Çok büyük çaplı akış ölçer seçimi

Thread Content

Çok büyük boru çapları genellikle 1 metreden büyük olan çaplardır ve bunlar yuvarlak borular/kare borular/dikdörtgen boruları kapsar. Aşırı büyük boru çaplarında, borunun devasa hacmi nedeniyle tasarımda esas olarak dikkate alınan husus, kapladığı alanı azaltmak ve maliyetleri düşürmektir. Bu nedenle, boru döşeme uzunluğunda akış ölçerinin montaj gereksinimleri dikkate alınmaz ve böylece ön tarafta 10, arka tarafta 5’lik montaj için gerekli düz boru bölümü mesafeleri de olmaz. Bu durum, çoğu akış ölçer uygulaması için oldukça büyük sınırlamalar oluşturur; zorla kullanılsa bile uygulama sonuçları çok kötüdür. Bu sorunu nasıl çözeriz? Öncelikle büyük boru hatlarının akış özelliklerinden bahsedelim: 1. Boru çapı 1 metreden fazladır, bazıları ise 5,6 metreye kadar ulaşır. Çoğunlukla dikdörtgen şeklindedir, kombinasyonları karmaşıktır; düz boru bölümleri son derece kısadır ve genellikle 1D’den azdır. Akış hızı dağılımı karmaşıktır ve fan yüküne bağlı olarak sürekli değişir (büyük çaplı borularda genellikle hava miktarı ölçülür). 2. Boru içinde, akış hızına bağlı olarak boyutu ve konumu sürekli değişen girdaplar bulunur. 3. Basınç kaybını azaltmak için, boru içindeki akış hızı genellikle saniyede 5–10 metrenin altındadır; oda sıcaklığında havanın toplam statik basıncı ise yalnızca 15–60 Pa’dır. 4. Gazlar genellikle toz içerir ve yaygın olarak kullanılan basınç farkı ölçüm cihazları kolayca tıkanır. Aşağıda, şu an büyük çaplı boruların ölçümünde kullanılan bazı cihazlar tanıtılmaktadır. Ölçüm noktası sayısına göre: 1) Tek nokta ölçümü: Akış hızını, boru hattındaki belirli bir noktadan (örneğin merkezden) ölçerek debiyi hesaplamak; örneğin yerleştirilebilir türbinler, vorteks akış sensörleri, çift Venturi cihazları, termal gaz kütle akış ölçerler vb. Bunların ölçümü için gerekli olan şart, düz boru bölümünün uzunluğunun 15–25D olmasıdır (D: Boru çapı). Büyük borular içindeki değişken girdaplar nedeniyle, farklı fan yüklerinde sabit bir ortalama akış hızı noktasının olma ihtimali çok düşüktür; bu yüzden bu tür sistemlerde otomatik kontrol pek kullanılmaz. Burada belirtilmesi gereken bir nokta var: Birçok akış ölçer üreticisi, cihazlarının rüzgar tünellerinde kalibre edildiğini ve doğruluk oranının ±1% seviyesine ulaştığını iddia ediyor. Herkesin dikkat etmesi gereken şey ise bunun akış hızının doğruluğu olduğudur; akış miktarı ise basitçe tüm akış hızı profillerinin toplamıdır. Genel olarak, düz boru bölümlerinde yeterli ölçüm noktası bulunmadığında veya önünde ve arkasında akışı engelleyen parçalar olduğunda, tek noktalı ölçümlerin sonuçları ideal değildir. Eğer yüksek lineer/tekrarlanabilirlik ve güvenilirlik gerekiyorsa, ancak hassasiyetin sadece kabul edilebilir bir aralıkta olması yeterliyse, bu tür uygulamalar için SIERRA Instruments şirketi tarafından özel olarak geliştirilen ve iyileştirilen “Saha Ağı Nokta Seçimi Kalibrasyon Yöntemi” kullanılabilir. Bu yöntemle en iyi ekleme noktası seçilir. Bu yöntemde termal gaz kütle akış ölçer kullanılır; tek bir ölçer aracılığıyla kesit üzerinde birden fazla nokta seçilerek (ölçülen verilerin hava akışındaki değişikliklerle uyum derecesine bağlı olarak) akış değişiklikleri ölçülür. Tüm bu noktalardan elde edilen veriler matematiksel işlemlere tabi tutularak, hem doğrusalite açısından iyi sonuçlar veren hem de tüm kesitin ortalama akışını yansıtabilen en uygun ölçüm noktası belirlenir. 2) Hat üzerindeki birden fazla nokta: Akış hızını hesaplamak için boru içindeki belirli bir doğru üzerindeki (dairesel borularda çap, dikdörtgen borularda yükseklik veya genişlik) birden fazla noktadaki akış hızı ölçülür; cihaz yine sokmalı tip bir akış ölçerdir. Tek noktalı kontrolle kıyaslandığında doğruluk artmış ve montajı daha kolaydır; ancak önündeki düz boru bölümünün de en az 10 D olması gerekmektedir ve gerekli doğruluğa ulaşabilmek için boru içindeki akış hızı dağılımının eşhızlı çizgilerinin yaklaşık olarak eşmerkezli daireler olması şarttır. Örneğin, bir elektrik santralinin borularının alanı 1 metrekarenin altındadır ve boru içindeki girdaplar nedeniyle bu girdapların boyutu ve konumu rüzgar hızına bağlı olarak sürekli değişmektedir. Bu yüzden %30–50 arasındaki rüzgar hızı ayar aralığında, rüzgar hızı arttıkça ortalama hız ölçüm cihazının verdiği basınç farkının azaldığı bir durum ortaya çıkmaktadır. (Ben de ikincil hava kanallarındaki akış hızını hız-alan yöntemiyle belirlerken, vananın açıklığını ne şekilde ayarlasam da o noktadaki akış hızının her zaman 0 olarak gösterildiğini yaşadım!) Bu yüzden bu ölçüm yöntemi de endüstriyel kontrol sistemlerinde kullanılamaz. Özetle, büyük boru hatlarında hava akışının ölçülmesinin ne kadar zor olduğunu görebiliriz. Mühendislik sahasındaki koşullar değiştirilemiyorsa, doğru hava akışı ölçümleri yapabilmek amacıyla saha koşullarını iyileştirmek için gerekli önlemler alınmalıdır. 《1》Düzeltici: Ölçüm sorunlarının temel nedeninin düz boru bölümlerinin olmaması olduğunu zaten biliyoruz. Ölçüm cihazının ölçüm kesitine yeterince gelişmiş türbülansın ulaştırılması sağlanırsa, işler kolaylaşır. Çok iyi bir yöntem, düzeltici eklemektir. Şu an önerilen ise, son yüz yıldır rüzgar tüneli ekipmanlarında başarıyla kullanılan hücresel düzenleyicilerdir. Özelliği, basınç kaybını azaltmak için akış alanı/boru kesit alanı oranının yüksek olmasıdır. 《2》Çok Noktalı Akış Hızı Ölçer: Prensibi, akış hızını ölçmede kullanılan Pitot tüpüne (ülkemizde daha çok Pitot denir) benzer; daralma elemanının önü ve arkasındaki basınç farkını ölçerek akış hızını hesaplar. Ancak farkı, ölçüm noktalarının konumu ve sayısının ilgili standartlara göre bir matris oluşturacak şekilde belirlenmesi ve bu sayede boru hattındaki akış hızı dağılımının tam olarak yansıtılmasıdır. Ölçüm noktaları ne kadar fazla olursa, boru içindeki akış hızı dağılımını o kadar gerçekçi yansıtabilir. 《3》Otomatik temizleme cihazı: Termik santrallerdeki birinci ve ikinci hava akışlarında toz bulunması kaçınılmaz olduğundan, akış hızını ölçmek için kullanılan cihazlar tıkanma eğiliminde olur ve bu da termik santrallerdeki kullanımını sınırlar. Bu sorunu önlemek için ters basınçlı bir cihaz kullanılır ve borular düzenli olarak temizlenir. 《4》Ölçüm, yani tüm verilerin sistemde işlenerek akış değerlerinin çıkarılmasıdır; bu oldukça detaylı ve karmaşıktır. Trafik hesaplaması gibi konulara burada kısaca değiniliyor. Çok noktalı sistemin avantajları: 1. Ölçüm hassasiyeti yüksek. 2. Montajı nispeten kolaydır ve basınç kaybı düşüktür. Denildiğine göre (doğrulanmamıştır), Amerika’daki termik enerji sektörü pazarın %90’ından fazlasını oluşturuyor. Ülkemiz bu teknolojiyi kullanmaya başlayalı sadece birkaç yıl oldu ve hâlâ geliştirme aşamasındadır. Elbette şu an yurtdışında geleneksel basınç farkı tipi akış ölçerlerin yerine matris tipi ısısal kütle akış ölçerleri kullanılmaya başlanmıştır. Şu anda bu teknoloji, ülkemizdeki bazı elektrik santrallerinde başarıyla kullanılmaya başlanmıştır. Termal gaz kütle akış ölçerlerde marka konusunda yüksek talepler vardır; yerli ürünlerin kullanım ömrü çok kısadır, arıza oranları yüksektir ve doğrusallaştırma performansları zayıftır. Şu anda yurt içinde ve yurt dışında bu alanda en çok kullanılan markalar SIERRA/FCI/KURZ olmak üzere bu üç büyük markadır. Termal gaz kütle akış hızının seçilmesinin başlıca avantajları şunlardır: İyi doğrusallık ve tekrarlanabilirlik, basınç kaybı yoktur, geniş ölçüm aralığı vardır, kütle akış hızı doğrudan ölçülür, sıcaklık ve basınç telafisi gerekmez, boru çapının akış ölçerin fiyatı üzerindeki etkisi azdır; boru çapı ne kadar büyükse termal yöntem o kadar avantajlıdır, diğer tüm akış ölçerlere kıyasla montajı en kolaydır, montaj maliyeti en düşüktür ve bakım maliyetleri de en düşüktür. Yukarıdaki özellikler göz önüne alındığında, büyük çaplı akışların ölçümünde giderek daha çok tercih edilen bir yöntem haline gelmektedir.