Havalandırma Fanlarında Debi Değişimi

Yazan: Hüseyin Bulgurcu

Havalandırma fanlarında debi değişimi hangi yöntemlerle gerçekleştirilir?

Birçok kurulumda fanlar maksimum çıktı vermek ve gerekli olduğunda hava debisinin elle veya otomatik biçimde azaltılmasını sağlayan olanaklara sahip olmak üzere seçilir. Özellikle talep kontrollü havalandırma yönteminde ihtiyaca göre ortama hava verilmesi hedeflendiğinde fanlarda debi ve hız kontrolü önemli hale gelmektedir.

Değişken çalışma hızı herhangi tür bir fana uygulanabilir. Bu yöntemde, fan eğrisi üzerindeki her nokta fan kanunlarını izler ve parabolik bir sistem karakteristiği üzerinde hareket eder. Bu sistemin avantajları aşağıdaki gibidir:

- Fan verimi sabit kalır, kararsız bölgeye kaymanın herhangi bir riski yoktur (öne eğik bir fan durumunda)

- Debiyi azaltmanın bu yönteminde, fanın gücü hızın üçüncü kuvvetiyle değiştiğinden, önemli bir güç ekonomisiyle sonuçlanır.

- Hız azalırken bağlı olarak gürültü düzeyi de azalır,

- Bir kayış tahrikli sistem gereğini de ortadan kaldırabilir,

- Bu sistemin sakıncası, özellikle sürekli değiştirmeler istendiğinde, ilk maliyetinin yüksek olmasıdır. Ancak işletmede sağlayacağı tasarruflar yüksek olur.

Şekil 1. Değişken devirin radyal fan karakteristik eğrisindeki etkisi

Fanın emme veya basma tarafına monte edilecek damper yardımıyla hava debisini kontrol etmek mümkündür. Ancak bu yolla yapılacak debi ve hız ayarı fanın tüketeceği elektrik enerjisini debi ile aynı oranda azaltmaz. Bu konuda en çok kullanılan beş yöntem açıklanmıştır.

1. Hız Kontrolü için Frekans Evirici (VFD) Kullanımı

1990’lı yılların ortalarından itibaren gelişen mosfet teknolojisi ile birlikte DC motor sürücüleri, yerini yavaş yavaş AC motor hız kontrol cihazlarına bırakmıştır. Son dönem akıllı elektronik kartların üretim maliyetlerinin önemli ölçüde düşmüş olması mikroişlemcilerdeki ekonomi hız kontrol cihazlarında önemli ölçüde ucuzlamaya neden olmuş ve bu cihazlar oldukça yaygınlaşmıştır.

Endüstrinin hemen hemen her motoru artık AC sürücü ile kontrol edilmeye başladığından, makine sektörü belli bir rahatlamaya ve müşterilerde enerji tasarrufu, üretim kalitesi, motorların daha sağlıklı çalışması gibi birçok faydalar sunmuştur. Gelişen teknoloji ile birlikte boyutlarında da önemli küçülmeler olmuş, şebekeye gürültü veren cihazlar yerini daha sağlıklı yapıdaki cihazlara bırakmıştır.

Birçok fan ve pompa kurulumunda geniş bir akış değişimi esnekliği vardır. Su ve atıksu sistemleri, prosesler ve diğer endüstriyel uygulamalar bu gruptadır. Mükemmel akış kontrolü, fan veya pompa üzerinde değişken hızlı bir sürücü kullanarak ve diğer birimleri değişken hızda çalıştırarak elde edilir.

Frekans eviricinin avantajları:

- Elektromanyetik motor gürültü kirliliği olmadan hız kontrolü yapılabilir

- Motorlarriske maruzdeğildir

- Korumalı motor kablosu olmadan çalışabilir

- Evirici üzerindeki motorlarparalelçalışabilir

- Yüksek verimli enerji

- Motorkablo uzunluklarıevirici ile sınırlıdeğildir

- Üniversal kontrol fonksiyonları entegre edilmiştir

Şekil 2. Değişken hız kontrolü için frekans eviriciler (inverter)

2. Gerilim Kontrol Cihazı ile Fan Hız Kontrolü

Piyasada gerilimi sürekli ayarlanabilir hız kontrolü kontrollü 1 ve 3 fazlı fanlar için elektronik gerilim kontrol cihazları mevcuttur. Bu cihazlar basit bir potansiyometre aracılığıyla kontrol yapan cihaz olmayıp -aynı zamanda ekran ile çok fonksiyonlu- çok çeşitli uygulamalar için kullanılabilir. Soğutma, klima, temiz oda teknolojisi ve hatta tarımsal uygulamalar için işletim modlarına ait bilgileri depolayıp çok fonksiyonlu cihazlar seçilebilir.

Faz kesme kontrol ilkesini kullanırken motorlarda elektromanyetik gürültüler ortaya çıkabileceğinden, gürültüye hassas uygulamalar için frekans evirici kullanılması önerilir.

Elektronik voltaj kontrolü avantajları:

- Makul fiyatlı yatırım

- Üniversal kontrol fonksiyonları entegre edilmiştir

Bu cihazları seçerken dikkat edilmesi gerekenler:

- Voltaj düşüşü, motorun enerji tüketiminde bir artışa sebep olabilir.

- Gerilim kontrol cihazlarının tasarımında akım depolanmasını dikkate alınız. Bu bağlamda, fanların teknik verilerini, özellikle akım değişim (ΔI) beyanını dikkate alın.

Şekil 3. Elektronik voltaj kontrol cihazları (dimmer)

3. Transformatör ile Fan Hız Kontrolü

Gerilim kontrollü fanlar ile transformatör kullanılarak hızları değişken hale getirilebilir. Bu amaçla, çeşitli bireysel transformatörler ve komple trafo tabanlı 5 kademeli anahtarlı hız kontrol cihazları mevcuttur:

- Entegremotor koruma fonksiyonuolan ve olmayankontrolcihazları

- Ek kontaklı veek fonksiyonlu kontrolcihazları

Trafo tabanlı hız kontrolünün avantajları:

- Basit, sağlam teknoloji

- Elektromanyetik motor gürültüsü oluşturmaz

Şekil 4. Transformatör esaslı tek veya üç fazlı kademe anahtarlı fan hız kontrolleri

4. Değişken Kanatlı Giriş Damperleri

Değişken giriş damperi soğuk kalkış ve tasarım kapasitesinden düşük kapasitede çalışma gerekli olduğunda kullanılabilir. Girişteki burgu hareketinin sonucunda fan eğrisi değişmekte, hem güç hem de basınç azalmaktadır. Bu yöntemde, küçük debilerde verim değişikliği yoktur. Bu yöntem düşük debilerde, girişte bir burgu hareketi yaratmayan damperli kontrolden daha iyi bir güç azalımı elde etmek üzere öne-eğik kanatlı, geriye-eğik kanatlı fanlarda kullanılabilir.

Damperin kısılması veya açılması ile sistem direnci değiştirilir. Diğer yöntemlerle karşılaştırıldığında, güç tüketimindeki tasarruf çok azdır. Ancak en ucuz ve en basit konstrüksiyondur. Bu nedenle sadece küçük güçlü ve güç tasarruflarının önemli olmadığı fanlardaki hacim azaltımında kullanılır.

Şekil 5. Değişken kesitli giriş damperi ile fan debi kontrolü

5. Değişken Çaplı Kayış-Kasnak Kullanımı

Mekanik kontrollü matkap tezgâhlarında olduğu gibi motor-fan kayış-kasnak bağlantısı ters çalışan kaynaklar ile hız kontrolü yapmak mümkündür. Bazen motor ve fan kasnakları çok kanallı yapılarak çap değişimleri birbirine ters olarak yerleştirilir.

Şekil 6. Değişken çaplı kasnakla fan hız kontrolü (Motor kasnağının açılması fan hızını azaltır)

Frekans eviriciler (VFD) hangi kriterlere göre seçilir?

Soğutma ve klima uygulamaları için frekanslı eviriciler seçilirken göz önüne alınması gereken önemli seçim kriterleri vardır. Bunlar sırasıyla;

1) Harmonikler

Tüm VFD’ler elektromanyetik dalga kirliliği (harmonik) üretir. Dahili harmonik filtreleri olan bir VFD’yi seçmek için özen gösterilmelidir. Bu filtreler yaygın olarak “DC Link Chokes” olarak bilinir ve VFD tarafından üretilen harmonikleri kabul edilebilir standartlara indirger.

2) VFD’ler tarafından üretilen pik voltajlar

Bir VFD şebeke üzerinde çalıştığından motoru daha yüksek bir voltaj gerilimine tabi tutmaktadır. Bu nedenle motorun tasarım tepe gerilimi hesaba katılmalıdır. Örneğin, bazı ülkelerde 380-440 V giriş voltajına sahip 650 V derece motorlara rastlıyoruz. Bunun gibi bir motorda 1100 V’luk bir tasarım tepe gerilimi vardır. Seçilen VFD, VFD ve motor arasında tam uzunlukta kabloyla daha yüksek voltaj üretmemelidir.

3) Standart motor kapasitesi

Bazı VFD üreticileri inverter nitelikli motorları önerir. Bu motorlar pahalıdır ve özel olarak sipariş edilmesi gerekir. Bunun yerine, standart motorları kabul eden bir VFD isteyin. Bu VFD’ler motorda ilave ısıtmaya neden olmazlar, neredeyse sinüsoidal olan ve daha düşük pik voltajlarına sahip tam bir çıkış voltajı sağlarlar.

4) Otomatik-manuel çalıştırma

Otomatik ve elle çalıştırmayı destekleyen bir VFD arayın. Bu şekilde, kontrol sistemi veya VFD’ye bağlı sensörler / vericiler arızalanırsa, manuel modda VFD’yi kontrol etme ve tesisin çalışmasına devam etme imkânınız kalır.

5) Motor kablosu uzunluğu

VFD’leri bir kontrol odasına kurmak normal bir uygulamadır. Sonuç olarak, VFD’ler ile kontrol ettiği motorlar arasındaki mesafe oldukça uzun olabilir. Böyle bir durumda VFD’lerin uzun kablo uzunluklarını desteklemesi çok önemlidir. Motor kablolarının uzunluğu en az 100 metre olan bir VFD arayın.

6) Basamak kontrolü

Birden çok kompresör paketini çalıştırırken, bir kompresörün hız kontrolünün yapılması ve diğer kompresörlerin yük gereksinimine göre basamaklanması önerilir. Bu tür bir çalışmayı destekleyen kompresör uygulamaları için kademeli denetleyicisine sahip bir VFD arayın. Harici kontrol cihazlarına olan ihtiyacı ortadan kaldıran tümleşik bir kaskad kontrol cihazı ile kompresör paketi başına yalnızca bir VFD takmanız gerektiğinden, bu çok ekonomik olacak ve aynı zamanda sistem güvenilirliğini artıracaktır.

7) Soğutucu akışkan tabloları

Dâhili soğutucu akışkan basıncı - sıcaklık çizelgeleri olan VFD’leri arayın. Bu, operatörlerin, sistemde kullanılan soğutucu akışkanını seçtikten sonra VFD’de derece ˚C veya derece ˚F sıcaklık ayar noktalarını kolayca programlamalarını sağlar. Bu, devreye alma sürecini basitleştirir ve insan hatalarını en aza indirir.

8) PID kontrolü

VFD’ler, sıcaklığı veya basıncın ayar noktasının doğru şekilde muhafaza edileceği şekilde hızı kontrol etmek için dâhili PID kontrol cihazlarına sahip olmalıdır.

9) Uyku modu çalışması

Bazen yoğunlaştırıcı fanlar doğal olarak verimli olur. Ortam sıcaklığı düşükse (gece ve kış) yük azdır. Bu gibi durumlarda fanın çalışmasına gerek yoktur. VFD, bu gibi durumları tespit edebilmeli ve enerji tasarrufu yapmak, aşınmayı ve yıpranmayı azaltmak için otomatik olarak kapalıdır.

10) Programlanabilir minimum ve maksimum hızlar

VFD, minimum ve maksimum hızların ayarlanmasına izin vermelidir. Vidalı kompresör uygulamalarında, örneğin, kompresör düşük hızlara izin vermiyorsa, minimum devir sayısının programlanması gerekebilir.

11) Aşırı yükleme kapasitesi

Pistonlu kompresörlerin VFD’leri en az %160 aşırı yük kapasitesine sahipken, vidalı kompresörlerin VFD’leri en az %110 aşırı yük kapasitesine sahip olmalıdır. Bu VFD’ler sabit torklu olmalıdır. Kondenser ve evaporatör fanları için VFD’ler en az %110 aşırı yük kapasitesine sahip olmalı ve değişken tork tipi olmalıdır.

12) IP koruma derecelendirmesi

VFD’ler dışarıda monte edilecekse, bu VFD’ler en azından IP 66 korumasına sahip olmalı ve 45°-50°C’ye kadar sıcaklıklarda çalışabilmelidir. IP 54 korumalı VFD’ler diğer uygulamalar için tercih edilecektir çünkü bunlar çoğu ilave soğutma tesisine ihtiyaç duyulmadan kurulabilir ve çoğu soğutma tesisinde yaygın olan toz ve neme dayanıklıdırlar.

13) Parametrelerin gösterimi

İngilizce veya yerel dilde bilgi görüntüleyebilen bir VFD seçin. Bu, VFD’de bir mesajın her görüntülendiğinde, operatörlerinizi el kitaplarına başvurma sorunundan kurtarır.

14) Göstergeler

kW, kWh, çalışma saatleri, voltaj, amper ve en önemlisi VFD gibi sıcaklık veya basınç ile izlenen parametreler gibi en önemli değişkenleri gösterebilen bir VFD arayın. Bu bilgi, kurulumunuz için hayati önem taşır ve bir bilgisayara bağlandığında izlenen verilerin günlük ayrıntılarını sağlayabilir.

15) Enerji optimizasyonu

Evaporatör ve kondenser fanları için VFD’ler bir enerji optimizasyon işlevine sahip olmalıdır. Böyle bir işlevle, genellikle %5, %10 daha fazla enerji tasarrufu elde edersiniz.

16) Gerçek zaman saati

Dâhili gerçek zamanlı saat olma ihtimaline karşı daima bir VFD arayın. Bu, açma / kapama zamanlarınızı, buz çözme zamanlamalarını, bakım programlarını, gece ayarlama saatlerini vb. programlamanızı sağlar.

Şekil 7. Frekans eviriciler