“Seyreltik veya yoğun fazlı bir pnömatik taşıma sistemini seçerken dikkat edilecek birinci husus malzemelerinizin özellikleridir. Bunlar malzemelerin parçacık boyutunu ve şeklini, kitlesel yoğunluğunu, nem içeriğini, aşındırma özelliklerini, ufalanabilirliğini, yapışkanlığını, su alma yeteneğini, statik yükünü, patlama özelliğini, toksisitesini, erime noktasını ve bunun gibi daha birçok özelliği kapsar.”
Mike Weyandt*
Pnömatik taşıma, tozların, granüllerin ve diğer kuru dökme malzemeler için yaygın bir taşıma yöntemi olmasına rağmen, bu taşıma teknolojisini anlamak zor olabilir. Bu makale, kuru dökme malzeme işleme ve taşıma tesislerindeki insanlar taraflarından pnömatik taşıma hakkında sıkça sorulan soruları ele almaktadır. Tesisinizde pnömatik taşıma kullanılıyor olsun veya olmasın, bu taşıma teknolojisiyle ilgili sorularınızın olması muhtemeldir. Bu makalede, pnömatik taşıma hakkında sıkça sorulan bazı sorulara cevaplar bulabilirsiniz.
Pnömatik taşıma sistemi nedir?
Pnömatik taşıma sistemi kapalı bir boru hattı yoluyla toz, granül ve diğer kuru dökme malzemelerin taşınmasını sağlar. Bu taşımada itici güç, basınç farkından ya da hava veya nitrojen gibi gaz akışının kombinasyonuyla oluşur (Daha kolay olması açısından bu makalede gaz “hava” olarak ele alınmıştır). Bu sistemin temel elemanları arasında itici güç olarak hava kaynağı (fan veya üfleyici gibi hava taşıyıcı olarak da adlandırılır), bir besleyici veya benzer bir malzeme giriş cihazı, taşıma hattı, sonlandırma aracı (hava malzeme alıcısı gibi) ve toz toplama sistemi bulunur.
Pnömatik taşıma sistemleri ile taşınan en yaygın malzemelerden bazıları un, çimento, kum ve plastik peletler iken, yüzlerce kimyasal, gıda ürünü ve mineralden herhangi biri de pnömatik vasıtasıyla taşınabilmektedir. Bu malzemeler genellikle oldukça kurudur; bulamaç veya macun formundaki malzemeler çoğunlukla pnömatik taşıma için uygun değildir.
Pnömatik taşıma sistemi nasıl çalışır?
İş yapmak enerji gerektirir. Örneğin; bir cıvatayı çevirmek için tork şeklinde enerji sağlamanız gerekmektedir. Bu mekanik tork genellikle ayak-libre (foot-pounds) cinsinden ifade edilir ve her iki unsur (ayak ve libre) işin yapılması için gereklidir. Malzemeyi pnömatik bir taşıma sistemi içerisinde hareket ettirmek için de enerji gerekir, fakat bu durumda gerekli enerji, basınç farkı (inç kare başına libre cinsinden) ve hava akımı (dakikada kübik kadem cinsinden) ile sağlanır.
Pnömatik bir taşıma sisteminde sistemdeki hava taşıyıcısı, taşıma hattındaki hava basıncını, basınç veya vakum olacak şekilde değiştirir. Hava taşıyıcısının sistemde bulunduğu yer, hangisinin oluşacağını belirler: Eğer hava taşıyıcı, sistemin başındaysa havayı iter ve sistem basınç altında çalışır; hava taşıyıcı sistemin sonunda ise havayı çeker ve sistem vakum altında çalışır. Sistem, içerideki basınç-vakum ve hava akışının kontrolü sayesinde, malzemeleri başarılı bir şekilde taşıyabilir.
Pnömatik taşıma sisteminin mekanik taşıma sistemine kıyasla avantajları nelerdir?
Mekanik taşıma sistemlerine kısaca göz atarak başlayalım. Geleneksel bir mekanik taşıma sistemi, minimum yön değişiklikleri ile düz bir hatta çalışır ve her bir yön değişikliği, genellikle kendi motor ve ve tahrikini gerektirir. Mekanik taşıma sistemi kapalı olmaktan ziyade genellikle açıktır ve bu da potansiyel olarak toz oluşumuna neden olabilir. Aynı zamanda pnömatik sisteme kıyasla nispeten çok sayıda hareketli parçanın olması, mekanik sistemlerin sık sık bakım gerektirmesine neden olur. Sistem ayrıca tesislerde birçok değerli yeri kaplayabilir.
Diğer bir yandan, pnömatik taşıma sistemi malzemeleri taşımak için basit, küçük çaplı boru hattları kullanır. Boru hattları, mevcut ekipmanların çevresine sığacak şekilde dirseklerle düzenlenebilir ve bu da sisteme daha fazla düzen esnekliği sağlar. Ayrıca sistem nispeten daha küçük bir alanı kaplar. Sistem tamamen kapalıdır ve genellikle az sayıda hareketli parçaya sahiptir.
Pnömatik taşıma sisteminin mekanik taşıma sistemine kıyasla dezavantajları nelerdir?
Pnömatik taşıma sistemi, aynı boyuttaki bir mekanik taşıma sistemine kıyasla çalışmak için daha fazla beygir gücü gerektirmektedir. Bunun nedeni pnömatik taşımayı sağlamak için hava basıncı değişiminin çok miktarda enerji harcaması ve mekanik taşıma sisteminin mekanik transferinden doğal olarak daha az verimli olmasıdır. Aslına bakarsak, aynı taşıma uzaklığı üzerinden aynı taşıma hızı ile yapılan uygulamalarda, pnömatik taşıma sistemi, mekanik taşıma sistemine kıyasla 10 kat daha fazla beygir gücü gerektirebilir. Ayrıca pnömatik taşıma sistemi, mekanik taşıma sisteminden daha büyük toz toplama sistemi gerektirir. Bunun nedeni pnömatik sistemin, taşınan malzemeleri sistemin sonundaki taşıma havasından ayırmak durumunda olmasıdır.
Bazı malzemeler, pnömatik sistemde taşınmalarını zorlaştıracak özelliklere sahiptir. Örneğin; çakıl veya kaya gibi büyük parçacık boyutuna ve yüksek kitle yoğunluğuna sahip malzemeler ile temas yüzeyinde kaplama oluşturmaya meyilli titanyum diyoksit gibi oldukça yapışkan malzemeler… Pnömatik taşıma sisteminde, böyle bir birikim genellikle toplam boru hattının tıkanmasına neden olur. Bu zor malzemelerin taşınması, onları işlemek için dikkatle seçilen bir mekanik taşıma sisteminde daha kolaydır.
Pnömatik taşıma sistemlerinin türleri nelerdir?
Pnömatik taşıma sistemleri, çalışma prensiplerine göre seyreltik fazlı ve yoğun fazlı olarak ikiye ayrılır. Her iki sistem de basınç ya da vakum altında çalışabilirler.
Seyreltik fazlı
Seyreltik fazlı (aynı zamanda akım olarak da adlandırılır) pnömatik taşıma, rüzgarlı bir günde otoparkta meydana gelen durumla kıyaslanır. İşten çıktıktan sonra arabanıza doğru yürürken, hızlı esen rüzgar ile yerden kalkan toz ve kirler üzerinize gelir. Rüzgar ne kadar hızlı eserse, üzerinize gelen toz ve kir miktarı da o kadar fazla olur. Rüzgarın hızı arttıkça, daha büyük kir parçacıkları rüzgara karışır. Hortum veya kasırga ile taşınan döküntüleri bir düşünün: Bu rüzgarlar seyreltik fazda büyük “parçacık”ları pnömatik olarak taşır. Tıpkı rüzgarın tozu kaldırması gibi seyreltik fazlı taşıma sistemi de, her bir parçacığı kaldırıp taşımak için hava akım hızını kullanır ve parçacıkları taşıma hattı boyunca askıda tutar.
Şekil 1’de seyreltik fazlı bir pnömatik taşıma sistemi gösterilmektedir. Sistemin başladığındaki hız alımı (yani, malzeme besleme noktasında, malzemenin toplanması ve sürüklenmesi için gerekli hava akış hızı), genellikle sistemin en kritik alanı olarak kabul edilir çünkü bu noktada hava, sistem bütünündeki en düşük hızdadır. Malzeme statik bir durumdan altındaki hava akımına düştüğünden, malzemenin derhal sürüklenmesi gerekmektedir. Malzemeyi kaldırmak için gereken hava hızı, her bir parçacığın boyutuna ve yoğunluğuna bağlıdır, fakat 3,000 ile 8,000 fpm arasında değişebilir. Hava taşıyıcının, havanın ve malzemenin taşıma hattının iç duvarında yarattığı sürtünmenin neden olduğu akış direncine karşı koyması gerekmektedir.
Yoğun fazlı
Yoğun fazlı pnömatik taşıma, en iyi bir benzetme ile de açıklanmaktadır: Sosis yaparken kıymayı sıkıştırmak için yüksek basınç kullandığınızda ne oluyorsa, bu da ona benzerdir. İdeal yoğun fazlı bir taşıma sistemi, tıpkı sosis kılıfı içerisindeki kıymanın devam eden uzunluğu gibi, malzemeyi, yeterli basınçla, boru hattının toplam uzunluğu boyunca devam eden bir uzunlukta taşımak için sıkıştıracaktır. Ancak, toz ve granül gibi kuru dökme malzemeleri ile bu taşıma yöntemi ile taşımak, taşıma hattının iç duvarlarına karşı oluşturdukları yüksek sürtünme direnci nedeniyle genellikle mümkün değildir. Bunun yerine, hava ve malzeme, birkaç örüntüdeki hat vasıtasıyla akar (iki fazlı akış ve dalgalı akışın çeşitli formları dahil).
Çeşitli yoğun fazlı taşıma sistemi türü varken, hepsi nispeten düşük hava hızı ile nispeten yüksek basınç farkı kullanır. En yaygın kullanılan yoğun fazlı sistem türü, Şekil 2’de gösterildiği gibi bir taşıyıcı kullanarak parti taşıması sağlamaktadır (aynı zamanda boşaltma tankı veya basınç tankı olarak da bilinir). Bu sistemde, bir depolama aracından alınan malzeme, yer çekimi ile taşıyıcıya yüklenir. Taşıyıcı tamamen dolduktan sonra, malzeme giriş valfi ve havalandırma valfi kapatılır ve sıkıştırılmış hava taşıyıcıya aktarılır. Sıkıştırılmış hava, malzemeyi taşıyıcıdan taşıma hattına ve varış yerine iter. Taşıyıcı ve taşıma hattı boşaldığında, sıkıştırılmış hava durdurulur ve taşıyıcı yeniden yüklenir. Bu döngü, işlem için gerekli tüm malzemeler taşınana kadar devam eder.
Bazı yoğun fazlı sistemler, taşıma hattı boyunca ek hava enjektörlerine sahiptir (aynı zamanda hava servosu veya hava takviyesi de denmektedir) (Şekil 2). Şekil 3’te gösterildiği gibi hava enjektörü, sıkıştırılmış havayı (veya taşıma hattını eşleştirmek için nitrojen gibi başka bir gazı) taşıma hattına enjekte ederek çalışır. Eklenen hava, tapaları çıkarmak için hattın sökülmesini gerektirmeden, düşük hava hacminin veya basıncının neden olduğu herhangi bir tıkanmayı temizleyebilir. Enjektörlerin kullanılması, malzemeyi güvenli bir şekilde taşımak için gereken hava hacmini düşürerek sistemin hava hacmi güvenlik faktörünü azaltır. (Bir hava hacmi güvenlik faktörü, sistemin, uygulamanın gerektirdiğinden biraz daha fazla hava hacmine sahip olmasını sağlamak için tipik olarak bir pnömatik taşıma sisteminin tasarımına dahildir. Bununla birlikte, bu ekstra hava hacmi, sistemin tıkanmadan malzemeyi güvenili bir şekilde taşımasını sağlarken, aynı zamanda sistemin enerji tüketimini de artırır.)
Taşıma hattındaki hava enjektörleri, malzeme taşıma döngüsünden sonra hatta kaldığında, akışı hafifçe yeniden başlatmak için de kullanılabilir. Bu, aşındırıcı veya ufalanabilir malzeme veya malzeme karışımları taşıyan bir sistem için önemli bir avantajdır. Sistem ek hava olmadan yeniden çalıştırıldığında, daha yüksek hızdaki malzeme akışı, taşıma hattı veya malzemeye temas eden diğer bileşenler üzerinde aşırı ve erken yıpranmaya neden olan aşındırıcı bir malzemeye dönüşebilir.
Ayrıca bu yüksek hızlı akış, ufalanabilir bir malzemeye zarar verebilir, bu da kabul edilemeyecek derecede yüksek miktarda partikül yıpranmasına neden olabilir.
Bunun yanı sıra, farklı parçacık boyutlarına ve yığın yoğunluklarına sahip malzeme karışımlarını birbirinden ayırabilir. Hat içerisinde ek havanın kullanılması, elektrik kesintisi veya taşıma sisteminin aniden kapanması gibi durumlar söz konusu olduğunda, aşınma, yıpranma ve karışımları ayırma gibi problemleri önlemekle kalmaz; aynı zamanda malzemeyi döngüler arasında kasıtlı olarak hat içinde bırakmak istediğiniz bir uygulama için daha fazla sistem tasarımı esnekliği sağlayabilir.
Hava enjektörleri, taşınan malzemenin, enjektörlerin sıkıştırılmış hava beslemesine girişini önlemek amacıyla emniyetli kontrol valfleri olarak tasarlanmıştır. Bu giriş, yoğun fazlı taşıma hattında (Şekil 2) malzeme vuruşları (aynı zamanda piston da denilmektedir) meydana geldiğinde oluşabilir; vuruş hızlarının genellikle hat bükülmeden önce hat içerisinde değişmesi nedeniyle, vuruşlar arasındaki ceplerde bulunan hava hatta enjekte edilen sıkıştırılmış havanın seviyesinden daha yüksek seviyede sıkıştırılmış hale gelebilir. Bu aşırı basınç durumu, hava enjeksiyon noktasında meydana gelir ve hava enjektöründe kontrol valfi bulunmazsa, bazı parçacıklar sıkıştırılmış hava beslemesine girebilir.
Pnömatik taşıma sisteminin seyreltik fazlı mı, yoksa yoğun fazlı olarak mı çalıştığını kategorize etmenin standart bir yolu var mı?
Maalesef, bu işletim fazlarını ölçmeye yönelik herhangi bir endüstri standardı yoktur. Yani pnömatik taşıma sisteminin sadece döner hava valfi var diye seyreltik fazda çalışması ya da sistemde bir taşıyıcı var diye yoğun fazda çalışması gibi bir koşul yoktur.
Ancak, pnömatik taşıma sisteminin çalışma fazını belirlemede şu yaklaşık hesaplamaları kullanabilirsiniz:
• Seyreltik fazlı basınçlı sistemlerinin çoğu 15 psi’nin (genellikle 4 ve 8 psi arasında) altında, yoğun fazlı basınçlı sistemlerinin çoğu ise 15 psi’nin üzerinde çalışır.
• Seyreltik fazlı vakumlu sistemlerin çoğu 12 inç cıva altında (genellikle 8 ve 12 inç cıva arasında), yoğun fazlı vakumlu sistemlerin çoğu ise 12 inç cıva üzerinde çalışır (genellikle 12 ile 14 inç cıva arasında).
• Taşınan malzemeye bağlı olarak, basınçlı ve vakumlu seyreltik fazlı sistemlerin çoğu 3,500 ve 9,000 fpm arasında bir hava hızına; basınçlı ve vakumlu yoğun fazlı sistemlerin çoğu ise 3,000 fpm veya daha düşük hava hızına sahiptir.
• Seyreltik fazlı sistemde, malzeme hızı neredeyse hava hızı ile aynıdır. Özellikle dalgalı akışlı yoğun fazlı sistemde ise, ortalama malzeme hızı hava hızından çok daha düşüktür. Her bir sistemde, malzeme havadan daha hızlı hareket edemez.
Dikkat: Yeni bir sistem seçme hakkında yoğun fazlı sistem tedarikçisi ile görüşüyorsanız, tedarikçinin, kullandığı malzeme hızı rakamlarını açık bir şekilde tanımladığından emin olun. Bazı tedarikçiler hava hızı ve malzeme hızı rakamlarını alternatifli olarak kullanmaktadır. Tedarikçinin malzeme hızıyla ilgili söylediklerini kabul etmeden önce tedarikçinin hangi rakamlar hakkında konuştuğunu iyice öğrenin.
Kendi uygulamam için pnömatik taşıma sistemini nasıl seçerim?
Dikkate Alınması Gereken Önemli Faktörler
Seyreltik veya yoğun fazlı bir pnömatik taşıma sistemini seçerken dikkat edilecek birinci husus malzemelerinizin özellikleridir. Bunlar malzemelerin parçacık boyutunu ve şeklini, kitlesel yoğunluğunu, nem içeriğini, aşındırma özelliklerini, ufalanabilirliğini, yapışkanlığını, su alma yeteneğini, statik yükünü, patlama özelliğini, toksisitesini, erime noktasını ve bunun gibi daha birçok özelliği kapsar.
Daha sonra, sistemin yerinize ve fabrika ortamınıza nasıl uyacağını düşünün. Sistemin planlanan hat yönü ve uzunluğu, kurulum alanınıza nasıl sığacak? Bölgede, düşük tavan yüksekliğiyle diğer ekipmanlar veya spotlar gibi fiziksel kısıtlamalar var mı? Bu kısıtlamalar içerisindeki alana sistemi nasıl sığdıracaksınız? Ve sistemdeki bileşenlere kolay bakım erişimi sağlamak için sistemin konfigürasyonu nasıl yapılacak?
Göz önünde bulundurulması gereken diğer bir önemli faktör de, uygulama gereksinimlerinizi karşılamak için sistemin ulaşması gereken malzeme taşıma hızının ne olduğudur.
Seçim Yapma
Malzemenizin pnömatik olarak taşınabilir olduğunu varsayalım (bu, malzemenin büyük parçacık boyutuna, yüksek kitlesel yoğunluğa ve aşırı yapışkanlığa sahip olmadığını gösterir) ve bu noktada başka hiçbir faktörü dikkate almadan, başlangıçtaki en düşük yatırım maliyetli taşıma sistemini gözönüne alarak başlayın: seyreltik faz.
Seyreltik fazlı sistemin uygulamanızda basınç veya vakum altında çalışıp çalışmaması iki temel faktöre bağlıdır:
• Hava sızıntısının sisteme girişi veya sistemden çıkışının negatif etkileri olması: Örneğin, toksik veya patlayıcı malzemeyi taşıyan basınçlı sistemden sızan hava, tesisinizde tehlike durumlara yol açabilir. Bu durumda, vakumlu sistem daha güvenli bir seçim olacaktır.
• Malzemenizin sıkıca tutunması (talaş gibi), yapışkanlı olması ve yüzeylere tutunması (titanyum oksit gibi) veya lifli olması (bazı tahıl kabukları gibi): Bu gibi malzemeler için vakumlu sistem daha iyi bir seçenek olabilir. Bunun nedeni, taşıma hattındaki vakumun, basınçlı taşımanın yaptığı gibi malzemeleri birbirine veya hat duvarlarına itmek yerine taşıma sırasında parçacıkları birbirinden ayırmaya meyilli olmasıdır.
Bazı faktörler yoğun fazlı taşıma sistemini malzemeniz için daha uygun bir hale getirebilir. Seyreltik fazlı sistem, malzemenin hava akımında kalmasını sağlamak için temel olarak yeterli bir seviyede hava hızını sağlamaya dayanır. Bu göreceli olarak yüksek hız, kolayca ufalanan malzemelere zarar verebilir ve kabul edilemeyecek derece yüksek partikül yıpranmasına neden olur. Bunun yanı sıra, farklı parçacık boyutlarına ve yığın yoğunluklarına sahip malzeme karışımlarını birbirinden ayırabilir. Her iki durumda da, yoğun fazlı sistemde daha nazik taşıma -yüksek hava hızından daha yüksek bir basınç farkına dayanan – genellikle daha iyi bir seçenektir. Seyreltik fazlı sistemin yüksek hızı, taşıma hattı ve diğer bileşenleri kısa sürede yıpratan aşındırıcı bir malzemeyi taşımakta problem oluşturabilir, bu durumda yoğun fazlı sistemin tercih edilmesi daha iyi olacaktır.
Ayrıca, sisteminiz uzun taşıma hattı çalışmalarını kapsayacaksa, yoğun fazlı taşıma sistemini düşünebilirsiniz. Yoğun fazlı sistem, seyreltik fazlı sistemin boyutuna kıyasla genellikle daha düşük hat çapı gerektirir. Bu, yoğun fazlı sistemin sadece daha düşük hava hacmi gerektirdiği anlamına gelmez, aynı zamanda uzun bir sistemde daha küçük çaplı hat bölümlerinin çok daha hafif olduğu, kurulum ve yerleştirm işlemlerinin kolaylaştığı anlamına gelir. Yoğun fazlı sistemin daha küçük ve hafif dirsekleri ve benzeri bileşenler de aynı avantajları sağlar.
Yoğun fazlı taşıma sisteminiz için basınçlı veya vakumlu çalışma seçeneklerinden hangisini seçeceğiniz, seyreltik fazlı sistemle aynı faktörlere bağlıdır: Hava sızıntısının sisteme girişi veya çıkışının negatif etkileri olması ve malzemenizin sıkıca tutunması, yapışkanlı olması ve yüzeylerde birikmesi veya lifli olması.
Deneme testi pnömatik taşıma sistemini tasarlamamda bana nasıl yardımcı olabilir?
Seyreltik veya yoğun fazlı pnömatik taşıma sistemlerinden hangisini tercih edeceğinize karar verdikten ve basınç mı, yoksa vakum altında mı çalışılacağını belirledikten sonra, tedarikçinizden önerilen sistemin pilot fabrika testlerini yapmasını isteyin. Tedarikçi, kurulan sistemin testlerini, tesisinizde kullanacağı aynı malzemeyle gerçekleştirmeli ve alan koşullarınıza en yakın koşulları sağlamalıdır. Bu, pilot-fabrika sisteminin mümkünse aynı taşıma hattı, uzunluğu ve kurulan sistemin sahip olacağı dirsek sayıları ile yapılandırılmasını ve testlerin, tesisinizdeki ortam sıcaklığı ve nem koşulları çerçevesinde yapılmasını kapsar.
Tedarikçi testleri yapmadan önce birkaç test kriterini belirlemeniz gerekmektedir. Temel kriter, önerilen sistemin, malzemeyi hangi hızda taşıyacağı ve sistemin ne kadar hava harcayacağı konusudur. Ayrıca uygulamanıza özel kriterleri de belirlemeniz gerekmektedir. Örneğin, ufalanabilir bir malzemeyi taşıyor ve malzeme aşındırması konusunda endişeleniyorsanız, aşınmanın hangi miktara kadar kabul edilebilir olduğunu ve daha sonra testler sırasında ne kadar aşınmanın gerçekleştiğini doğru bir şekilde kontrol etmeniz gerekmektedir.
Tedarikçiniz, tesisinizde kurulacak taşıma sistemini ayarlamak için deneme testi sonuçlarını kullanacaktır. Tedarikçinin kurulu sisteminizi ayarlamak için test sonuçlarını ve özellikle tedarikçinin, kurulu sistemin malzeme taşıma hızı ve hava tüketimini hesaplamak için verileri nasıl kullanacağını tamamen anladığınızdan emin olun.
*Mike Weyandt, Nol-Tec Systems Inc. şirketinin kurumsal satış müdürüdür. Kuru dökme malzemelere ilişkin pnömatik taşıma alanında 30 yılı aşkın bir tecrübeye sahiptir.
Bir önceki yazımız olan "Değirmencilikte Taşıma Sistemleri ve Pnömatik" başlıklı makalemizi de okumanızı öneririz.