Basınçlı hava sistemlerinde enerji verimliliği ve uygulama örnekleri
Energy efficiency in compressed air systems and implementation examples
Yazar: SEFA ŞAHİN
Danışman: DOÇ. DR. ŞABAN PUSAT
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Enerji Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Enerji = Energy ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Enerji tüketimi = Energy consumption ; Enerji verimliliği = Energy efficiency ; Kompresör = Compressor

Özet:
Zorlaşan küresel rekabet şartları, gelişen teknoloji ve refah seviyesi ile birlikte artan tüketim alışkanlıkları, dünya nüfusunun çok hızlı artması ve sürekli artan enerji tüketimleri küresel sorunları beraberinde getirmektedir. Bu durumları göz önüne aldığımızda enerji verimliliği uygulamalarının önemi her geçen gün artmaktadır. Dünya toplam enerji tüketimindeki endüstrinin payı yaklaşık %30, endüstri enerji tüketimindeki basınçlı hava kompresörlerinin payı ise yaklaşık %10 mertebelerindedir. Bu veriler başlı başına basınçlı hava kompresörlerinde enerji verimliliği uygulamalarının ne denli önemli olduğunun güzel bir göstergesidir.
Bu çalışma ile basınçlı hava kompresörlerinde enerji verimliliği uygulamaları incelenmiştir. Bazı enerji verimliliği uygulamaları yapılan ölçüm ve analizler ile desteklenerek etkileri gözlenmiştir. 22 farklı işletmede yapılan basınçlı hava kaçak taramasında, 1,394 adet basınçlı hava kaçak noktası saptanmıştır. Bir kaçağın ortalama yıllık maliyeti 3,164.4 TL olarak hesaplanmıştır. Bir kaçağın sebebiyet verdiği yıllık CO2 emisyon miktarı ise 1.44 ton olarak saptanmıştır.
3 farklı kompresör dairesinde birer hafta boyunca tamamlanan enerji ölçümleri ve simülasyon çalışmaları neticesinde, ilgili kompresör dairelerinde bulunan kompresörlerin üzerinde akıllı kontrol algoritmaları olan merkezi kontrol cihazları ile kontrol edilmesi sonucunda sırasıyla  %7.45, %5.63 ve %17.42 enerji tasarruf potansiyeli olduğu saptanmıştır. Yine bu 3 farklı proje ile yıllık sırasıyla 70.49 ton, 88.48 ton ve 67.34 ton CO2 emisyon salınımının önüne geçilebileceği hesaplanmıştır.
200 kW nominal elektrik tüketimine sahip yağlı vidalı tip bir basınçlı hava kompresörünün yağından atık ısı geri kazanımı yapılarak yıllık 125.040 Nm3 doğalgaz tasarrufu sağlanabileceği hesaplanmıştır. Yıllık CO2 emisyon azaltma potansiyeli ise 242.24 ton olarak belirlenmiştir.
Değişken basınçlı hava talebi olmasına karşın 2 adet sabit devirli kompresör kullanılan bir basınçlı hava sisteminde bir hafta boyunca enerji ölçümleri alınmıştır. Aynı basınçlı hava talebine cevap verebilecek bir adet yeni hız sürücülü kompresör simülasyonu yapıldığında %18.02 enerji tasarruf potansiyeli olduğu görülmüştür. Yıllık önlenebilecek CO2 emisyon miktarı ise 96.83 ton olarak hesaplanmıştır.
Kompresörler ve basınçlı hava sistemleri enerji verimlilik potansiyeli açısından incelendiğinde, çok basit uygulamalarla ciddi bir enerji verimlilik imkanının olduğu görülmüştür. Sonuç olarak enerji verimliliği bakış açısı ile enerji tüketen ekipmanlarda iyileştirme için sürekli aksiyon planlarının olması çok önemli olduğu görülmüştür.

Abstract:
Increasing global competition conditions, increasing consumption habits with the developing technology and welfare level, and the ever-increasing energy consumption with the rapid rise of the world population bring global problems. Considering these situations, the importance of energy efficiency applications is increasing day by day. The industry's share in the world's total energy consumption is around 30%, and the share of compressed air compressors in industry energy consumption is around 10%. These data are a good indication of how important energy efficiency applications are in compressed air compressors.
In the compressed air leak scanning carried out in 22 different industrial facilities, 1,394 compressed air leak points were detected. The average annual cost of a leakage was calculated as 3,164.4 TL. The annual amount of CO2 emissions caused by a leak has been determined as 1.44 tons.
As a result of energy measurements and simulation studies done for one week in 3 different compressor rooms, it has been determined that there is 7.45%, 5.63% and 17.42% energy saving potentials, respectively, as a result of controlling the compressors in the relevant compressor rooms with central control devices with smart control algorithms. Again, with these 3 different projects, it has been calculated that annual CO2 emissions of 70.49 tons, 88.48 tons and 67.34 tons can be prevented.
It has been calculated that 125,040 Nm3 of natural gas can be saved annually by recovering waste heat from the oil of an oiled screw type compressed air compressor with a nominal electricity consumption of 200 kW. The annual CO2 emission reduction potential is calculated as 242.24 tons.
Despite the variable compressed air demand, energy measurements were taken for a week in a compressed air system using 2 fixed speed compressors. When a new speed driven compressor is simulated that can respond to the same compressed air demand, it is seen that there is an energy saving potential of 18.02%. Annual preventable CO2 emission amount was calculated as 96.83 tons.
When compressors and compressed air systems are examined for their energy efficiency potential, it is seen that there is a serious energy efficiency possibility with very simple applications. As a result, it has been seen that it is very important to have continuous action plans for improvement in energy consuming equipment with an energy efficiency perspective.