Fan ve Pompa Seçiminde Dikkate Alınması Gereken Hususlar
Yazan: Kenneth M. Elovitz / HPAC Engineering
Çeviren: Meriç Noyan Karataş
Mühendislerin hangi tasarımın uygun olduğunu belirlerken dikkate almaları gereken birçok etken vardır. Yükler hesaplanmış, fan CFM’i (ft3/dk) veya pompa GPM’i (Galon/dk) bilinmektedir. Kanallar ve boru lay-out’ları hazırlanmış ve basınç düşümleri de hesaplanmıştır. Şimdi sırada fanların ve pompaların seçimi vardır. Üretici seçim programları çok faydalı araçlar olup zamandan tasarruf sağlasa da mühendisler programda tanımlanan akış ve basınç değerlerine uyan ilk modeli seçmeden önce göz önünde bulundurmaları gereken birçok faktör vardır:
1) Fan veya pompa eğrisi çizip tasarım çalışma noktasını bulmak ve bu noktanın eğirinin eğimi kesiminde mi yoksa yatay kesiminde mi olduğunu belirlemek. Sonuç akış değerinde saha koşullarının meydana getirdiği basınçtaki küçük değişikliklerin veya hesaplama belirsizliklerinin etkilerini değerlendirin. Şekil 1 aynı görevi yapan üç farklı fan seçimini göstermektedir: 10.000 ft3/dk @ 3,75’’wg.
Büyük yarıçaplı dirsekler yerine saha koşulları gereği daha keskin dirseklerin kullanılması gerekliliğinin ortaya çıktığını farzedelim. Yani, sistemin 10.000 ft3/dk’lık debiyi kanallar içerisinde hareket ettirebilmesi için 3,75’’ wg’lik (sürekli olarak çizilen eğri) 4,25’’ wg’lik (kesikli olarak çizilen eğri) basınca gerek duyması anlamına gelmektedir. Fan hızını değiştirmeden 24’’ fan (daha dik olan eğri / pembe renkli) eğri üzerinde geride kalacak ve 9.700 ft3/dk’lık debi oluşturabilecektir.
Karşılaştırma yapıldığında, tasarım çalışma noktası 30’’ fan eğrisinin yatay kısmındadır. Bu yüzden bu fan sadece 9.500 ft3/dk debi oluşturabilir. Tasarım debisi önemli ise 24’’ fan, 30’’ fandan, daha küçük ve daha ucuz olmasa bile daha iyi bir seçim olacaktır. Bu örnekteki hava debisi farkları azdır ama diğer durumlarda çok daha büyük farklar ortaya çıkabilir. Bu yüzden bu prensibi her zaman akılda tutmak iyi bir uygulama olacaktır.
Şekil 1
Diğer taraftan, bir pompayı eğrisinin yatay kısmında çalıştırmak, değişken debili sistemlerde avantaj olabilir. Eğrinin eğimli kısmında, vanaların kapanmasıyla oluşan küçük debi değişiklikleri, basınçta büyük değişiklik anlamına gelmektedir. Basınçtaki bu artış, kontrol vanalarından daha fazla debi geçmesine sebebiyet vererek, sıcaklık kontrolünü negatif yönde etkiler. Yüksek miktarda basınç artışı kontrol vanalarını yuvalarından çıkmaya bile zorlayabilir ve gürültü (su küçük çıklıklardan geçtikçe ortaya çıkan vana tıkırtısı veya ıslık gibi) yapmalarına sebebiyet verebilir veya mahalde aşırı ısınma/soğumaya yol açabilir. Pompa eğrisinin yatay kısmında, basınç nispeten sabit kaldığından, kontrol vanaları debi değişimini daha geniş bir toplam sistem yükü aralığında daha tutarlı bir şekilde gerçekleştirebilir.
Diğer yandan, fark basıncı by-pass valfi sistemdeki mevcut basınç farkını sınırlandırır. Tasarım çalışma noktası pompa eğrisinin yatay kısmında olsa bile, sistem tasarım debisinden daha düşük debilerde nispeten yatay bir pompa eğrisi görecektir. Özellikle düz kanatlı fanlardan çok öne veya geriye eğimli kanada sahip fanlarda, eğirinin yatay bölümü kararsızlık alanında biter. Fan eğrisinin en yüksek verimlilik noktasına yakın olan bir sistem eğrisi, saha koşulları veya hesaplama hatası sebebiyle gerçek sistem eğrisini tasarım eğrisinden daha eğimli hale getirdiğinde kararsızlık alanına geçme riski taşır.
Bu risk, fanları olması gerekenden daha büyük boyutlandırmanın yarattığı tehlikelerden biridir. Fan ve pompa eğrilerinde “eğik” bölümün mü yoksa “yatay” bölümün mü seçilmesinin daha iyi olacağında verilebilecek bir cevap yoktur. Seçim, sistemin tüm tasarımını etkileyen tüm faktörlerin göz önüne alınmasını gerektiren bir mühendislik muhakeme sorusudur:
2) Pompa seçiminde en büyük veya en küçük boyuttaki pervaneyi seçmekten kaçının. Pervane boyutunu belirlerken, pervanenin değişen saha şartlarının yarattığı etkilerin üstesinden gelecek veya değişen şartları karşılayacak kadar bir güvenlik faktörü alın.
Benzer şekilde, saha koşullarını karşılayabilmek için fan hızında da belli bir güvenlik payı bırakın. Şekil 1’de seçimi yapılan 24’’ fanın katalog hızı 1569 rpm iken katalogdaki maksimum hızı da 1588 rpm’dir. Bu sebepten bu fanın hızı daha yüksek değerlere çıkamayacağından 10.000 ft3/dk olan tasarım debisine ulaşamayacaktır.
Şekil 2
Eğer fanın tasarım hızı Sınıf I konstrüksiyon için maksimum hıza yakın ise, Sınıf II konstrüksiyonda fan seçimi yapın. Daha üst sınıftan fan seçmenin doğuracağı az miktardaki maliyet artışı, fanı ileri bir zamanda değiştirmenin (veya konstrüksiyon sınıfı limitlerini kontrol etmeden fan kanatlarının parçalanmasına sebep olmanın) doğuracağı maliyet yanında çok düşük kalacaktır. Teslim zamanında, işin dikkat edilmesi gereken hususlarını bilmeyen bir taşeron veya üretici temsilcisinin düşük konstrüksiyon sınıfından bir fanı “işi yapmaya yeterli” görüp teslimat yapmasının önüne geçmek için fanın konstrüksiyon sınıfını kontrol edin. Unutmayın ki projedeki tüm ekipmanlar belirlendiğinde ve teklif sunulduğunda, tüm ekipmanların olması gerektiği gibi değil de teklifte olduğu gibi tedarik edilmesi zorunludur.
3) Fanın çalışma noktasındaki fan gürültü sınıfını kontrol edin. Bir üst sınıftaki veya bir alt sınıftaki fan daha az gürültülü olabilir. Fan seçimini yaparken verimlilik, gürültü ve çalışma noktası dengelenmelidir.
4) Motor seçimini yaparken, kayış ve sürücü kayıplarını, motora gelen yükü belirlemek için fanın fren beygirgücüne ekleyin. Kayış ve sürücü kayıpları fan hızı ve yüküne göre değişiklik gösterir. Bu kayıplar için fanın nominal fren beygirgücünün %5’ini almak tasarımda kullanmak için iyi bir ortalamadır. Hem fanlarda hem de pompalarda, aşırı yüklenmenin olmadığı çalışma şekli de göz önüne alınmalıdır. Düşük basınçta, debi arttıkça beygir gücü de artar. Bu artış kanatları öne eğimli fanlarda; geri eğimli ve düz kanatlı fanlara ve pompalara nazaran çok daha fazladır. Motoru servis faktörü dahilinde çalıştırmanın, nadir de olsa fanın veya pompanın yüksek akış/düşük basınç/artmış beygirgücü şartlarında da uygun olup olmayacağına karar vermek için mühendislik muhakeme yeteneklerinizi kullanın.
Bir üst büyüklükte motor seçmenin maliyetinin (potansiyel kablolama ve marş değişiklikleri ile), sistem direncini daha küçük bir motorun kapasitesini karşılayacak şekilde azaltarak önüne geçilebilir. Olması gerekenden büyük ve hafif yükte çalışan motorlar olması gerekenden daha yüksek kurulum maliyetlerine sebebiyet verirler. Ayrıca verimlilikleri düşük olup düşük güç faktörüne sahiptirler. Aynı zamanda, Şekil 2 (Bell and Hester, Electric 51) motor verimliliğinin, etiket değerlerinin %65’i ve fazlasında nispeten sabit kaldığını göstermektedir. Aşırı yüklenmenin olmadığı çalışma şeklinde veya saha değişikliklerinin karşılanabilmesi için güvenlik faktörü olarak; olması gerekenden bir üst boyuttaki motorun seçilmesi her zaman işletim maliyetlerini artırmaz.
Şekil 3
5) 3600 rpm veya 1200 rpm motorlardan çok 1800 rpm motorları tercih edin. 1800 rpm motorlar standarttırlar ve piyasada kolaylıkla bulunabilirler. 3600 rpm ve 1200 rpm motorlar özel sipariş üzerine yapılan motorlardır ve bu yüzden arızalandıklarında tedarik sürellerinin yüksek olması sebebiyle duruş süresini artırırlar. Aynı görevi yerine getirmek için, 3600 rpm motorlar, 1800 rpm ve muadili motorlara göre daha çok gürültülü çalışırlar. Pompa gürültüsü özellikle içerisinde iskan olan mahallere daha yakın konumlandırılmış nispeten küçük motorlar için önemli olabilir.
6) Fan seçimi yaparken, marş alma ve çalışma sıcaklıklarını göz önünde bulundurun. Soğuk havanın yoğunluğu daha yüksek (daha yüksek kütle debisi) olduğundan ılık havaya göre daha çok beygir gücü gerektirir. Sıcak hava (örneğin mutfak egzozu) taşınımında ise, rulmanları ısıdan korumak için ısı tutucu gibi önlemler gereklidir. Aynı şekilde, motorları sıcak hava akımlarından uzak tutacak şekilde seçiniz.
7) Inline pompalar alandan tasarruf ettirir fakat motor boyutunu ve motorun sökülüp servise gönderilmesi, rulmanının değiştirilmesi veya motorun değiştirilmesi gibi servis gerekliliklerini göz önünde bulundurun. Bir mekanik, motor yüksekte veya mekanik merdiven üstünde değil ise, muhtemelen 3 HP’ye kadar olan motorları taşıyabilir (yaklaşık 75 pound). 10 HP’lik (130 pund) veya 15 HP’lik (235 pound) motorların servisi için mutlaka calaskar, vinç gibi zincirli taşıma ekipmanları gerekir.
8) Egzoz fanları için atış hızı ve atış gerekliliklerini göz önüne bulundurun. Örneğin bir 1200 ft3/dk’lık egzoz havası, uygun hava taşıma hızı (1500 ft/dk) ve uygun basınç kayıp mikatarı (0,25’’/100 ft) için 12’’ lik bir kanal kullanacaktır. Fakat, atılan havadaki dumanın seyreltilmesi adına 2500 ft/dk’lık bir atış hızı tercih edilebilir. Hızı atış kısmında arttırmak için atış konisi kullanmak, hız basıncını 0,14’’ wg’dan (1500 ft/dk) 0,39’’ wg’a (2500 ft/dk) çıkaracağından 0,25 wg’’ enerji girdisinin fan seçimi yapılırken göz önünde bulundurulmalıdır.
Akış (cfm veya gpm) ve basınç (in. wg toplam statik basınç veya feet su) fan ve pompa seçiminde anahtar performans faktörleridir. Buna karşın mühendislerin, spesifik bir model seçimi yaparken tartması gereken farklı opsiyonlar ve değerlendirmeler vardır.
