Mevcut Endüstriyel Üfleyici Performans Standartlarının Gözden Geçirilmesi ve Karşılaştırılması

Atıksu arıtma sektörü, organik maddelerin aerobik sindirim sürecinde oksijen sağlamak için düşük basınçlı, yağsız havanın verimli bir kaynağına büyük ölçüde bağımlıdır.

Başlangıçta bu düşük basınçlı hava, pozitif deplasmanlı, döner loblu üfleyiciler tarafından sağlanıyordu, ancak havalandırma uygulamaları için gereken yüksek hava hacimleri nedeniyle atık su endüstrisi, özellikle çok kademeli santrifüj üfleyiciler olmak üzere dinamik üfleyici teknolojisini hızla benimsedi. Atık su endüstrisindeki başarılarının bir sonucu olarak, dinamik üfleyiciler genel endüstride yaygın kabul görmüş ve kullanılmaktadır.

Artan verimlilik ihtiyacı, yüksek hızlı turbo ve düşük basınçlı vidalı üfleyiciler gibi yeni üfleyici teknolojilerinin geliştirilmesine yol açmıştır. Bu teknolojiler zaman içinde performansı artırmıştır. Bu iddialar, hem son kullanıcıların hem de teknik şartname hazırlayan mühendislerin ilgisini çekmiş ve dinamik ve pozitif deplasmanlı üfleyiciler arasındaki performans karşılaştırması konusunda birçok tartışma yapılmıştır.

Kullanıcıların fan performansı belirtmeleri durumunda, fan üreticisinin belirtilen performansı sağlamasını bekledikleri anlaşılmaktadır. Bu durum, özellikle düşük basınçlı havalandırmanın proses için önemli bir işletme gideri olduğu atık su arıtma sektöründe geçerlidir.

Bu nedenle, satın alma ve belirleme kararlarının gerçeklere ve verilere dayanabilmesi için farklı üfleyici teknolojileri arasındaki performansı karşılaştırmak için geçerli ve güvenilir bir yönteme ihtiyaç duyulmaktadır. Dinamik ve pozitif deplasmanlı gibi farklı üfleyici teknolojileri arasındaki performansı karşılaştırmanın zorluğu, bunların farklı sıkıştırma prensipleri altında çalışmasıdır. Bu durum, doğru bir performans karşılaştırması elde etmek için gereken test gereksinimlerini karmaşıklaştırır ve yaratıcı performans raporlamasına olanak tanır.

Yeni nesil üfleyici standartları

Dinamik kompresörler (PTC-10 ve ISO 5389) ve pozitif deplasmanlı kompresörler (ISO 1217) için mevcut performans standartları on yıllar önce geliştirilmiştir.

Bu standartlar yıllar içinde birçok revizyon ve değişikliğe uğramış olsa da, atık su arıtma sektörü, düşük basınçlı hava kompresörlerinin (üfleyicilerin) gerçek paket performansını ölçen ve farklı üfleyici teknolojileri arasında doğru performans karşılaştırmalarına olanak sağlayan yeni, kablo-hava performans test metodolojisi talep etmektedir.

Bu zorluğa yanıt olarak, Basınçlı Hava ve Gaz Enstitüsü (CAGI), Uluslararası Standartlar Örgütü (ISO) ve Amerikan Makine Mühendisleri Derneği (ASME) birbirinden bağımsız olarak düşük basınçlı üfleyiciler için aşağıdaki üç performans standardını geliştirmiştir:

Miami'den Chicago'ya seyahat eden üç kişiyi örnek olarak ele alalım: biri araba ile, biri uçakla, biri de trenle gidiyor. Üçü de aynı yere varacak, sadece her birinin oraya ulaşma deneyimi farklı olacak. Benzer şekilde, her test standardı, doğru şekilde uygulandığında aynı üfleyiciye uygulandığında aynı performans verilerini vermesi gerekirken, her standardın test metodolojisi açısından kendine özgü farklılıkları vardır.

Bu makale, üfleyici paketine nelerin dahil olduğunu belirlemek için oluşturulan sınırları, her standartla benzerliğin nasıl sağlandığını ve teknolojilerinden bağımsız olarak herhangi iki üfleyici arasında birebir karşılaştırma yapılabilmesi için her standardın gerektirdiği veri doğrulamasını ele almaktadır.

Makalenin sonunda üç test standardının temel noktalarını karşılaştıran bir tablo verilmiştir.

ASME PTC 13 - 2018: Üfleyici Sistemleri için Kablo-Hava Performans Testi Kodu

ASME, test standartlarıyla hem ülke içinde hem de uluslararası alanda tanınmaktadır.

Adından da anlaşılacağı gibi, standart komple fan sistemlerine veya paketlerine odaklanır ve paket giriş gücünün çıkış akışına oranını gösteren bir performans ölçütü sunar. Bu kavram "Kablo-Hava" olarak bilinir ve öncelikle hava ucu performansına odaklanan ve komple paketin performansını dikkate almayan önceki performans standartlarından farklıdır.

Bu standardın amacı, yüksek hızlı turbo üfleyiciler ve vidalı üfleyiciler gibi, üfleyici hava ucu, tahrik motoru, VFD ve paket elemanlarından oluşan komple paketler halinde tasarlanan, üretilen, satılan ve kullanılan makinelerin ihtiyaçlarını karşılamaktır. Komple paketler olarak ele alındığında, standart bu makineleri havayı emen, bir tahliye borusuna ileten ve bu işlem sırasında güç tüketen bir kutu olarak ele almaktadır.

Termodinamik ve elektriksel performans sınırları

Bu standart, bir üfleyici sisteminin tipik sınır katmanını belirleyerek, sistem/paket içerisinde hangi öğelerin yer aldığını açıkça tanımlar. Paket sınırları, termodinamik performans sınırı ve elektriksel performans sınırı olmak üzere ikiye ayrılır. Termodinamik sınır, hava ünitesine ve kontrollerine odaklanırken, elektriksel sınır ise tahrik motoruna ve kontrollerine odaklanır. Bu iki sınır, alıcı ve tedarikçinin paket testine dahil edilecek öğeler konusunda pazarlık yapabilmelerini sağlamak amacıyla belirlenmiştir.

Amaç, makinenin çalışması için gerekli tüm ilgili bileşenleri belirlemek ve bunları hem makine testine hem de teklifte sunulan raporlanan verilere dahil etmektir.

Ölçümlerin nereden alınacağı

İlgi çekici ve önemli bir sonraki konu test düzeneğidir. Kablo-hava performansını elde etmek için, test düzeneği, tüm sistem/paket ve etkilenen tüm bileşenlerin hesaba katıldığından emin olmak açısından kritik öneme sahiptir.

Teste dahil edilecek öğeler test sınırları ile belirlenmiştir, ancak ölçüm cihazlarının yerleştirilmesi de aynı derecede önemlidir. Buradaki amaç, havanın sınır tabakası çıkışındaki basınç ve sıcaklığını ölçmek yerine, hava paket sınırına ulaşmadan önce emme basıncını ve sıcaklığını ölçmektir.

Akış, paket sınırının aşağısında ölçülür ve güç, paket sınırına girerken ölçülür. Teorik olarak, bu, tüm iç akış kayıplarının ve tüm güç tüketicilerinin hesaba katılmasını sağlar. Veri doğrulama sürecinde test koşullarının garanti edilen koşullara doğru bir şekilde dönüştürülmesi için basınç ve sıcaklık değerleri gereklidir.

Akış nasıl ölçülür?

Akış ölçümü için, çıkış noktasında ölçüm yapmak önemlidir çünkü üfleyici emme flanşından veya makine girişinden alınan havanın tamamı çıkış portuna ulaşmaz. Bu hava akışı iç kayma nedeniyle kaybolabilir veya soğutma veya diğer ihtiyaçlar için yönlendirilebilir. Çıkış borusunda ölçüm yapmak, basınç altında iletilen hava akışını doğrulamak için en doğru yöntemdir.

Güç ölçümleri

Güç ölçümü de aynı derecede önemlidir çünkü uzun yıllar boyunca, teorik olarak paketin toplam giriş gücünü hesaplamak için kullanılan fan mili gücü veriliyordu. Artık komple makineler mevcut olduğundan, gerçek makine giriş gücü tek bir güç ölçer ile ölçülebilir. Tüm yardımcı pompalar, fanlar veya diğer cihazlar güç tüketicisidir ve bunlar da testte dikkate alınmalıdır.

Veri doğrulama ve metodoloji

Standardın ele alınacak son bölümü veri doğrulamasıdır. Standart, çalışma termodinamik özelliklerinin, benzerlik noktalarının ve test performansının öngörülen garanti koşullarına göre veri doğrulamasının nicelleştirilmesi için gerekli metodolojiyi sağlar.

Önemli karşılaştırma ölçütleri de burada belirlenir. PTC-13 örneğinde, bunlar şu şekilde tanımlanabilir::

• Hacim oranı
• Hacimsel akış hızı
• İzotropik başlık (kablo-hava özgül performansı)
• Mach sayısı
• Deşarj basıncı

Hacim oranıBu değer, test sahası koşullarındaki hava yoğunluğunun, garanti edilen koşullardaki hava yoğunluğuna benzerlik noktası olarak kullanılır. Tüm performans testlerinin, saha koşullarını tam olarak yansıtmayabilecek bir laboratuvarda gerçekleştirilmesi amaçlanmaktadır ve bu durum performans sonuçlarını etkileyebilir.

Hacimsel akış hızıÖlçülen deşarj akışından hesaplanır ve bu akış, test sahası koşullarındaki giriş akışına dönüştürülerek, saha koşullarındaki garantili giriş akışıyla karşılaştırılır.İzotropik başlıkBu testin özünde bu yatmaktadır. Bu, istenen akış ve basınca ulaşmak için gereken termodinamik iş miktarını belirler. Benzerlik sağlamak için, her iki test sahasındaki koşullar eşit olmalıdır.

Makine Mach numarasıDinamik makineler için yine bir benzerlik noktasıdır. Bu, rotor ucundan çıkan hava moleküllerinin hızını temsil eder. Bu, farklı hava yoğunluklarındaki akışkan sıkıştırılabilirliğiyle ilgilidir ve hava yoğunlukları yine test sahası koşullarına ve garanti koşullarına bağlıdır. Benzerlik açısından, bunların test ve garanti koşulları arasında aynı tutulması gerekir.

Bunlar PTC-13 test kodunun temel unsurlarıdır.

Bu fan test standartları neden geliştirildi?

Düşük basınçlı havanın büyük bir kullanıcısı olan atıksu arıtma sektörü, üfleyici üreticilerinden kullanıcının belirttiği performansı sağlayan üfleyiciler üretmelerini beklemektedir.

İki üfleyicinin, ister pozitif deplasmanlı ister dinamik makineler olsun, birebir karşılaştırılabilmesini sağlayan üfleyici test standartları gereklidir. PTC 13, BL300 ve ISO 22484 test standartları, üreticilerin reklamını yaptıkları performansı sağladıklarını doğrulamak için kullanılabilecek üfleyici test metodolojileri sunmaktadır.

Bu makale, bu standartlar arasındaki farklılıkları belirlemiş ve bu test standartlarının, herhangi iki üfleyici arasında doğru karşılaştırma yapılmasına olanak tanıyan basit, güvenilir ve geçerli bir test standardına yönelik piyasa ihtiyacını nasıl karşılamayı amaçladığını özetlemiştir.

Standartlar bu amacı çoğunlukla benzer bir şekilde gerçekleştirse de, benzerlik yasalarının ve kabul kriterlerinin uygulanmasında farklılıklar bulunmaktadır.

PTC-13, 2019'dan beri piyasada aktif olarak yer almaktadır. ANSI/BL300, 2022 yılında Amerikan Ulusal Standardı olarak yayınlanmıştır ve şu yollarla temin edilebilir:CAGI web sitesiISO 22484 standardı son halini alıyor ve 2024 yılında yayınlanması bekleniyor.