1}{k}))-1] }{E_a \times E_m}$$

(13.3)

Burada;
V_f: Sızıntı hava akış hızı (m³/s)
k: Havanın özgül ısı oranı (yaklaşık 1.4)
N: Kademe sayısı
P_o: Çıkış basıncı (kPa)
P₁: Giriş basıncı (kPa)
E_a: Kompresörün adiyabatik verimi
E_m: Kompresör motor verimi

Yıllık enerji tasarrufu ise şu şekilde hesaplanır:

Enerji Tasarrufu = L x H

(13.4)

Burada,

H: Hava hattının yıllık olarak basınç altında olduğu süre (saat)

Yıllık ekonomik kazanç ise şu şekilde hesaplanır:

Ekonomik Kazanç = Enerji Kazancı x Birim Kullanım Maliyeti

(13.5)

Tablo 13.6 Sıkıştırılmış Hava Sistemi Değişkenleri

Değişkenler	Değer
Kompresör emme hava sıcaklığı (°C)	36
Sızıntı noktasındaki hava sıcaklığı (°C)	34
Kompresör çalışma basıncı (kPa)	720
Kompresör mutlak çalışma basıncı (kPa)	821
Sızıntı noktasındaki hat basıncı (kPa)	670
Toplam kompresör motor gücü (kW)	110
Kompresör motor verimi (%)	91
Kompresör tipi	Vida
Kompresör çalışma saatleri (yıllık)	8640
Elektrik birim fiyatı ($/kWh)	0.07

Örnek: Bir fabrikada yapılan enerji denetimi çalışmaları kapsamında, sıkıştırılmış hava sisteminde 10 adet 0,5 mm, 12 adet 0,75 mm ve 8 adet 1 mm çaplı sızıntı tespit edilmiştir. Hava sızıntılarının maliyetini hesaplamak için gereken diğer değişkenler ölçülmüş ve Tablo 13.6’da verilmiştir. Sıkıştırılmış hava hatlarının uzunluğu nedeniyle, sıkıştırılmış hava sıcaklığının ortam sıcaklığına eşit olduğu varsayılmaktadır. Toplam enerji kaybını, finansal kaybı, yatırım tutarını ve sistemin geri ödeme süresini hesaplayınız.

Bir örnek olarak, aşağıdaki değerler 10 adet 0,5 mm delik için hesaplanmıştır. Delikten kaçan hava (Vf):

Sızıntı hava akış hızı (Vf): $$V_{f}=\frac{10\times(36+273)\times\frac{670}{101}\times13.29\times0.8\times\frac{\pi\times0.0005^{2}}{4}}{\sqrt{34+273}}=0.00243m^{3}/s$$ Bu denklem, belirli bir çaptaki delikten kaçan havanın miktarını hesaplamak için kullanılır.

Kaçaklardan kaynaklanan güç kaybı (L): $$L=\frac{101\times0.00243\times\frac{1.4}{1.4-1}\times1\times[(\frac{821}{101})^{(\frac{1.4-1}{1.4\times1})}-1]}{0.82\times0.91}=0.9468~kW$$ Bu denklem, hava kaçakları nedeniyle sistemde meydana gelen güç kaybını hesaplamak için kullanılır.

Yıllık enerji tasarrufu: $$Annual\ energy\ savings = 0.9468 kW \times 8640h \approx 8180 kWh$$ Bu denklem, bir yılda kaçakları onararak elde edilebilecek enerji tasarrufunu hesaplamak için kullanılır.

Maliyet tasarrufu: $$Cost\ Savings = 8180kWh \times 0.07 \approx \$573$$ Bu denklem, enerji tasarrufu sayesinde elde edilebilecek maliyet tasarrufunu hesaplamak için kullanılır.

Aynı prosedürler ayrıca 0,75 ve 1 mm’lik sızıntılar için de uygulanmış ve enerji kaybı ile finansal maliyeti, delik çapına ve sayısına bağlı olarak hesaplanmıştır. Sonuçlar Tablo 13.7’de verilmiştir.

Genel olarak, basınçlı hava sızıntıları, hortum veya kuplajların değiştirilmesi, contaların değiştirilmesi, fabrikada üretim yapılmadığı zamanlarda bir saatliğine sıkıştırılmış havanın kapatılması, hatlardaki kusurların onarılması vb. gibi işlemlerle onarılabilir (Tablo 13.8).

Tablo 13.7: Basınçlı Hava Sızıntılarının Maliyeti

Delik Çapı (mm)	Sızıntı Sayısı	Hava Sızıntısı (m³/s)	Güç Kaybı (kW)	Enerji Kaybı (kWh/yıl)	Maliyet ($/yıl)
0.5	10	0.00243	0.9468	8180	573
0.75	12	0.006573	2.556	22200	1555
1	8	0.00974	3.029	26311	1842
Toplam	30	0.0187	6.5318	56691	3970

Tablo 13.8: Hava Sızıntılarını Önlemek İçin Yaklaşık Harcamalar

Miktar	Birim	Açıklama	Birim Maliyeti ($)	Toplam Maliyet ($)
30	Parça	Hava Sızıntıları (Malzeme ve İşçilik)	15	450
Toplam				450

Geri ödeme süresi, gerçekleşme maliyetinin hesaplanan yıllık tasarruf miktarına bölünerek hesaplanabilir.

Geri ödeme süresi = Uygulama maliyeti ÷ Yıllık tasarruf miktarı= (450 $) / (3970 $/yıl) = 0.11 yıl (1.36 ay)

Basınçlı hava sistemlerinde, enerjinin çok fazla harcanmasına neden olan bir diğer sorun, havanın ekipmanın gerektirdiğinden daha yüksek basınçlara sıkıştırılmasıdır. Bilindiği gibi, basınç yükseldikçe sıkıştırmak için tüketilen enerji miktarı artmaktadır. Bu nedenle, sıkıştırılmış hava kullanan ekipmanları inceleyerek, gerekli en düşük basınç miktarı belirlenmeli ve kompresör çıkış basıncı buna göre ayarlanmalıdır. Gerekirse, farklı seviyelerde basınç gerektiren ekipmanlar ayrı kompresörler ve hatlardan beslenmelidir. Sadece hattı ayırmak ve regülatörle hattın başlangıcında basıncı düşürmek de o hattaki sızıntı kayıplarını azaltacaktır.

Sıkıştırılmış hava hatlarındaki sızıntılar ve boru kesitlerinin yetersiz seçimi nedeniyle, özellikle ani hava kullanım durumlarında basınç düşüşleri meydana gelir. Makinelerin basınç düşüşlerinden etkilenmeden çalışabilmesi için yaygın olarak uygulanan yöntem, kompresör çıkış basıncını yükseltmektir. Bunun sonucunda, kompresör tarafından tüketilen enerji miktarı da artmaktadır. Ani hava atışlarında, hat basıncının düşmemesi için kullanım noktalarına yakın hava tankları kurulmalıdır. Hat basıncının düşmesinin bir diğer nedeni de tesisatta dar kesitli boruların kullanılmasıdır.

13.4 Kompresör Çıkış Basıncının Azaltılması Aşağıdaki denklemlerden görülebileceği gibi, havayı sıkıştırmak için gereken iş miktarı, çıkış basıncının (Pₕ) artışına bağlı olarak artmaktadır. Kompresör basıncını P₂'ye düşürerek, güç tüketim oranı (PCR) aşağıdaki denklemle hesaplanır.

PCR = $\frac{\left[\left(\frac{P_{2} + P_{\text{atm}}}{P_{\text{atm}}}\right)^{\frac{k-1}{k}} - 1\right]}{\left[\left(\frac{P_{h} + P_{\text{atm}}}{P_{\text{atm}}}\right)^{\frac{k-1}{k}} - 1\right]}$

Burada, Pₕ: Kompresör mevcut çıkış basıncı (belirlenmiş değer), P₂: Kompresör önerilen çıkış basıncı, Pₐₜₘ: Kompresör emiş basıncı, k: Havanın özgül ısı oranı (1.4). Yıllık olarak kompresör basıncının düşürülmesiyle tasarruf edilebilecek enerji miktarı ve ekonomik fayda, aşağıdaki denklemler yardımıyla hesaplanabilir. Enerji Tasarrufu =

Enerji Tasarrufu = $ \text{CEP} \times \text{CU} \times \text{AOT} \times (1 - \text{PCR}) \div \eta $

Ekonomik Kazanç =

Ekonomik Kazanç = $ \text{Enerji Kazancı} \times \text{Birim Kullanım Maliyeti} $

Burada, CEP: Kompresör motor gücü, CU: Kompresör kapasite kullanım oranı, AOT: Kompresörün yıllık çalışma süresi, PCR: Güç tüketim oranı, η: Kompresör motor verimliliği. Örnek: Enerji denetim çalışmaları kapsamında bir fabrikada yapılan incelemelerde, makinelerin çoğunun 4 bar basınçla çalıştığı ve bazı makinelerin 6 bar basınca ihtiyaç duyduğu belirlenmiştir. Bu tesiste elektrik maliyeti 0,07 $/kWh'tir. Makinelerin sorunsuz çalışması için, kompresörlerin çıkış basıncı 7,5 bar olarak ayarlanmıştır. Kompresör basıncı sırasıyla 7,5 bardan 7,3, 7,0 ve 6,7 bara düşürülürse; enerji tasarrufu, finansal kazançlar, yatırım tutarı ve geri ödeme süresi nasıl hesaplanır? Kompresör 1 için PCR, Eş. (13.6) ile hesaplanır. Kompresör 2 ve 3 için benzer işlemler yapılır; yıllık enerji tasarrufu değerleri Tablo 13.10'da verilmiştir.

Tablo 13.9 Sıkıştırılmış hava sistemi değişkenleri
Değişkenler	Kompresör 1	Kompresör 2	Kompresör 3
Kompresör çalışma basıncı, bar	7.5	7.5	7.5
Hedeflenen çalışma basıncı, bar	7.3	7.0	6.7
Kompresör motor gücü, kW	90	37	22
Kompresör motor verimliliği, (%)	91	90	89
Kompresör tipi	Vidalı	Vidalı	Vidalı
Yıllık çalışma süresi (saat)	8640	8640	8640

**Tablo 13.10** Kompresörler için enerji ve maliyet tasarrufu
Kompresör	Motor gücü (kW)	Güç düşüş katsayısı	Yıllık çalışma süresi (saat)	Kapasite kullanım oranı	Motor verimliliği	Tasarruf edilen enerji (kWh/yıl)	Tasarruf edilen para ($/yıl)
1	90	0.99	8640	0.9	0.91	11,535.82	807.5
2	37	0.96	8640	0.6	0.91	7913	554
3	30	0.94	8640	0.3	0.91	5202	364
Toplam	24,650.82						1725.5

PCR = $\frac{\left[\left(\frac{730 + 100}{100}\right)^{\frac{1.4 - 1}{1.4}} - 1\right]}{\left[\left(\frac{750 + 100}{100}\right)^{\frac{1.4 - 1}{1.4}} - 1\right]} = 0.985$

Tasarruf Edilen Enerji = $ 90 \times 0.9 \times 8640 \times \left(1 - 0.985\right) ÷ 0.91 = 11,535.82 \, \text{kWh/yıl} $

Tasarruf Edilen Para = $ 11,535.82 \, \text{kWh/yıl} \times 0.075 \, \text{\$/kWh} = 807.5 \, \text{\$/yıl} $

13.5 Kompresör Emiş Havasını Dışarıdan Alma

Kompresörlerin verimli çalışması için emilen hava soğuk, temiz ve kuru olmalıdır. Giriş havası sıcaklığının kompresörlerdeki enerji tüketimi üzerindeki etkisi Tablo 13.11'de verilmiştir ve farklı dış ortam sıcaklıkları için güç düşüş oranları Tablo 13.12'de gösterilmiştir. Yoğunluk, sıcaklık düştükçe arttığından, daha az enerjiyle daha fazla hava sıkıştırılabilir. Emme hava sıcaklığının her 1°C düşürülmesiyle enerji tüketimi %1 azalır. Kompresörler genellikle iç mekanlarda çalışır ve emiş işlemi iç ortamdan yapıldığında, dış atmosfere göre daha sıcak hava ile çalışırlar. Bu nedenle, Şekil 13.7'de gösterildiği gibi, dış ortamdan hava emmek için harici bir hava kanalı eklemek faydalı olabilir. Sıcaklığı düşürerek tasarruf edilebilecek enerji miktarı aşağıdaki denklem yardımıyla hesaplanabilir.

Tasarruf Edilen Enerji = $ \text{PFR} \times \text{Nominal Güç} \times \text{OT} \times \text{LF} \div \eta_{\text{motor}} $

Burada, OT—Çalışma süresi, LF—Yük faktörü (gerçek yük ile tam yük oranı), $ \eta_{\text{motor}} $—Motor verimliliği, PFR—Güç düşüş oranı.

Tablo 13.11 Giriş hava sıcaklığının kompresörlerde enerji tasarrufuna etkisi
Gelen hava sıcaklığı (°C)	1000 m³ akış için gerekli hava hacmi (m³)	21 °C sıcaklığa göre tasarruf veya aşırı yükleme (%)
-1	925	%7.5 tasarruf
5	943	%5.7 tasarruf
10	962	%3.8 tasarruf
16	981	%1.9 tasarruf
21	1000	Tasarruf yok
27	1020	%1.9 aşırı tüketim
32	1040	%3.8 aşırı tüketim
37	1060	%5.7 aşırı tüketim
43	1080	%7.5 aşırı tüketim
49	1100	%9.5 aşırı tüketim

Tablo 13.12 Farklı dış ortam sıcaklıklarında güç dağılım oranları
Mevcut sıcaklık (°C)	Dış ortam sıcaklığı (°C)	0	5	10	15	20	25	30	35	40
5	5	0.02	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00
10	5	0.04	0.02	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00

Güç arıza oranı (PFR) aşağıdaki denklem yardımıyla sıcaklığa bağlı olarak hesaplanabilir.

PFR = $1 - \frac{T_o + 273}{T_i + 273}$

Burada, Tᵢ: İç ortam sıcaklığı (°C), Tₒ: Dış ortam sıcaklığı (°C). Örnek: Bir sanayi kuruluşunda yapılan enerji denetim çalışmalarında, test edilen tüm kompresörlerin hava girişlerinin kapalı bir ortamdan sağlandığı belirlenmiştir. Kompresör yılda 8640 saat çalışmakta, kompresör motorunun görevi 0.91 ve kompresör kullanım faktörü 1'dir. Dış ortam sıcaklığı (Tₒ) 10°C, kompresör emiş sıcaklığı (Tᵢ) ise 16°C olarak ölçülmüştür.

Energy_Efficiency_in_Compressed_Air_Syst

Şekil 13.7 Dış havayı kullanarak enerji tasarrufu sağlama 0.07 $/kWh. Kompresör emiş havası dışarıdan bir kanal ile alındığında, yıllık tasarruf ve geri ödeme süresi nedir? Güç düşüş oranı Eş. (13.9) ile aşağıdaki gibi hesaplanır:

PFR = $1 - \frac{10 + 273}{16 + 273} = 0.020$

Tasarruf edilecek enerji miktarı Eş. (13.8) ile hesaplanır.

Enerji Tasarrufu = $0.020 \times 75 \times 8640 \times 1 ÷ 0.91 = 14,241.758 \, \text{kWh}$

Elektrik kullanımı için yıllık tasarruftan elde edilen parasal tazminat (MAS) şu şekildedir: MAS = ES × (elektrik birim fiyatı) MAS = 14,241.758 kWh/yıl × 0.07 $/kWh ≈ 997 $/yıl 75 kW gücündeki 6 kompresör için toplam tasarruf şu şekildedir: 6 × 997 $/yıl = 5982 $/yıl
Yatırım Tutarı: Yatırım için yaklaşık 8 metre metal kanal kullanılacaktır ve bunun toplam maliyeti yaklaşık 250 $'dır. Bu iş için işçilik maliyeti 250 $ olarak tahmin edilmiştir. Toplam yatırım tutarı 500 $'dır.
Geri Ödeme Süresi: Gerçek maliyet, hesaplanan yıllık tasarruf miktarına bölünerek geri ödeme süresi hesaplanabilir.

Geri ödeme süresi = $\frac{500 \$}{5982 \$ / \text{yıl}} \approx 0.083 \, \text{yıl} $

13.6 Kompresör Soğutma Havasının Kullanımı Artan enerji maliyetleri ve çevresel farkındalık nedeniyle, çoğu kompresör kullanıcısı artık kompresörlerdeki ısının ve atılan ısının potansiyelini fark etmeye başladı. Kompresör üreticileri, bir fan veya su soğutmalı ısı değiştiriciler kullanarak sıkıştırma sırasında kompresörden çıkan havayı soğutma yöntemlerini sunmaktadır. Sıkıştırılmış hava elde etmek için tüketilen elektriğin %90’ı veya daha fazlası, ısı enerjisi olarak geri kazanılabilir. Elektrik, gaz veya sıvı yakıt üretim amaçlı kullanılıyorsa, bu yakıtların bir kısmı veya tamamı, kompresörden elde edilen ısı enerjisi ile kısmen veya tamamen değiştirilebilir. Çeşitli soğutuculardan, yağdan, sudan veya sıcak havadan çekilen ısı enerjisi, ortam ısıtması, kazan yanması veya besleme suyu ön ısıtması, proses ısıtması ve diğer amaçlar için kullanılabilir. Geri kazanılan ısı enerjisi belirlenirken sıcaklık seviyeleri, olası kullanım alanlarını belirler. Yukarıda belirtildiği gibi, enerji geri kazanımı ile ilgili diyagram Şekil 13.3'te verilmiştir. Burada, %94'lük dilimde yer alan enerji türleri: düşük basınç aşamasından ısı geri kazanımı, ara soğutucudan ısı geri kazanımı, yüksek basınç aşamasından ısı geri kazanımı ve son soğutucudan ısı geri kazanımıdır. Atık ısının geri kazanılmasında kullanılacak ek ekipmanın yatırım maliyeti, sağlanacak tasarruflarla kısa sürede kendini amorti eder. Isı geri kazanım sistemi, kompresörün tam yükte çalışacağı varsayımına göre tasarlandıysa, hava kapasitesinde azalma durumunda hedeflenen tasarruf seviyelerine ulaşılamayacaktır. Basit bir varsayımla, elde edilebilecek ısı miktarının hava kullanımına doğrudan orantılı olduğunu söyleyebiliriz. Örnek: Bir işletmenin haddehanesinde, tavlama fırını yanma havası dış ortamdan sağlanmıştır. Bunun yerine, 166 kW ve 138 kW gücündeki iki kompresörün soğutma havası, fırın yanma havası olarak rahatlıkla kullanılabilir. Kompresörler aç/kapa kontrollü olup, hava ile soğutulmaktadır. Etiket bilgileri Tablo 13.13'te verilmiştir. Bunun için, kompresör çıkışlarından yaklaşık 150 m mesafede hava kanalları ve bir fan gerekmektedir. Soğutma havası kullanarak fırında sağlanan tasarruf:

Paeg = $ N \times P_{\text{comp}} \times f \times k \times t $

Tablo 13.13 Haddehane kompresörlerinin etiket bilgileri
Kompresör markası	A1	A2
Kompresör tipi	Vidalı	Vidalı
Motor gücü	166 kW	138 kW
Maks. çalışma basıncı	7.5 bar	8.5 bar
Kompresör birimi (Adet)	1 adet	1 adet

Tablo 13.14 Yatırım maliyeti
Yatırım türü	Yatırım maliyeti
Kanal maliyeti	13,142.85 USD
Fan maliyeti (15,000 Nm³/h)	2,571.15 USD
Toplam	15,714 USD

Burada, Paeg: Yıllık enerji kazancı (kW), N: Kompresör birimi (adet), Pcomp: Kompresör gücü (kW), f: Isı enerjisi tasarruf faktörü (%80), k: Güvenlik faktörü (%5 kayıp) ve t: Çalışma süresi (8500 saat/yıl).
Paeg hesaplaması:

Paeg = $ 2 \times \left(\frac{138 + 166}{2}\right) \, \text{kW} \times 0.80 \times 0.95 \times 8500 \, \text{saat/yıl} $

Paeg = $ 1,963,840 \, \text{kWh/yıl} $ ve 1 kWh = 860 kcal; Paeg = $ 1,688,902,400 \, \text{kcal/yıl} $

Yıllık yakıt ekonomisi = 1,688,902,400 kcal/5847 kcal/kg Yıllık yakıt tasarrufu (kömür eşdeğeri) = 288.849 ton Yıllık parasal tasarruf = 288.849 × 200 USD/ton = 57,760 USD/yıl.
Yatırım ve İşletme Maliyeti: Tavlama fırınında kullanılacak soğutma havası için yaklaşık 150 m uzunluğunda bir hava kanalı, kompresör odasından fırın ısı geri kazanım girişine yapılmalıdır. Bu kanal içinde sıcak havanın enerjisini kaybetmemek veya en az kayıpla taşımak için kanal çapının izole edilmesi gerekir. Ayrıca, kanal akışının rahatlığı için bir takviye çubuğu eklemek yararlı olacaktır. Tüm bu işler için işçilik maliyeti gereklidir. Piyasadaki şirketlerden alınan tekliflere göre, planlanan yatırım Tablo 13.14'te verilmiştir. Ayrıca, yapılacak kanalın kesit hesabı aşağıda verilmiştir.

$\dot{Q}_{\text{flowrate}} = A_{\text{channel}} \times V$ (13.11)

Burada,

$3.04 = A \times 5 \, \text{m/s} \Rightarrow A = 0.608 \, \text{m²}$

A_channel: Kanal kesit alanı (m²) ve V: Kanal içindeki hava hızıdır (5 m/s). 3.04 = A × 5 m/s → A = 0.608 m²
Yaklaşık 75 × 75 cm boyutlarında kare bir kanal tasarımı uygun bulunmuştur. Eklenen fan için kullanılan elektrik motorunun gücü 5 kW'tır. İşletme maliyeti şu şekilde hesaplanmıştır:
5 kW × 8500 saat/yıl × 0.070 USD/kWh = 2975 USD

Tablo 13.15 Ekonomik Analiz
Yıllık enerji kazancı (kcal)	Yıllık kömür eşdeğeri yakıt tasarrufu (ton)	Yıllık parasal tasarruf (USD)	İşletme maliyeti (USD)	Yıllık net tasarruf (USD)	Yatırım maliyeti (USD)	Geri ödeme süresi (ay)
1,688,902,400	288.8	57,769	2975	54,794	15,714	4.1

Geri Ödeme Süresi: Bu yatırım sonucunda elde edilen veriler işletme maliyeti, yatırım maliyeti, parasal tasarruf ve geri ödeme süresi ile birlikte Tablo 13.15’te verilmiştir.

13.7 Basınçlı Hava Akış Kontrolü ve Enerji Ekonomisi

İşletme için gereken koşullara göre, kompresörler tarafından sağlanan hava akışı zamanla değişiklik gösterir. Akış kontrol sistemi doğru seçildiğinde, sistemin bütün olarak maksimum verimlilikte çalışmasını sağlar ki bu özellikle enerji tasarrufu açısından çok önemlidir. Açma/Kapama Kontrolü: Bu yöntemde, ihtiyaç duyulan hava miktarına bağlı olarak kompresör ya tam yükte çalışır ya da tamamen boşta çalışır. Boşta çalışmada, kompresör dönmeye devam eder ve kompresör tam yükte çalışırken enerjinin yaklaşık %30'u boşta çalışma sırasında tüketilir. Kompresör Hava Giriş Damperi ile Yük Kontrolü: Kompresör sürekli olarak çalışır. Kompresör kapasitesi, hava kanalındaki valf tarafından kontrol edilir. Bu yöntem, açma/kapatma kontrolü yöntemiyle karşılaştırıldığında kompresör çıkışını daha kararlı tutar, ancak yük %90'ın altına düştüğünde verimsiz çalışmaya başlar. Bu yöntemde, hava gerekmediğinde bile tam yükte çalışmanın yaklaşık %50'si kadar enerji tüketilir. Değişken Hız Kontrolü (VSD): Hız değiştirmenin kompresör hava akışını ayarlamanın en uygun yolu olduğu bilinmektedir. Kompresör motor hızını değiştirmek için frekans çevirici kullanarak bu ayarı yapmak mümkündür. Frekans çevirici kullanılan sistemlerde, kompresör çıkış hava akışı ve kompresördeki enerji tüketimi doğrudan orantılıdır. Ayrıca, kompresör çıkışındaki basıncı sabit bir değerde tutmak da mümkündür. Kompresörlerde Frekans Çevirici Uygulaması: Bir işletmede, kompresör 1 tam yüke yakın çalışırken, kompresör 2 hava miktarına göre açılıp kapanır. Kompresörlerden biri tam yüke yakın çalıştığından enerji tasarrufu sağlanır.

Şekil 13.8 Kompresör çıkış hava akışı ve enerji tüketimi arasındaki ilişki (basınçlı hava akış kontrolü için kullanılan üç yöntem)
Bu kompresör odasında kompresör frekans çevirici uygulaması yeterli olabilir. İki kompresör tam yükte dönüşümlü olarak çalıştırılabilir ve bir frekans çevirici uygulanabilir, böylece değişken akış talebi ekonomik olarak karşılanabilir.

Kompresör kapasitesi, mevcut kompresör ve motoru değiştirmeden elektrik motorunun frekansını ve frekans çeviriciyi azaltarak ayarlanabilir. Böylece enerji tasarrufu sağlanabilir. Düşük voltajda (380–400 V) çalışan mevcut kompresör motorunu ayarlamak için gereken frekans çeviricinin maliyeti 7000 € + KDV’dir.

Şekil 13.8’de gösterildiği gibi, frekans kontrollü kompresörler düşük yüklerde çalışırken, tam yükte çalışırken tüketilen enerjinin %15 ila %25’i kadar enerji tasarrufu sağlar. Önerilen kompresörün düşük yükte çalışırken %15 enerji tasarrufu sağlayacağı düşünüldüğünde;

Yıllık Tasarruf Miktarı = (138 kW × 0.15 × 8000 saat/yıl × 0.07 USD/kWh)
= 11,592 USD/yıl

Yatırım Maliyeti (Frekans çevirici) = 7000 € + %18 KDV* = 8260 € veya 13,216 USD
Geri Ödeme Süresi = 13,216 USD / (11,592 USD/yıl) = 1.14 yıl ≈ 13.68 ay

(*Not: KDV oranı, hesaplamanın yapıldığı ülkeye göre değişiklik gösterir.)

13.8 Kompresörlerin ve Ana Vanaların Kapatılması

Vidalı kompresörler, yüklü olmasalar bile nominal yükün %85’ine kadar güç çeker. Bu nedenle, kompresörlerin beslediği hatlarda üretim olmadığında, kompresörleri tamamen kapatmak mantıklı olacaktır. Ayrıca, hava sızıntısı olduğunda basınç düşeceği için kompresör sızıntıyı telafi etmek için yüke girmek zorunda kalır. Pistonlu kompresörler de devre içinde veya dışında kaçak olduğunda enerji israfına neden olur. Kaçak nedeniyle oluşan kayıp, hava tankının çıkışındaki vanayı hemen kapatarak azaltılabilir. Kompresörler, kompresörün hava besleme ünitesi ile birlikte manuel veya otomatik olarak kapatılabilir. İnsanlar unutmaya eğilimli olduğundan, otomatik kontroller her zaman daha iyi çalışır.

13.9 Kompresörlerin İşletilmesi İçin Öneriler

Hava kaçakları önlenmelidir.
Mümkün olan en düşük ayar basıncı seçilmelidir.
Soğuk, temiz ve kuru hava girişi sağlanmalıdır.
Emme tarafındaki filtreler düzenli olarak temizlenmeli, basınç düşüşünü azaltan filtreler kullanılmalıdır. Filtre giriş ve çıkışına bir basınç göstergesi yerleştirerek, filtre değiştirme zamanları buna göre ayarlanmalıdır.
Basınçlı hava temizlik amaçlı kullanılmamalıdır; basınç, gerekli yerlerde basınç regülatörü ile azaltılmalı ve memenin hortumun ucuna takılması sağlanmalıdır.
Su tahliye vanaları kapalı tutulmalı ve sızdırmazlık kontrolü sık yapılmalıdır.
Yağlama için sentetik yağlar kullanılmalıdır.
Motorlarda, kasnaklarda ve kayış geriliminde dişli (knurlu) V-kayış kullanılmalı ve düzenli kontrol edilmelidir.
Kullanılmayan ekipman ve hatlar devre dışı bırakılmalıdır.
Ölçüm ve kontrol aletleri düzenli olarak kontrol edilmelidir.
Gereksiz hortum bağlantıları iptal edilmelidir.
Düşük basınç kaybına neden olan borular ve bağlantılar kullanılmalıdır.
Basıncı daha az düşüren filtreler kullanılmalıdır.
Eski ve verimsiz kompresörler değiştirilmelidir.
Basınç düşmesine neden olan vanalar değiştirilmelidir.
Uygun bir tasarım yapılmalı ve doğru tipte ve boyutta hat kurulmalıdır.

References

Holdsworth J (1997) Conserving energy in compressed air systems. Plant Eng 51(13):103–104
Compressed Air: Opportunities for Businesses, Carbon Trust, January 2012
Kaya D, Öztürk HH (2014) Sanayide Enerji Yönetimi ve Enerji Verimliliği, Umuttepe Yayınları, Yayın No: 114, Mühendislik Dizisi: 12, Kocaeli/Türkiye
Risi JD (1995) Energy savings with compressed air. Energy Eng 92(6):49–58
Talbott EM (1993) Compressed air systems: a guidebook on energy and cost savings, 2nd ed. The Fairmont Press, Inc., Lilburn, GA 00247
Çerçi Y, Cengel YA, Turner HT (1995) Reducing the cost of compressed air in industrial facilities. Thermodynamics and the design, analysis, and improvement of energy systems. ASME, AES 35:175–186
Sapmaz S, Canka Kilic F, Eyidogan M, Taylan O, Coban V, Cagman S, Kilicaslan I, Kaya D (2015) Selection of compressors for petrochemical industry in terms of reliability, energy consumption and maintenance costs examining different scenarios. Energy Explor Exploit 33(1):43–62. https://doi.org/10.1260/0144-5987.33.1.43, ISSN: 0144-5987
Barber A (1989) Pneumatic handbook, 7th ed, Trade and Technical Press
Terrell RE (1999) Improving compressed air system efficiency- know what you really need. Energy Eng 96(1):7–15
Kaya D, Phelan P, Chau D, Saraç Hİ (2002) Energy conservation in compressed-air systems. Int. J. Energy Res
Risi JD (1995) Energy savings with compressed air. Energy Eng 92(6):49–58
Kaya D, Saraç Hİ, Olgun H (2001) Energy saving in compressed air systems. In: The fourth international thermal energy congress, Çeşme/Turkey, pp 69–74

Tag: enerji verimliliği

ESÇEM, EIF Dünya Enerji Kongresi’nde Geleceğin Enerji Çözümlerini Tanıttı

ESÇEM’in Standında Yoğun İlgi

Kongrenin Öne Çıkan Temaları

Teşekkürler!

Sıkıştırılmış Havada Enerji Verimliliği

13.1 Sıkıştırılmış Hava Sistemlerinin Temel Ekipmanları

Kompresör Türleri

Kompresör Türleri ve Özgül Güç Tüketimi

13.3 Hava Sızıntılarının Önlenmesi

13.5 Kompresör Emiş Havasını Dışarıdan Alma

13.7 Basınçlı Hava Akış Kontrolü ve Enerji Ekonomisi

13.8 Kompresörlerin ve Ana Vanaların Kapatılması

13.9 Kompresörlerin İşletilmesi İçin Öneriler

References