ùekil 2.4. Siklonda karakteristik boyutlar
26 2.4.1. Siklonlarda girdap uzunlu÷u
Siklonlar da oluúan girdab akÕúkan debisi, konsantrasyon, yüzey pürüzlülü÷ü, nem, sÕcaklÕk gibi parametrelere ba÷lÕ olarak belirli bir uzunlu÷a kadar ilerleyebilece÷i genel olarak bilinmektedir. Bu uzunluk do÷al girdap boyu olarak tanÕmlanmaktadÕr.
Siklon boyunun bu uzunluktan daha uzun olmasÕnÕn siklon performansÕ açÕsÕndan olumlu bir etkisi olmayacaktÕr. Buna karúÕlÕk bu girdap uzunlu÷unun belirlenmesi türbülanslÕ akÕú olmasÕ ve girdap boyuna bir çok parametre etki etmesi ve bu parametrelerin sürekli de÷iúmesi sebebiyle kolay de÷ildir. Bu alanda yapÕlan çalÕúmalarda genelde geometrik parametreler ön plana çÕkmaktadÕr. Do÷al girdap uzunlu÷u için yapÕlan ilk çalÕúmalardan biri Alexander (1949) tarafÕndan yapÕlan çalÕúmadÕr. Bu çalÕúma sonucuna göre girdap uzunlu÷u;
ܮ௩ ൌ ʹǡ͵ܦଶ൬భమ
൰ǡଷଷଷ (2.26)
úeklinde ifade edilebilir. Burada girdap uzunlu÷u Lv, giriú kesit alanÕ Ag, çÕkÕú borusu kesit alanÕ A ve di÷erleri úekilde verildi÷i gibidir. Sonuçta siklon boyunu belirleyici faktör olarak giriú, çÕkÕú kesitleri ve siklon çapÕ belirleyici görünmektedir.
Bu sonuç tahminlerinin yeterli olmadÕ÷Õ birçok araútÕrmacÕ tarafÕndan gözlenmiú ve yeni araútÕrmalar yapÕlmÕútÕr. Bu kapsamda Bryant ve di÷. (1983) tarafÕndan;
ܮ௩ ൌ ʹǡͲܦଵቀ
మቁǡହ (2.27)
ba÷ÕntÕsÕ önerilmiútir. Bu ba÷ÕntÕda da yine benzer geometrik parametreler ön plana çÕkmÕú görünmektedir. Di÷er bir çalÕúmada Ji ve di÷. (1991) tarafÕndan yapÕlmÕútÕr.
Bu çalÕúmanÕn sonucuna göre girdap uzunlu÷u;
27 ܮ௩ ൌ ʹǡʹܦଵቀ
భቁǡଷቀభ
మቁଶǡଶହ (2.28)
úeklinde hesaplanabilir. Sürmen ve arkadaúlarÕnÕn çalÕúmasÕna göre maksimum verim veren siklon uzunlu÷u ifadesi tanÕmlanmÕútÕr;
ܮ௫ൌ ሺିǡଵయሻቀଵାಽೌೣವೞమഀವభ ቁ
ଵǡହబቀభబೌ
ವయቁ (2.29)
ߙ ൌ൫మ௦ା యమ൯
భమ (2.30)
Burada Lmax/ DΌ ifadesi boyutsuz parametrelerin fonksiyonu olarak hesaplanÕrsa;
ܣ ൌ ሺܽ െ ͲǡͳܦଷሻȀ൫͵ܦଵܽௗ݂݈݊ሺͳͲܽȀܦଷሻ൯ ve ܤ ൌ ʹߙȀܦௗ hesaplanÕr. Daha önce yapÕlan model hesaplamalarÕnda Lmax/ DΌ , 2A+B/2 civarÕnda oldu÷una göre;
ೌೣ
భ ൌଷ ଶሺିǡଵయሻ
భబሺଵȀయሻఈ
(2.31)
ifadesi elde edilir.
Bütün yaklaúÕmlarda aynÕ parametrelerin farklÕ úiddette ve farklÕ yönlerde etki etti÷i görülmektedir. Bu durum çalÕúma úartlarÕndan, kullanÕlan geometrilerden ve geometri aralÕ÷Õndan kaynaklanan bir durum olup her birinin olumlu sonuç verebildi÷i úartlar olabilecektir.
28
Siklonlarda toplam verim veya kritik çap genel kanaat olarak siklon boyunun uzamasÕ ile artmakta ve basÕnç kayÕplarÕ azalmaktadÕr. Bununla birlikte Alexander (1949) ve Zhu ve Lee (1999) gibi bazÕ araútÕrmacÕlar tarafÕndan yapÕlan deneysel çalÕúmalardan durumun böyle olmadÕ÷Õ, siklonlarda verimin siklon uzunlu÷u ile artÕúÕnÕn sÕnÕrlÕ olabilece÷i anlaúÕlmaktadÕr. Siklonlarda verim azalÕúÕ do÷al girdap uzunlu÷undan daha uzun siklon olmasÕndan kaynaklanabilece÷i gibi siklon boyunca ortalama hÕzÕn azalmasÕndan da kaynaklanabilir.
Siklonlarda do÷al girdap uzunlu÷unun etkisi siklondaki ortalama hÕzÕn azalmasÕndan sonra olmasÕ durumu daha öncelikli ve önemli olabilir. Sonuçta siklonlarÕn do÷al girdap uzunlu÷undan daha kÕsa yapÕlmasÕ gerekir. Bu durumda öncelik verimin yüksek oldu÷u uzunlu÷un veya aralÕ÷Õn belirlenmesi úeklinde ortaya çÕkar. Ancak bu durumda basÕnç kayÕplarÕ yüksek olabilir. Böyle bir sonuç ortaya çÕktÕ÷Õnda verim ve basÕnç kayÕplarÕnÕn optimizasyonu üzerinde çalÕúma yapmak gerekir (AvcÕ ve Erel 2003).
29 2.4.2. Siklon boyunun performansa etkisi
YapÕlan araútÕrmalar da siklonun fiziksel parametreleri üzerinde çok sayÕda çalÕúma halen devam etmektedir. Mevcut deneysel sistemlerde yapÕlan çalÕúmalarla, genelleútirilebilir sonuçlar elde edebilmek için bilim adamlarÕ sabit parametreler üzerinde di÷er parametreleri incelemektedirler. Özellikle siklon boyunun etkisinde teorik yaklaúÕmlarÕn yanÕ sÕra deneysel çalÕúmalarda önem kazanmÕútÕr.
YapÕlan çalÕúmalardan elde edilen sonuçlara göre siklon boyunun sürekli artmasÕnÕn verimde devamlÕ artÕú göstermeyece÷i ve bir noktadan sonra azalaca÷Õ düúünülmektedir. Bu teorininin kanÕtlanabilmesi için teorik ve deneysel çalÕúmalarÕn uyum içerisinde yapÕlmasÕ çok önemlidir.
Teorik modellerde ihmal edilen parametreler deneysel sistemde önemli farklÕlÕklara yol açmaktadÕr, bu da siklon boyunun etkisinin tam olarak görülememesi anlamÕna gelir. Bu yüzden yapÕlan deneysel çalÕúmalarda deney ortamÕ çok iyi hazÕrlanmalÕdÕr, çevresel faktörler yeterince hassas bir úekilde tayin edilip hesaplamalar çok hassas úekilde yapÕlmalÕdÕr.
30
2.5. Siklon Optimizasyonu
Siklon tasarÕmÕnda siklon boyutlarÕnÕ karakterize eden parametre siklon çapÕ (DΌ)' dir. Siklondaki tüm boyutlar ile bu de÷er arasÕnda belirli oranlar oluúturulmuútur. Bu nedenle gerekli siklon çapÕ belirlendi÷i takdirde di÷er boyutlar, seçilen siklon tipi için kolaylÕkla hesaplanabilecektir (Elcuman 1993).
Siklon dizaynÕnda birden fazla parametre etkili olmaktadÕr. Bunlar ;
x Toz boyut da÷ÕlÕmÕ, partikül yo÷unlu÷u, partikül sekli gibi fiziksel ve kimyasal özellikler
x Gaz akÕmÕnÕn sÕcaklÕ÷Õ, basÕncÕ, yo÷unlu÷u, nemi
x Toz konsantrasyonu, müsaade edilebilir basÕnç kaybÕ, gaz akÕmÕ gibi süreç de÷iúkenleri
x SÕcaklÕk, basÕnç, siklon malzemesi ve alan gibi yapÕsal sÕnÕrlandÕrmalar siklon dizaynÕnda göz önüne alÕnmasÕ gereken parametrelerdir.
Siklonlardaki tutma verimi sÕcaklÕk ve basÕnç ile de÷iúmektedir. Bu parametrelerin arttÕrÕlmasÕ özellikle 10 ȝm’ den küçük partiküllerin tutma verimini etkilemektedir.
BasÕnç arttÕkça tutma verimi artarken, sÕcaklÕ÷Õn artmasÕ ile verim azalmaktadÕr.
SÕcaklÕ÷Õn artmasÕ, viskozite ve yo÷unlu÷un azalmasÕ dolayÕsÕyla sürükleme kuvvetini etkidi÷inden dolayÕ verim düúer.
Siklon verimi üzerine etki eden parametrelerin araútÕrÕlmasÕ amacÕ ile yapÕlan bazÕ çalÕúmalarda giriú hÕzÕ ve vorteks incelenmiútir. Giriú hÕzÕnÕn arttÕrÕlmasÕ ile verimin arttÕ÷Õ görülmüú, vorteksin uzunlu÷u de÷iúiminin verimi çok düúük oranda etkiledi÷i fakat vorteks çapÕ de÷iúiminin verime önemli etkisinin oldu÷u tespit edilmiútir.
31 3. MATERYAL VE YÖNTEM
Bu çalÕúmada üflemeyle çalÕúan siklon kullanÕlmÕútÕr. Siklona hava vantilatör yardÕmÕyla üflenmekte ve kompresör yardÕmÕyla oluúturulan hava jeti ile toz havanÕn içerisine püskürtülmektedir. Bu iúlem sonucunda elde edilen tozlu hava siklona te÷etsel olarak giriú yapmakta ve santrifüj kuvvetler yardÕmÕyla savrulan karÕúÕmdan tozlar ayrÕlmakta girdabÕn ortasÕnda oluúan boúluktan temiz hava çÕkÕú bacasÕ yardÕmÕyla dÕúarÕ atÕlmaktadÕr. Toplanan tozlar toz kutusu sökülerek boúaltÕlmaktadÕr.
Hava debisi ventürimetre yardÕmÕyla ölçülerek kontrollü úekilde verilmektedir.
Fraksiyonel verimlerin hesaplanmasÕ ve siklonlarÕn karakteristik e÷rilerinin oluúturulmasÕ için kritik çap hesaplanmasÕ için deneyden önce ve sonra kullanÕlan tozun partikül analizi MASTER SIZER2000 modelli partikül analiz cihazÕ ile yapÕlmaktadÕr. SiklonlarÕn sÕnÕflandÕrÕlmasÕ için çok önemli bir parametre olan basÕnç kayÕplarÕnÕn belirlenmesi için siklonun gövdesine açÕlan deliklere yerleútirilen basÕnç prizlerinden dijital basÕnç ölçer yardÕmÕyla ölçüm alÕnmaktadÕr. AynÕ zamanda ventirümetrede ki basÕnç düúümü de aynÕ basÕnç ölçüm cihazÕ ile yapÕlmaktadÕr.
Deneylerde partikül da÷ÕlÕmÕnÕn uygunlu÷undan dolayÕ küllü çimento tercih edilmiútir.
YapÕlan çalÕúmalar da klasik siklondan farklÕ olarak yeni bir tasarÕmla geometri üzerinde de÷iúiklik yapÕlmÕú siklon kullanÕlmÕútÕr. YapÕlan bu yeni tasarÕmda klasik siklondan farklÕ olarak konik kÕsÕm bulunmamaktadÕr. Konik kÕsÕm yerine siklon gövdesinden daha büyük çaplÕ silindirik bir gövde vardÕr. Bu tasarÕmla amaç konik kÕsmÕ kaldÕrarak havanÕnÕn girdap úeklindeki akÕúÕyla oluúan do÷al konikli÷in serbestçe yayÕlmasÕnÕ sa÷lamak ve bu sayede yavaúlayan hava içerisindeki parçacÕklarÕn serbest düúme yaparak siklonun toplama verimini arttÕrmaktÕr. YapÕlan deneylerde vantilatörden ayarlanarak farklÕ debilerde deneyler yapÕlmÕútÕr. KullanÕlan bu farklÕ debilerle birlikte siklon gövde boyu ve girdap durdurucu de÷iútirilerek farklÕ siklon boylarÕ kullanÕlarak optimizasyon yapÕlmasÕ hedeflenmiútir. SonuçlarÕn do÷rulanmasÕ için deneyler farklÕ úartlar altÕnda tekrarlanmÕútÕr.
32 3.1. Deney Düzene÷i
Te÷etsel giriúli yeni geometriye sahip siklonlarÕn performansÕnÕn incelenmesi, klasik siklonlarla mukayese edilmesi ve optimizasyonu amacÕyla bir deney düzene÷i tasarlanmÕú ve imal edilmiútir. Deney düzene÷inin úematik görünümü ùekil 3.1 de verilmiútir.