Sıkıştırmanın İki Temel İlkesi: Deplasmanlı Sıkıştırma ve Dinamik Sıkıştırma

Compressed Air Compressed Air Wiki Compressor Types Compressors Basic Theory

Farklı kompresörler ve sıkıştırma yöntemleri hakkında daha fazla bilgi almadan önce size gaz sıkıştırmak için kullanılan iki temel ilkeyi anlatmamız gereklidir. Ardından bu ikisini karşılaştıracağız ve bu kategorilerdeki farklı kompresörleri inceleyeceğiz.

İki temel sıkıştırma ilkesi nelerdir?

deplasmanlı ve dinamik sıkıştırma

Havanın (veya gazın) sıkıştırılmasında iki temel ilke vardır: Pozitif yer değiştirmeli sıkıştırma ve dinamik sıkıştırma. Birincisine örneğin tekrar eden hareketli (pistonlu) kompresörler, yörünge mantığıyla çalışan (spiral tip) kompresörler ve farklı tipte dönen kompresörler (vidalı, dişli, kanatçıklı) dahildir. Pozitif deplasmanlı sıkıştırma işleminde hava bir veya daha fazla sıkıştırma odasına alınır ve bu odalar girişten kapatılır. Kademeli olarak her odanın hacmi azalır ve hava içeride sıkıştırılır. Basınç makine tasarımı ile belirlenen basınç oranına ulaştığında bir port veya valf açılır ve sıkıştırma odasının hacmi sürekli olarak azaldığı için hava çıkış sistemine gönderilir.

Dinamik sıkıştırma işleminde hava hızla dönen bir sıkıştırma türbininin bıçakları arasına çekilir ve yüksek bir hıza çıkar. Ardından gaz kinetik enerjinin statik basınca dönüştürüldüğü bir difüzör üzerinden dışarı atılır. Çoğu dinamik sıkıştırma sistemi, eksenel veya radyal akış şekline sahip turbo kompresörlerdir.

Pozitif deplasmanlı kompresör ne anlama gelir?

pistonlu kompresör

Pozitif deplasmanlı sıkıştırmanın en basit örneği, bisiklet lastiği pompalarıdır. Burada hava bir silindire alınır ve hareketli bir piston ile sıkıştırılır. Pistonlu kompresörlerin çalışma ilkesi de aynıdır ve bu makinelerde bir biyel ve dönen bir krank mili sayesinde ileri ve geriye hareket edebilen bir piston kullanılır. Sıkıştırma için pistonun yalnızca bir tarafı kullanılıyorsa buna tek hareketli kompresör adı verilir. Kompresörün üst ve alt kısımları birlikte kullanılıyorsa bu çift hareketli bir kompresördür.

Basınç oranı, giriş ve çıkış taraflarındaki mutlak basınç arasındaki ilişkidir. Bu nedenle, atmosferik basınçta (1 bar (a)) hava çeken ve 7 bar aşırı basınç ile sıkıştıran bir makine, (7+1)/1=8 basınç oranı ile çalışmaktadır.

Pozitif deplasmanlı kompresörlerin kompresör şeması

Aşağıdaki iki grafikte (sırayla) teorik bir pistonlu kompresör ile daha gerçekçi bir pistonlu kompresörün şemasında basınç-hacim ilişkisi gösterilmektedir. Hareket hacmi, pistonun emme işlemi sırasında hareket ettiği silindir hacmidir. Mesafe hacmi, giriş ve çıkış valflerinin hemen altında ve pistonun üzerindeki hacimdir. Bu değer mekanik nedenlerden dolayı pistonun üst ölü noktasında kalmalıdır.


Hareket hacmi ile emme hacmi arasındaki farkın nedeni, emme başlamadan önce mesafe hacminde kalan havanın genleşmesidir. Teorik p/V şeması ile gerçek durumu gösteren şema arasındaki fark, kompresörün (örneğin pistonlu kompresör) pratik tasarımından kaynaklanmaktadır. Valfler hiçbir zaman tam sızdırmazlık sağlamaz, piston eteği ve silindir duvarı arasında daima bir sızdırma söz konusudur ve valfler çok küçük bir gecikme olmadan tam olarak açılıp kapanamaz. Bu nedenle gaz kanallardan geçtiğinde basınç kaybı oluşur. Ayrıca bu tasarımdan dolayı gaz silindirin içine girerken de ısınır.


İzotermik sıkıştırma formülü

İzotermik sıkıştırma durumunda sıkıştırma işi:

İzentropik sıkıştırma formülü

İzentropik sıkıştırma ile sıkıştırma işi:


Bu ilişkiler, izentropik sıkıştırma için izotermik sıkıştırmaya göre daha fazla iş gerektiğini göstermektedir.

Dinamik kompresör ne anlama gelir?

Dinamik kompresörlerde, gaz aktıkça basınç da artar. Hareket eden gaz bir türbinin dönen bıçakları ile yüksek bir hıza çıkar. Gazın hızı da bir difüzörde genleşerek yavaşlamaya zorlandığında statik basınca dönüşür. Kullanılan gaz akışının ana yönüne bağlı olarak, bu kompresörlere radyal veya eksenel kompresör adı verilir. Dinamik kompresörler, deplasmanlı kompresörler ile karşılaştırıldığında farklı bir özelliğe sahiptir. Çalışma basıncındaki küçük bir değişiklik, debide büyük bir değişime neden olur.

Tüm türbin devirlerinde bir üst ve alt debi sınırı vardır. Üst sınır, gaz akış hızının ses hızına ulaşması anlamına gelir. Alt sınır, karşı basıncın kompresörün oluşturduğu basınçtan fazla olması, bu nedenle kompresör içinde ters yönde akış olması anlamına gelir. Bu da darbeli çalışma, gürültü ve mekanik hasar riskine neden olur.

Birden fazla kademe ile sıkıştırma

Teorik olarak hava veya gaz izentropik (sabit entropi ile) veya izotermik (sabit sıcaklıkta) olarak sıkıştırılabilir. Her iki süreç de teorik olarak tersine çevrilebilen bir çevrimin bir parçası olabilir. Sıkıştırılan gaz, sıkıştırıldıktan hemen sonra son sıcaklığında kullanılabiliyorsa izentropik sürecin bazı avantajları olacaktır. Gerçekte, hava veya gaz nadiren sıkıştırdıktan hemen sonra kullanılır ve genellikle kullanmadan önce ortam sıcaklığına soğutulur. Bu nedenle daha az iş gerektirdiği için izotermik sıkıştırma süreci tercih edilir. Bu izotermik sıkıştırma sürecini uygularken yaygın olarak kullanılan yaklaşımda, gaz sıkıştırma sırasında soğutulur. Etkin çalışma basıncı 7 bar olduğunda, izentropik sıkıştırma teorik olarak izotermik sıkıştırmaya göre %37 daha fazla enerji gerektirir.


Gazın daha az ısınmasını sağlamak için kullanılan pratik bir yöntem, sıkıştırma işini birden fazla kademeye dağıtmaktır. Gaz her kademeden sonra soğutulur ve ardından daha fazla sıkıştırılarak son basınç değerine ulaşılır. Bu ayrıca enerji verimliliğini de artırır ve en iyi sonuç her sıkıştırma kademesi aynı basınç oranına sahip olduğunda elde edilir. Sıkıştırma kademesi sayısını artırarak sürecin tamamı izotermik sıkıştırmaya yaklaştırılır. Ancak gerçek bir sistem tasarımında kullanılabilecek kademe sayısında maliyet açısından sınırlama vardır.


Turbo kompresörler ile pozitif deplasmanlı kompresörler arasında ne fark vardır?

Sabit dönüş devrinde, turbo kompresörlerin basınç/debi eğrisi pozitif deplasmanlı eşdeğer bir kompresörün eğrisinden çok farklıdır. Turbo kompresörler değişken debiye ve değişken basınç özelliklerine sahip makinelerdir. Diğer yandan, deplasmanlı kompresörler sabit debiye ve değişken basınca sahip makinelerdir. Yer değiştirmeli kompresörler düşük devirde bile daha yüksek basınç oranı sağlar. Turbo kompresörler büyük hava debileri için tasarlanmıştır.


İlgili yazılar

Basınçlı Hava Nedir?

Basınçlı hava her yerdedir ama tam olarak nedir? Gelin sizi basınçlı hava dünyasıyla tanıştıralım ve bir kompresörün temel çalışma ilkelerini açıklayalım.