Değirmenclikte Pnömatik Taşıma
Sertifikalı Değirmencilik Mühendisi
Paul Bruckmann Mühlenbautechnik – Paul Bruckmann Mühlenbautechnik
TEORİDEN PRATİĞE PNÖMATİK TAŞIMA
1.1 Pnömatik taşımada temel bilgiler
Pnömatik taşıma sistemleri temel olarak ikiye ayrılmaktadır:
a) Vakumlu sistem
Vakumlu sistemlerde, hava ve katı parçacıklar boru hattı içine emilir. Boru hattının sonunda, katı ve sıvı akışının ayrılması bir siklon veya filtre aracılığıyla gerçekleştirilir. Yer çekiminin de etkisiyle katı parçacıklar düşerken, hava akışı vakum pompasının olduğu yöne doğru çekilir.
b) Basınçlı sistem
Basınçlı sistemde atmosferik hava, fan aracılığıyla sürekli olarak taşınır. Fanın arkasında ise katı parçacıklar hava akışının içine enjekte edilmektedir. Boru hattının sonunda, katı ve sıvı akışının ayrılması siklon veya filtre aracılığı ile gerçekleştirilir. Yer çekiminin de etkisiyle katı parçacıkları düşerken, hava fazı atmosfere geri dönerek yukarı doğru akar.
Çoklu besleme noktalarından tek bir boşaltma mümkündür./Tek bir besleme noktasından çoklu boşaltma noktalarına ulaşmak mümkündür.
Pnömatik taşıma sistemlerinde genellikle su akışından (hava) ve katı akışından oluşan çok aşamalı bir akış bulunmaktadır. Bu iki fazlı akışı açıklamak için katı kütle akışı ve hava kütle akış oranı olarak tanımlanan katı kütle yükü μ kullanılır. Akış özellikleri üzerindeki etkisi açısından hava akış hızı v çok önemlidir. Ürün parçacıklarının hızı her zaman daha azdır. µ, v ve ayrıca taşınacak malzemenin türüne göre farklı taşıma metotları bulunmaktadır.
Aşağıda sadece, un endüstrisinde belirleyici özelliğe sahip olan seyreltme fazı akışı ile ilgili noktalar sunulmuştur. Katı parçacığa ne olduğunu daha iyi anlayabilmek için aşağıdaki şemaya bakınız.
Yani, dikey bir hava akışının hızı, sadece yüzen katı parçacıklarını tutacak kadar olmak zorundadır. Daha yüksek bir hava akışı hızında parçacık yukarıya doğru taşınmakta, daha düşük hızda ise düşmektedir.
Bu da, mısırın akışına devam edebilmesi için 9,9 m/s hızında bir hava akışı gerektiğini göstermektedir. Daha yüksek hız, dikey pnömatik taşımayı başka yöne kaydırıp mısırı kaldırabilir.
Pnömatik taşıma tesisi kurmak için ürünün özelliklerini bilmek gerekmektedir. Aşağıdaki tablo gerekli bilgileri göstermektedir. Havanın hızı 1,2 kg/m3 yoğunluğuna dayanmaktadır.
Bir diğer önemli değer de yığın yükü µ olarak belirtilebilir.
Pnömatik tesisin çalışma durumu, azami 25-30 yığın yükü µ ile sınırlandırılmıştır.
µ için ortalama değer = 10
1.2 Pnömatik taşıma borusu için
Pnömatik taşımada ise temiz hava akımı, yatay kesit 1’deki hava akışının yatay kesit 2’ye eşit olduğu süreklilik denklemidir:
Boru yatay kesiti sabitse,
Bu eşitlik, boru hattı boyunca düşen basınçla hava hızı oranın artması anlamına gelmektedir.
Fakat, hava hızındaki bu artış, enerji tüketimini ve ekipman aşınmasını arttırdığı için aslında istenmeyen bir durumdur. Bu sebeple de artan hava hızının azaltılması için belirli yerlere yatay boru kesiti yerleştirilir. Bu ayrıca, yüksek basınç ve pnömatik hattın başlangıcındaki yüksek hava ağırlığından dolayı hava hızının uygun bir şekilde azaltılabileceği anlamına da gelmektedir.
1.3 Sistem mühendisliği
Bu durumun gerçek bir projede nasıl gerçekleştirileceğini inceleyelim. Amaç; tesisin diğer ucundaki 8t/s kapasitesine sahip kepekli pelet presini beslemek. Bu, farklı açılarla toplamda 18 adet 110 metrelik yatay ve 55 metrelik dikey dirsekli bir taşıma hattı olacaktır. Hat, çeşitli binalardan ve alansal kısıtlamalardan dolayı içerisine peletleme kurulmuş olan silo ile öğütme binasını birleştiren bir yer altı tünelinden geçirilmektedir.
1.3.1 Pnömatik taşıma tesisi tasarım aşamaları
Bu bilgiler ışığında, tarafımdan geliştirilen program, boru çapını önermektedir. Hesaplanmış basınç farkıyla ilgili doğru borunun seçilmesi de tecrübeye bağlıdır. Yığın yükü duruma göre değiştirilebilir. Bu durumda, boru hattının başlangıçtaki boru iç çapı 119 mm olarak seçilir. DIN 2448’e göre seçilen boru 127 x 4 mm’dir.
Boru hattı uzantısı olmadan hesaplanan basınç farkı, koşullar göz önüne alındığında 840 milibardır.
Bölüm 1.2’de de görüldüğü üzere, sıkıştırılmış hava özgül ağırlığı 2,14 kg/ m³’e kadar çıkarmaktadır. Yukarıdaki formülleri uygulayarak aşağıdaki değerler oluşturulabilir:
Başlangıçtaki hava hızı 22 m/s’den 16,3 m/s’ye düşürülebilmektedir. Sonrasında da boru hattı aşağıdaki gibi uzatılacaktır.
Bu metotlarla, borunun sonundaki hızının 40 m/s’den 24 m/s’ye düşürülmesi gerçekleştirilebilecektir. Ayrıca gerekli basınç farkı da 750 milibara azaltılmaktadır. Hava kilitleri için hesaplanan hava sızıntısını da içeren gerekli hava miktarı 22 m³/dk’dır.
Bir sonraki adım ise doğru fanın seçilmesidir. Enerji tasarrufu gibi nedenlerden dolayı 37 k/W’lık Delta Hybrid kullanımına karar verilmiştir. Bu konuda daha fazla bilgi bölüm 1.4.5’te verilecektir.
1.4 Hava akımı üretiminin varyasyonları
1.4.1 Radyal fan
Santrifüj fanı, hava basıncını arttırmak için dönme pervanelerinden elde edilen santrifüj gücünü kullanır. Pervaneler döndüğünde merkezkaç kuvvetinden dolayı pervanelerin yakınındaki hava, pervanelerden atılır ve daha sonra da fan gövdesine doğru hareket eder. Sonuç olarak da fan gövdesindeki hava basıncı artar. Daha sonra da hava, çıkış kanallarından dışarı doğru çıkartılır. Hava atıldıktan sonra, pervanelerin ortasındaki bölgenin hava basıncı da düşer. Pervane halkalarından gelen hava, bu basıncı normalleştirmeye çalışır. Bu döngü kendini tekrar eder ve böylece de sürekli olarak hava transferi gerçekleştirilmiş olur.
a) Öne kavisli kanatlar fanın tekerleğinin yönünde hareket eder. Bu kanatlar yüksek akış ve düşük basınç uygulamaları için kullanılmaktadır.
b) Arkaya kavisli kanatlar ise fan tekerleğinin tersine hareket etmektedir. Bu kanatlar yüksek basınç ve orta akış uygulamaları için kullanılmaktadır. En yüksek enerji verimliliği sağlarlar.
c) Radyal fan kanatları merkezden dışarı doğru uzatılmaktadır. Yüksek hız, düşük hacim ve yüksek basınç radyal kanatlarda sık görülür fakat bu kanatlar genellikle yüksek ses çıkışı ile karakterize edilir.
1.4.2 Yan kanallı fan:
Küçük bir basınç bölgesi ve hava hacmi makinelerin kullanımını kısıtlamaktadır.
Pervane, basınç ile temas etmemesi için doğrudan motor mili üzerine monte edilmektedir. Hava girişten içeri alınır. Yan kanala girdiği zaman, dönen pervane, dönme yönüne doğru havaya hız kazandırır. Pervane kanallarındaki merkezkaç kuvveti havayı dışarı doğru hızlandırır ve basıncı arttırır. Her bir dönüş, yan kanal boyunca basıncı arttırarak kinetik enerji oluşturur. Yan kanal, fan kanatlarındaki havayı süpürerek ve pompanın çıkış susturucusu aracılığıyla havayı boşaltarak, rotorda daralır.
1.4.3 Root fanı
Radyal fanın yanı sıra root fanı da değirmencilik endüstrisinde sıklıkla kullanılmaktadır. Son dönemlerde 2 loblu ve 3 loblu fanlar arasında bir ayrım yapılmıştır.
Blowerlar, pozitif yer değiştirmeyle ve dahili basınç olmadan (sadece bölgenin sabit hacim değişliği) işlevlerini yerine getirir. Bu da, mevcut karşı basınç sıkıştırma düzeyini ve buna bağlı olarak da güç tüketimini belirlemektedir. Hacim akışı değişikliği sadece hız değişimi ile mümkündür. Titreşimler ve pulsasyonlar, basınçla birlikte artmaktadır.
Giriş öncesi kanallarla üç loblu blowerların geliştirilmesi
Rulmanların alt titreşim yükü, zaman dişlileri ve hazne
• Basınç borusundaki ses enerjisi yaklaşık olarak 25 dB’den daha az olacaktır
• Daha düşük pulsasyonlar fan aşamasında doğrudan azalır
• Tesis ve ekipmanlar için yatırım maliyeti
• Yüksek hız ile aynı boyuttaki hava kapasitesinin arttırılması
Analogdan 2 loblu fanlara:
• Durumun sabit hacim değişimi
• Gerçek karşı basıncı sıkıştırma miktarını/güç tüketimini belirler
• Akış debisinin değişimi sadece hız ayarıyla mümkündür
1.2.4 Vidalı kompresör
Yağsız vidalı kompresörler, yağ olmadan kapatılır. Basınç odasındaki hava yağla temas etmez, iki rotor senkronize iletim ile bağlanır ve böylece yüzey profillerine dokunulmaz.
1.4.5 Delta hibrit kompresörü
– Yüksek verimli fanların üretimi
On yıllık bir çalışma süresi boyunca; enerji maliyetleri, kompresörün toplam Kullanım Süresi Maliyetlerinin yaklaşık %90’ına eşittir.
1.5 Örnek bir proje ile fan seçiminin karşılaştırılması
Verilen bilgiler: 850 mbar, 18,3 m³/dk
1.6 Basınç taşıma hattının sonundaki ayırma
işlemi için çözüm