ME415 7 1

FANS AND FAN PERFORMANCE TESTSFans, blowers and compressors are devices used to move

compressible fluids (vapor and gases) through a duct. Fans impart

small pressure increase to the fluid, blowers provides larger pressure

increase, while compressors impart very high pressure increase.

- Amaç, istenilen debide (Q) havanın basıncını istenilen

miktarda artırmaktır.

HavaFAN

Q

FAN

Pt

- Vantilatör ve aspiratör de fandır

İklimlendirilmiş havayı ortama vermek için kullanılan fanlara, vantilatör;

kullanılmış havayı veya egzoz gazlarını ortamdan uzaklaştırmakta kullanılan

fanlara, aspiratör denir.

ME415 7 2

FAN KULLANIM ALANLARI

İklimlendirme uygulamaları

- Binaların iklimlendirilmesi ve havalandırılması

- Tünellerin ve kapalı garajların havalandırılması

Endüstriyel Uygulamalar

- Çimento sanayi

- Demir çelik sanayi

- Tekstil sanayi

- Gıda sanayi

- Elektronik cihazların soğutulması

- …..

FAN ÇEŞİTLERİ

Akış yönüne göre sınıflandırma

1. Eksenel (Aksiyal) fanlar

2. Radyal (Santrifüj) fanlar

3. Karışık akışlı (Aksiyal-santrifüj) fanlar

Kullanım yerine göre sınıflandırma

- Çatı tipi fanlar

- Pencere tipi fanlar

-

ME415 7 3

EKSENEL FANLAR

- Akışkan, fan eksenine paralel hareket

eder

- Düşük basınç şartlarında yüksek debi

sağlar

- Hafif, küçük boyutlu ve ucuzdur

- Verimleri %75 civarındadır. Kılavuz

kanatlar kullanılarak verim %85’e

çıkarılabilir.

ME415 7 4

RADYAL (SANTRİFÜJ) FANLAR

- Akışkan, fan eksenine dik (radyal)

yönde hareket eder

- Düşük debi koşullarında, yüksek

basınç sağlar

- Endüstride ve klima santrallerinde

yaygın kullanılan bir fan tipidir.

ME415 7 5

SANTRİFÜJ (RADYAL) FAN TİPLERİ1. Radyal (dik) kanatlı (~ %65 verimli)

2. Öne eğimli kanatlı (~ %63 verimli)

3. Geriye eğimli kanatlı (~ %82 verimli)

4. Aerodinamik kanatlı (~ %85 verimli)

Radyal (dik) kanatlı Öne eğimli kanatlı

Geriye eğimli kanatlıAerodinamik kanatlı

ME415 7 6

KARIŞIK AKIŞLI FANLAR

- Akış, eksenel doğrultuyla 30-80 derece açıyla yönlendirilir.

ME415 7 7

FAN TİPLERİ VE KARAKTERİSTİKLERİ

Fan Type Wheel

Type

Static

Pressure

(inche

water

gage

Wheel

Diameter

(inche)

Air Flow

Rate

(CFPM)

Breake

Horse

Power

(bhP)

Propeller

Axial

Direct

Drive

0-1 10-50 50-

50,000

1/6-10

Tube Axial Direct

Drive

0-1 20-50 2,500-

50,000

1/3-15

Vane Axial Direct

Drive

0-5 20-60 1,200-

150,000

1/3-150

Centrifugal Backward

inclined

0-12 10-75 500-

125,000

1/3-200

Centrifugal Backward

Inclined

Airfoil

0-14 20-120 1,500-

450,000

1/3-1500

ME415 7 8

FAN SİSTEMLERİNDE ENERJİ KAYBIBir fan birçok elemandan oluşur:

- Hız kontrol ünitesi, motor, kayış-kasnak, yataklar, fan kanatları, hava

kanalı, giriş çıkış yönlendiricileri, vb.

Bu elemanların her birinde, enerjinin bir kısmı yararlı işe dönüşmeden

kaybolur.

FANLARIN ENERJİ TÜKETİMİNDEKİ YERİ

Fanlar çok yaygın kullanılan ve uzun süreli çalışan makinelerdir.

- Elektrik motorları, toplam enerjinin %65’ini tüketir. Fanlar, bu enerjinin

%18’ini tüketir.

- İngiltere’de sanayide kullanılan enerjinin %40’nı elektrik motorları, bunun

%22’sini ise fanlar tüketir. (İngitere Fan Manufacturer Association)

* Fanların verimli kullanılmasıyla önemli miktarda enerji tasarrufu sağlanabilir.

ME415 7 9

FAN ENERJİ VERİMİKayıplardan dolayı değişik elemanlar için verim tanımlanır:

1. Motor verimi = Elekt güç/Mot mil gücü

2. Tahrik sistemi verimi = Fan mil gücü/Mot mil gücü

3. Fan verimi = Akışa kazandırılan güç/Fan mil gücü

Toplam verim = Akışkana aktarılan güç/Elkt güç

Sistemin toplam verimi, fan tarafından havaya verilen gücün, sistemin çektiği elektriksel güce oranına eşittir.

milfanfan PP /

mmiltah PP /

elmm PP /

elfanmtahfant PP /

ME415 7 10

FAN TEST SİSTEMİ

- Fan test sistemlerinin yapıları ve testlerin yapılışı standartlarla belirlenmiştir.

(ISO 5081, AMCA International)

Ölçülecek Değerler

1. Statik basınç farkı

2. Debi

3. Güç

4. Gürültü seviyesi

Bu her bir parametrenin nasıl

ölçüleceği standartlarda belirtilir.

Basınç Ölçümü: Fan giriş ve çıkışına bağlanan basınç ölçerlerle statik basınçlar

ölçülür. Fandaki statik basınç farkı (artışı):

DP=P2-P1

Debi Ölçümü: Çıkış kanalının (3) kesitinde, Pitot tüpü ile hız dağılımı belirlenir ve

debi hesaplanır. Q=VA

Toplam basınç farkı: DPt=DP+rV22/2g Efficiency of the fan

Akışkana kazandırılan güç:

Power from motor to fan:

QPdt

dWt

D

Tdt

dWa

T

PQ

dtdW

dtdW

fantopowerinput

fluidtoimpartedPower

a

D

/

/

ME415 7 11

FAN PERFORMANS (TANIM) VE VERİM EĞRİLERİ

- Fan imalatçısı tarafından, sabit devir sayısında farklı debiler için yapılan testler ile her bir fanın performans ve verim eğrileri oluşturulur.

Fan performans eğrisi Fan verim eğrisi

- Her fanın optimum çalışma koşulları vardır.

- Fanlar optimum debiden düşük bir debide çalıştırıldığında stall (akış ayrılması) olur ve salınımlı bir akış oluşur.

- Fan imalatçıları ürettikleri her fanın optimum çalışma koşullarını ve bu koşullardaki verimini belirlemelidir ve kolay anlaşılır bir şekilde yayınlamalıdır.

- Fan seçimi, optimum koşullar sağlanacak şekilde yapılmalıdır.

Q

Q

DP

ME415 7 12

OPTİMUM FAN VERİMİ DİYAGRAMI

Fan imalatçıları, ürettikleri bütün fanların performans testlerini

gerçekleştirdikten sonra, her bir fanın en yüksek verimde (%80)

çalıştığı Q ve DPt değerlerini belirleyip, aşağıdaki gibi bir diyagramı

veya benzeri başka bir veriyi hazırlamalıdır.

Fanın kullanılacağı sistem için gerekli olan Q ve DPt belirlenerek uygun

fan, bu diyagram yardımıyla belirlenebilir.

Volume flow rate ft3/minx1000

Bu diyagramda, her bir fanın optimum çalışma aralığı, fan veriminin

%80 ve üzeri olduğu aralık olarak alınmıştır.

ME415 7 13

ÖRNEK 1: FAN GÜCÜ VE VERİMİ HESABI

Q=350.000 m3/h, ΔPt=200 mmSS, n=1000 d/d olan birfanda şebekeden çekilen akım 460 Amperdir (V=380 volt,cos Φ=0.85, motor verimi % 91 kabul edilsin).

a) Fan gücünü (fanın havaya kazandırdığı gücü),

b) Fan verimini,

c) Devir sayısı frekans invertörü ile 850 d/d’yedüşürüldüğünde, fanın verebileceği debi, basınç ve gücühesaplayınız.

Çözüm

a) Pfan=Q(m3/h)xΔPt(mmSS)/(3600x102)

=350000x200/(3600x102)=190 kW

b) Pel=(3)1/2xI(amper)xV(volt)xcosφ/1000

=1.732x460x380x0.85/1000=257 (kW)

ηt=(Pfan/Pel) =(190/257) = 0.74=0.74x100=%74

ηt=ηfanηmotoηtah ηfan=ηt/ηmotor =74/0.91=%81

(ηtah =1, direkt tahrik)

Daha hassas sonuç elde etmek için fan torku, torkmetreyardımıyla ölçülebilir.

ME415 7 14

C)

Fan kanunları kullanılarak, yeni durumdaki değerler hesaplanabilir:

Q2=Q1x(D2/D1)3(n2/n1)

DP2=DP1x(D2/D1)2(n2/n1)

2(ρ1/ρ2)

P2=P1x(D2/D1)5(n2/n1)

3(ρ2/ρ1)

Çaplar ve yoğunluk sabit kabul edilirse;

Q2=Q1x(n2/n1)=350000x(850/1000)=297500 m3/h

DP2=DP1x(n2/n1)2=200x(850/1000)2=144 mmSS

P2=P1x(n2/n1)3 = 234x(850/1000)3=143 kW

15

SİSTEM (DAVRANIŞ) EĞRİSİ

- Genellikle, sistemdeki debinin, basınç düşümü ile nasıl değiştiğinin

bilinmesi gerekir.

- Debinin, basınç düşümü ile değişimini gösteren grafiğe sistem eğrisi

denir.

Eşitliğinde çıkış hızı ihmal edilir ve hız yerine V=4Q/rD2 konulursa,

Değişik debiler için basınç kaybı hesaplanır ve grafiği çizilirse

sistem eğrisi elde edilir.

1000

/842

2

su

hava

ftgD

KDfLQhP

r

r

D

Q (m3/s)

DPt(mmSS)

g

VK

D

fL

g

VhP

h

ft22

22

2

D

ME415 7

16

FAN SEÇİMİGerekli olan debi Q ve kanaldaki basınç düşümü DPtbelirlendikten sonra, fan seçim diyagramından veyatablolardan uygun fan seçilir.

Çalışma

noktası

Sistem

eğrisiFan performans

eğrisiDPt

Q

Volume flow rate ft3/minx1000

Seçilen fanın gerçek performans değerleri, seçilen fanın performans eğrisi ile sistem eğrisinin aynı grafik üzere çizilmesiyle elde edilir.

ME415 7

ME415 7 17

FAN KANUNLARI

- Fan kanunları, boyut analizi ile elde edilmiş olan

bağıntılardır.

- Performans verileri bilinen bir fanın, çalışma şartları

değiştiğinde, performans değerlerini ve benzer fanların

performansını belirlemek için kullanılabilir.

Debi

Basınç artışı

Fan gücü

Gürültü

1

2

3

1

212

n

n

D

DQQ

1

2

2

1

2

2

1

212

r

r

DD

n

n

D

DPP

1

2

3

1

2

5

1

212

r

r

n

n

D

DPP

1

2

1

21012 5050

n

nLog

D

DLogLL

2

3

1

3

D

Q

D

Q

2

22

1

22

D

D

D

Hg

D

Hg

2

53

1

53

)/()/(

D

dtdW

D

dtdW

rr

ME415 7 18

ÖRNEK: FAN SEÇİMİDebisi 400 m3/dak olan hava akışı, iç çapı 1 m olan bir kanalda bir eksenel fanile sağlanacaktır. Kanalın toplam boyundaki statik basınç düşümü, DPBernoulli denklemi kullanılarak 3.8 cmSS olarak belirlenmiştir. Bu uygulamaiçin uygun fanı belirleyiniz.

Fan seçimi yapılabilmesi için, debinin ve kanaldaki toplam basınç düşümününbilinmesi gerekir.

Q veriliyor, kanal için DPt’nin hesaplanması gerekir.

Q=400 m3/dak=24,000m3/h=14,130 ft3/min

DPt= DP (cmSS)+rhava V2/2g (m hava) = DP (cmSS)+(rhava V

2/2g)x100/rsu=4.242 cmSS =1.67 inSS

V=Q/A= (400/60) (m3/s)/(D2/4) =8.503 m/s

Diyagramdan 14,130 ft3/min debi ve 1.67 inSS toplam basınç artışı için NNveya OO fanlarının uygun olduğu görülür.

Fan gücü, Pfan=DPtxQ/(3600x102)

Pfan=42.42 (mmSS)x24,000 (m3/h)/(3600x102)=2.77 kW

Fan verimi fan %80 kabul edilirse, mil gücü

Pmil=Pfan/ fan =2.77/0.8=3.46 kW=3.46/0.745=4.65 HP

Volume flow rate ft3/minx1000

ME415 7 19

ÖRNEK: DEVİR SAYISI DEĞİŞEN FANIN PERFORMANS

PARAMETRELERİNİN BELİRLENMESİ

Q=350.000 m3/h, ΔPt=200 mmSS, n=1000 d/d olan bir fanda şebekedençekilen akım 460 Amperdir (V=380 volt, cos Φ=0.85, motor verimi % 91kabul edilsin).

a) Fan gücünü (fanın havaya kazandırdığı gücü),

b) Fan verimini,

c) Devir sayısı frekans invertörü ile 850 d/d’ye düşürüldüğünde fanınverebileceği debi, basınç ve gücü hesaplayınız.

Çözüm

a) Pfan=Q(m3/h)xΔPt(mmSS)/(3600x102)

=350000x200/(3600x102)=190 kW

b)Pel=(3)1/2xI(amper)xV(volt)xcosφ/1000

=1.732x460x380x0.85/1000=257 (kW)

ηt=(Pfan/Pel)x100 =(190/257)x100= %74

ηt=ηfanηmotoηtah ηfan=ηt/ηmotor =74/0.91=%81

(ηtah =1, direkt tahrik)

ME415 7 20

C) Fan kanunları kullanılarak, yeni durumdaki değerler hesaplanabilir:

Debi

Basınç

Güç

Çaplar ve yoğunluk sabit kabul edilirse;

Debi Q2=Q1x(n2/n1)=350000x(850/1000)=297500 m3/h

Toplam basınç artışı

DP2=DP1x(n2/n1)2=200x(850/1000)2=144 mmSS

Fan Gücü P2=P1x(n2/n1)3 = 234x(850/1000)3=143 kW

1

2

3

1

212

n

n

D

DQQ

1

2

2

1

2

2

1

212

r

r

DD

n

n

D

DPP

1

2

3

1

2

5

1

212

r

r

n

n

D

DPP

ME415 7 21

ÖRNEK: FAN KANUNLARI YARDIMIYLA FARKLI RAKIM VE SICAKLIKTAKİ (YOĞUNLUKTAKİ)GAZLAR İÇİN YÜK VE GÜÇ HESABI

Fanlar, fan üreticisinin performans testlerini yaptığı şartlardan farklı şartlardakullanılabilir. Bu farklılık fanın performansına etki eder. Fanın çalışmaşartlarındaki performans değerleri, fan kanunları kullanılarak hesaplanabilir.

Bir fanın standart şartlarda (1 atm, 15oC), 80,000 m3/h debi ve 250 mmSSbasınç artışı sağladığı biliniyor. Fan çapı ve devir sayısı sabit kalmak üzere, bu fan farklı şartlarda kullanılıyor.

a) Fanın standart koşullarda çekeceği elektriksel gücü,

b) Deniz seviyesinde, 200 oC sıcaklıktaki çalışma akışkanı için sağlayacağı basınç artışını ve çekeceği elektriksel gücü,

c) 2100 m rakımda, 200 oC sıcaklıktaki çalışma akışkanı için sağlayacağı basınç artışını ve çekeceği elektriksel gücü hesaplayınız.

Fan toplam verimini ht=0.8 alınız.

ME415 7 22

a) Fanın standart koşullarda çekeceği elektriksel gücü hesaplayınız

Bu koşullardaki debi ve basınç artışı biliniyor.

b) Deniz seviyesinde, 200 oC sıcaklıktaki çalışma akışkanı için sağlayacağı

basınç artışını ve çekeceği elektriksel gücü hesaplayınız

Basınç artışı için fan kanunu,

D1=D2 ve n1=n2 olduğundan,

Yoğunluklar ideal gaz hal denklemi kullanılarak bulunabilir.

46.541023600

80000250

1023600

D

QPP t

fan kW

el

fan

tP

P 1.68

8.0

46.54

t

fan

el

PP

kW

RT

Pr 226.1

)27315(287

101325

1

1

1

RT

Pr

746.0)273200(287

101325

2

2

2

RT

Pr

kg/m3

kWP

Pt

fan

el4.41

8.0

12.33

1

2

2

1

2

2

1

2

12r

r

DD

n

n

D

DPP

1

2

12r

rPP DD

mmSSP 152226.1

746.0250

2D

kWPfan

12.331023600

80000152

ME415 7 23

c) 2100 m rakımda, 200 oC sıcaklıktaki çalışma akışkanı için

sağlayacağı basınç artışını ve çekeceği elektriksel gücü

hesaplayınız.

Tablodan, 2100 m yükseklikteki atmosfer basıncı P=78,820 Pa

olarak alınır.

Bu yükseklikte, 200 oC sıcaklıkta yoğunluk,

Fan kanunundan, fandaki basınç artışı

Fan gücü

NOT: Fan gücü direkt olarak fan kanunundan da bulunabilir.

Çekilen elektriksel güç,

3

2

22 /581.0

)273200(287

78820mkg

RT

P

r

kWQP

P tfan 84.251023600

800005.118

1023600

D

el

fan

tP

P kW

PP

t

fan

el 3.328.0

84.25

mmSSPP 5.118226.1

581,0250

1

2

12DD

r

r

ME415 7 24

FANLARDA ENERJİ TASARRUF

YÖNTEMLERİ

Fanlarda enerji tasarrufu üç aşamada

gerçekleştirilebilir:

1) İyi bir fan tasarımı ve imalatı, yüksek

verimli motor, kayış-kasnak sistemi

kullanımı

2) Uygun fanın seçimi

3) İyi sistem tasarımı ve işletme

ME415 7 25

1) İyi bir fan tasarımı ve imalatı, yüksek verimli motor, kayış-kasnak sistemi kullanımı ile enerji tasarımı

- Fan kanat profillerinin uygun tasarımı ve airfoil kanat kullanımı fanın veriminin yüksek olmasını sağlar

- Hava kaçaklarının önlenmesi sürtünmelerin azaltılması fan verimini artırır

- Kayış-kasnak, yatak kayıplarının azaltılması verimi artırır

ME415 7 26

2. Uygun fan seçimi

- Her fanın yüksek verimlilikle çalıştığı

basınç artış ve debi aralıkları sınırlıdır.

- İhtiyaç duyulan debi ve basınç artışı

belirlendikten sonra, bu şartları, en

yüksek verimle sağlayacak fan

seçilmelidir.

Q

Q

DP

ME415 7 27

3. İyi sistem (kanal) tasarımı ve işletme

a) Sistem, basınç kayıpları mümkün olduğu kadar az olacak şekilde tasarlanmalı ve imal edilmeli

- Kanal kesit alanı mümkün olduğu kadar büyük olmalı

- Basınç kaybını artıran ani kesit değişimlerinden, keskin köşelerden, gereksiz dönüşlerden kaçınılmalıdır.

b) Kapasite kontrolü

Fan sistemlerinde kapasite kontrolü iki şekilde yapılabilir:

1) Giriş ve çıkışa yerleştirilen klapeler veya damperler ile

- Ucuzdur

- Sistem eğrisi değişir, debi ve fan gücü azalır

2) Fan devri değiştirilerek

- Bir frekans invertör ile motor (fan) devri değiştirilir.

- En verimli kapasite kontrol yöntemidir.

g

VK

D

fL

g

VhP

h

ft22

2

2

D