Buhar kapanı

Buhar kapanı veya kondenstop, buhar sistemlerinde yoğuşma sonucu oluşan kondensin sistemden dışarı atılması için kullanılan tesisat elemanlarıdır. Uzun yıllar, "kondenstop" olarak, dilimize yanlış bir isimlendirmeyle (kondensi, stop et veya durdur, gibi bir anlam taşıyor) girmiş ve bu yanlış isimlendirme, teknik uygulayıcılarda yanlış anlamalara sebebiyet vermiştir. Ancak günümüzde, "buhar kapanı" olarak ifade edilimi yaygınlaşmış ve Türkçemize doğru anlamı ile yerleşmeye başlamıştır.
Kullanım yerleri ve işlevleri
Buhar kapanlarının üç ana işlevi vardır;
Oluşan kondensi tahliye etmek,
Tahliye sırasında buharın kaçmasına mani olmak, buharı kapanlamak (anlamı buradan geliyor),
Hava ve yoğuşmayan gazları tahliye etmek.
Isıl enerji, ısıtma, buharlaştırma ve kurutma amaçlı olarak ve birçok üretim prosesinde yaygın olarak kullanılmaktadır. İhtiyaç duyulan bu proses enerjisi; bir kazanda ısıtılarak kullanım yerlerine (örneğin bir ısı değiştiricisi) borular yardımıyla sevk edilen sıcak su, yüksek sıcaklıktaki yağ veya doymuş ya da kızgın haldeki buhar ile sağlanır. Bu üç akışkan tipinden en kullanışlı olanı buhardır ve bu sebeple tüm dünyada en yaygın olarak kullanılan akışkandır.
Her ne kadar bu akışkanları taşıyan iletim hatları ve akışkanları kullanan ekipmanlar, ısı kayıplarını minimuma indirmek için oldukça iyi yalıtılsa da, bir miktar ısı ışınım yoluyla dış ortama transfer olacak, boru hattında ilerleyen buhar kendini taşıyan boruları ısıtmak için de ısı verecek ve bir miktar buhar yoğunlaşarak borunun alt kısmında kondens (yoğuşmuş su) oluşturacaktır.
Bu kondensin boruda kalmasına izin verilirse, buharla kondens arasında ısı transferi devam edecek, kondens boruyu daha çok dolduracak, sonuçta buharla beraber sürüklenerek koç darbelerine ve ileri aşamada buharın geçiş yollarını bloke etmeye başlayacaktır. Bu yüzden, buharın kaçmasına izin vermeden, oluşan bu kondensi borulardan tahliye edecek otomatik bir tesisat elemanına gereksinim vardır. Bu maksatları yerine getirmek için buhar kapanları kullanılır. Bu tesisat elemanlarının sağladıkları buhar verimliliği ve güvenlik hiçbir şart altında tartışılamaz.
Benzer şekilde buhar ısı değiştiricisine girdiğinde, ısı cidarlarından ısıtılacak ürüne transfer olur. Buhar ısısını verdikçe yoğuşur ve oluşan kondens ekipmanın içerisinde, buharın bulunduğu hacimde, birikmeye başlar. Buhar hatlarında olduğu gibi, bu kondensin de ekipman içerisinde kalmasına izin verilmemelidir. Aksi takdirde, ısı transfer işlemi yavaşlar ve sonuçta durabilir. Bu sebeple bir buhar kapanı, buharın kaçmasına izin vermeden, kondensi tahliye etmede kullanılmalıdır.
Buhar kapanları sadece kondensi tahliye etmekle görevli değildirler. Bir buhar sistemi kapatıldığında, hava, yoğuşan buharın bıraktığı yeri doldurmak için buhar hattına girer. Devreye almada, bu hava, buhar hattının en uzak noktasına ve buhar ekipmanına kadar buharın önünde itilir. Buradan hava, buhar kapanlarının bağlandığı tahliye çıkışına kadar gelir. Bu yüzden buhar kapanları, havayı ve yoğuşmamış gazları tahliye etme özelliğine de sahip olmalıdır. Aksi takdirde, bu gaz ve havanın sistemde kalmasına izin verilirse, efektif ısı transferi için bir bariyer teşkil edeceklerdir.
Sınıflandırma
Bugün kullanımda olan birçok buhar kapanı tipi vardır. Ancak bunların hepsi yukarıda açıklanan ve kendinden beklenen performansı, çalışma sistemi ve dizaynı gereği yerine getiremeyebilir. Bu sebeple her uygulama için, o uygulamaya en uygun buhar kapanın seçilmesi gereklidir.
Buhar kapanları üç ana kategoride incelenebilir:
Mekanik
Termostatik
Termodinamik
Mekanik Buhar Kapanları
Mekanik buhar kapanları, buhar ve kondens yoğunlukları arasındaki fark prensibi ile çalışırlar. Örneğin, kondens seviyesi yükseldikçe, bir şamandıra yükselecek, bir valfi açacak, fakat içerisinde yalnız buhar olması durumunda, şamandıra kalkamayacak ve böylece valf kapalı kalacaktır.
Mekanik kapanlar, kapan içerisine termostatik bir eleman yerleştirilmedikçe, havayı ve yoğuşmayan gazları tahliye edemezler. Bu elemanlar termostatik kapanlarda kullanılan termostatik elemanların minyatürüdürler.
Bu tip buhar kapanları da kendi aralarında 3 farklı dizayna ayrılabilir:
Serbest Şamandıralı Buhar Kapanları
Kaldıraç-Şamandıralı Buhar Kapanları
Ters Kovalı Buhar Kapanları
Serbest Şamandıralı Buhar Kapanları
Bu tip mekanik buhar kapanlarında, orifisi açma-kapama görevini herhangi bir bağlantıya sahip olmayan serbest bir küre yapar. Açma-kapama görevini tam anlamıyla yerine getirebilmesi için, bu kürenin çok hassas ve kaliteli bir malzemeden imal edilmesi gereklidir. Bugün endüstride kullanılan Serbest Şamandıraların küresel toleransı 0,004'tür ve 316L paslanmaz çelikten imal edilirler.
Serbest-Şamandıralı Buhar Kapanları, dahili bir hava atıcı ile donatıldıklarından ve değişken yüklerde kendilerini rahatlıkla regüle edebildiklerinden; ana buhar hatları, proses ekipmanları için ideal buhar kapanlarıdır.
Kaldıraç-Şamandıralı Buhar Kapanları
Kaldıraç-Şamandıralı buhar kapanlarında açma-kapama işlemi, şamandıraya kaynaklanmış bir manivelanın ucundaki bilya yardımıyla gerçekleştirilir. Bu tip buhar kapanlarının ömrünü azaltan/arttıran en önemli etkenler; açma-kapama yapan bilya malzemesi, şamandıra-manivela kolu kaynağı ve iç bağlantıların sağlamlığıdır.
Bu tip buhar kapanları, dahili bir hava atıcı ile donatıldıklarından ve değişken yüklerde kendilerini regüle edebildiklerinden, proses ekipmanları için ideal buhar kapanlarıdır.
Ters Kovalı Buhar Kapanları
Bu tip buhar kapanlarında orifisi açma-kapama işlevini, bir bakıma Kaldıraç-Şamandralıya benzer şekilde, kovaya bağlanmış bir manivela ucundaki bilya yapar. Kovanın yukarı kalkmasıyla, orifis kapatılır, artan kondensle kovanın aşağıya inmesiyle orifis açılır. Ters-kovalı buhar kapanlarının da ömrünü azaltan/arttıran en önemli etkenler; açma-kapama yapan bilya malzemesi, kova-manivela ve diğer bağlantıların sağlamlığıdır.
Bu tip buhar kapanları, genellikle, dahili hava atıcıya sahip değildir ve değişken yüklerde kendini regüle etme özelliğine sahip değillerdir. Bu sebeple, proses ekipmanlarında kullanılmamalıdırlar.
Termostatik Buhar Kapanları
Termostatik kapanlar, kondensin sıcaklığının hissedilmesi prensibi ile çalışırlar. Buhar yoğuştukça, oluşan kondens buhar sıcaklığındadır, fakat bu kondens kapana doğru aktıkça sıcaklığını kaybeder. Bu sıcaklık, buhar sıcaklığının altında belirli bir değere düştüğünde, termostatik kapan kondensi tahliye etmek için açacaktır.
Bu tip buhar kapanları; refakat hatları, radyatör gibi, ısıtma için kondensin de sıcaklığından yararlanılmak istenildiği durumlarda kullanım için idealdirler.
Termodinamik Buhar Kapanları
Üçüncü kategori ise termodinamik tip kapanlardır. Bu tip kapanlar, bir yüzey üzerinde akan buhar ile, kondensin aynı yüzeydeki akışı arasındaki fark prensibi ile çalışırlar. Bir yüzey üzerinden akan bir gaz, buhar, bir düşük basınç alanı yaratır ve bu olay, termodinamik kapanlarda diskin valf oturma noktasına doğru hareket etmesini ve sonuçta kapatmasını sağlar.
Termodinamik buhar kapanları, kompakt ve hafif yapıları sebebiyle, en ucuz buhar kapanlarıdır. Çok geniş basınç aralığında kullanılabilirler. Ne var ki; diskle-sitin, geniş bir alanda, sürekli teması sebebiyle en kısa ömürlü buhar kapanlarıdır.
Bu üç ana kategoride, her birinin çalışma prensibi temelde aynı olsa da, değişik çalışma modlarında birçok buhar kapanı tipi mevcuttur. Ancak burada günümüz endüstrisinde en yoğun kullanıma sahip tipler açıklanmıştır.
Seçim Tabloları
Buhar Kapanı seçimi için basit bir kılavuz yapılacağı zaman, mümkün olabilecek tüm uygulamalar, tüm şartlar kapsanamaz. Bu sebeple, takip eden seçim tabloları kullanılmadan önce, önceki bölümlerde açıklanmış olan buhar kapanlarının çalışma prensipleri iyi kavranmalıdır.
Aşağıda oluşturulan tablo, bir buhar kapanı seçiminin tamamlanmasından önce sorulması gereken tüm soruları içerir. Zaman içinde kullanıcılar, pratikteki gerçek tecrübeleri ile, kendileri için önemli faktörleri tespit etmelidirler.
Yanda verilen son tabloda ise, buhar kullanan çeşitli makinalar için uygun olabilecek buhar kapanı tipleri iki alternatif halinde verilmiştir. Bu tabloda verilenlerin tavsiye olduğu unutulmamalıdır. Kullanıcılar bu tür tabloları, kendi işletme şartları ve tecrübeleri ile birleştirmelidirler.