t.c. - dosya.marmara.edu.trdosya.marmara.edu.tr/tf/mrm/bitirme/2016/6_elektrik_motorlarinda... ·...
TRANSCRIPT
TC
MARMARA UumlNİVERSİTESİ
TEKNOLOJİ FAKUumlLTESİ
MEKATRONİK MUumlHENDİSLİĞİ BOumlLUumlMUuml
ELEKTRİK MOTORLARINDA (ASENKRON
MOTORLARDA) VERİMLİLİK ANALİZİNİN
ARAŞTIRILMASI
ELİF CcedilİCcedilEK
NESRİN ALTUNBOĞA
RUMEYSA ALGUumlL
YRD DOCcedil DR ABDURRAHMAN OumlZTUumlRK
İSTANBUL 2016
ii
TC
MARMARA UumlNİVERSİTESİ
TEKNOLOJİ FAKUumlLTESİ
MEKATRONİK MUumlHENDİSLİĞİ BOumlLUumlMUuml
ELEKTRİK MOTORLARINDA (ASENKRON
MOTORLARDA) VERİMLİLİK ANALİZİNİN
ARAŞTIRILMASI
ELİF CcedilİCcedilEK
(140110016)
NESRİN ALTUNBOĞA
(171210030)
RUMEYSA ALGUumlL
(171310002)
YRD DOCcedil DR ABDURRAHMAN OumlZTUumlRK
İSTANBUL 2016
iii
MARMARA UumlNİVERSİTESİ
TEKNOLOJİ FAKUumlLTESİ
MEKATRONİK MUumlHENDİSLİĞİ BOumlLUumlMUuml
Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Boumlluumlmuuml
Oumlğrencileri Elif CcedilİCcedilEK Nesrin ALTUNBOĞA ve Rumeysa ALGUumlLrsquo uumln
ldquoELEKTRİK MOTORLARINDA (ASENKRON MOTORLARDA)
VERİMLİLİK ANALİZİNİN ARAŞTIRILMASIrdquo başlıklı bitirme projesi
ccedilalışması 16062016 tarihinde sunulmuş ve juumlri uumlyeleri tarafından başarılı
bulunmuştur
Juumlri Uumlyeleri
Yrd Doccedil Dr Abdurrahman OumlZTUumlRK (Danışman)
Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği (İMZA)helliphellip
Prof Dr Haluk KUumlCcedilUumlK (Uumlye)
Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği (İMZA)helliphellip
Doccedil Dr Sezgin ERSOY (Uumlye)
Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği (İMZA)helliphellip
Yrd Doccedil Dr Huumlseyin YUumlCE (Uumlye)
Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği (İMZA)helliphellip
i
OumlNSOumlZ
ldquoElektrik Motorlarında (Asenkron Motorlarda) Verimlilik Analizinin Araştırılmasırdquo
adlı bu ccedilalışma Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği
Boumlluumlmuuml oumlğrencileri tarafından ldquoBitirme Projesirdquo olarak hazırlanmıştır
Bu ccedilalışmada enduumlstri de sıklıkla kullanılan elektrik motorlarından sincap kafesli
asenkron motorlar iccedilin farklı fan tasarımları yapılarak verimliliklerde meydan gelen
değişimler incelenmiştir
Bu proje kapsamında lisans tez danışmanlığımızı uumlstlenerek bize sunmuş olduğu
ccedilalışma fırsatı ve ccedilalışmalarımızın her aşamasında bilgi destek ve yorumlarını
esirgemeyen değerli hocamız Sayın Yrd Doccedil Dr Abdurrahman OumlZTUumlRKrsquo e en iccedilten
teşekkuumlrlerimizi sunar akademik hayatındaki başarılarının devamını dileriz
Ayrıca bu araştırma iccedilin deneyler de yardımcı olan sayın Doccedil Dr Uumlmit K TERZİ ve
Doccedil Dr Caner AKUumlNERrsquo e teşekkuumlrlerimizi de bir borccedil biliriz
HAZİRAN 2016
Elif CcedilİCcedilEK
Nesrin ALTUNBOĞA
Rumeysa ALGUumlL
ii
İCcedilİNDEKİLER
OumlNSOumlZ i
İCcedilİNDEKİLER ii
OumlZET v
SEMBOLLER LİSTESİ vi
KISALTMALAR LİSTESİ vii
ŞEKİLLER LİSTESİ viii
TABLO LİSTESİ x
BOumlLUumlM 1 GİRİŞ 1
11 CcedilALIŞMA KONUSUNUN TANIMI 1
12 CcedilALIŞMA KONUSUNUN AMACI 2
13 ELEKTRİK MOTORU 2
111 Elektrik Motorlarının Sınıflandırılması 2
14 TUumlRKİYErsquo DE VE DUumlNYArsquo DA ELEKTRİK MOTORLARININ ENERJİ
TUumlKETİMİ 3
15 ELEKTRİK MOTORLARINDA VERİMİN OumlNEMİ VE VERİM SINIFLARI 5
151 Mevzuat 7
16 MOTOR VERİMİNİ ETKİLEYEN FAKTOumlRLER 9
161 Verim 9
162 Kayıplar 10
1621 Demir Kayıpları 10
1622 Bakır Kayıpları 10
1623 Ruumlzgar ve Suumlrtuumlnme Kayıpları 10
BOumlLUumlM 2 MATERYAL VE YOumlNTEM 11
21 ASENKRON MOTORLAR 11
22 ASENKRON MAKİNALARIN YAPISI 12
221 Stator 12
iii
222 Rotor 13
23 ASENKRON MOTORLARIN CcedilALIŞMA İLKESİ 14
231 Doumlner Alan 14
232 Senkron Hız 15
233 Kayma 16
24 ASENKRON MOTOR CcedilEŞİTLERİ 17
241 Uumlccedil Fazlı Kısa Devre (Sincap Kafesli ) Asenkron Motorlar 17
242 Bilezikli (Sargılı rotorlu) AC Motorlar 18
25 Elektrik Motorlarına Yıldız-Uumlccedilgen Yol Verme 18
26 FANLAR 21
261 Genel Bilgiler 21
262 Fan Ccedileşitleri 21
2621 Eksenel Fanlar 21
2622 Karışık Akışlı (Radyal-Eksenel) Fanlar 22
2623 Radyal (Santrifuumlj) Fanlar 23
BOumlLUumlM 3 BULGULAR VE TARTIŞMA 24
31 SONLU ELEMANLAR YOumlNTEMİ 24
312 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Negatif Youmlnleri 25
32 ANSYS PROGRAMI 26
33 MEVCUT FAN UumlZERİNDE YAPILAN ANALİZLER 27
331 Geometri 28
332 Sayısal Ağ Oluşturma (Mesh) 30
333 Sınır Şartları 34
334 Ccediloumlzuumlm - Sonuccedillar 35
34 YENİ FAN TASARIMI 37
341 Fan Tasarımı İccedilin Kabuller 37
342 Fan Tasarım Parametreleri 37
iv
3421 Geometri 40
3422 Sayısal Ağ Oluşturma 40
3423 Ccediloumlzuumlm 41
3423 Sonuccedillar 43
343 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanması 44
3431 Geometri 44
3432 Sayısal Ağ Oluşturma 45
3433 Kod Ccediloumlzuumlmuuml 45
BOumlLUumlM 4 SONUCcedilLAR 47
BOumlLUumlM 5 EKLER 48
KAYNAKCcedilA 49
OumlZGECcedilMİŞLER 50
v
OumlZET
Guumlnuumlmuumlzde enerji kullanımının artması ile enerji kaynaklarının hızla tuumlkenmekte
olduğu goumlruumllmektedir Enerji maliyetlerinin de oumlnemli şekilde artması mevcut
kaynakların optimum bir şekilde kullanılması gerekliliğini vurgulamaktadır 2007
yılında uumllkemizde ldquoEnerji Verimliliği Kanunurdquo yuumlruumlrluumlğe girmiş 20082 sayılı
Başbakanlık Genelgesirsquoyle kamu oumlzel ve sivil toplum kuruluşlarının katılımıyla ldquo
Ulusal Enerji Verimliliği Hareketirdquo başlatılmış ve 2008 yılı ldquo Enerji Verimliliği Yılırdquo
olarak ilan edilmiştir
Elektrik motorlarının duumlnyadaki kullanımına bakıldığında binalarda kullanılan
elektriğin 36rsquosı enduumlstri ve altyapıda ise 70rsquoi elektrik motorları tarafından
tuumlketilmektedir Asenkron motorlar enduumlstride yaygın olarak kullanılmaktadır
Asenkron elektrik motorları ise uumllkemizin toplam elektrik tuumlketiminin yaklaşık
36rsquosını oluşturmaktadır Hatta sanayide sektoumlrel bazda bu oran 80rsquolere kadar
ccedilıkmaktadır Bu sebeple elektrik motorlarında verimi arttırıcı oumlnlemler uumllkemizin
elektrik tuumlketimi konusundaki tasarruf planlarına buumlyuumlk katkı sağlayacaktır
Bu ccedilalışmada mevcut durumun değerlendirilmesi iccedilin sonlu elemanlar metodu (FEA)
ile CFX ortamında analizler yapılmıştır Elde edilen veriler sayesinde hız uumlccedilgeninden
yararlanarak yeni bir fan tasarlanmıştır Teorik hesaplama ile elde edilen fanın verim
uumlzerindeki etkisi bilgisayar ortamında yapılan analizle incelenmiştir Ccedilalışmamızın ilk
boumlluumlmuumlnde ccedilalışma konumuzun tanımı ve amacı hakkında bilgi verilmiştir İkinci
boumlluumlmde asenkron motorlar hakkında bilgi verilmiştir Fan tasarımı hakkında bilgiler
verilmiştir Uumlccediluumlncuuml boumlluumlmde ise yapılan deneyler sonrası elde edilen sonuccedillar ve bu
sonuccedillara ait grafikler sunulmuştur Son boumlluumlmde ise deney sonuccedillarının
yorumlanmasına yer verilmiştir
vi
SEMBOLLER LİSTESİ
Ainlet Girişin Alanı
AOut Ccedilıkışın Alanı
n1 n2 Senkron Doumlnme Hızı Rotorun Doumlnme Hızı
f Frekans
I Akım
n Motorun Devir Sayısı
ƞ Verim
p Kutup Sayısı
Q Debi
R Direnccedil
rhub Fan Kanadının Başlangıcı ile Mil Arasındaki Uzunluk
rpm Dakikada doumlnme sayısı
rtip Fan Kanadının Bitiş Noktası İle Mil Arasındaki Uzunluk
sn Saniye
U Gerilim
Uhub Hub Hızı
Utip Tip Hızı
V Akışın Mutlak Hızı
W Accedilısal Hız
β Kanat Accedilısı
ρ Yoğunluk
vii
KISALTMALAR LİSTESİ
AB Avrupa Birliği
AC Alternatif Akım
ANSYS Simulation Driven Product Development
BSTB Bilim Sanayi ve Teknoloji Bakanlığı
CAD Bilgisayar Destekli Tasarım
CENELEC Avrupa Elektrik Makinaları ve Guumlccedil Elektroniği İmalatları Komitesi
CFD Computational Fluid Dynamics
CFX Congregation Fratrorum Xaverianorum
DC Doğru Akım
FEA Sonlu Elemanlar Analizi
IE1 Standart Verimli
IE2 Yuumlksek Verimli
IE3 Ccedilok Yuumlksek Verimli
IE4 Suumlper Yuumlksek Ccedilok Verimli
IEC Uluslararası Elektronik Komisyonu
PN Ccedilıkış Guumlcuuml
TSE Tuumlrk Standartları Enstituumlsuuml
TUumlİK Tuumlrkiye İstatistik Kurumu
V Volt
viii
ŞEKİLLER LİSTESİ
Şekil 1 Elektrik Motorlarının Sınıflandırılması 2
Şekil 2 Sanayide Kullanılan Elektrik Motorlarının Kullanım Yerleri 5
Şekil 3 Talep Tarafında Elektrik Kullanımı 6
Şekil 4 TS-EN 60034-30-1 Standardına Goumlre Verimlilik Sınıfları 7
Şekil 5 Motor Verimini Etkileyen Faktoumlrler 9
Şekil 6 Kuumlccediluumlk Guumlccedilluuml Uumlccedil fazlı Sincap Kafesli Asenkron Motorun Kesiti 11
Şekil 7 Stator Saccedil Paketini Oluşturulmuş Farklı Tipte Statorlar 12
Şekil 8 Rotor Saccedil Paketini Oluşturan Değişik Rotor Saccedilları 13
Şekil 9 Uumlccedil Faz bobininin 6 Oluklu Statora Yerleştirilişi 14
Şekil 10 Standart Asenkron Motorların Anma Kayması ve Verimi 16
Şekil 11 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru 17
Şekil 12 Motora yıldız-uumlccedilgen yol verme 20
Şekil 13 Stator Sargı Uccedillarının Uumlccedilgen (D) Ve Yıldızı (Y) Bağlanması 20
Şekil 14 Asenkron Motora Yol Verme 20
Şekil 15 Akışın Simetri Ekseninde Hareket Etmesi 22
Şekil 16 Karışık Akışlı Fan Uygulamaları 22
Şekil 17 Radyal Duumlz Kanatlı Fanlara Oumlrnekler 23
Şekil 18 Sonlu Eleman Modeli 24
Şekil 19 SolidWorksrsquo ten İmport Etmek 27
Şekil 20 Akış Alanı Belirleme 28
Şekil 21 Slice Komutu ile Boumllgelere Ayırma 29
Şekil 22 Parccedilalar Arası Bağlantının Sağlandığı FromNew Part Boumlluumlmuuml 30
Şekil 23 Mesh oluşturma 30
Şekil 24 Mesh Geometrisi 31
Şekil 25 Mesh İsimlendirme 32
Şekil 26 Meshrsquo in Goumlsterimi 33
Şekil 27 Sınır Şartlarının Belirlenmiş Hali 34
Şekil 28 Setup Koşulların Belirlenmesi 35
Şekil 29 Akışın Youmlnelişi 36
Şekil 30 Debi Sonucu 36
Şekil 31 Fan Kanatlarının Accedilısı 38
Şekil 32 BladeGen Kanat Profili 39
ix
Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi 40
Şekil 34 Yeni Fan Tasarımının Sayısal Ağ Oluşturulması 40
Şekil 35 Tasarımı Yapılan Fanın Verimi 41
Şekil 36 Tasarımı Yapılan Fanın Torku 42
Şekil 37 Akışın Youmlnelişi 43
Şekil 38 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Geometrisi 44
Şekil 39 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Sayısal Ağ
Oluşturulması 45
Şekil 40 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Ccediloumlzuumlmuuml 46
x
TABLO LİSTESİ
Tablo 1 Tuumlrkiyersquode Elektrik Motorlarının Sektoumlrlere Goumlre Tuumlketimi 3
Tablo 2 Elektrik Motorlarının Tuumlrlerine Goumlre Pazar Dağılımları 4
Tablo 3 IE4 ile IE1 arasındaki ortalama verim farkı 4
Tablo 4 Başlıca Uumllkelerin Verimlilik Sınıfı Uygulama Tarihleri 8
Tablo 5 Tuumlrkiyersquo de Zorunlu Uygulamaya Geccediliş Suumlreci 8
Tablo 6 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru 15
Tablo 7 Mevcut Fanın Oumlzellikleri 37
Tablo 8 Sonuccedil olarak elde edilen değerler 38
Tablo 9 ANSYSrsquo de Elde Edilen Deneyler 44
1
BOumlLUumlM 1 GİRİŞ
Fan en temel anlamıyla bir basınccedil farkı oluşturarak havanın bir yerden başka yere
akışını sağlayan cihazlardır Fanlar ticari ve enduumlstri hayattın da birccedilok uygulamalarda
kullanılmaktadır Farklı boyutlarda farklı modeldeki fanlar (eksenel radyal vb)
soğutucular bilgisayarlar yıkayıcılar kurutucular ve klimalar gibi ccedileşitli sistemlerde
hava sirkuumllasyonunu sağlamak amacıyla kullanılmaktadır Yaygın olarak iki farklı
ccedileşidi kullanılmaktadır Bunlar eksenel ve radyal fanlardır Radyal akışlı fanlar
akışkanı doumlnme eksenine dik şekilde atarlarken eksenel akışlı fanlar ise doumlnme
eksenine paralel akış oluşturmaktadırlar (Ccedilalışkan 2014) Ccedilalıştıkları koşulda basınccedil
farkı oluşturmaktadırlar Fanların tahrik sistemlerinde genellikle elektrik motorları
kullanılmaktadır Fanlar sanayide ve ticari binalarda oumlnemli oranda elektrik tuumlketen
cihazlardır Halen Tuumlrkiyersquode sanayide eski teknoloji uumlruumlnuuml ve verimleri yuumlksek
olmayan ccedilok sayıda fan bulunmaktadır Bu nedenle enerji verimliliğinin artırılmasında
fanların ve fan sistemlerinin verimliliklerinin artırılmasının katkısı olacaktır (URL1)
11 CcedilALIŞMA KONUSUNUN TANIMI
Sincap kafesli asenkron motorlarının verimliliğini arttırma yolları incelenmiştir Bu
proje konusunda soğutma uumlzerine yoğunlaşarak fan tasarımı yapılmıştır Bir elektrik
motorun da fan 10rsquoluk guumlccedil harcadığı iccedilin fan tasarımın da kanat sayısını azaltarak
optimizasyon yapılmıştır Fan tasarımı iccedilin Ansys programını kullanarak kanatlardaki
torku azaltmaya youmlnelik ccedilalışmalar yapılmıştır Tasarımda ilk adım olarak temel hız
uumlccedilgenlerinden yararlanılarak gerccedileğe yakın olacak şekilde sonuccedillar oluşturulmuştur
Sonuccedilların uygunluğu doğrultusunda ccediloumlzuumlm iccedilin gerekli kontrol hacimleri kaba ve
nitelikli ağ oumlrguumlsuuml şeklinde oluşturularak analizler gerccedilekleştirilmiştir
Uumlccedil boyutlu hesaplamalı akışkanlar dinamiği analizi uygulanarak gerccedileğe daha yakın
bir model simulasyonu oluşturulmuş ve uumlccedil boyutta etkileri inceleme olanağı
sağlanmıştır Tasarım sırasında hız uumlccedilgenlerinden yararlanılarak yapılan fan
tasarımının ccediloumlzuumlmuumlnde hızlı sonuccedil alınması ve ccedilok fazla iterasyona olanak sağlayan
turbomakina yazılımı kullanılmıştır Akışkan hareketini youmlneten denklemlerin
2
ccediloumlzuumlmuumlnde kullanılan sonlu hacimler programı iccedilin gerekli ağ oumlrguumlsuumlnuumln de hızlı bir
şekilde kullanımı iccedilin turbomakina yazılımından faydalanılmış ve zaman olarak
ccedilalışmaya oumlnemli oumllccediluumlde katkısı olmuştur
12 CcedilALIŞMA KONUSUNUN AMACI
Bahsi geccedilen ccedilalışma konusunda fan tasarımın da enerjinin verimli kullanılması seccedilim
imalat ve işletme suumlreccedillerinin optimum olması sağlanmış Fan tasarımında fanın
ccedilalıştırılacağı sistem projelendirilip yapılırken dikkat edilmelidir Ccediluumlnkuuml fanlar yatırım
maliyetlerinden daha fazla enerji tuumlketmektedirler Bu nokta da elektrik motorlarında
verimi arttırıcı oumlnlemler alınarak elektrik tuumlketimi konusunda tasarruf planlarında
buumlyuumlk katkı sağlanması hedeflenmiştir
13 ELEKTRİK MOTORU
Elektrik enerjisini mekanik enerjiye ccedileviren makinedir Her elektrik motoru biri sabit
(stator) ve diğeri kendi ccedilevresinde doumlnen (rotor) iki ana parccediladan oluşur Bu ana
parccedilalar elektrik akımını ileten (sargılar vb) manyetik akıyı ileten parccedilalar ve
konstruumlksiyon parccedilaları (yataklar vb) olmak uumlzere tekrar kısımlara ayrılır (URL2)
111 Elektrik Motorlarının Sınıflandırılması
Şekil 1 Elektrik Motorlarının Sınıflandırılması
Elektrik Motoru
Doğru Akım
DC Motor
Alternatif Akım
AC Motor
Senkron Motor Asenkron Motor
3 Fazlı Asenkron
Motor
Tek Fazlı Asenkron
Motor
3
14 TUumlRKİYErsquo DE VE DUumlNYArsquo DA ELEKTRİK MOTORLARININ ENERJİ
TUumlKETİMİ
Enerjide arz guumlvenliğinin sanayide sanayide suumlrduumlrebilirliğinin ve buumlyuumlmenin ise
kalkınmada oldukccedila oumlnem taşıdığı guumlnuumlmuumlzde saklı enerji kaynağı sayılabilecek olan
verimlilik hususu belirtilmektedir TUumlİK verilerine goumlre Tuumlrkiye elektrik enerjisinin
2013 yılı itibariyle 471rsquoi sanayi sektoumlruumlnde tuumlketilmektedir Sanayide kullanılan
elektrik motorları ise bu sektoumlrde tuumlketilen elektrik enerjisinin 70rsquo ini teşkil
etmektedir Sanayinin buumlyuumlmesi son yıllardaki ARGE ccedilalışmalarının ilerlemesi ve
otomasyon sistemleri ile daha yoğun teknoloji ile Tuumlrkiye piyasasına 1 milyon elektrik
motoru arz edilmektedir Tuumlrkiyersquode de Bilim Sanayi ve Teknoloji Bakanlığı (BSTB)
tarafından AB mevzuatı ile uyumlu hale getirilen yerel mevzuat soumlz konusu elektrik
motorları iccedilin enerji verimlilik endeksini ve beyanını ve bulunması gereken en duumlşuumlk
seviyeyi zorunlu kılmaktadır ve ccedilalışmalar yapılmaktadır Bunun sonucunda
Tuumlrkiyersquode kullanılan elektrik motorları uumlzerinde sektoumlrel ve sınıfsal accedilıdan enerji
tuumlketimi irdelenmektedir Yapılan bu ccedilalışmalar ile duumlşuumlk verimli elektrik motorlarının
yuumlksek verimli elektrik motorları ile değiştirilmesi yoluyla Tuumlrkiyersquode yaklaşık yılda
2500 GWhrsquo lik enerji tasarrufu edildiği goumlruumllmuumlştuumlr (URL4)
2013 yılı TUumlİK verilerine goumlre Tuumlrkiyersquode toplam 198045 GWh Elektrik Enerjisi
tuumlketilmiştir Tuumlketilen bu enerjinin 93280 GWh kadarı sanayide tuumlketilmiştir
Tablo 1 Tuumlrkiyersquode Elektrik Motorlarının Sektoumlrlere Goumlre Tuumlketimi
Sektoumlr Elektrik Motorların Sektoumlrel
Tuumlketimi TWhYıl
Sektoumlruumln Toplam Enerji
Tuumlketimi TWhYıl
Sanayi 46 68
Ticaret 14 20
Mesken 8 35
Diğer 1 20
Toplam 69 144
4
Enerji verimliliği ccedilalışmalarında elektrik motorlarının kullanımlarının sektoumlrel
dağılımlarının yanı sıra motorların sınıflandırılması da oldukccedila oumlnemlidir
Duumlnyada 2 23 milyar elektrik motorlarının bulunduğu tahmin edilmektedir Ancak bu
motorların 2 milyar kadar adedi 075 kW guumlcuumln altındadır ve enerji tuumlketiminin 9 u
kadarını karşılar 075- 375 kW aralığında kalan motorlar ise elektrik motorlarının 11
ini oluştururken enerji tuumlketiminin 68 kadarını oluşturur 375 kW guumlccedil uumlstuumlndeki
motorlar elektrik motorlarının 1rsquoini oluştururken enerji tuumlketiminin 23rsquouumlnuuml
karşılar
Tablo 2 Elektrik Motorlarının Tuumlrlerine Goumlre Pazar Dağılımları
TİPİ le 750
W
075 - 375
kW
gt 375
kW
DC Motor Ve
Generatoumlrler
56 21 5
AC Tek Fazlı
Motorlar
29 30 -
AC Uumlccedil Fazlı
Motorlar
5 49 95
Diğer 10 - -
Tuumlrkiyersquo de elektrik enerjisinin 471rsquo i sanayide sanayide tuumlketilen elektrik
enerjisinin 67rsquosi motorlarda motorlarda tuumlketilen elektrik enerjisinin 91rsquoi 075-
1000 kW guumlccedil aralığındaki motorlarda tuumlketilmekte ve bu motorların 87rsquosinin
asenkron motorlar olduğu soumlylenebilir
IE4 ile IE1 standartları arasındaki fark buumlyuumlktuumlr 90 kW ve uumlstuumlnde ortalama fark
yaklaşık 3 seviyesindedir 075 ile 75 kW arasında ortalama verim farkı yaklaşık
10 75 ile 90 kW aralığında ise ortalama verim farkı 5 seviyesindedir
Tablo 3 IE4 ile IE1 arasındaki ortalama verim farkı
Guumlccedil Aralığı Ortalama IE1 - IE4 verim
Farkı ()
012-075 kW 17
075-75 kW 10
75-90 kW 5
90-1000 kW 3
5
15 ELEKTRİK MOTORLARINDA VERİMİN OumlNEMİ VE VERİM
SINIFLARI
Uumlretilen toplam elektriğin yaklaşık yarısı sanayi sektoumlruumlnde kullanılan elektriğin ise
yaklaşık uumlccedilte ikisi motorlar tarafından tuumlketilmektedir Bu da sanayide yuumlksek verimli
motor kullanımının enerji maliyetinin duumlşuumlruumllmesinde ne kadar oumlnemli olduğunu
goumlsterir Yuumlksek verimli motorların kullanımı aynı zamanda sera gazları salınımında
ciddi azalmalara sebep olmakta ve enerjide dışa bağımlılığın azaltılmasına katkı
yapmaktadır (URL7)
Şekil 2 Sanayide Kullanılan Elektrik Motorlarının Kullanım Yerleri
Elektrik motorlarının duumlnyadaki kullanımına bakarsak binalarda kullanılan elektriğin
36rsquosı enduumlstri ve altyapıda ise 70rsquoi elektrik motorları tarafından tuumlketilmektedir
Asenkron elektrik motorları uumllkemizin toplam elektrik tuumlketiminin yaklaşık 36rsquosını
oluşturmaktadır Hatta sanayide sektoumlrel bazda bu oran 80rsquolere kadar ccedilıkmaktadır
Bu sebeple elektrik motorlarında verimi arttırıcı oumlnlemler uumllkemizin elektrik tuumlketimi
konusundaki tasarruf planlarına buumlyuumlk katkı sağlayacaktır Satın alma maliyeti
ortalama motor oumlmruuml boyunca toplam maliyetin 2rsquolik kısmına denk gelmektedir
Tek bir motor sarımının maliyeti toplam tutarın 1rsquoini oluşturmaktadır Elektrik
motorunun kullanım oumlmruuml boyunca tuumlkettiği elektrik enerjisinin maliyeti ise toplam
maliyetin 97rsquosine tekabuumll etmektedir (URL2)
42
7
22
29
DİĞER KOMP FAN POMPA
6
Şekil 3 Talep Tarafında Elektrik Kullanımı
VERİMİN OumlNEMİ
Asenkron motorlarda ccedileşitli verimlilik sınıfları mevcuttur Avrupa Elektrik Makineleri
Uumlreticileri Komitesi (CEMEP) ve Avrupa Komisyonunun 28 Haziran 1999 tarihli
deklarasyonu motorları verim sınıflarına goumlre ayırmıştır Yuumlksek Verimli motorlar
(EFF1) verimi iyileştirilmiş motorlar (EFF2) ve duumlşuumlk verimli motorlar (EFF3)
CEMEP‟ in bu deklarasyonunu takiben motor uumlreticileri ile yaptığı goumlnuumllluuml anlaşmalar
ile duumlşuumlk verimli motor (EFF3) uumlretimini kısıtlama yoluna gitmiştir Bunun yanı sıra
Duumlnyada artan enerji talebi ile birlikte birccedilok uumllke goumlnuumllluuml ya da zorunlu olarak daha
yuumlksek verimli motor kullanımını sağlamaya ccedilalışmıştır (Onaygil 2006)
Verimlilik sınıflarına 2008 yılında yenilik getirilmiştir Bu yenilik IEC( Uluslararası
Elektronik Komisyonu) tarafından yayımlanmıştır CENELEC tarafından da 2009
yılında Avrupa normu haline gelmiştir 2010 yılında da TSE tarafından kabul
edilmiştir Bu yenilik verimlilik sınıflarına getirilen IE1 IE2 IE3 IE4 şeklinde olan
tanımlamalardır Bu tanımlamalarda IE1= EFF2 olup IE2=EFF1rsquo in karşılığıdır
IE1= STANDART VERİMLİ
IE2= YUumlKSEK VERİMLİ
IE3=CcedilOK YUumlKSEK VERİMLİ
IE4=SUumlPER YUumlKSEK CcedilOK VERİMLİ
Şeklinde sınıflandırılmıştır
AYDINLATMA19
DİĞER ELEKTRİK MOTORLARI
4
ASENKRON MOTORLAR
36
DİĞER3
ELEKTRONİK ALETLER
8
ISITMA15
EV GERECcedilLERİ15
7
2014 yılında TS- EN 60034-30 standardı doğrudan şebekeden beslenen motorlar ve değişken
hız suumlruumlcuumlluuml motorlar olmak uumlzere iki kısma ayrılmıştır Şebeke tarafından doğrudan beslenen
motorlar iccedilin verimlilik sınıflarını tayin eden başka bir standart koyulmuştur TS-EN 60034-
30-1 standardıdır Bu standart faklı olarak 012- 1000 kW guumlccedil aralığını kapsamakta ve IE4
verimlilik sınıfını da tanıtmaktadır Ayrıca 8 kutuplu motorlar da bu kapsama alınmıştır
Henuumlz TS- EN 60034- 30- 2 sınıfı yayınlanmamıştır
Şekil 4 TS-EN 60034-30-1 Standardına Goumlre Verimlilik Sınıfları
151 Mevzuat
Elektrik motorları hususunda ilk yasal duumlzenleme Avrupa Birliğinin Elektrik Motorları
ile İlgili Ccedilevreye Duyarlı Tasarım Gereklerine Dair EC6402009 sayılı tuumlzuumlğuumlduumlr
Beraberinde 4703 sayılı Uumlruumlnlere İlişkin Teknik Mevzuatın Hazırlanması ve
Uygulanmasına Dair Kanunun 14 uumlncuuml maddesine dayanılarak hazırlanan Enerji ile
İlgili Uumlruumlnlerin Ccedilevreye Duyarlı Tasarımına İlişkin Youmlnetmelik 2010 yılında
yuumlruumlrluumlğe girmiştir Daha sonra 2012 yılında EC6402009 referans alınarak
hazırlanan ve uyumlaştırılan SGM- 20122 Elektrik Motorları İle İlgili Ccedilevreye
Duyarlı Tasarım Gereklerine Dair Tebliğ yayımlanarak ulusal mevzuata
kazandırılmıştır
Bu tebliğ ile 2 4 6 kutuplu anma gerilimi en fazla 100 (UN) en fazla 1000 V olan
anma ccedilıkış guumlcuuml (PN) 075 kW ile 375 kW arasında olan ve suumlrekli ccedilalışacak şekilde
100
90
80
70 012 24 48 960
IE1 IE2 IE3 IE4
8
tasarlanmış tek hızlı 3 fazlı 50 Hz veya 5060 Hz sincap kafesli enduumlksiyon motorları
denetim kapsama alınmış bulunmaktadır
Bu tebliğde oumlnemli bir diğer husus ise uygulamaya youmlnelik olan zorunluluklardır
Onlar şunlardır IE1 sınıfı verimlilikte olan motorların piyasaya arz edilmesinin
yasaklanması ve diğer verimlilik sınıfına geccediliş suumlrecinin tanımlanmasıdır
Tablo 4 Başlıca Uumllkelerin Verimlilik Sınıfı Uygulama Tarihleri
BOumlLGE IE1 IE2 IE3
ABD - 1998 2011
AB - 2011 2015
PRC 2000 2011 2015
TUumlRKİYE - 2012 2015
Bunun dışında 01012015 tarihinden itibaren anma ccedilıkış guumlcuuml 75 kW ile 375 kW
arasında olan motorların veriminin IE3 verim seviyesinden duumlşuumlk olmayacağını veya
piyasaya arz edilen motorların IE2 verim seviyesini karşılayacak ve değişken hızlı
tahrikle teccedilhiz edilmesi gerektiğini bildirmektedir (URL5)
Tablo 5 Tuumlrkiyersquo de Zorunlu Uygulamaya Geccediliş Suumlreci
Sınıfı Zorunlu Yuumlruumlrluumlk
Tarihi
Accedilıklama (İstisnalar)
IE1 02042012 2 Nisan 2012 tarihinden itibaren piyasaya suumlruumllmesi
yasaklanmıştır
IE2 02042012 01012015 tarihine kadar kullanılabilecektir
IE3 01012015 Değişken hızlı tahrikle teccedilhiz edilmesi halinde IE2 verim
seviyesi kullanılabilecek (75 kW - 375 kW)
IE3 01012017 Değişken hızlı tahrikle teccedilhiz edilmesi halinde IE2 verim
seviyesi kullanılabilecek (075 kW - 375 kW)
9
16 MOTOR VERİMİNİ ETKİLEYEN FAKTOumlRLER
161 Verim
Bir elektrik motorunun bağlı bulunduğu şebekeden ccedilektiği enerjinin tamamı mekanik
enerjiye doumlnuumlşmez Elektrik motorunun milinden aldığı faydalı guumlccedil şebekeden ccedilektiği
guumlccedilten kayıp guumlccedillerin ccedilıkmış halidir
Asenkron motorun şebekeden ccedilektiği guumlcuumln yuumlzde kaccedilının motorun milinden mekanik
guumlccedil olarak alındığını verim goumlsterir
Verim= ((Alınan G ) (Verilen Guumlccedil))x100
ή= (PaPv)x100
Verilen guumlccedil ile alınan guumlccedil arasındaki fark toplam kayıplardır Asenkron motorlarda
kayıplar stator demir kaybı stator ve rotor bakır kayıpları ile rotorun suumlrtuumlnme ve
ruumlzgacircr kaybından ibarettir
DEMİR
KAYIPLARI
GOumlVDE
STATOR
DİRENCİ
ROTOR
DİRENCİ
RUumlZGAR
SUumlRTUumlNME
DİRENCİ
EK
KAYIPLA
Şekil 5 Motor Verimini Etkileyen Faktoumlrler
10
162 Kayıplar
Demir Kayıpları
Bakır Kayıpları
Suumlrtuumlnme Kayıpları
1621 Demir Kayıpları
Demir kayıpları stator ve rotor saccedillarında meydana gelen histerezis ve fuko
kayıplarıdır Bu kayıplar frekans ve manyetik enduumlksiyon ile oranlıdır
Stator demir kayıpları stator frekansı sabit olduğuna goumlre değişmemektedir Yalnız
rotor demir kayıpları rotor frekansı ile değişir Ancak boş ve yuumlkluuml ccedilalışmada rotor
frekansı ccedilok kuumlccediluumlktuumlr Bu sebeple rotor demir kayıpları ccedilok kuumlccediluumlk olur ve ihmal
edilebilir 0 halde bir asenkron motorun demir kayıpları stator demir kayıplarına
eşittir denebilir Stator frekansı sabit olduğundan demir kayıpları da buumltuumln yuumlkler iccedilin
sabittir
1622 Bakır Kayıpları
Asenkron motorlarda stator ve rotor omik direnccedillerinden dolayı I12R1 ve I2
2R2
değerinde bakır kayıpları meydana gelir Bakır kayıpları sargı direnccedilleri sabit
olduğuna goumlre yuumlk akımları I1 ve I2 lsquonin karesi ile değişir Şu halde bu kayıplar
yuumlkle değişen kayıplardır
Rotor ve stator bakır kayıplarını bulabilmek iccedilin akım ve direnccedillerin bilinmesi gerekir
Genel olarak bakır kayıpları motorun kısa devre deneyinden tuumlm olarak hesaplanır
1623 Ruumlzgar ve Suumlrtuumlnme Kayıpları
Asenkron motorlarda suumlrtuumlnme ve ruumlzgacircr kayıpları devir sayısı ile biraz değişirse
de bu değişim ccedilok az olduğu iccedilin sabit kabul edilebilir Suumlrtuumlnme ve ruumlzgacircr
kayıpları boş ccedilalışma deneyinde demir kayıpları ile birlikte bulunur Demir
kayıpları ile ruumlzgacircr ve suumlrtuumlnme kayıplarına sabit kayıplar denir
11
BOumlLUumlM 2 MATERYAL VE YOumlNTEM
21 ASENKRON MOTORLAR
Asenkron motorlar başlıca iki kısımdan oluşur
Hareket etmeyen kısım Stator
Doumlnme hareketi yapan kısım Rotor
Asenkron makineler motor olarak stator sargıları ile aldığı elektrik enerjisini
rotorundan doumlnme hareketi yaparak mekanik enerjiye ccedileviren ve generatoumlr olarak
rotorundan aldığı doumlnme hareketi mekanik enerjisini bazı koşullar altında stator
sargılarında elektrik enerjisine ccedileviren elektromekanik makinelerdir
Motor olarak birkaccedil Wattrsquotan 300 MW guumlcuumlne kadar uumlretilmektedir Generatoumlr olarak
az kullanılmakla beraber son zamanlarda ruumlzgacircr enerjisinden elektrik enerjisi elde
etmek amacı ile ruumlzgacircr tuumlrbini ile birlikte ccedilalışmaktadırlar
Stator sargı gerilimleri alccedilak gerilim 220Vdan orta gerilim 22kVa kadar
değişmektedir Doumlnme sayıları sabit değildir fakat doumlnme sayısı yuumlkle az değişir
Doumlnen diğer elektrik makinelerine kıyasla daha sağlam daha az bakım isteyen ve daha
ucuz makinelerdir Son yıllarda yarı iletken guumlccedil elektroniğindeki teknolojik
gelişmeler ile asenkron makinelerin kontroluuml kolayca yapılabilmektedir (Baykal
2011)
Şekil 6 Kuumlccediluumlk Guumlccedilluuml Uumlccedil fazlı Sincap Kafesli Asenkron Motorun Kesiti
12
22 ASENKRON MAKİNALARIN YAPISI
Asenkron makineler başlıca iki kısımdan oluşmaktadır Bunlar
Stator
Rotor
Şekil 7 Stator Saccedil Paketini Oluşturulmuş Farklı Tipte Statorlar
221 Stator
Stator Asenkron motorun duran kısmıdır 04 - 05 veya 08 mm kalınlığında silisyumlu
saccedillar oumlzel kalıplarla preste basılır ve paketlenir Stator saccedilları paketlenince uumlccedil fazlı
sargıların yerleştirileceği stator nuumlvesi elde edilir Bu nuumlve stator goumlvdesinin iccediline
sıkıca yerleştirilir Goumlvdeye motorun ayakları monte edilir Goumlvdeye motor kapaklan
takılır motor kapaklan ortalarındaki bilyeli yataklar statorun ortasında doumlnecek olan
rotora yataklık ederler
1Halkalı Duumlzen Kuumlccediluumlk ve orta guumlccedilteki makinelerde uygulanan bu konstruumlksiyon
şeklinde saccedil paket ya karkas dışında istiflenerek uzun saplamalarla kendi uumlzerine
sıkılır yada saccedil levhalar karkas iccedilinde istiflenir
2 Segmanlı Duumlzen Bu duumlzende saccedil paketi daima karkas tarafından gergin durumda
tutulur Segmanlı duumlzende saccedil paketi rijitli halkalı duumlzendekine oranla da az
olduğundan burada seccedililecek olan karkasın daha kuvvetli olması gerekir (Baykal
2011)
13
222 Rotor
Rotor Asenkron motorun doumlnen kısmıdır ve rotor saccedil paketi ile rotor sargılarından
oluşur Rotor saccedil paketi 05 mm‟lik silisyumlu saccedillardan yapılır Saccedilların yuumlzeyleri
ccedilok ince bir film tabakası ile yalıtılmıştır Saccedillar oumlzel kalıplarda pres altında oluk
dişler ve sıkıştırma cıvata delikleri oluşacak şekilde saccedil şeritlerden kesilerek ccedilıkartılır
Saccedillar bir araya getirilerek pres altında sıkıştırılır ve cıvatalarla bu halde kalması
sağlanır
Diğer doumlnen elektrik makinelerine goumlre stator ile rotor arasında kalan hava aralığı ccedilok
kuumlccediluumlktuumlr Motorun guumlcuumlne goumlre hava aralığının radyal boyu 05 - 1 - 3 mm kadar
olabilir Boumlylesine kuumlccediluumlk bir hava aralığı boşta ccedilalışma akımını kuumlccediluumlk tutmak iccedilin
yapılır Rotor olukları motorun elektrik karakteristiklerini etkileyen değişik biccedilimlerde
yapılır Rotor oluklarına rotor sargıları yerleştirilir
Şekil 8 Rotor Saccedil Paketini Oluşturan Değişik Rotor Saccedilları
Rotor sargıları uumlccedil fazlı olarak ya da sincap kafesli olarak yapılır Rotoru sargılı olan
ve sargı uccedilları doumlnen bilezik-sabit fırccedila ile dışarı ccedilıkartılan motorlara bilezikli asenkron
motor denir Sincap kafesli motorlarda rotor oluklarına bakır ccedilubuklar yerleştirilir Bu
ccedilubuklar her iki baştan dairesel halkalarla kısa devre edilerek sincap kafesine
benzeyen kendi uumlzerine kapatılmış bir sargı elde edilir Sincap kafesli motor sargısı
oumlzel kalıplarla rotor oyuklarına basınccedil altında aluumlminyum puumlskuumlrtuumllerek uumlretilir
Boumlylece uumlretilen rotor sincap kafesi aluumlminyumdan yapılmış olur
Sincap kafesli asenkron motorun rotorundan hiccedilbir uccedil ccedilıkmadığı iccedilin bu motorun
kontroluuml sadece statordaki elektrik uccedillarından yapılabilmektedir Oysa bilezikli
asenkron motorun rotor sargı uccedilları bilezik ve fırccedila sistemi ile dışarı ccedilıkarıldığından
14
bu motorun kontroluuml hem stator sargı uccedillarından ve hem de rotor sargı uccedillarından
yapılabilmektedir
Sincap kafesli motorun rotor sargısı buumlyuumlk motorlarda bakır ccedilubukların rotor
oluklarına yerleştirilmesi ve iki baştan kısa devre elde edilmesi ile oluşturulur Kuumlccediluumlk
motorlarda rotorun sincap kafesi aluumlminyum puumlskuumlrtme ve kalıplarla elde edilir
Rotoru sincap kafesli bir motorun sincap kafesi değişik biccedilimde oluklara yerleştirilir
Motorun oumlzellikle moment karakteristiğine istenilen oumlzelliği vermek iccedilin rotorda derin
oluklar ve ccedilift oluk kullanılır Birinci motora derin oluklu ya da derin ccedilubuklu motor
ve diğerine de ccedilift kafesli motor denir (Baykal 2011)
23 ASENKRON MOTORLARIN CcedilALIŞMA İLKESİ
Asenkron makinenin ccedilalıŞma ilkesi bir doumlner alanın varlığına dayanır Doumlner alan
senkron hız motor milinin hızı da rotor hızı olarak isimlendirilir Kayma da bu iki
hızın arasındaki fark olarak ifade edilmektedir
231 Doumlner Alan
Bir N-S mıknatısı ya da uumlzerinden akım geccedilen bir bobinin magnetik alanı N kutbundan
ccedilıkar ve S kutbuna girer Daimi mıknatıs ve doğru akım taşıyan bobinin manyetik
alanları mıknatıs ve bobin dışarıdan bir bobinle doumlnduumlruumlluumlrse bunların alanları da
beraber doumlner İşte bir mıknatısın doumlnduumlruumllmesi ile elde edilen alana doumlner alan denir
Uumlccedil fazlı asenkron motorun (enduumlksiyon motorun) statoruna birbirinden 120rsquoşer derece
faz farklı 3 faz sargısı yerleştirilmiştir En basit statorda her biri bir faza ait olmak
uumlzere 3 tane bobin bulunur Bir motor en az iki kutuplu olarak sarılabilir (Baykal
2011)
Şekil 9 Uumlccedil Faz bobininin 6 Oluklu Statora Yerleştirilişi
15
232 Senkron Hız
N-S kutuplarının saat ibresi youmlnuumlnde doumlnduumlğuuml goumlruumlluumlr uumlccedil fazlı alternatif akımdaki bir
periyotluk değişme N-S kutuplarının bir devir yapmasına sebep olur Alternatif akımın
frekansı 50 Hz ise saniyede 50 periyotluk bir değişme yapar Dolayısıyla statordaki
faz bobinlerinin meydana getirdiği N-S kutupları da saniyede 50 devirle doumlner Bu
dakikada 3000 devir eder Ccedilok fazlı bir stator sargısından aynı faz sayısında ccedilok fazlı
bir akım geccedilerse hava aralığında sabit genlikli bir doumlner alan oluşur Bu doumlner alanın
duran statora goumlre ns (n1) devir hızı şebeke frekansına doğru stator sargısının p ccedilift
kutup sayısına ters orantılıdır
1198991 = 601198911
119901
Senkron hız da denen doumlner alan hızı kutup sayısına goumlre buumlyuumlk basamaklar yaparak
değişir Asenkron motorlar ancak belli senkron hızlar iccedilin yapılabilir En fazla
kullanılan senkron hızlar 2 4 6 ve 8 kutup sayılarına ait olanlardır (Baykal 2011)
Tablo 6 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru
P
(Kutup Sayısı)
50 Hz 60 Hz
n1min-1 n1s-1 n1min-1 n1s-1
2 3000 50 3600 60
4 1500 25 1800 30
6 1000 1667 1200 20
8 750 125 900 15
16
233 Kayma
Senkron makine dışında buumltuumln diğer ccedilalışma tuumlrlerinde asenkron makinenin
ccedilalışabilmesi iccedilin rotor hızının doumlner alan hızından farklı olması gerekir Doumlner alanın
rotor uumlzerinden geccedilme hızına yani doumlner alan ile rotor hızı arasındaki cebirsel farka
kayma hızı n2 ve bu hızın doumlner alan hızına oranına kayma s denir Bu tanıma
dayanarak kayma devir hızına goumlre veya devir hızı kaymaya goumlre ifade edilebilir
n2 = n1 ndash n n = n1(1-s) 119904 = 1198992
1198991 =
1198991minus119899
1198991
Kayma oranlanmış bir buumlyuumlkluumlktuumlr ve ccediloğunlukla olarak ifade edilir Pozitif negatif
veya sıfır olabilir Oranlanmış rotor hızı n nı ile toplamı daima 1rsquoe eşittir Teorisel
olarak ndash infin ve +infin arasında değişebilir Durmada n = 0 ve s =1 dir Senkron ccedilalışmada
n = n1 ve s = 0 dır Bu iki sınır değer arasında asenkron makine motor olarak ccedilalışır
ve kayması daima pozitiftir Anma ccedilalışmasındaki değeri yuumlzde birkaccedil olup artan
anma guumlcuuml ile azalır ve kuumlccediluumlk guumlccedillerde yaklaşık 10 dan buumlyuumlk guumlccedillerde 1 in altına
duumlşer
Rotor doumlner alana goumlre ters youmlnde doumlnduumlğuumlnde elde edilen fren ccedilalışmada devir hızı
negatif ve kayma 1 den buumlyuumlktuumlr Rotor hızı doumlner alan hızını geccedilerse yani ngtn1 ise
kayma negatif olur (s lt 0) ve makine generatoumlr olarak ccedilalışmaya başlar (Baykal 2011)
Şekil 10 Standart Asenkron Motorların Anma Kayması ve Verimi
17
24 ASENKRON MOTOR CcedilEŞİTLERİ
Asenkron motorlar rotor yapılarına goumlre ikiye ayrılır
Sincap kafesli (Kısa devre rotorlu) Asenkron Motorlar
Bilezikli (Sargılı rotorlu) Asenkron Motorlar
241 Uumlccedil Fazlı Kısa Devre (Sincap Kafesli ) Asenkron Motorlar
Uumlccedil fazlı sincap kafesli motorun yapılısı basittir Az bakıma ihtiyaccedil goumlsterir Bu tip
motorun oumllccediluumlleri aynı guumlccedilteki başka tip motorların oumllccediluumllerinden kuumlccediluumlktuumlr Değişik
yuumlklerdeki hız reguumllasyonu ccedilok iyidir Fiyatının ucuzluğu yapılışının sağlamlığı ve
istenilen ccedilalışma oumlzelliğine sahip oluşu yuumlzuumlnden bu tip motorlar sanayide ccedilok
kullanılır
Rotorlar accedilılmış oluklara basınccedil altında erimiş aluumlminyum puumlskuumlrtuumllerek doldurulur
Rotorun her iki başındaki kısa devre halkalar da aluumlminyumdandır Ayrıca bu halkalar
uumlzerine kanatlar da bırakılarak rotor işletmede vantilasyon suretiyle soğutulması
sağlanır 250 kW guumlcuumlne kadar kısa devre kafesleri aluumlminyumdan yapılmış asenkron
motorlar mevcuttur
Buumlyuumlk guumlccedil istenilen işletmelerde kısa devre kafesi yuumlksek dikdoumlrtgen şeklinde bakır
ccedilubuklardan ve bunları rotorun her iki başında kısa devre eden bakır halkalardan
yapılır Rotorda kaccedil adet oluk varsa rotorun faz sayısı buna eşittir
Kısa devre kafesli asenkron motorun yol alma oumlzellikleri iyi değildir Ancak basit ve
ucuz olmaları nedeni ile yaygın biccedilimde kullanılmaktadır Yol almasını kolaylaştırmak
iccedilin yuumlksek ccedilubuklu veya ccedilift kafesli olarak yapılırlar (Baykal 2011)
Şekil 11 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru
18
242 Bilezikli (Sargılı rotorlu) AC Motorlar
Birccedilok sanayi yuumlklerinde uumlccedil fazlı değişik hızlı motora ihtiyaccedil duyulduğu yerler iccedilin
bilezikli asenkron motorlar geliştirilmiştir Bilezikli asenkron motorlara sargılı rotorlu
AC motor da denilmektedir Bu tip motorun statoru ile sargının yerleştirilmesi sincap
kafesli motorun aynıdır Rotor ccedilelik saccedillardan yapılmış silindirik bir goumlbektir 120
derece aralıklı uumlccedil adet tek fazlı kalıp sargısını yerleştirmek iccedilin rotor uumlzerine oyuklar
accedilılmıştır izoleli rotor bobinleri stator kutup sayısına eşit kutup sayısı elde edecek
şekilde gruplandırılmıştır Uumlccedil tek fazlı rotor sargısı aralarında yıldız bağlanarak ccedilıkış
uccedilları rotor mili uumlzerindeki uumlccedil bileziğe bağlanmıştır Bileziklere temas eden fırccedila uccedilları
hız kontroloumlruuml ayarlayıcısına bağlanır Fırccedilalar taşıyıcılar uumlzerindeki yayların basıncı
ile bileziklere sıkıca temas eder Doğru akım makinelerinde olduğu gibi youmln
değiştirmeye luumlzum olmadığı iccedilin fırccedila taşıyıcıları uygun bir durumda sıkıca tespit
edilmiştir
Bilezikli asenkron motorun rotorunda aynı statorunda olduğu gibi uumlccedil fazlı alternatif
akım sargısı vardır Stator 10 Kw guumlce kadar tek tabakalı orta guumlccedillerde ise iki tabakalı
sargılı yapılırlar Rotor ise tam oluklu veya kesirli oluklu sargılı olabilir Rotor sargı
uccedillarının bir tarafı bileziklere bağlanır Diğer tarafı ise kısa devre edilerek uumlccedil fazlı
sargının yıldız noktasını oluşturur Bilezikler uumlzerindeki fırccedila sistemi ile rotor
alternatif gerilim kaynağından ayrıca beslenir (Baykal 2011)
25 Elektrik Motorlarına Yıldız-Uumlccedilgen Yol Verme
Kalkış akımını duumlşuumlrmede en ekonomik youmlntemdir Uumlccedil kontaktoumlr ile bir zaman
roumllesinden oluşan kontaktoumlr kombinasyonudur Bu youmlntemle yol verebilmek iccedilin
motorun uumlccedilgen bağlı ccedilalışma gerilimi şebeke gerilimine eşit olmalıdır Oumlrneğin
uumllkemizde şebeke gerilimi 380 Volt olduğuna goumlre yıldız-uumlccedilgen yol verilecek motorun
etiketinde D380 V veya D380VY660V yazılı olmalıdır Volt elektrik motorlarında 2
ve 4 kutuplularda 3 kW (dacirchil) 6 kutuplularda 22 kW(dacirchil) den daha buumlyuumlk guumlccedilluuml
motorlar bu oumlzelliktedir Yani 380 V şebekede uumlccedilgen bağlı ccedilalıştırılırlar
Motora yıldız-uumlccedilgen yol verildiğinde direkt yol vermeye goumlre şebekeden ccedilekeceği
akım 3 katı azalır Yıldız-uumlccedilgen yol vermede amaccedil motoru kalkış suumlresince yıldız
19
bağlı ccedilalıştırmak ve kalkışını tamamlayan motoru hemen normal bağlantısı olan uumlccedilgen
bağlı olarak ccedilalıştırmaktır
Motor kalkış sırasında yıldız bağlı ccedilalıştırıldığından motor sargılarına uygulanan
gerilim U radic3 değerine motorun şebekeden ccedilektiği akım ise 13 değerine duumlşer
Motorun sargılarına uygunalan gerilim azaldığından momenti oumlnemli oumllccediluumlde kuumlccediluumlluumlr
Yıldız-uumlccedilgen yol vermenin kusursuz olması iccedilin motorun yuumlk momentinin yıldız
bağlamadaki motor momentinden buumlyuumlk olmaması ve yıldız bağlamadaki suumlrenin
uygun olması gerekir Bu geccediliş suumlresi ccedilok oumlnemlidir Motor yıldız bağlantıda iken
anma devir sayısına ulaşıldığı anda uumlccedilgen bağlantıya geccedililmesi ve fazla aralık
verilmemesi gerekir
Boumlyle olursa yıldızdan uumlccedilgen bağlantıya geccedilişteki uumlccedilgen kontaktoumlruumlnuumln kapamama
akımı kuumlccediluumlk ve yıldızdan uumlccedilgene geccediliş darbesiz olur Aksi halde uumlccedilgen bağlantıya
geccedilişte akımda geccedilici artışlar goumlruumlluumlr Bunun sonucu kontaktoumlruumln kontakları ani
yuumlksek ısı nedeniyle kaynak olabilir
Bir şebekede uumlccedilgen bağlı ccedilalışacak motor aynı şebekede yıldız bağlı (Y) olarak
ccedilalıştırılabilir Ancak bu durumda motorun guumlcuuml ve momenti duumlşer Bu oumlzellikten
yararlanarak asenkron motorların kalkış anında ccedilektikleri fazla akımı azaltmak iccedilin
yıldız-uumlccedilgen yol verme uygulanması yapılabilir
Şebekede yıldız bağlı ccedilalıştırılması gereken motor yanlışlıkla uumlccedilgen bağlı ccedilalıştırılırsa
sargılarına radic3 katı buumlyuumlk gerilim uygulanmış olur Gerilimdeki artış oranı kadar sargı
akımı buumlyuumlyeceğinden motor aşırı akım ccedileker ve kısa suumlrede artacak ısı sonucu
sargılar yanar
Onun iccedilin yıldız bağlı ccedilalışması gereken motor kesinlikle aynı şebekede uumlccedilgen bağlı
ccedilalıştırılmaz (URL6)
20
Şekil 12 Motora yıldız-uumlccedilgen yol verme
Şekil 13 Stator Sargı Uccedillarının Uumlccedilgen (D) Ve Yıldızı (Y) Bağlanması
Şekil 14 Asenkron Motora Yol Verme
21
26 FANLAR
261 Genel Bilgiler
Fanlar hava veya benzeri gazları basınccedillandırarak belirli bir akış yolu iccedilinde hareket
etmesini sağlayan turbo makinelerdir İyi bir fan istenilen performansı yerine
getirirken verimi yuumlksek enerjiyi daha az tuumlketen muumlmkuumln olduğunca guumlruumlltuumlsuumlz
ccedilalışan ve maliyeti duumlşuumlk olan fandır Fanların tahrik sistemlerinde elektrik motorları
kullanılmaktadır (URL3)
262 Fan Ccedileşitleri
Fanlar aşağıdaki gibi sınıflandırılmaktadır
Eksenel (aksiyel) fanlar
Radyal (santrifuumlj) fanlar
Karışık akışlı (eksenel-radyal) fanlar
Ccedilatı tuumlruuml fanlar
Karşıt akımlı fanlar (blower)
Vorteks ya da rejeneratif fanlar
Diğerleri
Elektrik motorlarında radyal fanlar kullanılmaktadır (URL8)
Bu kısımda projemiz iccedilin incelediğimiz 3 ccedileşit fanı accedilıklayacağız
2621 Eksenel Fanlar
Havanın fan ccedilarkı ile aynı eksende youmln değiştirmeden hareket ettiği fanlardır Yuumlksek
hava debileri ve duumlşuumlk basınccedil sınıfına sahip sistemler iccedilin uygun fanlardır Şekil 15
rsquode oklar akış youmlnuumlnuuml (simetri eksenine paralel) goumlstermektedir
22
Şekil 15 Akışın Simetri Ekseninde Hareket Etmesi
2622 Karışık Akışlı (Radyal-Eksenel) Fanlar
Havanın kanatlar uumlzerinden emmesine goumlre yaklaşık 45deg accedilı yaparak hareket ettiği
fanlardır Radyal fanlara goumlre hava debisi daha yuumlksektir
Eksenel fanlardan daha yuumlksek basınca dayanabilir
Fan eğrisi uumlzerinde kararsız boumllge yoktur
Karşı basıncın duumlşuumlk olduğu boumllgelerde motor aşırı akım ccedilekmez
Eksenel ve radyal fanlara goumlre verimleri duumlşuumlktuumlr (URL6)
Şekil 16 Karışık Akışlı Fan Uygulamaları
23
2623 Radyal (Santrifuumlj) Fanlar
Havanın fan ccedilarkını emmesine goumlre 90deg accedilı yaparak kanatlara teğet olarak terk ettiği
fanlardır
Radyal fanların avantajları aşağıdaki gibidir
Geniş bir uygulama aralığına sahiptir
Yuumlksek sıcaklık ve aşındırıcı ortam uygulamalarında kulanılır
Değişken akış direncine sahip yerlerde daha verimli ve daha sessiz ccedilalışma
olanakları vardır
Yapısal kararlılıkları yuumlksektir (URL6)
Radyal Duumlz Kanatlı Fanlar
Genellikle kendi kendini temizleme malzeme taşıma ve parccedilacık ve yağ yuumlkluuml havanın
uygun halde taşınması gibi durumlarda kullanılırlar ve bunun iccedilin duumlz kanatları vardır
Ccedilarkları basit bir yapıya sahiptir ve nispeten dar kanatları vardır
Elektrik motorlarında genellikle ccedilift youmlnluuml ccedilalışmaya uygun olması iccedilin radyal duumlz
kanat tipli bu fanlar seccedililiyor
Şekil 17 Radyal Duumlz Kanatlı Fanlara Oumlrnekler
24
BOumlLUumlM 3 BULGULAR VE TARTIŞMA
31 SONLU ELEMANLAR YOumlNTEMİ
Sonlu elemanlar youmlntemi muumlhendislik problemlerine kabul edilebilir yaklaşımlarla
ccediloumlzuumlm arayan sayısal youmlntemdir (Moavani 2015) Sonlu elemanlar youmlntemi diğer bir
ifade şekliyle fiziksel şeklin matematiksel ifadesidir Bu kurduğumuz siste sınırlara
ayırılabilen ve malzeme şartlarına uygun olan bir sistem olmalıdır
Sonlu eleman youmlntemindeki basamaklar
Yaklaşık Ccediloumlzuumlm Youmlntemi
Geometrik Şekil
Nod
Eleman
Mesh
Ayrıklaştırma
Şekil 18 Sonlu Eleman Modeli
Eleman
Nod
(Duumlğuumlm
noktaları)
25
Sonlu elemanlar youmlntemi matematik ve fizik biliminin buumltuumln alanlarında kullanılır
Gerilme Analizi
Akışkanlar Mekaniği
Isı İletimi
Dalga Yayılımı
Darbe Analizi
Aerodinamik vb alanlardır
Sonlu elemanlar youmlntemini kullanırken oumlncelikle şu soruların cevaplarını bulmalıyız
Dizayn amacımız nedir
Bu sistemi modellemek iccedilin gerekli olan bilgiler nelerdir
Bu dizayn iccedilin hangi kriterler gerekir
311 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Pozitif Youmlnleri
Geometrisi karışık cisimlerin incelenmesini kolaylaştırır Geometri basit kısımlara
ayrılıp burada ayrı veya daha hassas işlemler yapılabilir
Parccedilanın geometrisini değiştirmeye gerek kalmaz
Youmlntemde hem fiziksel hem matematiksel temeli vardır
Sonlu elemanlar youmlntemi iccedilin ccedilok farklı programlar bulunmaktadır (Ansys Marc
Nastran ) (Moavani 2015)
312 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Negatif Youmlnleri
Elde edilen sonuccedilların doğruluğu hangi sonlu youmlnteminin kullanıldığına bağlıdır
Ccedilıkacak durum oumlnceden tespit edilmeli ve ona goumlre bir ccediloumlzuumlm youmlntemi
kullanılmalıdır Bu yuumlzden oumlnceden iyi tesipt edilemezse doğru değer bulunamaz
ve doğru ccediloumlzuumlm iccedilin zaman kaybı olabilir
Doğru ccediloumlzuumlm iccedilin elemanın ayrıştırılması (mesh) atanması gerekir
Bu meshin iyi atılması gerekir yoksa ccediloumlzuumlmuumln yakınsamaları değişebilir
(Moavani 2015)
26
32 ANSYS PROGRAMI
ANSYS genel amaccedillı kullanılan sonlu elemanlar programıdır Ansys yazılımı
mukavemet titreşim akışkanlar mekaniği ısı transferi ve elektromanyetik alanlarının
birbiri ile olan interaksiyonunu simule eden yazılımdır
Boumlylelikle ANSYS uumlruumlnlerin prototipleri uumlretilmeden sanal ortamda test edilmelerine
olanak sağlar Ayrıca sanal ortamdaki 3 boyutlu simulasyonlar neticesinde yapıların
zayıf noktalarının tespiti ve iyileştirilmesi ile oumlmuumlr hesaplarının gerccedilekleştirilmesi ve
muhtemel problemlerin oumlngoumlruumllmesi muumlmkuumln olmaktadır
ANSYS yazılımı sadece ihtiyaccedil duyulan oumlzelliklerin alınmasına fırsat vererek ilave
edilebilen CAD ve FEA bağlantı modulleri ile masa uumlstuumlnde kullanılan diğer
muumlhendislik yazılımları ile entegre bir şekilde ccedilalışabilmektedir
ANSYS yazılımı hem dışarıdan CAD datalarını alabilmekte hem de iccedilindeki
preprocessing imkacircnları ile geometri oluşturulmasına izin vermektedir Yine aynı
preprocessr iccedilinde hesaplama iccedilin gerekli olan sonlu elemanlar modeli yani mesh de
oluşturulmaktadır Yuumlklerin tanımlanmasından sonra ve gerccedilekleştirilen analiz
neticesinde sonuccedillar sayısal ve grafiksel olarak elde edilebilir
ANSYS yazılımı ile oumlzellikle contact algoritmalarının ccedileşitliliği zamana bağımlı
yuumlkleme oumlzellikleri ve nonlinear malzeme modelleri sayesinde yuumlksek muumlhendislik
seviyedeki analizleri hızlı guumlvenilir ve pratik bir şekilde gerccedilekleştirilebilmektedir
ANSYS Workbench parametrik CAD sistemlerini eşsiz bir otomasyon ve performans
ile simulasyon teknolojilerini entegre eden bir platformdur ANSYS Workbenchrsquoin
guumlcuuml yılların bilgi birikimi ile arkasında duran ANSYS ccediloumlzuumlcuuml algoritmalarından gelir
Ayrıca ANSYS Workbenchrsquoin amacı sanal ortamda uumlruumlnuumln verifikasyonunu ve
iyileştirmesini sağlamaktır
Oumlzellikle PC ile uyumluluğun uumlst seviyede olabilmesi iccedilin yazılmış olan ANSYS
Workbench sadece bir arayuumlzden ileri bir ccedilalışma ortamındır ve ANSYS Workbench
ile herhangi bir ANSYS lisansına sahip herkes ccedilalışabilir Aynı alışılagelmiş ANSYS
arabiriminde olduğu gibi ANSYS Workbenchrsquode de kapasiteler sahip olunan lisansın
doğrultusunda sınırlıdır (URL9)
27
ANSYS programının bu oumlzelliklerinden dolayı programı kullanmaya karar verdik
Ansys programının oumlncellikle akışkan mekaniği ve dinamiğinde kullanılan iki ayrı
boumlluumlmuuml bulunmaktadır Bu boumlluumlmler Fluent ve CFX boumlluumlmleridir Bizim
kullandığımız boumlluumlm ise ANSYS CFX boumlluumlmuumlduumlr
33 MEVCUT FAN UumlZERİNDE YAPILAN ANALİZLER
ANSY projesinde oumlncelikle CFX kısmını kullanıldı Ccediluumlnkuuml ANSYS programında
CFX ve Fluent programı hesaplamalı akışkanlar dinamiği iccedilin kullanılmaktadır Ancak
ANSYS CFX turbo makinalar iccedilin kullanıldığından oumlnceden de goumlsterildiği gibi bir
nod alırken huumlcrelerin orta noktalarından nod hesabı yaptığı iccedilin verdiği değerler fan
analizi iccedilin daha iyi bir yakınsama goumlsterir Bu sebeple ANSYS CFX kısmı kullanıldı
İlk olarak mevcut fan uumlzerinde ccedileşitli incelemeler yapıldı
Mevcut fan uumlzerinde 10 kanat var iken suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilok fazla olduğu saptandı
Bunun uumlzerine motorun akışını kolaylaştırma yoluna gidildi
Havayı oluklara daha iyi aktarabilecek kısım fanın kanat boyu olduğu iccedilin fanın
kanatlarının uzunluğunda değişiklik yapılmasına karar verildi
Fandan ccedilekilen debi miktarı ve tork değerlerini tam alabilmek ve mevcut fanın
verimini oumllccedilebilmek iccedilin oumlncelikle esas oumllccediluumllerine goumlre ccedilizilen fan ANSYS
programına aktarıldı File gt Import gt Design Moduler şeklinde SolidWorksrsquo ten
ANSYS programına aktarıldı
Şekil 19 SolidWorksrsquo ten İmport Etmek
28
Fanın ccedilevresinde akış hacmi oluşturmak iccedilin katı modelin ccedilevresindeki hava
modellenir
331 Geometri
Oluşturulan akış hacminde havanın giriş ve ccedilıkış kısımları İnlet-Outlet şeklinde
belirtilir
Analys tools komutlarından xy duumlzleminde halka oluşturulur
Burada modeling kısmı 3 boyutlu işlem yapacağı zaman seccedililen kısımdır
Aşağıdaki şekilde de goumlruumlleceği uumlzere
Şekil 20 Akış Alanı Belirleme
Burada exturude komutuyla birlikte oluşturulacak akış hacminin kaccedil mm
uzatılacağı belirtilir Hepsini bir buumltuumln haline getirmemek iccedilin lsquovar olanla
birleştirilsin mirsquo sorusuna hayır denilir
Daha sonra ccedilevresine yayılan boşluk iccedilin Outlet tanımlaması yapılır
Bu işlemleri gerccedilekleştirdikten sonra kesit gerekir İlk oumlnce plane (duumlzlem)
belirlenir Bunun iccedilin hangi duumlzlemi seccedililecek ise (oumlrneğin xy) onu seccedilip plane
tıklanır Plane boumllgesinden ne kadar uzakta olacağı belirlenir Biz de değer 34 mmrsquo
dir Ccediluumlnkuuml kanatların boyu 31 mm olduğundan mesh atamada sorun ccedilıkmaması
29
iccedilin 34 mm uzaklıkta bir plane atanır Bu Planersquoi slice komutuyla keserek 3 farklı
boumllge oluşturulmuş olur
Akışkan hacmini oluşturmak iccedilin dolu olan kısımlar belirlenip ona goumlre hareket
edilir Bunun iccedilinde milin iccedilini dolu kabul edilir
Akışkan hacmi iccedilin yapılan bir diğer işlem ise oluşturulan hacimden fanın hacmini
booelangt substrack komutları ile akışkan hacminin bulunmasıdır
Mevcut fanın uumlzerine sağ tıklanarak ve suppress body komutu seccedililir Boumlylelikle
fanı gizleyerek sadece akışkan hacmi goumlruumlluumlr
Daha sonra oluşan parccedilaların arasında boşluk olmaması iccedilin ve bağlantı sağlamak
iccedilin part kısımlarını seccedililerek sağ tıklanır from new part seccedililir
Şekil 21 Slice Komutu ile Boumllgelere Ayırma
30
Şekil 22 Parccedilalar Arası Bağlantının Sağlandığı FromNew Part Boumlluumlmuuml
Mesh kısmını suumlruumlkleyip project schematic boumlluumlme bırakılır Bu boumlluumlmde geometri
onaylanır ve en altta bulunan meshrsquoe tıklanır
332 Sayısal Ağ Oluşturma (Mesh)
Şekil 23 Mesh oluşturma
31
Şekil 24 Mesh Geometrisi
Sonlu sayıda hacimle ccedilalışıldığından sonlu sayıda hacime boumllmek gerekir Sonlu
sayıda hacime boumlluumlnen kısımlar farklı farklı olabilir
Bu huumlcreler kapsadığı alanın oumlzelliklerini yansıtır Bunların ccedilevresindeki nodlar
bunların ortalaması ile belli bir oumlzelliğe sahip olmuş olur
Bu huumlcrelerin arttırılması yani ayrıştırmaların ccediloğaltılması ne kadar fazla olursa o
kadar yakınsama olur ve ccediloumlzuumlm iyileşir
Ancak sayısal ağ ccedilok fazla attırıldığında ccediloumlzuumlm suumlresi ccedilok fazla artacağından
ekonomik değildir
Bu sebepten dolayı mesh ( ayrıştırma) atarken akışkanın en fazla değişim
goumlstereceği kısımlarda daha fazla sayısal ağ oluşturulur Boumlylelikle daha iyi bir
yakınsama elde edilir Akışkanın değişim goumlstereceği yerler genellikle yuumlzeylerle
temas edilen kısımlardır Mevcut fanın analizin de orta kısımlarda pek fazla
değişiklik olmaz Bu nedenle sınırlara yakın kısımlara daha fazla ağ oluşturulur
Detail of Mesh kısmından hangi kısımlarda ne kadar buumlyuumlkluumlkte mesh
atılabileceğine bakılır
32
Detail of Mesh kısmından Phsics preference kısmı seccedililerek CFDrsquoi seccedililir Solver
Preference kısmından ise CFXrsquoi seccedilip devam edilir
Analiz yaparken belirlenmesi gereken kısımlar vardır Bunun iccedilin diğer kısımlar
seccedililerek hide body seccedililerek kapatılır ve select all body seccedililerek kanatlara isim
verilir
Şekil 25 Mesh İsimlendirme
Akışkanın girişine inlet ccedilıkışına outlet denilir
Mesh atımında minimum yakalayacağı huumlcreler ile maksimum yakalayacağı
huumlcrelerin milimetre hesabı oumlnemlidir Bu yuumlzden kanadın kalınlığı 25 mm olduğu
iccedilin 2 mmrsquo den az olan huumlcre belirlenir Maksimum 15 mmrsquo den buumlyuumlk huumlcreler
olması duumlşuumlnuumllerek analizin yakınsaması sağlandı
Meshrsquoi tıklayıp oradan insert size kısmın da bulunan isimlerde kanatlar seccedililir
Kanatlara maksimum 3 mm buumlyuumlkluumlk seccedililir Devamında ise kanatları hide face
komutuyla gizlenir ve geriye kalan kısımlar iccedilin sizing iccedilin yine 3 mm verilir
Daha sonra kanat ve ccedilevresine ccedilizilen akış hacmi seccedililerek tekrar size kısmından
buumltuumlnuumlne 8 mm verilir Bu kısım iccedilin mesh atanır Yuumlzeyler seccedililerek Preview
Surface Mesh on Selected Bodies denilir ve mesh işlemi tamamlanmış olur
33
Şekil 26 Meshrsquo in Goumlsterimi
Ancak mesh işleminde silindirik yuumlzeylerde sweep komutuyla daha kolay mesh
atılabileceği iccedilin istenen yuumlzey iccedilin sağ tıklayıp İnsertgt Method gtSweep Number
Divs komutlarından kaccedil sıra mesh atılacağı belirlenir 20 sıra vererek mesh atıldı
Suumlpuumlrme işlemi ile mesh atarken hangi yuumlzeyi kaynak olarak alınacağı da
boumlylelikle belirlenmiş olur
Mesh sayfasını kapatıp daha sonrasında workbench kısmında meshin uumlzerine cfx
kısmını bırakılır
Mesh setupgt solutiongt results dan sonuccedillar elde edilir
Daha sonra geometry design da motorun kapağına uygun bir sınır belirlenerek
analiz yapılır
Geometriyi duumlzenlenerek CFXrsquo e aktarılır
Daha oumlncesinde de bahsedildiği uumlzere ANSYS de CFX kullanıldı CFX
kullanılmasının bir diğer sebebi de CFXrsquo in fan konusunda ANSYSlsquo in mesh
kısmından daha bağımsız ve daha hassas olmasıdır
Yapılan isimlendirmeler tekrar kontrol edilir Her farklı işlev iccedilin farklı
isimlendirme yapmak ccedilok oumlnemlidir boumlylece havanın nereden girip ne şekilde
ccedilıkacağını isimlendirmelerden goumlruumllebilir Ve bu isimlendirmeler iccedilin ayrı ayrı kod
yazılır
34
333 Sınır Şartları
Şekil 27 Sınır Şartlarının Belirlenmiş Hali
ANSYS setup kısmında Insert gt Solver gt Output Control komutları seccedililerek code
yazılır MassFlow ()inlet gt Torque_z()kanatlar olarak giriş kısmının kuumltlesel
debisi iccedilin komut yazılır
Ayrıca Insert gt Material kısmından sıcaklığı 25reg basıncı 1 atm entalpi değerini 0
olarak şartları belirlenir
Malzemenin kapak kısmı ccedilelik olarak belirlenir
Solver Control kısmından high resuluiton seccedililerek ccediloumlzuumlmuumln kalitesi arttırılır
Solver Control kısmından Residual Target artık tipini RMS olarak ve onun
yakınsama sınırı 10-5 belirlenir Rms elemanların karelerinin koumlkuumlnuuml alarak
ortalamasını alan youmlntemdir
Yine Solver Control kısmından minimum iterasyonu 1 maksimum İterasyonu ise
500 verilir
İnlet kısmı belirlenirken Boundary Type ( sınır şartları) opening olarak seccedililir
Opening verilmesindeki amaccedil akışkanların iccedileriden girip dışarıya ccedilıkışlarının
sağlanmasıdır Aksi halde ccediloumlzuumlmuumln yakınsamasın da sorunlar oluşabilir Opening
şartında ayrıca akışkan daha ccedilabuk toparlanır ve analiz daha kolaylaşır
Flow Direction komutunda normal sınır şartları belirlenir
Suumlreklilik şartı olarak da Fluid Mass Fluxrsquou seccedililir Bunun yanında sınır kontuumlruuml
iccedilin bağıl basınccedil ayarlarını seccedililir Aynı şekilde outlet iccedilin de aynı ayarlar yapılır
35
Domaine basılıp kapak kısımları ve motor kısımları seccedililir Bu dış kısımları duvar
olarak belirlenir ve duvar hareket edemeyeceğinden No Slip Wall seccedileneği olarak
belirtilir Duvarları suumlrtuumlnmesiz olduğu varsayılıyor
Fan ve kanatlar kısmında Boundry Type olarak Wall olarak belirleyip Frame type
gt rotating (doumlnuumlyor) belirtilir
Ccediloumlzuumlm metodu olarak RNG k-euro modeli kullanılır
Şekil 28 Setup Koşulların Belirlenmesi
334 Ccediloumlzuumlm - Sonuccedillar
Setup kısmını kapatılarak solution ekranı ccedilift tıklanarak ccedilıkan ekran da RUN seccedililerek
ccediloumlzme işlemi başlatılmış olur
Ccediloumlzme işlemi bittiğinde results kısmından sonuccedillar goumlruumlntuumllenebilir
36
Şekil 29 Akışın Youmlnelişi
Şekil 30 Debi Sonucu
37
34 YENİ FAN TASARIMI
341 Fan Tasarımı İccedilin Kabuller
Havanın sıkıştırılamaz olduğunu kabul edildi Havanın sıkıştırılmaz olduğu
varsayılarak yoğunluğu değişmez ve 12 kgm3 olarak kabul edilir
Ccediloumlzuumlmde suumlrtuumlnmeler ve ısı kayıpları ihmal edilir Ccediluumlnkuuml bu değerlerin
hesaplanması ccedilok uzun suumlreceği iccedilin ccediloumlzuumlm youmlntemi iccedilin ekonomik olmaz
Gerccedilekle arasında ccedilok buumlyuumlk bir fark olmayacağı varsayılmıştır
Verimi arttırmak iccedilin orijinal fanın analizinden elde edilen tork değeri duumlşuumlk
tutulmaya ccedilalışılmıştır
Motorun tek bir youmlne doumlneceği duumlşuumlnuumllmuumlştuumlr
342 Fan Tasarım Parametreleri
Bir fan tasarımında belli başlı kriterleri ele alabilmek iccedilin mevcut fan uumlzerinden
değerler bulundu
Tablo 7 Mevcut Fanın Oumlzellikleri
Devir Sayısı ( ddk) r hub (mm) rtip (mm)
1498 25 77
Radyal hız hesaplandığında w= 15687 radsn bulunmuştur r hub diye isimlendirilen
kısım fanın giriş accedilısı iccedilin gerekli olan kanadın başlangıcı ile milin merkezi arasındaki
uzaklıktır r tip ise fan kanadının bitiş noktası ile mil merkezi arasındaki uzaklığın
yarıccedilap cinsinden ifadesi olmaktadır
38
Fan kanat tasarımında oumlnemli olan w (accedilısal hız)hızının kanatlara ne kadar dik
gelebildiğidir Bu kanat hacmine ne kadar iyi bir şekilde gelirse akışkan o denli iyi
akabilir ve kanat profili oluşur
U_hub= w (radsn) x r hub
U_tip = w x r tip
Beta = arctan(vu)
A_inlet= (r tip 1000)sup2π ndash r hub 1000)sup2π
Verim= (Q x P) (TxW)
V (akışın mutlak hızı)= Debi Alan
Tablo 8 Sonuccedil olarak elde edilen değerler
r_h (mm) 25 r_t (mm) 77 r_h (mm) 50 r_t (mm) 80
U_h (ms) 3927 U_t (ms) 1209516 U_h (ms) 7854 U_t (ms) 125664
A_in (m^2) 0016663 A_out (m^2)0012252
V_in (ms) 2350516 V_out 3196702
beta_h 5909726 beta_t 7900249 beta_h 678529 beta_t 7572755
giriş ccedilıkış
Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları
Bu değerlere goumlre BladeGende yeni bir kanat profili oluşturulur
r tip
r hub
Şekil 31 Fan Kanatlarının Accedilısı
39
Şekil 32 BladeGen Kanat Profili
Oluşturduğumuz bu geometriye daha oumlnceki boumlluumlmde bahsedilen fana yapılan adımlar
uygulandı (Yeni oluşturulan fanın geometrik deseni ektedir)
40
3421 Geometri
Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi
3422 Sayısal Ağ Oluşturma
Şekil 34 Yeni Fan Tasarımının Sayısal Ağ Oluşturulması
41
3423 Ccediloumlzuumlm
Şekil 35 Tasarımı Yapılan Fanın Verimi
Accumulated Time Step sayısı iterasyonu goumlstermektedir Daha fazla yakınsama iccedilin
daha fazla koşturulabilir
42
Şekil 36 Tasarımı Yapılan Fanın Torku
43
3423 Sonuccedillar
Şekil 37 Akışın Youmlnelişi
Bu kısımda verimi arttırabilmek iccedilin tork azaltılmaya ccedilalışıldı Boumlylece kanatlara
harcanan toplam guumlccedil azaltılarak iyileştirmeler yapıldı
44
Kanadın iş yapan kısmını arttırarak orijinal fanda kanadın suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilapı
154 mm iken yeni fan da 160 mmrsquoye ccedilıkarıldı
Kanatlar daha eğimli ama daha eksenel bir forma getirildi
Bu motorda toplam guumlccedil iccedilin 60 watt olduğunda yaklaşık 6 wattrsquo lık guumlccedil fan iccedilin
harcanıyordu Fanın verimliliği ccedilok oumlnemli olduğu iccedilin debiyi sabit tutulmaya
torku da duumlşuumlruumllmeye ccedilalışıldı
Tablo 9 ANSYSrsquo de Elde Edilen Deneyler
tork(Nm) w(radsn) m(kgs)
Orijinal Fan 00393645 15687 0048168
Yeni Fan 00043869 15687 0032261
Goumlruumllduumlğuuml gibi tork buumlyuumlk oranda duumlşmuumlş ancak onunla birlikte debi de biraz
duumlşmuumlştuumlr
343 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanması
Motorun arka ve oumln kısımlarına sırt sırta fan bağlayarak havanın akışını hızlandırma
ve soğutmayı arttırma işlemi amaccedillandı Gerccedilek boyutlarda uygulamadan oumlnce fanı
motor şeklini verilen kısım da tek başına analiz yapıldı Verimli bir sonuccedil alabilmek
iccedilin ikili fan deneyi yapıldı
3431 Geometri
Şekil 38 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Geometrisi
45
3432 Sayısal Ağ Oluşturma
Şekil 39 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Sayısal Ağ
Oluşturulması
Yapılan analiz de goumlzlemlenen sonuccedillar şunlardır
Bir motorun etrafında sınırlayıcı bir alan olmadığı iccedilin sınır şartları olarak setup
kısmında yine havayı 1 atm basınccedil olarak alınır Eğer sınırlayıcı bir alan olsaydı
oluklardan hava akışı doğrudan motorun arka kısmına gelecekti Ccedilıkış noktasına ise
kapak yerleştirildi giriş noktasında atmosfer ccedilıkışı ise kapak olarak sınırlandı
3433 Kod Ccediloumlzuumlmuuml
Debi ndash 000064 mᵌ sn olarak ccedilıktı Motorun hava ccedilıkış kısmına fan bağlamanın verimli
olmadığı sonucuna varıldı Oumlnceden oluşturulan oluklardaki 1cmrsquolik aralıklarla
havanın geniş bir alana gitmesi ccedilok zordur Ve bu akışı goumlnderebilmek iccedilin fazladan
basınccedil uygulanması gerekir Bu sebepler debinin duumlşmesine sebep olmuştur
46
Şekil 40 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Ccediloumlzuumlmuuml
47
BOumlLUumlM 4 SONUCcedilLAR
Verim= (Alınan Guumlccedil Verilen Guumlccedil)= (∆P x Q) (T x ὠ)
A_inlet = (r_tip)2 1000 - (r_hub)21000
A_outlet =( U_h1000)2 - (U-t1000)2
U= ὠ x r
Fan hesaplarıdan debi değeri ve tork değeri duumlşmuumlştuumlr Aşağıda yeni fanımızın verimi
yukarıdaki formuumlllere goumlre excelde hesaplanmıştır
tork(Nm) w(radsn) ṁ(kgm^3) verim deltap (Pa)
Orijinal Fan 00393645 15687 00391 60152783 95
Yeni Fan 00043869 15687 0039167 54068744
Tabloda da goumlruumllduumlğuuml uumlzere eski fanın oumlzelliklerine bakılarak hız uumlccedilgeni youmlntemiyle
oluşturulan yeni fan 540 verimli ccedilıkmıştır
Motorun oumln kısmın koyduğumuz fanda ise dar oluklardan buumlyuumlk bir hacime giriş
yaptığı iccedilin tek youmlnluuml analizde kuumltlesel debi negatif değerde ccedilıkmıştır
(Kuumltlesel debi) ṁ=ƍ( oumlzkuumltle) x A(alan) x V( akışkan hızı)=kgsn ndash Formuluumlnden
dolayı verimin hesaplanmasına gerek yoktur
48
BOumlLUumlM 5 EKLER
EK1- MEVCUT FAN
EK2- YENİ FAN
49
KAYNAKCcedilA
Baykal R 2011 Asenkron Motorlar Uumlzerine Enerjiİ Verimliliği Uygulanması
Yayın Tarihi 15032011
Ccedilalışkan M 2014 Eksenel Akışlı Fan Tasarımı Yuumlksek Lisans İstanbul Teknik
Uumlniversitesi TUumlRKİYE
Moavani S 2015 Sonlu Elemanlar Analizi Teorisi ve Ansys ile Uygulamalar
İstanbul
Onaygil S 2006 Enerji Verimliliği Kanunun Tanıtımı Yuumlksek Lisans
URL1 lthttpdeneysancomContentimagesdocumentshavalandirma-
4_39143832pdfgt Erişim Tarihi 12032016
URL2 lt httpwwweiegovtrgt Erişim Tarihi 20042016
URL3 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi
12052016
URL4 ltwwwtuumlikgovtrgt Erişim Tarihi 14052016
URL5 ltwwwemoorgtrekler364734147179187_ekpdfgt Erişim Tarihi 16052016
URL6 ltwwwinverter-plcnetmotoryıldız_uumlccedilgen_bağlantıhtmlgt Erişim Tarihi
18052016
URL7 ltwwweiegovtreie-webturkceenMotor_Verimliligi_Brosurupdfgt Erişim
Tarihi 20052016
URL8 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi
07062016
URL9 ltwwwfigescomtransysansys-nedirphpgt Erişim Tarihi 09062016
50
OumlZGECcedilMİŞLER
Elif CcedilİCcedilEK
Eyluumll 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Duumlzce Anadolu İmamhatip Lisesinde
tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi İlahiyat Fakuumlltesirsquoni kazandı 2012 yılında
Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine
başladı Halen eğitimine devam etmektedir
İletişim
apsuvaelifhotmailcom
Nesrin ALTUNBOĞA
Ağustos 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Haydarpaşa Teknik Okulları Raylı
Sistemler Teknolojileri Boumlluumlmuumlnuuml tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi
Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Boumlluumlmuumlnuuml kazandı Halen eğitimine
devam etmektedir
İletişim
naltunbogagmailcom
Rumeysa ALGUumlL
Ekim 1992rsquo de Konyarsquoda doğdu Lise oumlğrenimini Lafarge Aslan Ccedilimento Anadolu
Teknik Lisesirsquonde 2010 yılında tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi Teknoloji
Fakuumlltesi Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliğini kazandı 2013 yılında Teknoloji
Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine başladı Halen eğitimine devam
etmektedir
İletişim
rumeysaalgulgmailcom
51
52
ii
TC
MARMARA UumlNİVERSİTESİ
TEKNOLOJİ FAKUumlLTESİ
MEKATRONİK MUumlHENDİSLİĞİ BOumlLUumlMUuml
ELEKTRİK MOTORLARINDA (ASENKRON
MOTORLARDA) VERİMLİLİK ANALİZİNİN
ARAŞTIRILMASI
ELİF CcedilİCcedilEK
(140110016)
NESRİN ALTUNBOĞA
(171210030)
RUMEYSA ALGUumlL
(171310002)
YRD DOCcedil DR ABDURRAHMAN OumlZTUumlRK
İSTANBUL 2016
iii
MARMARA UumlNİVERSİTESİ
TEKNOLOJİ FAKUumlLTESİ
MEKATRONİK MUumlHENDİSLİĞİ BOumlLUumlMUuml
Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Boumlluumlmuuml
Oumlğrencileri Elif CcedilİCcedilEK Nesrin ALTUNBOĞA ve Rumeysa ALGUumlLrsquo uumln
ldquoELEKTRİK MOTORLARINDA (ASENKRON MOTORLARDA)
VERİMLİLİK ANALİZİNİN ARAŞTIRILMASIrdquo başlıklı bitirme projesi
ccedilalışması 16062016 tarihinde sunulmuş ve juumlri uumlyeleri tarafından başarılı
bulunmuştur
Juumlri Uumlyeleri
Yrd Doccedil Dr Abdurrahman OumlZTUumlRK (Danışman)
Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği (İMZA)helliphellip
Prof Dr Haluk KUumlCcedilUumlK (Uumlye)
Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği (İMZA)helliphellip
Doccedil Dr Sezgin ERSOY (Uumlye)
Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği (İMZA)helliphellip
Yrd Doccedil Dr Huumlseyin YUumlCE (Uumlye)
Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği (İMZA)helliphellip
i
OumlNSOumlZ
ldquoElektrik Motorlarında (Asenkron Motorlarda) Verimlilik Analizinin Araştırılmasırdquo
adlı bu ccedilalışma Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği
Boumlluumlmuuml oumlğrencileri tarafından ldquoBitirme Projesirdquo olarak hazırlanmıştır
Bu ccedilalışmada enduumlstri de sıklıkla kullanılan elektrik motorlarından sincap kafesli
asenkron motorlar iccedilin farklı fan tasarımları yapılarak verimliliklerde meydan gelen
değişimler incelenmiştir
Bu proje kapsamında lisans tez danışmanlığımızı uumlstlenerek bize sunmuş olduğu
ccedilalışma fırsatı ve ccedilalışmalarımızın her aşamasında bilgi destek ve yorumlarını
esirgemeyen değerli hocamız Sayın Yrd Doccedil Dr Abdurrahman OumlZTUumlRKrsquo e en iccedilten
teşekkuumlrlerimizi sunar akademik hayatındaki başarılarının devamını dileriz
Ayrıca bu araştırma iccedilin deneyler de yardımcı olan sayın Doccedil Dr Uumlmit K TERZİ ve
Doccedil Dr Caner AKUumlNERrsquo e teşekkuumlrlerimizi de bir borccedil biliriz
HAZİRAN 2016
Elif CcedilİCcedilEK
Nesrin ALTUNBOĞA
Rumeysa ALGUumlL
ii
İCcedilİNDEKİLER
OumlNSOumlZ i
İCcedilİNDEKİLER ii
OumlZET v
SEMBOLLER LİSTESİ vi
KISALTMALAR LİSTESİ vii
ŞEKİLLER LİSTESİ viii
TABLO LİSTESİ x
BOumlLUumlM 1 GİRİŞ 1
11 CcedilALIŞMA KONUSUNUN TANIMI 1
12 CcedilALIŞMA KONUSUNUN AMACI 2
13 ELEKTRİK MOTORU 2
111 Elektrik Motorlarının Sınıflandırılması 2
14 TUumlRKİYErsquo DE VE DUumlNYArsquo DA ELEKTRİK MOTORLARININ ENERJİ
TUumlKETİMİ 3
15 ELEKTRİK MOTORLARINDA VERİMİN OumlNEMİ VE VERİM SINIFLARI 5
151 Mevzuat 7
16 MOTOR VERİMİNİ ETKİLEYEN FAKTOumlRLER 9
161 Verim 9
162 Kayıplar 10
1621 Demir Kayıpları 10
1622 Bakır Kayıpları 10
1623 Ruumlzgar ve Suumlrtuumlnme Kayıpları 10
BOumlLUumlM 2 MATERYAL VE YOumlNTEM 11
21 ASENKRON MOTORLAR 11
22 ASENKRON MAKİNALARIN YAPISI 12
221 Stator 12
iii
222 Rotor 13
23 ASENKRON MOTORLARIN CcedilALIŞMA İLKESİ 14
231 Doumlner Alan 14
232 Senkron Hız 15
233 Kayma 16
24 ASENKRON MOTOR CcedilEŞİTLERİ 17
241 Uumlccedil Fazlı Kısa Devre (Sincap Kafesli ) Asenkron Motorlar 17
242 Bilezikli (Sargılı rotorlu) AC Motorlar 18
25 Elektrik Motorlarına Yıldız-Uumlccedilgen Yol Verme 18
26 FANLAR 21
261 Genel Bilgiler 21
262 Fan Ccedileşitleri 21
2621 Eksenel Fanlar 21
2622 Karışık Akışlı (Radyal-Eksenel) Fanlar 22
2623 Radyal (Santrifuumlj) Fanlar 23
BOumlLUumlM 3 BULGULAR VE TARTIŞMA 24
31 SONLU ELEMANLAR YOumlNTEMİ 24
312 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Negatif Youmlnleri 25
32 ANSYS PROGRAMI 26
33 MEVCUT FAN UumlZERİNDE YAPILAN ANALİZLER 27
331 Geometri 28
332 Sayısal Ağ Oluşturma (Mesh) 30
333 Sınır Şartları 34
334 Ccediloumlzuumlm - Sonuccedillar 35
34 YENİ FAN TASARIMI 37
341 Fan Tasarımı İccedilin Kabuller 37
342 Fan Tasarım Parametreleri 37
iv
3421 Geometri 40
3422 Sayısal Ağ Oluşturma 40
3423 Ccediloumlzuumlm 41
3423 Sonuccedillar 43
343 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanması 44
3431 Geometri 44
3432 Sayısal Ağ Oluşturma 45
3433 Kod Ccediloumlzuumlmuuml 45
BOumlLUumlM 4 SONUCcedilLAR 47
BOumlLUumlM 5 EKLER 48
KAYNAKCcedilA 49
OumlZGECcedilMİŞLER 50
v
OumlZET
Guumlnuumlmuumlzde enerji kullanımının artması ile enerji kaynaklarının hızla tuumlkenmekte
olduğu goumlruumllmektedir Enerji maliyetlerinin de oumlnemli şekilde artması mevcut
kaynakların optimum bir şekilde kullanılması gerekliliğini vurgulamaktadır 2007
yılında uumllkemizde ldquoEnerji Verimliliği Kanunurdquo yuumlruumlrluumlğe girmiş 20082 sayılı
Başbakanlık Genelgesirsquoyle kamu oumlzel ve sivil toplum kuruluşlarının katılımıyla ldquo
Ulusal Enerji Verimliliği Hareketirdquo başlatılmış ve 2008 yılı ldquo Enerji Verimliliği Yılırdquo
olarak ilan edilmiştir
Elektrik motorlarının duumlnyadaki kullanımına bakıldığında binalarda kullanılan
elektriğin 36rsquosı enduumlstri ve altyapıda ise 70rsquoi elektrik motorları tarafından
tuumlketilmektedir Asenkron motorlar enduumlstride yaygın olarak kullanılmaktadır
Asenkron elektrik motorları ise uumllkemizin toplam elektrik tuumlketiminin yaklaşık
36rsquosını oluşturmaktadır Hatta sanayide sektoumlrel bazda bu oran 80rsquolere kadar
ccedilıkmaktadır Bu sebeple elektrik motorlarında verimi arttırıcı oumlnlemler uumllkemizin
elektrik tuumlketimi konusundaki tasarruf planlarına buumlyuumlk katkı sağlayacaktır
Bu ccedilalışmada mevcut durumun değerlendirilmesi iccedilin sonlu elemanlar metodu (FEA)
ile CFX ortamında analizler yapılmıştır Elde edilen veriler sayesinde hız uumlccedilgeninden
yararlanarak yeni bir fan tasarlanmıştır Teorik hesaplama ile elde edilen fanın verim
uumlzerindeki etkisi bilgisayar ortamında yapılan analizle incelenmiştir Ccedilalışmamızın ilk
boumlluumlmuumlnde ccedilalışma konumuzun tanımı ve amacı hakkında bilgi verilmiştir İkinci
boumlluumlmde asenkron motorlar hakkında bilgi verilmiştir Fan tasarımı hakkında bilgiler
verilmiştir Uumlccediluumlncuuml boumlluumlmde ise yapılan deneyler sonrası elde edilen sonuccedillar ve bu
sonuccedillara ait grafikler sunulmuştur Son boumlluumlmde ise deney sonuccedillarının
yorumlanmasına yer verilmiştir
vi
SEMBOLLER LİSTESİ
Ainlet Girişin Alanı
AOut Ccedilıkışın Alanı
n1 n2 Senkron Doumlnme Hızı Rotorun Doumlnme Hızı
f Frekans
I Akım
n Motorun Devir Sayısı
ƞ Verim
p Kutup Sayısı
Q Debi
R Direnccedil
rhub Fan Kanadının Başlangıcı ile Mil Arasındaki Uzunluk
rpm Dakikada doumlnme sayısı
rtip Fan Kanadının Bitiş Noktası İle Mil Arasındaki Uzunluk
sn Saniye
U Gerilim
Uhub Hub Hızı
Utip Tip Hızı
V Akışın Mutlak Hızı
W Accedilısal Hız
β Kanat Accedilısı
ρ Yoğunluk
vii
KISALTMALAR LİSTESİ
AB Avrupa Birliği
AC Alternatif Akım
ANSYS Simulation Driven Product Development
BSTB Bilim Sanayi ve Teknoloji Bakanlığı
CAD Bilgisayar Destekli Tasarım
CENELEC Avrupa Elektrik Makinaları ve Guumlccedil Elektroniği İmalatları Komitesi
CFD Computational Fluid Dynamics
CFX Congregation Fratrorum Xaverianorum
DC Doğru Akım
FEA Sonlu Elemanlar Analizi
IE1 Standart Verimli
IE2 Yuumlksek Verimli
IE3 Ccedilok Yuumlksek Verimli
IE4 Suumlper Yuumlksek Ccedilok Verimli
IEC Uluslararası Elektronik Komisyonu
PN Ccedilıkış Guumlcuuml
TSE Tuumlrk Standartları Enstituumlsuuml
TUumlİK Tuumlrkiye İstatistik Kurumu
V Volt
viii
ŞEKİLLER LİSTESİ
Şekil 1 Elektrik Motorlarının Sınıflandırılması 2
Şekil 2 Sanayide Kullanılan Elektrik Motorlarının Kullanım Yerleri 5
Şekil 3 Talep Tarafında Elektrik Kullanımı 6
Şekil 4 TS-EN 60034-30-1 Standardına Goumlre Verimlilik Sınıfları 7
Şekil 5 Motor Verimini Etkileyen Faktoumlrler 9
Şekil 6 Kuumlccediluumlk Guumlccedilluuml Uumlccedil fazlı Sincap Kafesli Asenkron Motorun Kesiti 11
Şekil 7 Stator Saccedil Paketini Oluşturulmuş Farklı Tipte Statorlar 12
Şekil 8 Rotor Saccedil Paketini Oluşturan Değişik Rotor Saccedilları 13
Şekil 9 Uumlccedil Faz bobininin 6 Oluklu Statora Yerleştirilişi 14
Şekil 10 Standart Asenkron Motorların Anma Kayması ve Verimi 16
Şekil 11 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru 17
Şekil 12 Motora yıldız-uumlccedilgen yol verme 20
Şekil 13 Stator Sargı Uccedillarının Uumlccedilgen (D) Ve Yıldızı (Y) Bağlanması 20
Şekil 14 Asenkron Motora Yol Verme 20
Şekil 15 Akışın Simetri Ekseninde Hareket Etmesi 22
Şekil 16 Karışık Akışlı Fan Uygulamaları 22
Şekil 17 Radyal Duumlz Kanatlı Fanlara Oumlrnekler 23
Şekil 18 Sonlu Eleman Modeli 24
Şekil 19 SolidWorksrsquo ten İmport Etmek 27
Şekil 20 Akış Alanı Belirleme 28
Şekil 21 Slice Komutu ile Boumllgelere Ayırma 29
Şekil 22 Parccedilalar Arası Bağlantının Sağlandığı FromNew Part Boumlluumlmuuml 30
Şekil 23 Mesh oluşturma 30
Şekil 24 Mesh Geometrisi 31
Şekil 25 Mesh İsimlendirme 32
Şekil 26 Meshrsquo in Goumlsterimi 33
Şekil 27 Sınır Şartlarının Belirlenmiş Hali 34
Şekil 28 Setup Koşulların Belirlenmesi 35
Şekil 29 Akışın Youmlnelişi 36
Şekil 30 Debi Sonucu 36
Şekil 31 Fan Kanatlarının Accedilısı 38
Şekil 32 BladeGen Kanat Profili 39
ix
Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi 40
Şekil 34 Yeni Fan Tasarımının Sayısal Ağ Oluşturulması 40
Şekil 35 Tasarımı Yapılan Fanın Verimi 41
Şekil 36 Tasarımı Yapılan Fanın Torku 42
Şekil 37 Akışın Youmlnelişi 43
Şekil 38 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Geometrisi 44
Şekil 39 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Sayısal Ağ
Oluşturulması 45
Şekil 40 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Ccediloumlzuumlmuuml 46
x
TABLO LİSTESİ
Tablo 1 Tuumlrkiyersquode Elektrik Motorlarının Sektoumlrlere Goumlre Tuumlketimi 3
Tablo 2 Elektrik Motorlarının Tuumlrlerine Goumlre Pazar Dağılımları 4
Tablo 3 IE4 ile IE1 arasındaki ortalama verim farkı 4
Tablo 4 Başlıca Uumllkelerin Verimlilik Sınıfı Uygulama Tarihleri 8
Tablo 5 Tuumlrkiyersquo de Zorunlu Uygulamaya Geccediliş Suumlreci 8
Tablo 6 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru 15
Tablo 7 Mevcut Fanın Oumlzellikleri 37
Tablo 8 Sonuccedil olarak elde edilen değerler 38
Tablo 9 ANSYSrsquo de Elde Edilen Deneyler 44
1
BOumlLUumlM 1 GİRİŞ
Fan en temel anlamıyla bir basınccedil farkı oluşturarak havanın bir yerden başka yere
akışını sağlayan cihazlardır Fanlar ticari ve enduumlstri hayattın da birccedilok uygulamalarda
kullanılmaktadır Farklı boyutlarda farklı modeldeki fanlar (eksenel radyal vb)
soğutucular bilgisayarlar yıkayıcılar kurutucular ve klimalar gibi ccedileşitli sistemlerde
hava sirkuumllasyonunu sağlamak amacıyla kullanılmaktadır Yaygın olarak iki farklı
ccedileşidi kullanılmaktadır Bunlar eksenel ve radyal fanlardır Radyal akışlı fanlar
akışkanı doumlnme eksenine dik şekilde atarlarken eksenel akışlı fanlar ise doumlnme
eksenine paralel akış oluşturmaktadırlar (Ccedilalışkan 2014) Ccedilalıştıkları koşulda basınccedil
farkı oluşturmaktadırlar Fanların tahrik sistemlerinde genellikle elektrik motorları
kullanılmaktadır Fanlar sanayide ve ticari binalarda oumlnemli oranda elektrik tuumlketen
cihazlardır Halen Tuumlrkiyersquode sanayide eski teknoloji uumlruumlnuuml ve verimleri yuumlksek
olmayan ccedilok sayıda fan bulunmaktadır Bu nedenle enerji verimliliğinin artırılmasında
fanların ve fan sistemlerinin verimliliklerinin artırılmasının katkısı olacaktır (URL1)
11 CcedilALIŞMA KONUSUNUN TANIMI
Sincap kafesli asenkron motorlarının verimliliğini arttırma yolları incelenmiştir Bu
proje konusunda soğutma uumlzerine yoğunlaşarak fan tasarımı yapılmıştır Bir elektrik
motorun da fan 10rsquoluk guumlccedil harcadığı iccedilin fan tasarımın da kanat sayısını azaltarak
optimizasyon yapılmıştır Fan tasarımı iccedilin Ansys programını kullanarak kanatlardaki
torku azaltmaya youmlnelik ccedilalışmalar yapılmıştır Tasarımda ilk adım olarak temel hız
uumlccedilgenlerinden yararlanılarak gerccedileğe yakın olacak şekilde sonuccedillar oluşturulmuştur
Sonuccedilların uygunluğu doğrultusunda ccediloumlzuumlm iccedilin gerekli kontrol hacimleri kaba ve
nitelikli ağ oumlrguumlsuuml şeklinde oluşturularak analizler gerccedilekleştirilmiştir
Uumlccedil boyutlu hesaplamalı akışkanlar dinamiği analizi uygulanarak gerccedileğe daha yakın
bir model simulasyonu oluşturulmuş ve uumlccedil boyutta etkileri inceleme olanağı
sağlanmıştır Tasarım sırasında hız uumlccedilgenlerinden yararlanılarak yapılan fan
tasarımının ccediloumlzuumlmuumlnde hızlı sonuccedil alınması ve ccedilok fazla iterasyona olanak sağlayan
turbomakina yazılımı kullanılmıştır Akışkan hareketini youmlneten denklemlerin
2
ccediloumlzuumlmuumlnde kullanılan sonlu hacimler programı iccedilin gerekli ağ oumlrguumlsuumlnuumln de hızlı bir
şekilde kullanımı iccedilin turbomakina yazılımından faydalanılmış ve zaman olarak
ccedilalışmaya oumlnemli oumllccediluumlde katkısı olmuştur
12 CcedilALIŞMA KONUSUNUN AMACI
Bahsi geccedilen ccedilalışma konusunda fan tasarımın da enerjinin verimli kullanılması seccedilim
imalat ve işletme suumlreccedillerinin optimum olması sağlanmış Fan tasarımında fanın
ccedilalıştırılacağı sistem projelendirilip yapılırken dikkat edilmelidir Ccediluumlnkuuml fanlar yatırım
maliyetlerinden daha fazla enerji tuumlketmektedirler Bu nokta da elektrik motorlarında
verimi arttırıcı oumlnlemler alınarak elektrik tuumlketimi konusunda tasarruf planlarında
buumlyuumlk katkı sağlanması hedeflenmiştir
13 ELEKTRİK MOTORU
Elektrik enerjisini mekanik enerjiye ccedileviren makinedir Her elektrik motoru biri sabit
(stator) ve diğeri kendi ccedilevresinde doumlnen (rotor) iki ana parccediladan oluşur Bu ana
parccedilalar elektrik akımını ileten (sargılar vb) manyetik akıyı ileten parccedilalar ve
konstruumlksiyon parccedilaları (yataklar vb) olmak uumlzere tekrar kısımlara ayrılır (URL2)
111 Elektrik Motorlarının Sınıflandırılması
Şekil 1 Elektrik Motorlarının Sınıflandırılması
Elektrik Motoru
Doğru Akım
DC Motor
Alternatif Akım
AC Motor
Senkron Motor Asenkron Motor
3 Fazlı Asenkron
Motor
Tek Fazlı Asenkron
Motor
3
14 TUumlRKİYErsquo DE VE DUumlNYArsquo DA ELEKTRİK MOTORLARININ ENERJİ
TUumlKETİMİ
Enerjide arz guumlvenliğinin sanayide sanayide suumlrduumlrebilirliğinin ve buumlyuumlmenin ise
kalkınmada oldukccedila oumlnem taşıdığı guumlnuumlmuumlzde saklı enerji kaynağı sayılabilecek olan
verimlilik hususu belirtilmektedir TUumlİK verilerine goumlre Tuumlrkiye elektrik enerjisinin
2013 yılı itibariyle 471rsquoi sanayi sektoumlruumlnde tuumlketilmektedir Sanayide kullanılan
elektrik motorları ise bu sektoumlrde tuumlketilen elektrik enerjisinin 70rsquo ini teşkil
etmektedir Sanayinin buumlyuumlmesi son yıllardaki ARGE ccedilalışmalarının ilerlemesi ve
otomasyon sistemleri ile daha yoğun teknoloji ile Tuumlrkiye piyasasına 1 milyon elektrik
motoru arz edilmektedir Tuumlrkiyersquode de Bilim Sanayi ve Teknoloji Bakanlığı (BSTB)
tarafından AB mevzuatı ile uyumlu hale getirilen yerel mevzuat soumlz konusu elektrik
motorları iccedilin enerji verimlilik endeksini ve beyanını ve bulunması gereken en duumlşuumlk
seviyeyi zorunlu kılmaktadır ve ccedilalışmalar yapılmaktadır Bunun sonucunda
Tuumlrkiyersquode kullanılan elektrik motorları uumlzerinde sektoumlrel ve sınıfsal accedilıdan enerji
tuumlketimi irdelenmektedir Yapılan bu ccedilalışmalar ile duumlşuumlk verimli elektrik motorlarının
yuumlksek verimli elektrik motorları ile değiştirilmesi yoluyla Tuumlrkiyersquode yaklaşık yılda
2500 GWhrsquo lik enerji tasarrufu edildiği goumlruumllmuumlştuumlr (URL4)
2013 yılı TUumlİK verilerine goumlre Tuumlrkiyersquode toplam 198045 GWh Elektrik Enerjisi
tuumlketilmiştir Tuumlketilen bu enerjinin 93280 GWh kadarı sanayide tuumlketilmiştir
Tablo 1 Tuumlrkiyersquode Elektrik Motorlarının Sektoumlrlere Goumlre Tuumlketimi
Sektoumlr Elektrik Motorların Sektoumlrel
Tuumlketimi TWhYıl
Sektoumlruumln Toplam Enerji
Tuumlketimi TWhYıl
Sanayi 46 68
Ticaret 14 20
Mesken 8 35
Diğer 1 20
Toplam 69 144
4
Enerji verimliliği ccedilalışmalarında elektrik motorlarının kullanımlarının sektoumlrel
dağılımlarının yanı sıra motorların sınıflandırılması da oldukccedila oumlnemlidir
Duumlnyada 2 23 milyar elektrik motorlarının bulunduğu tahmin edilmektedir Ancak bu
motorların 2 milyar kadar adedi 075 kW guumlcuumln altındadır ve enerji tuumlketiminin 9 u
kadarını karşılar 075- 375 kW aralığında kalan motorlar ise elektrik motorlarının 11
ini oluştururken enerji tuumlketiminin 68 kadarını oluşturur 375 kW guumlccedil uumlstuumlndeki
motorlar elektrik motorlarının 1rsquoini oluştururken enerji tuumlketiminin 23rsquouumlnuuml
karşılar
Tablo 2 Elektrik Motorlarının Tuumlrlerine Goumlre Pazar Dağılımları
TİPİ le 750
W
075 - 375
kW
gt 375
kW
DC Motor Ve
Generatoumlrler
56 21 5
AC Tek Fazlı
Motorlar
29 30 -
AC Uumlccedil Fazlı
Motorlar
5 49 95
Diğer 10 - -
Tuumlrkiyersquo de elektrik enerjisinin 471rsquo i sanayide sanayide tuumlketilen elektrik
enerjisinin 67rsquosi motorlarda motorlarda tuumlketilen elektrik enerjisinin 91rsquoi 075-
1000 kW guumlccedil aralığındaki motorlarda tuumlketilmekte ve bu motorların 87rsquosinin
asenkron motorlar olduğu soumlylenebilir
IE4 ile IE1 standartları arasındaki fark buumlyuumlktuumlr 90 kW ve uumlstuumlnde ortalama fark
yaklaşık 3 seviyesindedir 075 ile 75 kW arasında ortalama verim farkı yaklaşık
10 75 ile 90 kW aralığında ise ortalama verim farkı 5 seviyesindedir
Tablo 3 IE4 ile IE1 arasındaki ortalama verim farkı
Guumlccedil Aralığı Ortalama IE1 - IE4 verim
Farkı ()
012-075 kW 17
075-75 kW 10
75-90 kW 5
90-1000 kW 3
5
15 ELEKTRİK MOTORLARINDA VERİMİN OumlNEMİ VE VERİM
SINIFLARI
Uumlretilen toplam elektriğin yaklaşık yarısı sanayi sektoumlruumlnde kullanılan elektriğin ise
yaklaşık uumlccedilte ikisi motorlar tarafından tuumlketilmektedir Bu da sanayide yuumlksek verimli
motor kullanımının enerji maliyetinin duumlşuumlruumllmesinde ne kadar oumlnemli olduğunu
goumlsterir Yuumlksek verimli motorların kullanımı aynı zamanda sera gazları salınımında
ciddi azalmalara sebep olmakta ve enerjide dışa bağımlılığın azaltılmasına katkı
yapmaktadır (URL7)
Şekil 2 Sanayide Kullanılan Elektrik Motorlarının Kullanım Yerleri
Elektrik motorlarının duumlnyadaki kullanımına bakarsak binalarda kullanılan elektriğin
36rsquosı enduumlstri ve altyapıda ise 70rsquoi elektrik motorları tarafından tuumlketilmektedir
Asenkron elektrik motorları uumllkemizin toplam elektrik tuumlketiminin yaklaşık 36rsquosını
oluşturmaktadır Hatta sanayide sektoumlrel bazda bu oran 80rsquolere kadar ccedilıkmaktadır
Bu sebeple elektrik motorlarında verimi arttırıcı oumlnlemler uumllkemizin elektrik tuumlketimi
konusundaki tasarruf planlarına buumlyuumlk katkı sağlayacaktır Satın alma maliyeti
ortalama motor oumlmruuml boyunca toplam maliyetin 2rsquolik kısmına denk gelmektedir
Tek bir motor sarımının maliyeti toplam tutarın 1rsquoini oluşturmaktadır Elektrik
motorunun kullanım oumlmruuml boyunca tuumlkettiği elektrik enerjisinin maliyeti ise toplam
maliyetin 97rsquosine tekabuumll etmektedir (URL2)
42
7
22
29
DİĞER KOMP FAN POMPA
6
Şekil 3 Talep Tarafında Elektrik Kullanımı
VERİMİN OumlNEMİ
Asenkron motorlarda ccedileşitli verimlilik sınıfları mevcuttur Avrupa Elektrik Makineleri
Uumlreticileri Komitesi (CEMEP) ve Avrupa Komisyonunun 28 Haziran 1999 tarihli
deklarasyonu motorları verim sınıflarına goumlre ayırmıştır Yuumlksek Verimli motorlar
(EFF1) verimi iyileştirilmiş motorlar (EFF2) ve duumlşuumlk verimli motorlar (EFF3)
CEMEP‟ in bu deklarasyonunu takiben motor uumlreticileri ile yaptığı goumlnuumllluuml anlaşmalar
ile duumlşuumlk verimli motor (EFF3) uumlretimini kısıtlama yoluna gitmiştir Bunun yanı sıra
Duumlnyada artan enerji talebi ile birlikte birccedilok uumllke goumlnuumllluuml ya da zorunlu olarak daha
yuumlksek verimli motor kullanımını sağlamaya ccedilalışmıştır (Onaygil 2006)
Verimlilik sınıflarına 2008 yılında yenilik getirilmiştir Bu yenilik IEC( Uluslararası
Elektronik Komisyonu) tarafından yayımlanmıştır CENELEC tarafından da 2009
yılında Avrupa normu haline gelmiştir 2010 yılında da TSE tarafından kabul
edilmiştir Bu yenilik verimlilik sınıflarına getirilen IE1 IE2 IE3 IE4 şeklinde olan
tanımlamalardır Bu tanımlamalarda IE1= EFF2 olup IE2=EFF1rsquo in karşılığıdır
IE1= STANDART VERİMLİ
IE2= YUumlKSEK VERİMLİ
IE3=CcedilOK YUumlKSEK VERİMLİ
IE4=SUumlPER YUumlKSEK CcedilOK VERİMLİ
Şeklinde sınıflandırılmıştır
AYDINLATMA19
DİĞER ELEKTRİK MOTORLARI
4
ASENKRON MOTORLAR
36
DİĞER3
ELEKTRONİK ALETLER
8
ISITMA15
EV GERECcedilLERİ15
7
2014 yılında TS- EN 60034-30 standardı doğrudan şebekeden beslenen motorlar ve değişken
hız suumlruumlcuumlluuml motorlar olmak uumlzere iki kısma ayrılmıştır Şebeke tarafından doğrudan beslenen
motorlar iccedilin verimlilik sınıflarını tayin eden başka bir standart koyulmuştur TS-EN 60034-
30-1 standardıdır Bu standart faklı olarak 012- 1000 kW guumlccedil aralığını kapsamakta ve IE4
verimlilik sınıfını da tanıtmaktadır Ayrıca 8 kutuplu motorlar da bu kapsama alınmıştır
Henuumlz TS- EN 60034- 30- 2 sınıfı yayınlanmamıştır
Şekil 4 TS-EN 60034-30-1 Standardına Goumlre Verimlilik Sınıfları
151 Mevzuat
Elektrik motorları hususunda ilk yasal duumlzenleme Avrupa Birliğinin Elektrik Motorları
ile İlgili Ccedilevreye Duyarlı Tasarım Gereklerine Dair EC6402009 sayılı tuumlzuumlğuumlduumlr
Beraberinde 4703 sayılı Uumlruumlnlere İlişkin Teknik Mevzuatın Hazırlanması ve
Uygulanmasına Dair Kanunun 14 uumlncuuml maddesine dayanılarak hazırlanan Enerji ile
İlgili Uumlruumlnlerin Ccedilevreye Duyarlı Tasarımına İlişkin Youmlnetmelik 2010 yılında
yuumlruumlrluumlğe girmiştir Daha sonra 2012 yılında EC6402009 referans alınarak
hazırlanan ve uyumlaştırılan SGM- 20122 Elektrik Motorları İle İlgili Ccedilevreye
Duyarlı Tasarım Gereklerine Dair Tebliğ yayımlanarak ulusal mevzuata
kazandırılmıştır
Bu tebliğ ile 2 4 6 kutuplu anma gerilimi en fazla 100 (UN) en fazla 1000 V olan
anma ccedilıkış guumlcuuml (PN) 075 kW ile 375 kW arasında olan ve suumlrekli ccedilalışacak şekilde
100
90
80
70 012 24 48 960
IE1 IE2 IE3 IE4
8
tasarlanmış tek hızlı 3 fazlı 50 Hz veya 5060 Hz sincap kafesli enduumlksiyon motorları
denetim kapsama alınmış bulunmaktadır
Bu tebliğde oumlnemli bir diğer husus ise uygulamaya youmlnelik olan zorunluluklardır
Onlar şunlardır IE1 sınıfı verimlilikte olan motorların piyasaya arz edilmesinin
yasaklanması ve diğer verimlilik sınıfına geccediliş suumlrecinin tanımlanmasıdır
Tablo 4 Başlıca Uumllkelerin Verimlilik Sınıfı Uygulama Tarihleri
BOumlLGE IE1 IE2 IE3
ABD - 1998 2011
AB - 2011 2015
PRC 2000 2011 2015
TUumlRKİYE - 2012 2015
Bunun dışında 01012015 tarihinden itibaren anma ccedilıkış guumlcuuml 75 kW ile 375 kW
arasında olan motorların veriminin IE3 verim seviyesinden duumlşuumlk olmayacağını veya
piyasaya arz edilen motorların IE2 verim seviyesini karşılayacak ve değişken hızlı
tahrikle teccedilhiz edilmesi gerektiğini bildirmektedir (URL5)
Tablo 5 Tuumlrkiyersquo de Zorunlu Uygulamaya Geccediliş Suumlreci
Sınıfı Zorunlu Yuumlruumlrluumlk
Tarihi
Accedilıklama (İstisnalar)
IE1 02042012 2 Nisan 2012 tarihinden itibaren piyasaya suumlruumllmesi
yasaklanmıştır
IE2 02042012 01012015 tarihine kadar kullanılabilecektir
IE3 01012015 Değişken hızlı tahrikle teccedilhiz edilmesi halinde IE2 verim
seviyesi kullanılabilecek (75 kW - 375 kW)
IE3 01012017 Değişken hızlı tahrikle teccedilhiz edilmesi halinde IE2 verim
seviyesi kullanılabilecek (075 kW - 375 kW)
9
16 MOTOR VERİMİNİ ETKİLEYEN FAKTOumlRLER
161 Verim
Bir elektrik motorunun bağlı bulunduğu şebekeden ccedilektiği enerjinin tamamı mekanik
enerjiye doumlnuumlşmez Elektrik motorunun milinden aldığı faydalı guumlccedil şebekeden ccedilektiği
guumlccedilten kayıp guumlccedillerin ccedilıkmış halidir
Asenkron motorun şebekeden ccedilektiği guumlcuumln yuumlzde kaccedilının motorun milinden mekanik
guumlccedil olarak alındığını verim goumlsterir
Verim= ((Alınan G ) (Verilen Guumlccedil))x100
ή= (PaPv)x100
Verilen guumlccedil ile alınan guumlccedil arasındaki fark toplam kayıplardır Asenkron motorlarda
kayıplar stator demir kaybı stator ve rotor bakır kayıpları ile rotorun suumlrtuumlnme ve
ruumlzgacircr kaybından ibarettir
DEMİR
KAYIPLARI
GOumlVDE
STATOR
DİRENCİ
ROTOR
DİRENCİ
RUumlZGAR
SUumlRTUumlNME
DİRENCİ
EK
KAYIPLA
Şekil 5 Motor Verimini Etkileyen Faktoumlrler
10
162 Kayıplar
Demir Kayıpları
Bakır Kayıpları
Suumlrtuumlnme Kayıpları
1621 Demir Kayıpları
Demir kayıpları stator ve rotor saccedillarında meydana gelen histerezis ve fuko
kayıplarıdır Bu kayıplar frekans ve manyetik enduumlksiyon ile oranlıdır
Stator demir kayıpları stator frekansı sabit olduğuna goumlre değişmemektedir Yalnız
rotor demir kayıpları rotor frekansı ile değişir Ancak boş ve yuumlkluuml ccedilalışmada rotor
frekansı ccedilok kuumlccediluumlktuumlr Bu sebeple rotor demir kayıpları ccedilok kuumlccediluumlk olur ve ihmal
edilebilir 0 halde bir asenkron motorun demir kayıpları stator demir kayıplarına
eşittir denebilir Stator frekansı sabit olduğundan demir kayıpları da buumltuumln yuumlkler iccedilin
sabittir
1622 Bakır Kayıpları
Asenkron motorlarda stator ve rotor omik direnccedillerinden dolayı I12R1 ve I2
2R2
değerinde bakır kayıpları meydana gelir Bakır kayıpları sargı direnccedilleri sabit
olduğuna goumlre yuumlk akımları I1 ve I2 lsquonin karesi ile değişir Şu halde bu kayıplar
yuumlkle değişen kayıplardır
Rotor ve stator bakır kayıplarını bulabilmek iccedilin akım ve direnccedillerin bilinmesi gerekir
Genel olarak bakır kayıpları motorun kısa devre deneyinden tuumlm olarak hesaplanır
1623 Ruumlzgar ve Suumlrtuumlnme Kayıpları
Asenkron motorlarda suumlrtuumlnme ve ruumlzgacircr kayıpları devir sayısı ile biraz değişirse
de bu değişim ccedilok az olduğu iccedilin sabit kabul edilebilir Suumlrtuumlnme ve ruumlzgacircr
kayıpları boş ccedilalışma deneyinde demir kayıpları ile birlikte bulunur Demir
kayıpları ile ruumlzgacircr ve suumlrtuumlnme kayıplarına sabit kayıplar denir
11
BOumlLUumlM 2 MATERYAL VE YOumlNTEM
21 ASENKRON MOTORLAR
Asenkron motorlar başlıca iki kısımdan oluşur
Hareket etmeyen kısım Stator
Doumlnme hareketi yapan kısım Rotor
Asenkron makineler motor olarak stator sargıları ile aldığı elektrik enerjisini
rotorundan doumlnme hareketi yaparak mekanik enerjiye ccedileviren ve generatoumlr olarak
rotorundan aldığı doumlnme hareketi mekanik enerjisini bazı koşullar altında stator
sargılarında elektrik enerjisine ccedileviren elektromekanik makinelerdir
Motor olarak birkaccedil Wattrsquotan 300 MW guumlcuumlne kadar uumlretilmektedir Generatoumlr olarak
az kullanılmakla beraber son zamanlarda ruumlzgacircr enerjisinden elektrik enerjisi elde
etmek amacı ile ruumlzgacircr tuumlrbini ile birlikte ccedilalışmaktadırlar
Stator sargı gerilimleri alccedilak gerilim 220Vdan orta gerilim 22kVa kadar
değişmektedir Doumlnme sayıları sabit değildir fakat doumlnme sayısı yuumlkle az değişir
Doumlnen diğer elektrik makinelerine kıyasla daha sağlam daha az bakım isteyen ve daha
ucuz makinelerdir Son yıllarda yarı iletken guumlccedil elektroniğindeki teknolojik
gelişmeler ile asenkron makinelerin kontroluuml kolayca yapılabilmektedir (Baykal
2011)
Şekil 6 Kuumlccediluumlk Guumlccedilluuml Uumlccedil fazlı Sincap Kafesli Asenkron Motorun Kesiti
12
22 ASENKRON MAKİNALARIN YAPISI
Asenkron makineler başlıca iki kısımdan oluşmaktadır Bunlar
Stator
Rotor
Şekil 7 Stator Saccedil Paketini Oluşturulmuş Farklı Tipte Statorlar
221 Stator
Stator Asenkron motorun duran kısmıdır 04 - 05 veya 08 mm kalınlığında silisyumlu
saccedillar oumlzel kalıplarla preste basılır ve paketlenir Stator saccedilları paketlenince uumlccedil fazlı
sargıların yerleştirileceği stator nuumlvesi elde edilir Bu nuumlve stator goumlvdesinin iccediline
sıkıca yerleştirilir Goumlvdeye motorun ayakları monte edilir Goumlvdeye motor kapaklan
takılır motor kapaklan ortalarındaki bilyeli yataklar statorun ortasında doumlnecek olan
rotora yataklık ederler
1Halkalı Duumlzen Kuumlccediluumlk ve orta guumlccedilteki makinelerde uygulanan bu konstruumlksiyon
şeklinde saccedil paket ya karkas dışında istiflenerek uzun saplamalarla kendi uumlzerine
sıkılır yada saccedil levhalar karkas iccedilinde istiflenir
2 Segmanlı Duumlzen Bu duumlzende saccedil paketi daima karkas tarafından gergin durumda
tutulur Segmanlı duumlzende saccedil paketi rijitli halkalı duumlzendekine oranla da az
olduğundan burada seccedililecek olan karkasın daha kuvvetli olması gerekir (Baykal
2011)
13
222 Rotor
Rotor Asenkron motorun doumlnen kısmıdır ve rotor saccedil paketi ile rotor sargılarından
oluşur Rotor saccedil paketi 05 mm‟lik silisyumlu saccedillardan yapılır Saccedilların yuumlzeyleri
ccedilok ince bir film tabakası ile yalıtılmıştır Saccedillar oumlzel kalıplarda pres altında oluk
dişler ve sıkıştırma cıvata delikleri oluşacak şekilde saccedil şeritlerden kesilerek ccedilıkartılır
Saccedillar bir araya getirilerek pres altında sıkıştırılır ve cıvatalarla bu halde kalması
sağlanır
Diğer doumlnen elektrik makinelerine goumlre stator ile rotor arasında kalan hava aralığı ccedilok
kuumlccediluumlktuumlr Motorun guumlcuumlne goumlre hava aralığının radyal boyu 05 - 1 - 3 mm kadar
olabilir Boumlylesine kuumlccediluumlk bir hava aralığı boşta ccedilalışma akımını kuumlccediluumlk tutmak iccedilin
yapılır Rotor olukları motorun elektrik karakteristiklerini etkileyen değişik biccedilimlerde
yapılır Rotor oluklarına rotor sargıları yerleştirilir
Şekil 8 Rotor Saccedil Paketini Oluşturan Değişik Rotor Saccedilları
Rotor sargıları uumlccedil fazlı olarak ya da sincap kafesli olarak yapılır Rotoru sargılı olan
ve sargı uccedilları doumlnen bilezik-sabit fırccedila ile dışarı ccedilıkartılan motorlara bilezikli asenkron
motor denir Sincap kafesli motorlarda rotor oluklarına bakır ccedilubuklar yerleştirilir Bu
ccedilubuklar her iki baştan dairesel halkalarla kısa devre edilerek sincap kafesine
benzeyen kendi uumlzerine kapatılmış bir sargı elde edilir Sincap kafesli motor sargısı
oumlzel kalıplarla rotor oyuklarına basınccedil altında aluumlminyum puumlskuumlrtuumllerek uumlretilir
Boumlylece uumlretilen rotor sincap kafesi aluumlminyumdan yapılmış olur
Sincap kafesli asenkron motorun rotorundan hiccedilbir uccedil ccedilıkmadığı iccedilin bu motorun
kontroluuml sadece statordaki elektrik uccedillarından yapılabilmektedir Oysa bilezikli
asenkron motorun rotor sargı uccedilları bilezik ve fırccedila sistemi ile dışarı ccedilıkarıldığından
14
bu motorun kontroluuml hem stator sargı uccedillarından ve hem de rotor sargı uccedillarından
yapılabilmektedir
Sincap kafesli motorun rotor sargısı buumlyuumlk motorlarda bakır ccedilubukların rotor
oluklarına yerleştirilmesi ve iki baştan kısa devre elde edilmesi ile oluşturulur Kuumlccediluumlk
motorlarda rotorun sincap kafesi aluumlminyum puumlskuumlrtme ve kalıplarla elde edilir
Rotoru sincap kafesli bir motorun sincap kafesi değişik biccedilimde oluklara yerleştirilir
Motorun oumlzellikle moment karakteristiğine istenilen oumlzelliği vermek iccedilin rotorda derin
oluklar ve ccedilift oluk kullanılır Birinci motora derin oluklu ya da derin ccedilubuklu motor
ve diğerine de ccedilift kafesli motor denir (Baykal 2011)
23 ASENKRON MOTORLARIN CcedilALIŞMA İLKESİ
Asenkron makinenin ccedilalıŞma ilkesi bir doumlner alanın varlığına dayanır Doumlner alan
senkron hız motor milinin hızı da rotor hızı olarak isimlendirilir Kayma da bu iki
hızın arasındaki fark olarak ifade edilmektedir
231 Doumlner Alan
Bir N-S mıknatısı ya da uumlzerinden akım geccedilen bir bobinin magnetik alanı N kutbundan
ccedilıkar ve S kutbuna girer Daimi mıknatıs ve doğru akım taşıyan bobinin manyetik
alanları mıknatıs ve bobin dışarıdan bir bobinle doumlnduumlruumlluumlrse bunların alanları da
beraber doumlner İşte bir mıknatısın doumlnduumlruumllmesi ile elde edilen alana doumlner alan denir
Uumlccedil fazlı asenkron motorun (enduumlksiyon motorun) statoruna birbirinden 120rsquoşer derece
faz farklı 3 faz sargısı yerleştirilmiştir En basit statorda her biri bir faza ait olmak
uumlzere 3 tane bobin bulunur Bir motor en az iki kutuplu olarak sarılabilir (Baykal
2011)
Şekil 9 Uumlccedil Faz bobininin 6 Oluklu Statora Yerleştirilişi
15
232 Senkron Hız
N-S kutuplarının saat ibresi youmlnuumlnde doumlnduumlğuuml goumlruumlluumlr uumlccedil fazlı alternatif akımdaki bir
periyotluk değişme N-S kutuplarının bir devir yapmasına sebep olur Alternatif akımın
frekansı 50 Hz ise saniyede 50 periyotluk bir değişme yapar Dolayısıyla statordaki
faz bobinlerinin meydana getirdiği N-S kutupları da saniyede 50 devirle doumlner Bu
dakikada 3000 devir eder Ccedilok fazlı bir stator sargısından aynı faz sayısında ccedilok fazlı
bir akım geccedilerse hava aralığında sabit genlikli bir doumlner alan oluşur Bu doumlner alanın
duran statora goumlre ns (n1) devir hızı şebeke frekansına doğru stator sargısının p ccedilift
kutup sayısına ters orantılıdır
1198991 = 601198911
119901
Senkron hız da denen doumlner alan hızı kutup sayısına goumlre buumlyuumlk basamaklar yaparak
değişir Asenkron motorlar ancak belli senkron hızlar iccedilin yapılabilir En fazla
kullanılan senkron hızlar 2 4 6 ve 8 kutup sayılarına ait olanlardır (Baykal 2011)
Tablo 6 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru
P
(Kutup Sayısı)
50 Hz 60 Hz
n1min-1 n1s-1 n1min-1 n1s-1
2 3000 50 3600 60
4 1500 25 1800 30
6 1000 1667 1200 20
8 750 125 900 15
16
233 Kayma
Senkron makine dışında buumltuumln diğer ccedilalışma tuumlrlerinde asenkron makinenin
ccedilalışabilmesi iccedilin rotor hızının doumlner alan hızından farklı olması gerekir Doumlner alanın
rotor uumlzerinden geccedilme hızına yani doumlner alan ile rotor hızı arasındaki cebirsel farka
kayma hızı n2 ve bu hızın doumlner alan hızına oranına kayma s denir Bu tanıma
dayanarak kayma devir hızına goumlre veya devir hızı kaymaya goumlre ifade edilebilir
n2 = n1 ndash n n = n1(1-s) 119904 = 1198992
1198991 =
1198991minus119899
1198991
Kayma oranlanmış bir buumlyuumlkluumlktuumlr ve ccediloğunlukla olarak ifade edilir Pozitif negatif
veya sıfır olabilir Oranlanmış rotor hızı n nı ile toplamı daima 1rsquoe eşittir Teorisel
olarak ndash infin ve +infin arasında değişebilir Durmada n = 0 ve s =1 dir Senkron ccedilalışmada
n = n1 ve s = 0 dır Bu iki sınır değer arasında asenkron makine motor olarak ccedilalışır
ve kayması daima pozitiftir Anma ccedilalışmasındaki değeri yuumlzde birkaccedil olup artan
anma guumlcuuml ile azalır ve kuumlccediluumlk guumlccedillerde yaklaşık 10 dan buumlyuumlk guumlccedillerde 1 in altına
duumlşer
Rotor doumlner alana goumlre ters youmlnde doumlnduumlğuumlnde elde edilen fren ccedilalışmada devir hızı
negatif ve kayma 1 den buumlyuumlktuumlr Rotor hızı doumlner alan hızını geccedilerse yani ngtn1 ise
kayma negatif olur (s lt 0) ve makine generatoumlr olarak ccedilalışmaya başlar (Baykal 2011)
Şekil 10 Standart Asenkron Motorların Anma Kayması ve Verimi
17
24 ASENKRON MOTOR CcedilEŞİTLERİ
Asenkron motorlar rotor yapılarına goumlre ikiye ayrılır
Sincap kafesli (Kısa devre rotorlu) Asenkron Motorlar
Bilezikli (Sargılı rotorlu) Asenkron Motorlar
241 Uumlccedil Fazlı Kısa Devre (Sincap Kafesli ) Asenkron Motorlar
Uumlccedil fazlı sincap kafesli motorun yapılısı basittir Az bakıma ihtiyaccedil goumlsterir Bu tip
motorun oumllccediluumlleri aynı guumlccedilteki başka tip motorların oumllccediluumllerinden kuumlccediluumlktuumlr Değişik
yuumlklerdeki hız reguumllasyonu ccedilok iyidir Fiyatının ucuzluğu yapılışının sağlamlığı ve
istenilen ccedilalışma oumlzelliğine sahip oluşu yuumlzuumlnden bu tip motorlar sanayide ccedilok
kullanılır
Rotorlar accedilılmış oluklara basınccedil altında erimiş aluumlminyum puumlskuumlrtuumllerek doldurulur
Rotorun her iki başındaki kısa devre halkalar da aluumlminyumdandır Ayrıca bu halkalar
uumlzerine kanatlar da bırakılarak rotor işletmede vantilasyon suretiyle soğutulması
sağlanır 250 kW guumlcuumlne kadar kısa devre kafesleri aluumlminyumdan yapılmış asenkron
motorlar mevcuttur
Buumlyuumlk guumlccedil istenilen işletmelerde kısa devre kafesi yuumlksek dikdoumlrtgen şeklinde bakır
ccedilubuklardan ve bunları rotorun her iki başında kısa devre eden bakır halkalardan
yapılır Rotorda kaccedil adet oluk varsa rotorun faz sayısı buna eşittir
Kısa devre kafesli asenkron motorun yol alma oumlzellikleri iyi değildir Ancak basit ve
ucuz olmaları nedeni ile yaygın biccedilimde kullanılmaktadır Yol almasını kolaylaştırmak
iccedilin yuumlksek ccedilubuklu veya ccedilift kafesli olarak yapılırlar (Baykal 2011)
Şekil 11 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru
18
242 Bilezikli (Sargılı rotorlu) AC Motorlar
Birccedilok sanayi yuumlklerinde uumlccedil fazlı değişik hızlı motora ihtiyaccedil duyulduğu yerler iccedilin
bilezikli asenkron motorlar geliştirilmiştir Bilezikli asenkron motorlara sargılı rotorlu
AC motor da denilmektedir Bu tip motorun statoru ile sargının yerleştirilmesi sincap
kafesli motorun aynıdır Rotor ccedilelik saccedillardan yapılmış silindirik bir goumlbektir 120
derece aralıklı uumlccedil adet tek fazlı kalıp sargısını yerleştirmek iccedilin rotor uumlzerine oyuklar
accedilılmıştır izoleli rotor bobinleri stator kutup sayısına eşit kutup sayısı elde edecek
şekilde gruplandırılmıştır Uumlccedil tek fazlı rotor sargısı aralarında yıldız bağlanarak ccedilıkış
uccedilları rotor mili uumlzerindeki uumlccedil bileziğe bağlanmıştır Bileziklere temas eden fırccedila uccedilları
hız kontroloumlruuml ayarlayıcısına bağlanır Fırccedilalar taşıyıcılar uumlzerindeki yayların basıncı
ile bileziklere sıkıca temas eder Doğru akım makinelerinde olduğu gibi youmln
değiştirmeye luumlzum olmadığı iccedilin fırccedila taşıyıcıları uygun bir durumda sıkıca tespit
edilmiştir
Bilezikli asenkron motorun rotorunda aynı statorunda olduğu gibi uumlccedil fazlı alternatif
akım sargısı vardır Stator 10 Kw guumlce kadar tek tabakalı orta guumlccedillerde ise iki tabakalı
sargılı yapılırlar Rotor ise tam oluklu veya kesirli oluklu sargılı olabilir Rotor sargı
uccedillarının bir tarafı bileziklere bağlanır Diğer tarafı ise kısa devre edilerek uumlccedil fazlı
sargının yıldız noktasını oluşturur Bilezikler uumlzerindeki fırccedila sistemi ile rotor
alternatif gerilim kaynağından ayrıca beslenir (Baykal 2011)
25 Elektrik Motorlarına Yıldız-Uumlccedilgen Yol Verme
Kalkış akımını duumlşuumlrmede en ekonomik youmlntemdir Uumlccedil kontaktoumlr ile bir zaman
roumllesinden oluşan kontaktoumlr kombinasyonudur Bu youmlntemle yol verebilmek iccedilin
motorun uumlccedilgen bağlı ccedilalışma gerilimi şebeke gerilimine eşit olmalıdır Oumlrneğin
uumllkemizde şebeke gerilimi 380 Volt olduğuna goumlre yıldız-uumlccedilgen yol verilecek motorun
etiketinde D380 V veya D380VY660V yazılı olmalıdır Volt elektrik motorlarında 2
ve 4 kutuplularda 3 kW (dacirchil) 6 kutuplularda 22 kW(dacirchil) den daha buumlyuumlk guumlccedilluuml
motorlar bu oumlzelliktedir Yani 380 V şebekede uumlccedilgen bağlı ccedilalıştırılırlar
Motora yıldız-uumlccedilgen yol verildiğinde direkt yol vermeye goumlre şebekeden ccedilekeceği
akım 3 katı azalır Yıldız-uumlccedilgen yol vermede amaccedil motoru kalkış suumlresince yıldız
19
bağlı ccedilalıştırmak ve kalkışını tamamlayan motoru hemen normal bağlantısı olan uumlccedilgen
bağlı olarak ccedilalıştırmaktır
Motor kalkış sırasında yıldız bağlı ccedilalıştırıldığından motor sargılarına uygulanan
gerilim U radic3 değerine motorun şebekeden ccedilektiği akım ise 13 değerine duumlşer
Motorun sargılarına uygunalan gerilim azaldığından momenti oumlnemli oumllccediluumlde kuumlccediluumlluumlr
Yıldız-uumlccedilgen yol vermenin kusursuz olması iccedilin motorun yuumlk momentinin yıldız
bağlamadaki motor momentinden buumlyuumlk olmaması ve yıldız bağlamadaki suumlrenin
uygun olması gerekir Bu geccediliş suumlresi ccedilok oumlnemlidir Motor yıldız bağlantıda iken
anma devir sayısına ulaşıldığı anda uumlccedilgen bağlantıya geccedililmesi ve fazla aralık
verilmemesi gerekir
Boumlyle olursa yıldızdan uumlccedilgen bağlantıya geccedilişteki uumlccedilgen kontaktoumlruumlnuumln kapamama
akımı kuumlccediluumlk ve yıldızdan uumlccedilgene geccediliş darbesiz olur Aksi halde uumlccedilgen bağlantıya
geccedilişte akımda geccedilici artışlar goumlruumlluumlr Bunun sonucu kontaktoumlruumln kontakları ani
yuumlksek ısı nedeniyle kaynak olabilir
Bir şebekede uumlccedilgen bağlı ccedilalışacak motor aynı şebekede yıldız bağlı (Y) olarak
ccedilalıştırılabilir Ancak bu durumda motorun guumlcuuml ve momenti duumlşer Bu oumlzellikten
yararlanarak asenkron motorların kalkış anında ccedilektikleri fazla akımı azaltmak iccedilin
yıldız-uumlccedilgen yol verme uygulanması yapılabilir
Şebekede yıldız bağlı ccedilalıştırılması gereken motor yanlışlıkla uumlccedilgen bağlı ccedilalıştırılırsa
sargılarına radic3 katı buumlyuumlk gerilim uygulanmış olur Gerilimdeki artış oranı kadar sargı
akımı buumlyuumlyeceğinden motor aşırı akım ccedileker ve kısa suumlrede artacak ısı sonucu
sargılar yanar
Onun iccedilin yıldız bağlı ccedilalışması gereken motor kesinlikle aynı şebekede uumlccedilgen bağlı
ccedilalıştırılmaz (URL6)
20
Şekil 12 Motora yıldız-uumlccedilgen yol verme
Şekil 13 Stator Sargı Uccedillarının Uumlccedilgen (D) Ve Yıldızı (Y) Bağlanması
Şekil 14 Asenkron Motora Yol Verme
21
26 FANLAR
261 Genel Bilgiler
Fanlar hava veya benzeri gazları basınccedillandırarak belirli bir akış yolu iccedilinde hareket
etmesini sağlayan turbo makinelerdir İyi bir fan istenilen performansı yerine
getirirken verimi yuumlksek enerjiyi daha az tuumlketen muumlmkuumln olduğunca guumlruumlltuumlsuumlz
ccedilalışan ve maliyeti duumlşuumlk olan fandır Fanların tahrik sistemlerinde elektrik motorları
kullanılmaktadır (URL3)
262 Fan Ccedileşitleri
Fanlar aşağıdaki gibi sınıflandırılmaktadır
Eksenel (aksiyel) fanlar
Radyal (santrifuumlj) fanlar
Karışık akışlı (eksenel-radyal) fanlar
Ccedilatı tuumlruuml fanlar
Karşıt akımlı fanlar (blower)
Vorteks ya da rejeneratif fanlar
Diğerleri
Elektrik motorlarında radyal fanlar kullanılmaktadır (URL8)
Bu kısımda projemiz iccedilin incelediğimiz 3 ccedileşit fanı accedilıklayacağız
2621 Eksenel Fanlar
Havanın fan ccedilarkı ile aynı eksende youmln değiştirmeden hareket ettiği fanlardır Yuumlksek
hava debileri ve duumlşuumlk basınccedil sınıfına sahip sistemler iccedilin uygun fanlardır Şekil 15
rsquode oklar akış youmlnuumlnuuml (simetri eksenine paralel) goumlstermektedir
22
Şekil 15 Akışın Simetri Ekseninde Hareket Etmesi
2622 Karışık Akışlı (Radyal-Eksenel) Fanlar
Havanın kanatlar uumlzerinden emmesine goumlre yaklaşık 45deg accedilı yaparak hareket ettiği
fanlardır Radyal fanlara goumlre hava debisi daha yuumlksektir
Eksenel fanlardan daha yuumlksek basınca dayanabilir
Fan eğrisi uumlzerinde kararsız boumllge yoktur
Karşı basıncın duumlşuumlk olduğu boumllgelerde motor aşırı akım ccedilekmez
Eksenel ve radyal fanlara goumlre verimleri duumlşuumlktuumlr (URL6)
Şekil 16 Karışık Akışlı Fan Uygulamaları
23
2623 Radyal (Santrifuumlj) Fanlar
Havanın fan ccedilarkını emmesine goumlre 90deg accedilı yaparak kanatlara teğet olarak terk ettiği
fanlardır
Radyal fanların avantajları aşağıdaki gibidir
Geniş bir uygulama aralığına sahiptir
Yuumlksek sıcaklık ve aşındırıcı ortam uygulamalarında kulanılır
Değişken akış direncine sahip yerlerde daha verimli ve daha sessiz ccedilalışma
olanakları vardır
Yapısal kararlılıkları yuumlksektir (URL6)
Radyal Duumlz Kanatlı Fanlar
Genellikle kendi kendini temizleme malzeme taşıma ve parccedilacık ve yağ yuumlkluuml havanın
uygun halde taşınması gibi durumlarda kullanılırlar ve bunun iccedilin duumlz kanatları vardır
Ccedilarkları basit bir yapıya sahiptir ve nispeten dar kanatları vardır
Elektrik motorlarında genellikle ccedilift youmlnluuml ccedilalışmaya uygun olması iccedilin radyal duumlz
kanat tipli bu fanlar seccedililiyor
Şekil 17 Radyal Duumlz Kanatlı Fanlara Oumlrnekler
24
BOumlLUumlM 3 BULGULAR VE TARTIŞMA
31 SONLU ELEMANLAR YOumlNTEMİ
Sonlu elemanlar youmlntemi muumlhendislik problemlerine kabul edilebilir yaklaşımlarla
ccediloumlzuumlm arayan sayısal youmlntemdir (Moavani 2015) Sonlu elemanlar youmlntemi diğer bir
ifade şekliyle fiziksel şeklin matematiksel ifadesidir Bu kurduğumuz siste sınırlara
ayırılabilen ve malzeme şartlarına uygun olan bir sistem olmalıdır
Sonlu eleman youmlntemindeki basamaklar
Yaklaşık Ccediloumlzuumlm Youmlntemi
Geometrik Şekil
Nod
Eleman
Mesh
Ayrıklaştırma
Şekil 18 Sonlu Eleman Modeli
Eleman
Nod
(Duumlğuumlm
noktaları)
25
Sonlu elemanlar youmlntemi matematik ve fizik biliminin buumltuumln alanlarında kullanılır
Gerilme Analizi
Akışkanlar Mekaniği
Isı İletimi
Dalga Yayılımı
Darbe Analizi
Aerodinamik vb alanlardır
Sonlu elemanlar youmlntemini kullanırken oumlncelikle şu soruların cevaplarını bulmalıyız
Dizayn amacımız nedir
Bu sistemi modellemek iccedilin gerekli olan bilgiler nelerdir
Bu dizayn iccedilin hangi kriterler gerekir
311 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Pozitif Youmlnleri
Geometrisi karışık cisimlerin incelenmesini kolaylaştırır Geometri basit kısımlara
ayrılıp burada ayrı veya daha hassas işlemler yapılabilir
Parccedilanın geometrisini değiştirmeye gerek kalmaz
Youmlntemde hem fiziksel hem matematiksel temeli vardır
Sonlu elemanlar youmlntemi iccedilin ccedilok farklı programlar bulunmaktadır (Ansys Marc
Nastran ) (Moavani 2015)
312 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Negatif Youmlnleri
Elde edilen sonuccedilların doğruluğu hangi sonlu youmlnteminin kullanıldığına bağlıdır
Ccedilıkacak durum oumlnceden tespit edilmeli ve ona goumlre bir ccediloumlzuumlm youmlntemi
kullanılmalıdır Bu yuumlzden oumlnceden iyi tesipt edilemezse doğru değer bulunamaz
ve doğru ccediloumlzuumlm iccedilin zaman kaybı olabilir
Doğru ccediloumlzuumlm iccedilin elemanın ayrıştırılması (mesh) atanması gerekir
Bu meshin iyi atılması gerekir yoksa ccediloumlzuumlmuumln yakınsamaları değişebilir
(Moavani 2015)
26
32 ANSYS PROGRAMI
ANSYS genel amaccedillı kullanılan sonlu elemanlar programıdır Ansys yazılımı
mukavemet titreşim akışkanlar mekaniği ısı transferi ve elektromanyetik alanlarının
birbiri ile olan interaksiyonunu simule eden yazılımdır
Boumlylelikle ANSYS uumlruumlnlerin prototipleri uumlretilmeden sanal ortamda test edilmelerine
olanak sağlar Ayrıca sanal ortamdaki 3 boyutlu simulasyonlar neticesinde yapıların
zayıf noktalarının tespiti ve iyileştirilmesi ile oumlmuumlr hesaplarının gerccedilekleştirilmesi ve
muhtemel problemlerin oumlngoumlruumllmesi muumlmkuumln olmaktadır
ANSYS yazılımı sadece ihtiyaccedil duyulan oumlzelliklerin alınmasına fırsat vererek ilave
edilebilen CAD ve FEA bağlantı modulleri ile masa uumlstuumlnde kullanılan diğer
muumlhendislik yazılımları ile entegre bir şekilde ccedilalışabilmektedir
ANSYS yazılımı hem dışarıdan CAD datalarını alabilmekte hem de iccedilindeki
preprocessing imkacircnları ile geometri oluşturulmasına izin vermektedir Yine aynı
preprocessr iccedilinde hesaplama iccedilin gerekli olan sonlu elemanlar modeli yani mesh de
oluşturulmaktadır Yuumlklerin tanımlanmasından sonra ve gerccedilekleştirilen analiz
neticesinde sonuccedillar sayısal ve grafiksel olarak elde edilebilir
ANSYS yazılımı ile oumlzellikle contact algoritmalarının ccedileşitliliği zamana bağımlı
yuumlkleme oumlzellikleri ve nonlinear malzeme modelleri sayesinde yuumlksek muumlhendislik
seviyedeki analizleri hızlı guumlvenilir ve pratik bir şekilde gerccedilekleştirilebilmektedir
ANSYS Workbench parametrik CAD sistemlerini eşsiz bir otomasyon ve performans
ile simulasyon teknolojilerini entegre eden bir platformdur ANSYS Workbenchrsquoin
guumlcuuml yılların bilgi birikimi ile arkasında duran ANSYS ccediloumlzuumlcuuml algoritmalarından gelir
Ayrıca ANSYS Workbenchrsquoin amacı sanal ortamda uumlruumlnuumln verifikasyonunu ve
iyileştirmesini sağlamaktır
Oumlzellikle PC ile uyumluluğun uumlst seviyede olabilmesi iccedilin yazılmış olan ANSYS
Workbench sadece bir arayuumlzden ileri bir ccedilalışma ortamındır ve ANSYS Workbench
ile herhangi bir ANSYS lisansına sahip herkes ccedilalışabilir Aynı alışılagelmiş ANSYS
arabiriminde olduğu gibi ANSYS Workbenchrsquode de kapasiteler sahip olunan lisansın
doğrultusunda sınırlıdır (URL9)
27
ANSYS programının bu oumlzelliklerinden dolayı programı kullanmaya karar verdik
Ansys programının oumlncellikle akışkan mekaniği ve dinamiğinde kullanılan iki ayrı
boumlluumlmuuml bulunmaktadır Bu boumlluumlmler Fluent ve CFX boumlluumlmleridir Bizim
kullandığımız boumlluumlm ise ANSYS CFX boumlluumlmuumlduumlr
33 MEVCUT FAN UumlZERİNDE YAPILAN ANALİZLER
ANSY projesinde oumlncelikle CFX kısmını kullanıldı Ccediluumlnkuuml ANSYS programında
CFX ve Fluent programı hesaplamalı akışkanlar dinamiği iccedilin kullanılmaktadır Ancak
ANSYS CFX turbo makinalar iccedilin kullanıldığından oumlnceden de goumlsterildiği gibi bir
nod alırken huumlcrelerin orta noktalarından nod hesabı yaptığı iccedilin verdiği değerler fan
analizi iccedilin daha iyi bir yakınsama goumlsterir Bu sebeple ANSYS CFX kısmı kullanıldı
İlk olarak mevcut fan uumlzerinde ccedileşitli incelemeler yapıldı
Mevcut fan uumlzerinde 10 kanat var iken suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilok fazla olduğu saptandı
Bunun uumlzerine motorun akışını kolaylaştırma yoluna gidildi
Havayı oluklara daha iyi aktarabilecek kısım fanın kanat boyu olduğu iccedilin fanın
kanatlarının uzunluğunda değişiklik yapılmasına karar verildi
Fandan ccedilekilen debi miktarı ve tork değerlerini tam alabilmek ve mevcut fanın
verimini oumllccedilebilmek iccedilin oumlncelikle esas oumllccediluumllerine goumlre ccedilizilen fan ANSYS
programına aktarıldı File gt Import gt Design Moduler şeklinde SolidWorksrsquo ten
ANSYS programına aktarıldı
Şekil 19 SolidWorksrsquo ten İmport Etmek
28
Fanın ccedilevresinde akış hacmi oluşturmak iccedilin katı modelin ccedilevresindeki hava
modellenir
331 Geometri
Oluşturulan akış hacminde havanın giriş ve ccedilıkış kısımları İnlet-Outlet şeklinde
belirtilir
Analys tools komutlarından xy duumlzleminde halka oluşturulur
Burada modeling kısmı 3 boyutlu işlem yapacağı zaman seccedililen kısımdır
Aşağıdaki şekilde de goumlruumlleceği uumlzere
Şekil 20 Akış Alanı Belirleme
Burada exturude komutuyla birlikte oluşturulacak akış hacminin kaccedil mm
uzatılacağı belirtilir Hepsini bir buumltuumln haline getirmemek iccedilin lsquovar olanla
birleştirilsin mirsquo sorusuna hayır denilir
Daha sonra ccedilevresine yayılan boşluk iccedilin Outlet tanımlaması yapılır
Bu işlemleri gerccedilekleştirdikten sonra kesit gerekir İlk oumlnce plane (duumlzlem)
belirlenir Bunun iccedilin hangi duumlzlemi seccedililecek ise (oumlrneğin xy) onu seccedilip plane
tıklanır Plane boumllgesinden ne kadar uzakta olacağı belirlenir Biz de değer 34 mmrsquo
dir Ccediluumlnkuuml kanatların boyu 31 mm olduğundan mesh atamada sorun ccedilıkmaması
29
iccedilin 34 mm uzaklıkta bir plane atanır Bu Planersquoi slice komutuyla keserek 3 farklı
boumllge oluşturulmuş olur
Akışkan hacmini oluşturmak iccedilin dolu olan kısımlar belirlenip ona goumlre hareket
edilir Bunun iccedilinde milin iccedilini dolu kabul edilir
Akışkan hacmi iccedilin yapılan bir diğer işlem ise oluşturulan hacimden fanın hacmini
booelangt substrack komutları ile akışkan hacminin bulunmasıdır
Mevcut fanın uumlzerine sağ tıklanarak ve suppress body komutu seccedililir Boumlylelikle
fanı gizleyerek sadece akışkan hacmi goumlruumlluumlr
Daha sonra oluşan parccedilaların arasında boşluk olmaması iccedilin ve bağlantı sağlamak
iccedilin part kısımlarını seccedililerek sağ tıklanır from new part seccedililir
Şekil 21 Slice Komutu ile Boumllgelere Ayırma
30
Şekil 22 Parccedilalar Arası Bağlantının Sağlandığı FromNew Part Boumlluumlmuuml
Mesh kısmını suumlruumlkleyip project schematic boumlluumlme bırakılır Bu boumlluumlmde geometri
onaylanır ve en altta bulunan meshrsquoe tıklanır
332 Sayısal Ağ Oluşturma (Mesh)
Şekil 23 Mesh oluşturma
31
Şekil 24 Mesh Geometrisi
Sonlu sayıda hacimle ccedilalışıldığından sonlu sayıda hacime boumllmek gerekir Sonlu
sayıda hacime boumlluumlnen kısımlar farklı farklı olabilir
Bu huumlcreler kapsadığı alanın oumlzelliklerini yansıtır Bunların ccedilevresindeki nodlar
bunların ortalaması ile belli bir oumlzelliğe sahip olmuş olur
Bu huumlcrelerin arttırılması yani ayrıştırmaların ccediloğaltılması ne kadar fazla olursa o
kadar yakınsama olur ve ccediloumlzuumlm iyileşir
Ancak sayısal ağ ccedilok fazla attırıldığında ccediloumlzuumlm suumlresi ccedilok fazla artacağından
ekonomik değildir
Bu sebepten dolayı mesh ( ayrıştırma) atarken akışkanın en fazla değişim
goumlstereceği kısımlarda daha fazla sayısal ağ oluşturulur Boumlylelikle daha iyi bir
yakınsama elde edilir Akışkanın değişim goumlstereceği yerler genellikle yuumlzeylerle
temas edilen kısımlardır Mevcut fanın analizin de orta kısımlarda pek fazla
değişiklik olmaz Bu nedenle sınırlara yakın kısımlara daha fazla ağ oluşturulur
Detail of Mesh kısmından hangi kısımlarda ne kadar buumlyuumlkluumlkte mesh
atılabileceğine bakılır
32
Detail of Mesh kısmından Phsics preference kısmı seccedililerek CFDrsquoi seccedililir Solver
Preference kısmından ise CFXrsquoi seccedilip devam edilir
Analiz yaparken belirlenmesi gereken kısımlar vardır Bunun iccedilin diğer kısımlar
seccedililerek hide body seccedililerek kapatılır ve select all body seccedililerek kanatlara isim
verilir
Şekil 25 Mesh İsimlendirme
Akışkanın girişine inlet ccedilıkışına outlet denilir
Mesh atımında minimum yakalayacağı huumlcreler ile maksimum yakalayacağı
huumlcrelerin milimetre hesabı oumlnemlidir Bu yuumlzden kanadın kalınlığı 25 mm olduğu
iccedilin 2 mmrsquo den az olan huumlcre belirlenir Maksimum 15 mmrsquo den buumlyuumlk huumlcreler
olması duumlşuumlnuumllerek analizin yakınsaması sağlandı
Meshrsquoi tıklayıp oradan insert size kısmın da bulunan isimlerde kanatlar seccedililir
Kanatlara maksimum 3 mm buumlyuumlkluumlk seccedililir Devamında ise kanatları hide face
komutuyla gizlenir ve geriye kalan kısımlar iccedilin sizing iccedilin yine 3 mm verilir
Daha sonra kanat ve ccedilevresine ccedilizilen akış hacmi seccedililerek tekrar size kısmından
buumltuumlnuumlne 8 mm verilir Bu kısım iccedilin mesh atanır Yuumlzeyler seccedililerek Preview
Surface Mesh on Selected Bodies denilir ve mesh işlemi tamamlanmış olur
33
Şekil 26 Meshrsquo in Goumlsterimi
Ancak mesh işleminde silindirik yuumlzeylerde sweep komutuyla daha kolay mesh
atılabileceği iccedilin istenen yuumlzey iccedilin sağ tıklayıp İnsertgt Method gtSweep Number
Divs komutlarından kaccedil sıra mesh atılacağı belirlenir 20 sıra vererek mesh atıldı
Suumlpuumlrme işlemi ile mesh atarken hangi yuumlzeyi kaynak olarak alınacağı da
boumlylelikle belirlenmiş olur
Mesh sayfasını kapatıp daha sonrasında workbench kısmında meshin uumlzerine cfx
kısmını bırakılır
Mesh setupgt solutiongt results dan sonuccedillar elde edilir
Daha sonra geometry design da motorun kapağına uygun bir sınır belirlenerek
analiz yapılır
Geometriyi duumlzenlenerek CFXrsquo e aktarılır
Daha oumlncesinde de bahsedildiği uumlzere ANSYS de CFX kullanıldı CFX
kullanılmasının bir diğer sebebi de CFXrsquo in fan konusunda ANSYSlsquo in mesh
kısmından daha bağımsız ve daha hassas olmasıdır
Yapılan isimlendirmeler tekrar kontrol edilir Her farklı işlev iccedilin farklı
isimlendirme yapmak ccedilok oumlnemlidir boumlylece havanın nereden girip ne şekilde
ccedilıkacağını isimlendirmelerden goumlruumllebilir Ve bu isimlendirmeler iccedilin ayrı ayrı kod
yazılır
34
333 Sınır Şartları
Şekil 27 Sınır Şartlarının Belirlenmiş Hali
ANSYS setup kısmında Insert gt Solver gt Output Control komutları seccedililerek code
yazılır MassFlow ()inlet gt Torque_z()kanatlar olarak giriş kısmının kuumltlesel
debisi iccedilin komut yazılır
Ayrıca Insert gt Material kısmından sıcaklığı 25reg basıncı 1 atm entalpi değerini 0
olarak şartları belirlenir
Malzemenin kapak kısmı ccedilelik olarak belirlenir
Solver Control kısmından high resuluiton seccedililerek ccediloumlzuumlmuumln kalitesi arttırılır
Solver Control kısmından Residual Target artık tipini RMS olarak ve onun
yakınsama sınırı 10-5 belirlenir Rms elemanların karelerinin koumlkuumlnuuml alarak
ortalamasını alan youmlntemdir
Yine Solver Control kısmından minimum iterasyonu 1 maksimum İterasyonu ise
500 verilir
İnlet kısmı belirlenirken Boundary Type ( sınır şartları) opening olarak seccedililir
Opening verilmesindeki amaccedil akışkanların iccedileriden girip dışarıya ccedilıkışlarının
sağlanmasıdır Aksi halde ccediloumlzuumlmuumln yakınsamasın da sorunlar oluşabilir Opening
şartında ayrıca akışkan daha ccedilabuk toparlanır ve analiz daha kolaylaşır
Flow Direction komutunda normal sınır şartları belirlenir
Suumlreklilik şartı olarak da Fluid Mass Fluxrsquou seccedililir Bunun yanında sınır kontuumlruuml
iccedilin bağıl basınccedil ayarlarını seccedililir Aynı şekilde outlet iccedilin de aynı ayarlar yapılır
35
Domaine basılıp kapak kısımları ve motor kısımları seccedililir Bu dış kısımları duvar
olarak belirlenir ve duvar hareket edemeyeceğinden No Slip Wall seccedileneği olarak
belirtilir Duvarları suumlrtuumlnmesiz olduğu varsayılıyor
Fan ve kanatlar kısmında Boundry Type olarak Wall olarak belirleyip Frame type
gt rotating (doumlnuumlyor) belirtilir
Ccediloumlzuumlm metodu olarak RNG k-euro modeli kullanılır
Şekil 28 Setup Koşulların Belirlenmesi
334 Ccediloumlzuumlm - Sonuccedillar
Setup kısmını kapatılarak solution ekranı ccedilift tıklanarak ccedilıkan ekran da RUN seccedililerek
ccediloumlzme işlemi başlatılmış olur
Ccediloumlzme işlemi bittiğinde results kısmından sonuccedillar goumlruumlntuumllenebilir
36
Şekil 29 Akışın Youmlnelişi
Şekil 30 Debi Sonucu
37
34 YENİ FAN TASARIMI
341 Fan Tasarımı İccedilin Kabuller
Havanın sıkıştırılamaz olduğunu kabul edildi Havanın sıkıştırılmaz olduğu
varsayılarak yoğunluğu değişmez ve 12 kgm3 olarak kabul edilir
Ccediloumlzuumlmde suumlrtuumlnmeler ve ısı kayıpları ihmal edilir Ccediluumlnkuuml bu değerlerin
hesaplanması ccedilok uzun suumlreceği iccedilin ccediloumlzuumlm youmlntemi iccedilin ekonomik olmaz
Gerccedilekle arasında ccedilok buumlyuumlk bir fark olmayacağı varsayılmıştır
Verimi arttırmak iccedilin orijinal fanın analizinden elde edilen tork değeri duumlşuumlk
tutulmaya ccedilalışılmıştır
Motorun tek bir youmlne doumlneceği duumlşuumlnuumllmuumlştuumlr
342 Fan Tasarım Parametreleri
Bir fan tasarımında belli başlı kriterleri ele alabilmek iccedilin mevcut fan uumlzerinden
değerler bulundu
Tablo 7 Mevcut Fanın Oumlzellikleri
Devir Sayısı ( ddk) r hub (mm) rtip (mm)
1498 25 77
Radyal hız hesaplandığında w= 15687 radsn bulunmuştur r hub diye isimlendirilen
kısım fanın giriş accedilısı iccedilin gerekli olan kanadın başlangıcı ile milin merkezi arasındaki
uzaklıktır r tip ise fan kanadının bitiş noktası ile mil merkezi arasındaki uzaklığın
yarıccedilap cinsinden ifadesi olmaktadır
38
Fan kanat tasarımında oumlnemli olan w (accedilısal hız)hızının kanatlara ne kadar dik
gelebildiğidir Bu kanat hacmine ne kadar iyi bir şekilde gelirse akışkan o denli iyi
akabilir ve kanat profili oluşur
U_hub= w (radsn) x r hub
U_tip = w x r tip
Beta = arctan(vu)
A_inlet= (r tip 1000)sup2π ndash r hub 1000)sup2π
Verim= (Q x P) (TxW)
V (akışın mutlak hızı)= Debi Alan
Tablo 8 Sonuccedil olarak elde edilen değerler
r_h (mm) 25 r_t (mm) 77 r_h (mm) 50 r_t (mm) 80
U_h (ms) 3927 U_t (ms) 1209516 U_h (ms) 7854 U_t (ms) 125664
A_in (m^2) 0016663 A_out (m^2)0012252
V_in (ms) 2350516 V_out 3196702
beta_h 5909726 beta_t 7900249 beta_h 678529 beta_t 7572755
giriş ccedilıkış
Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları
Bu değerlere goumlre BladeGende yeni bir kanat profili oluşturulur
r tip
r hub
Şekil 31 Fan Kanatlarının Accedilısı
39
Şekil 32 BladeGen Kanat Profili
Oluşturduğumuz bu geometriye daha oumlnceki boumlluumlmde bahsedilen fana yapılan adımlar
uygulandı (Yeni oluşturulan fanın geometrik deseni ektedir)
40
3421 Geometri
Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi
3422 Sayısal Ağ Oluşturma
Şekil 34 Yeni Fan Tasarımının Sayısal Ağ Oluşturulması
41
3423 Ccediloumlzuumlm
Şekil 35 Tasarımı Yapılan Fanın Verimi
Accumulated Time Step sayısı iterasyonu goumlstermektedir Daha fazla yakınsama iccedilin
daha fazla koşturulabilir
42
Şekil 36 Tasarımı Yapılan Fanın Torku
43
3423 Sonuccedillar
Şekil 37 Akışın Youmlnelişi
Bu kısımda verimi arttırabilmek iccedilin tork azaltılmaya ccedilalışıldı Boumlylece kanatlara
harcanan toplam guumlccedil azaltılarak iyileştirmeler yapıldı
44
Kanadın iş yapan kısmını arttırarak orijinal fanda kanadın suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilapı
154 mm iken yeni fan da 160 mmrsquoye ccedilıkarıldı
Kanatlar daha eğimli ama daha eksenel bir forma getirildi
Bu motorda toplam guumlccedil iccedilin 60 watt olduğunda yaklaşık 6 wattrsquo lık guumlccedil fan iccedilin
harcanıyordu Fanın verimliliği ccedilok oumlnemli olduğu iccedilin debiyi sabit tutulmaya
torku da duumlşuumlruumllmeye ccedilalışıldı
Tablo 9 ANSYSrsquo de Elde Edilen Deneyler
tork(Nm) w(radsn) m(kgs)
Orijinal Fan 00393645 15687 0048168
Yeni Fan 00043869 15687 0032261
Goumlruumllduumlğuuml gibi tork buumlyuumlk oranda duumlşmuumlş ancak onunla birlikte debi de biraz
duumlşmuumlştuumlr
343 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanması
Motorun arka ve oumln kısımlarına sırt sırta fan bağlayarak havanın akışını hızlandırma
ve soğutmayı arttırma işlemi amaccedillandı Gerccedilek boyutlarda uygulamadan oumlnce fanı
motor şeklini verilen kısım da tek başına analiz yapıldı Verimli bir sonuccedil alabilmek
iccedilin ikili fan deneyi yapıldı
3431 Geometri
Şekil 38 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Geometrisi
45
3432 Sayısal Ağ Oluşturma
Şekil 39 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Sayısal Ağ
Oluşturulması
Yapılan analiz de goumlzlemlenen sonuccedillar şunlardır
Bir motorun etrafında sınırlayıcı bir alan olmadığı iccedilin sınır şartları olarak setup
kısmında yine havayı 1 atm basınccedil olarak alınır Eğer sınırlayıcı bir alan olsaydı
oluklardan hava akışı doğrudan motorun arka kısmına gelecekti Ccedilıkış noktasına ise
kapak yerleştirildi giriş noktasında atmosfer ccedilıkışı ise kapak olarak sınırlandı
3433 Kod Ccediloumlzuumlmuuml
Debi ndash 000064 mᵌ sn olarak ccedilıktı Motorun hava ccedilıkış kısmına fan bağlamanın verimli
olmadığı sonucuna varıldı Oumlnceden oluşturulan oluklardaki 1cmrsquolik aralıklarla
havanın geniş bir alana gitmesi ccedilok zordur Ve bu akışı goumlnderebilmek iccedilin fazladan
basınccedil uygulanması gerekir Bu sebepler debinin duumlşmesine sebep olmuştur
46
Şekil 40 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Ccediloumlzuumlmuuml
47
BOumlLUumlM 4 SONUCcedilLAR
Verim= (Alınan Guumlccedil Verilen Guumlccedil)= (∆P x Q) (T x ὠ)
A_inlet = (r_tip)2 1000 - (r_hub)21000
A_outlet =( U_h1000)2 - (U-t1000)2
U= ὠ x r
Fan hesaplarıdan debi değeri ve tork değeri duumlşmuumlştuumlr Aşağıda yeni fanımızın verimi
yukarıdaki formuumlllere goumlre excelde hesaplanmıştır
tork(Nm) w(radsn) ṁ(kgm^3) verim deltap (Pa)
Orijinal Fan 00393645 15687 00391 60152783 95
Yeni Fan 00043869 15687 0039167 54068744
Tabloda da goumlruumllduumlğuuml uumlzere eski fanın oumlzelliklerine bakılarak hız uumlccedilgeni youmlntemiyle
oluşturulan yeni fan 540 verimli ccedilıkmıştır
Motorun oumln kısmın koyduğumuz fanda ise dar oluklardan buumlyuumlk bir hacime giriş
yaptığı iccedilin tek youmlnluuml analizde kuumltlesel debi negatif değerde ccedilıkmıştır
(Kuumltlesel debi) ṁ=ƍ( oumlzkuumltle) x A(alan) x V( akışkan hızı)=kgsn ndash Formuluumlnden
dolayı verimin hesaplanmasına gerek yoktur
48
BOumlLUumlM 5 EKLER
EK1- MEVCUT FAN
EK2- YENİ FAN
49
KAYNAKCcedilA
Baykal R 2011 Asenkron Motorlar Uumlzerine Enerjiİ Verimliliği Uygulanması
Yayın Tarihi 15032011
Ccedilalışkan M 2014 Eksenel Akışlı Fan Tasarımı Yuumlksek Lisans İstanbul Teknik
Uumlniversitesi TUumlRKİYE
Moavani S 2015 Sonlu Elemanlar Analizi Teorisi ve Ansys ile Uygulamalar
İstanbul
Onaygil S 2006 Enerji Verimliliği Kanunun Tanıtımı Yuumlksek Lisans
URL1 lthttpdeneysancomContentimagesdocumentshavalandirma-
4_39143832pdfgt Erişim Tarihi 12032016
URL2 lt httpwwweiegovtrgt Erişim Tarihi 20042016
URL3 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi
12052016
URL4 ltwwwtuumlikgovtrgt Erişim Tarihi 14052016
URL5 ltwwwemoorgtrekler364734147179187_ekpdfgt Erişim Tarihi 16052016
URL6 ltwwwinverter-plcnetmotoryıldız_uumlccedilgen_bağlantıhtmlgt Erişim Tarihi
18052016
URL7 ltwwweiegovtreie-webturkceenMotor_Verimliligi_Brosurupdfgt Erişim
Tarihi 20052016
URL8 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi
07062016
URL9 ltwwwfigescomtransysansys-nedirphpgt Erişim Tarihi 09062016
50
OumlZGECcedilMİŞLER
Elif CcedilİCcedilEK
Eyluumll 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Duumlzce Anadolu İmamhatip Lisesinde
tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi İlahiyat Fakuumlltesirsquoni kazandı 2012 yılında
Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine
başladı Halen eğitimine devam etmektedir
İletişim
apsuvaelifhotmailcom
Nesrin ALTUNBOĞA
Ağustos 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Haydarpaşa Teknik Okulları Raylı
Sistemler Teknolojileri Boumlluumlmuumlnuuml tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi
Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Boumlluumlmuumlnuuml kazandı Halen eğitimine
devam etmektedir
İletişim
naltunbogagmailcom
Rumeysa ALGUumlL
Ekim 1992rsquo de Konyarsquoda doğdu Lise oumlğrenimini Lafarge Aslan Ccedilimento Anadolu
Teknik Lisesirsquonde 2010 yılında tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi Teknoloji
Fakuumlltesi Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliğini kazandı 2013 yılında Teknoloji
Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine başladı Halen eğitimine devam
etmektedir
İletişim
rumeysaalgulgmailcom
51
52
iii
MARMARA UumlNİVERSİTESİ
TEKNOLOJİ FAKUumlLTESİ
MEKATRONİK MUumlHENDİSLİĞİ BOumlLUumlMUuml
Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Boumlluumlmuuml
Oumlğrencileri Elif CcedilİCcedilEK Nesrin ALTUNBOĞA ve Rumeysa ALGUumlLrsquo uumln
ldquoELEKTRİK MOTORLARINDA (ASENKRON MOTORLARDA)
VERİMLİLİK ANALİZİNİN ARAŞTIRILMASIrdquo başlıklı bitirme projesi
ccedilalışması 16062016 tarihinde sunulmuş ve juumlri uumlyeleri tarafından başarılı
bulunmuştur
Juumlri Uumlyeleri
Yrd Doccedil Dr Abdurrahman OumlZTUumlRK (Danışman)
Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği (İMZA)helliphellip
Prof Dr Haluk KUumlCcedilUumlK (Uumlye)
Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği (İMZA)helliphellip
Doccedil Dr Sezgin ERSOY (Uumlye)
Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği (İMZA)helliphellip
Yrd Doccedil Dr Huumlseyin YUumlCE (Uumlye)
Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği (İMZA)helliphellip
i
OumlNSOumlZ
ldquoElektrik Motorlarında (Asenkron Motorlarda) Verimlilik Analizinin Araştırılmasırdquo
adlı bu ccedilalışma Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği
Boumlluumlmuuml oumlğrencileri tarafından ldquoBitirme Projesirdquo olarak hazırlanmıştır
Bu ccedilalışmada enduumlstri de sıklıkla kullanılan elektrik motorlarından sincap kafesli
asenkron motorlar iccedilin farklı fan tasarımları yapılarak verimliliklerde meydan gelen
değişimler incelenmiştir
Bu proje kapsamında lisans tez danışmanlığımızı uumlstlenerek bize sunmuş olduğu
ccedilalışma fırsatı ve ccedilalışmalarımızın her aşamasında bilgi destek ve yorumlarını
esirgemeyen değerli hocamız Sayın Yrd Doccedil Dr Abdurrahman OumlZTUumlRKrsquo e en iccedilten
teşekkuumlrlerimizi sunar akademik hayatındaki başarılarının devamını dileriz
Ayrıca bu araştırma iccedilin deneyler de yardımcı olan sayın Doccedil Dr Uumlmit K TERZİ ve
Doccedil Dr Caner AKUumlNERrsquo e teşekkuumlrlerimizi de bir borccedil biliriz
HAZİRAN 2016
Elif CcedilİCcedilEK
Nesrin ALTUNBOĞA
Rumeysa ALGUumlL
ii
İCcedilİNDEKİLER
OumlNSOumlZ i
İCcedilİNDEKİLER ii
OumlZET v
SEMBOLLER LİSTESİ vi
KISALTMALAR LİSTESİ vii
ŞEKİLLER LİSTESİ viii
TABLO LİSTESİ x
BOumlLUumlM 1 GİRİŞ 1
11 CcedilALIŞMA KONUSUNUN TANIMI 1
12 CcedilALIŞMA KONUSUNUN AMACI 2
13 ELEKTRİK MOTORU 2
111 Elektrik Motorlarının Sınıflandırılması 2
14 TUumlRKİYErsquo DE VE DUumlNYArsquo DA ELEKTRİK MOTORLARININ ENERJİ
TUumlKETİMİ 3
15 ELEKTRİK MOTORLARINDA VERİMİN OumlNEMİ VE VERİM SINIFLARI 5
151 Mevzuat 7
16 MOTOR VERİMİNİ ETKİLEYEN FAKTOumlRLER 9
161 Verim 9
162 Kayıplar 10
1621 Demir Kayıpları 10
1622 Bakır Kayıpları 10
1623 Ruumlzgar ve Suumlrtuumlnme Kayıpları 10
BOumlLUumlM 2 MATERYAL VE YOumlNTEM 11
21 ASENKRON MOTORLAR 11
22 ASENKRON MAKİNALARIN YAPISI 12
221 Stator 12
iii
222 Rotor 13
23 ASENKRON MOTORLARIN CcedilALIŞMA İLKESİ 14
231 Doumlner Alan 14
232 Senkron Hız 15
233 Kayma 16
24 ASENKRON MOTOR CcedilEŞİTLERİ 17
241 Uumlccedil Fazlı Kısa Devre (Sincap Kafesli ) Asenkron Motorlar 17
242 Bilezikli (Sargılı rotorlu) AC Motorlar 18
25 Elektrik Motorlarına Yıldız-Uumlccedilgen Yol Verme 18
26 FANLAR 21
261 Genel Bilgiler 21
262 Fan Ccedileşitleri 21
2621 Eksenel Fanlar 21
2622 Karışık Akışlı (Radyal-Eksenel) Fanlar 22
2623 Radyal (Santrifuumlj) Fanlar 23
BOumlLUumlM 3 BULGULAR VE TARTIŞMA 24
31 SONLU ELEMANLAR YOumlNTEMİ 24
312 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Negatif Youmlnleri 25
32 ANSYS PROGRAMI 26
33 MEVCUT FAN UumlZERİNDE YAPILAN ANALİZLER 27
331 Geometri 28
332 Sayısal Ağ Oluşturma (Mesh) 30
333 Sınır Şartları 34
334 Ccediloumlzuumlm - Sonuccedillar 35
34 YENİ FAN TASARIMI 37
341 Fan Tasarımı İccedilin Kabuller 37
342 Fan Tasarım Parametreleri 37
iv
3421 Geometri 40
3422 Sayısal Ağ Oluşturma 40
3423 Ccediloumlzuumlm 41
3423 Sonuccedillar 43
343 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanması 44
3431 Geometri 44
3432 Sayısal Ağ Oluşturma 45
3433 Kod Ccediloumlzuumlmuuml 45
BOumlLUumlM 4 SONUCcedilLAR 47
BOumlLUumlM 5 EKLER 48
KAYNAKCcedilA 49
OumlZGECcedilMİŞLER 50
v
OumlZET
Guumlnuumlmuumlzde enerji kullanımının artması ile enerji kaynaklarının hızla tuumlkenmekte
olduğu goumlruumllmektedir Enerji maliyetlerinin de oumlnemli şekilde artması mevcut
kaynakların optimum bir şekilde kullanılması gerekliliğini vurgulamaktadır 2007
yılında uumllkemizde ldquoEnerji Verimliliği Kanunurdquo yuumlruumlrluumlğe girmiş 20082 sayılı
Başbakanlık Genelgesirsquoyle kamu oumlzel ve sivil toplum kuruluşlarının katılımıyla ldquo
Ulusal Enerji Verimliliği Hareketirdquo başlatılmış ve 2008 yılı ldquo Enerji Verimliliği Yılırdquo
olarak ilan edilmiştir
Elektrik motorlarının duumlnyadaki kullanımına bakıldığında binalarda kullanılan
elektriğin 36rsquosı enduumlstri ve altyapıda ise 70rsquoi elektrik motorları tarafından
tuumlketilmektedir Asenkron motorlar enduumlstride yaygın olarak kullanılmaktadır
Asenkron elektrik motorları ise uumllkemizin toplam elektrik tuumlketiminin yaklaşık
36rsquosını oluşturmaktadır Hatta sanayide sektoumlrel bazda bu oran 80rsquolere kadar
ccedilıkmaktadır Bu sebeple elektrik motorlarında verimi arttırıcı oumlnlemler uumllkemizin
elektrik tuumlketimi konusundaki tasarruf planlarına buumlyuumlk katkı sağlayacaktır
Bu ccedilalışmada mevcut durumun değerlendirilmesi iccedilin sonlu elemanlar metodu (FEA)
ile CFX ortamında analizler yapılmıştır Elde edilen veriler sayesinde hız uumlccedilgeninden
yararlanarak yeni bir fan tasarlanmıştır Teorik hesaplama ile elde edilen fanın verim
uumlzerindeki etkisi bilgisayar ortamında yapılan analizle incelenmiştir Ccedilalışmamızın ilk
boumlluumlmuumlnde ccedilalışma konumuzun tanımı ve amacı hakkında bilgi verilmiştir İkinci
boumlluumlmde asenkron motorlar hakkında bilgi verilmiştir Fan tasarımı hakkında bilgiler
verilmiştir Uumlccediluumlncuuml boumlluumlmde ise yapılan deneyler sonrası elde edilen sonuccedillar ve bu
sonuccedillara ait grafikler sunulmuştur Son boumlluumlmde ise deney sonuccedillarının
yorumlanmasına yer verilmiştir
vi
SEMBOLLER LİSTESİ
Ainlet Girişin Alanı
AOut Ccedilıkışın Alanı
n1 n2 Senkron Doumlnme Hızı Rotorun Doumlnme Hızı
f Frekans
I Akım
n Motorun Devir Sayısı
ƞ Verim
p Kutup Sayısı
Q Debi
R Direnccedil
rhub Fan Kanadının Başlangıcı ile Mil Arasındaki Uzunluk
rpm Dakikada doumlnme sayısı
rtip Fan Kanadının Bitiş Noktası İle Mil Arasındaki Uzunluk
sn Saniye
U Gerilim
Uhub Hub Hızı
Utip Tip Hızı
V Akışın Mutlak Hızı
W Accedilısal Hız
β Kanat Accedilısı
ρ Yoğunluk
vii
KISALTMALAR LİSTESİ
AB Avrupa Birliği
AC Alternatif Akım
ANSYS Simulation Driven Product Development
BSTB Bilim Sanayi ve Teknoloji Bakanlığı
CAD Bilgisayar Destekli Tasarım
CENELEC Avrupa Elektrik Makinaları ve Guumlccedil Elektroniği İmalatları Komitesi
CFD Computational Fluid Dynamics
CFX Congregation Fratrorum Xaverianorum
DC Doğru Akım
FEA Sonlu Elemanlar Analizi
IE1 Standart Verimli
IE2 Yuumlksek Verimli
IE3 Ccedilok Yuumlksek Verimli
IE4 Suumlper Yuumlksek Ccedilok Verimli
IEC Uluslararası Elektronik Komisyonu
PN Ccedilıkış Guumlcuuml
TSE Tuumlrk Standartları Enstituumlsuuml
TUumlİK Tuumlrkiye İstatistik Kurumu
V Volt
viii
ŞEKİLLER LİSTESİ
Şekil 1 Elektrik Motorlarının Sınıflandırılması 2
Şekil 2 Sanayide Kullanılan Elektrik Motorlarının Kullanım Yerleri 5
Şekil 3 Talep Tarafında Elektrik Kullanımı 6
Şekil 4 TS-EN 60034-30-1 Standardına Goumlre Verimlilik Sınıfları 7
Şekil 5 Motor Verimini Etkileyen Faktoumlrler 9
Şekil 6 Kuumlccediluumlk Guumlccedilluuml Uumlccedil fazlı Sincap Kafesli Asenkron Motorun Kesiti 11
Şekil 7 Stator Saccedil Paketini Oluşturulmuş Farklı Tipte Statorlar 12
Şekil 8 Rotor Saccedil Paketini Oluşturan Değişik Rotor Saccedilları 13
Şekil 9 Uumlccedil Faz bobininin 6 Oluklu Statora Yerleştirilişi 14
Şekil 10 Standart Asenkron Motorların Anma Kayması ve Verimi 16
Şekil 11 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru 17
Şekil 12 Motora yıldız-uumlccedilgen yol verme 20
Şekil 13 Stator Sargı Uccedillarının Uumlccedilgen (D) Ve Yıldızı (Y) Bağlanması 20
Şekil 14 Asenkron Motora Yol Verme 20
Şekil 15 Akışın Simetri Ekseninde Hareket Etmesi 22
Şekil 16 Karışık Akışlı Fan Uygulamaları 22
Şekil 17 Radyal Duumlz Kanatlı Fanlara Oumlrnekler 23
Şekil 18 Sonlu Eleman Modeli 24
Şekil 19 SolidWorksrsquo ten İmport Etmek 27
Şekil 20 Akış Alanı Belirleme 28
Şekil 21 Slice Komutu ile Boumllgelere Ayırma 29
Şekil 22 Parccedilalar Arası Bağlantının Sağlandığı FromNew Part Boumlluumlmuuml 30
Şekil 23 Mesh oluşturma 30
Şekil 24 Mesh Geometrisi 31
Şekil 25 Mesh İsimlendirme 32
Şekil 26 Meshrsquo in Goumlsterimi 33
Şekil 27 Sınır Şartlarının Belirlenmiş Hali 34
Şekil 28 Setup Koşulların Belirlenmesi 35
Şekil 29 Akışın Youmlnelişi 36
Şekil 30 Debi Sonucu 36
Şekil 31 Fan Kanatlarının Accedilısı 38
Şekil 32 BladeGen Kanat Profili 39
ix
Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi 40
Şekil 34 Yeni Fan Tasarımının Sayısal Ağ Oluşturulması 40
Şekil 35 Tasarımı Yapılan Fanın Verimi 41
Şekil 36 Tasarımı Yapılan Fanın Torku 42
Şekil 37 Akışın Youmlnelişi 43
Şekil 38 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Geometrisi 44
Şekil 39 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Sayısal Ağ
Oluşturulması 45
Şekil 40 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Ccediloumlzuumlmuuml 46
x
TABLO LİSTESİ
Tablo 1 Tuumlrkiyersquode Elektrik Motorlarının Sektoumlrlere Goumlre Tuumlketimi 3
Tablo 2 Elektrik Motorlarının Tuumlrlerine Goumlre Pazar Dağılımları 4
Tablo 3 IE4 ile IE1 arasındaki ortalama verim farkı 4
Tablo 4 Başlıca Uumllkelerin Verimlilik Sınıfı Uygulama Tarihleri 8
Tablo 5 Tuumlrkiyersquo de Zorunlu Uygulamaya Geccediliş Suumlreci 8
Tablo 6 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru 15
Tablo 7 Mevcut Fanın Oumlzellikleri 37
Tablo 8 Sonuccedil olarak elde edilen değerler 38
Tablo 9 ANSYSrsquo de Elde Edilen Deneyler 44
1
BOumlLUumlM 1 GİRİŞ
Fan en temel anlamıyla bir basınccedil farkı oluşturarak havanın bir yerden başka yere
akışını sağlayan cihazlardır Fanlar ticari ve enduumlstri hayattın da birccedilok uygulamalarda
kullanılmaktadır Farklı boyutlarda farklı modeldeki fanlar (eksenel radyal vb)
soğutucular bilgisayarlar yıkayıcılar kurutucular ve klimalar gibi ccedileşitli sistemlerde
hava sirkuumllasyonunu sağlamak amacıyla kullanılmaktadır Yaygın olarak iki farklı
ccedileşidi kullanılmaktadır Bunlar eksenel ve radyal fanlardır Radyal akışlı fanlar
akışkanı doumlnme eksenine dik şekilde atarlarken eksenel akışlı fanlar ise doumlnme
eksenine paralel akış oluşturmaktadırlar (Ccedilalışkan 2014) Ccedilalıştıkları koşulda basınccedil
farkı oluşturmaktadırlar Fanların tahrik sistemlerinde genellikle elektrik motorları
kullanılmaktadır Fanlar sanayide ve ticari binalarda oumlnemli oranda elektrik tuumlketen
cihazlardır Halen Tuumlrkiyersquode sanayide eski teknoloji uumlruumlnuuml ve verimleri yuumlksek
olmayan ccedilok sayıda fan bulunmaktadır Bu nedenle enerji verimliliğinin artırılmasında
fanların ve fan sistemlerinin verimliliklerinin artırılmasının katkısı olacaktır (URL1)
11 CcedilALIŞMA KONUSUNUN TANIMI
Sincap kafesli asenkron motorlarının verimliliğini arttırma yolları incelenmiştir Bu
proje konusunda soğutma uumlzerine yoğunlaşarak fan tasarımı yapılmıştır Bir elektrik
motorun da fan 10rsquoluk guumlccedil harcadığı iccedilin fan tasarımın da kanat sayısını azaltarak
optimizasyon yapılmıştır Fan tasarımı iccedilin Ansys programını kullanarak kanatlardaki
torku azaltmaya youmlnelik ccedilalışmalar yapılmıştır Tasarımda ilk adım olarak temel hız
uumlccedilgenlerinden yararlanılarak gerccedileğe yakın olacak şekilde sonuccedillar oluşturulmuştur
Sonuccedilların uygunluğu doğrultusunda ccediloumlzuumlm iccedilin gerekli kontrol hacimleri kaba ve
nitelikli ağ oumlrguumlsuuml şeklinde oluşturularak analizler gerccedilekleştirilmiştir
Uumlccedil boyutlu hesaplamalı akışkanlar dinamiği analizi uygulanarak gerccedileğe daha yakın
bir model simulasyonu oluşturulmuş ve uumlccedil boyutta etkileri inceleme olanağı
sağlanmıştır Tasarım sırasında hız uumlccedilgenlerinden yararlanılarak yapılan fan
tasarımının ccediloumlzuumlmuumlnde hızlı sonuccedil alınması ve ccedilok fazla iterasyona olanak sağlayan
turbomakina yazılımı kullanılmıştır Akışkan hareketini youmlneten denklemlerin
2
ccediloumlzuumlmuumlnde kullanılan sonlu hacimler programı iccedilin gerekli ağ oumlrguumlsuumlnuumln de hızlı bir
şekilde kullanımı iccedilin turbomakina yazılımından faydalanılmış ve zaman olarak
ccedilalışmaya oumlnemli oumllccediluumlde katkısı olmuştur
12 CcedilALIŞMA KONUSUNUN AMACI
Bahsi geccedilen ccedilalışma konusunda fan tasarımın da enerjinin verimli kullanılması seccedilim
imalat ve işletme suumlreccedillerinin optimum olması sağlanmış Fan tasarımında fanın
ccedilalıştırılacağı sistem projelendirilip yapılırken dikkat edilmelidir Ccediluumlnkuuml fanlar yatırım
maliyetlerinden daha fazla enerji tuumlketmektedirler Bu nokta da elektrik motorlarında
verimi arttırıcı oumlnlemler alınarak elektrik tuumlketimi konusunda tasarruf planlarında
buumlyuumlk katkı sağlanması hedeflenmiştir
13 ELEKTRİK MOTORU
Elektrik enerjisini mekanik enerjiye ccedileviren makinedir Her elektrik motoru biri sabit
(stator) ve diğeri kendi ccedilevresinde doumlnen (rotor) iki ana parccediladan oluşur Bu ana
parccedilalar elektrik akımını ileten (sargılar vb) manyetik akıyı ileten parccedilalar ve
konstruumlksiyon parccedilaları (yataklar vb) olmak uumlzere tekrar kısımlara ayrılır (URL2)
111 Elektrik Motorlarının Sınıflandırılması
Şekil 1 Elektrik Motorlarının Sınıflandırılması
Elektrik Motoru
Doğru Akım
DC Motor
Alternatif Akım
AC Motor
Senkron Motor Asenkron Motor
3 Fazlı Asenkron
Motor
Tek Fazlı Asenkron
Motor
3
14 TUumlRKİYErsquo DE VE DUumlNYArsquo DA ELEKTRİK MOTORLARININ ENERJİ
TUumlKETİMİ
Enerjide arz guumlvenliğinin sanayide sanayide suumlrduumlrebilirliğinin ve buumlyuumlmenin ise
kalkınmada oldukccedila oumlnem taşıdığı guumlnuumlmuumlzde saklı enerji kaynağı sayılabilecek olan
verimlilik hususu belirtilmektedir TUumlİK verilerine goumlre Tuumlrkiye elektrik enerjisinin
2013 yılı itibariyle 471rsquoi sanayi sektoumlruumlnde tuumlketilmektedir Sanayide kullanılan
elektrik motorları ise bu sektoumlrde tuumlketilen elektrik enerjisinin 70rsquo ini teşkil
etmektedir Sanayinin buumlyuumlmesi son yıllardaki ARGE ccedilalışmalarının ilerlemesi ve
otomasyon sistemleri ile daha yoğun teknoloji ile Tuumlrkiye piyasasına 1 milyon elektrik
motoru arz edilmektedir Tuumlrkiyersquode de Bilim Sanayi ve Teknoloji Bakanlığı (BSTB)
tarafından AB mevzuatı ile uyumlu hale getirilen yerel mevzuat soumlz konusu elektrik
motorları iccedilin enerji verimlilik endeksini ve beyanını ve bulunması gereken en duumlşuumlk
seviyeyi zorunlu kılmaktadır ve ccedilalışmalar yapılmaktadır Bunun sonucunda
Tuumlrkiyersquode kullanılan elektrik motorları uumlzerinde sektoumlrel ve sınıfsal accedilıdan enerji
tuumlketimi irdelenmektedir Yapılan bu ccedilalışmalar ile duumlşuumlk verimli elektrik motorlarının
yuumlksek verimli elektrik motorları ile değiştirilmesi yoluyla Tuumlrkiyersquode yaklaşık yılda
2500 GWhrsquo lik enerji tasarrufu edildiği goumlruumllmuumlştuumlr (URL4)
2013 yılı TUumlİK verilerine goumlre Tuumlrkiyersquode toplam 198045 GWh Elektrik Enerjisi
tuumlketilmiştir Tuumlketilen bu enerjinin 93280 GWh kadarı sanayide tuumlketilmiştir
Tablo 1 Tuumlrkiyersquode Elektrik Motorlarının Sektoumlrlere Goumlre Tuumlketimi
Sektoumlr Elektrik Motorların Sektoumlrel
Tuumlketimi TWhYıl
Sektoumlruumln Toplam Enerji
Tuumlketimi TWhYıl
Sanayi 46 68
Ticaret 14 20
Mesken 8 35
Diğer 1 20
Toplam 69 144
4
Enerji verimliliği ccedilalışmalarında elektrik motorlarının kullanımlarının sektoumlrel
dağılımlarının yanı sıra motorların sınıflandırılması da oldukccedila oumlnemlidir
Duumlnyada 2 23 milyar elektrik motorlarının bulunduğu tahmin edilmektedir Ancak bu
motorların 2 milyar kadar adedi 075 kW guumlcuumln altındadır ve enerji tuumlketiminin 9 u
kadarını karşılar 075- 375 kW aralığında kalan motorlar ise elektrik motorlarının 11
ini oluştururken enerji tuumlketiminin 68 kadarını oluşturur 375 kW guumlccedil uumlstuumlndeki
motorlar elektrik motorlarının 1rsquoini oluştururken enerji tuumlketiminin 23rsquouumlnuuml
karşılar
Tablo 2 Elektrik Motorlarının Tuumlrlerine Goumlre Pazar Dağılımları
TİPİ le 750
W
075 - 375
kW
gt 375
kW
DC Motor Ve
Generatoumlrler
56 21 5
AC Tek Fazlı
Motorlar
29 30 -
AC Uumlccedil Fazlı
Motorlar
5 49 95
Diğer 10 - -
Tuumlrkiyersquo de elektrik enerjisinin 471rsquo i sanayide sanayide tuumlketilen elektrik
enerjisinin 67rsquosi motorlarda motorlarda tuumlketilen elektrik enerjisinin 91rsquoi 075-
1000 kW guumlccedil aralığındaki motorlarda tuumlketilmekte ve bu motorların 87rsquosinin
asenkron motorlar olduğu soumlylenebilir
IE4 ile IE1 standartları arasındaki fark buumlyuumlktuumlr 90 kW ve uumlstuumlnde ortalama fark
yaklaşık 3 seviyesindedir 075 ile 75 kW arasında ortalama verim farkı yaklaşık
10 75 ile 90 kW aralığında ise ortalama verim farkı 5 seviyesindedir
Tablo 3 IE4 ile IE1 arasındaki ortalama verim farkı
Guumlccedil Aralığı Ortalama IE1 - IE4 verim
Farkı ()
012-075 kW 17
075-75 kW 10
75-90 kW 5
90-1000 kW 3
5
15 ELEKTRİK MOTORLARINDA VERİMİN OumlNEMİ VE VERİM
SINIFLARI
Uumlretilen toplam elektriğin yaklaşık yarısı sanayi sektoumlruumlnde kullanılan elektriğin ise
yaklaşık uumlccedilte ikisi motorlar tarafından tuumlketilmektedir Bu da sanayide yuumlksek verimli
motor kullanımının enerji maliyetinin duumlşuumlruumllmesinde ne kadar oumlnemli olduğunu
goumlsterir Yuumlksek verimli motorların kullanımı aynı zamanda sera gazları salınımında
ciddi azalmalara sebep olmakta ve enerjide dışa bağımlılığın azaltılmasına katkı
yapmaktadır (URL7)
Şekil 2 Sanayide Kullanılan Elektrik Motorlarının Kullanım Yerleri
Elektrik motorlarının duumlnyadaki kullanımına bakarsak binalarda kullanılan elektriğin
36rsquosı enduumlstri ve altyapıda ise 70rsquoi elektrik motorları tarafından tuumlketilmektedir
Asenkron elektrik motorları uumllkemizin toplam elektrik tuumlketiminin yaklaşık 36rsquosını
oluşturmaktadır Hatta sanayide sektoumlrel bazda bu oran 80rsquolere kadar ccedilıkmaktadır
Bu sebeple elektrik motorlarında verimi arttırıcı oumlnlemler uumllkemizin elektrik tuumlketimi
konusundaki tasarruf planlarına buumlyuumlk katkı sağlayacaktır Satın alma maliyeti
ortalama motor oumlmruuml boyunca toplam maliyetin 2rsquolik kısmına denk gelmektedir
Tek bir motor sarımının maliyeti toplam tutarın 1rsquoini oluşturmaktadır Elektrik
motorunun kullanım oumlmruuml boyunca tuumlkettiği elektrik enerjisinin maliyeti ise toplam
maliyetin 97rsquosine tekabuumll etmektedir (URL2)
42
7
22
29
DİĞER KOMP FAN POMPA
6
Şekil 3 Talep Tarafında Elektrik Kullanımı
VERİMİN OumlNEMİ
Asenkron motorlarda ccedileşitli verimlilik sınıfları mevcuttur Avrupa Elektrik Makineleri
Uumlreticileri Komitesi (CEMEP) ve Avrupa Komisyonunun 28 Haziran 1999 tarihli
deklarasyonu motorları verim sınıflarına goumlre ayırmıştır Yuumlksek Verimli motorlar
(EFF1) verimi iyileştirilmiş motorlar (EFF2) ve duumlşuumlk verimli motorlar (EFF3)
CEMEP‟ in bu deklarasyonunu takiben motor uumlreticileri ile yaptığı goumlnuumllluuml anlaşmalar
ile duumlşuumlk verimli motor (EFF3) uumlretimini kısıtlama yoluna gitmiştir Bunun yanı sıra
Duumlnyada artan enerji talebi ile birlikte birccedilok uumllke goumlnuumllluuml ya da zorunlu olarak daha
yuumlksek verimli motor kullanımını sağlamaya ccedilalışmıştır (Onaygil 2006)
Verimlilik sınıflarına 2008 yılında yenilik getirilmiştir Bu yenilik IEC( Uluslararası
Elektronik Komisyonu) tarafından yayımlanmıştır CENELEC tarafından da 2009
yılında Avrupa normu haline gelmiştir 2010 yılında da TSE tarafından kabul
edilmiştir Bu yenilik verimlilik sınıflarına getirilen IE1 IE2 IE3 IE4 şeklinde olan
tanımlamalardır Bu tanımlamalarda IE1= EFF2 olup IE2=EFF1rsquo in karşılığıdır
IE1= STANDART VERİMLİ
IE2= YUumlKSEK VERİMLİ
IE3=CcedilOK YUumlKSEK VERİMLİ
IE4=SUumlPER YUumlKSEK CcedilOK VERİMLİ
Şeklinde sınıflandırılmıştır
AYDINLATMA19
DİĞER ELEKTRİK MOTORLARI
4
ASENKRON MOTORLAR
36
DİĞER3
ELEKTRONİK ALETLER
8
ISITMA15
EV GERECcedilLERİ15
7
2014 yılında TS- EN 60034-30 standardı doğrudan şebekeden beslenen motorlar ve değişken
hız suumlruumlcuumlluuml motorlar olmak uumlzere iki kısma ayrılmıştır Şebeke tarafından doğrudan beslenen
motorlar iccedilin verimlilik sınıflarını tayin eden başka bir standart koyulmuştur TS-EN 60034-
30-1 standardıdır Bu standart faklı olarak 012- 1000 kW guumlccedil aralığını kapsamakta ve IE4
verimlilik sınıfını da tanıtmaktadır Ayrıca 8 kutuplu motorlar da bu kapsama alınmıştır
Henuumlz TS- EN 60034- 30- 2 sınıfı yayınlanmamıştır
Şekil 4 TS-EN 60034-30-1 Standardına Goumlre Verimlilik Sınıfları
151 Mevzuat
Elektrik motorları hususunda ilk yasal duumlzenleme Avrupa Birliğinin Elektrik Motorları
ile İlgili Ccedilevreye Duyarlı Tasarım Gereklerine Dair EC6402009 sayılı tuumlzuumlğuumlduumlr
Beraberinde 4703 sayılı Uumlruumlnlere İlişkin Teknik Mevzuatın Hazırlanması ve
Uygulanmasına Dair Kanunun 14 uumlncuuml maddesine dayanılarak hazırlanan Enerji ile
İlgili Uumlruumlnlerin Ccedilevreye Duyarlı Tasarımına İlişkin Youmlnetmelik 2010 yılında
yuumlruumlrluumlğe girmiştir Daha sonra 2012 yılında EC6402009 referans alınarak
hazırlanan ve uyumlaştırılan SGM- 20122 Elektrik Motorları İle İlgili Ccedilevreye
Duyarlı Tasarım Gereklerine Dair Tebliğ yayımlanarak ulusal mevzuata
kazandırılmıştır
Bu tebliğ ile 2 4 6 kutuplu anma gerilimi en fazla 100 (UN) en fazla 1000 V olan
anma ccedilıkış guumlcuuml (PN) 075 kW ile 375 kW arasında olan ve suumlrekli ccedilalışacak şekilde
100
90
80
70 012 24 48 960
IE1 IE2 IE3 IE4
8
tasarlanmış tek hızlı 3 fazlı 50 Hz veya 5060 Hz sincap kafesli enduumlksiyon motorları
denetim kapsama alınmış bulunmaktadır
Bu tebliğde oumlnemli bir diğer husus ise uygulamaya youmlnelik olan zorunluluklardır
Onlar şunlardır IE1 sınıfı verimlilikte olan motorların piyasaya arz edilmesinin
yasaklanması ve diğer verimlilik sınıfına geccediliş suumlrecinin tanımlanmasıdır
Tablo 4 Başlıca Uumllkelerin Verimlilik Sınıfı Uygulama Tarihleri
BOumlLGE IE1 IE2 IE3
ABD - 1998 2011
AB - 2011 2015
PRC 2000 2011 2015
TUumlRKİYE - 2012 2015
Bunun dışında 01012015 tarihinden itibaren anma ccedilıkış guumlcuuml 75 kW ile 375 kW
arasında olan motorların veriminin IE3 verim seviyesinden duumlşuumlk olmayacağını veya
piyasaya arz edilen motorların IE2 verim seviyesini karşılayacak ve değişken hızlı
tahrikle teccedilhiz edilmesi gerektiğini bildirmektedir (URL5)
Tablo 5 Tuumlrkiyersquo de Zorunlu Uygulamaya Geccediliş Suumlreci
Sınıfı Zorunlu Yuumlruumlrluumlk
Tarihi
Accedilıklama (İstisnalar)
IE1 02042012 2 Nisan 2012 tarihinden itibaren piyasaya suumlruumllmesi
yasaklanmıştır
IE2 02042012 01012015 tarihine kadar kullanılabilecektir
IE3 01012015 Değişken hızlı tahrikle teccedilhiz edilmesi halinde IE2 verim
seviyesi kullanılabilecek (75 kW - 375 kW)
IE3 01012017 Değişken hızlı tahrikle teccedilhiz edilmesi halinde IE2 verim
seviyesi kullanılabilecek (075 kW - 375 kW)
9
16 MOTOR VERİMİNİ ETKİLEYEN FAKTOumlRLER
161 Verim
Bir elektrik motorunun bağlı bulunduğu şebekeden ccedilektiği enerjinin tamamı mekanik
enerjiye doumlnuumlşmez Elektrik motorunun milinden aldığı faydalı guumlccedil şebekeden ccedilektiği
guumlccedilten kayıp guumlccedillerin ccedilıkmış halidir
Asenkron motorun şebekeden ccedilektiği guumlcuumln yuumlzde kaccedilının motorun milinden mekanik
guumlccedil olarak alındığını verim goumlsterir
Verim= ((Alınan G ) (Verilen Guumlccedil))x100
ή= (PaPv)x100
Verilen guumlccedil ile alınan guumlccedil arasındaki fark toplam kayıplardır Asenkron motorlarda
kayıplar stator demir kaybı stator ve rotor bakır kayıpları ile rotorun suumlrtuumlnme ve
ruumlzgacircr kaybından ibarettir
DEMİR
KAYIPLARI
GOumlVDE
STATOR
DİRENCİ
ROTOR
DİRENCİ
RUumlZGAR
SUumlRTUumlNME
DİRENCİ
EK
KAYIPLA
Şekil 5 Motor Verimini Etkileyen Faktoumlrler
10
162 Kayıplar
Demir Kayıpları
Bakır Kayıpları
Suumlrtuumlnme Kayıpları
1621 Demir Kayıpları
Demir kayıpları stator ve rotor saccedillarında meydana gelen histerezis ve fuko
kayıplarıdır Bu kayıplar frekans ve manyetik enduumlksiyon ile oranlıdır
Stator demir kayıpları stator frekansı sabit olduğuna goumlre değişmemektedir Yalnız
rotor demir kayıpları rotor frekansı ile değişir Ancak boş ve yuumlkluuml ccedilalışmada rotor
frekansı ccedilok kuumlccediluumlktuumlr Bu sebeple rotor demir kayıpları ccedilok kuumlccediluumlk olur ve ihmal
edilebilir 0 halde bir asenkron motorun demir kayıpları stator demir kayıplarına
eşittir denebilir Stator frekansı sabit olduğundan demir kayıpları da buumltuumln yuumlkler iccedilin
sabittir
1622 Bakır Kayıpları
Asenkron motorlarda stator ve rotor omik direnccedillerinden dolayı I12R1 ve I2
2R2
değerinde bakır kayıpları meydana gelir Bakır kayıpları sargı direnccedilleri sabit
olduğuna goumlre yuumlk akımları I1 ve I2 lsquonin karesi ile değişir Şu halde bu kayıplar
yuumlkle değişen kayıplardır
Rotor ve stator bakır kayıplarını bulabilmek iccedilin akım ve direnccedillerin bilinmesi gerekir
Genel olarak bakır kayıpları motorun kısa devre deneyinden tuumlm olarak hesaplanır
1623 Ruumlzgar ve Suumlrtuumlnme Kayıpları
Asenkron motorlarda suumlrtuumlnme ve ruumlzgacircr kayıpları devir sayısı ile biraz değişirse
de bu değişim ccedilok az olduğu iccedilin sabit kabul edilebilir Suumlrtuumlnme ve ruumlzgacircr
kayıpları boş ccedilalışma deneyinde demir kayıpları ile birlikte bulunur Demir
kayıpları ile ruumlzgacircr ve suumlrtuumlnme kayıplarına sabit kayıplar denir
11
BOumlLUumlM 2 MATERYAL VE YOumlNTEM
21 ASENKRON MOTORLAR
Asenkron motorlar başlıca iki kısımdan oluşur
Hareket etmeyen kısım Stator
Doumlnme hareketi yapan kısım Rotor
Asenkron makineler motor olarak stator sargıları ile aldığı elektrik enerjisini
rotorundan doumlnme hareketi yaparak mekanik enerjiye ccedileviren ve generatoumlr olarak
rotorundan aldığı doumlnme hareketi mekanik enerjisini bazı koşullar altında stator
sargılarında elektrik enerjisine ccedileviren elektromekanik makinelerdir
Motor olarak birkaccedil Wattrsquotan 300 MW guumlcuumlne kadar uumlretilmektedir Generatoumlr olarak
az kullanılmakla beraber son zamanlarda ruumlzgacircr enerjisinden elektrik enerjisi elde
etmek amacı ile ruumlzgacircr tuumlrbini ile birlikte ccedilalışmaktadırlar
Stator sargı gerilimleri alccedilak gerilim 220Vdan orta gerilim 22kVa kadar
değişmektedir Doumlnme sayıları sabit değildir fakat doumlnme sayısı yuumlkle az değişir
Doumlnen diğer elektrik makinelerine kıyasla daha sağlam daha az bakım isteyen ve daha
ucuz makinelerdir Son yıllarda yarı iletken guumlccedil elektroniğindeki teknolojik
gelişmeler ile asenkron makinelerin kontroluuml kolayca yapılabilmektedir (Baykal
2011)
Şekil 6 Kuumlccediluumlk Guumlccedilluuml Uumlccedil fazlı Sincap Kafesli Asenkron Motorun Kesiti
12
22 ASENKRON MAKİNALARIN YAPISI
Asenkron makineler başlıca iki kısımdan oluşmaktadır Bunlar
Stator
Rotor
Şekil 7 Stator Saccedil Paketini Oluşturulmuş Farklı Tipte Statorlar
221 Stator
Stator Asenkron motorun duran kısmıdır 04 - 05 veya 08 mm kalınlığında silisyumlu
saccedillar oumlzel kalıplarla preste basılır ve paketlenir Stator saccedilları paketlenince uumlccedil fazlı
sargıların yerleştirileceği stator nuumlvesi elde edilir Bu nuumlve stator goumlvdesinin iccediline
sıkıca yerleştirilir Goumlvdeye motorun ayakları monte edilir Goumlvdeye motor kapaklan
takılır motor kapaklan ortalarındaki bilyeli yataklar statorun ortasında doumlnecek olan
rotora yataklık ederler
1Halkalı Duumlzen Kuumlccediluumlk ve orta guumlccedilteki makinelerde uygulanan bu konstruumlksiyon
şeklinde saccedil paket ya karkas dışında istiflenerek uzun saplamalarla kendi uumlzerine
sıkılır yada saccedil levhalar karkas iccedilinde istiflenir
2 Segmanlı Duumlzen Bu duumlzende saccedil paketi daima karkas tarafından gergin durumda
tutulur Segmanlı duumlzende saccedil paketi rijitli halkalı duumlzendekine oranla da az
olduğundan burada seccedililecek olan karkasın daha kuvvetli olması gerekir (Baykal
2011)
13
222 Rotor
Rotor Asenkron motorun doumlnen kısmıdır ve rotor saccedil paketi ile rotor sargılarından
oluşur Rotor saccedil paketi 05 mm‟lik silisyumlu saccedillardan yapılır Saccedilların yuumlzeyleri
ccedilok ince bir film tabakası ile yalıtılmıştır Saccedillar oumlzel kalıplarda pres altında oluk
dişler ve sıkıştırma cıvata delikleri oluşacak şekilde saccedil şeritlerden kesilerek ccedilıkartılır
Saccedillar bir araya getirilerek pres altında sıkıştırılır ve cıvatalarla bu halde kalması
sağlanır
Diğer doumlnen elektrik makinelerine goumlre stator ile rotor arasında kalan hava aralığı ccedilok
kuumlccediluumlktuumlr Motorun guumlcuumlne goumlre hava aralığının radyal boyu 05 - 1 - 3 mm kadar
olabilir Boumlylesine kuumlccediluumlk bir hava aralığı boşta ccedilalışma akımını kuumlccediluumlk tutmak iccedilin
yapılır Rotor olukları motorun elektrik karakteristiklerini etkileyen değişik biccedilimlerde
yapılır Rotor oluklarına rotor sargıları yerleştirilir
Şekil 8 Rotor Saccedil Paketini Oluşturan Değişik Rotor Saccedilları
Rotor sargıları uumlccedil fazlı olarak ya da sincap kafesli olarak yapılır Rotoru sargılı olan
ve sargı uccedilları doumlnen bilezik-sabit fırccedila ile dışarı ccedilıkartılan motorlara bilezikli asenkron
motor denir Sincap kafesli motorlarda rotor oluklarına bakır ccedilubuklar yerleştirilir Bu
ccedilubuklar her iki baştan dairesel halkalarla kısa devre edilerek sincap kafesine
benzeyen kendi uumlzerine kapatılmış bir sargı elde edilir Sincap kafesli motor sargısı
oumlzel kalıplarla rotor oyuklarına basınccedil altında aluumlminyum puumlskuumlrtuumllerek uumlretilir
Boumlylece uumlretilen rotor sincap kafesi aluumlminyumdan yapılmış olur
Sincap kafesli asenkron motorun rotorundan hiccedilbir uccedil ccedilıkmadığı iccedilin bu motorun
kontroluuml sadece statordaki elektrik uccedillarından yapılabilmektedir Oysa bilezikli
asenkron motorun rotor sargı uccedilları bilezik ve fırccedila sistemi ile dışarı ccedilıkarıldığından
14
bu motorun kontroluuml hem stator sargı uccedillarından ve hem de rotor sargı uccedillarından
yapılabilmektedir
Sincap kafesli motorun rotor sargısı buumlyuumlk motorlarda bakır ccedilubukların rotor
oluklarına yerleştirilmesi ve iki baştan kısa devre elde edilmesi ile oluşturulur Kuumlccediluumlk
motorlarda rotorun sincap kafesi aluumlminyum puumlskuumlrtme ve kalıplarla elde edilir
Rotoru sincap kafesli bir motorun sincap kafesi değişik biccedilimde oluklara yerleştirilir
Motorun oumlzellikle moment karakteristiğine istenilen oumlzelliği vermek iccedilin rotorda derin
oluklar ve ccedilift oluk kullanılır Birinci motora derin oluklu ya da derin ccedilubuklu motor
ve diğerine de ccedilift kafesli motor denir (Baykal 2011)
23 ASENKRON MOTORLARIN CcedilALIŞMA İLKESİ
Asenkron makinenin ccedilalıŞma ilkesi bir doumlner alanın varlığına dayanır Doumlner alan
senkron hız motor milinin hızı da rotor hızı olarak isimlendirilir Kayma da bu iki
hızın arasındaki fark olarak ifade edilmektedir
231 Doumlner Alan
Bir N-S mıknatısı ya da uumlzerinden akım geccedilen bir bobinin magnetik alanı N kutbundan
ccedilıkar ve S kutbuna girer Daimi mıknatıs ve doğru akım taşıyan bobinin manyetik
alanları mıknatıs ve bobin dışarıdan bir bobinle doumlnduumlruumlluumlrse bunların alanları da
beraber doumlner İşte bir mıknatısın doumlnduumlruumllmesi ile elde edilen alana doumlner alan denir
Uumlccedil fazlı asenkron motorun (enduumlksiyon motorun) statoruna birbirinden 120rsquoşer derece
faz farklı 3 faz sargısı yerleştirilmiştir En basit statorda her biri bir faza ait olmak
uumlzere 3 tane bobin bulunur Bir motor en az iki kutuplu olarak sarılabilir (Baykal
2011)
Şekil 9 Uumlccedil Faz bobininin 6 Oluklu Statora Yerleştirilişi
15
232 Senkron Hız
N-S kutuplarının saat ibresi youmlnuumlnde doumlnduumlğuuml goumlruumlluumlr uumlccedil fazlı alternatif akımdaki bir
periyotluk değişme N-S kutuplarının bir devir yapmasına sebep olur Alternatif akımın
frekansı 50 Hz ise saniyede 50 periyotluk bir değişme yapar Dolayısıyla statordaki
faz bobinlerinin meydana getirdiği N-S kutupları da saniyede 50 devirle doumlner Bu
dakikada 3000 devir eder Ccedilok fazlı bir stator sargısından aynı faz sayısında ccedilok fazlı
bir akım geccedilerse hava aralığında sabit genlikli bir doumlner alan oluşur Bu doumlner alanın
duran statora goumlre ns (n1) devir hızı şebeke frekansına doğru stator sargısının p ccedilift
kutup sayısına ters orantılıdır
1198991 = 601198911
119901
Senkron hız da denen doumlner alan hızı kutup sayısına goumlre buumlyuumlk basamaklar yaparak
değişir Asenkron motorlar ancak belli senkron hızlar iccedilin yapılabilir En fazla
kullanılan senkron hızlar 2 4 6 ve 8 kutup sayılarına ait olanlardır (Baykal 2011)
Tablo 6 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru
P
(Kutup Sayısı)
50 Hz 60 Hz
n1min-1 n1s-1 n1min-1 n1s-1
2 3000 50 3600 60
4 1500 25 1800 30
6 1000 1667 1200 20
8 750 125 900 15
16
233 Kayma
Senkron makine dışında buumltuumln diğer ccedilalışma tuumlrlerinde asenkron makinenin
ccedilalışabilmesi iccedilin rotor hızının doumlner alan hızından farklı olması gerekir Doumlner alanın
rotor uumlzerinden geccedilme hızına yani doumlner alan ile rotor hızı arasındaki cebirsel farka
kayma hızı n2 ve bu hızın doumlner alan hızına oranına kayma s denir Bu tanıma
dayanarak kayma devir hızına goumlre veya devir hızı kaymaya goumlre ifade edilebilir
n2 = n1 ndash n n = n1(1-s) 119904 = 1198992
1198991 =
1198991minus119899
1198991
Kayma oranlanmış bir buumlyuumlkluumlktuumlr ve ccediloğunlukla olarak ifade edilir Pozitif negatif
veya sıfır olabilir Oranlanmış rotor hızı n nı ile toplamı daima 1rsquoe eşittir Teorisel
olarak ndash infin ve +infin arasında değişebilir Durmada n = 0 ve s =1 dir Senkron ccedilalışmada
n = n1 ve s = 0 dır Bu iki sınır değer arasında asenkron makine motor olarak ccedilalışır
ve kayması daima pozitiftir Anma ccedilalışmasındaki değeri yuumlzde birkaccedil olup artan
anma guumlcuuml ile azalır ve kuumlccediluumlk guumlccedillerde yaklaşık 10 dan buumlyuumlk guumlccedillerde 1 in altına
duumlşer
Rotor doumlner alana goumlre ters youmlnde doumlnduumlğuumlnde elde edilen fren ccedilalışmada devir hızı
negatif ve kayma 1 den buumlyuumlktuumlr Rotor hızı doumlner alan hızını geccedilerse yani ngtn1 ise
kayma negatif olur (s lt 0) ve makine generatoumlr olarak ccedilalışmaya başlar (Baykal 2011)
Şekil 10 Standart Asenkron Motorların Anma Kayması ve Verimi
17
24 ASENKRON MOTOR CcedilEŞİTLERİ
Asenkron motorlar rotor yapılarına goumlre ikiye ayrılır
Sincap kafesli (Kısa devre rotorlu) Asenkron Motorlar
Bilezikli (Sargılı rotorlu) Asenkron Motorlar
241 Uumlccedil Fazlı Kısa Devre (Sincap Kafesli ) Asenkron Motorlar
Uumlccedil fazlı sincap kafesli motorun yapılısı basittir Az bakıma ihtiyaccedil goumlsterir Bu tip
motorun oumllccediluumlleri aynı guumlccedilteki başka tip motorların oumllccediluumllerinden kuumlccediluumlktuumlr Değişik
yuumlklerdeki hız reguumllasyonu ccedilok iyidir Fiyatının ucuzluğu yapılışının sağlamlığı ve
istenilen ccedilalışma oumlzelliğine sahip oluşu yuumlzuumlnden bu tip motorlar sanayide ccedilok
kullanılır
Rotorlar accedilılmış oluklara basınccedil altında erimiş aluumlminyum puumlskuumlrtuumllerek doldurulur
Rotorun her iki başındaki kısa devre halkalar da aluumlminyumdandır Ayrıca bu halkalar
uumlzerine kanatlar da bırakılarak rotor işletmede vantilasyon suretiyle soğutulması
sağlanır 250 kW guumlcuumlne kadar kısa devre kafesleri aluumlminyumdan yapılmış asenkron
motorlar mevcuttur
Buumlyuumlk guumlccedil istenilen işletmelerde kısa devre kafesi yuumlksek dikdoumlrtgen şeklinde bakır
ccedilubuklardan ve bunları rotorun her iki başında kısa devre eden bakır halkalardan
yapılır Rotorda kaccedil adet oluk varsa rotorun faz sayısı buna eşittir
Kısa devre kafesli asenkron motorun yol alma oumlzellikleri iyi değildir Ancak basit ve
ucuz olmaları nedeni ile yaygın biccedilimde kullanılmaktadır Yol almasını kolaylaştırmak
iccedilin yuumlksek ccedilubuklu veya ccedilift kafesli olarak yapılırlar (Baykal 2011)
Şekil 11 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru
18
242 Bilezikli (Sargılı rotorlu) AC Motorlar
Birccedilok sanayi yuumlklerinde uumlccedil fazlı değişik hızlı motora ihtiyaccedil duyulduğu yerler iccedilin
bilezikli asenkron motorlar geliştirilmiştir Bilezikli asenkron motorlara sargılı rotorlu
AC motor da denilmektedir Bu tip motorun statoru ile sargının yerleştirilmesi sincap
kafesli motorun aynıdır Rotor ccedilelik saccedillardan yapılmış silindirik bir goumlbektir 120
derece aralıklı uumlccedil adet tek fazlı kalıp sargısını yerleştirmek iccedilin rotor uumlzerine oyuklar
accedilılmıştır izoleli rotor bobinleri stator kutup sayısına eşit kutup sayısı elde edecek
şekilde gruplandırılmıştır Uumlccedil tek fazlı rotor sargısı aralarında yıldız bağlanarak ccedilıkış
uccedilları rotor mili uumlzerindeki uumlccedil bileziğe bağlanmıştır Bileziklere temas eden fırccedila uccedilları
hız kontroloumlruuml ayarlayıcısına bağlanır Fırccedilalar taşıyıcılar uumlzerindeki yayların basıncı
ile bileziklere sıkıca temas eder Doğru akım makinelerinde olduğu gibi youmln
değiştirmeye luumlzum olmadığı iccedilin fırccedila taşıyıcıları uygun bir durumda sıkıca tespit
edilmiştir
Bilezikli asenkron motorun rotorunda aynı statorunda olduğu gibi uumlccedil fazlı alternatif
akım sargısı vardır Stator 10 Kw guumlce kadar tek tabakalı orta guumlccedillerde ise iki tabakalı
sargılı yapılırlar Rotor ise tam oluklu veya kesirli oluklu sargılı olabilir Rotor sargı
uccedillarının bir tarafı bileziklere bağlanır Diğer tarafı ise kısa devre edilerek uumlccedil fazlı
sargının yıldız noktasını oluşturur Bilezikler uumlzerindeki fırccedila sistemi ile rotor
alternatif gerilim kaynağından ayrıca beslenir (Baykal 2011)
25 Elektrik Motorlarına Yıldız-Uumlccedilgen Yol Verme
Kalkış akımını duumlşuumlrmede en ekonomik youmlntemdir Uumlccedil kontaktoumlr ile bir zaman
roumllesinden oluşan kontaktoumlr kombinasyonudur Bu youmlntemle yol verebilmek iccedilin
motorun uumlccedilgen bağlı ccedilalışma gerilimi şebeke gerilimine eşit olmalıdır Oumlrneğin
uumllkemizde şebeke gerilimi 380 Volt olduğuna goumlre yıldız-uumlccedilgen yol verilecek motorun
etiketinde D380 V veya D380VY660V yazılı olmalıdır Volt elektrik motorlarında 2
ve 4 kutuplularda 3 kW (dacirchil) 6 kutuplularda 22 kW(dacirchil) den daha buumlyuumlk guumlccedilluuml
motorlar bu oumlzelliktedir Yani 380 V şebekede uumlccedilgen bağlı ccedilalıştırılırlar
Motora yıldız-uumlccedilgen yol verildiğinde direkt yol vermeye goumlre şebekeden ccedilekeceği
akım 3 katı azalır Yıldız-uumlccedilgen yol vermede amaccedil motoru kalkış suumlresince yıldız
19
bağlı ccedilalıştırmak ve kalkışını tamamlayan motoru hemen normal bağlantısı olan uumlccedilgen
bağlı olarak ccedilalıştırmaktır
Motor kalkış sırasında yıldız bağlı ccedilalıştırıldığından motor sargılarına uygulanan
gerilim U radic3 değerine motorun şebekeden ccedilektiği akım ise 13 değerine duumlşer
Motorun sargılarına uygunalan gerilim azaldığından momenti oumlnemli oumllccediluumlde kuumlccediluumlluumlr
Yıldız-uumlccedilgen yol vermenin kusursuz olması iccedilin motorun yuumlk momentinin yıldız
bağlamadaki motor momentinden buumlyuumlk olmaması ve yıldız bağlamadaki suumlrenin
uygun olması gerekir Bu geccediliş suumlresi ccedilok oumlnemlidir Motor yıldız bağlantıda iken
anma devir sayısına ulaşıldığı anda uumlccedilgen bağlantıya geccedililmesi ve fazla aralık
verilmemesi gerekir
Boumlyle olursa yıldızdan uumlccedilgen bağlantıya geccedilişteki uumlccedilgen kontaktoumlruumlnuumln kapamama
akımı kuumlccediluumlk ve yıldızdan uumlccedilgene geccediliş darbesiz olur Aksi halde uumlccedilgen bağlantıya
geccedilişte akımda geccedilici artışlar goumlruumlluumlr Bunun sonucu kontaktoumlruumln kontakları ani
yuumlksek ısı nedeniyle kaynak olabilir
Bir şebekede uumlccedilgen bağlı ccedilalışacak motor aynı şebekede yıldız bağlı (Y) olarak
ccedilalıştırılabilir Ancak bu durumda motorun guumlcuuml ve momenti duumlşer Bu oumlzellikten
yararlanarak asenkron motorların kalkış anında ccedilektikleri fazla akımı azaltmak iccedilin
yıldız-uumlccedilgen yol verme uygulanması yapılabilir
Şebekede yıldız bağlı ccedilalıştırılması gereken motor yanlışlıkla uumlccedilgen bağlı ccedilalıştırılırsa
sargılarına radic3 katı buumlyuumlk gerilim uygulanmış olur Gerilimdeki artış oranı kadar sargı
akımı buumlyuumlyeceğinden motor aşırı akım ccedileker ve kısa suumlrede artacak ısı sonucu
sargılar yanar
Onun iccedilin yıldız bağlı ccedilalışması gereken motor kesinlikle aynı şebekede uumlccedilgen bağlı
ccedilalıştırılmaz (URL6)
20
Şekil 12 Motora yıldız-uumlccedilgen yol verme
Şekil 13 Stator Sargı Uccedillarının Uumlccedilgen (D) Ve Yıldızı (Y) Bağlanması
Şekil 14 Asenkron Motora Yol Verme
21
26 FANLAR
261 Genel Bilgiler
Fanlar hava veya benzeri gazları basınccedillandırarak belirli bir akış yolu iccedilinde hareket
etmesini sağlayan turbo makinelerdir İyi bir fan istenilen performansı yerine
getirirken verimi yuumlksek enerjiyi daha az tuumlketen muumlmkuumln olduğunca guumlruumlltuumlsuumlz
ccedilalışan ve maliyeti duumlşuumlk olan fandır Fanların tahrik sistemlerinde elektrik motorları
kullanılmaktadır (URL3)
262 Fan Ccedileşitleri
Fanlar aşağıdaki gibi sınıflandırılmaktadır
Eksenel (aksiyel) fanlar
Radyal (santrifuumlj) fanlar
Karışık akışlı (eksenel-radyal) fanlar
Ccedilatı tuumlruuml fanlar
Karşıt akımlı fanlar (blower)
Vorteks ya da rejeneratif fanlar
Diğerleri
Elektrik motorlarında radyal fanlar kullanılmaktadır (URL8)
Bu kısımda projemiz iccedilin incelediğimiz 3 ccedileşit fanı accedilıklayacağız
2621 Eksenel Fanlar
Havanın fan ccedilarkı ile aynı eksende youmln değiştirmeden hareket ettiği fanlardır Yuumlksek
hava debileri ve duumlşuumlk basınccedil sınıfına sahip sistemler iccedilin uygun fanlardır Şekil 15
rsquode oklar akış youmlnuumlnuuml (simetri eksenine paralel) goumlstermektedir
22
Şekil 15 Akışın Simetri Ekseninde Hareket Etmesi
2622 Karışık Akışlı (Radyal-Eksenel) Fanlar
Havanın kanatlar uumlzerinden emmesine goumlre yaklaşık 45deg accedilı yaparak hareket ettiği
fanlardır Radyal fanlara goumlre hava debisi daha yuumlksektir
Eksenel fanlardan daha yuumlksek basınca dayanabilir
Fan eğrisi uumlzerinde kararsız boumllge yoktur
Karşı basıncın duumlşuumlk olduğu boumllgelerde motor aşırı akım ccedilekmez
Eksenel ve radyal fanlara goumlre verimleri duumlşuumlktuumlr (URL6)
Şekil 16 Karışık Akışlı Fan Uygulamaları
23
2623 Radyal (Santrifuumlj) Fanlar
Havanın fan ccedilarkını emmesine goumlre 90deg accedilı yaparak kanatlara teğet olarak terk ettiği
fanlardır
Radyal fanların avantajları aşağıdaki gibidir
Geniş bir uygulama aralığına sahiptir
Yuumlksek sıcaklık ve aşındırıcı ortam uygulamalarında kulanılır
Değişken akış direncine sahip yerlerde daha verimli ve daha sessiz ccedilalışma
olanakları vardır
Yapısal kararlılıkları yuumlksektir (URL6)
Radyal Duumlz Kanatlı Fanlar
Genellikle kendi kendini temizleme malzeme taşıma ve parccedilacık ve yağ yuumlkluuml havanın
uygun halde taşınması gibi durumlarda kullanılırlar ve bunun iccedilin duumlz kanatları vardır
Ccedilarkları basit bir yapıya sahiptir ve nispeten dar kanatları vardır
Elektrik motorlarında genellikle ccedilift youmlnluuml ccedilalışmaya uygun olması iccedilin radyal duumlz
kanat tipli bu fanlar seccedililiyor
Şekil 17 Radyal Duumlz Kanatlı Fanlara Oumlrnekler
24
BOumlLUumlM 3 BULGULAR VE TARTIŞMA
31 SONLU ELEMANLAR YOumlNTEMİ
Sonlu elemanlar youmlntemi muumlhendislik problemlerine kabul edilebilir yaklaşımlarla
ccediloumlzuumlm arayan sayısal youmlntemdir (Moavani 2015) Sonlu elemanlar youmlntemi diğer bir
ifade şekliyle fiziksel şeklin matematiksel ifadesidir Bu kurduğumuz siste sınırlara
ayırılabilen ve malzeme şartlarına uygun olan bir sistem olmalıdır
Sonlu eleman youmlntemindeki basamaklar
Yaklaşık Ccediloumlzuumlm Youmlntemi
Geometrik Şekil
Nod
Eleman
Mesh
Ayrıklaştırma
Şekil 18 Sonlu Eleman Modeli
Eleman
Nod
(Duumlğuumlm
noktaları)
25
Sonlu elemanlar youmlntemi matematik ve fizik biliminin buumltuumln alanlarında kullanılır
Gerilme Analizi
Akışkanlar Mekaniği
Isı İletimi
Dalga Yayılımı
Darbe Analizi
Aerodinamik vb alanlardır
Sonlu elemanlar youmlntemini kullanırken oumlncelikle şu soruların cevaplarını bulmalıyız
Dizayn amacımız nedir
Bu sistemi modellemek iccedilin gerekli olan bilgiler nelerdir
Bu dizayn iccedilin hangi kriterler gerekir
311 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Pozitif Youmlnleri
Geometrisi karışık cisimlerin incelenmesini kolaylaştırır Geometri basit kısımlara
ayrılıp burada ayrı veya daha hassas işlemler yapılabilir
Parccedilanın geometrisini değiştirmeye gerek kalmaz
Youmlntemde hem fiziksel hem matematiksel temeli vardır
Sonlu elemanlar youmlntemi iccedilin ccedilok farklı programlar bulunmaktadır (Ansys Marc
Nastran ) (Moavani 2015)
312 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Negatif Youmlnleri
Elde edilen sonuccedilların doğruluğu hangi sonlu youmlnteminin kullanıldığına bağlıdır
Ccedilıkacak durum oumlnceden tespit edilmeli ve ona goumlre bir ccediloumlzuumlm youmlntemi
kullanılmalıdır Bu yuumlzden oumlnceden iyi tesipt edilemezse doğru değer bulunamaz
ve doğru ccediloumlzuumlm iccedilin zaman kaybı olabilir
Doğru ccediloumlzuumlm iccedilin elemanın ayrıştırılması (mesh) atanması gerekir
Bu meshin iyi atılması gerekir yoksa ccediloumlzuumlmuumln yakınsamaları değişebilir
(Moavani 2015)
26
32 ANSYS PROGRAMI
ANSYS genel amaccedillı kullanılan sonlu elemanlar programıdır Ansys yazılımı
mukavemet titreşim akışkanlar mekaniği ısı transferi ve elektromanyetik alanlarının
birbiri ile olan interaksiyonunu simule eden yazılımdır
Boumlylelikle ANSYS uumlruumlnlerin prototipleri uumlretilmeden sanal ortamda test edilmelerine
olanak sağlar Ayrıca sanal ortamdaki 3 boyutlu simulasyonlar neticesinde yapıların
zayıf noktalarının tespiti ve iyileştirilmesi ile oumlmuumlr hesaplarının gerccedilekleştirilmesi ve
muhtemel problemlerin oumlngoumlruumllmesi muumlmkuumln olmaktadır
ANSYS yazılımı sadece ihtiyaccedil duyulan oumlzelliklerin alınmasına fırsat vererek ilave
edilebilen CAD ve FEA bağlantı modulleri ile masa uumlstuumlnde kullanılan diğer
muumlhendislik yazılımları ile entegre bir şekilde ccedilalışabilmektedir
ANSYS yazılımı hem dışarıdan CAD datalarını alabilmekte hem de iccedilindeki
preprocessing imkacircnları ile geometri oluşturulmasına izin vermektedir Yine aynı
preprocessr iccedilinde hesaplama iccedilin gerekli olan sonlu elemanlar modeli yani mesh de
oluşturulmaktadır Yuumlklerin tanımlanmasından sonra ve gerccedilekleştirilen analiz
neticesinde sonuccedillar sayısal ve grafiksel olarak elde edilebilir
ANSYS yazılımı ile oumlzellikle contact algoritmalarının ccedileşitliliği zamana bağımlı
yuumlkleme oumlzellikleri ve nonlinear malzeme modelleri sayesinde yuumlksek muumlhendislik
seviyedeki analizleri hızlı guumlvenilir ve pratik bir şekilde gerccedilekleştirilebilmektedir
ANSYS Workbench parametrik CAD sistemlerini eşsiz bir otomasyon ve performans
ile simulasyon teknolojilerini entegre eden bir platformdur ANSYS Workbenchrsquoin
guumlcuuml yılların bilgi birikimi ile arkasında duran ANSYS ccediloumlzuumlcuuml algoritmalarından gelir
Ayrıca ANSYS Workbenchrsquoin amacı sanal ortamda uumlruumlnuumln verifikasyonunu ve
iyileştirmesini sağlamaktır
Oumlzellikle PC ile uyumluluğun uumlst seviyede olabilmesi iccedilin yazılmış olan ANSYS
Workbench sadece bir arayuumlzden ileri bir ccedilalışma ortamındır ve ANSYS Workbench
ile herhangi bir ANSYS lisansına sahip herkes ccedilalışabilir Aynı alışılagelmiş ANSYS
arabiriminde olduğu gibi ANSYS Workbenchrsquode de kapasiteler sahip olunan lisansın
doğrultusunda sınırlıdır (URL9)
27
ANSYS programının bu oumlzelliklerinden dolayı programı kullanmaya karar verdik
Ansys programının oumlncellikle akışkan mekaniği ve dinamiğinde kullanılan iki ayrı
boumlluumlmuuml bulunmaktadır Bu boumlluumlmler Fluent ve CFX boumlluumlmleridir Bizim
kullandığımız boumlluumlm ise ANSYS CFX boumlluumlmuumlduumlr
33 MEVCUT FAN UumlZERİNDE YAPILAN ANALİZLER
ANSY projesinde oumlncelikle CFX kısmını kullanıldı Ccediluumlnkuuml ANSYS programında
CFX ve Fluent programı hesaplamalı akışkanlar dinamiği iccedilin kullanılmaktadır Ancak
ANSYS CFX turbo makinalar iccedilin kullanıldığından oumlnceden de goumlsterildiği gibi bir
nod alırken huumlcrelerin orta noktalarından nod hesabı yaptığı iccedilin verdiği değerler fan
analizi iccedilin daha iyi bir yakınsama goumlsterir Bu sebeple ANSYS CFX kısmı kullanıldı
İlk olarak mevcut fan uumlzerinde ccedileşitli incelemeler yapıldı
Mevcut fan uumlzerinde 10 kanat var iken suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilok fazla olduğu saptandı
Bunun uumlzerine motorun akışını kolaylaştırma yoluna gidildi
Havayı oluklara daha iyi aktarabilecek kısım fanın kanat boyu olduğu iccedilin fanın
kanatlarının uzunluğunda değişiklik yapılmasına karar verildi
Fandan ccedilekilen debi miktarı ve tork değerlerini tam alabilmek ve mevcut fanın
verimini oumllccedilebilmek iccedilin oumlncelikle esas oumllccediluumllerine goumlre ccedilizilen fan ANSYS
programına aktarıldı File gt Import gt Design Moduler şeklinde SolidWorksrsquo ten
ANSYS programına aktarıldı
Şekil 19 SolidWorksrsquo ten İmport Etmek
28
Fanın ccedilevresinde akış hacmi oluşturmak iccedilin katı modelin ccedilevresindeki hava
modellenir
331 Geometri
Oluşturulan akış hacminde havanın giriş ve ccedilıkış kısımları İnlet-Outlet şeklinde
belirtilir
Analys tools komutlarından xy duumlzleminde halka oluşturulur
Burada modeling kısmı 3 boyutlu işlem yapacağı zaman seccedililen kısımdır
Aşağıdaki şekilde de goumlruumlleceği uumlzere
Şekil 20 Akış Alanı Belirleme
Burada exturude komutuyla birlikte oluşturulacak akış hacminin kaccedil mm
uzatılacağı belirtilir Hepsini bir buumltuumln haline getirmemek iccedilin lsquovar olanla
birleştirilsin mirsquo sorusuna hayır denilir
Daha sonra ccedilevresine yayılan boşluk iccedilin Outlet tanımlaması yapılır
Bu işlemleri gerccedilekleştirdikten sonra kesit gerekir İlk oumlnce plane (duumlzlem)
belirlenir Bunun iccedilin hangi duumlzlemi seccedililecek ise (oumlrneğin xy) onu seccedilip plane
tıklanır Plane boumllgesinden ne kadar uzakta olacağı belirlenir Biz de değer 34 mmrsquo
dir Ccediluumlnkuuml kanatların boyu 31 mm olduğundan mesh atamada sorun ccedilıkmaması
29
iccedilin 34 mm uzaklıkta bir plane atanır Bu Planersquoi slice komutuyla keserek 3 farklı
boumllge oluşturulmuş olur
Akışkan hacmini oluşturmak iccedilin dolu olan kısımlar belirlenip ona goumlre hareket
edilir Bunun iccedilinde milin iccedilini dolu kabul edilir
Akışkan hacmi iccedilin yapılan bir diğer işlem ise oluşturulan hacimden fanın hacmini
booelangt substrack komutları ile akışkan hacminin bulunmasıdır
Mevcut fanın uumlzerine sağ tıklanarak ve suppress body komutu seccedililir Boumlylelikle
fanı gizleyerek sadece akışkan hacmi goumlruumlluumlr
Daha sonra oluşan parccedilaların arasında boşluk olmaması iccedilin ve bağlantı sağlamak
iccedilin part kısımlarını seccedililerek sağ tıklanır from new part seccedililir
Şekil 21 Slice Komutu ile Boumllgelere Ayırma
30
Şekil 22 Parccedilalar Arası Bağlantının Sağlandığı FromNew Part Boumlluumlmuuml
Mesh kısmını suumlruumlkleyip project schematic boumlluumlme bırakılır Bu boumlluumlmde geometri
onaylanır ve en altta bulunan meshrsquoe tıklanır
332 Sayısal Ağ Oluşturma (Mesh)
Şekil 23 Mesh oluşturma
31
Şekil 24 Mesh Geometrisi
Sonlu sayıda hacimle ccedilalışıldığından sonlu sayıda hacime boumllmek gerekir Sonlu
sayıda hacime boumlluumlnen kısımlar farklı farklı olabilir
Bu huumlcreler kapsadığı alanın oumlzelliklerini yansıtır Bunların ccedilevresindeki nodlar
bunların ortalaması ile belli bir oumlzelliğe sahip olmuş olur
Bu huumlcrelerin arttırılması yani ayrıştırmaların ccediloğaltılması ne kadar fazla olursa o
kadar yakınsama olur ve ccediloumlzuumlm iyileşir
Ancak sayısal ağ ccedilok fazla attırıldığında ccediloumlzuumlm suumlresi ccedilok fazla artacağından
ekonomik değildir
Bu sebepten dolayı mesh ( ayrıştırma) atarken akışkanın en fazla değişim
goumlstereceği kısımlarda daha fazla sayısal ağ oluşturulur Boumlylelikle daha iyi bir
yakınsama elde edilir Akışkanın değişim goumlstereceği yerler genellikle yuumlzeylerle
temas edilen kısımlardır Mevcut fanın analizin de orta kısımlarda pek fazla
değişiklik olmaz Bu nedenle sınırlara yakın kısımlara daha fazla ağ oluşturulur
Detail of Mesh kısmından hangi kısımlarda ne kadar buumlyuumlkluumlkte mesh
atılabileceğine bakılır
32
Detail of Mesh kısmından Phsics preference kısmı seccedililerek CFDrsquoi seccedililir Solver
Preference kısmından ise CFXrsquoi seccedilip devam edilir
Analiz yaparken belirlenmesi gereken kısımlar vardır Bunun iccedilin diğer kısımlar
seccedililerek hide body seccedililerek kapatılır ve select all body seccedililerek kanatlara isim
verilir
Şekil 25 Mesh İsimlendirme
Akışkanın girişine inlet ccedilıkışına outlet denilir
Mesh atımında minimum yakalayacağı huumlcreler ile maksimum yakalayacağı
huumlcrelerin milimetre hesabı oumlnemlidir Bu yuumlzden kanadın kalınlığı 25 mm olduğu
iccedilin 2 mmrsquo den az olan huumlcre belirlenir Maksimum 15 mmrsquo den buumlyuumlk huumlcreler
olması duumlşuumlnuumllerek analizin yakınsaması sağlandı
Meshrsquoi tıklayıp oradan insert size kısmın da bulunan isimlerde kanatlar seccedililir
Kanatlara maksimum 3 mm buumlyuumlkluumlk seccedililir Devamında ise kanatları hide face
komutuyla gizlenir ve geriye kalan kısımlar iccedilin sizing iccedilin yine 3 mm verilir
Daha sonra kanat ve ccedilevresine ccedilizilen akış hacmi seccedililerek tekrar size kısmından
buumltuumlnuumlne 8 mm verilir Bu kısım iccedilin mesh atanır Yuumlzeyler seccedililerek Preview
Surface Mesh on Selected Bodies denilir ve mesh işlemi tamamlanmış olur
33
Şekil 26 Meshrsquo in Goumlsterimi
Ancak mesh işleminde silindirik yuumlzeylerde sweep komutuyla daha kolay mesh
atılabileceği iccedilin istenen yuumlzey iccedilin sağ tıklayıp İnsertgt Method gtSweep Number
Divs komutlarından kaccedil sıra mesh atılacağı belirlenir 20 sıra vererek mesh atıldı
Suumlpuumlrme işlemi ile mesh atarken hangi yuumlzeyi kaynak olarak alınacağı da
boumlylelikle belirlenmiş olur
Mesh sayfasını kapatıp daha sonrasında workbench kısmında meshin uumlzerine cfx
kısmını bırakılır
Mesh setupgt solutiongt results dan sonuccedillar elde edilir
Daha sonra geometry design da motorun kapağına uygun bir sınır belirlenerek
analiz yapılır
Geometriyi duumlzenlenerek CFXrsquo e aktarılır
Daha oumlncesinde de bahsedildiği uumlzere ANSYS de CFX kullanıldı CFX
kullanılmasının bir diğer sebebi de CFXrsquo in fan konusunda ANSYSlsquo in mesh
kısmından daha bağımsız ve daha hassas olmasıdır
Yapılan isimlendirmeler tekrar kontrol edilir Her farklı işlev iccedilin farklı
isimlendirme yapmak ccedilok oumlnemlidir boumlylece havanın nereden girip ne şekilde
ccedilıkacağını isimlendirmelerden goumlruumllebilir Ve bu isimlendirmeler iccedilin ayrı ayrı kod
yazılır
34
333 Sınır Şartları
Şekil 27 Sınır Şartlarının Belirlenmiş Hali
ANSYS setup kısmında Insert gt Solver gt Output Control komutları seccedililerek code
yazılır MassFlow ()inlet gt Torque_z()kanatlar olarak giriş kısmının kuumltlesel
debisi iccedilin komut yazılır
Ayrıca Insert gt Material kısmından sıcaklığı 25reg basıncı 1 atm entalpi değerini 0
olarak şartları belirlenir
Malzemenin kapak kısmı ccedilelik olarak belirlenir
Solver Control kısmından high resuluiton seccedililerek ccediloumlzuumlmuumln kalitesi arttırılır
Solver Control kısmından Residual Target artık tipini RMS olarak ve onun
yakınsama sınırı 10-5 belirlenir Rms elemanların karelerinin koumlkuumlnuuml alarak
ortalamasını alan youmlntemdir
Yine Solver Control kısmından minimum iterasyonu 1 maksimum İterasyonu ise
500 verilir
İnlet kısmı belirlenirken Boundary Type ( sınır şartları) opening olarak seccedililir
Opening verilmesindeki amaccedil akışkanların iccedileriden girip dışarıya ccedilıkışlarının
sağlanmasıdır Aksi halde ccediloumlzuumlmuumln yakınsamasın da sorunlar oluşabilir Opening
şartında ayrıca akışkan daha ccedilabuk toparlanır ve analiz daha kolaylaşır
Flow Direction komutunda normal sınır şartları belirlenir
Suumlreklilik şartı olarak da Fluid Mass Fluxrsquou seccedililir Bunun yanında sınır kontuumlruuml
iccedilin bağıl basınccedil ayarlarını seccedililir Aynı şekilde outlet iccedilin de aynı ayarlar yapılır
35
Domaine basılıp kapak kısımları ve motor kısımları seccedililir Bu dış kısımları duvar
olarak belirlenir ve duvar hareket edemeyeceğinden No Slip Wall seccedileneği olarak
belirtilir Duvarları suumlrtuumlnmesiz olduğu varsayılıyor
Fan ve kanatlar kısmında Boundry Type olarak Wall olarak belirleyip Frame type
gt rotating (doumlnuumlyor) belirtilir
Ccediloumlzuumlm metodu olarak RNG k-euro modeli kullanılır
Şekil 28 Setup Koşulların Belirlenmesi
334 Ccediloumlzuumlm - Sonuccedillar
Setup kısmını kapatılarak solution ekranı ccedilift tıklanarak ccedilıkan ekran da RUN seccedililerek
ccediloumlzme işlemi başlatılmış olur
Ccediloumlzme işlemi bittiğinde results kısmından sonuccedillar goumlruumlntuumllenebilir
36
Şekil 29 Akışın Youmlnelişi
Şekil 30 Debi Sonucu
37
34 YENİ FAN TASARIMI
341 Fan Tasarımı İccedilin Kabuller
Havanın sıkıştırılamaz olduğunu kabul edildi Havanın sıkıştırılmaz olduğu
varsayılarak yoğunluğu değişmez ve 12 kgm3 olarak kabul edilir
Ccediloumlzuumlmde suumlrtuumlnmeler ve ısı kayıpları ihmal edilir Ccediluumlnkuuml bu değerlerin
hesaplanması ccedilok uzun suumlreceği iccedilin ccediloumlzuumlm youmlntemi iccedilin ekonomik olmaz
Gerccedilekle arasında ccedilok buumlyuumlk bir fark olmayacağı varsayılmıştır
Verimi arttırmak iccedilin orijinal fanın analizinden elde edilen tork değeri duumlşuumlk
tutulmaya ccedilalışılmıştır
Motorun tek bir youmlne doumlneceği duumlşuumlnuumllmuumlştuumlr
342 Fan Tasarım Parametreleri
Bir fan tasarımında belli başlı kriterleri ele alabilmek iccedilin mevcut fan uumlzerinden
değerler bulundu
Tablo 7 Mevcut Fanın Oumlzellikleri
Devir Sayısı ( ddk) r hub (mm) rtip (mm)
1498 25 77
Radyal hız hesaplandığında w= 15687 radsn bulunmuştur r hub diye isimlendirilen
kısım fanın giriş accedilısı iccedilin gerekli olan kanadın başlangıcı ile milin merkezi arasındaki
uzaklıktır r tip ise fan kanadının bitiş noktası ile mil merkezi arasındaki uzaklığın
yarıccedilap cinsinden ifadesi olmaktadır
38
Fan kanat tasarımında oumlnemli olan w (accedilısal hız)hızının kanatlara ne kadar dik
gelebildiğidir Bu kanat hacmine ne kadar iyi bir şekilde gelirse akışkan o denli iyi
akabilir ve kanat profili oluşur
U_hub= w (radsn) x r hub
U_tip = w x r tip
Beta = arctan(vu)
A_inlet= (r tip 1000)sup2π ndash r hub 1000)sup2π
Verim= (Q x P) (TxW)
V (akışın mutlak hızı)= Debi Alan
Tablo 8 Sonuccedil olarak elde edilen değerler
r_h (mm) 25 r_t (mm) 77 r_h (mm) 50 r_t (mm) 80
U_h (ms) 3927 U_t (ms) 1209516 U_h (ms) 7854 U_t (ms) 125664
A_in (m^2) 0016663 A_out (m^2)0012252
V_in (ms) 2350516 V_out 3196702
beta_h 5909726 beta_t 7900249 beta_h 678529 beta_t 7572755
giriş ccedilıkış
Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları
Bu değerlere goumlre BladeGende yeni bir kanat profili oluşturulur
r tip
r hub
Şekil 31 Fan Kanatlarının Accedilısı
39
Şekil 32 BladeGen Kanat Profili
Oluşturduğumuz bu geometriye daha oumlnceki boumlluumlmde bahsedilen fana yapılan adımlar
uygulandı (Yeni oluşturulan fanın geometrik deseni ektedir)
40
3421 Geometri
Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi
3422 Sayısal Ağ Oluşturma
Şekil 34 Yeni Fan Tasarımının Sayısal Ağ Oluşturulması
41
3423 Ccediloumlzuumlm
Şekil 35 Tasarımı Yapılan Fanın Verimi
Accumulated Time Step sayısı iterasyonu goumlstermektedir Daha fazla yakınsama iccedilin
daha fazla koşturulabilir
42
Şekil 36 Tasarımı Yapılan Fanın Torku
43
3423 Sonuccedillar
Şekil 37 Akışın Youmlnelişi
Bu kısımda verimi arttırabilmek iccedilin tork azaltılmaya ccedilalışıldı Boumlylece kanatlara
harcanan toplam guumlccedil azaltılarak iyileştirmeler yapıldı
44
Kanadın iş yapan kısmını arttırarak orijinal fanda kanadın suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilapı
154 mm iken yeni fan da 160 mmrsquoye ccedilıkarıldı
Kanatlar daha eğimli ama daha eksenel bir forma getirildi
Bu motorda toplam guumlccedil iccedilin 60 watt olduğunda yaklaşık 6 wattrsquo lık guumlccedil fan iccedilin
harcanıyordu Fanın verimliliği ccedilok oumlnemli olduğu iccedilin debiyi sabit tutulmaya
torku da duumlşuumlruumllmeye ccedilalışıldı
Tablo 9 ANSYSrsquo de Elde Edilen Deneyler
tork(Nm) w(radsn) m(kgs)
Orijinal Fan 00393645 15687 0048168
Yeni Fan 00043869 15687 0032261
Goumlruumllduumlğuuml gibi tork buumlyuumlk oranda duumlşmuumlş ancak onunla birlikte debi de biraz
duumlşmuumlştuumlr
343 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanması
Motorun arka ve oumln kısımlarına sırt sırta fan bağlayarak havanın akışını hızlandırma
ve soğutmayı arttırma işlemi amaccedillandı Gerccedilek boyutlarda uygulamadan oumlnce fanı
motor şeklini verilen kısım da tek başına analiz yapıldı Verimli bir sonuccedil alabilmek
iccedilin ikili fan deneyi yapıldı
3431 Geometri
Şekil 38 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Geometrisi
45
3432 Sayısal Ağ Oluşturma
Şekil 39 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Sayısal Ağ
Oluşturulması
Yapılan analiz de goumlzlemlenen sonuccedillar şunlardır
Bir motorun etrafında sınırlayıcı bir alan olmadığı iccedilin sınır şartları olarak setup
kısmında yine havayı 1 atm basınccedil olarak alınır Eğer sınırlayıcı bir alan olsaydı
oluklardan hava akışı doğrudan motorun arka kısmına gelecekti Ccedilıkış noktasına ise
kapak yerleştirildi giriş noktasında atmosfer ccedilıkışı ise kapak olarak sınırlandı
3433 Kod Ccediloumlzuumlmuuml
Debi ndash 000064 mᵌ sn olarak ccedilıktı Motorun hava ccedilıkış kısmına fan bağlamanın verimli
olmadığı sonucuna varıldı Oumlnceden oluşturulan oluklardaki 1cmrsquolik aralıklarla
havanın geniş bir alana gitmesi ccedilok zordur Ve bu akışı goumlnderebilmek iccedilin fazladan
basınccedil uygulanması gerekir Bu sebepler debinin duumlşmesine sebep olmuştur
46
Şekil 40 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Ccediloumlzuumlmuuml
47
BOumlLUumlM 4 SONUCcedilLAR
Verim= (Alınan Guumlccedil Verilen Guumlccedil)= (∆P x Q) (T x ὠ)
A_inlet = (r_tip)2 1000 - (r_hub)21000
A_outlet =( U_h1000)2 - (U-t1000)2
U= ὠ x r
Fan hesaplarıdan debi değeri ve tork değeri duumlşmuumlştuumlr Aşağıda yeni fanımızın verimi
yukarıdaki formuumlllere goumlre excelde hesaplanmıştır
tork(Nm) w(radsn) ṁ(kgm^3) verim deltap (Pa)
Orijinal Fan 00393645 15687 00391 60152783 95
Yeni Fan 00043869 15687 0039167 54068744
Tabloda da goumlruumllduumlğuuml uumlzere eski fanın oumlzelliklerine bakılarak hız uumlccedilgeni youmlntemiyle
oluşturulan yeni fan 540 verimli ccedilıkmıştır
Motorun oumln kısmın koyduğumuz fanda ise dar oluklardan buumlyuumlk bir hacime giriş
yaptığı iccedilin tek youmlnluuml analizde kuumltlesel debi negatif değerde ccedilıkmıştır
(Kuumltlesel debi) ṁ=ƍ( oumlzkuumltle) x A(alan) x V( akışkan hızı)=kgsn ndash Formuluumlnden
dolayı verimin hesaplanmasına gerek yoktur
48
BOumlLUumlM 5 EKLER
EK1- MEVCUT FAN
EK2- YENİ FAN
49
KAYNAKCcedilA
Baykal R 2011 Asenkron Motorlar Uumlzerine Enerjiİ Verimliliği Uygulanması
Yayın Tarihi 15032011
Ccedilalışkan M 2014 Eksenel Akışlı Fan Tasarımı Yuumlksek Lisans İstanbul Teknik
Uumlniversitesi TUumlRKİYE
Moavani S 2015 Sonlu Elemanlar Analizi Teorisi ve Ansys ile Uygulamalar
İstanbul
Onaygil S 2006 Enerji Verimliliği Kanunun Tanıtımı Yuumlksek Lisans
URL1 lthttpdeneysancomContentimagesdocumentshavalandirma-
4_39143832pdfgt Erişim Tarihi 12032016
URL2 lt httpwwweiegovtrgt Erişim Tarihi 20042016
URL3 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi
12052016
URL4 ltwwwtuumlikgovtrgt Erişim Tarihi 14052016
URL5 ltwwwemoorgtrekler364734147179187_ekpdfgt Erişim Tarihi 16052016
URL6 ltwwwinverter-plcnetmotoryıldız_uumlccedilgen_bağlantıhtmlgt Erişim Tarihi
18052016
URL7 ltwwweiegovtreie-webturkceenMotor_Verimliligi_Brosurupdfgt Erişim
Tarihi 20052016
URL8 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi
07062016
URL9 ltwwwfigescomtransysansys-nedirphpgt Erişim Tarihi 09062016
50
OumlZGECcedilMİŞLER
Elif CcedilİCcedilEK
Eyluumll 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Duumlzce Anadolu İmamhatip Lisesinde
tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi İlahiyat Fakuumlltesirsquoni kazandı 2012 yılında
Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine
başladı Halen eğitimine devam etmektedir
İletişim
apsuvaelifhotmailcom
Nesrin ALTUNBOĞA
Ağustos 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Haydarpaşa Teknik Okulları Raylı
Sistemler Teknolojileri Boumlluumlmuumlnuuml tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi
Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Boumlluumlmuumlnuuml kazandı Halen eğitimine
devam etmektedir
İletişim
naltunbogagmailcom
Rumeysa ALGUumlL
Ekim 1992rsquo de Konyarsquoda doğdu Lise oumlğrenimini Lafarge Aslan Ccedilimento Anadolu
Teknik Lisesirsquonde 2010 yılında tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi Teknoloji
Fakuumlltesi Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliğini kazandı 2013 yılında Teknoloji
Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine başladı Halen eğitimine devam
etmektedir
İletişim
rumeysaalgulgmailcom
51
52
i
OumlNSOumlZ
ldquoElektrik Motorlarında (Asenkron Motorlarda) Verimlilik Analizinin Araştırılmasırdquo
adlı bu ccedilalışma Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği
Boumlluumlmuuml oumlğrencileri tarafından ldquoBitirme Projesirdquo olarak hazırlanmıştır
Bu ccedilalışmada enduumlstri de sıklıkla kullanılan elektrik motorlarından sincap kafesli
asenkron motorlar iccedilin farklı fan tasarımları yapılarak verimliliklerde meydan gelen
değişimler incelenmiştir
Bu proje kapsamında lisans tez danışmanlığımızı uumlstlenerek bize sunmuş olduğu
ccedilalışma fırsatı ve ccedilalışmalarımızın her aşamasında bilgi destek ve yorumlarını
esirgemeyen değerli hocamız Sayın Yrd Doccedil Dr Abdurrahman OumlZTUumlRKrsquo e en iccedilten
teşekkuumlrlerimizi sunar akademik hayatındaki başarılarının devamını dileriz
Ayrıca bu araştırma iccedilin deneyler de yardımcı olan sayın Doccedil Dr Uumlmit K TERZİ ve
Doccedil Dr Caner AKUumlNERrsquo e teşekkuumlrlerimizi de bir borccedil biliriz
HAZİRAN 2016
Elif CcedilİCcedilEK
Nesrin ALTUNBOĞA
Rumeysa ALGUumlL
ii
İCcedilİNDEKİLER
OumlNSOumlZ i
İCcedilİNDEKİLER ii
OumlZET v
SEMBOLLER LİSTESİ vi
KISALTMALAR LİSTESİ vii
ŞEKİLLER LİSTESİ viii
TABLO LİSTESİ x
BOumlLUumlM 1 GİRİŞ 1
11 CcedilALIŞMA KONUSUNUN TANIMI 1
12 CcedilALIŞMA KONUSUNUN AMACI 2
13 ELEKTRİK MOTORU 2
111 Elektrik Motorlarının Sınıflandırılması 2
14 TUumlRKİYErsquo DE VE DUumlNYArsquo DA ELEKTRİK MOTORLARININ ENERJİ
TUumlKETİMİ 3
15 ELEKTRİK MOTORLARINDA VERİMİN OumlNEMİ VE VERİM SINIFLARI 5
151 Mevzuat 7
16 MOTOR VERİMİNİ ETKİLEYEN FAKTOumlRLER 9
161 Verim 9
162 Kayıplar 10
1621 Demir Kayıpları 10
1622 Bakır Kayıpları 10
1623 Ruumlzgar ve Suumlrtuumlnme Kayıpları 10
BOumlLUumlM 2 MATERYAL VE YOumlNTEM 11
21 ASENKRON MOTORLAR 11
22 ASENKRON MAKİNALARIN YAPISI 12
221 Stator 12
iii
222 Rotor 13
23 ASENKRON MOTORLARIN CcedilALIŞMA İLKESİ 14
231 Doumlner Alan 14
232 Senkron Hız 15
233 Kayma 16
24 ASENKRON MOTOR CcedilEŞİTLERİ 17
241 Uumlccedil Fazlı Kısa Devre (Sincap Kafesli ) Asenkron Motorlar 17
242 Bilezikli (Sargılı rotorlu) AC Motorlar 18
25 Elektrik Motorlarına Yıldız-Uumlccedilgen Yol Verme 18
26 FANLAR 21
261 Genel Bilgiler 21
262 Fan Ccedileşitleri 21
2621 Eksenel Fanlar 21
2622 Karışık Akışlı (Radyal-Eksenel) Fanlar 22
2623 Radyal (Santrifuumlj) Fanlar 23
BOumlLUumlM 3 BULGULAR VE TARTIŞMA 24
31 SONLU ELEMANLAR YOumlNTEMİ 24
312 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Negatif Youmlnleri 25
32 ANSYS PROGRAMI 26
33 MEVCUT FAN UumlZERİNDE YAPILAN ANALİZLER 27
331 Geometri 28
332 Sayısal Ağ Oluşturma (Mesh) 30
333 Sınır Şartları 34
334 Ccediloumlzuumlm - Sonuccedillar 35
34 YENİ FAN TASARIMI 37
341 Fan Tasarımı İccedilin Kabuller 37
342 Fan Tasarım Parametreleri 37
iv
3421 Geometri 40
3422 Sayısal Ağ Oluşturma 40
3423 Ccediloumlzuumlm 41
3423 Sonuccedillar 43
343 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanması 44
3431 Geometri 44
3432 Sayısal Ağ Oluşturma 45
3433 Kod Ccediloumlzuumlmuuml 45
BOumlLUumlM 4 SONUCcedilLAR 47
BOumlLUumlM 5 EKLER 48
KAYNAKCcedilA 49
OumlZGECcedilMİŞLER 50
v
OumlZET
Guumlnuumlmuumlzde enerji kullanımının artması ile enerji kaynaklarının hızla tuumlkenmekte
olduğu goumlruumllmektedir Enerji maliyetlerinin de oumlnemli şekilde artması mevcut
kaynakların optimum bir şekilde kullanılması gerekliliğini vurgulamaktadır 2007
yılında uumllkemizde ldquoEnerji Verimliliği Kanunurdquo yuumlruumlrluumlğe girmiş 20082 sayılı
Başbakanlık Genelgesirsquoyle kamu oumlzel ve sivil toplum kuruluşlarının katılımıyla ldquo
Ulusal Enerji Verimliliği Hareketirdquo başlatılmış ve 2008 yılı ldquo Enerji Verimliliği Yılırdquo
olarak ilan edilmiştir
Elektrik motorlarının duumlnyadaki kullanımına bakıldığında binalarda kullanılan
elektriğin 36rsquosı enduumlstri ve altyapıda ise 70rsquoi elektrik motorları tarafından
tuumlketilmektedir Asenkron motorlar enduumlstride yaygın olarak kullanılmaktadır
Asenkron elektrik motorları ise uumllkemizin toplam elektrik tuumlketiminin yaklaşık
36rsquosını oluşturmaktadır Hatta sanayide sektoumlrel bazda bu oran 80rsquolere kadar
ccedilıkmaktadır Bu sebeple elektrik motorlarında verimi arttırıcı oumlnlemler uumllkemizin
elektrik tuumlketimi konusundaki tasarruf planlarına buumlyuumlk katkı sağlayacaktır
Bu ccedilalışmada mevcut durumun değerlendirilmesi iccedilin sonlu elemanlar metodu (FEA)
ile CFX ortamında analizler yapılmıştır Elde edilen veriler sayesinde hız uumlccedilgeninden
yararlanarak yeni bir fan tasarlanmıştır Teorik hesaplama ile elde edilen fanın verim
uumlzerindeki etkisi bilgisayar ortamında yapılan analizle incelenmiştir Ccedilalışmamızın ilk
boumlluumlmuumlnde ccedilalışma konumuzun tanımı ve amacı hakkında bilgi verilmiştir İkinci
boumlluumlmde asenkron motorlar hakkında bilgi verilmiştir Fan tasarımı hakkında bilgiler
verilmiştir Uumlccediluumlncuuml boumlluumlmde ise yapılan deneyler sonrası elde edilen sonuccedillar ve bu
sonuccedillara ait grafikler sunulmuştur Son boumlluumlmde ise deney sonuccedillarının
yorumlanmasına yer verilmiştir
vi
SEMBOLLER LİSTESİ
Ainlet Girişin Alanı
AOut Ccedilıkışın Alanı
n1 n2 Senkron Doumlnme Hızı Rotorun Doumlnme Hızı
f Frekans
I Akım
n Motorun Devir Sayısı
ƞ Verim
p Kutup Sayısı
Q Debi
R Direnccedil
rhub Fan Kanadının Başlangıcı ile Mil Arasındaki Uzunluk
rpm Dakikada doumlnme sayısı
rtip Fan Kanadının Bitiş Noktası İle Mil Arasındaki Uzunluk
sn Saniye
U Gerilim
Uhub Hub Hızı
Utip Tip Hızı
V Akışın Mutlak Hızı
W Accedilısal Hız
β Kanat Accedilısı
ρ Yoğunluk
vii
KISALTMALAR LİSTESİ
AB Avrupa Birliği
AC Alternatif Akım
ANSYS Simulation Driven Product Development
BSTB Bilim Sanayi ve Teknoloji Bakanlığı
CAD Bilgisayar Destekli Tasarım
CENELEC Avrupa Elektrik Makinaları ve Guumlccedil Elektroniği İmalatları Komitesi
CFD Computational Fluid Dynamics
CFX Congregation Fratrorum Xaverianorum
DC Doğru Akım
FEA Sonlu Elemanlar Analizi
IE1 Standart Verimli
IE2 Yuumlksek Verimli
IE3 Ccedilok Yuumlksek Verimli
IE4 Suumlper Yuumlksek Ccedilok Verimli
IEC Uluslararası Elektronik Komisyonu
PN Ccedilıkış Guumlcuuml
TSE Tuumlrk Standartları Enstituumlsuuml
TUumlİK Tuumlrkiye İstatistik Kurumu
V Volt
viii
ŞEKİLLER LİSTESİ
Şekil 1 Elektrik Motorlarının Sınıflandırılması 2
Şekil 2 Sanayide Kullanılan Elektrik Motorlarının Kullanım Yerleri 5
Şekil 3 Talep Tarafında Elektrik Kullanımı 6
Şekil 4 TS-EN 60034-30-1 Standardına Goumlre Verimlilik Sınıfları 7
Şekil 5 Motor Verimini Etkileyen Faktoumlrler 9
Şekil 6 Kuumlccediluumlk Guumlccedilluuml Uumlccedil fazlı Sincap Kafesli Asenkron Motorun Kesiti 11
Şekil 7 Stator Saccedil Paketini Oluşturulmuş Farklı Tipte Statorlar 12
Şekil 8 Rotor Saccedil Paketini Oluşturan Değişik Rotor Saccedilları 13
Şekil 9 Uumlccedil Faz bobininin 6 Oluklu Statora Yerleştirilişi 14
Şekil 10 Standart Asenkron Motorların Anma Kayması ve Verimi 16
Şekil 11 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru 17
Şekil 12 Motora yıldız-uumlccedilgen yol verme 20
Şekil 13 Stator Sargı Uccedillarının Uumlccedilgen (D) Ve Yıldızı (Y) Bağlanması 20
Şekil 14 Asenkron Motora Yol Verme 20
Şekil 15 Akışın Simetri Ekseninde Hareket Etmesi 22
Şekil 16 Karışık Akışlı Fan Uygulamaları 22
Şekil 17 Radyal Duumlz Kanatlı Fanlara Oumlrnekler 23
Şekil 18 Sonlu Eleman Modeli 24
Şekil 19 SolidWorksrsquo ten İmport Etmek 27
Şekil 20 Akış Alanı Belirleme 28
Şekil 21 Slice Komutu ile Boumllgelere Ayırma 29
Şekil 22 Parccedilalar Arası Bağlantının Sağlandığı FromNew Part Boumlluumlmuuml 30
Şekil 23 Mesh oluşturma 30
Şekil 24 Mesh Geometrisi 31
Şekil 25 Mesh İsimlendirme 32
Şekil 26 Meshrsquo in Goumlsterimi 33
Şekil 27 Sınır Şartlarının Belirlenmiş Hali 34
Şekil 28 Setup Koşulların Belirlenmesi 35
Şekil 29 Akışın Youmlnelişi 36
Şekil 30 Debi Sonucu 36
Şekil 31 Fan Kanatlarının Accedilısı 38
Şekil 32 BladeGen Kanat Profili 39
ix
Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi 40
Şekil 34 Yeni Fan Tasarımının Sayısal Ağ Oluşturulması 40
Şekil 35 Tasarımı Yapılan Fanın Verimi 41
Şekil 36 Tasarımı Yapılan Fanın Torku 42
Şekil 37 Akışın Youmlnelişi 43
Şekil 38 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Geometrisi 44
Şekil 39 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Sayısal Ağ
Oluşturulması 45
Şekil 40 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Ccediloumlzuumlmuuml 46
x
TABLO LİSTESİ
Tablo 1 Tuumlrkiyersquode Elektrik Motorlarının Sektoumlrlere Goumlre Tuumlketimi 3
Tablo 2 Elektrik Motorlarının Tuumlrlerine Goumlre Pazar Dağılımları 4
Tablo 3 IE4 ile IE1 arasındaki ortalama verim farkı 4
Tablo 4 Başlıca Uumllkelerin Verimlilik Sınıfı Uygulama Tarihleri 8
Tablo 5 Tuumlrkiyersquo de Zorunlu Uygulamaya Geccediliş Suumlreci 8
Tablo 6 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru 15
Tablo 7 Mevcut Fanın Oumlzellikleri 37
Tablo 8 Sonuccedil olarak elde edilen değerler 38
Tablo 9 ANSYSrsquo de Elde Edilen Deneyler 44
1
BOumlLUumlM 1 GİRİŞ
Fan en temel anlamıyla bir basınccedil farkı oluşturarak havanın bir yerden başka yere
akışını sağlayan cihazlardır Fanlar ticari ve enduumlstri hayattın da birccedilok uygulamalarda
kullanılmaktadır Farklı boyutlarda farklı modeldeki fanlar (eksenel radyal vb)
soğutucular bilgisayarlar yıkayıcılar kurutucular ve klimalar gibi ccedileşitli sistemlerde
hava sirkuumllasyonunu sağlamak amacıyla kullanılmaktadır Yaygın olarak iki farklı
ccedileşidi kullanılmaktadır Bunlar eksenel ve radyal fanlardır Radyal akışlı fanlar
akışkanı doumlnme eksenine dik şekilde atarlarken eksenel akışlı fanlar ise doumlnme
eksenine paralel akış oluşturmaktadırlar (Ccedilalışkan 2014) Ccedilalıştıkları koşulda basınccedil
farkı oluşturmaktadırlar Fanların tahrik sistemlerinde genellikle elektrik motorları
kullanılmaktadır Fanlar sanayide ve ticari binalarda oumlnemli oranda elektrik tuumlketen
cihazlardır Halen Tuumlrkiyersquode sanayide eski teknoloji uumlruumlnuuml ve verimleri yuumlksek
olmayan ccedilok sayıda fan bulunmaktadır Bu nedenle enerji verimliliğinin artırılmasında
fanların ve fan sistemlerinin verimliliklerinin artırılmasının katkısı olacaktır (URL1)
11 CcedilALIŞMA KONUSUNUN TANIMI
Sincap kafesli asenkron motorlarının verimliliğini arttırma yolları incelenmiştir Bu
proje konusunda soğutma uumlzerine yoğunlaşarak fan tasarımı yapılmıştır Bir elektrik
motorun da fan 10rsquoluk guumlccedil harcadığı iccedilin fan tasarımın da kanat sayısını azaltarak
optimizasyon yapılmıştır Fan tasarımı iccedilin Ansys programını kullanarak kanatlardaki
torku azaltmaya youmlnelik ccedilalışmalar yapılmıştır Tasarımda ilk adım olarak temel hız
uumlccedilgenlerinden yararlanılarak gerccedileğe yakın olacak şekilde sonuccedillar oluşturulmuştur
Sonuccedilların uygunluğu doğrultusunda ccediloumlzuumlm iccedilin gerekli kontrol hacimleri kaba ve
nitelikli ağ oumlrguumlsuuml şeklinde oluşturularak analizler gerccedilekleştirilmiştir
Uumlccedil boyutlu hesaplamalı akışkanlar dinamiği analizi uygulanarak gerccedileğe daha yakın
bir model simulasyonu oluşturulmuş ve uumlccedil boyutta etkileri inceleme olanağı
sağlanmıştır Tasarım sırasında hız uumlccedilgenlerinden yararlanılarak yapılan fan
tasarımının ccediloumlzuumlmuumlnde hızlı sonuccedil alınması ve ccedilok fazla iterasyona olanak sağlayan
turbomakina yazılımı kullanılmıştır Akışkan hareketini youmlneten denklemlerin
2
ccediloumlzuumlmuumlnde kullanılan sonlu hacimler programı iccedilin gerekli ağ oumlrguumlsuumlnuumln de hızlı bir
şekilde kullanımı iccedilin turbomakina yazılımından faydalanılmış ve zaman olarak
ccedilalışmaya oumlnemli oumllccediluumlde katkısı olmuştur
12 CcedilALIŞMA KONUSUNUN AMACI
Bahsi geccedilen ccedilalışma konusunda fan tasarımın da enerjinin verimli kullanılması seccedilim
imalat ve işletme suumlreccedillerinin optimum olması sağlanmış Fan tasarımında fanın
ccedilalıştırılacağı sistem projelendirilip yapılırken dikkat edilmelidir Ccediluumlnkuuml fanlar yatırım
maliyetlerinden daha fazla enerji tuumlketmektedirler Bu nokta da elektrik motorlarında
verimi arttırıcı oumlnlemler alınarak elektrik tuumlketimi konusunda tasarruf planlarında
buumlyuumlk katkı sağlanması hedeflenmiştir
13 ELEKTRİK MOTORU
Elektrik enerjisini mekanik enerjiye ccedileviren makinedir Her elektrik motoru biri sabit
(stator) ve diğeri kendi ccedilevresinde doumlnen (rotor) iki ana parccediladan oluşur Bu ana
parccedilalar elektrik akımını ileten (sargılar vb) manyetik akıyı ileten parccedilalar ve
konstruumlksiyon parccedilaları (yataklar vb) olmak uumlzere tekrar kısımlara ayrılır (URL2)
111 Elektrik Motorlarının Sınıflandırılması
Şekil 1 Elektrik Motorlarının Sınıflandırılması
Elektrik Motoru
Doğru Akım
DC Motor
Alternatif Akım
AC Motor
Senkron Motor Asenkron Motor
3 Fazlı Asenkron
Motor
Tek Fazlı Asenkron
Motor
3
14 TUumlRKİYErsquo DE VE DUumlNYArsquo DA ELEKTRİK MOTORLARININ ENERJİ
TUumlKETİMİ
Enerjide arz guumlvenliğinin sanayide sanayide suumlrduumlrebilirliğinin ve buumlyuumlmenin ise
kalkınmada oldukccedila oumlnem taşıdığı guumlnuumlmuumlzde saklı enerji kaynağı sayılabilecek olan
verimlilik hususu belirtilmektedir TUumlİK verilerine goumlre Tuumlrkiye elektrik enerjisinin
2013 yılı itibariyle 471rsquoi sanayi sektoumlruumlnde tuumlketilmektedir Sanayide kullanılan
elektrik motorları ise bu sektoumlrde tuumlketilen elektrik enerjisinin 70rsquo ini teşkil
etmektedir Sanayinin buumlyuumlmesi son yıllardaki ARGE ccedilalışmalarının ilerlemesi ve
otomasyon sistemleri ile daha yoğun teknoloji ile Tuumlrkiye piyasasına 1 milyon elektrik
motoru arz edilmektedir Tuumlrkiyersquode de Bilim Sanayi ve Teknoloji Bakanlığı (BSTB)
tarafından AB mevzuatı ile uyumlu hale getirilen yerel mevzuat soumlz konusu elektrik
motorları iccedilin enerji verimlilik endeksini ve beyanını ve bulunması gereken en duumlşuumlk
seviyeyi zorunlu kılmaktadır ve ccedilalışmalar yapılmaktadır Bunun sonucunda
Tuumlrkiyersquode kullanılan elektrik motorları uumlzerinde sektoumlrel ve sınıfsal accedilıdan enerji
tuumlketimi irdelenmektedir Yapılan bu ccedilalışmalar ile duumlşuumlk verimli elektrik motorlarının
yuumlksek verimli elektrik motorları ile değiştirilmesi yoluyla Tuumlrkiyersquode yaklaşık yılda
2500 GWhrsquo lik enerji tasarrufu edildiği goumlruumllmuumlştuumlr (URL4)
2013 yılı TUumlİK verilerine goumlre Tuumlrkiyersquode toplam 198045 GWh Elektrik Enerjisi
tuumlketilmiştir Tuumlketilen bu enerjinin 93280 GWh kadarı sanayide tuumlketilmiştir
Tablo 1 Tuumlrkiyersquode Elektrik Motorlarının Sektoumlrlere Goumlre Tuumlketimi
Sektoumlr Elektrik Motorların Sektoumlrel
Tuumlketimi TWhYıl
Sektoumlruumln Toplam Enerji
Tuumlketimi TWhYıl
Sanayi 46 68
Ticaret 14 20
Mesken 8 35
Diğer 1 20
Toplam 69 144
4
Enerji verimliliği ccedilalışmalarında elektrik motorlarının kullanımlarının sektoumlrel
dağılımlarının yanı sıra motorların sınıflandırılması da oldukccedila oumlnemlidir
Duumlnyada 2 23 milyar elektrik motorlarının bulunduğu tahmin edilmektedir Ancak bu
motorların 2 milyar kadar adedi 075 kW guumlcuumln altındadır ve enerji tuumlketiminin 9 u
kadarını karşılar 075- 375 kW aralığında kalan motorlar ise elektrik motorlarının 11
ini oluştururken enerji tuumlketiminin 68 kadarını oluşturur 375 kW guumlccedil uumlstuumlndeki
motorlar elektrik motorlarının 1rsquoini oluştururken enerji tuumlketiminin 23rsquouumlnuuml
karşılar
Tablo 2 Elektrik Motorlarının Tuumlrlerine Goumlre Pazar Dağılımları
TİPİ le 750
W
075 - 375
kW
gt 375
kW
DC Motor Ve
Generatoumlrler
56 21 5
AC Tek Fazlı
Motorlar
29 30 -
AC Uumlccedil Fazlı
Motorlar
5 49 95
Diğer 10 - -
Tuumlrkiyersquo de elektrik enerjisinin 471rsquo i sanayide sanayide tuumlketilen elektrik
enerjisinin 67rsquosi motorlarda motorlarda tuumlketilen elektrik enerjisinin 91rsquoi 075-
1000 kW guumlccedil aralığındaki motorlarda tuumlketilmekte ve bu motorların 87rsquosinin
asenkron motorlar olduğu soumlylenebilir
IE4 ile IE1 standartları arasındaki fark buumlyuumlktuumlr 90 kW ve uumlstuumlnde ortalama fark
yaklaşık 3 seviyesindedir 075 ile 75 kW arasında ortalama verim farkı yaklaşık
10 75 ile 90 kW aralığında ise ortalama verim farkı 5 seviyesindedir
Tablo 3 IE4 ile IE1 arasındaki ortalama verim farkı
Guumlccedil Aralığı Ortalama IE1 - IE4 verim
Farkı ()
012-075 kW 17
075-75 kW 10
75-90 kW 5
90-1000 kW 3
5
15 ELEKTRİK MOTORLARINDA VERİMİN OumlNEMİ VE VERİM
SINIFLARI
Uumlretilen toplam elektriğin yaklaşık yarısı sanayi sektoumlruumlnde kullanılan elektriğin ise
yaklaşık uumlccedilte ikisi motorlar tarafından tuumlketilmektedir Bu da sanayide yuumlksek verimli
motor kullanımının enerji maliyetinin duumlşuumlruumllmesinde ne kadar oumlnemli olduğunu
goumlsterir Yuumlksek verimli motorların kullanımı aynı zamanda sera gazları salınımında
ciddi azalmalara sebep olmakta ve enerjide dışa bağımlılığın azaltılmasına katkı
yapmaktadır (URL7)
Şekil 2 Sanayide Kullanılan Elektrik Motorlarının Kullanım Yerleri
Elektrik motorlarının duumlnyadaki kullanımına bakarsak binalarda kullanılan elektriğin
36rsquosı enduumlstri ve altyapıda ise 70rsquoi elektrik motorları tarafından tuumlketilmektedir
Asenkron elektrik motorları uumllkemizin toplam elektrik tuumlketiminin yaklaşık 36rsquosını
oluşturmaktadır Hatta sanayide sektoumlrel bazda bu oran 80rsquolere kadar ccedilıkmaktadır
Bu sebeple elektrik motorlarında verimi arttırıcı oumlnlemler uumllkemizin elektrik tuumlketimi
konusundaki tasarruf planlarına buumlyuumlk katkı sağlayacaktır Satın alma maliyeti
ortalama motor oumlmruuml boyunca toplam maliyetin 2rsquolik kısmına denk gelmektedir
Tek bir motor sarımının maliyeti toplam tutarın 1rsquoini oluşturmaktadır Elektrik
motorunun kullanım oumlmruuml boyunca tuumlkettiği elektrik enerjisinin maliyeti ise toplam
maliyetin 97rsquosine tekabuumll etmektedir (URL2)
42
7
22
29
DİĞER KOMP FAN POMPA
6
Şekil 3 Talep Tarafında Elektrik Kullanımı
VERİMİN OumlNEMİ
Asenkron motorlarda ccedileşitli verimlilik sınıfları mevcuttur Avrupa Elektrik Makineleri
Uumlreticileri Komitesi (CEMEP) ve Avrupa Komisyonunun 28 Haziran 1999 tarihli
deklarasyonu motorları verim sınıflarına goumlre ayırmıştır Yuumlksek Verimli motorlar
(EFF1) verimi iyileştirilmiş motorlar (EFF2) ve duumlşuumlk verimli motorlar (EFF3)
CEMEP‟ in bu deklarasyonunu takiben motor uumlreticileri ile yaptığı goumlnuumllluuml anlaşmalar
ile duumlşuumlk verimli motor (EFF3) uumlretimini kısıtlama yoluna gitmiştir Bunun yanı sıra
Duumlnyada artan enerji talebi ile birlikte birccedilok uumllke goumlnuumllluuml ya da zorunlu olarak daha
yuumlksek verimli motor kullanımını sağlamaya ccedilalışmıştır (Onaygil 2006)
Verimlilik sınıflarına 2008 yılında yenilik getirilmiştir Bu yenilik IEC( Uluslararası
Elektronik Komisyonu) tarafından yayımlanmıştır CENELEC tarafından da 2009
yılında Avrupa normu haline gelmiştir 2010 yılında da TSE tarafından kabul
edilmiştir Bu yenilik verimlilik sınıflarına getirilen IE1 IE2 IE3 IE4 şeklinde olan
tanımlamalardır Bu tanımlamalarda IE1= EFF2 olup IE2=EFF1rsquo in karşılığıdır
IE1= STANDART VERİMLİ
IE2= YUumlKSEK VERİMLİ
IE3=CcedilOK YUumlKSEK VERİMLİ
IE4=SUumlPER YUumlKSEK CcedilOK VERİMLİ
Şeklinde sınıflandırılmıştır
AYDINLATMA19
DİĞER ELEKTRİK MOTORLARI
4
ASENKRON MOTORLAR
36
DİĞER3
ELEKTRONİK ALETLER
8
ISITMA15
EV GERECcedilLERİ15
7
2014 yılında TS- EN 60034-30 standardı doğrudan şebekeden beslenen motorlar ve değişken
hız suumlruumlcuumlluuml motorlar olmak uumlzere iki kısma ayrılmıştır Şebeke tarafından doğrudan beslenen
motorlar iccedilin verimlilik sınıflarını tayin eden başka bir standart koyulmuştur TS-EN 60034-
30-1 standardıdır Bu standart faklı olarak 012- 1000 kW guumlccedil aralığını kapsamakta ve IE4
verimlilik sınıfını da tanıtmaktadır Ayrıca 8 kutuplu motorlar da bu kapsama alınmıştır
Henuumlz TS- EN 60034- 30- 2 sınıfı yayınlanmamıştır
Şekil 4 TS-EN 60034-30-1 Standardına Goumlre Verimlilik Sınıfları
151 Mevzuat
Elektrik motorları hususunda ilk yasal duumlzenleme Avrupa Birliğinin Elektrik Motorları
ile İlgili Ccedilevreye Duyarlı Tasarım Gereklerine Dair EC6402009 sayılı tuumlzuumlğuumlduumlr
Beraberinde 4703 sayılı Uumlruumlnlere İlişkin Teknik Mevzuatın Hazırlanması ve
Uygulanmasına Dair Kanunun 14 uumlncuuml maddesine dayanılarak hazırlanan Enerji ile
İlgili Uumlruumlnlerin Ccedilevreye Duyarlı Tasarımına İlişkin Youmlnetmelik 2010 yılında
yuumlruumlrluumlğe girmiştir Daha sonra 2012 yılında EC6402009 referans alınarak
hazırlanan ve uyumlaştırılan SGM- 20122 Elektrik Motorları İle İlgili Ccedilevreye
Duyarlı Tasarım Gereklerine Dair Tebliğ yayımlanarak ulusal mevzuata
kazandırılmıştır
Bu tebliğ ile 2 4 6 kutuplu anma gerilimi en fazla 100 (UN) en fazla 1000 V olan
anma ccedilıkış guumlcuuml (PN) 075 kW ile 375 kW arasında olan ve suumlrekli ccedilalışacak şekilde
100
90
80
70 012 24 48 960
IE1 IE2 IE3 IE4
8
tasarlanmış tek hızlı 3 fazlı 50 Hz veya 5060 Hz sincap kafesli enduumlksiyon motorları
denetim kapsama alınmış bulunmaktadır
Bu tebliğde oumlnemli bir diğer husus ise uygulamaya youmlnelik olan zorunluluklardır
Onlar şunlardır IE1 sınıfı verimlilikte olan motorların piyasaya arz edilmesinin
yasaklanması ve diğer verimlilik sınıfına geccediliş suumlrecinin tanımlanmasıdır
Tablo 4 Başlıca Uumllkelerin Verimlilik Sınıfı Uygulama Tarihleri
BOumlLGE IE1 IE2 IE3
ABD - 1998 2011
AB - 2011 2015
PRC 2000 2011 2015
TUumlRKİYE - 2012 2015
Bunun dışında 01012015 tarihinden itibaren anma ccedilıkış guumlcuuml 75 kW ile 375 kW
arasında olan motorların veriminin IE3 verim seviyesinden duumlşuumlk olmayacağını veya
piyasaya arz edilen motorların IE2 verim seviyesini karşılayacak ve değişken hızlı
tahrikle teccedilhiz edilmesi gerektiğini bildirmektedir (URL5)
Tablo 5 Tuumlrkiyersquo de Zorunlu Uygulamaya Geccediliş Suumlreci
Sınıfı Zorunlu Yuumlruumlrluumlk
Tarihi
Accedilıklama (İstisnalar)
IE1 02042012 2 Nisan 2012 tarihinden itibaren piyasaya suumlruumllmesi
yasaklanmıştır
IE2 02042012 01012015 tarihine kadar kullanılabilecektir
IE3 01012015 Değişken hızlı tahrikle teccedilhiz edilmesi halinde IE2 verim
seviyesi kullanılabilecek (75 kW - 375 kW)
IE3 01012017 Değişken hızlı tahrikle teccedilhiz edilmesi halinde IE2 verim
seviyesi kullanılabilecek (075 kW - 375 kW)
9
16 MOTOR VERİMİNİ ETKİLEYEN FAKTOumlRLER
161 Verim
Bir elektrik motorunun bağlı bulunduğu şebekeden ccedilektiği enerjinin tamamı mekanik
enerjiye doumlnuumlşmez Elektrik motorunun milinden aldığı faydalı guumlccedil şebekeden ccedilektiği
guumlccedilten kayıp guumlccedillerin ccedilıkmış halidir
Asenkron motorun şebekeden ccedilektiği guumlcuumln yuumlzde kaccedilının motorun milinden mekanik
guumlccedil olarak alındığını verim goumlsterir
Verim= ((Alınan G ) (Verilen Guumlccedil))x100
ή= (PaPv)x100
Verilen guumlccedil ile alınan guumlccedil arasındaki fark toplam kayıplardır Asenkron motorlarda
kayıplar stator demir kaybı stator ve rotor bakır kayıpları ile rotorun suumlrtuumlnme ve
ruumlzgacircr kaybından ibarettir
DEMİR
KAYIPLARI
GOumlVDE
STATOR
DİRENCİ
ROTOR
DİRENCİ
RUumlZGAR
SUumlRTUumlNME
DİRENCİ
EK
KAYIPLA
Şekil 5 Motor Verimini Etkileyen Faktoumlrler
10
162 Kayıplar
Demir Kayıpları
Bakır Kayıpları
Suumlrtuumlnme Kayıpları
1621 Demir Kayıpları
Demir kayıpları stator ve rotor saccedillarında meydana gelen histerezis ve fuko
kayıplarıdır Bu kayıplar frekans ve manyetik enduumlksiyon ile oranlıdır
Stator demir kayıpları stator frekansı sabit olduğuna goumlre değişmemektedir Yalnız
rotor demir kayıpları rotor frekansı ile değişir Ancak boş ve yuumlkluuml ccedilalışmada rotor
frekansı ccedilok kuumlccediluumlktuumlr Bu sebeple rotor demir kayıpları ccedilok kuumlccediluumlk olur ve ihmal
edilebilir 0 halde bir asenkron motorun demir kayıpları stator demir kayıplarına
eşittir denebilir Stator frekansı sabit olduğundan demir kayıpları da buumltuumln yuumlkler iccedilin
sabittir
1622 Bakır Kayıpları
Asenkron motorlarda stator ve rotor omik direnccedillerinden dolayı I12R1 ve I2
2R2
değerinde bakır kayıpları meydana gelir Bakır kayıpları sargı direnccedilleri sabit
olduğuna goumlre yuumlk akımları I1 ve I2 lsquonin karesi ile değişir Şu halde bu kayıplar
yuumlkle değişen kayıplardır
Rotor ve stator bakır kayıplarını bulabilmek iccedilin akım ve direnccedillerin bilinmesi gerekir
Genel olarak bakır kayıpları motorun kısa devre deneyinden tuumlm olarak hesaplanır
1623 Ruumlzgar ve Suumlrtuumlnme Kayıpları
Asenkron motorlarda suumlrtuumlnme ve ruumlzgacircr kayıpları devir sayısı ile biraz değişirse
de bu değişim ccedilok az olduğu iccedilin sabit kabul edilebilir Suumlrtuumlnme ve ruumlzgacircr
kayıpları boş ccedilalışma deneyinde demir kayıpları ile birlikte bulunur Demir
kayıpları ile ruumlzgacircr ve suumlrtuumlnme kayıplarına sabit kayıplar denir
11
BOumlLUumlM 2 MATERYAL VE YOumlNTEM
21 ASENKRON MOTORLAR
Asenkron motorlar başlıca iki kısımdan oluşur
Hareket etmeyen kısım Stator
Doumlnme hareketi yapan kısım Rotor
Asenkron makineler motor olarak stator sargıları ile aldığı elektrik enerjisini
rotorundan doumlnme hareketi yaparak mekanik enerjiye ccedileviren ve generatoumlr olarak
rotorundan aldığı doumlnme hareketi mekanik enerjisini bazı koşullar altında stator
sargılarında elektrik enerjisine ccedileviren elektromekanik makinelerdir
Motor olarak birkaccedil Wattrsquotan 300 MW guumlcuumlne kadar uumlretilmektedir Generatoumlr olarak
az kullanılmakla beraber son zamanlarda ruumlzgacircr enerjisinden elektrik enerjisi elde
etmek amacı ile ruumlzgacircr tuumlrbini ile birlikte ccedilalışmaktadırlar
Stator sargı gerilimleri alccedilak gerilim 220Vdan orta gerilim 22kVa kadar
değişmektedir Doumlnme sayıları sabit değildir fakat doumlnme sayısı yuumlkle az değişir
Doumlnen diğer elektrik makinelerine kıyasla daha sağlam daha az bakım isteyen ve daha
ucuz makinelerdir Son yıllarda yarı iletken guumlccedil elektroniğindeki teknolojik
gelişmeler ile asenkron makinelerin kontroluuml kolayca yapılabilmektedir (Baykal
2011)
Şekil 6 Kuumlccediluumlk Guumlccedilluuml Uumlccedil fazlı Sincap Kafesli Asenkron Motorun Kesiti
12
22 ASENKRON MAKİNALARIN YAPISI
Asenkron makineler başlıca iki kısımdan oluşmaktadır Bunlar
Stator
Rotor
Şekil 7 Stator Saccedil Paketini Oluşturulmuş Farklı Tipte Statorlar
221 Stator
Stator Asenkron motorun duran kısmıdır 04 - 05 veya 08 mm kalınlığında silisyumlu
saccedillar oumlzel kalıplarla preste basılır ve paketlenir Stator saccedilları paketlenince uumlccedil fazlı
sargıların yerleştirileceği stator nuumlvesi elde edilir Bu nuumlve stator goumlvdesinin iccediline
sıkıca yerleştirilir Goumlvdeye motorun ayakları monte edilir Goumlvdeye motor kapaklan
takılır motor kapaklan ortalarındaki bilyeli yataklar statorun ortasında doumlnecek olan
rotora yataklık ederler
1Halkalı Duumlzen Kuumlccediluumlk ve orta guumlccedilteki makinelerde uygulanan bu konstruumlksiyon
şeklinde saccedil paket ya karkas dışında istiflenerek uzun saplamalarla kendi uumlzerine
sıkılır yada saccedil levhalar karkas iccedilinde istiflenir
2 Segmanlı Duumlzen Bu duumlzende saccedil paketi daima karkas tarafından gergin durumda
tutulur Segmanlı duumlzende saccedil paketi rijitli halkalı duumlzendekine oranla da az
olduğundan burada seccedililecek olan karkasın daha kuvvetli olması gerekir (Baykal
2011)
13
222 Rotor
Rotor Asenkron motorun doumlnen kısmıdır ve rotor saccedil paketi ile rotor sargılarından
oluşur Rotor saccedil paketi 05 mm‟lik silisyumlu saccedillardan yapılır Saccedilların yuumlzeyleri
ccedilok ince bir film tabakası ile yalıtılmıştır Saccedillar oumlzel kalıplarda pres altında oluk
dişler ve sıkıştırma cıvata delikleri oluşacak şekilde saccedil şeritlerden kesilerek ccedilıkartılır
Saccedillar bir araya getirilerek pres altında sıkıştırılır ve cıvatalarla bu halde kalması
sağlanır
Diğer doumlnen elektrik makinelerine goumlre stator ile rotor arasında kalan hava aralığı ccedilok
kuumlccediluumlktuumlr Motorun guumlcuumlne goumlre hava aralığının radyal boyu 05 - 1 - 3 mm kadar
olabilir Boumlylesine kuumlccediluumlk bir hava aralığı boşta ccedilalışma akımını kuumlccediluumlk tutmak iccedilin
yapılır Rotor olukları motorun elektrik karakteristiklerini etkileyen değişik biccedilimlerde
yapılır Rotor oluklarına rotor sargıları yerleştirilir
Şekil 8 Rotor Saccedil Paketini Oluşturan Değişik Rotor Saccedilları
Rotor sargıları uumlccedil fazlı olarak ya da sincap kafesli olarak yapılır Rotoru sargılı olan
ve sargı uccedilları doumlnen bilezik-sabit fırccedila ile dışarı ccedilıkartılan motorlara bilezikli asenkron
motor denir Sincap kafesli motorlarda rotor oluklarına bakır ccedilubuklar yerleştirilir Bu
ccedilubuklar her iki baştan dairesel halkalarla kısa devre edilerek sincap kafesine
benzeyen kendi uumlzerine kapatılmış bir sargı elde edilir Sincap kafesli motor sargısı
oumlzel kalıplarla rotor oyuklarına basınccedil altında aluumlminyum puumlskuumlrtuumllerek uumlretilir
Boumlylece uumlretilen rotor sincap kafesi aluumlminyumdan yapılmış olur
Sincap kafesli asenkron motorun rotorundan hiccedilbir uccedil ccedilıkmadığı iccedilin bu motorun
kontroluuml sadece statordaki elektrik uccedillarından yapılabilmektedir Oysa bilezikli
asenkron motorun rotor sargı uccedilları bilezik ve fırccedila sistemi ile dışarı ccedilıkarıldığından
14
bu motorun kontroluuml hem stator sargı uccedillarından ve hem de rotor sargı uccedillarından
yapılabilmektedir
Sincap kafesli motorun rotor sargısı buumlyuumlk motorlarda bakır ccedilubukların rotor
oluklarına yerleştirilmesi ve iki baştan kısa devre elde edilmesi ile oluşturulur Kuumlccediluumlk
motorlarda rotorun sincap kafesi aluumlminyum puumlskuumlrtme ve kalıplarla elde edilir
Rotoru sincap kafesli bir motorun sincap kafesi değişik biccedilimde oluklara yerleştirilir
Motorun oumlzellikle moment karakteristiğine istenilen oumlzelliği vermek iccedilin rotorda derin
oluklar ve ccedilift oluk kullanılır Birinci motora derin oluklu ya da derin ccedilubuklu motor
ve diğerine de ccedilift kafesli motor denir (Baykal 2011)
23 ASENKRON MOTORLARIN CcedilALIŞMA İLKESİ
Asenkron makinenin ccedilalıŞma ilkesi bir doumlner alanın varlığına dayanır Doumlner alan
senkron hız motor milinin hızı da rotor hızı olarak isimlendirilir Kayma da bu iki
hızın arasındaki fark olarak ifade edilmektedir
231 Doumlner Alan
Bir N-S mıknatısı ya da uumlzerinden akım geccedilen bir bobinin magnetik alanı N kutbundan
ccedilıkar ve S kutbuna girer Daimi mıknatıs ve doğru akım taşıyan bobinin manyetik
alanları mıknatıs ve bobin dışarıdan bir bobinle doumlnduumlruumlluumlrse bunların alanları da
beraber doumlner İşte bir mıknatısın doumlnduumlruumllmesi ile elde edilen alana doumlner alan denir
Uumlccedil fazlı asenkron motorun (enduumlksiyon motorun) statoruna birbirinden 120rsquoşer derece
faz farklı 3 faz sargısı yerleştirilmiştir En basit statorda her biri bir faza ait olmak
uumlzere 3 tane bobin bulunur Bir motor en az iki kutuplu olarak sarılabilir (Baykal
2011)
Şekil 9 Uumlccedil Faz bobininin 6 Oluklu Statora Yerleştirilişi
15
232 Senkron Hız
N-S kutuplarının saat ibresi youmlnuumlnde doumlnduumlğuuml goumlruumlluumlr uumlccedil fazlı alternatif akımdaki bir
periyotluk değişme N-S kutuplarının bir devir yapmasına sebep olur Alternatif akımın
frekansı 50 Hz ise saniyede 50 periyotluk bir değişme yapar Dolayısıyla statordaki
faz bobinlerinin meydana getirdiği N-S kutupları da saniyede 50 devirle doumlner Bu
dakikada 3000 devir eder Ccedilok fazlı bir stator sargısından aynı faz sayısında ccedilok fazlı
bir akım geccedilerse hava aralığında sabit genlikli bir doumlner alan oluşur Bu doumlner alanın
duran statora goumlre ns (n1) devir hızı şebeke frekansına doğru stator sargısının p ccedilift
kutup sayısına ters orantılıdır
1198991 = 601198911
119901
Senkron hız da denen doumlner alan hızı kutup sayısına goumlre buumlyuumlk basamaklar yaparak
değişir Asenkron motorlar ancak belli senkron hızlar iccedilin yapılabilir En fazla
kullanılan senkron hızlar 2 4 6 ve 8 kutup sayılarına ait olanlardır (Baykal 2011)
Tablo 6 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru
P
(Kutup Sayısı)
50 Hz 60 Hz
n1min-1 n1s-1 n1min-1 n1s-1
2 3000 50 3600 60
4 1500 25 1800 30
6 1000 1667 1200 20
8 750 125 900 15
16
233 Kayma
Senkron makine dışında buumltuumln diğer ccedilalışma tuumlrlerinde asenkron makinenin
ccedilalışabilmesi iccedilin rotor hızının doumlner alan hızından farklı olması gerekir Doumlner alanın
rotor uumlzerinden geccedilme hızına yani doumlner alan ile rotor hızı arasındaki cebirsel farka
kayma hızı n2 ve bu hızın doumlner alan hızına oranına kayma s denir Bu tanıma
dayanarak kayma devir hızına goumlre veya devir hızı kaymaya goumlre ifade edilebilir
n2 = n1 ndash n n = n1(1-s) 119904 = 1198992
1198991 =
1198991minus119899
1198991
Kayma oranlanmış bir buumlyuumlkluumlktuumlr ve ccediloğunlukla olarak ifade edilir Pozitif negatif
veya sıfır olabilir Oranlanmış rotor hızı n nı ile toplamı daima 1rsquoe eşittir Teorisel
olarak ndash infin ve +infin arasında değişebilir Durmada n = 0 ve s =1 dir Senkron ccedilalışmada
n = n1 ve s = 0 dır Bu iki sınır değer arasında asenkron makine motor olarak ccedilalışır
ve kayması daima pozitiftir Anma ccedilalışmasındaki değeri yuumlzde birkaccedil olup artan
anma guumlcuuml ile azalır ve kuumlccediluumlk guumlccedillerde yaklaşık 10 dan buumlyuumlk guumlccedillerde 1 in altına
duumlşer
Rotor doumlner alana goumlre ters youmlnde doumlnduumlğuumlnde elde edilen fren ccedilalışmada devir hızı
negatif ve kayma 1 den buumlyuumlktuumlr Rotor hızı doumlner alan hızını geccedilerse yani ngtn1 ise
kayma negatif olur (s lt 0) ve makine generatoumlr olarak ccedilalışmaya başlar (Baykal 2011)
Şekil 10 Standart Asenkron Motorların Anma Kayması ve Verimi
17
24 ASENKRON MOTOR CcedilEŞİTLERİ
Asenkron motorlar rotor yapılarına goumlre ikiye ayrılır
Sincap kafesli (Kısa devre rotorlu) Asenkron Motorlar
Bilezikli (Sargılı rotorlu) Asenkron Motorlar
241 Uumlccedil Fazlı Kısa Devre (Sincap Kafesli ) Asenkron Motorlar
Uumlccedil fazlı sincap kafesli motorun yapılısı basittir Az bakıma ihtiyaccedil goumlsterir Bu tip
motorun oumllccediluumlleri aynı guumlccedilteki başka tip motorların oumllccediluumllerinden kuumlccediluumlktuumlr Değişik
yuumlklerdeki hız reguumllasyonu ccedilok iyidir Fiyatının ucuzluğu yapılışının sağlamlığı ve
istenilen ccedilalışma oumlzelliğine sahip oluşu yuumlzuumlnden bu tip motorlar sanayide ccedilok
kullanılır
Rotorlar accedilılmış oluklara basınccedil altında erimiş aluumlminyum puumlskuumlrtuumllerek doldurulur
Rotorun her iki başındaki kısa devre halkalar da aluumlminyumdandır Ayrıca bu halkalar
uumlzerine kanatlar da bırakılarak rotor işletmede vantilasyon suretiyle soğutulması
sağlanır 250 kW guumlcuumlne kadar kısa devre kafesleri aluumlminyumdan yapılmış asenkron
motorlar mevcuttur
Buumlyuumlk guumlccedil istenilen işletmelerde kısa devre kafesi yuumlksek dikdoumlrtgen şeklinde bakır
ccedilubuklardan ve bunları rotorun her iki başında kısa devre eden bakır halkalardan
yapılır Rotorda kaccedil adet oluk varsa rotorun faz sayısı buna eşittir
Kısa devre kafesli asenkron motorun yol alma oumlzellikleri iyi değildir Ancak basit ve
ucuz olmaları nedeni ile yaygın biccedilimde kullanılmaktadır Yol almasını kolaylaştırmak
iccedilin yuumlksek ccedilubuklu veya ccedilift kafesli olarak yapılırlar (Baykal 2011)
Şekil 11 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru
18
242 Bilezikli (Sargılı rotorlu) AC Motorlar
Birccedilok sanayi yuumlklerinde uumlccedil fazlı değişik hızlı motora ihtiyaccedil duyulduğu yerler iccedilin
bilezikli asenkron motorlar geliştirilmiştir Bilezikli asenkron motorlara sargılı rotorlu
AC motor da denilmektedir Bu tip motorun statoru ile sargının yerleştirilmesi sincap
kafesli motorun aynıdır Rotor ccedilelik saccedillardan yapılmış silindirik bir goumlbektir 120
derece aralıklı uumlccedil adet tek fazlı kalıp sargısını yerleştirmek iccedilin rotor uumlzerine oyuklar
accedilılmıştır izoleli rotor bobinleri stator kutup sayısına eşit kutup sayısı elde edecek
şekilde gruplandırılmıştır Uumlccedil tek fazlı rotor sargısı aralarında yıldız bağlanarak ccedilıkış
uccedilları rotor mili uumlzerindeki uumlccedil bileziğe bağlanmıştır Bileziklere temas eden fırccedila uccedilları
hız kontroloumlruuml ayarlayıcısına bağlanır Fırccedilalar taşıyıcılar uumlzerindeki yayların basıncı
ile bileziklere sıkıca temas eder Doğru akım makinelerinde olduğu gibi youmln
değiştirmeye luumlzum olmadığı iccedilin fırccedila taşıyıcıları uygun bir durumda sıkıca tespit
edilmiştir
Bilezikli asenkron motorun rotorunda aynı statorunda olduğu gibi uumlccedil fazlı alternatif
akım sargısı vardır Stator 10 Kw guumlce kadar tek tabakalı orta guumlccedillerde ise iki tabakalı
sargılı yapılırlar Rotor ise tam oluklu veya kesirli oluklu sargılı olabilir Rotor sargı
uccedillarının bir tarafı bileziklere bağlanır Diğer tarafı ise kısa devre edilerek uumlccedil fazlı
sargının yıldız noktasını oluşturur Bilezikler uumlzerindeki fırccedila sistemi ile rotor
alternatif gerilim kaynağından ayrıca beslenir (Baykal 2011)
25 Elektrik Motorlarına Yıldız-Uumlccedilgen Yol Verme
Kalkış akımını duumlşuumlrmede en ekonomik youmlntemdir Uumlccedil kontaktoumlr ile bir zaman
roumllesinden oluşan kontaktoumlr kombinasyonudur Bu youmlntemle yol verebilmek iccedilin
motorun uumlccedilgen bağlı ccedilalışma gerilimi şebeke gerilimine eşit olmalıdır Oumlrneğin
uumllkemizde şebeke gerilimi 380 Volt olduğuna goumlre yıldız-uumlccedilgen yol verilecek motorun
etiketinde D380 V veya D380VY660V yazılı olmalıdır Volt elektrik motorlarında 2
ve 4 kutuplularda 3 kW (dacirchil) 6 kutuplularda 22 kW(dacirchil) den daha buumlyuumlk guumlccedilluuml
motorlar bu oumlzelliktedir Yani 380 V şebekede uumlccedilgen bağlı ccedilalıştırılırlar
Motora yıldız-uumlccedilgen yol verildiğinde direkt yol vermeye goumlre şebekeden ccedilekeceği
akım 3 katı azalır Yıldız-uumlccedilgen yol vermede amaccedil motoru kalkış suumlresince yıldız
19
bağlı ccedilalıştırmak ve kalkışını tamamlayan motoru hemen normal bağlantısı olan uumlccedilgen
bağlı olarak ccedilalıştırmaktır
Motor kalkış sırasında yıldız bağlı ccedilalıştırıldığından motor sargılarına uygulanan
gerilim U radic3 değerine motorun şebekeden ccedilektiği akım ise 13 değerine duumlşer
Motorun sargılarına uygunalan gerilim azaldığından momenti oumlnemli oumllccediluumlde kuumlccediluumlluumlr
Yıldız-uumlccedilgen yol vermenin kusursuz olması iccedilin motorun yuumlk momentinin yıldız
bağlamadaki motor momentinden buumlyuumlk olmaması ve yıldız bağlamadaki suumlrenin
uygun olması gerekir Bu geccediliş suumlresi ccedilok oumlnemlidir Motor yıldız bağlantıda iken
anma devir sayısına ulaşıldığı anda uumlccedilgen bağlantıya geccedililmesi ve fazla aralık
verilmemesi gerekir
Boumlyle olursa yıldızdan uumlccedilgen bağlantıya geccedilişteki uumlccedilgen kontaktoumlruumlnuumln kapamama
akımı kuumlccediluumlk ve yıldızdan uumlccedilgene geccediliş darbesiz olur Aksi halde uumlccedilgen bağlantıya
geccedilişte akımda geccedilici artışlar goumlruumlluumlr Bunun sonucu kontaktoumlruumln kontakları ani
yuumlksek ısı nedeniyle kaynak olabilir
Bir şebekede uumlccedilgen bağlı ccedilalışacak motor aynı şebekede yıldız bağlı (Y) olarak
ccedilalıştırılabilir Ancak bu durumda motorun guumlcuuml ve momenti duumlşer Bu oumlzellikten
yararlanarak asenkron motorların kalkış anında ccedilektikleri fazla akımı azaltmak iccedilin
yıldız-uumlccedilgen yol verme uygulanması yapılabilir
Şebekede yıldız bağlı ccedilalıştırılması gereken motor yanlışlıkla uumlccedilgen bağlı ccedilalıştırılırsa
sargılarına radic3 katı buumlyuumlk gerilim uygulanmış olur Gerilimdeki artış oranı kadar sargı
akımı buumlyuumlyeceğinden motor aşırı akım ccedileker ve kısa suumlrede artacak ısı sonucu
sargılar yanar
Onun iccedilin yıldız bağlı ccedilalışması gereken motor kesinlikle aynı şebekede uumlccedilgen bağlı
ccedilalıştırılmaz (URL6)
20
Şekil 12 Motora yıldız-uumlccedilgen yol verme
Şekil 13 Stator Sargı Uccedillarının Uumlccedilgen (D) Ve Yıldızı (Y) Bağlanması
Şekil 14 Asenkron Motora Yol Verme
21
26 FANLAR
261 Genel Bilgiler
Fanlar hava veya benzeri gazları basınccedillandırarak belirli bir akış yolu iccedilinde hareket
etmesini sağlayan turbo makinelerdir İyi bir fan istenilen performansı yerine
getirirken verimi yuumlksek enerjiyi daha az tuumlketen muumlmkuumln olduğunca guumlruumlltuumlsuumlz
ccedilalışan ve maliyeti duumlşuumlk olan fandır Fanların tahrik sistemlerinde elektrik motorları
kullanılmaktadır (URL3)
262 Fan Ccedileşitleri
Fanlar aşağıdaki gibi sınıflandırılmaktadır
Eksenel (aksiyel) fanlar
Radyal (santrifuumlj) fanlar
Karışık akışlı (eksenel-radyal) fanlar
Ccedilatı tuumlruuml fanlar
Karşıt akımlı fanlar (blower)
Vorteks ya da rejeneratif fanlar
Diğerleri
Elektrik motorlarında radyal fanlar kullanılmaktadır (URL8)
Bu kısımda projemiz iccedilin incelediğimiz 3 ccedileşit fanı accedilıklayacağız
2621 Eksenel Fanlar
Havanın fan ccedilarkı ile aynı eksende youmln değiştirmeden hareket ettiği fanlardır Yuumlksek
hava debileri ve duumlşuumlk basınccedil sınıfına sahip sistemler iccedilin uygun fanlardır Şekil 15
rsquode oklar akış youmlnuumlnuuml (simetri eksenine paralel) goumlstermektedir
22
Şekil 15 Akışın Simetri Ekseninde Hareket Etmesi
2622 Karışık Akışlı (Radyal-Eksenel) Fanlar
Havanın kanatlar uumlzerinden emmesine goumlre yaklaşık 45deg accedilı yaparak hareket ettiği
fanlardır Radyal fanlara goumlre hava debisi daha yuumlksektir
Eksenel fanlardan daha yuumlksek basınca dayanabilir
Fan eğrisi uumlzerinde kararsız boumllge yoktur
Karşı basıncın duumlşuumlk olduğu boumllgelerde motor aşırı akım ccedilekmez
Eksenel ve radyal fanlara goumlre verimleri duumlşuumlktuumlr (URL6)
Şekil 16 Karışık Akışlı Fan Uygulamaları
23
2623 Radyal (Santrifuumlj) Fanlar
Havanın fan ccedilarkını emmesine goumlre 90deg accedilı yaparak kanatlara teğet olarak terk ettiği
fanlardır
Radyal fanların avantajları aşağıdaki gibidir
Geniş bir uygulama aralığına sahiptir
Yuumlksek sıcaklık ve aşındırıcı ortam uygulamalarında kulanılır
Değişken akış direncine sahip yerlerde daha verimli ve daha sessiz ccedilalışma
olanakları vardır
Yapısal kararlılıkları yuumlksektir (URL6)
Radyal Duumlz Kanatlı Fanlar
Genellikle kendi kendini temizleme malzeme taşıma ve parccedilacık ve yağ yuumlkluuml havanın
uygun halde taşınması gibi durumlarda kullanılırlar ve bunun iccedilin duumlz kanatları vardır
Ccedilarkları basit bir yapıya sahiptir ve nispeten dar kanatları vardır
Elektrik motorlarında genellikle ccedilift youmlnluuml ccedilalışmaya uygun olması iccedilin radyal duumlz
kanat tipli bu fanlar seccedililiyor
Şekil 17 Radyal Duumlz Kanatlı Fanlara Oumlrnekler
24
BOumlLUumlM 3 BULGULAR VE TARTIŞMA
31 SONLU ELEMANLAR YOumlNTEMİ
Sonlu elemanlar youmlntemi muumlhendislik problemlerine kabul edilebilir yaklaşımlarla
ccediloumlzuumlm arayan sayısal youmlntemdir (Moavani 2015) Sonlu elemanlar youmlntemi diğer bir
ifade şekliyle fiziksel şeklin matematiksel ifadesidir Bu kurduğumuz siste sınırlara
ayırılabilen ve malzeme şartlarına uygun olan bir sistem olmalıdır
Sonlu eleman youmlntemindeki basamaklar
Yaklaşık Ccediloumlzuumlm Youmlntemi
Geometrik Şekil
Nod
Eleman
Mesh
Ayrıklaştırma
Şekil 18 Sonlu Eleman Modeli
Eleman
Nod
(Duumlğuumlm
noktaları)
25
Sonlu elemanlar youmlntemi matematik ve fizik biliminin buumltuumln alanlarında kullanılır
Gerilme Analizi
Akışkanlar Mekaniği
Isı İletimi
Dalga Yayılımı
Darbe Analizi
Aerodinamik vb alanlardır
Sonlu elemanlar youmlntemini kullanırken oumlncelikle şu soruların cevaplarını bulmalıyız
Dizayn amacımız nedir
Bu sistemi modellemek iccedilin gerekli olan bilgiler nelerdir
Bu dizayn iccedilin hangi kriterler gerekir
311 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Pozitif Youmlnleri
Geometrisi karışık cisimlerin incelenmesini kolaylaştırır Geometri basit kısımlara
ayrılıp burada ayrı veya daha hassas işlemler yapılabilir
Parccedilanın geometrisini değiştirmeye gerek kalmaz
Youmlntemde hem fiziksel hem matematiksel temeli vardır
Sonlu elemanlar youmlntemi iccedilin ccedilok farklı programlar bulunmaktadır (Ansys Marc
Nastran ) (Moavani 2015)
312 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Negatif Youmlnleri
Elde edilen sonuccedilların doğruluğu hangi sonlu youmlnteminin kullanıldığına bağlıdır
Ccedilıkacak durum oumlnceden tespit edilmeli ve ona goumlre bir ccediloumlzuumlm youmlntemi
kullanılmalıdır Bu yuumlzden oumlnceden iyi tesipt edilemezse doğru değer bulunamaz
ve doğru ccediloumlzuumlm iccedilin zaman kaybı olabilir
Doğru ccediloumlzuumlm iccedilin elemanın ayrıştırılması (mesh) atanması gerekir
Bu meshin iyi atılması gerekir yoksa ccediloumlzuumlmuumln yakınsamaları değişebilir
(Moavani 2015)
26
32 ANSYS PROGRAMI
ANSYS genel amaccedillı kullanılan sonlu elemanlar programıdır Ansys yazılımı
mukavemet titreşim akışkanlar mekaniği ısı transferi ve elektromanyetik alanlarının
birbiri ile olan interaksiyonunu simule eden yazılımdır
Boumlylelikle ANSYS uumlruumlnlerin prototipleri uumlretilmeden sanal ortamda test edilmelerine
olanak sağlar Ayrıca sanal ortamdaki 3 boyutlu simulasyonlar neticesinde yapıların
zayıf noktalarının tespiti ve iyileştirilmesi ile oumlmuumlr hesaplarının gerccedilekleştirilmesi ve
muhtemel problemlerin oumlngoumlruumllmesi muumlmkuumln olmaktadır
ANSYS yazılımı sadece ihtiyaccedil duyulan oumlzelliklerin alınmasına fırsat vererek ilave
edilebilen CAD ve FEA bağlantı modulleri ile masa uumlstuumlnde kullanılan diğer
muumlhendislik yazılımları ile entegre bir şekilde ccedilalışabilmektedir
ANSYS yazılımı hem dışarıdan CAD datalarını alabilmekte hem de iccedilindeki
preprocessing imkacircnları ile geometri oluşturulmasına izin vermektedir Yine aynı
preprocessr iccedilinde hesaplama iccedilin gerekli olan sonlu elemanlar modeli yani mesh de
oluşturulmaktadır Yuumlklerin tanımlanmasından sonra ve gerccedilekleştirilen analiz
neticesinde sonuccedillar sayısal ve grafiksel olarak elde edilebilir
ANSYS yazılımı ile oumlzellikle contact algoritmalarının ccedileşitliliği zamana bağımlı
yuumlkleme oumlzellikleri ve nonlinear malzeme modelleri sayesinde yuumlksek muumlhendislik
seviyedeki analizleri hızlı guumlvenilir ve pratik bir şekilde gerccedilekleştirilebilmektedir
ANSYS Workbench parametrik CAD sistemlerini eşsiz bir otomasyon ve performans
ile simulasyon teknolojilerini entegre eden bir platformdur ANSYS Workbenchrsquoin
guumlcuuml yılların bilgi birikimi ile arkasında duran ANSYS ccediloumlzuumlcuuml algoritmalarından gelir
Ayrıca ANSYS Workbenchrsquoin amacı sanal ortamda uumlruumlnuumln verifikasyonunu ve
iyileştirmesini sağlamaktır
Oumlzellikle PC ile uyumluluğun uumlst seviyede olabilmesi iccedilin yazılmış olan ANSYS
Workbench sadece bir arayuumlzden ileri bir ccedilalışma ortamındır ve ANSYS Workbench
ile herhangi bir ANSYS lisansına sahip herkes ccedilalışabilir Aynı alışılagelmiş ANSYS
arabiriminde olduğu gibi ANSYS Workbenchrsquode de kapasiteler sahip olunan lisansın
doğrultusunda sınırlıdır (URL9)
27
ANSYS programının bu oumlzelliklerinden dolayı programı kullanmaya karar verdik
Ansys programının oumlncellikle akışkan mekaniği ve dinamiğinde kullanılan iki ayrı
boumlluumlmuuml bulunmaktadır Bu boumlluumlmler Fluent ve CFX boumlluumlmleridir Bizim
kullandığımız boumlluumlm ise ANSYS CFX boumlluumlmuumlduumlr
33 MEVCUT FAN UumlZERİNDE YAPILAN ANALİZLER
ANSY projesinde oumlncelikle CFX kısmını kullanıldı Ccediluumlnkuuml ANSYS programında
CFX ve Fluent programı hesaplamalı akışkanlar dinamiği iccedilin kullanılmaktadır Ancak
ANSYS CFX turbo makinalar iccedilin kullanıldığından oumlnceden de goumlsterildiği gibi bir
nod alırken huumlcrelerin orta noktalarından nod hesabı yaptığı iccedilin verdiği değerler fan
analizi iccedilin daha iyi bir yakınsama goumlsterir Bu sebeple ANSYS CFX kısmı kullanıldı
İlk olarak mevcut fan uumlzerinde ccedileşitli incelemeler yapıldı
Mevcut fan uumlzerinde 10 kanat var iken suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilok fazla olduğu saptandı
Bunun uumlzerine motorun akışını kolaylaştırma yoluna gidildi
Havayı oluklara daha iyi aktarabilecek kısım fanın kanat boyu olduğu iccedilin fanın
kanatlarının uzunluğunda değişiklik yapılmasına karar verildi
Fandan ccedilekilen debi miktarı ve tork değerlerini tam alabilmek ve mevcut fanın
verimini oumllccedilebilmek iccedilin oumlncelikle esas oumllccediluumllerine goumlre ccedilizilen fan ANSYS
programına aktarıldı File gt Import gt Design Moduler şeklinde SolidWorksrsquo ten
ANSYS programına aktarıldı
Şekil 19 SolidWorksrsquo ten İmport Etmek
28
Fanın ccedilevresinde akış hacmi oluşturmak iccedilin katı modelin ccedilevresindeki hava
modellenir
331 Geometri
Oluşturulan akış hacminde havanın giriş ve ccedilıkış kısımları İnlet-Outlet şeklinde
belirtilir
Analys tools komutlarından xy duumlzleminde halka oluşturulur
Burada modeling kısmı 3 boyutlu işlem yapacağı zaman seccedililen kısımdır
Aşağıdaki şekilde de goumlruumlleceği uumlzere
Şekil 20 Akış Alanı Belirleme
Burada exturude komutuyla birlikte oluşturulacak akış hacminin kaccedil mm
uzatılacağı belirtilir Hepsini bir buumltuumln haline getirmemek iccedilin lsquovar olanla
birleştirilsin mirsquo sorusuna hayır denilir
Daha sonra ccedilevresine yayılan boşluk iccedilin Outlet tanımlaması yapılır
Bu işlemleri gerccedilekleştirdikten sonra kesit gerekir İlk oumlnce plane (duumlzlem)
belirlenir Bunun iccedilin hangi duumlzlemi seccedililecek ise (oumlrneğin xy) onu seccedilip plane
tıklanır Plane boumllgesinden ne kadar uzakta olacağı belirlenir Biz de değer 34 mmrsquo
dir Ccediluumlnkuuml kanatların boyu 31 mm olduğundan mesh atamada sorun ccedilıkmaması
29
iccedilin 34 mm uzaklıkta bir plane atanır Bu Planersquoi slice komutuyla keserek 3 farklı
boumllge oluşturulmuş olur
Akışkan hacmini oluşturmak iccedilin dolu olan kısımlar belirlenip ona goumlre hareket
edilir Bunun iccedilinde milin iccedilini dolu kabul edilir
Akışkan hacmi iccedilin yapılan bir diğer işlem ise oluşturulan hacimden fanın hacmini
booelangt substrack komutları ile akışkan hacminin bulunmasıdır
Mevcut fanın uumlzerine sağ tıklanarak ve suppress body komutu seccedililir Boumlylelikle
fanı gizleyerek sadece akışkan hacmi goumlruumlluumlr
Daha sonra oluşan parccedilaların arasında boşluk olmaması iccedilin ve bağlantı sağlamak
iccedilin part kısımlarını seccedililerek sağ tıklanır from new part seccedililir
Şekil 21 Slice Komutu ile Boumllgelere Ayırma
30
Şekil 22 Parccedilalar Arası Bağlantının Sağlandığı FromNew Part Boumlluumlmuuml
Mesh kısmını suumlruumlkleyip project schematic boumlluumlme bırakılır Bu boumlluumlmde geometri
onaylanır ve en altta bulunan meshrsquoe tıklanır
332 Sayısal Ağ Oluşturma (Mesh)
Şekil 23 Mesh oluşturma
31
Şekil 24 Mesh Geometrisi
Sonlu sayıda hacimle ccedilalışıldığından sonlu sayıda hacime boumllmek gerekir Sonlu
sayıda hacime boumlluumlnen kısımlar farklı farklı olabilir
Bu huumlcreler kapsadığı alanın oumlzelliklerini yansıtır Bunların ccedilevresindeki nodlar
bunların ortalaması ile belli bir oumlzelliğe sahip olmuş olur
Bu huumlcrelerin arttırılması yani ayrıştırmaların ccediloğaltılması ne kadar fazla olursa o
kadar yakınsama olur ve ccediloumlzuumlm iyileşir
Ancak sayısal ağ ccedilok fazla attırıldığında ccediloumlzuumlm suumlresi ccedilok fazla artacağından
ekonomik değildir
Bu sebepten dolayı mesh ( ayrıştırma) atarken akışkanın en fazla değişim
goumlstereceği kısımlarda daha fazla sayısal ağ oluşturulur Boumlylelikle daha iyi bir
yakınsama elde edilir Akışkanın değişim goumlstereceği yerler genellikle yuumlzeylerle
temas edilen kısımlardır Mevcut fanın analizin de orta kısımlarda pek fazla
değişiklik olmaz Bu nedenle sınırlara yakın kısımlara daha fazla ağ oluşturulur
Detail of Mesh kısmından hangi kısımlarda ne kadar buumlyuumlkluumlkte mesh
atılabileceğine bakılır
32
Detail of Mesh kısmından Phsics preference kısmı seccedililerek CFDrsquoi seccedililir Solver
Preference kısmından ise CFXrsquoi seccedilip devam edilir
Analiz yaparken belirlenmesi gereken kısımlar vardır Bunun iccedilin diğer kısımlar
seccedililerek hide body seccedililerek kapatılır ve select all body seccedililerek kanatlara isim
verilir
Şekil 25 Mesh İsimlendirme
Akışkanın girişine inlet ccedilıkışına outlet denilir
Mesh atımında minimum yakalayacağı huumlcreler ile maksimum yakalayacağı
huumlcrelerin milimetre hesabı oumlnemlidir Bu yuumlzden kanadın kalınlığı 25 mm olduğu
iccedilin 2 mmrsquo den az olan huumlcre belirlenir Maksimum 15 mmrsquo den buumlyuumlk huumlcreler
olması duumlşuumlnuumllerek analizin yakınsaması sağlandı
Meshrsquoi tıklayıp oradan insert size kısmın da bulunan isimlerde kanatlar seccedililir
Kanatlara maksimum 3 mm buumlyuumlkluumlk seccedililir Devamında ise kanatları hide face
komutuyla gizlenir ve geriye kalan kısımlar iccedilin sizing iccedilin yine 3 mm verilir
Daha sonra kanat ve ccedilevresine ccedilizilen akış hacmi seccedililerek tekrar size kısmından
buumltuumlnuumlne 8 mm verilir Bu kısım iccedilin mesh atanır Yuumlzeyler seccedililerek Preview
Surface Mesh on Selected Bodies denilir ve mesh işlemi tamamlanmış olur
33
Şekil 26 Meshrsquo in Goumlsterimi
Ancak mesh işleminde silindirik yuumlzeylerde sweep komutuyla daha kolay mesh
atılabileceği iccedilin istenen yuumlzey iccedilin sağ tıklayıp İnsertgt Method gtSweep Number
Divs komutlarından kaccedil sıra mesh atılacağı belirlenir 20 sıra vererek mesh atıldı
Suumlpuumlrme işlemi ile mesh atarken hangi yuumlzeyi kaynak olarak alınacağı da
boumlylelikle belirlenmiş olur
Mesh sayfasını kapatıp daha sonrasında workbench kısmında meshin uumlzerine cfx
kısmını bırakılır
Mesh setupgt solutiongt results dan sonuccedillar elde edilir
Daha sonra geometry design da motorun kapağına uygun bir sınır belirlenerek
analiz yapılır
Geometriyi duumlzenlenerek CFXrsquo e aktarılır
Daha oumlncesinde de bahsedildiği uumlzere ANSYS de CFX kullanıldı CFX
kullanılmasının bir diğer sebebi de CFXrsquo in fan konusunda ANSYSlsquo in mesh
kısmından daha bağımsız ve daha hassas olmasıdır
Yapılan isimlendirmeler tekrar kontrol edilir Her farklı işlev iccedilin farklı
isimlendirme yapmak ccedilok oumlnemlidir boumlylece havanın nereden girip ne şekilde
ccedilıkacağını isimlendirmelerden goumlruumllebilir Ve bu isimlendirmeler iccedilin ayrı ayrı kod
yazılır
34
333 Sınır Şartları
Şekil 27 Sınır Şartlarının Belirlenmiş Hali
ANSYS setup kısmında Insert gt Solver gt Output Control komutları seccedililerek code
yazılır MassFlow ()inlet gt Torque_z()kanatlar olarak giriş kısmının kuumltlesel
debisi iccedilin komut yazılır
Ayrıca Insert gt Material kısmından sıcaklığı 25reg basıncı 1 atm entalpi değerini 0
olarak şartları belirlenir
Malzemenin kapak kısmı ccedilelik olarak belirlenir
Solver Control kısmından high resuluiton seccedililerek ccediloumlzuumlmuumln kalitesi arttırılır
Solver Control kısmından Residual Target artık tipini RMS olarak ve onun
yakınsama sınırı 10-5 belirlenir Rms elemanların karelerinin koumlkuumlnuuml alarak
ortalamasını alan youmlntemdir
Yine Solver Control kısmından minimum iterasyonu 1 maksimum İterasyonu ise
500 verilir
İnlet kısmı belirlenirken Boundary Type ( sınır şartları) opening olarak seccedililir
Opening verilmesindeki amaccedil akışkanların iccedileriden girip dışarıya ccedilıkışlarının
sağlanmasıdır Aksi halde ccediloumlzuumlmuumln yakınsamasın da sorunlar oluşabilir Opening
şartında ayrıca akışkan daha ccedilabuk toparlanır ve analiz daha kolaylaşır
Flow Direction komutunda normal sınır şartları belirlenir
Suumlreklilik şartı olarak da Fluid Mass Fluxrsquou seccedililir Bunun yanında sınır kontuumlruuml
iccedilin bağıl basınccedil ayarlarını seccedililir Aynı şekilde outlet iccedilin de aynı ayarlar yapılır
35
Domaine basılıp kapak kısımları ve motor kısımları seccedililir Bu dış kısımları duvar
olarak belirlenir ve duvar hareket edemeyeceğinden No Slip Wall seccedileneği olarak
belirtilir Duvarları suumlrtuumlnmesiz olduğu varsayılıyor
Fan ve kanatlar kısmında Boundry Type olarak Wall olarak belirleyip Frame type
gt rotating (doumlnuumlyor) belirtilir
Ccediloumlzuumlm metodu olarak RNG k-euro modeli kullanılır
Şekil 28 Setup Koşulların Belirlenmesi
334 Ccediloumlzuumlm - Sonuccedillar
Setup kısmını kapatılarak solution ekranı ccedilift tıklanarak ccedilıkan ekran da RUN seccedililerek
ccediloumlzme işlemi başlatılmış olur
Ccediloumlzme işlemi bittiğinde results kısmından sonuccedillar goumlruumlntuumllenebilir
36
Şekil 29 Akışın Youmlnelişi
Şekil 30 Debi Sonucu
37
34 YENİ FAN TASARIMI
341 Fan Tasarımı İccedilin Kabuller
Havanın sıkıştırılamaz olduğunu kabul edildi Havanın sıkıştırılmaz olduğu
varsayılarak yoğunluğu değişmez ve 12 kgm3 olarak kabul edilir
Ccediloumlzuumlmde suumlrtuumlnmeler ve ısı kayıpları ihmal edilir Ccediluumlnkuuml bu değerlerin
hesaplanması ccedilok uzun suumlreceği iccedilin ccediloumlzuumlm youmlntemi iccedilin ekonomik olmaz
Gerccedilekle arasında ccedilok buumlyuumlk bir fark olmayacağı varsayılmıştır
Verimi arttırmak iccedilin orijinal fanın analizinden elde edilen tork değeri duumlşuumlk
tutulmaya ccedilalışılmıştır
Motorun tek bir youmlne doumlneceği duumlşuumlnuumllmuumlştuumlr
342 Fan Tasarım Parametreleri
Bir fan tasarımında belli başlı kriterleri ele alabilmek iccedilin mevcut fan uumlzerinden
değerler bulundu
Tablo 7 Mevcut Fanın Oumlzellikleri
Devir Sayısı ( ddk) r hub (mm) rtip (mm)
1498 25 77
Radyal hız hesaplandığında w= 15687 radsn bulunmuştur r hub diye isimlendirilen
kısım fanın giriş accedilısı iccedilin gerekli olan kanadın başlangıcı ile milin merkezi arasındaki
uzaklıktır r tip ise fan kanadının bitiş noktası ile mil merkezi arasındaki uzaklığın
yarıccedilap cinsinden ifadesi olmaktadır
38
Fan kanat tasarımında oumlnemli olan w (accedilısal hız)hızının kanatlara ne kadar dik
gelebildiğidir Bu kanat hacmine ne kadar iyi bir şekilde gelirse akışkan o denli iyi
akabilir ve kanat profili oluşur
U_hub= w (radsn) x r hub
U_tip = w x r tip
Beta = arctan(vu)
A_inlet= (r tip 1000)sup2π ndash r hub 1000)sup2π
Verim= (Q x P) (TxW)
V (akışın mutlak hızı)= Debi Alan
Tablo 8 Sonuccedil olarak elde edilen değerler
r_h (mm) 25 r_t (mm) 77 r_h (mm) 50 r_t (mm) 80
U_h (ms) 3927 U_t (ms) 1209516 U_h (ms) 7854 U_t (ms) 125664
A_in (m^2) 0016663 A_out (m^2)0012252
V_in (ms) 2350516 V_out 3196702
beta_h 5909726 beta_t 7900249 beta_h 678529 beta_t 7572755
giriş ccedilıkış
Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları
Bu değerlere goumlre BladeGende yeni bir kanat profili oluşturulur
r tip
r hub
Şekil 31 Fan Kanatlarının Accedilısı
39
Şekil 32 BladeGen Kanat Profili
Oluşturduğumuz bu geometriye daha oumlnceki boumlluumlmde bahsedilen fana yapılan adımlar
uygulandı (Yeni oluşturulan fanın geometrik deseni ektedir)
40
3421 Geometri
Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi
3422 Sayısal Ağ Oluşturma
Şekil 34 Yeni Fan Tasarımının Sayısal Ağ Oluşturulması
41
3423 Ccediloumlzuumlm
Şekil 35 Tasarımı Yapılan Fanın Verimi
Accumulated Time Step sayısı iterasyonu goumlstermektedir Daha fazla yakınsama iccedilin
daha fazla koşturulabilir
42
Şekil 36 Tasarımı Yapılan Fanın Torku
43
3423 Sonuccedillar
Şekil 37 Akışın Youmlnelişi
Bu kısımda verimi arttırabilmek iccedilin tork azaltılmaya ccedilalışıldı Boumlylece kanatlara
harcanan toplam guumlccedil azaltılarak iyileştirmeler yapıldı
44
Kanadın iş yapan kısmını arttırarak orijinal fanda kanadın suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilapı
154 mm iken yeni fan da 160 mmrsquoye ccedilıkarıldı
Kanatlar daha eğimli ama daha eksenel bir forma getirildi
Bu motorda toplam guumlccedil iccedilin 60 watt olduğunda yaklaşık 6 wattrsquo lık guumlccedil fan iccedilin
harcanıyordu Fanın verimliliği ccedilok oumlnemli olduğu iccedilin debiyi sabit tutulmaya
torku da duumlşuumlruumllmeye ccedilalışıldı
Tablo 9 ANSYSrsquo de Elde Edilen Deneyler
tork(Nm) w(radsn) m(kgs)
Orijinal Fan 00393645 15687 0048168
Yeni Fan 00043869 15687 0032261
Goumlruumllduumlğuuml gibi tork buumlyuumlk oranda duumlşmuumlş ancak onunla birlikte debi de biraz
duumlşmuumlştuumlr
343 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanması
Motorun arka ve oumln kısımlarına sırt sırta fan bağlayarak havanın akışını hızlandırma
ve soğutmayı arttırma işlemi amaccedillandı Gerccedilek boyutlarda uygulamadan oumlnce fanı
motor şeklini verilen kısım da tek başına analiz yapıldı Verimli bir sonuccedil alabilmek
iccedilin ikili fan deneyi yapıldı
3431 Geometri
Şekil 38 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Geometrisi
45
3432 Sayısal Ağ Oluşturma
Şekil 39 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Sayısal Ağ
Oluşturulması
Yapılan analiz de goumlzlemlenen sonuccedillar şunlardır
Bir motorun etrafında sınırlayıcı bir alan olmadığı iccedilin sınır şartları olarak setup
kısmında yine havayı 1 atm basınccedil olarak alınır Eğer sınırlayıcı bir alan olsaydı
oluklardan hava akışı doğrudan motorun arka kısmına gelecekti Ccedilıkış noktasına ise
kapak yerleştirildi giriş noktasında atmosfer ccedilıkışı ise kapak olarak sınırlandı
3433 Kod Ccediloumlzuumlmuuml
Debi ndash 000064 mᵌ sn olarak ccedilıktı Motorun hava ccedilıkış kısmına fan bağlamanın verimli
olmadığı sonucuna varıldı Oumlnceden oluşturulan oluklardaki 1cmrsquolik aralıklarla
havanın geniş bir alana gitmesi ccedilok zordur Ve bu akışı goumlnderebilmek iccedilin fazladan
basınccedil uygulanması gerekir Bu sebepler debinin duumlşmesine sebep olmuştur
46
Şekil 40 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Ccediloumlzuumlmuuml
47
BOumlLUumlM 4 SONUCcedilLAR
Verim= (Alınan Guumlccedil Verilen Guumlccedil)= (∆P x Q) (T x ὠ)
A_inlet = (r_tip)2 1000 - (r_hub)21000
A_outlet =( U_h1000)2 - (U-t1000)2
U= ὠ x r
Fan hesaplarıdan debi değeri ve tork değeri duumlşmuumlştuumlr Aşağıda yeni fanımızın verimi
yukarıdaki formuumlllere goumlre excelde hesaplanmıştır
tork(Nm) w(radsn) ṁ(kgm^3) verim deltap (Pa)
Orijinal Fan 00393645 15687 00391 60152783 95
Yeni Fan 00043869 15687 0039167 54068744
Tabloda da goumlruumllduumlğuuml uumlzere eski fanın oumlzelliklerine bakılarak hız uumlccedilgeni youmlntemiyle
oluşturulan yeni fan 540 verimli ccedilıkmıştır
Motorun oumln kısmın koyduğumuz fanda ise dar oluklardan buumlyuumlk bir hacime giriş
yaptığı iccedilin tek youmlnluuml analizde kuumltlesel debi negatif değerde ccedilıkmıştır
(Kuumltlesel debi) ṁ=ƍ( oumlzkuumltle) x A(alan) x V( akışkan hızı)=kgsn ndash Formuluumlnden
dolayı verimin hesaplanmasına gerek yoktur
48
BOumlLUumlM 5 EKLER
EK1- MEVCUT FAN
EK2- YENİ FAN
49
KAYNAKCcedilA
Baykal R 2011 Asenkron Motorlar Uumlzerine Enerjiİ Verimliliği Uygulanması
Yayın Tarihi 15032011
Ccedilalışkan M 2014 Eksenel Akışlı Fan Tasarımı Yuumlksek Lisans İstanbul Teknik
Uumlniversitesi TUumlRKİYE
Moavani S 2015 Sonlu Elemanlar Analizi Teorisi ve Ansys ile Uygulamalar
İstanbul
Onaygil S 2006 Enerji Verimliliği Kanunun Tanıtımı Yuumlksek Lisans
URL1 lthttpdeneysancomContentimagesdocumentshavalandirma-
4_39143832pdfgt Erişim Tarihi 12032016
URL2 lt httpwwweiegovtrgt Erişim Tarihi 20042016
URL3 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi
12052016
URL4 ltwwwtuumlikgovtrgt Erişim Tarihi 14052016
URL5 ltwwwemoorgtrekler364734147179187_ekpdfgt Erişim Tarihi 16052016
URL6 ltwwwinverter-plcnetmotoryıldız_uumlccedilgen_bağlantıhtmlgt Erişim Tarihi
18052016
URL7 ltwwweiegovtreie-webturkceenMotor_Verimliligi_Brosurupdfgt Erişim
Tarihi 20052016
URL8 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi
07062016
URL9 ltwwwfigescomtransysansys-nedirphpgt Erişim Tarihi 09062016
50
OumlZGECcedilMİŞLER
Elif CcedilİCcedilEK
Eyluumll 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Duumlzce Anadolu İmamhatip Lisesinde
tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi İlahiyat Fakuumlltesirsquoni kazandı 2012 yılında
Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine
başladı Halen eğitimine devam etmektedir
İletişim
apsuvaelifhotmailcom
Nesrin ALTUNBOĞA
Ağustos 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Haydarpaşa Teknik Okulları Raylı
Sistemler Teknolojileri Boumlluumlmuumlnuuml tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi
Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Boumlluumlmuumlnuuml kazandı Halen eğitimine
devam etmektedir
İletişim
naltunbogagmailcom
Rumeysa ALGUumlL
Ekim 1992rsquo de Konyarsquoda doğdu Lise oumlğrenimini Lafarge Aslan Ccedilimento Anadolu
Teknik Lisesirsquonde 2010 yılında tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi Teknoloji
Fakuumlltesi Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliğini kazandı 2013 yılında Teknoloji
Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine başladı Halen eğitimine devam
etmektedir
İletişim
rumeysaalgulgmailcom
51
52
ii
İCcedilİNDEKİLER
OumlNSOumlZ i
İCcedilİNDEKİLER ii
OumlZET v
SEMBOLLER LİSTESİ vi
KISALTMALAR LİSTESİ vii
ŞEKİLLER LİSTESİ viii
TABLO LİSTESİ x
BOumlLUumlM 1 GİRİŞ 1
11 CcedilALIŞMA KONUSUNUN TANIMI 1
12 CcedilALIŞMA KONUSUNUN AMACI 2
13 ELEKTRİK MOTORU 2
111 Elektrik Motorlarının Sınıflandırılması 2
14 TUumlRKİYErsquo DE VE DUumlNYArsquo DA ELEKTRİK MOTORLARININ ENERJİ
TUumlKETİMİ 3
15 ELEKTRİK MOTORLARINDA VERİMİN OumlNEMİ VE VERİM SINIFLARI 5
151 Mevzuat 7
16 MOTOR VERİMİNİ ETKİLEYEN FAKTOumlRLER 9
161 Verim 9
162 Kayıplar 10
1621 Demir Kayıpları 10
1622 Bakır Kayıpları 10
1623 Ruumlzgar ve Suumlrtuumlnme Kayıpları 10
BOumlLUumlM 2 MATERYAL VE YOumlNTEM 11
21 ASENKRON MOTORLAR 11
22 ASENKRON MAKİNALARIN YAPISI 12
221 Stator 12
iii
222 Rotor 13
23 ASENKRON MOTORLARIN CcedilALIŞMA İLKESİ 14
231 Doumlner Alan 14
232 Senkron Hız 15
233 Kayma 16
24 ASENKRON MOTOR CcedilEŞİTLERİ 17
241 Uumlccedil Fazlı Kısa Devre (Sincap Kafesli ) Asenkron Motorlar 17
242 Bilezikli (Sargılı rotorlu) AC Motorlar 18
25 Elektrik Motorlarına Yıldız-Uumlccedilgen Yol Verme 18
26 FANLAR 21
261 Genel Bilgiler 21
262 Fan Ccedileşitleri 21
2621 Eksenel Fanlar 21
2622 Karışık Akışlı (Radyal-Eksenel) Fanlar 22
2623 Radyal (Santrifuumlj) Fanlar 23
BOumlLUumlM 3 BULGULAR VE TARTIŞMA 24
31 SONLU ELEMANLAR YOumlNTEMİ 24
312 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Negatif Youmlnleri 25
32 ANSYS PROGRAMI 26
33 MEVCUT FAN UumlZERİNDE YAPILAN ANALİZLER 27
331 Geometri 28
332 Sayısal Ağ Oluşturma (Mesh) 30
333 Sınır Şartları 34
334 Ccediloumlzuumlm - Sonuccedillar 35
34 YENİ FAN TASARIMI 37
341 Fan Tasarımı İccedilin Kabuller 37
342 Fan Tasarım Parametreleri 37
iv
3421 Geometri 40
3422 Sayısal Ağ Oluşturma 40
3423 Ccediloumlzuumlm 41
3423 Sonuccedillar 43
343 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanması 44
3431 Geometri 44
3432 Sayısal Ağ Oluşturma 45
3433 Kod Ccediloumlzuumlmuuml 45
BOumlLUumlM 4 SONUCcedilLAR 47
BOumlLUumlM 5 EKLER 48
KAYNAKCcedilA 49
OumlZGECcedilMİŞLER 50
v
OumlZET
Guumlnuumlmuumlzde enerji kullanımının artması ile enerji kaynaklarının hızla tuumlkenmekte
olduğu goumlruumllmektedir Enerji maliyetlerinin de oumlnemli şekilde artması mevcut
kaynakların optimum bir şekilde kullanılması gerekliliğini vurgulamaktadır 2007
yılında uumllkemizde ldquoEnerji Verimliliği Kanunurdquo yuumlruumlrluumlğe girmiş 20082 sayılı
Başbakanlık Genelgesirsquoyle kamu oumlzel ve sivil toplum kuruluşlarının katılımıyla ldquo
Ulusal Enerji Verimliliği Hareketirdquo başlatılmış ve 2008 yılı ldquo Enerji Verimliliği Yılırdquo
olarak ilan edilmiştir
Elektrik motorlarının duumlnyadaki kullanımına bakıldığında binalarda kullanılan
elektriğin 36rsquosı enduumlstri ve altyapıda ise 70rsquoi elektrik motorları tarafından
tuumlketilmektedir Asenkron motorlar enduumlstride yaygın olarak kullanılmaktadır
Asenkron elektrik motorları ise uumllkemizin toplam elektrik tuumlketiminin yaklaşık
36rsquosını oluşturmaktadır Hatta sanayide sektoumlrel bazda bu oran 80rsquolere kadar
ccedilıkmaktadır Bu sebeple elektrik motorlarında verimi arttırıcı oumlnlemler uumllkemizin
elektrik tuumlketimi konusundaki tasarruf planlarına buumlyuumlk katkı sağlayacaktır
Bu ccedilalışmada mevcut durumun değerlendirilmesi iccedilin sonlu elemanlar metodu (FEA)
ile CFX ortamında analizler yapılmıştır Elde edilen veriler sayesinde hız uumlccedilgeninden
yararlanarak yeni bir fan tasarlanmıştır Teorik hesaplama ile elde edilen fanın verim
uumlzerindeki etkisi bilgisayar ortamında yapılan analizle incelenmiştir Ccedilalışmamızın ilk
boumlluumlmuumlnde ccedilalışma konumuzun tanımı ve amacı hakkında bilgi verilmiştir İkinci
boumlluumlmde asenkron motorlar hakkında bilgi verilmiştir Fan tasarımı hakkında bilgiler
verilmiştir Uumlccediluumlncuuml boumlluumlmde ise yapılan deneyler sonrası elde edilen sonuccedillar ve bu
sonuccedillara ait grafikler sunulmuştur Son boumlluumlmde ise deney sonuccedillarının
yorumlanmasına yer verilmiştir
vi
SEMBOLLER LİSTESİ
Ainlet Girişin Alanı
AOut Ccedilıkışın Alanı
n1 n2 Senkron Doumlnme Hızı Rotorun Doumlnme Hızı
f Frekans
I Akım
n Motorun Devir Sayısı
ƞ Verim
p Kutup Sayısı
Q Debi
R Direnccedil
rhub Fan Kanadının Başlangıcı ile Mil Arasındaki Uzunluk
rpm Dakikada doumlnme sayısı
rtip Fan Kanadının Bitiş Noktası İle Mil Arasındaki Uzunluk
sn Saniye
U Gerilim
Uhub Hub Hızı
Utip Tip Hızı
V Akışın Mutlak Hızı
W Accedilısal Hız
β Kanat Accedilısı
ρ Yoğunluk
vii
KISALTMALAR LİSTESİ
AB Avrupa Birliği
AC Alternatif Akım
ANSYS Simulation Driven Product Development
BSTB Bilim Sanayi ve Teknoloji Bakanlığı
CAD Bilgisayar Destekli Tasarım
CENELEC Avrupa Elektrik Makinaları ve Guumlccedil Elektroniği İmalatları Komitesi
CFD Computational Fluid Dynamics
CFX Congregation Fratrorum Xaverianorum
DC Doğru Akım
FEA Sonlu Elemanlar Analizi
IE1 Standart Verimli
IE2 Yuumlksek Verimli
IE3 Ccedilok Yuumlksek Verimli
IE4 Suumlper Yuumlksek Ccedilok Verimli
IEC Uluslararası Elektronik Komisyonu
PN Ccedilıkış Guumlcuuml
TSE Tuumlrk Standartları Enstituumlsuuml
TUumlİK Tuumlrkiye İstatistik Kurumu
V Volt
viii
ŞEKİLLER LİSTESİ
Şekil 1 Elektrik Motorlarının Sınıflandırılması 2
Şekil 2 Sanayide Kullanılan Elektrik Motorlarının Kullanım Yerleri 5
Şekil 3 Talep Tarafında Elektrik Kullanımı 6
Şekil 4 TS-EN 60034-30-1 Standardına Goumlre Verimlilik Sınıfları 7
Şekil 5 Motor Verimini Etkileyen Faktoumlrler 9
Şekil 6 Kuumlccediluumlk Guumlccedilluuml Uumlccedil fazlı Sincap Kafesli Asenkron Motorun Kesiti 11
Şekil 7 Stator Saccedil Paketini Oluşturulmuş Farklı Tipte Statorlar 12
Şekil 8 Rotor Saccedil Paketini Oluşturan Değişik Rotor Saccedilları 13
Şekil 9 Uumlccedil Faz bobininin 6 Oluklu Statora Yerleştirilişi 14
Şekil 10 Standart Asenkron Motorların Anma Kayması ve Verimi 16
Şekil 11 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru 17
Şekil 12 Motora yıldız-uumlccedilgen yol verme 20
Şekil 13 Stator Sargı Uccedillarının Uumlccedilgen (D) Ve Yıldızı (Y) Bağlanması 20
Şekil 14 Asenkron Motora Yol Verme 20
Şekil 15 Akışın Simetri Ekseninde Hareket Etmesi 22
Şekil 16 Karışık Akışlı Fan Uygulamaları 22
Şekil 17 Radyal Duumlz Kanatlı Fanlara Oumlrnekler 23
Şekil 18 Sonlu Eleman Modeli 24
Şekil 19 SolidWorksrsquo ten İmport Etmek 27
Şekil 20 Akış Alanı Belirleme 28
Şekil 21 Slice Komutu ile Boumllgelere Ayırma 29
Şekil 22 Parccedilalar Arası Bağlantının Sağlandığı FromNew Part Boumlluumlmuuml 30
Şekil 23 Mesh oluşturma 30
Şekil 24 Mesh Geometrisi 31
Şekil 25 Mesh İsimlendirme 32
Şekil 26 Meshrsquo in Goumlsterimi 33
Şekil 27 Sınır Şartlarının Belirlenmiş Hali 34
Şekil 28 Setup Koşulların Belirlenmesi 35
Şekil 29 Akışın Youmlnelişi 36
Şekil 30 Debi Sonucu 36
Şekil 31 Fan Kanatlarının Accedilısı 38
Şekil 32 BladeGen Kanat Profili 39
ix
Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi 40
Şekil 34 Yeni Fan Tasarımının Sayısal Ağ Oluşturulması 40
Şekil 35 Tasarımı Yapılan Fanın Verimi 41
Şekil 36 Tasarımı Yapılan Fanın Torku 42
Şekil 37 Akışın Youmlnelişi 43
Şekil 38 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Geometrisi 44
Şekil 39 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Sayısal Ağ
Oluşturulması 45
Şekil 40 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Ccediloumlzuumlmuuml 46
x
TABLO LİSTESİ
Tablo 1 Tuumlrkiyersquode Elektrik Motorlarının Sektoumlrlere Goumlre Tuumlketimi 3
Tablo 2 Elektrik Motorlarının Tuumlrlerine Goumlre Pazar Dağılımları 4
Tablo 3 IE4 ile IE1 arasındaki ortalama verim farkı 4
Tablo 4 Başlıca Uumllkelerin Verimlilik Sınıfı Uygulama Tarihleri 8
Tablo 5 Tuumlrkiyersquo de Zorunlu Uygulamaya Geccediliş Suumlreci 8
Tablo 6 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru 15
Tablo 7 Mevcut Fanın Oumlzellikleri 37
Tablo 8 Sonuccedil olarak elde edilen değerler 38
Tablo 9 ANSYSrsquo de Elde Edilen Deneyler 44
1
BOumlLUumlM 1 GİRİŞ
Fan en temel anlamıyla bir basınccedil farkı oluşturarak havanın bir yerden başka yere
akışını sağlayan cihazlardır Fanlar ticari ve enduumlstri hayattın da birccedilok uygulamalarda
kullanılmaktadır Farklı boyutlarda farklı modeldeki fanlar (eksenel radyal vb)
soğutucular bilgisayarlar yıkayıcılar kurutucular ve klimalar gibi ccedileşitli sistemlerde
hava sirkuumllasyonunu sağlamak amacıyla kullanılmaktadır Yaygın olarak iki farklı
ccedileşidi kullanılmaktadır Bunlar eksenel ve radyal fanlardır Radyal akışlı fanlar
akışkanı doumlnme eksenine dik şekilde atarlarken eksenel akışlı fanlar ise doumlnme
eksenine paralel akış oluşturmaktadırlar (Ccedilalışkan 2014) Ccedilalıştıkları koşulda basınccedil
farkı oluşturmaktadırlar Fanların tahrik sistemlerinde genellikle elektrik motorları
kullanılmaktadır Fanlar sanayide ve ticari binalarda oumlnemli oranda elektrik tuumlketen
cihazlardır Halen Tuumlrkiyersquode sanayide eski teknoloji uumlruumlnuuml ve verimleri yuumlksek
olmayan ccedilok sayıda fan bulunmaktadır Bu nedenle enerji verimliliğinin artırılmasında
fanların ve fan sistemlerinin verimliliklerinin artırılmasının katkısı olacaktır (URL1)
11 CcedilALIŞMA KONUSUNUN TANIMI
Sincap kafesli asenkron motorlarının verimliliğini arttırma yolları incelenmiştir Bu
proje konusunda soğutma uumlzerine yoğunlaşarak fan tasarımı yapılmıştır Bir elektrik
motorun da fan 10rsquoluk guumlccedil harcadığı iccedilin fan tasarımın da kanat sayısını azaltarak
optimizasyon yapılmıştır Fan tasarımı iccedilin Ansys programını kullanarak kanatlardaki
torku azaltmaya youmlnelik ccedilalışmalar yapılmıştır Tasarımda ilk adım olarak temel hız
uumlccedilgenlerinden yararlanılarak gerccedileğe yakın olacak şekilde sonuccedillar oluşturulmuştur
Sonuccedilların uygunluğu doğrultusunda ccediloumlzuumlm iccedilin gerekli kontrol hacimleri kaba ve
nitelikli ağ oumlrguumlsuuml şeklinde oluşturularak analizler gerccedilekleştirilmiştir
Uumlccedil boyutlu hesaplamalı akışkanlar dinamiği analizi uygulanarak gerccedileğe daha yakın
bir model simulasyonu oluşturulmuş ve uumlccedil boyutta etkileri inceleme olanağı
sağlanmıştır Tasarım sırasında hız uumlccedilgenlerinden yararlanılarak yapılan fan
tasarımının ccediloumlzuumlmuumlnde hızlı sonuccedil alınması ve ccedilok fazla iterasyona olanak sağlayan
turbomakina yazılımı kullanılmıştır Akışkan hareketini youmlneten denklemlerin
2
ccediloumlzuumlmuumlnde kullanılan sonlu hacimler programı iccedilin gerekli ağ oumlrguumlsuumlnuumln de hızlı bir
şekilde kullanımı iccedilin turbomakina yazılımından faydalanılmış ve zaman olarak
ccedilalışmaya oumlnemli oumllccediluumlde katkısı olmuştur
12 CcedilALIŞMA KONUSUNUN AMACI
Bahsi geccedilen ccedilalışma konusunda fan tasarımın da enerjinin verimli kullanılması seccedilim
imalat ve işletme suumlreccedillerinin optimum olması sağlanmış Fan tasarımında fanın
ccedilalıştırılacağı sistem projelendirilip yapılırken dikkat edilmelidir Ccediluumlnkuuml fanlar yatırım
maliyetlerinden daha fazla enerji tuumlketmektedirler Bu nokta da elektrik motorlarında
verimi arttırıcı oumlnlemler alınarak elektrik tuumlketimi konusunda tasarruf planlarında
buumlyuumlk katkı sağlanması hedeflenmiştir
13 ELEKTRİK MOTORU
Elektrik enerjisini mekanik enerjiye ccedileviren makinedir Her elektrik motoru biri sabit
(stator) ve diğeri kendi ccedilevresinde doumlnen (rotor) iki ana parccediladan oluşur Bu ana
parccedilalar elektrik akımını ileten (sargılar vb) manyetik akıyı ileten parccedilalar ve
konstruumlksiyon parccedilaları (yataklar vb) olmak uumlzere tekrar kısımlara ayrılır (URL2)
111 Elektrik Motorlarının Sınıflandırılması
Şekil 1 Elektrik Motorlarının Sınıflandırılması
Elektrik Motoru
Doğru Akım
DC Motor
Alternatif Akım
AC Motor
Senkron Motor Asenkron Motor
3 Fazlı Asenkron
Motor
Tek Fazlı Asenkron
Motor
3
14 TUumlRKİYErsquo DE VE DUumlNYArsquo DA ELEKTRİK MOTORLARININ ENERJİ
TUumlKETİMİ
Enerjide arz guumlvenliğinin sanayide sanayide suumlrduumlrebilirliğinin ve buumlyuumlmenin ise
kalkınmada oldukccedila oumlnem taşıdığı guumlnuumlmuumlzde saklı enerji kaynağı sayılabilecek olan
verimlilik hususu belirtilmektedir TUumlİK verilerine goumlre Tuumlrkiye elektrik enerjisinin
2013 yılı itibariyle 471rsquoi sanayi sektoumlruumlnde tuumlketilmektedir Sanayide kullanılan
elektrik motorları ise bu sektoumlrde tuumlketilen elektrik enerjisinin 70rsquo ini teşkil
etmektedir Sanayinin buumlyuumlmesi son yıllardaki ARGE ccedilalışmalarının ilerlemesi ve
otomasyon sistemleri ile daha yoğun teknoloji ile Tuumlrkiye piyasasına 1 milyon elektrik
motoru arz edilmektedir Tuumlrkiyersquode de Bilim Sanayi ve Teknoloji Bakanlığı (BSTB)
tarafından AB mevzuatı ile uyumlu hale getirilen yerel mevzuat soumlz konusu elektrik
motorları iccedilin enerji verimlilik endeksini ve beyanını ve bulunması gereken en duumlşuumlk
seviyeyi zorunlu kılmaktadır ve ccedilalışmalar yapılmaktadır Bunun sonucunda
Tuumlrkiyersquode kullanılan elektrik motorları uumlzerinde sektoumlrel ve sınıfsal accedilıdan enerji
tuumlketimi irdelenmektedir Yapılan bu ccedilalışmalar ile duumlşuumlk verimli elektrik motorlarının
yuumlksek verimli elektrik motorları ile değiştirilmesi yoluyla Tuumlrkiyersquode yaklaşık yılda
2500 GWhrsquo lik enerji tasarrufu edildiği goumlruumllmuumlştuumlr (URL4)
2013 yılı TUumlİK verilerine goumlre Tuumlrkiyersquode toplam 198045 GWh Elektrik Enerjisi
tuumlketilmiştir Tuumlketilen bu enerjinin 93280 GWh kadarı sanayide tuumlketilmiştir
Tablo 1 Tuumlrkiyersquode Elektrik Motorlarının Sektoumlrlere Goumlre Tuumlketimi
Sektoumlr Elektrik Motorların Sektoumlrel
Tuumlketimi TWhYıl
Sektoumlruumln Toplam Enerji
Tuumlketimi TWhYıl
Sanayi 46 68
Ticaret 14 20
Mesken 8 35
Diğer 1 20
Toplam 69 144
4
Enerji verimliliği ccedilalışmalarında elektrik motorlarının kullanımlarının sektoumlrel
dağılımlarının yanı sıra motorların sınıflandırılması da oldukccedila oumlnemlidir
Duumlnyada 2 23 milyar elektrik motorlarının bulunduğu tahmin edilmektedir Ancak bu
motorların 2 milyar kadar adedi 075 kW guumlcuumln altındadır ve enerji tuumlketiminin 9 u
kadarını karşılar 075- 375 kW aralığında kalan motorlar ise elektrik motorlarının 11
ini oluştururken enerji tuumlketiminin 68 kadarını oluşturur 375 kW guumlccedil uumlstuumlndeki
motorlar elektrik motorlarının 1rsquoini oluştururken enerji tuumlketiminin 23rsquouumlnuuml
karşılar
Tablo 2 Elektrik Motorlarının Tuumlrlerine Goumlre Pazar Dağılımları
TİPİ le 750
W
075 - 375
kW
gt 375
kW
DC Motor Ve
Generatoumlrler
56 21 5
AC Tek Fazlı
Motorlar
29 30 -
AC Uumlccedil Fazlı
Motorlar
5 49 95
Diğer 10 - -
Tuumlrkiyersquo de elektrik enerjisinin 471rsquo i sanayide sanayide tuumlketilen elektrik
enerjisinin 67rsquosi motorlarda motorlarda tuumlketilen elektrik enerjisinin 91rsquoi 075-
1000 kW guumlccedil aralığındaki motorlarda tuumlketilmekte ve bu motorların 87rsquosinin
asenkron motorlar olduğu soumlylenebilir
IE4 ile IE1 standartları arasındaki fark buumlyuumlktuumlr 90 kW ve uumlstuumlnde ortalama fark
yaklaşık 3 seviyesindedir 075 ile 75 kW arasında ortalama verim farkı yaklaşık
10 75 ile 90 kW aralığında ise ortalama verim farkı 5 seviyesindedir
Tablo 3 IE4 ile IE1 arasındaki ortalama verim farkı
Guumlccedil Aralığı Ortalama IE1 - IE4 verim
Farkı ()
012-075 kW 17
075-75 kW 10
75-90 kW 5
90-1000 kW 3
5
15 ELEKTRİK MOTORLARINDA VERİMİN OumlNEMİ VE VERİM
SINIFLARI
Uumlretilen toplam elektriğin yaklaşık yarısı sanayi sektoumlruumlnde kullanılan elektriğin ise
yaklaşık uumlccedilte ikisi motorlar tarafından tuumlketilmektedir Bu da sanayide yuumlksek verimli
motor kullanımının enerji maliyetinin duumlşuumlruumllmesinde ne kadar oumlnemli olduğunu
goumlsterir Yuumlksek verimli motorların kullanımı aynı zamanda sera gazları salınımında
ciddi azalmalara sebep olmakta ve enerjide dışa bağımlılığın azaltılmasına katkı
yapmaktadır (URL7)
Şekil 2 Sanayide Kullanılan Elektrik Motorlarının Kullanım Yerleri
Elektrik motorlarının duumlnyadaki kullanımına bakarsak binalarda kullanılan elektriğin
36rsquosı enduumlstri ve altyapıda ise 70rsquoi elektrik motorları tarafından tuumlketilmektedir
Asenkron elektrik motorları uumllkemizin toplam elektrik tuumlketiminin yaklaşık 36rsquosını
oluşturmaktadır Hatta sanayide sektoumlrel bazda bu oran 80rsquolere kadar ccedilıkmaktadır
Bu sebeple elektrik motorlarında verimi arttırıcı oumlnlemler uumllkemizin elektrik tuumlketimi
konusundaki tasarruf planlarına buumlyuumlk katkı sağlayacaktır Satın alma maliyeti
ortalama motor oumlmruuml boyunca toplam maliyetin 2rsquolik kısmına denk gelmektedir
Tek bir motor sarımının maliyeti toplam tutarın 1rsquoini oluşturmaktadır Elektrik
motorunun kullanım oumlmruuml boyunca tuumlkettiği elektrik enerjisinin maliyeti ise toplam
maliyetin 97rsquosine tekabuumll etmektedir (URL2)
42
7
22
29
DİĞER KOMP FAN POMPA
6
Şekil 3 Talep Tarafında Elektrik Kullanımı
VERİMİN OumlNEMİ
Asenkron motorlarda ccedileşitli verimlilik sınıfları mevcuttur Avrupa Elektrik Makineleri
Uumlreticileri Komitesi (CEMEP) ve Avrupa Komisyonunun 28 Haziran 1999 tarihli
deklarasyonu motorları verim sınıflarına goumlre ayırmıştır Yuumlksek Verimli motorlar
(EFF1) verimi iyileştirilmiş motorlar (EFF2) ve duumlşuumlk verimli motorlar (EFF3)
CEMEP‟ in bu deklarasyonunu takiben motor uumlreticileri ile yaptığı goumlnuumllluuml anlaşmalar
ile duumlşuumlk verimli motor (EFF3) uumlretimini kısıtlama yoluna gitmiştir Bunun yanı sıra
Duumlnyada artan enerji talebi ile birlikte birccedilok uumllke goumlnuumllluuml ya da zorunlu olarak daha
yuumlksek verimli motor kullanımını sağlamaya ccedilalışmıştır (Onaygil 2006)
Verimlilik sınıflarına 2008 yılında yenilik getirilmiştir Bu yenilik IEC( Uluslararası
Elektronik Komisyonu) tarafından yayımlanmıştır CENELEC tarafından da 2009
yılında Avrupa normu haline gelmiştir 2010 yılında da TSE tarafından kabul
edilmiştir Bu yenilik verimlilik sınıflarına getirilen IE1 IE2 IE3 IE4 şeklinde olan
tanımlamalardır Bu tanımlamalarda IE1= EFF2 olup IE2=EFF1rsquo in karşılığıdır
IE1= STANDART VERİMLİ
IE2= YUumlKSEK VERİMLİ
IE3=CcedilOK YUumlKSEK VERİMLİ
IE4=SUumlPER YUumlKSEK CcedilOK VERİMLİ
Şeklinde sınıflandırılmıştır
AYDINLATMA19
DİĞER ELEKTRİK MOTORLARI
4
ASENKRON MOTORLAR
36
DİĞER3
ELEKTRONİK ALETLER
8
ISITMA15
EV GERECcedilLERİ15
7
2014 yılında TS- EN 60034-30 standardı doğrudan şebekeden beslenen motorlar ve değişken
hız suumlruumlcuumlluuml motorlar olmak uumlzere iki kısma ayrılmıştır Şebeke tarafından doğrudan beslenen
motorlar iccedilin verimlilik sınıflarını tayin eden başka bir standart koyulmuştur TS-EN 60034-
30-1 standardıdır Bu standart faklı olarak 012- 1000 kW guumlccedil aralığını kapsamakta ve IE4
verimlilik sınıfını da tanıtmaktadır Ayrıca 8 kutuplu motorlar da bu kapsama alınmıştır
Henuumlz TS- EN 60034- 30- 2 sınıfı yayınlanmamıştır
Şekil 4 TS-EN 60034-30-1 Standardına Goumlre Verimlilik Sınıfları
151 Mevzuat
Elektrik motorları hususunda ilk yasal duumlzenleme Avrupa Birliğinin Elektrik Motorları
ile İlgili Ccedilevreye Duyarlı Tasarım Gereklerine Dair EC6402009 sayılı tuumlzuumlğuumlduumlr
Beraberinde 4703 sayılı Uumlruumlnlere İlişkin Teknik Mevzuatın Hazırlanması ve
Uygulanmasına Dair Kanunun 14 uumlncuuml maddesine dayanılarak hazırlanan Enerji ile
İlgili Uumlruumlnlerin Ccedilevreye Duyarlı Tasarımına İlişkin Youmlnetmelik 2010 yılında
yuumlruumlrluumlğe girmiştir Daha sonra 2012 yılında EC6402009 referans alınarak
hazırlanan ve uyumlaştırılan SGM- 20122 Elektrik Motorları İle İlgili Ccedilevreye
Duyarlı Tasarım Gereklerine Dair Tebliğ yayımlanarak ulusal mevzuata
kazandırılmıştır
Bu tebliğ ile 2 4 6 kutuplu anma gerilimi en fazla 100 (UN) en fazla 1000 V olan
anma ccedilıkış guumlcuuml (PN) 075 kW ile 375 kW arasında olan ve suumlrekli ccedilalışacak şekilde
100
90
80
70 012 24 48 960
IE1 IE2 IE3 IE4
8
tasarlanmış tek hızlı 3 fazlı 50 Hz veya 5060 Hz sincap kafesli enduumlksiyon motorları
denetim kapsama alınmış bulunmaktadır
Bu tebliğde oumlnemli bir diğer husus ise uygulamaya youmlnelik olan zorunluluklardır
Onlar şunlardır IE1 sınıfı verimlilikte olan motorların piyasaya arz edilmesinin
yasaklanması ve diğer verimlilik sınıfına geccediliş suumlrecinin tanımlanmasıdır
Tablo 4 Başlıca Uumllkelerin Verimlilik Sınıfı Uygulama Tarihleri
BOumlLGE IE1 IE2 IE3
ABD - 1998 2011
AB - 2011 2015
PRC 2000 2011 2015
TUumlRKİYE - 2012 2015
Bunun dışında 01012015 tarihinden itibaren anma ccedilıkış guumlcuuml 75 kW ile 375 kW
arasında olan motorların veriminin IE3 verim seviyesinden duumlşuumlk olmayacağını veya
piyasaya arz edilen motorların IE2 verim seviyesini karşılayacak ve değişken hızlı
tahrikle teccedilhiz edilmesi gerektiğini bildirmektedir (URL5)
Tablo 5 Tuumlrkiyersquo de Zorunlu Uygulamaya Geccediliş Suumlreci
Sınıfı Zorunlu Yuumlruumlrluumlk
Tarihi
Accedilıklama (İstisnalar)
IE1 02042012 2 Nisan 2012 tarihinden itibaren piyasaya suumlruumllmesi
yasaklanmıştır
IE2 02042012 01012015 tarihine kadar kullanılabilecektir
IE3 01012015 Değişken hızlı tahrikle teccedilhiz edilmesi halinde IE2 verim
seviyesi kullanılabilecek (75 kW - 375 kW)
IE3 01012017 Değişken hızlı tahrikle teccedilhiz edilmesi halinde IE2 verim
seviyesi kullanılabilecek (075 kW - 375 kW)
9
16 MOTOR VERİMİNİ ETKİLEYEN FAKTOumlRLER
161 Verim
Bir elektrik motorunun bağlı bulunduğu şebekeden ccedilektiği enerjinin tamamı mekanik
enerjiye doumlnuumlşmez Elektrik motorunun milinden aldığı faydalı guumlccedil şebekeden ccedilektiği
guumlccedilten kayıp guumlccedillerin ccedilıkmış halidir
Asenkron motorun şebekeden ccedilektiği guumlcuumln yuumlzde kaccedilının motorun milinden mekanik
guumlccedil olarak alındığını verim goumlsterir
Verim= ((Alınan G ) (Verilen Guumlccedil))x100
ή= (PaPv)x100
Verilen guumlccedil ile alınan guumlccedil arasındaki fark toplam kayıplardır Asenkron motorlarda
kayıplar stator demir kaybı stator ve rotor bakır kayıpları ile rotorun suumlrtuumlnme ve
ruumlzgacircr kaybından ibarettir
DEMİR
KAYIPLARI
GOumlVDE
STATOR
DİRENCİ
ROTOR
DİRENCİ
RUumlZGAR
SUumlRTUumlNME
DİRENCİ
EK
KAYIPLA
Şekil 5 Motor Verimini Etkileyen Faktoumlrler
10
162 Kayıplar
Demir Kayıpları
Bakır Kayıpları
Suumlrtuumlnme Kayıpları
1621 Demir Kayıpları
Demir kayıpları stator ve rotor saccedillarında meydana gelen histerezis ve fuko
kayıplarıdır Bu kayıplar frekans ve manyetik enduumlksiyon ile oranlıdır
Stator demir kayıpları stator frekansı sabit olduğuna goumlre değişmemektedir Yalnız
rotor demir kayıpları rotor frekansı ile değişir Ancak boş ve yuumlkluuml ccedilalışmada rotor
frekansı ccedilok kuumlccediluumlktuumlr Bu sebeple rotor demir kayıpları ccedilok kuumlccediluumlk olur ve ihmal
edilebilir 0 halde bir asenkron motorun demir kayıpları stator demir kayıplarına
eşittir denebilir Stator frekansı sabit olduğundan demir kayıpları da buumltuumln yuumlkler iccedilin
sabittir
1622 Bakır Kayıpları
Asenkron motorlarda stator ve rotor omik direnccedillerinden dolayı I12R1 ve I2
2R2
değerinde bakır kayıpları meydana gelir Bakır kayıpları sargı direnccedilleri sabit
olduğuna goumlre yuumlk akımları I1 ve I2 lsquonin karesi ile değişir Şu halde bu kayıplar
yuumlkle değişen kayıplardır
Rotor ve stator bakır kayıplarını bulabilmek iccedilin akım ve direnccedillerin bilinmesi gerekir
Genel olarak bakır kayıpları motorun kısa devre deneyinden tuumlm olarak hesaplanır
1623 Ruumlzgar ve Suumlrtuumlnme Kayıpları
Asenkron motorlarda suumlrtuumlnme ve ruumlzgacircr kayıpları devir sayısı ile biraz değişirse
de bu değişim ccedilok az olduğu iccedilin sabit kabul edilebilir Suumlrtuumlnme ve ruumlzgacircr
kayıpları boş ccedilalışma deneyinde demir kayıpları ile birlikte bulunur Demir
kayıpları ile ruumlzgacircr ve suumlrtuumlnme kayıplarına sabit kayıplar denir
11
BOumlLUumlM 2 MATERYAL VE YOumlNTEM
21 ASENKRON MOTORLAR
Asenkron motorlar başlıca iki kısımdan oluşur
Hareket etmeyen kısım Stator
Doumlnme hareketi yapan kısım Rotor
Asenkron makineler motor olarak stator sargıları ile aldığı elektrik enerjisini
rotorundan doumlnme hareketi yaparak mekanik enerjiye ccedileviren ve generatoumlr olarak
rotorundan aldığı doumlnme hareketi mekanik enerjisini bazı koşullar altında stator
sargılarında elektrik enerjisine ccedileviren elektromekanik makinelerdir
Motor olarak birkaccedil Wattrsquotan 300 MW guumlcuumlne kadar uumlretilmektedir Generatoumlr olarak
az kullanılmakla beraber son zamanlarda ruumlzgacircr enerjisinden elektrik enerjisi elde
etmek amacı ile ruumlzgacircr tuumlrbini ile birlikte ccedilalışmaktadırlar
Stator sargı gerilimleri alccedilak gerilim 220Vdan orta gerilim 22kVa kadar
değişmektedir Doumlnme sayıları sabit değildir fakat doumlnme sayısı yuumlkle az değişir
Doumlnen diğer elektrik makinelerine kıyasla daha sağlam daha az bakım isteyen ve daha
ucuz makinelerdir Son yıllarda yarı iletken guumlccedil elektroniğindeki teknolojik
gelişmeler ile asenkron makinelerin kontroluuml kolayca yapılabilmektedir (Baykal
2011)
Şekil 6 Kuumlccediluumlk Guumlccedilluuml Uumlccedil fazlı Sincap Kafesli Asenkron Motorun Kesiti
12
22 ASENKRON MAKİNALARIN YAPISI
Asenkron makineler başlıca iki kısımdan oluşmaktadır Bunlar
Stator
Rotor
Şekil 7 Stator Saccedil Paketini Oluşturulmuş Farklı Tipte Statorlar
221 Stator
Stator Asenkron motorun duran kısmıdır 04 - 05 veya 08 mm kalınlığında silisyumlu
saccedillar oumlzel kalıplarla preste basılır ve paketlenir Stator saccedilları paketlenince uumlccedil fazlı
sargıların yerleştirileceği stator nuumlvesi elde edilir Bu nuumlve stator goumlvdesinin iccediline
sıkıca yerleştirilir Goumlvdeye motorun ayakları monte edilir Goumlvdeye motor kapaklan
takılır motor kapaklan ortalarındaki bilyeli yataklar statorun ortasında doumlnecek olan
rotora yataklık ederler
1Halkalı Duumlzen Kuumlccediluumlk ve orta guumlccedilteki makinelerde uygulanan bu konstruumlksiyon
şeklinde saccedil paket ya karkas dışında istiflenerek uzun saplamalarla kendi uumlzerine
sıkılır yada saccedil levhalar karkas iccedilinde istiflenir
2 Segmanlı Duumlzen Bu duumlzende saccedil paketi daima karkas tarafından gergin durumda
tutulur Segmanlı duumlzende saccedil paketi rijitli halkalı duumlzendekine oranla da az
olduğundan burada seccedililecek olan karkasın daha kuvvetli olması gerekir (Baykal
2011)
13
222 Rotor
Rotor Asenkron motorun doumlnen kısmıdır ve rotor saccedil paketi ile rotor sargılarından
oluşur Rotor saccedil paketi 05 mm‟lik silisyumlu saccedillardan yapılır Saccedilların yuumlzeyleri
ccedilok ince bir film tabakası ile yalıtılmıştır Saccedillar oumlzel kalıplarda pres altında oluk
dişler ve sıkıştırma cıvata delikleri oluşacak şekilde saccedil şeritlerden kesilerek ccedilıkartılır
Saccedillar bir araya getirilerek pres altında sıkıştırılır ve cıvatalarla bu halde kalması
sağlanır
Diğer doumlnen elektrik makinelerine goumlre stator ile rotor arasında kalan hava aralığı ccedilok
kuumlccediluumlktuumlr Motorun guumlcuumlne goumlre hava aralığının radyal boyu 05 - 1 - 3 mm kadar
olabilir Boumlylesine kuumlccediluumlk bir hava aralığı boşta ccedilalışma akımını kuumlccediluumlk tutmak iccedilin
yapılır Rotor olukları motorun elektrik karakteristiklerini etkileyen değişik biccedilimlerde
yapılır Rotor oluklarına rotor sargıları yerleştirilir
Şekil 8 Rotor Saccedil Paketini Oluşturan Değişik Rotor Saccedilları
Rotor sargıları uumlccedil fazlı olarak ya da sincap kafesli olarak yapılır Rotoru sargılı olan
ve sargı uccedilları doumlnen bilezik-sabit fırccedila ile dışarı ccedilıkartılan motorlara bilezikli asenkron
motor denir Sincap kafesli motorlarda rotor oluklarına bakır ccedilubuklar yerleştirilir Bu
ccedilubuklar her iki baştan dairesel halkalarla kısa devre edilerek sincap kafesine
benzeyen kendi uumlzerine kapatılmış bir sargı elde edilir Sincap kafesli motor sargısı
oumlzel kalıplarla rotor oyuklarına basınccedil altında aluumlminyum puumlskuumlrtuumllerek uumlretilir
Boumlylece uumlretilen rotor sincap kafesi aluumlminyumdan yapılmış olur
Sincap kafesli asenkron motorun rotorundan hiccedilbir uccedil ccedilıkmadığı iccedilin bu motorun
kontroluuml sadece statordaki elektrik uccedillarından yapılabilmektedir Oysa bilezikli
asenkron motorun rotor sargı uccedilları bilezik ve fırccedila sistemi ile dışarı ccedilıkarıldığından
14
bu motorun kontroluuml hem stator sargı uccedillarından ve hem de rotor sargı uccedillarından
yapılabilmektedir
Sincap kafesli motorun rotor sargısı buumlyuumlk motorlarda bakır ccedilubukların rotor
oluklarına yerleştirilmesi ve iki baştan kısa devre elde edilmesi ile oluşturulur Kuumlccediluumlk
motorlarda rotorun sincap kafesi aluumlminyum puumlskuumlrtme ve kalıplarla elde edilir
Rotoru sincap kafesli bir motorun sincap kafesi değişik biccedilimde oluklara yerleştirilir
Motorun oumlzellikle moment karakteristiğine istenilen oumlzelliği vermek iccedilin rotorda derin
oluklar ve ccedilift oluk kullanılır Birinci motora derin oluklu ya da derin ccedilubuklu motor
ve diğerine de ccedilift kafesli motor denir (Baykal 2011)
23 ASENKRON MOTORLARIN CcedilALIŞMA İLKESİ
Asenkron makinenin ccedilalıŞma ilkesi bir doumlner alanın varlığına dayanır Doumlner alan
senkron hız motor milinin hızı da rotor hızı olarak isimlendirilir Kayma da bu iki
hızın arasındaki fark olarak ifade edilmektedir
231 Doumlner Alan
Bir N-S mıknatısı ya da uumlzerinden akım geccedilen bir bobinin magnetik alanı N kutbundan
ccedilıkar ve S kutbuna girer Daimi mıknatıs ve doğru akım taşıyan bobinin manyetik
alanları mıknatıs ve bobin dışarıdan bir bobinle doumlnduumlruumlluumlrse bunların alanları da
beraber doumlner İşte bir mıknatısın doumlnduumlruumllmesi ile elde edilen alana doumlner alan denir
Uumlccedil fazlı asenkron motorun (enduumlksiyon motorun) statoruna birbirinden 120rsquoşer derece
faz farklı 3 faz sargısı yerleştirilmiştir En basit statorda her biri bir faza ait olmak
uumlzere 3 tane bobin bulunur Bir motor en az iki kutuplu olarak sarılabilir (Baykal
2011)
Şekil 9 Uumlccedil Faz bobininin 6 Oluklu Statora Yerleştirilişi
15
232 Senkron Hız
N-S kutuplarının saat ibresi youmlnuumlnde doumlnduumlğuuml goumlruumlluumlr uumlccedil fazlı alternatif akımdaki bir
periyotluk değişme N-S kutuplarının bir devir yapmasına sebep olur Alternatif akımın
frekansı 50 Hz ise saniyede 50 periyotluk bir değişme yapar Dolayısıyla statordaki
faz bobinlerinin meydana getirdiği N-S kutupları da saniyede 50 devirle doumlner Bu
dakikada 3000 devir eder Ccedilok fazlı bir stator sargısından aynı faz sayısında ccedilok fazlı
bir akım geccedilerse hava aralığında sabit genlikli bir doumlner alan oluşur Bu doumlner alanın
duran statora goumlre ns (n1) devir hızı şebeke frekansına doğru stator sargısının p ccedilift
kutup sayısına ters orantılıdır
1198991 = 601198911
119901
Senkron hız da denen doumlner alan hızı kutup sayısına goumlre buumlyuumlk basamaklar yaparak
değişir Asenkron motorlar ancak belli senkron hızlar iccedilin yapılabilir En fazla
kullanılan senkron hızlar 2 4 6 ve 8 kutup sayılarına ait olanlardır (Baykal 2011)
Tablo 6 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru
P
(Kutup Sayısı)
50 Hz 60 Hz
n1min-1 n1s-1 n1min-1 n1s-1
2 3000 50 3600 60
4 1500 25 1800 30
6 1000 1667 1200 20
8 750 125 900 15
16
233 Kayma
Senkron makine dışında buumltuumln diğer ccedilalışma tuumlrlerinde asenkron makinenin
ccedilalışabilmesi iccedilin rotor hızının doumlner alan hızından farklı olması gerekir Doumlner alanın
rotor uumlzerinden geccedilme hızına yani doumlner alan ile rotor hızı arasındaki cebirsel farka
kayma hızı n2 ve bu hızın doumlner alan hızına oranına kayma s denir Bu tanıma
dayanarak kayma devir hızına goumlre veya devir hızı kaymaya goumlre ifade edilebilir
n2 = n1 ndash n n = n1(1-s) 119904 = 1198992
1198991 =
1198991minus119899
1198991
Kayma oranlanmış bir buumlyuumlkluumlktuumlr ve ccediloğunlukla olarak ifade edilir Pozitif negatif
veya sıfır olabilir Oranlanmış rotor hızı n nı ile toplamı daima 1rsquoe eşittir Teorisel
olarak ndash infin ve +infin arasında değişebilir Durmada n = 0 ve s =1 dir Senkron ccedilalışmada
n = n1 ve s = 0 dır Bu iki sınır değer arasında asenkron makine motor olarak ccedilalışır
ve kayması daima pozitiftir Anma ccedilalışmasındaki değeri yuumlzde birkaccedil olup artan
anma guumlcuuml ile azalır ve kuumlccediluumlk guumlccedillerde yaklaşık 10 dan buumlyuumlk guumlccedillerde 1 in altına
duumlşer
Rotor doumlner alana goumlre ters youmlnde doumlnduumlğuumlnde elde edilen fren ccedilalışmada devir hızı
negatif ve kayma 1 den buumlyuumlktuumlr Rotor hızı doumlner alan hızını geccedilerse yani ngtn1 ise
kayma negatif olur (s lt 0) ve makine generatoumlr olarak ccedilalışmaya başlar (Baykal 2011)
Şekil 10 Standart Asenkron Motorların Anma Kayması ve Verimi
17
24 ASENKRON MOTOR CcedilEŞİTLERİ
Asenkron motorlar rotor yapılarına goumlre ikiye ayrılır
Sincap kafesli (Kısa devre rotorlu) Asenkron Motorlar
Bilezikli (Sargılı rotorlu) Asenkron Motorlar
241 Uumlccedil Fazlı Kısa Devre (Sincap Kafesli ) Asenkron Motorlar
Uumlccedil fazlı sincap kafesli motorun yapılısı basittir Az bakıma ihtiyaccedil goumlsterir Bu tip
motorun oumllccediluumlleri aynı guumlccedilteki başka tip motorların oumllccediluumllerinden kuumlccediluumlktuumlr Değişik
yuumlklerdeki hız reguumllasyonu ccedilok iyidir Fiyatının ucuzluğu yapılışının sağlamlığı ve
istenilen ccedilalışma oumlzelliğine sahip oluşu yuumlzuumlnden bu tip motorlar sanayide ccedilok
kullanılır
Rotorlar accedilılmış oluklara basınccedil altında erimiş aluumlminyum puumlskuumlrtuumllerek doldurulur
Rotorun her iki başındaki kısa devre halkalar da aluumlminyumdandır Ayrıca bu halkalar
uumlzerine kanatlar da bırakılarak rotor işletmede vantilasyon suretiyle soğutulması
sağlanır 250 kW guumlcuumlne kadar kısa devre kafesleri aluumlminyumdan yapılmış asenkron
motorlar mevcuttur
Buumlyuumlk guumlccedil istenilen işletmelerde kısa devre kafesi yuumlksek dikdoumlrtgen şeklinde bakır
ccedilubuklardan ve bunları rotorun her iki başında kısa devre eden bakır halkalardan
yapılır Rotorda kaccedil adet oluk varsa rotorun faz sayısı buna eşittir
Kısa devre kafesli asenkron motorun yol alma oumlzellikleri iyi değildir Ancak basit ve
ucuz olmaları nedeni ile yaygın biccedilimde kullanılmaktadır Yol almasını kolaylaştırmak
iccedilin yuumlksek ccedilubuklu veya ccedilift kafesli olarak yapılırlar (Baykal 2011)
Şekil 11 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru
18
242 Bilezikli (Sargılı rotorlu) AC Motorlar
Birccedilok sanayi yuumlklerinde uumlccedil fazlı değişik hızlı motora ihtiyaccedil duyulduğu yerler iccedilin
bilezikli asenkron motorlar geliştirilmiştir Bilezikli asenkron motorlara sargılı rotorlu
AC motor da denilmektedir Bu tip motorun statoru ile sargının yerleştirilmesi sincap
kafesli motorun aynıdır Rotor ccedilelik saccedillardan yapılmış silindirik bir goumlbektir 120
derece aralıklı uumlccedil adet tek fazlı kalıp sargısını yerleştirmek iccedilin rotor uumlzerine oyuklar
accedilılmıştır izoleli rotor bobinleri stator kutup sayısına eşit kutup sayısı elde edecek
şekilde gruplandırılmıştır Uumlccedil tek fazlı rotor sargısı aralarında yıldız bağlanarak ccedilıkış
uccedilları rotor mili uumlzerindeki uumlccedil bileziğe bağlanmıştır Bileziklere temas eden fırccedila uccedilları
hız kontroloumlruuml ayarlayıcısına bağlanır Fırccedilalar taşıyıcılar uumlzerindeki yayların basıncı
ile bileziklere sıkıca temas eder Doğru akım makinelerinde olduğu gibi youmln
değiştirmeye luumlzum olmadığı iccedilin fırccedila taşıyıcıları uygun bir durumda sıkıca tespit
edilmiştir
Bilezikli asenkron motorun rotorunda aynı statorunda olduğu gibi uumlccedil fazlı alternatif
akım sargısı vardır Stator 10 Kw guumlce kadar tek tabakalı orta guumlccedillerde ise iki tabakalı
sargılı yapılırlar Rotor ise tam oluklu veya kesirli oluklu sargılı olabilir Rotor sargı
uccedillarının bir tarafı bileziklere bağlanır Diğer tarafı ise kısa devre edilerek uumlccedil fazlı
sargının yıldız noktasını oluşturur Bilezikler uumlzerindeki fırccedila sistemi ile rotor
alternatif gerilim kaynağından ayrıca beslenir (Baykal 2011)
25 Elektrik Motorlarına Yıldız-Uumlccedilgen Yol Verme
Kalkış akımını duumlşuumlrmede en ekonomik youmlntemdir Uumlccedil kontaktoumlr ile bir zaman
roumllesinden oluşan kontaktoumlr kombinasyonudur Bu youmlntemle yol verebilmek iccedilin
motorun uumlccedilgen bağlı ccedilalışma gerilimi şebeke gerilimine eşit olmalıdır Oumlrneğin
uumllkemizde şebeke gerilimi 380 Volt olduğuna goumlre yıldız-uumlccedilgen yol verilecek motorun
etiketinde D380 V veya D380VY660V yazılı olmalıdır Volt elektrik motorlarında 2
ve 4 kutuplularda 3 kW (dacirchil) 6 kutuplularda 22 kW(dacirchil) den daha buumlyuumlk guumlccedilluuml
motorlar bu oumlzelliktedir Yani 380 V şebekede uumlccedilgen bağlı ccedilalıştırılırlar
Motora yıldız-uumlccedilgen yol verildiğinde direkt yol vermeye goumlre şebekeden ccedilekeceği
akım 3 katı azalır Yıldız-uumlccedilgen yol vermede amaccedil motoru kalkış suumlresince yıldız
19
bağlı ccedilalıştırmak ve kalkışını tamamlayan motoru hemen normal bağlantısı olan uumlccedilgen
bağlı olarak ccedilalıştırmaktır
Motor kalkış sırasında yıldız bağlı ccedilalıştırıldığından motor sargılarına uygulanan
gerilim U radic3 değerine motorun şebekeden ccedilektiği akım ise 13 değerine duumlşer
Motorun sargılarına uygunalan gerilim azaldığından momenti oumlnemli oumllccediluumlde kuumlccediluumlluumlr
Yıldız-uumlccedilgen yol vermenin kusursuz olması iccedilin motorun yuumlk momentinin yıldız
bağlamadaki motor momentinden buumlyuumlk olmaması ve yıldız bağlamadaki suumlrenin
uygun olması gerekir Bu geccediliş suumlresi ccedilok oumlnemlidir Motor yıldız bağlantıda iken
anma devir sayısına ulaşıldığı anda uumlccedilgen bağlantıya geccedililmesi ve fazla aralık
verilmemesi gerekir
Boumlyle olursa yıldızdan uumlccedilgen bağlantıya geccedilişteki uumlccedilgen kontaktoumlruumlnuumln kapamama
akımı kuumlccediluumlk ve yıldızdan uumlccedilgene geccediliş darbesiz olur Aksi halde uumlccedilgen bağlantıya
geccedilişte akımda geccedilici artışlar goumlruumlluumlr Bunun sonucu kontaktoumlruumln kontakları ani
yuumlksek ısı nedeniyle kaynak olabilir
Bir şebekede uumlccedilgen bağlı ccedilalışacak motor aynı şebekede yıldız bağlı (Y) olarak
ccedilalıştırılabilir Ancak bu durumda motorun guumlcuuml ve momenti duumlşer Bu oumlzellikten
yararlanarak asenkron motorların kalkış anında ccedilektikleri fazla akımı azaltmak iccedilin
yıldız-uumlccedilgen yol verme uygulanması yapılabilir
Şebekede yıldız bağlı ccedilalıştırılması gereken motor yanlışlıkla uumlccedilgen bağlı ccedilalıştırılırsa
sargılarına radic3 katı buumlyuumlk gerilim uygulanmış olur Gerilimdeki artış oranı kadar sargı
akımı buumlyuumlyeceğinden motor aşırı akım ccedileker ve kısa suumlrede artacak ısı sonucu
sargılar yanar
Onun iccedilin yıldız bağlı ccedilalışması gereken motor kesinlikle aynı şebekede uumlccedilgen bağlı
ccedilalıştırılmaz (URL6)
20
Şekil 12 Motora yıldız-uumlccedilgen yol verme
Şekil 13 Stator Sargı Uccedillarının Uumlccedilgen (D) Ve Yıldızı (Y) Bağlanması
Şekil 14 Asenkron Motora Yol Verme
21
26 FANLAR
261 Genel Bilgiler
Fanlar hava veya benzeri gazları basınccedillandırarak belirli bir akış yolu iccedilinde hareket
etmesini sağlayan turbo makinelerdir İyi bir fan istenilen performansı yerine
getirirken verimi yuumlksek enerjiyi daha az tuumlketen muumlmkuumln olduğunca guumlruumlltuumlsuumlz
ccedilalışan ve maliyeti duumlşuumlk olan fandır Fanların tahrik sistemlerinde elektrik motorları
kullanılmaktadır (URL3)
262 Fan Ccedileşitleri
Fanlar aşağıdaki gibi sınıflandırılmaktadır
Eksenel (aksiyel) fanlar
Radyal (santrifuumlj) fanlar
Karışık akışlı (eksenel-radyal) fanlar
Ccedilatı tuumlruuml fanlar
Karşıt akımlı fanlar (blower)
Vorteks ya da rejeneratif fanlar
Diğerleri
Elektrik motorlarında radyal fanlar kullanılmaktadır (URL8)
Bu kısımda projemiz iccedilin incelediğimiz 3 ccedileşit fanı accedilıklayacağız
2621 Eksenel Fanlar
Havanın fan ccedilarkı ile aynı eksende youmln değiştirmeden hareket ettiği fanlardır Yuumlksek
hava debileri ve duumlşuumlk basınccedil sınıfına sahip sistemler iccedilin uygun fanlardır Şekil 15
rsquode oklar akış youmlnuumlnuuml (simetri eksenine paralel) goumlstermektedir
22
Şekil 15 Akışın Simetri Ekseninde Hareket Etmesi
2622 Karışık Akışlı (Radyal-Eksenel) Fanlar
Havanın kanatlar uumlzerinden emmesine goumlre yaklaşık 45deg accedilı yaparak hareket ettiği
fanlardır Radyal fanlara goumlre hava debisi daha yuumlksektir
Eksenel fanlardan daha yuumlksek basınca dayanabilir
Fan eğrisi uumlzerinde kararsız boumllge yoktur
Karşı basıncın duumlşuumlk olduğu boumllgelerde motor aşırı akım ccedilekmez
Eksenel ve radyal fanlara goumlre verimleri duumlşuumlktuumlr (URL6)
Şekil 16 Karışık Akışlı Fan Uygulamaları
23
2623 Radyal (Santrifuumlj) Fanlar
Havanın fan ccedilarkını emmesine goumlre 90deg accedilı yaparak kanatlara teğet olarak terk ettiği
fanlardır
Radyal fanların avantajları aşağıdaki gibidir
Geniş bir uygulama aralığına sahiptir
Yuumlksek sıcaklık ve aşındırıcı ortam uygulamalarında kulanılır
Değişken akış direncine sahip yerlerde daha verimli ve daha sessiz ccedilalışma
olanakları vardır
Yapısal kararlılıkları yuumlksektir (URL6)
Radyal Duumlz Kanatlı Fanlar
Genellikle kendi kendini temizleme malzeme taşıma ve parccedilacık ve yağ yuumlkluuml havanın
uygun halde taşınması gibi durumlarda kullanılırlar ve bunun iccedilin duumlz kanatları vardır
Ccedilarkları basit bir yapıya sahiptir ve nispeten dar kanatları vardır
Elektrik motorlarında genellikle ccedilift youmlnluuml ccedilalışmaya uygun olması iccedilin radyal duumlz
kanat tipli bu fanlar seccedililiyor
Şekil 17 Radyal Duumlz Kanatlı Fanlara Oumlrnekler
24
BOumlLUumlM 3 BULGULAR VE TARTIŞMA
31 SONLU ELEMANLAR YOumlNTEMİ
Sonlu elemanlar youmlntemi muumlhendislik problemlerine kabul edilebilir yaklaşımlarla
ccediloumlzuumlm arayan sayısal youmlntemdir (Moavani 2015) Sonlu elemanlar youmlntemi diğer bir
ifade şekliyle fiziksel şeklin matematiksel ifadesidir Bu kurduğumuz siste sınırlara
ayırılabilen ve malzeme şartlarına uygun olan bir sistem olmalıdır
Sonlu eleman youmlntemindeki basamaklar
Yaklaşık Ccediloumlzuumlm Youmlntemi
Geometrik Şekil
Nod
Eleman
Mesh
Ayrıklaştırma
Şekil 18 Sonlu Eleman Modeli
Eleman
Nod
(Duumlğuumlm
noktaları)
25
Sonlu elemanlar youmlntemi matematik ve fizik biliminin buumltuumln alanlarında kullanılır
Gerilme Analizi
Akışkanlar Mekaniği
Isı İletimi
Dalga Yayılımı
Darbe Analizi
Aerodinamik vb alanlardır
Sonlu elemanlar youmlntemini kullanırken oumlncelikle şu soruların cevaplarını bulmalıyız
Dizayn amacımız nedir
Bu sistemi modellemek iccedilin gerekli olan bilgiler nelerdir
Bu dizayn iccedilin hangi kriterler gerekir
311 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Pozitif Youmlnleri
Geometrisi karışık cisimlerin incelenmesini kolaylaştırır Geometri basit kısımlara
ayrılıp burada ayrı veya daha hassas işlemler yapılabilir
Parccedilanın geometrisini değiştirmeye gerek kalmaz
Youmlntemde hem fiziksel hem matematiksel temeli vardır
Sonlu elemanlar youmlntemi iccedilin ccedilok farklı programlar bulunmaktadır (Ansys Marc
Nastran ) (Moavani 2015)
312 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Negatif Youmlnleri
Elde edilen sonuccedilların doğruluğu hangi sonlu youmlnteminin kullanıldığına bağlıdır
Ccedilıkacak durum oumlnceden tespit edilmeli ve ona goumlre bir ccediloumlzuumlm youmlntemi
kullanılmalıdır Bu yuumlzden oumlnceden iyi tesipt edilemezse doğru değer bulunamaz
ve doğru ccediloumlzuumlm iccedilin zaman kaybı olabilir
Doğru ccediloumlzuumlm iccedilin elemanın ayrıştırılması (mesh) atanması gerekir
Bu meshin iyi atılması gerekir yoksa ccediloumlzuumlmuumln yakınsamaları değişebilir
(Moavani 2015)
26
32 ANSYS PROGRAMI
ANSYS genel amaccedillı kullanılan sonlu elemanlar programıdır Ansys yazılımı
mukavemet titreşim akışkanlar mekaniği ısı transferi ve elektromanyetik alanlarının
birbiri ile olan interaksiyonunu simule eden yazılımdır
Boumlylelikle ANSYS uumlruumlnlerin prototipleri uumlretilmeden sanal ortamda test edilmelerine
olanak sağlar Ayrıca sanal ortamdaki 3 boyutlu simulasyonlar neticesinde yapıların
zayıf noktalarının tespiti ve iyileştirilmesi ile oumlmuumlr hesaplarının gerccedilekleştirilmesi ve
muhtemel problemlerin oumlngoumlruumllmesi muumlmkuumln olmaktadır
ANSYS yazılımı sadece ihtiyaccedil duyulan oumlzelliklerin alınmasına fırsat vererek ilave
edilebilen CAD ve FEA bağlantı modulleri ile masa uumlstuumlnde kullanılan diğer
muumlhendislik yazılımları ile entegre bir şekilde ccedilalışabilmektedir
ANSYS yazılımı hem dışarıdan CAD datalarını alabilmekte hem de iccedilindeki
preprocessing imkacircnları ile geometri oluşturulmasına izin vermektedir Yine aynı
preprocessr iccedilinde hesaplama iccedilin gerekli olan sonlu elemanlar modeli yani mesh de
oluşturulmaktadır Yuumlklerin tanımlanmasından sonra ve gerccedilekleştirilen analiz
neticesinde sonuccedillar sayısal ve grafiksel olarak elde edilebilir
ANSYS yazılımı ile oumlzellikle contact algoritmalarının ccedileşitliliği zamana bağımlı
yuumlkleme oumlzellikleri ve nonlinear malzeme modelleri sayesinde yuumlksek muumlhendislik
seviyedeki analizleri hızlı guumlvenilir ve pratik bir şekilde gerccedilekleştirilebilmektedir
ANSYS Workbench parametrik CAD sistemlerini eşsiz bir otomasyon ve performans
ile simulasyon teknolojilerini entegre eden bir platformdur ANSYS Workbenchrsquoin
guumlcuuml yılların bilgi birikimi ile arkasında duran ANSYS ccediloumlzuumlcuuml algoritmalarından gelir
Ayrıca ANSYS Workbenchrsquoin amacı sanal ortamda uumlruumlnuumln verifikasyonunu ve
iyileştirmesini sağlamaktır
Oumlzellikle PC ile uyumluluğun uumlst seviyede olabilmesi iccedilin yazılmış olan ANSYS
Workbench sadece bir arayuumlzden ileri bir ccedilalışma ortamındır ve ANSYS Workbench
ile herhangi bir ANSYS lisansına sahip herkes ccedilalışabilir Aynı alışılagelmiş ANSYS
arabiriminde olduğu gibi ANSYS Workbenchrsquode de kapasiteler sahip olunan lisansın
doğrultusunda sınırlıdır (URL9)
27
ANSYS programının bu oumlzelliklerinden dolayı programı kullanmaya karar verdik
Ansys programının oumlncellikle akışkan mekaniği ve dinamiğinde kullanılan iki ayrı
boumlluumlmuuml bulunmaktadır Bu boumlluumlmler Fluent ve CFX boumlluumlmleridir Bizim
kullandığımız boumlluumlm ise ANSYS CFX boumlluumlmuumlduumlr
33 MEVCUT FAN UumlZERİNDE YAPILAN ANALİZLER
ANSY projesinde oumlncelikle CFX kısmını kullanıldı Ccediluumlnkuuml ANSYS programında
CFX ve Fluent programı hesaplamalı akışkanlar dinamiği iccedilin kullanılmaktadır Ancak
ANSYS CFX turbo makinalar iccedilin kullanıldığından oumlnceden de goumlsterildiği gibi bir
nod alırken huumlcrelerin orta noktalarından nod hesabı yaptığı iccedilin verdiği değerler fan
analizi iccedilin daha iyi bir yakınsama goumlsterir Bu sebeple ANSYS CFX kısmı kullanıldı
İlk olarak mevcut fan uumlzerinde ccedileşitli incelemeler yapıldı
Mevcut fan uumlzerinde 10 kanat var iken suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilok fazla olduğu saptandı
Bunun uumlzerine motorun akışını kolaylaştırma yoluna gidildi
Havayı oluklara daha iyi aktarabilecek kısım fanın kanat boyu olduğu iccedilin fanın
kanatlarının uzunluğunda değişiklik yapılmasına karar verildi
Fandan ccedilekilen debi miktarı ve tork değerlerini tam alabilmek ve mevcut fanın
verimini oumllccedilebilmek iccedilin oumlncelikle esas oumllccediluumllerine goumlre ccedilizilen fan ANSYS
programına aktarıldı File gt Import gt Design Moduler şeklinde SolidWorksrsquo ten
ANSYS programına aktarıldı
Şekil 19 SolidWorksrsquo ten İmport Etmek
28
Fanın ccedilevresinde akış hacmi oluşturmak iccedilin katı modelin ccedilevresindeki hava
modellenir
331 Geometri
Oluşturulan akış hacminde havanın giriş ve ccedilıkış kısımları İnlet-Outlet şeklinde
belirtilir
Analys tools komutlarından xy duumlzleminde halka oluşturulur
Burada modeling kısmı 3 boyutlu işlem yapacağı zaman seccedililen kısımdır
Aşağıdaki şekilde de goumlruumlleceği uumlzere
Şekil 20 Akış Alanı Belirleme
Burada exturude komutuyla birlikte oluşturulacak akış hacminin kaccedil mm
uzatılacağı belirtilir Hepsini bir buumltuumln haline getirmemek iccedilin lsquovar olanla
birleştirilsin mirsquo sorusuna hayır denilir
Daha sonra ccedilevresine yayılan boşluk iccedilin Outlet tanımlaması yapılır
Bu işlemleri gerccedilekleştirdikten sonra kesit gerekir İlk oumlnce plane (duumlzlem)
belirlenir Bunun iccedilin hangi duumlzlemi seccedililecek ise (oumlrneğin xy) onu seccedilip plane
tıklanır Plane boumllgesinden ne kadar uzakta olacağı belirlenir Biz de değer 34 mmrsquo
dir Ccediluumlnkuuml kanatların boyu 31 mm olduğundan mesh atamada sorun ccedilıkmaması
29
iccedilin 34 mm uzaklıkta bir plane atanır Bu Planersquoi slice komutuyla keserek 3 farklı
boumllge oluşturulmuş olur
Akışkan hacmini oluşturmak iccedilin dolu olan kısımlar belirlenip ona goumlre hareket
edilir Bunun iccedilinde milin iccedilini dolu kabul edilir
Akışkan hacmi iccedilin yapılan bir diğer işlem ise oluşturulan hacimden fanın hacmini
booelangt substrack komutları ile akışkan hacminin bulunmasıdır
Mevcut fanın uumlzerine sağ tıklanarak ve suppress body komutu seccedililir Boumlylelikle
fanı gizleyerek sadece akışkan hacmi goumlruumlluumlr
Daha sonra oluşan parccedilaların arasında boşluk olmaması iccedilin ve bağlantı sağlamak
iccedilin part kısımlarını seccedililerek sağ tıklanır from new part seccedililir
Şekil 21 Slice Komutu ile Boumllgelere Ayırma
30
Şekil 22 Parccedilalar Arası Bağlantının Sağlandığı FromNew Part Boumlluumlmuuml
Mesh kısmını suumlruumlkleyip project schematic boumlluumlme bırakılır Bu boumlluumlmde geometri
onaylanır ve en altta bulunan meshrsquoe tıklanır
332 Sayısal Ağ Oluşturma (Mesh)
Şekil 23 Mesh oluşturma
31
Şekil 24 Mesh Geometrisi
Sonlu sayıda hacimle ccedilalışıldığından sonlu sayıda hacime boumllmek gerekir Sonlu
sayıda hacime boumlluumlnen kısımlar farklı farklı olabilir
Bu huumlcreler kapsadığı alanın oumlzelliklerini yansıtır Bunların ccedilevresindeki nodlar
bunların ortalaması ile belli bir oumlzelliğe sahip olmuş olur
Bu huumlcrelerin arttırılması yani ayrıştırmaların ccediloğaltılması ne kadar fazla olursa o
kadar yakınsama olur ve ccediloumlzuumlm iyileşir
Ancak sayısal ağ ccedilok fazla attırıldığında ccediloumlzuumlm suumlresi ccedilok fazla artacağından
ekonomik değildir
Bu sebepten dolayı mesh ( ayrıştırma) atarken akışkanın en fazla değişim
goumlstereceği kısımlarda daha fazla sayısal ağ oluşturulur Boumlylelikle daha iyi bir
yakınsama elde edilir Akışkanın değişim goumlstereceği yerler genellikle yuumlzeylerle
temas edilen kısımlardır Mevcut fanın analizin de orta kısımlarda pek fazla
değişiklik olmaz Bu nedenle sınırlara yakın kısımlara daha fazla ağ oluşturulur
Detail of Mesh kısmından hangi kısımlarda ne kadar buumlyuumlkluumlkte mesh
atılabileceğine bakılır
32
Detail of Mesh kısmından Phsics preference kısmı seccedililerek CFDrsquoi seccedililir Solver
Preference kısmından ise CFXrsquoi seccedilip devam edilir
Analiz yaparken belirlenmesi gereken kısımlar vardır Bunun iccedilin diğer kısımlar
seccedililerek hide body seccedililerek kapatılır ve select all body seccedililerek kanatlara isim
verilir
Şekil 25 Mesh İsimlendirme
Akışkanın girişine inlet ccedilıkışına outlet denilir
Mesh atımında minimum yakalayacağı huumlcreler ile maksimum yakalayacağı
huumlcrelerin milimetre hesabı oumlnemlidir Bu yuumlzden kanadın kalınlığı 25 mm olduğu
iccedilin 2 mmrsquo den az olan huumlcre belirlenir Maksimum 15 mmrsquo den buumlyuumlk huumlcreler
olması duumlşuumlnuumllerek analizin yakınsaması sağlandı
Meshrsquoi tıklayıp oradan insert size kısmın da bulunan isimlerde kanatlar seccedililir
Kanatlara maksimum 3 mm buumlyuumlkluumlk seccedililir Devamında ise kanatları hide face
komutuyla gizlenir ve geriye kalan kısımlar iccedilin sizing iccedilin yine 3 mm verilir
Daha sonra kanat ve ccedilevresine ccedilizilen akış hacmi seccedililerek tekrar size kısmından
buumltuumlnuumlne 8 mm verilir Bu kısım iccedilin mesh atanır Yuumlzeyler seccedililerek Preview
Surface Mesh on Selected Bodies denilir ve mesh işlemi tamamlanmış olur
33
Şekil 26 Meshrsquo in Goumlsterimi
Ancak mesh işleminde silindirik yuumlzeylerde sweep komutuyla daha kolay mesh
atılabileceği iccedilin istenen yuumlzey iccedilin sağ tıklayıp İnsertgt Method gtSweep Number
Divs komutlarından kaccedil sıra mesh atılacağı belirlenir 20 sıra vererek mesh atıldı
Suumlpuumlrme işlemi ile mesh atarken hangi yuumlzeyi kaynak olarak alınacağı da
boumlylelikle belirlenmiş olur
Mesh sayfasını kapatıp daha sonrasında workbench kısmında meshin uumlzerine cfx
kısmını bırakılır
Mesh setupgt solutiongt results dan sonuccedillar elde edilir
Daha sonra geometry design da motorun kapağına uygun bir sınır belirlenerek
analiz yapılır
Geometriyi duumlzenlenerek CFXrsquo e aktarılır
Daha oumlncesinde de bahsedildiği uumlzere ANSYS de CFX kullanıldı CFX
kullanılmasının bir diğer sebebi de CFXrsquo in fan konusunda ANSYSlsquo in mesh
kısmından daha bağımsız ve daha hassas olmasıdır
Yapılan isimlendirmeler tekrar kontrol edilir Her farklı işlev iccedilin farklı
isimlendirme yapmak ccedilok oumlnemlidir boumlylece havanın nereden girip ne şekilde
ccedilıkacağını isimlendirmelerden goumlruumllebilir Ve bu isimlendirmeler iccedilin ayrı ayrı kod
yazılır
34
333 Sınır Şartları
Şekil 27 Sınır Şartlarının Belirlenmiş Hali
ANSYS setup kısmında Insert gt Solver gt Output Control komutları seccedililerek code
yazılır MassFlow ()inlet gt Torque_z()kanatlar olarak giriş kısmının kuumltlesel
debisi iccedilin komut yazılır
Ayrıca Insert gt Material kısmından sıcaklığı 25reg basıncı 1 atm entalpi değerini 0
olarak şartları belirlenir
Malzemenin kapak kısmı ccedilelik olarak belirlenir
Solver Control kısmından high resuluiton seccedililerek ccediloumlzuumlmuumln kalitesi arttırılır
Solver Control kısmından Residual Target artık tipini RMS olarak ve onun
yakınsama sınırı 10-5 belirlenir Rms elemanların karelerinin koumlkuumlnuuml alarak
ortalamasını alan youmlntemdir
Yine Solver Control kısmından minimum iterasyonu 1 maksimum İterasyonu ise
500 verilir
İnlet kısmı belirlenirken Boundary Type ( sınır şartları) opening olarak seccedililir
Opening verilmesindeki amaccedil akışkanların iccedileriden girip dışarıya ccedilıkışlarının
sağlanmasıdır Aksi halde ccediloumlzuumlmuumln yakınsamasın da sorunlar oluşabilir Opening
şartında ayrıca akışkan daha ccedilabuk toparlanır ve analiz daha kolaylaşır
Flow Direction komutunda normal sınır şartları belirlenir
Suumlreklilik şartı olarak da Fluid Mass Fluxrsquou seccedililir Bunun yanında sınır kontuumlruuml
iccedilin bağıl basınccedil ayarlarını seccedililir Aynı şekilde outlet iccedilin de aynı ayarlar yapılır
35
Domaine basılıp kapak kısımları ve motor kısımları seccedililir Bu dış kısımları duvar
olarak belirlenir ve duvar hareket edemeyeceğinden No Slip Wall seccedileneği olarak
belirtilir Duvarları suumlrtuumlnmesiz olduğu varsayılıyor
Fan ve kanatlar kısmında Boundry Type olarak Wall olarak belirleyip Frame type
gt rotating (doumlnuumlyor) belirtilir
Ccediloumlzuumlm metodu olarak RNG k-euro modeli kullanılır
Şekil 28 Setup Koşulların Belirlenmesi
334 Ccediloumlzuumlm - Sonuccedillar
Setup kısmını kapatılarak solution ekranı ccedilift tıklanarak ccedilıkan ekran da RUN seccedililerek
ccediloumlzme işlemi başlatılmış olur
Ccediloumlzme işlemi bittiğinde results kısmından sonuccedillar goumlruumlntuumllenebilir
36
Şekil 29 Akışın Youmlnelişi
Şekil 30 Debi Sonucu
37
34 YENİ FAN TASARIMI
341 Fan Tasarımı İccedilin Kabuller
Havanın sıkıştırılamaz olduğunu kabul edildi Havanın sıkıştırılmaz olduğu
varsayılarak yoğunluğu değişmez ve 12 kgm3 olarak kabul edilir
Ccediloumlzuumlmde suumlrtuumlnmeler ve ısı kayıpları ihmal edilir Ccediluumlnkuuml bu değerlerin
hesaplanması ccedilok uzun suumlreceği iccedilin ccediloumlzuumlm youmlntemi iccedilin ekonomik olmaz
Gerccedilekle arasında ccedilok buumlyuumlk bir fark olmayacağı varsayılmıştır
Verimi arttırmak iccedilin orijinal fanın analizinden elde edilen tork değeri duumlşuumlk
tutulmaya ccedilalışılmıştır
Motorun tek bir youmlne doumlneceği duumlşuumlnuumllmuumlştuumlr
342 Fan Tasarım Parametreleri
Bir fan tasarımında belli başlı kriterleri ele alabilmek iccedilin mevcut fan uumlzerinden
değerler bulundu
Tablo 7 Mevcut Fanın Oumlzellikleri
Devir Sayısı ( ddk) r hub (mm) rtip (mm)
1498 25 77
Radyal hız hesaplandığında w= 15687 radsn bulunmuştur r hub diye isimlendirilen
kısım fanın giriş accedilısı iccedilin gerekli olan kanadın başlangıcı ile milin merkezi arasındaki
uzaklıktır r tip ise fan kanadının bitiş noktası ile mil merkezi arasındaki uzaklığın
yarıccedilap cinsinden ifadesi olmaktadır
38
Fan kanat tasarımında oumlnemli olan w (accedilısal hız)hızının kanatlara ne kadar dik
gelebildiğidir Bu kanat hacmine ne kadar iyi bir şekilde gelirse akışkan o denli iyi
akabilir ve kanat profili oluşur
U_hub= w (radsn) x r hub
U_tip = w x r tip
Beta = arctan(vu)
A_inlet= (r tip 1000)sup2π ndash r hub 1000)sup2π
Verim= (Q x P) (TxW)
V (akışın mutlak hızı)= Debi Alan
Tablo 8 Sonuccedil olarak elde edilen değerler
r_h (mm) 25 r_t (mm) 77 r_h (mm) 50 r_t (mm) 80
U_h (ms) 3927 U_t (ms) 1209516 U_h (ms) 7854 U_t (ms) 125664
A_in (m^2) 0016663 A_out (m^2)0012252
V_in (ms) 2350516 V_out 3196702
beta_h 5909726 beta_t 7900249 beta_h 678529 beta_t 7572755
giriş ccedilıkış
Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları
Bu değerlere goumlre BladeGende yeni bir kanat profili oluşturulur
r tip
r hub
Şekil 31 Fan Kanatlarının Accedilısı
39
Şekil 32 BladeGen Kanat Profili
Oluşturduğumuz bu geometriye daha oumlnceki boumlluumlmde bahsedilen fana yapılan adımlar
uygulandı (Yeni oluşturulan fanın geometrik deseni ektedir)
40
3421 Geometri
Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi
3422 Sayısal Ağ Oluşturma
Şekil 34 Yeni Fan Tasarımının Sayısal Ağ Oluşturulması
41
3423 Ccediloumlzuumlm
Şekil 35 Tasarımı Yapılan Fanın Verimi
Accumulated Time Step sayısı iterasyonu goumlstermektedir Daha fazla yakınsama iccedilin
daha fazla koşturulabilir
42
Şekil 36 Tasarımı Yapılan Fanın Torku
43
3423 Sonuccedillar
Şekil 37 Akışın Youmlnelişi
Bu kısımda verimi arttırabilmek iccedilin tork azaltılmaya ccedilalışıldı Boumlylece kanatlara
harcanan toplam guumlccedil azaltılarak iyileştirmeler yapıldı
44
Kanadın iş yapan kısmını arttırarak orijinal fanda kanadın suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilapı
154 mm iken yeni fan da 160 mmrsquoye ccedilıkarıldı
Kanatlar daha eğimli ama daha eksenel bir forma getirildi
Bu motorda toplam guumlccedil iccedilin 60 watt olduğunda yaklaşık 6 wattrsquo lık guumlccedil fan iccedilin
harcanıyordu Fanın verimliliği ccedilok oumlnemli olduğu iccedilin debiyi sabit tutulmaya
torku da duumlşuumlruumllmeye ccedilalışıldı
Tablo 9 ANSYSrsquo de Elde Edilen Deneyler
tork(Nm) w(radsn) m(kgs)
Orijinal Fan 00393645 15687 0048168
Yeni Fan 00043869 15687 0032261
Goumlruumllduumlğuuml gibi tork buumlyuumlk oranda duumlşmuumlş ancak onunla birlikte debi de biraz
duumlşmuumlştuumlr
343 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanması
Motorun arka ve oumln kısımlarına sırt sırta fan bağlayarak havanın akışını hızlandırma
ve soğutmayı arttırma işlemi amaccedillandı Gerccedilek boyutlarda uygulamadan oumlnce fanı
motor şeklini verilen kısım da tek başına analiz yapıldı Verimli bir sonuccedil alabilmek
iccedilin ikili fan deneyi yapıldı
3431 Geometri
Şekil 38 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Geometrisi
45
3432 Sayısal Ağ Oluşturma
Şekil 39 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Sayısal Ağ
Oluşturulması
Yapılan analiz de goumlzlemlenen sonuccedillar şunlardır
Bir motorun etrafında sınırlayıcı bir alan olmadığı iccedilin sınır şartları olarak setup
kısmında yine havayı 1 atm basınccedil olarak alınır Eğer sınırlayıcı bir alan olsaydı
oluklardan hava akışı doğrudan motorun arka kısmına gelecekti Ccedilıkış noktasına ise
kapak yerleştirildi giriş noktasında atmosfer ccedilıkışı ise kapak olarak sınırlandı
3433 Kod Ccediloumlzuumlmuuml
Debi ndash 000064 mᵌ sn olarak ccedilıktı Motorun hava ccedilıkış kısmına fan bağlamanın verimli
olmadığı sonucuna varıldı Oumlnceden oluşturulan oluklardaki 1cmrsquolik aralıklarla
havanın geniş bir alana gitmesi ccedilok zordur Ve bu akışı goumlnderebilmek iccedilin fazladan
basınccedil uygulanması gerekir Bu sebepler debinin duumlşmesine sebep olmuştur
46
Şekil 40 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Ccediloumlzuumlmuuml
47
BOumlLUumlM 4 SONUCcedilLAR
Verim= (Alınan Guumlccedil Verilen Guumlccedil)= (∆P x Q) (T x ὠ)
A_inlet = (r_tip)2 1000 - (r_hub)21000
A_outlet =( U_h1000)2 - (U-t1000)2
U= ὠ x r
Fan hesaplarıdan debi değeri ve tork değeri duumlşmuumlştuumlr Aşağıda yeni fanımızın verimi
yukarıdaki formuumlllere goumlre excelde hesaplanmıştır
tork(Nm) w(radsn) ṁ(kgm^3) verim deltap (Pa)
Orijinal Fan 00393645 15687 00391 60152783 95
Yeni Fan 00043869 15687 0039167 54068744
Tabloda da goumlruumllduumlğuuml uumlzere eski fanın oumlzelliklerine bakılarak hız uumlccedilgeni youmlntemiyle
oluşturulan yeni fan 540 verimli ccedilıkmıştır
Motorun oumln kısmın koyduğumuz fanda ise dar oluklardan buumlyuumlk bir hacime giriş
yaptığı iccedilin tek youmlnluuml analizde kuumltlesel debi negatif değerde ccedilıkmıştır
(Kuumltlesel debi) ṁ=ƍ( oumlzkuumltle) x A(alan) x V( akışkan hızı)=kgsn ndash Formuluumlnden
dolayı verimin hesaplanmasına gerek yoktur
48
BOumlLUumlM 5 EKLER
EK1- MEVCUT FAN
EK2- YENİ FAN
49
KAYNAKCcedilA
Baykal R 2011 Asenkron Motorlar Uumlzerine Enerjiİ Verimliliği Uygulanması
Yayın Tarihi 15032011
Ccedilalışkan M 2014 Eksenel Akışlı Fan Tasarımı Yuumlksek Lisans İstanbul Teknik
Uumlniversitesi TUumlRKİYE
Moavani S 2015 Sonlu Elemanlar Analizi Teorisi ve Ansys ile Uygulamalar
İstanbul
Onaygil S 2006 Enerji Verimliliği Kanunun Tanıtımı Yuumlksek Lisans
URL1 lthttpdeneysancomContentimagesdocumentshavalandirma-
4_39143832pdfgt Erişim Tarihi 12032016
URL2 lt httpwwweiegovtrgt Erişim Tarihi 20042016
URL3 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi
12052016
URL4 ltwwwtuumlikgovtrgt Erişim Tarihi 14052016
URL5 ltwwwemoorgtrekler364734147179187_ekpdfgt Erişim Tarihi 16052016
URL6 ltwwwinverter-plcnetmotoryıldız_uumlccedilgen_bağlantıhtmlgt Erişim Tarihi
18052016
URL7 ltwwweiegovtreie-webturkceenMotor_Verimliligi_Brosurupdfgt Erişim
Tarihi 20052016
URL8 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi
07062016
URL9 ltwwwfigescomtransysansys-nedirphpgt Erişim Tarihi 09062016
50
OumlZGECcedilMİŞLER
Elif CcedilİCcedilEK
Eyluumll 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Duumlzce Anadolu İmamhatip Lisesinde
tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi İlahiyat Fakuumlltesirsquoni kazandı 2012 yılında
Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine
başladı Halen eğitimine devam etmektedir
İletişim
apsuvaelifhotmailcom
Nesrin ALTUNBOĞA
Ağustos 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Haydarpaşa Teknik Okulları Raylı
Sistemler Teknolojileri Boumlluumlmuumlnuuml tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi
Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Boumlluumlmuumlnuuml kazandı Halen eğitimine
devam etmektedir
İletişim
naltunbogagmailcom
Rumeysa ALGUumlL
Ekim 1992rsquo de Konyarsquoda doğdu Lise oumlğrenimini Lafarge Aslan Ccedilimento Anadolu
Teknik Lisesirsquonde 2010 yılında tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi Teknoloji
Fakuumlltesi Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliğini kazandı 2013 yılında Teknoloji
Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine başladı Halen eğitimine devam
etmektedir
İletişim
rumeysaalgulgmailcom
51
52
iii
222 Rotor 13
23 ASENKRON MOTORLARIN CcedilALIŞMA İLKESİ 14
231 Doumlner Alan 14
232 Senkron Hız 15
233 Kayma 16
24 ASENKRON MOTOR CcedilEŞİTLERİ 17
241 Uumlccedil Fazlı Kısa Devre (Sincap Kafesli ) Asenkron Motorlar 17
242 Bilezikli (Sargılı rotorlu) AC Motorlar 18
25 Elektrik Motorlarına Yıldız-Uumlccedilgen Yol Verme 18
26 FANLAR 21
261 Genel Bilgiler 21
262 Fan Ccedileşitleri 21
2621 Eksenel Fanlar 21
2622 Karışık Akışlı (Radyal-Eksenel) Fanlar 22
2623 Radyal (Santrifuumlj) Fanlar 23
BOumlLUumlM 3 BULGULAR VE TARTIŞMA 24
31 SONLU ELEMANLAR YOumlNTEMİ 24
312 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Negatif Youmlnleri 25
32 ANSYS PROGRAMI 26
33 MEVCUT FAN UumlZERİNDE YAPILAN ANALİZLER 27
331 Geometri 28
332 Sayısal Ağ Oluşturma (Mesh) 30
333 Sınır Şartları 34
334 Ccediloumlzuumlm - Sonuccedillar 35
34 YENİ FAN TASARIMI 37
341 Fan Tasarımı İccedilin Kabuller 37
342 Fan Tasarım Parametreleri 37
iv
3421 Geometri 40
3422 Sayısal Ağ Oluşturma 40
3423 Ccediloumlzuumlm 41
3423 Sonuccedillar 43
343 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanması 44
3431 Geometri 44
3432 Sayısal Ağ Oluşturma 45
3433 Kod Ccediloumlzuumlmuuml 45
BOumlLUumlM 4 SONUCcedilLAR 47
BOumlLUumlM 5 EKLER 48
KAYNAKCcedilA 49
OumlZGECcedilMİŞLER 50
v
OumlZET
Guumlnuumlmuumlzde enerji kullanımının artması ile enerji kaynaklarının hızla tuumlkenmekte
olduğu goumlruumllmektedir Enerji maliyetlerinin de oumlnemli şekilde artması mevcut
kaynakların optimum bir şekilde kullanılması gerekliliğini vurgulamaktadır 2007
yılında uumllkemizde ldquoEnerji Verimliliği Kanunurdquo yuumlruumlrluumlğe girmiş 20082 sayılı
Başbakanlık Genelgesirsquoyle kamu oumlzel ve sivil toplum kuruluşlarının katılımıyla ldquo
Ulusal Enerji Verimliliği Hareketirdquo başlatılmış ve 2008 yılı ldquo Enerji Verimliliği Yılırdquo
olarak ilan edilmiştir
Elektrik motorlarının duumlnyadaki kullanımına bakıldığında binalarda kullanılan
elektriğin 36rsquosı enduumlstri ve altyapıda ise 70rsquoi elektrik motorları tarafından
tuumlketilmektedir Asenkron motorlar enduumlstride yaygın olarak kullanılmaktadır
Asenkron elektrik motorları ise uumllkemizin toplam elektrik tuumlketiminin yaklaşık
36rsquosını oluşturmaktadır Hatta sanayide sektoumlrel bazda bu oran 80rsquolere kadar
ccedilıkmaktadır Bu sebeple elektrik motorlarında verimi arttırıcı oumlnlemler uumllkemizin
elektrik tuumlketimi konusundaki tasarruf planlarına buumlyuumlk katkı sağlayacaktır
Bu ccedilalışmada mevcut durumun değerlendirilmesi iccedilin sonlu elemanlar metodu (FEA)
ile CFX ortamında analizler yapılmıştır Elde edilen veriler sayesinde hız uumlccedilgeninden
yararlanarak yeni bir fan tasarlanmıştır Teorik hesaplama ile elde edilen fanın verim
uumlzerindeki etkisi bilgisayar ortamında yapılan analizle incelenmiştir Ccedilalışmamızın ilk
boumlluumlmuumlnde ccedilalışma konumuzun tanımı ve amacı hakkında bilgi verilmiştir İkinci
boumlluumlmde asenkron motorlar hakkında bilgi verilmiştir Fan tasarımı hakkında bilgiler
verilmiştir Uumlccediluumlncuuml boumlluumlmde ise yapılan deneyler sonrası elde edilen sonuccedillar ve bu
sonuccedillara ait grafikler sunulmuştur Son boumlluumlmde ise deney sonuccedillarının
yorumlanmasına yer verilmiştir
vi
SEMBOLLER LİSTESİ
Ainlet Girişin Alanı
AOut Ccedilıkışın Alanı
n1 n2 Senkron Doumlnme Hızı Rotorun Doumlnme Hızı
f Frekans
I Akım
n Motorun Devir Sayısı
ƞ Verim
p Kutup Sayısı
Q Debi
R Direnccedil
rhub Fan Kanadının Başlangıcı ile Mil Arasındaki Uzunluk
rpm Dakikada doumlnme sayısı
rtip Fan Kanadının Bitiş Noktası İle Mil Arasındaki Uzunluk
sn Saniye
U Gerilim
Uhub Hub Hızı
Utip Tip Hızı
V Akışın Mutlak Hızı
W Accedilısal Hız
β Kanat Accedilısı
ρ Yoğunluk
vii
KISALTMALAR LİSTESİ
AB Avrupa Birliği
AC Alternatif Akım
ANSYS Simulation Driven Product Development
BSTB Bilim Sanayi ve Teknoloji Bakanlığı
CAD Bilgisayar Destekli Tasarım
CENELEC Avrupa Elektrik Makinaları ve Guumlccedil Elektroniği İmalatları Komitesi
CFD Computational Fluid Dynamics
CFX Congregation Fratrorum Xaverianorum
DC Doğru Akım
FEA Sonlu Elemanlar Analizi
IE1 Standart Verimli
IE2 Yuumlksek Verimli
IE3 Ccedilok Yuumlksek Verimli
IE4 Suumlper Yuumlksek Ccedilok Verimli
IEC Uluslararası Elektronik Komisyonu
PN Ccedilıkış Guumlcuuml
TSE Tuumlrk Standartları Enstituumlsuuml
TUumlİK Tuumlrkiye İstatistik Kurumu
V Volt
viii
ŞEKİLLER LİSTESİ
Şekil 1 Elektrik Motorlarının Sınıflandırılması 2
Şekil 2 Sanayide Kullanılan Elektrik Motorlarının Kullanım Yerleri 5
Şekil 3 Talep Tarafında Elektrik Kullanımı 6
Şekil 4 TS-EN 60034-30-1 Standardına Goumlre Verimlilik Sınıfları 7
Şekil 5 Motor Verimini Etkileyen Faktoumlrler 9
Şekil 6 Kuumlccediluumlk Guumlccedilluuml Uumlccedil fazlı Sincap Kafesli Asenkron Motorun Kesiti 11
Şekil 7 Stator Saccedil Paketini Oluşturulmuş Farklı Tipte Statorlar 12
Şekil 8 Rotor Saccedil Paketini Oluşturan Değişik Rotor Saccedilları 13
Şekil 9 Uumlccedil Faz bobininin 6 Oluklu Statora Yerleştirilişi 14
Şekil 10 Standart Asenkron Motorların Anma Kayması ve Verimi 16
Şekil 11 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru 17
Şekil 12 Motora yıldız-uumlccedilgen yol verme 20
Şekil 13 Stator Sargı Uccedillarının Uumlccedilgen (D) Ve Yıldızı (Y) Bağlanması 20
Şekil 14 Asenkron Motora Yol Verme 20
Şekil 15 Akışın Simetri Ekseninde Hareket Etmesi 22
Şekil 16 Karışık Akışlı Fan Uygulamaları 22
Şekil 17 Radyal Duumlz Kanatlı Fanlara Oumlrnekler 23
Şekil 18 Sonlu Eleman Modeli 24
Şekil 19 SolidWorksrsquo ten İmport Etmek 27
Şekil 20 Akış Alanı Belirleme 28
Şekil 21 Slice Komutu ile Boumllgelere Ayırma 29
Şekil 22 Parccedilalar Arası Bağlantının Sağlandığı FromNew Part Boumlluumlmuuml 30
Şekil 23 Mesh oluşturma 30
Şekil 24 Mesh Geometrisi 31
Şekil 25 Mesh İsimlendirme 32
Şekil 26 Meshrsquo in Goumlsterimi 33
Şekil 27 Sınır Şartlarının Belirlenmiş Hali 34
Şekil 28 Setup Koşulların Belirlenmesi 35
Şekil 29 Akışın Youmlnelişi 36
Şekil 30 Debi Sonucu 36
Şekil 31 Fan Kanatlarının Accedilısı 38
Şekil 32 BladeGen Kanat Profili 39
ix
Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi 40
Şekil 34 Yeni Fan Tasarımının Sayısal Ağ Oluşturulması 40
Şekil 35 Tasarımı Yapılan Fanın Verimi 41
Şekil 36 Tasarımı Yapılan Fanın Torku 42
Şekil 37 Akışın Youmlnelişi 43
Şekil 38 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Geometrisi 44
Şekil 39 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Sayısal Ağ
Oluşturulması 45
Şekil 40 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Ccediloumlzuumlmuuml 46
x
TABLO LİSTESİ
Tablo 1 Tuumlrkiyersquode Elektrik Motorlarının Sektoumlrlere Goumlre Tuumlketimi 3
Tablo 2 Elektrik Motorlarının Tuumlrlerine Goumlre Pazar Dağılımları 4
Tablo 3 IE4 ile IE1 arasındaki ortalama verim farkı 4
Tablo 4 Başlıca Uumllkelerin Verimlilik Sınıfı Uygulama Tarihleri 8
Tablo 5 Tuumlrkiyersquo de Zorunlu Uygulamaya Geccediliş Suumlreci 8
Tablo 6 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru 15
Tablo 7 Mevcut Fanın Oumlzellikleri 37
Tablo 8 Sonuccedil olarak elde edilen değerler 38
Tablo 9 ANSYSrsquo de Elde Edilen Deneyler 44
1
BOumlLUumlM 1 GİRİŞ
Fan en temel anlamıyla bir basınccedil farkı oluşturarak havanın bir yerden başka yere
akışını sağlayan cihazlardır Fanlar ticari ve enduumlstri hayattın da birccedilok uygulamalarda
kullanılmaktadır Farklı boyutlarda farklı modeldeki fanlar (eksenel radyal vb)
soğutucular bilgisayarlar yıkayıcılar kurutucular ve klimalar gibi ccedileşitli sistemlerde
hava sirkuumllasyonunu sağlamak amacıyla kullanılmaktadır Yaygın olarak iki farklı
ccedileşidi kullanılmaktadır Bunlar eksenel ve radyal fanlardır Radyal akışlı fanlar
akışkanı doumlnme eksenine dik şekilde atarlarken eksenel akışlı fanlar ise doumlnme
eksenine paralel akış oluşturmaktadırlar (Ccedilalışkan 2014) Ccedilalıştıkları koşulda basınccedil
farkı oluşturmaktadırlar Fanların tahrik sistemlerinde genellikle elektrik motorları
kullanılmaktadır Fanlar sanayide ve ticari binalarda oumlnemli oranda elektrik tuumlketen
cihazlardır Halen Tuumlrkiyersquode sanayide eski teknoloji uumlruumlnuuml ve verimleri yuumlksek
olmayan ccedilok sayıda fan bulunmaktadır Bu nedenle enerji verimliliğinin artırılmasında
fanların ve fan sistemlerinin verimliliklerinin artırılmasının katkısı olacaktır (URL1)
11 CcedilALIŞMA KONUSUNUN TANIMI
Sincap kafesli asenkron motorlarının verimliliğini arttırma yolları incelenmiştir Bu
proje konusunda soğutma uumlzerine yoğunlaşarak fan tasarımı yapılmıştır Bir elektrik
motorun da fan 10rsquoluk guumlccedil harcadığı iccedilin fan tasarımın da kanat sayısını azaltarak
optimizasyon yapılmıştır Fan tasarımı iccedilin Ansys programını kullanarak kanatlardaki
torku azaltmaya youmlnelik ccedilalışmalar yapılmıştır Tasarımda ilk adım olarak temel hız
uumlccedilgenlerinden yararlanılarak gerccedileğe yakın olacak şekilde sonuccedillar oluşturulmuştur
Sonuccedilların uygunluğu doğrultusunda ccediloumlzuumlm iccedilin gerekli kontrol hacimleri kaba ve
nitelikli ağ oumlrguumlsuuml şeklinde oluşturularak analizler gerccedilekleştirilmiştir
Uumlccedil boyutlu hesaplamalı akışkanlar dinamiği analizi uygulanarak gerccedileğe daha yakın
bir model simulasyonu oluşturulmuş ve uumlccedil boyutta etkileri inceleme olanağı
sağlanmıştır Tasarım sırasında hız uumlccedilgenlerinden yararlanılarak yapılan fan
tasarımının ccediloumlzuumlmuumlnde hızlı sonuccedil alınması ve ccedilok fazla iterasyona olanak sağlayan
turbomakina yazılımı kullanılmıştır Akışkan hareketini youmlneten denklemlerin
2
ccediloumlzuumlmuumlnde kullanılan sonlu hacimler programı iccedilin gerekli ağ oumlrguumlsuumlnuumln de hızlı bir
şekilde kullanımı iccedilin turbomakina yazılımından faydalanılmış ve zaman olarak
ccedilalışmaya oumlnemli oumllccediluumlde katkısı olmuştur
12 CcedilALIŞMA KONUSUNUN AMACI
Bahsi geccedilen ccedilalışma konusunda fan tasarımın da enerjinin verimli kullanılması seccedilim
imalat ve işletme suumlreccedillerinin optimum olması sağlanmış Fan tasarımında fanın
ccedilalıştırılacağı sistem projelendirilip yapılırken dikkat edilmelidir Ccediluumlnkuuml fanlar yatırım
maliyetlerinden daha fazla enerji tuumlketmektedirler Bu nokta da elektrik motorlarında
verimi arttırıcı oumlnlemler alınarak elektrik tuumlketimi konusunda tasarruf planlarında
buumlyuumlk katkı sağlanması hedeflenmiştir
13 ELEKTRİK MOTORU
Elektrik enerjisini mekanik enerjiye ccedileviren makinedir Her elektrik motoru biri sabit
(stator) ve diğeri kendi ccedilevresinde doumlnen (rotor) iki ana parccediladan oluşur Bu ana
parccedilalar elektrik akımını ileten (sargılar vb) manyetik akıyı ileten parccedilalar ve
konstruumlksiyon parccedilaları (yataklar vb) olmak uumlzere tekrar kısımlara ayrılır (URL2)
111 Elektrik Motorlarının Sınıflandırılması
Şekil 1 Elektrik Motorlarının Sınıflandırılması
Elektrik Motoru
Doğru Akım
DC Motor
Alternatif Akım
AC Motor
Senkron Motor Asenkron Motor
3 Fazlı Asenkron
Motor
Tek Fazlı Asenkron
Motor
3
14 TUumlRKİYErsquo DE VE DUumlNYArsquo DA ELEKTRİK MOTORLARININ ENERJİ
TUumlKETİMİ
Enerjide arz guumlvenliğinin sanayide sanayide suumlrduumlrebilirliğinin ve buumlyuumlmenin ise
kalkınmada oldukccedila oumlnem taşıdığı guumlnuumlmuumlzde saklı enerji kaynağı sayılabilecek olan
verimlilik hususu belirtilmektedir TUumlİK verilerine goumlre Tuumlrkiye elektrik enerjisinin
2013 yılı itibariyle 471rsquoi sanayi sektoumlruumlnde tuumlketilmektedir Sanayide kullanılan
elektrik motorları ise bu sektoumlrde tuumlketilen elektrik enerjisinin 70rsquo ini teşkil
etmektedir Sanayinin buumlyuumlmesi son yıllardaki ARGE ccedilalışmalarının ilerlemesi ve
otomasyon sistemleri ile daha yoğun teknoloji ile Tuumlrkiye piyasasına 1 milyon elektrik
motoru arz edilmektedir Tuumlrkiyersquode de Bilim Sanayi ve Teknoloji Bakanlığı (BSTB)
tarafından AB mevzuatı ile uyumlu hale getirilen yerel mevzuat soumlz konusu elektrik
motorları iccedilin enerji verimlilik endeksini ve beyanını ve bulunması gereken en duumlşuumlk
seviyeyi zorunlu kılmaktadır ve ccedilalışmalar yapılmaktadır Bunun sonucunda
Tuumlrkiyersquode kullanılan elektrik motorları uumlzerinde sektoumlrel ve sınıfsal accedilıdan enerji
tuumlketimi irdelenmektedir Yapılan bu ccedilalışmalar ile duumlşuumlk verimli elektrik motorlarının
yuumlksek verimli elektrik motorları ile değiştirilmesi yoluyla Tuumlrkiyersquode yaklaşık yılda
2500 GWhrsquo lik enerji tasarrufu edildiği goumlruumllmuumlştuumlr (URL4)
2013 yılı TUumlİK verilerine goumlre Tuumlrkiyersquode toplam 198045 GWh Elektrik Enerjisi
tuumlketilmiştir Tuumlketilen bu enerjinin 93280 GWh kadarı sanayide tuumlketilmiştir
Tablo 1 Tuumlrkiyersquode Elektrik Motorlarının Sektoumlrlere Goumlre Tuumlketimi
Sektoumlr Elektrik Motorların Sektoumlrel
Tuumlketimi TWhYıl
Sektoumlruumln Toplam Enerji
Tuumlketimi TWhYıl
Sanayi 46 68
Ticaret 14 20
Mesken 8 35
Diğer 1 20
Toplam 69 144
4
Enerji verimliliği ccedilalışmalarında elektrik motorlarının kullanımlarının sektoumlrel
dağılımlarının yanı sıra motorların sınıflandırılması da oldukccedila oumlnemlidir
Duumlnyada 2 23 milyar elektrik motorlarının bulunduğu tahmin edilmektedir Ancak bu
motorların 2 milyar kadar adedi 075 kW guumlcuumln altındadır ve enerji tuumlketiminin 9 u
kadarını karşılar 075- 375 kW aralığında kalan motorlar ise elektrik motorlarının 11
ini oluştururken enerji tuumlketiminin 68 kadarını oluşturur 375 kW guumlccedil uumlstuumlndeki
motorlar elektrik motorlarının 1rsquoini oluştururken enerji tuumlketiminin 23rsquouumlnuuml
karşılar
Tablo 2 Elektrik Motorlarının Tuumlrlerine Goumlre Pazar Dağılımları
TİPİ le 750
W
075 - 375
kW
gt 375
kW
DC Motor Ve
Generatoumlrler
56 21 5
AC Tek Fazlı
Motorlar
29 30 -
AC Uumlccedil Fazlı
Motorlar
5 49 95
Diğer 10 - -
Tuumlrkiyersquo de elektrik enerjisinin 471rsquo i sanayide sanayide tuumlketilen elektrik
enerjisinin 67rsquosi motorlarda motorlarda tuumlketilen elektrik enerjisinin 91rsquoi 075-
1000 kW guumlccedil aralığındaki motorlarda tuumlketilmekte ve bu motorların 87rsquosinin
asenkron motorlar olduğu soumlylenebilir
IE4 ile IE1 standartları arasındaki fark buumlyuumlktuumlr 90 kW ve uumlstuumlnde ortalama fark
yaklaşık 3 seviyesindedir 075 ile 75 kW arasında ortalama verim farkı yaklaşık
10 75 ile 90 kW aralığında ise ortalama verim farkı 5 seviyesindedir
Tablo 3 IE4 ile IE1 arasındaki ortalama verim farkı
Guumlccedil Aralığı Ortalama IE1 - IE4 verim
Farkı ()
012-075 kW 17
075-75 kW 10
75-90 kW 5
90-1000 kW 3
5
15 ELEKTRİK MOTORLARINDA VERİMİN OumlNEMİ VE VERİM
SINIFLARI
Uumlretilen toplam elektriğin yaklaşık yarısı sanayi sektoumlruumlnde kullanılan elektriğin ise
yaklaşık uumlccedilte ikisi motorlar tarafından tuumlketilmektedir Bu da sanayide yuumlksek verimli
motor kullanımının enerji maliyetinin duumlşuumlruumllmesinde ne kadar oumlnemli olduğunu
goumlsterir Yuumlksek verimli motorların kullanımı aynı zamanda sera gazları salınımında
ciddi azalmalara sebep olmakta ve enerjide dışa bağımlılığın azaltılmasına katkı
yapmaktadır (URL7)
Şekil 2 Sanayide Kullanılan Elektrik Motorlarının Kullanım Yerleri
Elektrik motorlarının duumlnyadaki kullanımına bakarsak binalarda kullanılan elektriğin
36rsquosı enduumlstri ve altyapıda ise 70rsquoi elektrik motorları tarafından tuumlketilmektedir
Asenkron elektrik motorları uumllkemizin toplam elektrik tuumlketiminin yaklaşık 36rsquosını
oluşturmaktadır Hatta sanayide sektoumlrel bazda bu oran 80rsquolere kadar ccedilıkmaktadır
Bu sebeple elektrik motorlarında verimi arttırıcı oumlnlemler uumllkemizin elektrik tuumlketimi
konusundaki tasarruf planlarına buumlyuumlk katkı sağlayacaktır Satın alma maliyeti
ortalama motor oumlmruuml boyunca toplam maliyetin 2rsquolik kısmına denk gelmektedir
Tek bir motor sarımının maliyeti toplam tutarın 1rsquoini oluşturmaktadır Elektrik
motorunun kullanım oumlmruuml boyunca tuumlkettiği elektrik enerjisinin maliyeti ise toplam
maliyetin 97rsquosine tekabuumll etmektedir (URL2)
42
7
22
29
DİĞER KOMP FAN POMPA
6
Şekil 3 Talep Tarafında Elektrik Kullanımı
VERİMİN OumlNEMİ
Asenkron motorlarda ccedileşitli verimlilik sınıfları mevcuttur Avrupa Elektrik Makineleri
Uumlreticileri Komitesi (CEMEP) ve Avrupa Komisyonunun 28 Haziran 1999 tarihli
deklarasyonu motorları verim sınıflarına goumlre ayırmıştır Yuumlksek Verimli motorlar
(EFF1) verimi iyileştirilmiş motorlar (EFF2) ve duumlşuumlk verimli motorlar (EFF3)
CEMEP‟ in bu deklarasyonunu takiben motor uumlreticileri ile yaptığı goumlnuumllluuml anlaşmalar
ile duumlşuumlk verimli motor (EFF3) uumlretimini kısıtlama yoluna gitmiştir Bunun yanı sıra
Duumlnyada artan enerji talebi ile birlikte birccedilok uumllke goumlnuumllluuml ya da zorunlu olarak daha
yuumlksek verimli motor kullanımını sağlamaya ccedilalışmıştır (Onaygil 2006)
Verimlilik sınıflarına 2008 yılında yenilik getirilmiştir Bu yenilik IEC( Uluslararası
Elektronik Komisyonu) tarafından yayımlanmıştır CENELEC tarafından da 2009
yılında Avrupa normu haline gelmiştir 2010 yılında da TSE tarafından kabul
edilmiştir Bu yenilik verimlilik sınıflarına getirilen IE1 IE2 IE3 IE4 şeklinde olan
tanımlamalardır Bu tanımlamalarda IE1= EFF2 olup IE2=EFF1rsquo in karşılığıdır
IE1= STANDART VERİMLİ
IE2= YUumlKSEK VERİMLİ
IE3=CcedilOK YUumlKSEK VERİMLİ
IE4=SUumlPER YUumlKSEK CcedilOK VERİMLİ
Şeklinde sınıflandırılmıştır
AYDINLATMA19
DİĞER ELEKTRİK MOTORLARI
4
ASENKRON MOTORLAR
36
DİĞER3
ELEKTRONİK ALETLER
8
ISITMA15
EV GERECcedilLERİ15
7
2014 yılında TS- EN 60034-30 standardı doğrudan şebekeden beslenen motorlar ve değişken
hız suumlruumlcuumlluuml motorlar olmak uumlzere iki kısma ayrılmıştır Şebeke tarafından doğrudan beslenen
motorlar iccedilin verimlilik sınıflarını tayin eden başka bir standart koyulmuştur TS-EN 60034-
30-1 standardıdır Bu standart faklı olarak 012- 1000 kW guumlccedil aralığını kapsamakta ve IE4
verimlilik sınıfını da tanıtmaktadır Ayrıca 8 kutuplu motorlar da bu kapsama alınmıştır
Henuumlz TS- EN 60034- 30- 2 sınıfı yayınlanmamıştır
Şekil 4 TS-EN 60034-30-1 Standardına Goumlre Verimlilik Sınıfları
151 Mevzuat
Elektrik motorları hususunda ilk yasal duumlzenleme Avrupa Birliğinin Elektrik Motorları
ile İlgili Ccedilevreye Duyarlı Tasarım Gereklerine Dair EC6402009 sayılı tuumlzuumlğuumlduumlr
Beraberinde 4703 sayılı Uumlruumlnlere İlişkin Teknik Mevzuatın Hazırlanması ve
Uygulanmasına Dair Kanunun 14 uumlncuuml maddesine dayanılarak hazırlanan Enerji ile
İlgili Uumlruumlnlerin Ccedilevreye Duyarlı Tasarımına İlişkin Youmlnetmelik 2010 yılında
yuumlruumlrluumlğe girmiştir Daha sonra 2012 yılında EC6402009 referans alınarak
hazırlanan ve uyumlaştırılan SGM- 20122 Elektrik Motorları İle İlgili Ccedilevreye
Duyarlı Tasarım Gereklerine Dair Tebliğ yayımlanarak ulusal mevzuata
kazandırılmıştır
Bu tebliğ ile 2 4 6 kutuplu anma gerilimi en fazla 100 (UN) en fazla 1000 V olan
anma ccedilıkış guumlcuuml (PN) 075 kW ile 375 kW arasında olan ve suumlrekli ccedilalışacak şekilde
100
90
80
70 012 24 48 960
IE1 IE2 IE3 IE4
8
tasarlanmış tek hızlı 3 fazlı 50 Hz veya 5060 Hz sincap kafesli enduumlksiyon motorları
denetim kapsama alınmış bulunmaktadır
Bu tebliğde oumlnemli bir diğer husus ise uygulamaya youmlnelik olan zorunluluklardır
Onlar şunlardır IE1 sınıfı verimlilikte olan motorların piyasaya arz edilmesinin
yasaklanması ve diğer verimlilik sınıfına geccediliş suumlrecinin tanımlanmasıdır
Tablo 4 Başlıca Uumllkelerin Verimlilik Sınıfı Uygulama Tarihleri
BOumlLGE IE1 IE2 IE3
ABD - 1998 2011
AB - 2011 2015
PRC 2000 2011 2015
TUumlRKİYE - 2012 2015
Bunun dışında 01012015 tarihinden itibaren anma ccedilıkış guumlcuuml 75 kW ile 375 kW
arasında olan motorların veriminin IE3 verim seviyesinden duumlşuumlk olmayacağını veya
piyasaya arz edilen motorların IE2 verim seviyesini karşılayacak ve değişken hızlı
tahrikle teccedilhiz edilmesi gerektiğini bildirmektedir (URL5)
Tablo 5 Tuumlrkiyersquo de Zorunlu Uygulamaya Geccediliş Suumlreci
Sınıfı Zorunlu Yuumlruumlrluumlk
Tarihi
Accedilıklama (İstisnalar)
IE1 02042012 2 Nisan 2012 tarihinden itibaren piyasaya suumlruumllmesi
yasaklanmıştır
IE2 02042012 01012015 tarihine kadar kullanılabilecektir
IE3 01012015 Değişken hızlı tahrikle teccedilhiz edilmesi halinde IE2 verim
seviyesi kullanılabilecek (75 kW - 375 kW)
IE3 01012017 Değişken hızlı tahrikle teccedilhiz edilmesi halinde IE2 verim
seviyesi kullanılabilecek (075 kW - 375 kW)
9
16 MOTOR VERİMİNİ ETKİLEYEN FAKTOumlRLER
161 Verim
Bir elektrik motorunun bağlı bulunduğu şebekeden ccedilektiği enerjinin tamamı mekanik
enerjiye doumlnuumlşmez Elektrik motorunun milinden aldığı faydalı guumlccedil şebekeden ccedilektiği
guumlccedilten kayıp guumlccedillerin ccedilıkmış halidir
Asenkron motorun şebekeden ccedilektiği guumlcuumln yuumlzde kaccedilının motorun milinden mekanik
guumlccedil olarak alındığını verim goumlsterir
Verim= ((Alınan G ) (Verilen Guumlccedil))x100
ή= (PaPv)x100
Verilen guumlccedil ile alınan guumlccedil arasındaki fark toplam kayıplardır Asenkron motorlarda
kayıplar stator demir kaybı stator ve rotor bakır kayıpları ile rotorun suumlrtuumlnme ve
ruumlzgacircr kaybından ibarettir
DEMİR
KAYIPLARI
GOumlVDE
STATOR
DİRENCİ
ROTOR
DİRENCİ
RUumlZGAR
SUumlRTUumlNME
DİRENCİ
EK
KAYIPLA
Şekil 5 Motor Verimini Etkileyen Faktoumlrler
10
162 Kayıplar
Demir Kayıpları
Bakır Kayıpları
Suumlrtuumlnme Kayıpları
1621 Demir Kayıpları
Demir kayıpları stator ve rotor saccedillarında meydana gelen histerezis ve fuko
kayıplarıdır Bu kayıplar frekans ve manyetik enduumlksiyon ile oranlıdır
Stator demir kayıpları stator frekansı sabit olduğuna goumlre değişmemektedir Yalnız
rotor demir kayıpları rotor frekansı ile değişir Ancak boş ve yuumlkluuml ccedilalışmada rotor
frekansı ccedilok kuumlccediluumlktuumlr Bu sebeple rotor demir kayıpları ccedilok kuumlccediluumlk olur ve ihmal
edilebilir 0 halde bir asenkron motorun demir kayıpları stator demir kayıplarına
eşittir denebilir Stator frekansı sabit olduğundan demir kayıpları da buumltuumln yuumlkler iccedilin
sabittir
1622 Bakır Kayıpları
Asenkron motorlarda stator ve rotor omik direnccedillerinden dolayı I12R1 ve I2
2R2
değerinde bakır kayıpları meydana gelir Bakır kayıpları sargı direnccedilleri sabit
olduğuna goumlre yuumlk akımları I1 ve I2 lsquonin karesi ile değişir Şu halde bu kayıplar
yuumlkle değişen kayıplardır
Rotor ve stator bakır kayıplarını bulabilmek iccedilin akım ve direnccedillerin bilinmesi gerekir
Genel olarak bakır kayıpları motorun kısa devre deneyinden tuumlm olarak hesaplanır
1623 Ruumlzgar ve Suumlrtuumlnme Kayıpları
Asenkron motorlarda suumlrtuumlnme ve ruumlzgacircr kayıpları devir sayısı ile biraz değişirse
de bu değişim ccedilok az olduğu iccedilin sabit kabul edilebilir Suumlrtuumlnme ve ruumlzgacircr
kayıpları boş ccedilalışma deneyinde demir kayıpları ile birlikte bulunur Demir
kayıpları ile ruumlzgacircr ve suumlrtuumlnme kayıplarına sabit kayıplar denir
11
BOumlLUumlM 2 MATERYAL VE YOumlNTEM
21 ASENKRON MOTORLAR
Asenkron motorlar başlıca iki kısımdan oluşur
Hareket etmeyen kısım Stator
Doumlnme hareketi yapan kısım Rotor
Asenkron makineler motor olarak stator sargıları ile aldığı elektrik enerjisini
rotorundan doumlnme hareketi yaparak mekanik enerjiye ccedileviren ve generatoumlr olarak
rotorundan aldığı doumlnme hareketi mekanik enerjisini bazı koşullar altında stator
sargılarında elektrik enerjisine ccedileviren elektromekanik makinelerdir
Motor olarak birkaccedil Wattrsquotan 300 MW guumlcuumlne kadar uumlretilmektedir Generatoumlr olarak
az kullanılmakla beraber son zamanlarda ruumlzgacircr enerjisinden elektrik enerjisi elde
etmek amacı ile ruumlzgacircr tuumlrbini ile birlikte ccedilalışmaktadırlar
Stator sargı gerilimleri alccedilak gerilim 220Vdan orta gerilim 22kVa kadar
değişmektedir Doumlnme sayıları sabit değildir fakat doumlnme sayısı yuumlkle az değişir
Doumlnen diğer elektrik makinelerine kıyasla daha sağlam daha az bakım isteyen ve daha
ucuz makinelerdir Son yıllarda yarı iletken guumlccedil elektroniğindeki teknolojik
gelişmeler ile asenkron makinelerin kontroluuml kolayca yapılabilmektedir (Baykal
2011)
Şekil 6 Kuumlccediluumlk Guumlccedilluuml Uumlccedil fazlı Sincap Kafesli Asenkron Motorun Kesiti
12
22 ASENKRON MAKİNALARIN YAPISI
Asenkron makineler başlıca iki kısımdan oluşmaktadır Bunlar
Stator
Rotor
Şekil 7 Stator Saccedil Paketini Oluşturulmuş Farklı Tipte Statorlar
221 Stator
Stator Asenkron motorun duran kısmıdır 04 - 05 veya 08 mm kalınlığında silisyumlu
saccedillar oumlzel kalıplarla preste basılır ve paketlenir Stator saccedilları paketlenince uumlccedil fazlı
sargıların yerleştirileceği stator nuumlvesi elde edilir Bu nuumlve stator goumlvdesinin iccediline
sıkıca yerleştirilir Goumlvdeye motorun ayakları monte edilir Goumlvdeye motor kapaklan
takılır motor kapaklan ortalarındaki bilyeli yataklar statorun ortasında doumlnecek olan
rotora yataklık ederler
1Halkalı Duumlzen Kuumlccediluumlk ve orta guumlccedilteki makinelerde uygulanan bu konstruumlksiyon
şeklinde saccedil paket ya karkas dışında istiflenerek uzun saplamalarla kendi uumlzerine
sıkılır yada saccedil levhalar karkas iccedilinde istiflenir
2 Segmanlı Duumlzen Bu duumlzende saccedil paketi daima karkas tarafından gergin durumda
tutulur Segmanlı duumlzende saccedil paketi rijitli halkalı duumlzendekine oranla da az
olduğundan burada seccedililecek olan karkasın daha kuvvetli olması gerekir (Baykal
2011)
13
222 Rotor
Rotor Asenkron motorun doumlnen kısmıdır ve rotor saccedil paketi ile rotor sargılarından
oluşur Rotor saccedil paketi 05 mm‟lik silisyumlu saccedillardan yapılır Saccedilların yuumlzeyleri
ccedilok ince bir film tabakası ile yalıtılmıştır Saccedillar oumlzel kalıplarda pres altında oluk
dişler ve sıkıştırma cıvata delikleri oluşacak şekilde saccedil şeritlerden kesilerek ccedilıkartılır
Saccedillar bir araya getirilerek pres altında sıkıştırılır ve cıvatalarla bu halde kalması
sağlanır
Diğer doumlnen elektrik makinelerine goumlre stator ile rotor arasında kalan hava aralığı ccedilok
kuumlccediluumlktuumlr Motorun guumlcuumlne goumlre hava aralığının radyal boyu 05 - 1 - 3 mm kadar
olabilir Boumlylesine kuumlccediluumlk bir hava aralığı boşta ccedilalışma akımını kuumlccediluumlk tutmak iccedilin
yapılır Rotor olukları motorun elektrik karakteristiklerini etkileyen değişik biccedilimlerde
yapılır Rotor oluklarına rotor sargıları yerleştirilir
Şekil 8 Rotor Saccedil Paketini Oluşturan Değişik Rotor Saccedilları
Rotor sargıları uumlccedil fazlı olarak ya da sincap kafesli olarak yapılır Rotoru sargılı olan
ve sargı uccedilları doumlnen bilezik-sabit fırccedila ile dışarı ccedilıkartılan motorlara bilezikli asenkron
motor denir Sincap kafesli motorlarda rotor oluklarına bakır ccedilubuklar yerleştirilir Bu
ccedilubuklar her iki baştan dairesel halkalarla kısa devre edilerek sincap kafesine
benzeyen kendi uumlzerine kapatılmış bir sargı elde edilir Sincap kafesli motor sargısı
oumlzel kalıplarla rotor oyuklarına basınccedil altında aluumlminyum puumlskuumlrtuumllerek uumlretilir
Boumlylece uumlretilen rotor sincap kafesi aluumlminyumdan yapılmış olur
Sincap kafesli asenkron motorun rotorundan hiccedilbir uccedil ccedilıkmadığı iccedilin bu motorun
kontroluuml sadece statordaki elektrik uccedillarından yapılabilmektedir Oysa bilezikli
asenkron motorun rotor sargı uccedilları bilezik ve fırccedila sistemi ile dışarı ccedilıkarıldığından
14
bu motorun kontroluuml hem stator sargı uccedillarından ve hem de rotor sargı uccedillarından
yapılabilmektedir
Sincap kafesli motorun rotor sargısı buumlyuumlk motorlarda bakır ccedilubukların rotor
oluklarına yerleştirilmesi ve iki baştan kısa devre elde edilmesi ile oluşturulur Kuumlccediluumlk
motorlarda rotorun sincap kafesi aluumlminyum puumlskuumlrtme ve kalıplarla elde edilir
Rotoru sincap kafesli bir motorun sincap kafesi değişik biccedilimde oluklara yerleştirilir
Motorun oumlzellikle moment karakteristiğine istenilen oumlzelliği vermek iccedilin rotorda derin
oluklar ve ccedilift oluk kullanılır Birinci motora derin oluklu ya da derin ccedilubuklu motor
ve diğerine de ccedilift kafesli motor denir (Baykal 2011)
23 ASENKRON MOTORLARIN CcedilALIŞMA İLKESİ
Asenkron makinenin ccedilalıŞma ilkesi bir doumlner alanın varlığına dayanır Doumlner alan
senkron hız motor milinin hızı da rotor hızı olarak isimlendirilir Kayma da bu iki
hızın arasındaki fark olarak ifade edilmektedir
231 Doumlner Alan
Bir N-S mıknatısı ya da uumlzerinden akım geccedilen bir bobinin magnetik alanı N kutbundan
ccedilıkar ve S kutbuna girer Daimi mıknatıs ve doğru akım taşıyan bobinin manyetik
alanları mıknatıs ve bobin dışarıdan bir bobinle doumlnduumlruumlluumlrse bunların alanları da
beraber doumlner İşte bir mıknatısın doumlnduumlruumllmesi ile elde edilen alana doumlner alan denir
Uumlccedil fazlı asenkron motorun (enduumlksiyon motorun) statoruna birbirinden 120rsquoşer derece
faz farklı 3 faz sargısı yerleştirilmiştir En basit statorda her biri bir faza ait olmak
uumlzere 3 tane bobin bulunur Bir motor en az iki kutuplu olarak sarılabilir (Baykal
2011)
Şekil 9 Uumlccedil Faz bobininin 6 Oluklu Statora Yerleştirilişi
15
232 Senkron Hız
N-S kutuplarının saat ibresi youmlnuumlnde doumlnduumlğuuml goumlruumlluumlr uumlccedil fazlı alternatif akımdaki bir
periyotluk değişme N-S kutuplarının bir devir yapmasına sebep olur Alternatif akımın
frekansı 50 Hz ise saniyede 50 periyotluk bir değişme yapar Dolayısıyla statordaki
faz bobinlerinin meydana getirdiği N-S kutupları da saniyede 50 devirle doumlner Bu
dakikada 3000 devir eder Ccedilok fazlı bir stator sargısından aynı faz sayısında ccedilok fazlı
bir akım geccedilerse hava aralığında sabit genlikli bir doumlner alan oluşur Bu doumlner alanın
duran statora goumlre ns (n1) devir hızı şebeke frekansına doğru stator sargısının p ccedilift
kutup sayısına ters orantılıdır
1198991 = 601198911
119901
Senkron hız da denen doumlner alan hızı kutup sayısına goumlre buumlyuumlk basamaklar yaparak
değişir Asenkron motorlar ancak belli senkron hızlar iccedilin yapılabilir En fazla
kullanılan senkron hızlar 2 4 6 ve 8 kutup sayılarına ait olanlardır (Baykal 2011)
Tablo 6 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru
P
(Kutup Sayısı)
50 Hz 60 Hz
n1min-1 n1s-1 n1min-1 n1s-1
2 3000 50 3600 60
4 1500 25 1800 30
6 1000 1667 1200 20
8 750 125 900 15
16
233 Kayma
Senkron makine dışında buumltuumln diğer ccedilalışma tuumlrlerinde asenkron makinenin
ccedilalışabilmesi iccedilin rotor hızının doumlner alan hızından farklı olması gerekir Doumlner alanın
rotor uumlzerinden geccedilme hızına yani doumlner alan ile rotor hızı arasındaki cebirsel farka
kayma hızı n2 ve bu hızın doumlner alan hızına oranına kayma s denir Bu tanıma
dayanarak kayma devir hızına goumlre veya devir hızı kaymaya goumlre ifade edilebilir
n2 = n1 ndash n n = n1(1-s) 119904 = 1198992
1198991 =
1198991minus119899
1198991
Kayma oranlanmış bir buumlyuumlkluumlktuumlr ve ccediloğunlukla olarak ifade edilir Pozitif negatif
veya sıfır olabilir Oranlanmış rotor hızı n nı ile toplamı daima 1rsquoe eşittir Teorisel
olarak ndash infin ve +infin arasında değişebilir Durmada n = 0 ve s =1 dir Senkron ccedilalışmada
n = n1 ve s = 0 dır Bu iki sınır değer arasında asenkron makine motor olarak ccedilalışır
ve kayması daima pozitiftir Anma ccedilalışmasındaki değeri yuumlzde birkaccedil olup artan
anma guumlcuuml ile azalır ve kuumlccediluumlk guumlccedillerde yaklaşık 10 dan buumlyuumlk guumlccedillerde 1 in altına
duumlşer
Rotor doumlner alana goumlre ters youmlnde doumlnduumlğuumlnde elde edilen fren ccedilalışmada devir hızı
negatif ve kayma 1 den buumlyuumlktuumlr Rotor hızı doumlner alan hızını geccedilerse yani ngtn1 ise
kayma negatif olur (s lt 0) ve makine generatoumlr olarak ccedilalışmaya başlar (Baykal 2011)
Şekil 10 Standart Asenkron Motorların Anma Kayması ve Verimi
17
24 ASENKRON MOTOR CcedilEŞİTLERİ
Asenkron motorlar rotor yapılarına goumlre ikiye ayrılır
Sincap kafesli (Kısa devre rotorlu) Asenkron Motorlar
Bilezikli (Sargılı rotorlu) Asenkron Motorlar
241 Uumlccedil Fazlı Kısa Devre (Sincap Kafesli ) Asenkron Motorlar
Uumlccedil fazlı sincap kafesli motorun yapılısı basittir Az bakıma ihtiyaccedil goumlsterir Bu tip
motorun oumllccediluumlleri aynı guumlccedilteki başka tip motorların oumllccediluumllerinden kuumlccediluumlktuumlr Değişik
yuumlklerdeki hız reguumllasyonu ccedilok iyidir Fiyatının ucuzluğu yapılışının sağlamlığı ve
istenilen ccedilalışma oumlzelliğine sahip oluşu yuumlzuumlnden bu tip motorlar sanayide ccedilok
kullanılır
Rotorlar accedilılmış oluklara basınccedil altında erimiş aluumlminyum puumlskuumlrtuumllerek doldurulur
Rotorun her iki başındaki kısa devre halkalar da aluumlminyumdandır Ayrıca bu halkalar
uumlzerine kanatlar da bırakılarak rotor işletmede vantilasyon suretiyle soğutulması
sağlanır 250 kW guumlcuumlne kadar kısa devre kafesleri aluumlminyumdan yapılmış asenkron
motorlar mevcuttur
Buumlyuumlk guumlccedil istenilen işletmelerde kısa devre kafesi yuumlksek dikdoumlrtgen şeklinde bakır
ccedilubuklardan ve bunları rotorun her iki başında kısa devre eden bakır halkalardan
yapılır Rotorda kaccedil adet oluk varsa rotorun faz sayısı buna eşittir
Kısa devre kafesli asenkron motorun yol alma oumlzellikleri iyi değildir Ancak basit ve
ucuz olmaları nedeni ile yaygın biccedilimde kullanılmaktadır Yol almasını kolaylaştırmak
iccedilin yuumlksek ccedilubuklu veya ccedilift kafesli olarak yapılırlar (Baykal 2011)
Şekil 11 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru
18
242 Bilezikli (Sargılı rotorlu) AC Motorlar
Birccedilok sanayi yuumlklerinde uumlccedil fazlı değişik hızlı motora ihtiyaccedil duyulduğu yerler iccedilin
bilezikli asenkron motorlar geliştirilmiştir Bilezikli asenkron motorlara sargılı rotorlu
AC motor da denilmektedir Bu tip motorun statoru ile sargının yerleştirilmesi sincap
kafesli motorun aynıdır Rotor ccedilelik saccedillardan yapılmış silindirik bir goumlbektir 120
derece aralıklı uumlccedil adet tek fazlı kalıp sargısını yerleştirmek iccedilin rotor uumlzerine oyuklar
accedilılmıştır izoleli rotor bobinleri stator kutup sayısına eşit kutup sayısı elde edecek
şekilde gruplandırılmıştır Uumlccedil tek fazlı rotor sargısı aralarında yıldız bağlanarak ccedilıkış
uccedilları rotor mili uumlzerindeki uumlccedil bileziğe bağlanmıştır Bileziklere temas eden fırccedila uccedilları
hız kontroloumlruuml ayarlayıcısına bağlanır Fırccedilalar taşıyıcılar uumlzerindeki yayların basıncı
ile bileziklere sıkıca temas eder Doğru akım makinelerinde olduğu gibi youmln
değiştirmeye luumlzum olmadığı iccedilin fırccedila taşıyıcıları uygun bir durumda sıkıca tespit
edilmiştir
Bilezikli asenkron motorun rotorunda aynı statorunda olduğu gibi uumlccedil fazlı alternatif
akım sargısı vardır Stator 10 Kw guumlce kadar tek tabakalı orta guumlccedillerde ise iki tabakalı
sargılı yapılırlar Rotor ise tam oluklu veya kesirli oluklu sargılı olabilir Rotor sargı
uccedillarının bir tarafı bileziklere bağlanır Diğer tarafı ise kısa devre edilerek uumlccedil fazlı
sargının yıldız noktasını oluşturur Bilezikler uumlzerindeki fırccedila sistemi ile rotor
alternatif gerilim kaynağından ayrıca beslenir (Baykal 2011)
25 Elektrik Motorlarına Yıldız-Uumlccedilgen Yol Verme
Kalkış akımını duumlşuumlrmede en ekonomik youmlntemdir Uumlccedil kontaktoumlr ile bir zaman
roumllesinden oluşan kontaktoumlr kombinasyonudur Bu youmlntemle yol verebilmek iccedilin
motorun uumlccedilgen bağlı ccedilalışma gerilimi şebeke gerilimine eşit olmalıdır Oumlrneğin
uumllkemizde şebeke gerilimi 380 Volt olduğuna goumlre yıldız-uumlccedilgen yol verilecek motorun
etiketinde D380 V veya D380VY660V yazılı olmalıdır Volt elektrik motorlarında 2
ve 4 kutuplularda 3 kW (dacirchil) 6 kutuplularda 22 kW(dacirchil) den daha buumlyuumlk guumlccedilluuml
motorlar bu oumlzelliktedir Yani 380 V şebekede uumlccedilgen bağlı ccedilalıştırılırlar
Motora yıldız-uumlccedilgen yol verildiğinde direkt yol vermeye goumlre şebekeden ccedilekeceği
akım 3 katı azalır Yıldız-uumlccedilgen yol vermede amaccedil motoru kalkış suumlresince yıldız
19
bağlı ccedilalıştırmak ve kalkışını tamamlayan motoru hemen normal bağlantısı olan uumlccedilgen
bağlı olarak ccedilalıştırmaktır
Motor kalkış sırasında yıldız bağlı ccedilalıştırıldığından motor sargılarına uygulanan
gerilim U radic3 değerine motorun şebekeden ccedilektiği akım ise 13 değerine duumlşer
Motorun sargılarına uygunalan gerilim azaldığından momenti oumlnemli oumllccediluumlde kuumlccediluumlluumlr
Yıldız-uumlccedilgen yol vermenin kusursuz olması iccedilin motorun yuumlk momentinin yıldız
bağlamadaki motor momentinden buumlyuumlk olmaması ve yıldız bağlamadaki suumlrenin
uygun olması gerekir Bu geccediliş suumlresi ccedilok oumlnemlidir Motor yıldız bağlantıda iken
anma devir sayısına ulaşıldığı anda uumlccedilgen bağlantıya geccedililmesi ve fazla aralık
verilmemesi gerekir
Boumlyle olursa yıldızdan uumlccedilgen bağlantıya geccedilişteki uumlccedilgen kontaktoumlruumlnuumln kapamama
akımı kuumlccediluumlk ve yıldızdan uumlccedilgene geccediliş darbesiz olur Aksi halde uumlccedilgen bağlantıya
geccedilişte akımda geccedilici artışlar goumlruumlluumlr Bunun sonucu kontaktoumlruumln kontakları ani
yuumlksek ısı nedeniyle kaynak olabilir
Bir şebekede uumlccedilgen bağlı ccedilalışacak motor aynı şebekede yıldız bağlı (Y) olarak
ccedilalıştırılabilir Ancak bu durumda motorun guumlcuuml ve momenti duumlşer Bu oumlzellikten
yararlanarak asenkron motorların kalkış anında ccedilektikleri fazla akımı azaltmak iccedilin
yıldız-uumlccedilgen yol verme uygulanması yapılabilir
Şebekede yıldız bağlı ccedilalıştırılması gereken motor yanlışlıkla uumlccedilgen bağlı ccedilalıştırılırsa
sargılarına radic3 katı buumlyuumlk gerilim uygulanmış olur Gerilimdeki artış oranı kadar sargı
akımı buumlyuumlyeceğinden motor aşırı akım ccedileker ve kısa suumlrede artacak ısı sonucu
sargılar yanar
Onun iccedilin yıldız bağlı ccedilalışması gereken motor kesinlikle aynı şebekede uumlccedilgen bağlı
ccedilalıştırılmaz (URL6)
20
Şekil 12 Motora yıldız-uumlccedilgen yol verme
Şekil 13 Stator Sargı Uccedillarının Uumlccedilgen (D) Ve Yıldızı (Y) Bağlanması
Şekil 14 Asenkron Motora Yol Verme
21
26 FANLAR
261 Genel Bilgiler
Fanlar hava veya benzeri gazları basınccedillandırarak belirli bir akış yolu iccedilinde hareket
etmesini sağlayan turbo makinelerdir İyi bir fan istenilen performansı yerine
getirirken verimi yuumlksek enerjiyi daha az tuumlketen muumlmkuumln olduğunca guumlruumlltuumlsuumlz
ccedilalışan ve maliyeti duumlşuumlk olan fandır Fanların tahrik sistemlerinde elektrik motorları
kullanılmaktadır (URL3)
262 Fan Ccedileşitleri
Fanlar aşağıdaki gibi sınıflandırılmaktadır
Eksenel (aksiyel) fanlar
Radyal (santrifuumlj) fanlar
Karışık akışlı (eksenel-radyal) fanlar
Ccedilatı tuumlruuml fanlar
Karşıt akımlı fanlar (blower)
Vorteks ya da rejeneratif fanlar
Diğerleri
Elektrik motorlarında radyal fanlar kullanılmaktadır (URL8)
Bu kısımda projemiz iccedilin incelediğimiz 3 ccedileşit fanı accedilıklayacağız
2621 Eksenel Fanlar
Havanın fan ccedilarkı ile aynı eksende youmln değiştirmeden hareket ettiği fanlardır Yuumlksek
hava debileri ve duumlşuumlk basınccedil sınıfına sahip sistemler iccedilin uygun fanlardır Şekil 15
rsquode oklar akış youmlnuumlnuuml (simetri eksenine paralel) goumlstermektedir
22
Şekil 15 Akışın Simetri Ekseninde Hareket Etmesi
2622 Karışık Akışlı (Radyal-Eksenel) Fanlar
Havanın kanatlar uumlzerinden emmesine goumlre yaklaşık 45deg accedilı yaparak hareket ettiği
fanlardır Radyal fanlara goumlre hava debisi daha yuumlksektir
Eksenel fanlardan daha yuumlksek basınca dayanabilir
Fan eğrisi uumlzerinde kararsız boumllge yoktur
Karşı basıncın duumlşuumlk olduğu boumllgelerde motor aşırı akım ccedilekmez
Eksenel ve radyal fanlara goumlre verimleri duumlşuumlktuumlr (URL6)
Şekil 16 Karışık Akışlı Fan Uygulamaları
23
2623 Radyal (Santrifuumlj) Fanlar
Havanın fan ccedilarkını emmesine goumlre 90deg accedilı yaparak kanatlara teğet olarak terk ettiği
fanlardır
Radyal fanların avantajları aşağıdaki gibidir
Geniş bir uygulama aralığına sahiptir
Yuumlksek sıcaklık ve aşındırıcı ortam uygulamalarında kulanılır
Değişken akış direncine sahip yerlerde daha verimli ve daha sessiz ccedilalışma
olanakları vardır
Yapısal kararlılıkları yuumlksektir (URL6)
Radyal Duumlz Kanatlı Fanlar
Genellikle kendi kendini temizleme malzeme taşıma ve parccedilacık ve yağ yuumlkluuml havanın
uygun halde taşınması gibi durumlarda kullanılırlar ve bunun iccedilin duumlz kanatları vardır
Ccedilarkları basit bir yapıya sahiptir ve nispeten dar kanatları vardır
Elektrik motorlarında genellikle ccedilift youmlnluuml ccedilalışmaya uygun olması iccedilin radyal duumlz
kanat tipli bu fanlar seccedililiyor
Şekil 17 Radyal Duumlz Kanatlı Fanlara Oumlrnekler
24
BOumlLUumlM 3 BULGULAR VE TARTIŞMA
31 SONLU ELEMANLAR YOumlNTEMİ
Sonlu elemanlar youmlntemi muumlhendislik problemlerine kabul edilebilir yaklaşımlarla
ccediloumlzuumlm arayan sayısal youmlntemdir (Moavani 2015) Sonlu elemanlar youmlntemi diğer bir
ifade şekliyle fiziksel şeklin matematiksel ifadesidir Bu kurduğumuz siste sınırlara
ayırılabilen ve malzeme şartlarına uygun olan bir sistem olmalıdır
Sonlu eleman youmlntemindeki basamaklar
Yaklaşık Ccediloumlzuumlm Youmlntemi
Geometrik Şekil
Nod
Eleman
Mesh
Ayrıklaştırma
Şekil 18 Sonlu Eleman Modeli
Eleman
Nod
(Duumlğuumlm
noktaları)
25
Sonlu elemanlar youmlntemi matematik ve fizik biliminin buumltuumln alanlarında kullanılır
Gerilme Analizi
Akışkanlar Mekaniği
Isı İletimi
Dalga Yayılımı
Darbe Analizi
Aerodinamik vb alanlardır
Sonlu elemanlar youmlntemini kullanırken oumlncelikle şu soruların cevaplarını bulmalıyız
Dizayn amacımız nedir
Bu sistemi modellemek iccedilin gerekli olan bilgiler nelerdir
Bu dizayn iccedilin hangi kriterler gerekir
311 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Pozitif Youmlnleri
Geometrisi karışık cisimlerin incelenmesini kolaylaştırır Geometri basit kısımlara
ayrılıp burada ayrı veya daha hassas işlemler yapılabilir
Parccedilanın geometrisini değiştirmeye gerek kalmaz
Youmlntemde hem fiziksel hem matematiksel temeli vardır
Sonlu elemanlar youmlntemi iccedilin ccedilok farklı programlar bulunmaktadır (Ansys Marc
Nastran ) (Moavani 2015)
312 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Negatif Youmlnleri
Elde edilen sonuccedilların doğruluğu hangi sonlu youmlnteminin kullanıldığına bağlıdır
Ccedilıkacak durum oumlnceden tespit edilmeli ve ona goumlre bir ccediloumlzuumlm youmlntemi
kullanılmalıdır Bu yuumlzden oumlnceden iyi tesipt edilemezse doğru değer bulunamaz
ve doğru ccediloumlzuumlm iccedilin zaman kaybı olabilir
Doğru ccediloumlzuumlm iccedilin elemanın ayrıştırılması (mesh) atanması gerekir
Bu meshin iyi atılması gerekir yoksa ccediloumlzuumlmuumln yakınsamaları değişebilir
(Moavani 2015)
26
32 ANSYS PROGRAMI
ANSYS genel amaccedillı kullanılan sonlu elemanlar programıdır Ansys yazılımı
mukavemet titreşim akışkanlar mekaniği ısı transferi ve elektromanyetik alanlarının
birbiri ile olan interaksiyonunu simule eden yazılımdır
Boumlylelikle ANSYS uumlruumlnlerin prototipleri uumlretilmeden sanal ortamda test edilmelerine
olanak sağlar Ayrıca sanal ortamdaki 3 boyutlu simulasyonlar neticesinde yapıların
zayıf noktalarının tespiti ve iyileştirilmesi ile oumlmuumlr hesaplarının gerccedilekleştirilmesi ve
muhtemel problemlerin oumlngoumlruumllmesi muumlmkuumln olmaktadır
ANSYS yazılımı sadece ihtiyaccedil duyulan oumlzelliklerin alınmasına fırsat vererek ilave
edilebilen CAD ve FEA bağlantı modulleri ile masa uumlstuumlnde kullanılan diğer
muumlhendislik yazılımları ile entegre bir şekilde ccedilalışabilmektedir
ANSYS yazılımı hem dışarıdan CAD datalarını alabilmekte hem de iccedilindeki
preprocessing imkacircnları ile geometri oluşturulmasına izin vermektedir Yine aynı
preprocessr iccedilinde hesaplama iccedilin gerekli olan sonlu elemanlar modeli yani mesh de
oluşturulmaktadır Yuumlklerin tanımlanmasından sonra ve gerccedilekleştirilen analiz
neticesinde sonuccedillar sayısal ve grafiksel olarak elde edilebilir
ANSYS yazılımı ile oumlzellikle contact algoritmalarının ccedileşitliliği zamana bağımlı
yuumlkleme oumlzellikleri ve nonlinear malzeme modelleri sayesinde yuumlksek muumlhendislik
seviyedeki analizleri hızlı guumlvenilir ve pratik bir şekilde gerccedilekleştirilebilmektedir
ANSYS Workbench parametrik CAD sistemlerini eşsiz bir otomasyon ve performans
ile simulasyon teknolojilerini entegre eden bir platformdur ANSYS Workbenchrsquoin
guumlcuuml yılların bilgi birikimi ile arkasında duran ANSYS ccediloumlzuumlcuuml algoritmalarından gelir
Ayrıca ANSYS Workbenchrsquoin amacı sanal ortamda uumlruumlnuumln verifikasyonunu ve
iyileştirmesini sağlamaktır
Oumlzellikle PC ile uyumluluğun uumlst seviyede olabilmesi iccedilin yazılmış olan ANSYS
Workbench sadece bir arayuumlzden ileri bir ccedilalışma ortamındır ve ANSYS Workbench
ile herhangi bir ANSYS lisansına sahip herkes ccedilalışabilir Aynı alışılagelmiş ANSYS
arabiriminde olduğu gibi ANSYS Workbenchrsquode de kapasiteler sahip olunan lisansın
doğrultusunda sınırlıdır (URL9)
27
ANSYS programının bu oumlzelliklerinden dolayı programı kullanmaya karar verdik
Ansys programının oumlncellikle akışkan mekaniği ve dinamiğinde kullanılan iki ayrı
boumlluumlmuuml bulunmaktadır Bu boumlluumlmler Fluent ve CFX boumlluumlmleridir Bizim
kullandığımız boumlluumlm ise ANSYS CFX boumlluumlmuumlduumlr
33 MEVCUT FAN UumlZERİNDE YAPILAN ANALİZLER
ANSY projesinde oumlncelikle CFX kısmını kullanıldı Ccediluumlnkuuml ANSYS programında
CFX ve Fluent programı hesaplamalı akışkanlar dinamiği iccedilin kullanılmaktadır Ancak
ANSYS CFX turbo makinalar iccedilin kullanıldığından oumlnceden de goumlsterildiği gibi bir
nod alırken huumlcrelerin orta noktalarından nod hesabı yaptığı iccedilin verdiği değerler fan
analizi iccedilin daha iyi bir yakınsama goumlsterir Bu sebeple ANSYS CFX kısmı kullanıldı
İlk olarak mevcut fan uumlzerinde ccedileşitli incelemeler yapıldı
Mevcut fan uumlzerinde 10 kanat var iken suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilok fazla olduğu saptandı
Bunun uumlzerine motorun akışını kolaylaştırma yoluna gidildi
Havayı oluklara daha iyi aktarabilecek kısım fanın kanat boyu olduğu iccedilin fanın
kanatlarının uzunluğunda değişiklik yapılmasına karar verildi
Fandan ccedilekilen debi miktarı ve tork değerlerini tam alabilmek ve mevcut fanın
verimini oumllccedilebilmek iccedilin oumlncelikle esas oumllccediluumllerine goumlre ccedilizilen fan ANSYS
programına aktarıldı File gt Import gt Design Moduler şeklinde SolidWorksrsquo ten
ANSYS programına aktarıldı
Şekil 19 SolidWorksrsquo ten İmport Etmek
28
Fanın ccedilevresinde akış hacmi oluşturmak iccedilin katı modelin ccedilevresindeki hava
modellenir
331 Geometri
Oluşturulan akış hacminde havanın giriş ve ccedilıkış kısımları İnlet-Outlet şeklinde
belirtilir
Analys tools komutlarından xy duumlzleminde halka oluşturulur
Burada modeling kısmı 3 boyutlu işlem yapacağı zaman seccedililen kısımdır
Aşağıdaki şekilde de goumlruumlleceği uumlzere
Şekil 20 Akış Alanı Belirleme
Burada exturude komutuyla birlikte oluşturulacak akış hacminin kaccedil mm
uzatılacağı belirtilir Hepsini bir buumltuumln haline getirmemek iccedilin lsquovar olanla
birleştirilsin mirsquo sorusuna hayır denilir
Daha sonra ccedilevresine yayılan boşluk iccedilin Outlet tanımlaması yapılır
Bu işlemleri gerccedilekleştirdikten sonra kesit gerekir İlk oumlnce plane (duumlzlem)
belirlenir Bunun iccedilin hangi duumlzlemi seccedililecek ise (oumlrneğin xy) onu seccedilip plane
tıklanır Plane boumllgesinden ne kadar uzakta olacağı belirlenir Biz de değer 34 mmrsquo
dir Ccediluumlnkuuml kanatların boyu 31 mm olduğundan mesh atamada sorun ccedilıkmaması
29
iccedilin 34 mm uzaklıkta bir plane atanır Bu Planersquoi slice komutuyla keserek 3 farklı
boumllge oluşturulmuş olur
Akışkan hacmini oluşturmak iccedilin dolu olan kısımlar belirlenip ona goumlre hareket
edilir Bunun iccedilinde milin iccedilini dolu kabul edilir
Akışkan hacmi iccedilin yapılan bir diğer işlem ise oluşturulan hacimden fanın hacmini
booelangt substrack komutları ile akışkan hacminin bulunmasıdır
Mevcut fanın uumlzerine sağ tıklanarak ve suppress body komutu seccedililir Boumlylelikle
fanı gizleyerek sadece akışkan hacmi goumlruumlluumlr
Daha sonra oluşan parccedilaların arasında boşluk olmaması iccedilin ve bağlantı sağlamak
iccedilin part kısımlarını seccedililerek sağ tıklanır from new part seccedililir
Şekil 21 Slice Komutu ile Boumllgelere Ayırma
30
Şekil 22 Parccedilalar Arası Bağlantının Sağlandığı FromNew Part Boumlluumlmuuml
Mesh kısmını suumlruumlkleyip project schematic boumlluumlme bırakılır Bu boumlluumlmde geometri
onaylanır ve en altta bulunan meshrsquoe tıklanır
332 Sayısal Ağ Oluşturma (Mesh)
Şekil 23 Mesh oluşturma
31
Şekil 24 Mesh Geometrisi
Sonlu sayıda hacimle ccedilalışıldığından sonlu sayıda hacime boumllmek gerekir Sonlu
sayıda hacime boumlluumlnen kısımlar farklı farklı olabilir
Bu huumlcreler kapsadığı alanın oumlzelliklerini yansıtır Bunların ccedilevresindeki nodlar
bunların ortalaması ile belli bir oumlzelliğe sahip olmuş olur
Bu huumlcrelerin arttırılması yani ayrıştırmaların ccediloğaltılması ne kadar fazla olursa o
kadar yakınsama olur ve ccediloumlzuumlm iyileşir
Ancak sayısal ağ ccedilok fazla attırıldığında ccediloumlzuumlm suumlresi ccedilok fazla artacağından
ekonomik değildir
Bu sebepten dolayı mesh ( ayrıştırma) atarken akışkanın en fazla değişim
goumlstereceği kısımlarda daha fazla sayısal ağ oluşturulur Boumlylelikle daha iyi bir
yakınsama elde edilir Akışkanın değişim goumlstereceği yerler genellikle yuumlzeylerle
temas edilen kısımlardır Mevcut fanın analizin de orta kısımlarda pek fazla
değişiklik olmaz Bu nedenle sınırlara yakın kısımlara daha fazla ağ oluşturulur
Detail of Mesh kısmından hangi kısımlarda ne kadar buumlyuumlkluumlkte mesh
atılabileceğine bakılır
32
Detail of Mesh kısmından Phsics preference kısmı seccedililerek CFDrsquoi seccedililir Solver
Preference kısmından ise CFXrsquoi seccedilip devam edilir
Analiz yaparken belirlenmesi gereken kısımlar vardır Bunun iccedilin diğer kısımlar
seccedililerek hide body seccedililerek kapatılır ve select all body seccedililerek kanatlara isim
verilir
Şekil 25 Mesh İsimlendirme
Akışkanın girişine inlet ccedilıkışına outlet denilir
Mesh atımında minimum yakalayacağı huumlcreler ile maksimum yakalayacağı
huumlcrelerin milimetre hesabı oumlnemlidir Bu yuumlzden kanadın kalınlığı 25 mm olduğu
iccedilin 2 mmrsquo den az olan huumlcre belirlenir Maksimum 15 mmrsquo den buumlyuumlk huumlcreler
olması duumlşuumlnuumllerek analizin yakınsaması sağlandı
Meshrsquoi tıklayıp oradan insert size kısmın da bulunan isimlerde kanatlar seccedililir
Kanatlara maksimum 3 mm buumlyuumlkluumlk seccedililir Devamında ise kanatları hide face
komutuyla gizlenir ve geriye kalan kısımlar iccedilin sizing iccedilin yine 3 mm verilir
Daha sonra kanat ve ccedilevresine ccedilizilen akış hacmi seccedililerek tekrar size kısmından
buumltuumlnuumlne 8 mm verilir Bu kısım iccedilin mesh atanır Yuumlzeyler seccedililerek Preview
Surface Mesh on Selected Bodies denilir ve mesh işlemi tamamlanmış olur
33
Şekil 26 Meshrsquo in Goumlsterimi
Ancak mesh işleminde silindirik yuumlzeylerde sweep komutuyla daha kolay mesh
atılabileceği iccedilin istenen yuumlzey iccedilin sağ tıklayıp İnsertgt Method gtSweep Number
Divs komutlarından kaccedil sıra mesh atılacağı belirlenir 20 sıra vererek mesh atıldı
Suumlpuumlrme işlemi ile mesh atarken hangi yuumlzeyi kaynak olarak alınacağı da
boumlylelikle belirlenmiş olur
Mesh sayfasını kapatıp daha sonrasında workbench kısmında meshin uumlzerine cfx
kısmını bırakılır
Mesh setupgt solutiongt results dan sonuccedillar elde edilir
Daha sonra geometry design da motorun kapağına uygun bir sınır belirlenerek
analiz yapılır
Geometriyi duumlzenlenerek CFXrsquo e aktarılır
Daha oumlncesinde de bahsedildiği uumlzere ANSYS de CFX kullanıldı CFX
kullanılmasının bir diğer sebebi de CFXrsquo in fan konusunda ANSYSlsquo in mesh
kısmından daha bağımsız ve daha hassas olmasıdır
Yapılan isimlendirmeler tekrar kontrol edilir Her farklı işlev iccedilin farklı
isimlendirme yapmak ccedilok oumlnemlidir boumlylece havanın nereden girip ne şekilde
ccedilıkacağını isimlendirmelerden goumlruumllebilir Ve bu isimlendirmeler iccedilin ayrı ayrı kod
yazılır
34
333 Sınır Şartları
Şekil 27 Sınır Şartlarının Belirlenmiş Hali
ANSYS setup kısmında Insert gt Solver gt Output Control komutları seccedililerek code
yazılır MassFlow ()inlet gt Torque_z()kanatlar olarak giriş kısmının kuumltlesel
debisi iccedilin komut yazılır
Ayrıca Insert gt Material kısmından sıcaklığı 25reg basıncı 1 atm entalpi değerini 0
olarak şartları belirlenir
Malzemenin kapak kısmı ccedilelik olarak belirlenir
Solver Control kısmından high resuluiton seccedililerek ccediloumlzuumlmuumln kalitesi arttırılır
Solver Control kısmından Residual Target artık tipini RMS olarak ve onun
yakınsama sınırı 10-5 belirlenir Rms elemanların karelerinin koumlkuumlnuuml alarak
ortalamasını alan youmlntemdir
Yine Solver Control kısmından minimum iterasyonu 1 maksimum İterasyonu ise
500 verilir
İnlet kısmı belirlenirken Boundary Type ( sınır şartları) opening olarak seccedililir
Opening verilmesindeki amaccedil akışkanların iccedileriden girip dışarıya ccedilıkışlarının
sağlanmasıdır Aksi halde ccediloumlzuumlmuumln yakınsamasın da sorunlar oluşabilir Opening
şartında ayrıca akışkan daha ccedilabuk toparlanır ve analiz daha kolaylaşır
Flow Direction komutunda normal sınır şartları belirlenir
Suumlreklilik şartı olarak da Fluid Mass Fluxrsquou seccedililir Bunun yanında sınır kontuumlruuml
iccedilin bağıl basınccedil ayarlarını seccedililir Aynı şekilde outlet iccedilin de aynı ayarlar yapılır
35
Domaine basılıp kapak kısımları ve motor kısımları seccedililir Bu dış kısımları duvar
olarak belirlenir ve duvar hareket edemeyeceğinden No Slip Wall seccedileneği olarak
belirtilir Duvarları suumlrtuumlnmesiz olduğu varsayılıyor
Fan ve kanatlar kısmında Boundry Type olarak Wall olarak belirleyip Frame type
gt rotating (doumlnuumlyor) belirtilir
Ccediloumlzuumlm metodu olarak RNG k-euro modeli kullanılır
Şekil 28 Setup Koşulların Belirlenmesi
334 Ccediloumlzuumlm - Sonuccedillar
Setup kısmını kapatılarak solution ekranı ccedilift tıklanarak ccedilıkan ekran da RUN seccedililerek
ccediloumlzme işlemi başlatılmış olur
Ccediloumlzme işlemi bittiğinde results kısmından sonuccedillar goumlruumlntuumllenebilir
36
Şekil 29 Akışın Youmlnelişi
Şekil 30 Debi Sonucu
37
34 YENİ FAN TASARIMI
341 Fan Tasarımı İccedilin Kabuller
Havanın sıkıştırılamaz olduğunu kabul edildi Havanın sıkıştırılmaz olduğu
varsayılarak yoğunluğu değişmez ve 12 kgm3 olarak kabul edilir
Ccediloumlzuumlmde suumlrtuumlnmeler ve ısı kayıpları ihmal edilir Ccediluumlnkuuml bu değerlerin
hesaplanması ccedilok uzun suumlreceği iccedilin ccediloumlzuumlm youmlntemi iccedilin ekonomik olmaz
Gerccedilekle arasında ccedilok buumlyuumlk bir fark olmayacağı varsayılmıştır
Verimi arttırmak iccedilin orijinal fanın analizinden elde edilen tork değeri duumlşuumlk
tutulmaya ccedilalışılmıştır
Motorun tek bir youmlne doumlneceği duumlşuumlnuumllmuumlştuumlr
342 Fan Tasarım Parametreleri
Bir fan tasarımında belli başlı kriterleri ele alabilmek iccedilin mevcut fan uumlzerinden
değerler bulundu
Tablo 7 Mevcut Fanın Oumlzellikleri
Devir Sayısı ( ddk) r hub (mm) rtip (mm)
1498 25 77
Radyal hız hesaplandığında w= 15687 radsn bulunmuştur r hub diye isimlendirilen
kısım fanın giriş accedilısı iccedilin gerekli olan kanadın başlangıcı ile milin merkezi arasındaki
uzaklıktır r tip ise fan kanadının bitiş noktası ile mil merkezi arasındaki uzaklığın
yarıccedilap cinsinden ifadesi olmaktadır
38
Fan kanat tasarımında oumlnemli olan w (accedilısal hız)hızının kanatlara ne kadar dik
gelebildiğidir Bu kanat hacmine ne kadar iyi bir şekilde gelirse akışkan o denli iyi
akabilir ve kanat profili oluşur
U_hub= w (radsn) x r hub
U_tip = w x r tip
Beta = arctan(vu)
A_inlet= (r tip 1000)sup2π ndash r hub 1000)sup2π
Verim= (Q x P) (TxW)
V (akışın mutlak hızı)= Debi Alan
Tablo 8 Sonuccedil olarak elde edilen değerler
r_h (mm) 25 r_t (mm) 77 r_h (mm) 50 r_t (mm) 80
U_h (ms) 3927 U_t (ms) 1209516 U_h (ms) 7854 U_t (ms) 125664
A_in (m^2) 0016663 A_out (m^2)0012252
V_in (ms) 2350516 V_out 3196702
beta_h 5909726 beta_t 7900249 beta_h 678529 beta_t 7572755
giriş ccedilıkış
Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları
Bu değerlere goumlre BladeGende yeni bir kanat profili oluşturulur
r tip
r hub
Şekil 31 Fan Kanatlarının Accedilısı
39
Şekil 32 BladeGen Kanat Profili
Oluşturduğumuz bu geometriye daha oumlnceki boumlluumlmde bahsedilen fana yapılan adımlar
uygulandı (Yeni oluşturulan fanın geometrik deseni ektedir)
40
3421 Geometri
Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi
3422 Sayısal Ağ Oluşturma
Şekil 34 Yeni Fan Tasarımının Sayısal Ağ Oluşturulması
41
3423 Ccediloumlzuumlm
Şekil 35 Tasarımı Yapılan Fanın Verimi
Accumulated Time Step sayısı iterasyonu goumlstermektedir Daha fazla yakınsama iccedilin
daha fazla koşturulabilir
42
Şekil 36 Tasarımı Yapılan Fanın Torku
43
3423 Sonuccedillar
Şekil 37 Akışın Youmlnelişi
Bu kısımda verimi arttırabilmek iccedilin tork azaltılmaya ccedilalışıldı Boumlylece kanatlara
harcanan toplam guumlccedil azaltılarak iyileştirmeler yapıldı
44
Kanadın iş yapan kısmını arttırarak orijinal fanda kanadın suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilapı
154 mm iken yeni fan da 160 mmrsquoye ccedilıkarıldı
Kanatlar daha eğimli ama daha eksenel bir forma getirildi
Bu motorda toplam guumlccedil iccedilin 60 watt olduğunda yaklaşık 6 wattrsquo lık guumlccedil fan iccedilin
harcanıyordu Fanın verimliliği ccedilok oumlnemli olduğu iccedilin debiyi sabit tutulmaya
torku da duumlşuumlruumllmeye ccedilalışıldı
Tablo 9 ANSYSrsquo de Elde Edilen Deneyler
tork(Nm) w(radsn) m(kgs)
Orijinal Fan 00393645 15687 0048168
Yeni Fan 00043869 15687 0032261
Goumlruumllduumlğuuml gibi tork buumlyuumlk oranda duumlşmuumlş ancak onunla birlikte debi de biraz
duumlşmuumlştuumlr
343 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanması
Motorun arka ve oumln kısımlarına sırt sırta fan bağlayarak havanın akışını hızlandırma
ve soğutmayı arttırma işlemi amaccedillandı Gerccedilek boyutlarda uygulamadan oumlnce fanı
motor şeklini verilen kısım da tek başına analiz yapıldı Verimli bir sonuccedil alabilmek
iccedilin ikili fan deneyi yapıldı
3431 Geometri
Şekil 38 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Geometrisi
45
3432 Sayısal Ağ Oluşturma
Şekil 39 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Sayısal Ağ
Oluşturulması
Yapılan analiz de goumlzlemlenen sonuccedillar şunlardır
Bir motorun etrafında sınırlayıcı bir alan olmadığı iccedilin sınır şartları olarak setup
kısmında yine havayı 1 atm basınccedil olarak alınır Eğer sınırlayıcı bir alan olsaydı
oluklardan hava akışı doğrudan motorun arka kısmına gelecekti Ccedilıkış noktasına ise
kapak yerleştirildi giriş noktasında atmosfer ccedilıkışı ise kapak olarak sınırlandı
3433 Kod Ccediloumlzuumlmuuml
Debi ndash 000064 mᵌ sn olarak ccedilıktı Motorun hava ccedilıkış kısmına fan bağlamanın verimli
olmadığı sonucuna varıldı Oumlnceden oluşturulan oluklardaki 1cmrsquolik aralıklarla
havanın geniş bir alana gitmesi ccedilok zordur Ve bu akışı goumlnderebilmek iccedilin fazladan
basınccedil uygulanması gerekir Bu sebepler debinin duumlşmesine sebep olmuştur
46
Şekil 40 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Ccediloumlzuumlmuuml
47
BOumlLUumlM 4 SONUCcedilLAR
Verim= (Alınan Guumlccedil Verilen Guumlccedil)= (∆P x Q) (T x ὠ)
A_inlet = (r_tip)2 1000 - (r_hub)21000
A_outlet =( U_h1000)2 - (U-t1000)2
U= ὠ x r
Fan hesaplarıdan debi değeri ve tork değeri duumlşmuumlştuumlr Aşağıda yeni fanımızın verimi
yukarıdaki formuumlllere goumlre excelde hesaplanmıştır
tork(Nm) w(radsn) ṁ(kgm^3) verim deltap (Pa)
Orijinal Fan 00393645 15687 00391 60152783 95
Yeni Fan 00043869 15687 0039167 54068744
Tabloda da goumlruumllduumlğuuml uumlzere eski fanın oumlzelliklerine bakılarak hız uumlccedilgeni youmlntemiyle
oluşturulan yeni fan 540 verimli ccedilıkmıştır
Motorun oumln kısmın koyduğumuz fanda ise dar oluklardan buumlyuumlk bir hacime giriş
yaptığı iccedilin tek youmlnluuml analizde kuumltlesel debi negatif değerde ccedilıkmıştır
(Kuumltlesel debi) ṁ=ƍ( oumlzkuumltle) x A(alan) x V( akışkan hızı)=kgsn ndash Formuluumlnden
dolayı verimin hesaplanmasına gerek yoktur
48
BOumlLUumlM 5 EKLER
EK1- MEVCUT FAN
EK2- YENİ FAN
49
KAYNAKCcedilA
Baykal R 2011 Asenkron Motorlar Uumlzerine Enerjiİ Verimliliği Uygulanması
Yayın Tarihi 15032011
Ccedilalışkan M 2014 Eksenel Akışlı Fan Tasarımı Yuumlksek Lisans İstanbul Teknik
Uumlniversitesi TUumlRKİYE
Moavani S 2015 Sonlu Elemanlar Analizi Teorisi ve Ansys ile Uygulamalar
İstanbul
Onaygil S 2006 Enerji Verimliliği Kanunun Tanıtımı Yuumlksek Lisans
URL1 lthttpdeneysancomContentimagesdocumentshavalandirma-
4_39143832pdfgt Erişim Tarihi 12032016
URL2 lt httpwwweiegovtrgt Erişim Tarihi 20042016
URL3 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi
12052016
URL4 ltwwwtuumlikgovtrgt Erişim Tarihi 14052016
URL5 ltwwwemoorgtrekler364734147179187_ekpdfgt Erişim Tarihi 16052016
URL6 ltwwwinverter-plcnetmotoryıldız_uumlccedilgen_bağlantıhtmlgt Erişim Tarihi
18052016
URL7 ltwwweiegovtreie-webturkceenMotor_Verimliligi_Brosurupdfgt Erişim
Tarihi 20052016
URL8 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi
07062016
URL9 ltwwwfigescomtransysansys-nedirphpgt Erişim Tarihi 09062016
50
OumlZGECcedilMİŞLER
Elif CcedilİCcedilEK
Eyluumll 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Duumlzce Anadolu İmamhatip Lisesinde
tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi İlahiyat Fakuumlltesirsquoni kazandı 2012 yılında
Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine
başladı Halen eğitimine devam etmektedir
İletişim
apsuvaelifhotmailcom
Nesrin ALTUNBOĞA
Ağustos 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Haydarpaşa Teknik Okulları Raylı
Sistemler Teknolojileri Boumlluumlmuumlnuuml tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi
Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Boumlluumlmuumlnuuml kazandı Halen eğitimine
devam etmektedir
İletişim
naltunbogagmailcom
Rumeysa ALGUumlL
Ekim 1992rsquo de Konyarsquoda doğdu Lise oumlğrenimini Lafarge Aslan Ccedilimento Anadolu
Teknik Lisesirsquonde 2010 yılında tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi Teknoloji
Fakuumlltesi Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliğini kazandı 2013 yılında Teknoloji
Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine başladı Halen eğitimine devam
etmektedir
İletişim
rumeysaalgulgmailcom
51
52
iv
3421 Geometri 40
3422 Sayısal Ağ Oluşturma 40
3423 Ccediloumlzuumlm 41
3423 Sonuccedillar 43
343 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanması 44
3431 Geometri 44
3432 Sayısal Ağ Oluşturma 45
3433 Kod Ccediloumlzuumlmuuml 45
BOumlLUumlM 4 SONUCcedilLAR 47
BOumlLUumlM 5 EKLER 48
KAYNAKCcedilA 49
OumlZGECcedilMİŞLER 50
v
OumlZET
Guumlnuumlmuumlzde enerji kullanımının artması ile enerji kaynaklarının hızla tuumlkenmekte
olduğu goumlruumllmektedir Enerji maliyetlerinin de oumlnemli şekilde artması mevcut
kaynakların optimum bir şekilde kullanılması gerekliliğini vurgulamaktadır 2007
yılında uumllkemizde ldquoEnerji Verimliliği Kanunurdquo yuumlruumlrluumlğe girmiş 20082 sayılı
Başbakanlık Genelgesirsquoyle kamu oumlzel ve sivil toplum kuruluşlarının katılımıyla ldquo
Ulusal Enerji Verimliliği Hareketirdquo başlatılmış ve 2008 yılı ldquo Enerji Verimliliği Yılırdquo
olarak ilan edilmiştir
Elektrik motorlarının duumlnyadaki kullanımına bakıldığında binalarda kullanılan
elektriğin 36rsquosı enduumlstri ve altyapıda ise 70rsquoi elektrik motorları tarafından
tuumlketilmektedir Asenkron motorlar enduumlstride yaygın olarak kullanılmaktadır
Asenkron elektrik motorları ise uumllkemizin toplam elektrik tuumlketiminin yaklaşık
36rsquosını oluşturmaktadır Hatta sanayide sektoumlrel bazda bu oran 80rsquolere kadar
ccedilıkmaktadır Bu sebeple elektrik motorlarında verimi arttırıcı oumlnlemler uumllkemizin
elektrik tuumlketimi konusundaki tasarruf planlarına buumlyuumlk katkı sağlayacaktır
Bu ccedilalışmada mevcut durumun değerlendirilmesi iccedilin sonlu elemanlar metodu (FEA)
ile CFX ortamında analizler yapılmıştır Elde edilen veriler sayesinde hız uumlccedilgeninden
yararlanarak yeni bir fan tasarlanmıştır Teorik hesaplama ile elde edilen fanın verim
uumlzerindeki etkisi bilgisayar ortamında yapılan analizle incelenmiştir Ccedilalışmamızın ilk
boumlluumlmuumlnde ccedilalışma konumuzun tanımı ve amacı hakkında bilgi verilmiştir İkinci
boumlluumlmde asenkron motorlar hakkında bilgi verilmiştir Fan tasarımı hakkında bilgiler
verilmiştir Uumlccediluumlncuuml boumlluumlmde ise yapılan deneyler sonrası elde edilen sonuccedillar ve bu
sonuccedillara ait grafikler sunulmuştur Son boumlluumlmde ise deney sonuccedillarının
yorumlanmasına yer verilmiştir
vi
SEMBOLLER LİSTESİ
Ainlet Girişin Alanı
AOut Ccedilıkışın Alanı
n1 n2 Senkron Doumlnme Hızı Rotorun Doumlnme Hızı
f Frekans
I Akım
n Motorun Devir Sayısı
ƞ Verim
p Kutup Sayısı
Q Debi
R Direnccedil
rhub Fan Kanadının Başlangıcı ile Mil Arasındaki Uzunluk
rpm Dakikada doumlnme sayısı
rtip Fan Kanadının Bitiş Noktası İle Mil Arasındaki Uzunluk
sn Saniye
U Gerilim
Uhub Hub Hızı
Utip Tip Hızı
V Akışın Mutlak Hızı
W Accedilısal Hız
β Kanat Accedilısı
ρ Yoğunluk
vii
KISALTMALAR LİSTESİ
AB Avrupa Birliği
AC Alternatif Akım
ANSYS Simulation Driven Product Development
BSTB Bilim Sanayi ve Teknoloji Bakanlığı
CAD Bilgisayar Destekli Tasarım
CENELEC Avrupa Elektrik Makinaları ve Guumlccedil Elektroniği İmalatları Komitesi
CFD Computational Fluid Dynamics
CFX Congregation Fratrorum Xaverianorum
DC Doğru Akım
FEA Sonlu Elemanlar Analizi
IE1 Standart Verimli
IE2 Yuumlksek Verimli
IE3 Ccedilok Yuumlksek Verimli
IE4 Suumlper Yuumlksek Ccedilok Verimli
IEC Uluslararası Elektronik Komisyonu
PN Ccedilıkış Guumlcuuml
TSE Tuumlrk Standartları Enstituumlsuuml
TUumlİK Tuumlrkiye İstatistik Kurumu
V Volt
viii
ŞEKİLLER LİSTESİ
Şekil 1 Elektrik Motorlarının Sınıflandırılması 2
Şekil 2 Sanayide Kullanılan Elektrik Motorlarının Kullanım Yerleri 5
Şekil 3 Talep Tarafında Elektrik Kullanımı 6
Şekil 4 TS-EN 60034-30-1 Standardına Goumlre Verimlilik Sınıfları 7
Şekil 5 Motor Verimini Etkileyen Faktoumlrler 9
Şekil 6 Kuumlccediluumlk Guumlccedilluuml Uumlccedil fazlı Sincap Kafesli Asenkron Motorun Kesiti 11
Şekil 7 Stator Saccedil Paketini Oluşturulmuş Farklı Tipte Statorlar 12
Şekil 8 Rotor Saccedil Paketini Oluşturan Değişik Rotor Saccedilları 13
Şekil 9 Uumlccedil Faz bobininin 6 Oluklu Statora Yerleştirilişi 14
Şekil 10 Standart Asenkron Motorların Anma Kayması ve Verimi 16
Şekil 11 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru 17
Şekil 12 Motora yıldız-uumlccedilgen yol verme 20
Şekil 13 Stator Sargı Uccedillarının Uumlccedilgen (D) Ve Yıldızı (Y) Bağlanması 20
Şekil 14 Asenkron Motora Yol Verme 20
Şekil 15 Akışın Simetri Ekseninde Hareket Etmesi 22
Şekil 16 Karışık Akışlı Fan Uygulamaları 22
Şekil 17 Radyal Duumlz Kanatlı Fanlara Oumlrnekler 23
Şekil 18 Sonlu Eleman Modeli 24
Şekil 19 SolidWorksrsquo ten İmport Etmek 27
Şekil 20 Akış Alanı Belirleme 28
Şekil 21 Slice Komutu ile Boumllgelere Ayırma 29
Şekil 22 Parccedilalar Arası Bağlantının Sağlandığı FromNew Part Boumlluumlmuuml 30
Şekil 23 Mesh oluşturma 30
Şekil 24 Mesh Geometrisi 31
Şekil 25 Mesh İsimlendirme 32
Şekil 26 Meshrsquo in Goumlsterimi 33
Şekil 27 Sınır Şartlarının Belirlenmiş Hali 34
Şekil 28 Setup Koşulların Belirlenmesi 35
Şekil 29 Akışın Youmlnelişi 36
Şekil 30 Debi Sonucu 36
Şekil 31 Fan Kanatlarının Accedilısı 38
Şekil 32 BladeGen Kanat Profili 39
ix
Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi 40
Şekil 34 Yeni Fan Tasarımının Sayısal Ağ Oluşturulması 40
Şekil 35 Tasarımı Yapılan Fanın Verimi 41
Şekil 36 Tasarımı Yapılan Fanın Torku 42
Şekil 37 Akışın Youmlnelişi 43
Şekil 38 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Geometrisi 44
Şekil 39 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Sayısal Ağ
Oluşturulması 45
Şekil 40 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Ccediloumlzuumlmuuml 46
x
TABLO LİSTESİ
Tablo 1 Tuumlrkiyersquode Elektrik Motorlarının Sektoumlrlere Goumlre Tuumlketimi 3
Tablo 2 Elektrik Motorlarının Tuumlrlerine Goumlre Pazar Dağılımları 4
Tablo 3 IE4 ile IE1 arasındaki ortalama verim farkı 4
Tablo 4 Başlıca Uumllkelerin Verimlilik Sınıfı Uygulama Tarihleri 8
Tablo 5 Tuumlrkiyersquo de Zorunlu Uygulamaya Geccediliş Suumlreci 8
Tablo 6 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru 15
Tablo 7 Mevcut Fanın Oumlzellikleri 37
Tablo 8 Sonuccedil olarak elde edilen değerler 38
Tablo 9 ANSYSrsquo de Elde Edilen Deneyler 44
1
BOumlLUumlM 1 GİRİŞ
Fan en temel anlamıyla bir basınccedil farkı oluşturarak havanın bir yerden başka yere
akışını sağlayan cihazlardır Fanlar ticari ve enduumlstri hayattın da birccedilok uygulamalarda
kullanılmaktadır Farklı boyutlarda farklı modeldeki fanlar (eksenel radyal vb)
soğutucular bilgisayarlar yıkayıcılar kurutucular ve klimalar gibi ccedileşitli sistemlerde
hava sirkuumllasyonunu sağlamak amacıyla kullanılmaktadır Yaygın olarak iki farklı
ccedileşidi kullanılmaktadır Bunlar eksenel ve radyal fanlardır Radyal akışlı fanlar
akışkanı doumlnme eksenine dik şekilde atarlarken eksenel akışlı fanlar ise doumlnme
eksenine paralel akış oluşturmaktadırlar (Ccedilalışkan 2014) Ccedilalıştıkları koşulda basınccedil
farkı oluşturmaktadırlar Fanların tahrik sistemlerinde genellikle elektrik motorları
kullanılmaktadır Fanlar sanayide ve ticari binalarda oumlnemli oranda elektrik tuumlketen
cihazlardır Halen Tuumlrkiyersquode sanayide eski teknoloji uumlruumlnuuml ve verimleri yuumlksek
olmayan ccedilok sayıda fan bulunmaktadır Bu nedenle enerji verimliliğinin artırılmasında
fanların ve fan sistemlerinin verimliliklerinin artırılmasının katkısı olacaktır (URL1)
11 CcedilALIŞMA KONUSUNUN TANIMI
Sincap kafesli asenkron motorlarının verimliliğini arttırma yolları incelenmiştir Bu
proje konusunda soğutma uumlzerine yoğunlaşarak fan tasarımı yapılmıştır Bir elektrik
motorun da fan 10rsquoluk guumlccedil harcadığı iccedilin fan tasarımın da kanat sayısını azaltarak
optimizasyon yapılmıştır Fan tasarımı iccedilin Ansys programını kullanarak kanatlardaki
torku azaltmaya youmlnelik ccedilalışmalar yapılmıştır Tasarımda ilk adım olarak temel hız
uumlccedilgenlerinden yararlanılarak gerccedileğe yakın olacak şekilde sonuccedillar oluşturulmuştur
Sonuccedilların uygunluğu doğrultusunda ccediloumlzuumlm iccedilin gerekli kontrol hacimleri kaba ve
nitelikli ağ oumlrguumlsuuml şeklinde oluşturularak analizler gerccedilekleştirilmiştir
Uumlccedil boyutlu hesaplamalı akışkanlar dinamiği analizi uygulanarak gerccedileğe daha yakın
bir model simulasyonu oluşturulmuş ve uumlccedil boyutta etkileri inceleme olanağı
sağlanmıştır Tasarım sırasında hız uumlccedilgenlerinden yararlanılarak yapılan fan
tasarımının ccediloumlzuumlmuumlnde hızlı sonuccedil alınması ve ccedilok fazla iterasyona olanak sağlayan
turbomakina yazılımı kullanılmıştır Akışkan hareketini youmlneten denklemlerin
2
ccediloumlzuumlmuumlnde kullanılan sonlu hacimler programı iccedilin gerekli ağ oumlrguumlsuumlnuumln de hızlı bir
şekilde kullanımı iccedilin turbomakina yazılımından faydalanılmış ve zaman olarak
ccedilalışmaya oumlnemli oumllccediluumlde katkısı olmuştur
12 CcedilALIŞMA KONUSUNUN AMACI
Bahsi geccedilen ccedilalışma konusunda fan tasarımın da enerjinin verimli kullanılması seccedilim
imalat ve işletme suumlreccedillerinin optimum olması sağlanmış Fan tasarımında fanın
ccedilalıştırılacağı sistem projelendirilip yapılırken dikkat edilmelidir Ccediluumlnkuuml fanlar yatırım
maliyetlerinden daha fazla enerji tuumlketmektedirler Bu nokta da elektrik motorlarında
verimi arttırıcı oumlnlemler alınarak elektrik tuumlketimi konusunda tasarruf planlarında
buumlyuumlk katkı sağlanması hedeflenmiştir
13 ELEKTRİK MOTORU
Elektrik enerjisini mekanik enerjiye ccedileviren makinedir Her elektrik motoru biri sabit
(stator) ve diğeri kendi ccedilevresinde doumlnen (rotor) iki ana parccediladan oluşur Bu ana
parccedilalar elektrik akımını ileten (sargılar vb) manyetik akıyı ileten parccedilalar ve
konstruumlksiyon parccedilaları (yataklar vb) olmak uumlzere tekrar kısımlara ayrılır (URL2)
111 Elektrik Motorlarının Sınıflandırılması
Şekil 1 Elektrik Motorlarının Sınıflandırılması
Elektrik Motoru
Doğru Akım
DC Motor
Alternatif Akım
AC Motor
Senkron Motor Asenkron Motor
3 Fazlı Asenkron
Motor
Tek Fazlı Asenkron
Motor
3
14 TUumlRKİYErsquo DE VE DUumlNYArsquo DA ELEKTRİK MOTORLARININ ENERJİ
TUumlKETİMİ
Enerjide arz guumlvenliğinin sanayide sanayide suumlrduumlrebilirliğinin ve buumlyuumlmenin ise
kalkınmada oldukccedila oumlnem taşıdığı guumlnuumlmuumlzde saklı enerji kaynağı sayılabilecek olan
verimlilik hususu belirtilmektedir TUumlİK verilerine goumlre Tuumlrkiye elektrik enerjisinin
2013 yılı itibariyle 471rsquoi sanayi sektoumlruumlnde tuumlketilmektedir Sanayide kullanılan
elektrik motorları ise bu sektoumlrde tuumlketilen elektrik enerjisinin 70rsquo ini teşkil
etmektedir Sanayinin buumlyuumlmesi son yıllardaki ARGE ccedilalışmalarının ilerlemesi ve
otomasyon sistemleri ile daha yoğun teknoloji ile Tuumlrkiye piyasasına 1 milyon elektrik
motoru arz edilmektedir Tuumlrkiyersquode de Bilim Sanayi ve Teknoloji Bakanlığı (BSTB)
tarafından AB mevzuatı ile uyumlu hale getirilen yerel mevzuat soumlz konusu elektrik
motorları iccedilin enerji verimlilik endeksini ve beyanını ve bulunması gereken en duumlşuumlk
seviyeyi zorunlu kılmaktadır ve ccedilalışmalar yapılmaktadır Bunun sonucunda
Tuumlrkiyersquode kullanılan elektrik motorları uumlzerinde sektoumlrel ve sınıfsal accedilıdan enerji
tuumlketimi irdelenmektedir Yapılan bu ccedilalışmalar ile duumlşuumlk verimli elektrik motorlarının
yuumlksek verimli elektrik motorları ile değiştirilmesi yoluyla Tuumlrkiyersquode yaklaşık yılda
2500 GWhrsquo lik enerji tasarrufu edildiği goumlruumllmuumlştuumlr (URL4)
2013 yılı TUumlİK verilerine goumlre Tuumlrkiyersquode toplam 198045 GWh Elektrik Enerjisi
tuumlketilmiştir Tuumlketilen bu enerjinin 93280 GWh kadarı sanayide tuumlketilmiştir
Tablo 1 Tuumlrkiyersquode Elektrik Motorlarının Sektoumlrlere Goumlre Tuumlketimi
Sektoumlr Elektrik Motorların Sektoumlrel
Tuumlketimi TWhYıl
Sektoumlruumln Toplam Enerji
Tuumlketimi TWhYıl
Sanayi 46 68
Ticaret 14 20
Mesken 8 35
Diğer 1 20
Toplam 69 144
4
Enerji verimliliği ccedilalışmalarında elektrik motorlarının kullanımlarının sektoumlrel
dağılımlarının yanı sıra motorların sınıflandırılması da oldukccedila oumlnemlidir
Duumlnyada 2 23 milyar elektrik motorlarının bulunduğu tahmin edilmektedir Ancak bu
motorların 2 milyar kadar adedi 075 kW guumlcuumln altındadır ve enerji tuumlketiminin 9 u
kadarını karşılar 075- 375 kW aralığında kalan motorlar ise elektrik motorlarının 11
ini oluştururken enerji tuumlketiminin 68 kadarını oluşturur 375 kW guumlccedil uumlstuumlndeki
motorlar elektrik motorlarının 1rsquoini oluştururken enerji tuumlketiminin 23rsquouumlnuuml
karşılar
Tablo 2 Elektrik Motorlarının Tuumlrlerine Goumlre Pazar Dağılımları
TİPİ le 750
W
075 - 375
kW
gt 375
kW
DC Motor Ve
Generatoumlrler
56 21 5
AC Tek Fazlı
Motorlar
29 30 -
AC Uumlccedil Fazlı
Motorlar
5 49 95
Diğer 10 - -
Tuumlrkiyersquo de elektrik enerjisinin 471rsquo i sanayide sanayide tuumlketilen elektrik
enerjisinin 67rsquosi motorlarda motorlarda tuumlketilen elektrik enerjisinin 91rsquoi 075-
1000 kW guumlccedil aralığındaki motorlarda tuumlketilmekte ve bu motorların 87rsquosinin
asenkron motorlar olduğu soumlylenebilir
IE4 ile IE1 standartları arasındaki fark buumlyuumlktuumlr 90 kW ve uumlstuumlnde ortalama fark
yaklaşık 3 seviyesindedir 075 ile 75 kW arasında ortalama verim farkı yaklaşık
10 75 ile 90 kW aralığında ise ortalama verim farkı 5 seviyesindedir
Tablo 3 IE4 ile IE1 arasındaki ortalama verim farkı
Guumlccedil Aralığı Ortalama IE1 - IE4 verim
Farkı ()
012-075 kW 17
075-75 kW 10
75-90 kW 5
90-1000 kW 3
5
15 ELEKTRİK MOTORLARINDA VERİMİN OumlNEMİ VE VERİM
SINIFLARI
Uumlretilen toplam elektriğin yaklaşık yarısı sanayi sektoumlruumlnde kullanılan elektriğin ise
yaklaşık uumlccedilte ikisi motorlar tarafından tuumlketilmektedir Bu da sanayide yuumlksek verimli
motor kullanımının enerji maliyetinin duumlşuumlruumllmesinde ne kadar oumlnemli olduğunu
goumlsterir Yuumlksek verimli motorların kullanımı aynı zamanda sera gazları salınımında
ciddi azalmalara sebep olmakta ve enerjide dışa bağımlılığın azaltılmasına katkı
yapmaktadır (URL7)
Şekil 2 Sanayide Kullanılan Elektrik Motorlarının Kullanım Yerleri
Elektrik motorlarının duumlnyadaki kullanımına bakarsak binalarda kullanılan elektriğin
36rsquosı enduumlstri ve altyapıda ise 70rsquoi elektrik motorları tarafından tuumlketilmektedir
Asenkron elektrik motorları uumllkemizin toplam elektrik tuumlketiminin yaklaşık 36rsquosını
oluşturmaktadır Hatta sanayide sektoumlrel bazda bu oran 80rsquolere kadar ccedilıkmaktadır
Bu sebeple elektrik motorlarında verimi arttırıcı oumlnlemler uumllkemizin elektrik tuumlketimi
konusundaki tasarruf planlarına buumlyuumlk katkı sağlayacaktır Satın alma maliyeti
ortalama motor oumlmruuml boyunca toplam maliyetin 2rsquolik kısmına denk gelmektedir
Tek bir motor sarımının maliyeti toplam tutarın 1rsquoini oluşturmaktadır Elektrik
motorunun kullanım oumlmruuml boyunca tuumlkettiği elektrik enerjisinin maliyeti ise toplam
maliyetin 97rsquosine tekabuumll etmektedir (URL2)
42
7
22
29
DİĞER KOMP FAN POMPA
6
Şekil 3 Talep Tarafında Elektrik Kullanımı
VERİMİN OumlNEMİ
Asenkron motorlarda ccedileşitli verimlilik sınıfları mevcuttur Avrupa Elektrik Makineleri
Uumlreticileri Komitesi (CEMEP) ve Avrupa Komisyonunun 28 Haziran 1999 tarihli
deklarasyonu motorları verim sınıflarına goumlre ayırmıştır Yuumlksek Verimli motorlar
(EFF1) verimi iyileştirilmiş motorlar (EFF2) ve duumlşuumlk verimli motorlar (EFF3)
CEMEP‟ in bu deklarasyonunu takiben motor uumlreticileri ile yaptığı goumlnuumllluuml anlaşmalar
ile duumlşuumlk verimli motor (EFF3) uumlretimini kısıtlama yoluna gitmiştir Bunun yanı sıra
Duumlnyada artan enerji talebi ile birlikte birccedilok uumllke goumlnuumllluuml ya da zorunlu olarak daha
yuumlksek verimli motor kullanımını sağlamaya ccedilalışmıştır (Onaygil 2006)
Verimlilik sınıflarına 2008 yılında yenilik getirilmiştir Bu yenilik IEC( Uluslararası
Elektronik Komisyonu) tarafından yayımlanmıştır CENELEC tarafından da 2009
yılında Avrupa normu haline gelmiştir 2010 yılında da TSE tarafından kabul
edilmiştir Bu yenilik verimlilik sınıflarına getirilen IE1 IE2 IE3 IE4 şeklinde olan
tanımlamalardır Bu tanımlamalarda IE1= EFF2 olup IE2=EFF1rsquo in karşılığıdır
IE1= STANDART VERİMLİ
IE2= YUumlKSEK VERİMLİ
IE3=CcedilOK YUumlKSEK VERİMLİ
IE4=SUumlPER YUumlKSEK CcedilOK VERİMLİ
Şeklinde sınıflandırılmıştır
AYDINLATMA19
DİĞER ELEKTRİK MOTORLARI
4
ASENKRON MOTORLAR
36
DİĞER3
ELEKTRONİK ALETLER
8
ISITMA15
EV GERECcedilLERİ15
7
2014 yılında TS- EN 60034-30 standardı doğrudan şebekeden beslenen motorlar ve değişken
hız suumlruumlcuumlluuml motorlar olmak uumlzere iki kısma ayrılmıştır Şebeke tarafından doğrudan beslenen
motorlar iccedilin verimlilik sınıflarını tayin eden başka bir standart koyulmuştur TS-EN 60034-
30-1 standardıdır Bu standart faklı olarak 012- 1000 kW guumlccedil aralığını kapsamakta ve IE4
verimlilik sınıfını da tanıtmaktadır Ayrıca 8 kutuplu motorlar da bu kapsama alınmıştır
Henuumlz TS- EN 60034- 30- 2 sınıfı yayınlanmamıştır
Şekil 4 TS-EN 60034-30-1 Standardına Goumlre Verimlilik Sınıfları
151 Mevzuat
Elektrik motorları hususunda ilk yasal duumlzenleme Avrupa Birliğinin Elektrik Motorları
ile İlgili Ccedilevreye Duyarlı Tasarım Gereklerine Dair EC6402009 sayılı tuumlzuumlğuumlduumlr
Beraberinde 4703 sayılı Uumlruumlnlere İlişkin Teknik Mevzuatın Hazırlanması ve
Uygulanmasına Dair Kanunun 14 uumlncuuml maddesine dayanılarak hazırlanan Enerji ile
İlgili Uumlruumlnlerin Ccedilevreye Duyarlı Tasarımına İlişkin Youmlnetmelik 2010 yılında
yuumlruumlrluumlğe girmiştir Daha sonra 2012 yılında EC6402009 referans alınarak
hazırlanan ve uyumlaştırılan SGM- 20122 Elektrik Motorları İle İlgili Ccedilevreye
Duyarlı Tasarım Gereklerine Dair Tebliğ yayımlanarak ulusal mevzuata
kazandırılmıştır
Bu tebliğ ile 2 4 6 kutuplu anma gerilimi en fazla 100 (UN) en fazla 1000 V olan
anma ccedilıkış guumlcuuml (PN) 075 kW ile 375 kW arasında olan ve suumlrekli ccedilalışacak şekilde
100
90
80
70 012 24 48 960
IE1 IE2 IE3 IE4
8
tasarlanmış tek hızlı 3 fazlı 50 Hz veya 5060 Hz sincap kafesli enduumlksiyon motorları
denetim kapsama alınmış bulunmaktadır
Bu tebliğde oumlnemli bir diğer husus ise uygulamaya youmlnelik olan zorunluluklardır
Onlar şunlardır IE1 sınıfı verimlilikte olan motorların piyasaya arz edilmesinin
yasaklanması ve diğer verimlilik sınıfına geccediliş suumlrecinin tanımlanmasıdır
Tablo 4 Başlıca Uumllkelerin Verimlilik Sınıfı Uygulama Tarihleri
BOumlLGE IE1 IE2 IE3
ABD - 1998 2011
AB - 2011 2015
PRC 2000 2011 2015
TUumlRKİYE - 2012 2015
Bunun dışında 01012015 tarihinden itibaren anma ccedilıkış guumlcuuml 75 kW ile 375 kW
arasında olan motorların veriminin IE3 verim seviyesinden duumlşuumlk olmayacağını veya
piyasaya arz edilen motorların IE2 verim seviyesini karşılayacak ve değişken hızlı
tahrikle teccedilhiz edilmesi gerektiğini bildirmektedir (URL5)
Tablo 5 Tuumlrkiyersquo de Zorunlu Uygulamaya Geccediliş Suumlreci
Sınıfı Zorunlu Yuumlruumlrluumlk
Tarihi
Accedilıklama (İstisnalar)
IE1 02042012 2 Nisan 2012 tarihinden itibaren piyasaya suumlruumllmesi
yasaklanmıştır
IE2 02042012 01012015 tarihine kadar kullanılabilecektir
IE3 01012015 Değişken hızlı tahrikle teccedilhiz edilmesi halinde IE2 verim
seviyesi kullanılabilecek (75 kW - 375 kW)
IE3 01012017 Değişken hızlı tahrikle teccedilhiz edilmesi halinde IE2 verim
seviyesi kullanılabilecek (075 kW - 375 kW)
9
16 MOTOR VERİMİNİ ETKİLEYEN FAKTOumlRLER
161 Verim
Bir elektrik motorunun bağlı bulunduğu şebekeden ccedilektiği enerjinin tamamı mekanik
enerjiye doumlnuumlşmez Elektrik motorunun milinden aldığı faydalı guumlccedil şebekeden ccedilektiği
guumlccedilten kayıp guumlccedillerin ccedilıkmış halidir
Asenkron motorun şebekeden ccedilektiği guumlcuumln yuumlzde kaccedilının motorun milinden mekanik
guumlccedil olarak alındığını verim goumlsterir
Verim= ((Alınan G ) (Verilen Guumlccedil))x100
ή= (PaPv)x100
Verilen guumlccedil ile alınan guumlccedil arasındaki fark toplam kayıplardır Asenkron motorlarda
kayıplar stator demir kaybı stator ve rotor bakır kayıpları ile rotorun suumlrtuumlnme ve
ruumlzgacircr kaybından ibarettir
DEMİR
KAYIPLARI
GOumlVDE
STATOR
DİRENCİ
ROTOR
DİRENCİ
RUumlZGAR
SUumlRTUumlNME
DİRENCİ
EK
KAYIPLA
Şekil 5 Motor Verimini Etkileyen Faktoumlrler
10
162 Kayıplar
Demir Kayıpları
Bakır Kayıpları
Suumlrtuumlnme Kayıpları
1621 Demir Kayıpları
Demir kayıpları stator ve rotor saccedillarında meydana gelen histerezis ve fuko
kayıplarıdır Bu kayıplar frekans ve manyetik enduumlksiyon ile oranlıdır
Stator demir kayıpları stator frekansı sabit olduğuna goumlre değişmemektedir Yalnız
rotor demir kayıpları rotor frekansı ile değişir Ancak boş ve yuumlkluuml ccedilalışmada rotor
frekansı ccedilok kuumlccediluumlktuumlr Bu sebeple rotor demir kayıpları ccedilok kuumlccediluumlk olur ve ihmal
edilebilir 0 halde bir asenkron motorun demir kayıpları stator demir kayıplarına
eşittir denebilir Stator frekansı sabit olduğundan demir kayıpları da buumltuumln yuumlkler iccedilin
sabittir
1622 Bakır Kayıpları
Asenkron motorlarda stator ve rotor omik direnccedillerinden dolayı I12R1 ve I2
2R2
değerinde bakır kayıpları meydana gelir Bakır kayıpları sargı direnccedilleri sabit
olduğuna goumlre yuumlk akımları I1 ve I2 lsquonin karesi ile değişir Şu halde bu kayıplar
yuumlkle değişen kayıplardır
Rotor ve stator bakır kayıplarını bulabilmek iccedilin akım ve direnccedillerin bilinmesi gerekir
Genel olarak bakır kayıpları motorun kısa devre deneyinden tuumlm olarak hesaplanır
1623 Ruumlzgar ve Suumlrtuumlnme Kayıpları
Asenkron motorlarda suumlrtuumlnme ve ruumlzgacircr kayıpları devir sayısı ile biraz değişirse
de bu değişim ccedilok az olduğu iccedilin sabit kabul edilebilir Suumlrtuumlnme ve ruumlzgacircr
kayıpları boş ccedilalışma deneyinde demir kayıpları ile birlikte bulunur Demir
kayıpları ile ruumlzgacircr ve suumlrtuumlnme kayıplarına sabit kayıplar denir
11
BOumlLUumlM 2 MATERYAL VE YOumlNTEM
21 ASENKRON MOTORLAR
Asenkron motorlar başlıca iki kısımdan oluşur
Hareket etmeyen kısım Stator
Doumlnme hareketi yapan kısım Rotor
Asenkron makineler motor olarak stator sargıları ile aldığı elektrik enerjisini
rotorundan doumlnme hareketi yaparak mekanik enerjiye ccedileviren ve generatoumlr olarak
rotorundan aldığı doumlnme hareketi mekanik enerjisini bazı koşullar altında stator
sargılarında elektrik enerjisine ccedileviren elektromekanik makinelerdir
Motor olarak birkaccedil Wattrsquotan 300 MW guumlcuumlne kadar uumlretilmektedir Generatoumlr olarak
az kullanılmakla beraber son zamanlarda ruumlzgacircr enerjisinden elektrik enerjisi elde
etmek amacı ile ruumlzgacircr tuumlrbini ile birlikte ccedilalışmaktadırlar
Stator sargı gerilimleri alccedilak gerilim 220Vdan orta gerilim 22kVa kadar
değişmektedir Doumlnme sayıları sabit değildir fakat doumlnme sayısı yuumlkle az değişir
Doumlnen diğer elektrik makinelerine kıyasla daha sağlam daha az bakım isteyen ve daha
ucuz makinelerdir Son yıllarda yarı iletken guumlccedil elektroniğindeki teknolojik
gelişmeler ile asenkron makinelerin kontroluuml kolayca yapılabilmektedir (Baykal
2011)
Şekil 6 Kuumlccediluumlk Guumlccedilluuml Uumlccedil fazlı Sincap Kafesli Asenkron Motorun Kesiti
12
22 ASENKRON MAKİNALARIN YAPISI
Asenkron makineler başlıca iki kısımdan oluşmaktadır Bunlar
Stator
Rotor
Şekil 7 Stator Saccedil Paketini Oluşturulmuş Farklı Tipte Statorlar
221 Stator
Stator Asenkron motorun duran kısmıdır 04 - 05 veya 08 mm kalınlığında silisyumlu
saccedillar oumlzel kalıplarla preste basılır ve paketlenir Stator saccedilları paketlenince uumlccedil fazlı
sargıların yerleştirileceği stator nuumlvesi elde edilir Bu nuumlve stator goumlvdesinin iccediline
sıkıca yerleştirilir Goumlvdeye motorun ayakları monte edilir Goumlvdeye motor kapaklan
takılır motor kapaklan ortalarındaki bilyeli yataklar statorun ortasında doumlnecek olan
rotora yataklık ederler
1Halkalı Duumlzen Kuumlccediluumlk ve orta guumlccedilteki makinelerde uygulanan bu konstruumlksiyon
şeklinde saccedil paket ya karkas dışında istiflenerek uzun saplamalarla kendi uumlzerine
sıkılır yada saccedil levhalar karkas iccedilinde istiflenir
2 Segmanlı Duumlzen Bu duumlzende saccedil paketi daima karkas tarafından gergin durumda
tutulur Segmanlı duumlzende saccedil paketi rijitli halkalı duumlzendekine oranla da az
olduğundan burada seccedililecek olan karkasın daha kuvvetli olması gerekir (Baykal
2011)
13
222 Rotor
Rotor Asenkron motorun doumlnen kısmıdır ve rotor saccedil paketi ile rotor sargılarından
oluşur Rotor saccedil paketi 05 mm‟lik silisyumlu saccedillardan yapılır Saccedilların yuumlzeyleri
ccedilok ince bir film tabakası ile yalıtılmıştır Saccedillar oumlzel kalıplarda pres altında oluk
dişler ve sıkıştırma cıvata delikleri oluşacak şekilde saccedil şeritlerden kesilerek ccedilıkartılır
Saccedillar bir araya getirilerek pres altında sıkıştırılır ve cıvatalarla bu halde kalması
sağlanır
Diğer doumlnen elektrik makinelerine goumlre stator ile rotor arasında kalan hava aralığı ccedilok
kuumlccediluumlktuumlr Motorun guumlcuumlne goumlre hava aralığının radyal boyu 05 - 1 - 3 mm kadar
olabilir Boumlylesine kuumlccediluumlk bir hava aralığı boşta ccedilalışma akımını kuumlccediluumlk tutmak iccedilin
yapılır Rotor olukları motorun elektrik karakteristiklerini etkileyen değişik biccedilimlerde
yapılır Rotor oluklarına rotor sargıları yerleştirilir
Şekil 8 Rotor Saccedil Paketini Oluşturan Değişik Rotor Saccedilları
Rotor sargıları uumlccedil fazlı olarak ya da sincap kafesli olarak yapılır Rotoru sargılı olan
ve sargı uccedilları doumlnen bilezik-sabit fırccedila ile dışarı ccedilıkartılan motorlara bilezikli asenkron
motor denir Sincap kafesli motorlarda rotor oluklarına bakır ccedilubuklar yerleştirilir Bu
ccedilubuklar her iki baştan dairesel halkalarla kısa devre edilerek sincap kafesine
benzeyen kendi uumlzerine kapatılmış bir sargı elde edilir Sincap kafesli motor sargısı
oumlzel kalıplarla rotor oyuklarına basınccedil altında aluumlminyum puumlskuumlrtuumllerek uumlretilir
Boumlylece uumlretilen rotor sincap kafesi aluumlminyumdan yapılmış olur
Sincap kafesli asenkron motorun rotorundan hiccedilbir uccedil ccedilıkmadığı iccedilin bu motorun
kontroluuml sadece statordaki elektrik uccedillarından yapılabilmektedir Oysa bilezikli
asenkron motorun rotor sargı uccedilları bilezik ve fırccedila sistemi ile dışarı ccedilıkarıldığından
14
bu motorun kontroluuml hem stator sargı uccedillarından ve hem de rotor sargı uccedillarından
yapılabilmektedir
Sincap kafesli motorun rotor sargısı buumlyuumlk motorlarda bakır ccedilubukların rotor
oluklarına yerleştirilmesi ve iki baştan kısa devre elde edilmesi ile oluşturulur Kuumlccediluumlk
motorlarda rotorun sincap kafesi aluumlminyum puumlskuumlrtme ve kalıplarla elde edilir
Rotoru sincap kafesli bir motorun sincap kafesi değişik biccedilimde oluklara yerleştirilir
Motorun oumlzellikle moment karakteristiğine istenilen oumlzelliği vermek iccedilin rotorda derin
oluklar ve ccedilift oluk kullanılır Birinci motora derin oluklu ya da derin ccedilubuklu motor
ve diğerine de ccedilift kafesli motor denir (Baykal 2011)
23 ASENKRON MOTORLARIN CcedilALIŞMA İLKESİ
Asenkron makinenin ccedilalıŞma ilkesi bir doumlner alanın varlığına dayanır Doumlner alan
senkron hız motor milinin hızı da rotor hızı olarak isimlendirilir Kayma da bu iki
hızın arasındaki fark olarak ifade edilmektedir
231 Doumlner Alan
Bir N-S mıknatısı ya da uumlzerinden akım geccedilen bir bobinin magnetik alanı N kutbundan
ccedilıkar ve S kutbuna girer Daimi mıknatıs ve doğru akım taşıyan bobinin manyetik
alanları mıknatıs ve bobin dışarıdan bir bobinle doumlnduumlruumlluumlrse bunların alanları da
beraber doumlner İşte bir mıknatısın doumlnduumlruumllmesi ile elde edilen alana doumlner alan denir
Uumlccedil fazlı asenkron motorun (enduumlksiyon motorun) statoruna birbirinden 120rsquoşer derece
faz farklı 3 faz sargısı yerleştirilmiştir En basit statorda her biri bir faza ait olmak
uumlzere 3 tane bobin bulunur Bir motor en az iki kutuplu olarak sarılabilir (Baykal
2011)
Şekil 9 Uumlccedil Faz bobininin 6 Oluklu Statora Yerleştirilişi
15
232 Senkron Hız
N-S kutuplarının saat ibresi youmlnuumlnde doumlnduumlğuuml goumlruumlluumlr uumlccedil fazlı alternatif akımdaki bir
periyotluk değişme N-S kutuplarının bir devir yapmasına sebep olur Alternatif akımın
frekansı 50 Hz ise saniyede 50 periyotluk bir değişme yapar Dolayısıyla statordaki
faz bobinlerinin meydana getirdiği N-S kutupları da saniyede 50 devirle doumlner Bu
dakikada 3000 devir eder Ccedilok fazlı bir stator sargısından aynı faz sayısında ccedilok fazlı
bir akım geccedilerse hava aralığında sabit genlikli bir doumlner alan oluşur Bu doumlner alanın
duran statora goumlre ns (n1) devir hızı şebeke frekansına doğru stator sargısının p ccedilift
kutup sayısına ters orantılıdır
1198991 = 601198911
119901
Senkron hız da denen doumlner alan hızı kutup sayısına goumlre buumlyuumlk basamaklar yaparak
değişir Asenkron motorlar ancak belli senkron hızlar iccedilin yapılabilir En fazla
kullanılan senkron hızlar 2 4 6 ve 8 kutup sayılarına ait olanlardır (Baykal 2011)
Tablo 6 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru
P
(Kutup Sayısı)
50 Hz 60 Hz
n1min-1 n1s-1 n1min-1 n1s-1
2 3000 50 3600 60
4 1500 25 1800 30
6 1000 1667 1200 20
8 750 125 900 15
16
233 Kayma
Senkron makine dışında buumltuumln diğer ccedilalışma tuumlrlerinde asenkron makinenin
ccedilalışabilmesi iccedilin rotor hızının doumlner alan hızından farklı olması gerekir Doumlner alanın
rotor uumlzerinden geccedilme hızına yani doumlner alan ile rotor hızı arasındaki cebirsel farka
kayma hızı n2 ve bu hızın doumlner alan hızına oranına kayma s denir Bu tanıma
dayanarak kayma devir hızına goumlre veya devir hızı kaymaya goumlre ifade edilebilir
n2 = n1 ndash n n = n1(1-s) 119904 = 1198992
1198991 =
1198991minus119899
1198991
Kayma oranlanmış bir buumlyuumlkluumlktuumlr ve ccediloğunlukla olarak ifade edilir Pozitif negatif
veya sıfır olabilir Oranlanmış rotor hızı n nı ile toplamı daima 1rsquoe eşittir Teorisel
olarak ndash infin ve +infin arasında değişebilir Durmada n = 0 ve s =1 dir Senkron ccedilalışmada
n = n1 ve s = 0 dır Bu iki sınır değer arasında asenkron makine motor olarak ccedilalışır
ve kayması daima pozitiftir Anma ccedilalışmasındaki değeri yuumlzde birkaccedil olup artan
anma guumlcuuml ile azalır ve kuumlccediluumlk guumlccedillerde yaklaşık 10 dan buumlyuumlk guumlccedillerde 1 in altına
duumlşer
Rotor doumlner alana goumlre ters youmlnde doumlnduumlğuumlnde elde edilen fren ccedilalışmada devir hızı
negatif ve kayma 1 den buumlyuumlktuumlr Rotor hızı doumlner alan hızını geccedilerse yani ngtn1 ise
kayma negatif olur (s lt 0) ve makine generatoumlr olarak ccedilalışmaya başlar (Baykal 2011)
Şekil 10 Standart Asenkron Motorların Anma Kayması ve Verimi
17
24 ASENKRON MOTOR CcedilEŞİTLERİ
Asenkron motorlar rotor yapılarına goumlre ikiye ayrılır
Sincap kafesli (Kısa devre rotorlu) Asenkron Motorlar
Bilezikli (Sargılı rotorlu) Asenkron Motorlar
241 Uumlccedil Fazlı Kısa Devre (Sincap Kafesli ) Asenkron Motorlar
Uumlccedil fazlı sincap kafesli motorun yapılısı basittir Az bakıma ihtiyaccedil goumlsterir Bu tip
motorun oumllccediluumlleri aynı guumlccedilteki başka tip motorların oumllccediluumllerinden kuumlccediluumlktuumlr Değişik
yuumlklerdeki hız reguumllasyonu ccedilok iyidir Fiyatının ucuzluğu yapılışının sağlamlığı ve
istenilen ccedilalışma oumlzelliğine sahip oluşu yuumlzuumlnden bu tip motorlar sanayide ccedilok
kullanılır
Rotorlar accedilılmış oluklara basınccedil altında erimiş aluumlminyum puumlskuumlrtuumllerek doldurulur
Rotorun her iki başındaki kısa devre halkalar da aluumlminyumdandır Ayrıca bu halkalar
uumlzerine kanatlar da bırakılarak rotor işletmede vantilasyon suretiyle soğutulması
sağlanır 250 kW guumlcuumlne kadar kısa devre kafesleri aluumlminyumdan yapılmış asenkron
motorlar mevcuttur
Buumlyuumlk guumlccedil istenilen işletmelerde kısa devre kafesi yuumlksek dikdoumlrtgen şeklinde bakır
ccedilubuklardan ve bunları rotorun her iki başında kısa devre eden bakır halkalardan
yapılır Rotorda kaccedil adet oluk varsa rotorun faz sayısı buna eşittir
Kısa devre kafesli asenkron motorun yol alma oumlzellikleri iyi değildir Ancak basit ve
ucuz olmaları nedeni ile yaygın biccedilimde kullanılmaktadır Yol almasını kolaylaştırmak
iccedilin yuumlksek ccedilubuklu veya ccedilift kafesli olarak yapılırlar (Baykal 2011)
Şekil 11 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru
18
242 Bilezikli (Sargılı rotorlu) AC Motorlar
Birccedilok sanayi yuumlklerinde uumlccedil fazlı değişik hızlı motora ihtiyaccedil duyulduğu yerler iccedilin
bilezikli asenkron motorlar geliştirilmiştir Bilezikli asenkron motorlara sargılı rotorlu
AC motor da denilmektedir Bu tip motorun statoru ile sargının yerleştirilmesi sincap
kafesli motorun aynıdır Rotor ccedilelik saccedillardan yapılmış silindirik bir goumlbektir 120
derece aralıklı uumlccedil adet tek fazlı kalıp sargısını yerleştirmek iccedilin rotor uumlzerine oyuklar
accedilılmıştır izoleli rotor bobinleri stator kutup sayısına eşit kutup sayısı elde edecek
şekilde gruplandırılmıştır Uumlccedil tek fazlı rotor sargısı aralarında yıldız bağlanarak ccedilıkış
uccedilları rotor mili uumlzerindeki uumlccedil bileziğe bağlanmıştır Bileziklere temas eden fırccedila uccedilları
hız kontroloumlruuml ayarlayıcısına bağlanır Fırccedilalar taşıyıcılar uumlzerindeki yayların basıncı
ile bileziklere sıkıca temas eder Doğru akım makinelerinde olduğu gibi youmln
değiştirmeye luumlzum olmadığı iccedilin fırccedila taşıyıcıları uygun bir durumda sıkıca tespit
edilmiştir
Bilezikli asenkron motorun rotorunda aynı statorunda olduğu gibi uumlccedil fazlı alternatif
akım sargısı vardır Stator 10 Kw guumlce kadar tek tabakalı orta guumlccedillerde ise iki tabakalı
sargılı yapılırlar Rotor ise tam oluklu veya kesirli oluklu sargılı olabilir Rotor sargı
uccedillarının bir tarafı bileziklere bağlanır Diğer tarafı ise kısa devre edilerek uumlccedil fazlı
sargının yıldız noktasını oluşturur Bilezikler uumlzerindeki fırccedila sistemi ile rotor
alternatif gerilim kaynağından ayrıca beslenir (Baykal 2011)
25 Elektrik Motorlarına Yıldız-Uumlccedilgen Yol Verme
Kalkış akımını duumlşuumlrmede en ekonomik youmlntemdir Uumlccedil kontaktoumlr ile bir zaman
roumllesinden oluşan kontaktoumlr kombinasyonudur Bu youmlntemle yol verebilmek iccedilin
motorun uumlccedilgen bağlı ccedilalışma gerilimi şebeke gerilimine eşit olmalıdır Oumlrneğin
uumllkemizde şebeke gerilimi 380 Volt olduğuna goumlre yıldız-uumlccedilgen yol verilecek motorun
etiketinde D380 V veya D380VY660V yazılı olmalıdır Volt elektrik motorlarında 2
ve 4 kutuplularda 3 kW (dacirchil) 6 kutuplularda 22 kW(dacirchil) den daha buumlyuumlk guumlccedilluuml
motorlar bu oumlzelliktedir Yani 380 V şebekede uumlccedilgen bağlı ccedilalıştırılırlar
Motora yıldız-uumlccedilgen yol verildiğinde direkt yol vermeye goumlre şebekeden ccedilekeceği
akım 3 katı azalır Yıldız-uumlccedilgen yol vermede amaccedil motoru kalkış suumlresince yıldız
19
bağlı ccedilalıştırmak ve kalkışını tamamlayan motoru hemen normal bağlantısı olan uumlccedilgen
bağlı olarak ccedilalıştırmaktır
Motor kalkış sırasında yıldız bağlı ccedilalıştırıldığından motor sargılarına uygulanan
gerilim U radic3 değerine motorun şebekeden ccedilektiği akım ise 13 değerine duumlşer
Motorun sargılarına uygunalan gerilim azaldığından momenti oumlnemli oumllccediluumlde kuumlccediluumlluumlr
Yıldız-uumlccedilgen yol vermenin kusursuz olması iccedilin motorun yuumlk momentinin yıldız
bağlamadaki motor momentinden buumlyuumlk olmaması ve yıldız bağlamadaki suumlrenin
uygun olması gerekir Bu geccediliş suumlresi ccedilok oumlnemlidir Motor yıldız bağlantıda iken
anma devir sayısına ulaşıldığı anda uumlccedilgen bağlantıya geccedililmesi ve fazla aralık
verilmemesi gerekir
Boumlyle olursa yıldızdan uumlccedilgen bağlantıya geccedilişteki uumlccedilgen kontaktoumlruumlnuumln kapamama
akımı kuumlccediluumlk ve yıldızdan uumlccedilgene geccediliş darbesiz olur Aksi halde uumlccedilgen bağlantıya
geccedilişte akımda geccedilici artışlar goumlruumlluumlr Bunun sonucu kontaktoumlruumln kontakları ani
yuumlksek ısı nedeniyle kaynak olabilir
Bir şebekede uumlccedilgen bağlı ccedilalışacak motor aynı şebekede yıldız bağlı (Y) olarak
ccedilalıştırılabilir Ancak bu durumda motorun guumlcuuml ve momenti duumlşer Bu oumlzellikten
yararlanarak asenkron motorların kalkış anında ccedilektikleri fazla akımı azaltmak iccedilin
yıldız-uumlccedilgen yol verme uygulanması yapılabilir
Şebekede yıldız bağlı ccedilalıştırılması gereken motor yanlışlıkla uumlccedilgen bağlı ccedilalıştırılırsa
sargılarına radic3 katı buumlyuumlk gerilim uygulanmış olur Gerilimdeki artış oranı kadar sargı
akımı buumlyuumlyeceğinden motor aşırı akım ccedileker ve kısa suumlrede artacak ısı sonucu
sargılar yanar
Onun iccedilin yıldız bağlı ccedilalışması gereken motor kesinlikle aynı şebekede uumlccedilgen bağlı
ccedilalıştırılmaz (URL6)
20
Şekil 12 Motora yıldız-uumlccedilgen yol verme
Şekil 13 Stator Sargı Uccedillarının Uumlccedilgen (D) Ve Yıldızı (Y) Bağlanması
Şekil 14 Asenkron Motora Yol Verme
21
26 FANLAR
261 Genel Bilgiler
Fanlar hava veya benzeri gazları basınccedillandırarak belirli bir akış yolu iccedilinde hareket
etmesini sağlayan turbo makinelerdir İyi bir fan istenilen performansı yerine
getirirken verimi yuumlksek enerjiyi daha az tuumlketen muumlmkuumln olduğunca guumlruumlltuumlsuumlz
ccedilalışan ve maliyeti duumlşuumlk olan fandır Fanların tahrik sistemlerinde elektrik motorları
kullanılmaktadır (URL3)
262 Fan Ccedileşitleri
Fanlar aşağıdaki gibi sınıflandırılmaktadır
Eksenel (aksiyel) fanlar
Radyal (santrifuumlj) fanlar
Karışık akışlı (eksenel-radyal) fanlar
Ccedilatı tuumlruuml fanlar
Karşıt akımlı fanlar (blower)
Vorteks ya da rejeneratif fanlar
Diğerleri
Elektrik motorlarında radyal fanlar kullanılmaktadır (URL8)
Bu kısımda projemiz iccedilin incelediğimiz 3 ccedileşit fanı accedilıklayacağız
2621 Eksenel Fanlar
Havanın fan ccedilarkı ile aynı eksende youmln değiştirmeden hareket ettiği fanlardır Yuumlksek
hava debileri ve duumlşuumlk basınccedil sınıfına sahip sistemler iccedilin uygun fanlardır Şekil 15
rsquode oklar akış youmlnuumlnuuml (simetri eksenine paralel) goumlstermektedir
22
Şekil 15 Akışın Simetri Ekseninde Hareket Etmesi
2622 Karışık Akışlı (Radyal-Eksenel) Fanlar
Havanın kanatlar uumlzerinden emmesine goumlre yaklaşık 45deg accedilı yaparak hareket ettiği
fanlardır Radyal fanlara goumlre hava debisi daha yuumlksektir
Eksenel fanlardan daha yuumlksek basınca dayanabilir
Fan eğrisi uumlzerinde kararsız boumllge yoktur
Karşı basıncın duumlşuumlk olduğu boumllgelerde motor aşırı akım ccedilekmez
Eksenel ve radyal fanlara goumlre verimleri duumlşuumlktuumlr (URL6)
Şekil 16 Karışık Akışlı Fan Uygulamaları
23
2623 Radyal (Santrifuumlj) Fanlar
Havanın fan ccedilarkını emmesine goumlre 90deg accedilı yaparak kanatlara teğet olarak terk ettiği
fanlardır
Radyal fanların avantajları aşağıdaki gibidir
Geniş bir uygulama aralığına sahiptir
Yuumlksek sıcaklık ve aşındırıcı ortam uygulamalarında kulanılır
Değişken akış direncine sahip yerlerde daha verimli ve daha sessiz ccedilalışma
olanakları vardır
Yapısal kararlılıkları yuumlksektir (URL6)
Radyal Duumlz Kanatlı Fanlar
Genellikle kendi kendini temizleme malzeme taşıma ve parccedilacık ve yağ yuumlkluuml havanın
uygun halde taşınması gibi durumlarda kullanılırlar ve bunun iccedilin duumlz kanatları vardır
Ccedilarkları basit bir yapıya sahiptir ve nispeten dar kanatları vardır
Elektrik motorlarında genellikle ccedilift youmlnluuml ccedilalışmaya uygun olması iccedilin radyal duumlz
kanat tipli bu fanlar seccedililiyor
Şekil 17 Radyal Duumlz Kanatlı Fanlara Oumlrnekler
24
BOumlLUumlM 3 BULGULAR VE TARTIŞMA
31 SONLU ELEMANLAR YOumlNTEMİ
Sonlu elemanlar youmlntemi muumlhendislik problemlerine kabul edilebilir yaklaşımlarla
ccediloumlzuumlm arayan sayısal youmlntemdir (Moavani 2015) Sonlu elemanlar youmlntemi diğer bir
ifade şekliyle fiziksel şeklin matematiksel ifadesidir Bu kurduğumuz siste sınırlara
ayırılabilen ve malzeme şartlarına uygun olan bir sistem olmalıdır
Sonlu eleman youmlntemindeki basamaklar
Yaklaşık Ccediloumlzuumlm Youmlntemi
Geometrik Şekil
Nod
Eleman
Mesh
Ayrıklaştırma
Şekil 18 Sonlu Eleman Modeli
Eleman
Nod
(Duumlğuumlm
noktaları)
25
Sonlu elemanlar youmlntemi matematik ve fizik biliminin buumltuumln alanlarında kullanılır
Gerilme Analizi
Akışkanlar Mekaniği
Isı İletimi
Dalga Yayılımı
Darbe Analizi
Aerodinamik vb alanlardır
Sonlu elemanlar youmlntemini kullanırken oumlncelikle şu soruların cevaplarını bulmalıyız
Dizayn amacımız nedir
Bu sistemi modellemek iccedilin gerekli olan bilgiler nelerdir
Bu dizayn iccedilin hangi kriterler gerekir
311 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Pozitif Youmlnleri
Geometrisi karışık cisimlerin incelenmesini kolaylaştırır Geometri basit kısımlara
ayrılıp burada ayrı veya daha hassas işlemler yapılabilir
Parccedilanın geometrisini değiştirmeye gerek kalmaz
Youmlntemde hem fiziksel hem matematiksel temeli vardır
Sonlu elemanlar youmlntemi iccedilin ccedilok farklı programlar bulunmaktadır (Ansys Marc
Nastran ) (Moavani 2015)
312 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Negatif Youmlnleri
Elde edilen sonuccedilların doğruluğu hangi sonlu youmlnteminin kullanıldığına bağlıdır
Ccedilıkacak durum oumlnceden tespit edilmeli ve ona goumlre bir ccediloumlzuumlm youmlntemi
kullanılmalıdır Bu yuumlzden oumlnceden iyi tesipt edilemezse doğru değer bulunamaz
ve doğru ccediloumlzuumlm iccedilin zaman kaybı olabilir
Doğru ccediloumlzuumlm iccedilin elemanın ayrıştırılması (mesh) atanması gerekir
Bu meshin iyi atılması gerekir yoksa ccediloumlzuumlmuumln yakınsamaları değişebilir
(Moavani 2015)
26
32 ANSYS PROGRAMI
ANSYS genel amaccedillı kullanılan sonlu elemanlar programıdır Ansys yazılımı
mukavemet titreşim akışkanlar mekaniği ısı transferi ve elektromanyetik alanlarının
birbiri ile olan interaksiyonunu simule eden yazılımdır
Boumlylelikle ANSYS uumlruumlnlerin prototipleri uumlretilmeden sanal ortamda test edilmelerine
olanak sağlar Ayrıca sanal ortamdaki 3 boyutlu simulasyonlar neticesinde yapıların
zayıf noktalarının tespiti ve iyileştirilmesi ile oumlmuumlr hesaplarının gerccedilekleştirilmesi ve
muhtemel problemlerin oumlngoumlruumllmesi muumlmkuumln olmaktadır
ANSYS yazılımı sadece ihtiyaccedil duyulan oumlzelliklerin alınmasına fırsat vererek ilave
edilebilen CAD ve FEA bağlantı modulleri ile masa uumlstuumlnde kullanılan diğer
muumlhendislik yazılımları ile entegre bir şekilde ccedilalışabilmektedir
ANSYS yazılımı hem dışarıdan CAD datalarını alabilmekte hem de iccedilindeki
preprocessing imkacircnları ile geometri oluşturulmasına izin vermektedir Yine aynı
preprocessr iccedilinde hesaplama iccedilin gerekli olan sonlu elemanlar modeli yani mesh de
oluşturulmaktadır Yuumlklerin tanımlanmasından sonra ve gerccedilekleştirilen analiz
neticesinde sonuccedillar sayısal ve grafiksel olarak elde edilebilir
ANSYS yazılımı ile oumlzellikle contact algoritmalarının ccedileşitliliği zamana bağımlı
yuumlkleme oumlzellikleri ve nonlinear malzeme modelleri sayesinde yuumlksek muumlhendislik
seviyedeki analizleri hızlı guumlvenilir ve pratik bir şekilde gerccedilekleştirilebilmektedir
ANSYS Workbench parametrik CAD sistemlerini eşsiz bir otomasyon ve performans
ile simulasyon teknolojilerini entegre eden bir platformdur ANSYS Workbenchrsquoin
guumlcuuml yılların bilgi birikimi ile arkasında duran ANSYS ccediloumlzuumlcuuml algoritmalarından gelir
Ayrıca ANSYS Workbenchrsquoin amacı sanal ortamda uumlruumlnuumln verifikasyonunu ve
iyileştirmesini sağlamaktır
Oumlzellikle PC ile uyumluluğun uumlst seviyede olabilmesi iccedilin yazılmış olan ANSYS
Workbench sadece bir arayuumlzden ileri bir ccedilalışma ortamındır ve ANSYS Workbench
ile herhangi bir ANSYS lisansına sahip herkes ccedilalışabilir Aynı alışılagelmiş ANSYS
arabiriminde olduğu gibi ANSYS Workbenchrsquode de kapasiteler sahip olunan lisansın
doğrultusunda sınırlıdır (URL9)
27
ANSYS programının bu oumlzelliklerinden dolayı programı kullanmaya karar verdik
Ansys programının oumlncellikle akışkan mekaniği ve dinamiğinde kullanılan iki ayrı
boumlluumlmuuml bulunmaktadır Bu boumlluumlmler Fluent ve CFX boumlluumlmleridir Bizim
kullandığımız boumlluumlm ise ANSYS CFX boumlluumlmuumlduumlr
33 MEVCUT FAN UumlZERİNDE YAPILAN ANALİZLER
ANSY projesinde oumlncelikle CFX kısmını kullanıldı Ccediluumlnkuuml ANSYS programında
CFX ve Fluent programı hesaplamalı akışkanlar dinamiği iccedilin kullanılmaktadır Ancak
ANSYS CFX turbo makinalar iccedilin kullanıldığından oumlnceden de goumlsterildiği gibi bir
nod alırken huumlcrelerin orta noktalarından nod hesabı yaptığı iccedilin verdiği değerler fan
analizi iccedilin daha iyi bir yakınsama goumlsterir Bu sebeple ANSYS CFX kısmı kullanıldı
İlk olarak mevcut fan uumlzerinde ccedileşitli incelemeler yapıldı
Mevcut fan uumlzerinde 10 kanat var iken suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilok fazla olduğu saptandı
Bunun uumlzerine motorun akışını kolaylaştırma yoluna gidildi
Havayı oluklara daha iyi aktarabilecek kısım fanın kanat boyu olduğu iccedilin fanın
kanatlarının uzunluğunda değişiklik yapılmasına karar verildi
Fandan ccedilekilen debi miktarı ve tork değerlerini tam alabilmek ve mevcut fanın
verimini oumllccedilebilmek iccedilin oumlncelikle esas oumllccediluumllerine goumlre ccedilizilen fan ANSYS
programına aktarıldı File gt Import gt Design Moduler şeklinde SolidWorksrsquo ten
ANSYS programına aktarıldı
Şekil 19 SolidWorksrsquo ten İmport Etmek
28
Fanın ccedilevresinde akış hacmi oluşturmak iccedilin katı modelin ccedilevresindeki hava
modellenir
331 Geometri
Oluşturulan akış hacminde havanın giriş ve ccedilıkış kısımları İnlet-Outlet şeklinde
belirtilir
Analys tools komutlarından xy duumlzleminde halka oluşturulur
Burada modeling kısmı 3 boyutlu işlem yapacağı zaman seccedililen kısımdır
Aşağıdaki şekilde de goumlruumlleceği uumlzere
Şekil 20 Akış Alanı Belirleme
Burada exturude komutuyla birlikte oluşturulacak akış hacminin kaccedil mm
uzatılacağı belirtilir Hepsini bir buumltuumln haline getirmemek iccedilin lsquovar olanla
birleştirilsin mirsquo sorusuna hayır denilir
Daha sonra ccedilevresine yayılan boşluk iccedilin Outlet tanımlaması yapılır
Bu işlemleri gerccedilekleştirdikten sonra kesit gerekir İlk oumlnce plane (duumlzlem)
belirlenir Bunun iccedilin hangi duumlzlemi seccedililecek ise (oumlrneğin xy) onu seccedilip plane
tıklanır Plane boumllgesinden ne kadar uzakta olacağı belirlenir Biz de değer 34 mmrsquo
dir Ccediluumlnkuuml kanatların boyu 31 mm olduğundan mesh atamada sorun ccedilıkmaması
29
iccedilin 34 mm uzaklıkta bir plane atanır Bu Planersquoi slice komutuyla keserek 3 farklı
boumllge oluşturulmuş olur
Akışkan hacmini oluşturmak iccedilin dolu olan kısımlar belirlenip ona goumlre hareket
edilir Bunun iccedilinde milin iccedilini dolu kabul edilir
Akışkan hacmi iccedilin yapılan bir diğer işlem ise oluşturulan hacimden fanın hacmini
booelangt substrack komutları ile akışkan hacminin bulunmasıdır
Mevcut fanın uumlzerine sağ tıklanarak ve suppress body komutu seccedililir Boumlylelikle
fanı gizleyerek sadece akışkan hacmi goumlruumlluumlr
Daha sonra oluşan parccedilaların arasında boşluk olmaması iccedilin ve bağlantı sağlamak
iccedilin part kısımlarını seccedililerek sağ tıklanır from new part seccedililir
Şekil 21 Slice Komutu ile Boumllgelere Ayırma
30
Şekil 22 Parccedilalar Arası Bağlantının Sağlandığı FromNew Part Boumlluumlmuuml
Mesh kısmını suumlruumlkleyip project schematic boumlluumlme bırakılır Bu boumlluumlmde geometri
onaylanır ve en altta bulunan meshrsquoe tıklanır
332 Sayısal Ağ Oluşturma (Mesh)
Şekil 23 Mesh oluşturma
31
Şekil 24 Mesh Geometrisi
Sonlu sayıda hacimle ccedilalışıldığından sonlu sayıda hacime boumllmek gerekir Sonlu
sayıda hacime boumlluumlnen kısımlar farklı farklı olabilir
Bu huumlcreler kapsadığı alanın oumlzelliklerini yansıtır Bunların ccedilevresindeki nodlar
bunların ortalaması ile belli bir oumlzelliğe sahip olmuş olur
Bu huumlcrelerin arttırılması yani ayrıştırmaların ccediloğaltılması ne kadar fazla olursa o
kadar yakınsama olur ve ccediloumlzuumlm iyileşir
Ancak sayısal ağ ccedilok fazla attırıldığında ccediloumlzuumlm suumlresi ccedilok fazla artacağından
ekonomik değildir
Bu sebepten dolayı mesh ( ayrıştırma) atarken akışkanın en fazla değişim
goumlstereceği kısımlarda daha fazla sayısal ağ oluşturulur Boumlylelikle daha iyi bir
yakınsama elde edilir Akışkanın değişim goumlstereceği yerler genellikle yuumlzeylerle
temas edilen kısımlardır Mevcut fanın analizin de orta kısımlarda pek fazla
değişiklik olmaz Bu nedenle sınırlara yakın kısımlara daha fazla ağ oluşturulur
Detail of Mesh kısmından hangi kısımlarda ne kadar buumlyuumlkluumlkte mesh
atılabileceğine bakılır
32
Detail of Mesh kısmından Phsics preference kısmı seccedililerek CFDrsquoi seccedililir Solver
Preference kısmından ise CFXrsquoi seccedilip devam edilir
Analiz yaparken belirlenmesi gereken kısımlar vardır Bunun iccedilin diğer kısımlar
seccedililerek hide body seccedililerek kapatılır ve select all body seccedililerek kanatlara isim
verilir
Şekil 25 Mesh İsimlendirme
Akışkanın girişine inlet ccedilıkışına outlet denilir
Mesh atımında minimum yakalayacağı huumlcreler ile maksimum yakalayacağı
huumlcrelerin milimetre hesabı oumlnemlidir Bu yuumlzden kanadın kalınlığı 25 mm olduğu
iccedilin 2 mmrsquo den az olan huumlcre belirlenir Maksimum 15 mmrsquo den buumlyuumlk huumlcreler
olması duumlşuumlnuumllerek analizin yakınsaması sağlandı
Meshrsquoi tıklayıp oradan insert size kısmın da bulunan isimlerde kanatlar seccedililir
Kanatlara maksimum 3 mm buumlyuumlkluumlk seccedililir Devamında ise kanatları hide face
komutuyla gizlenir ve geriye kalan kısımlar iccedilin sizing iccedilin yine 3 mm verilir
Daha sonra kanat ve ccedilevresine ccedilizilen akış hacmi seccedililerek tekrar size kısmından
buumltuumlnuumlne 8 mm verilir Bu kısım iccedilin mesh atanır Yuumlzeyler seccedililerek Preview
Surface Mesh on Selected Bodies denilir ve mesh işlemi tamamlanmış olur
33
Şekil 26 Meshrsquo in Goumlsterimi
Ancak mesh işleminde silindirik yuumlzeylerde sweep komutuyla daha kolay mesh
atılabileceği iccedilin istenen yuumlzey iccedilin sağ tıklayıp İnsertgt Method gtSweep Number
Divs komutlarından kaccedil sıra mesh atılacağı belirlenir 20 sıra vererek mesh atıldı
Suumlpuumlrme işlemi ile mesh atarken hangi yuumlzeyi kaynak olarak alınacağı da
boumlylelikle belirlenmiş olur
Mesh sayfasını kapatıp daha sonrasında workbench kısmında meshin uumlzerine cfx
kısmını bırakılır
Mesh setupgt solutiongt results dan sonuccedillar elde edilir
Daha sonra geometry design da motorun kapağına uygun bir sınır belirlenerek
analiz yapılır
Geometriyi duumlzenlenerek CFXrsquo e aktarılır
Daha oumlncesinde de bahsedildiği uumlzere ANSYS de CFX kullanıldı CFX
kullanılmasının bir diğer sebebi de CFXrsquo in fan konusunda ANSYSlsquo in mesh
kısmından daha bağımsız ve daha hassas olmasıdır
Yapılan isimlendirmeler tekrar kontrol edilir Her farklı işlev iccedilin farklı
isimlendirme yapmak ccedilok oumlnemlidir boumlylece havanın nereden girip ne şekilde
ccedilıkacağını isimlendirmelerden goumlruumllebilir Ve bu isimlendirmeler iccedilin ayrı ayrı kod
yazılır
34
333 Sınır Şartları
Şekil 27 Sınır Şartlarının Belirlenmiş Hali
ANSYS setup kısmında Insert gt Solver gt Output Control komutları seccedililerek code
yazılır MassFlow ()inlet gt Torque_z()kanatlar olarak giriş kısmının kuumltlesel
debisi iccedilin komut yazılır
Ayrıca Insert gt Material kısmından sıcaklığı 25reg basıncı 1 atm entalpi değerini 0
olarak şartları belirlenir
Malzemenin kapak kısmı ccedilelik olarak belirlenir
Solver Control kısmından high resuluiton seccedililerek ccediloumlzuumlmuumln kalitesi arttırılır
Solver Control kısmından Residual Target artık tipini RMS olarak ve onun
yakınsama sınırı 10-5 belirlenir Rms elemanların karelerinin koumlkuumlnuuml alarak
ortalamasını alan youmlntemdir
Yine Solver Control kısmından minimum iterasyonu 1 maksimum İterasyonu ise
500 verilir
İnlet kısmı belirlenirken Boundary Type ( sınır şartları) opening olarak seccedililir
Opening verilmesindeki amaccedil akışkanların iccedileriden girip dışarıya ccedilıkışlarının
sağlanmasıdır Aksi halde ccediloumlzuumlmuumln yakınsamasın da sorunlar oluşabilir Opening
şartında ayrıca akışkan daha ccedilabuk toparlanır ve analiz daha kolaylaşır
Flow Direction komutunda normal sınır şartları belirlenir
Suumlreklilik şartı olarak da Fluid Mass Fluxrsquou seccedililir Bunun yanında sınır kontuumlruuml
iccedilin bağıl basınccedil ayarlarını seccedililir Aynı şekilde outlet iccedilin de aynı ayarlar yapılır
35
Domaine basılıp kapak kısımları ve motor kısımları seccedililir Bu dış kısımları duvar
olarak belirlenir ve duvar hareket edemeyeceğinden No Slip Wall seccedileneği olarak
belirtilir Duvarları suumlrtuumlnmesiz olduğu varsayılıyor
Fan ve kanatlar kısmında Boundry Type olarak Wall olarak belirleyip Frame type
gt rotating (doumlnuumlyor) belirtilir
Ccediloumlzuumlm metodu olarak RNG k-euro modeli kullanılır
Şekil 28 Setup Koşulların Belirlenmesi
334 Ccediloumlzuumlm - Sonuccedillar
Setup kısmını kapatılarak solution ekranı ccedilift tıklanarak ccedilıkan ekran da RUN seccedililerek
ccediloumlzme işlemi başlatılmış olur
Ccediloumlzme işlemi bittiğinde results kısmından sonuccedillar goumlruumlntuumllenebilir
36
Şekil 29 Akışın Youmlnelişi
Şekil 30 Debi Sonucu
37
34 YENİ FAN TASARIMI
341 Fan Tasarımı İccedilin Kabuller
Havanın sıkıştırılamaz olduğunu kabul edildi Havanın sıkıştırılmaz olduğu
varsayılarak yoğunluğu değişmez ve 12 kgm3 olarak kabul edilir
Ccediloumlzuumlmde suumlrtuumlnmeler ve ısı kayıpları ihmal edilir Ccediluumlnkuuml bu değerlerin
hesaplanması ccedilok uzun suumlreceği iccedilin ccediloumlzuumlm youmlntemi iccedilin ekonomik olmaz
Gerccedilekle arasında ccedilok buumlyuumlk bir fark olmayacağı varsayılmıştır
Verimi arttırmak iccedilin orijinal fanın analizinden elde edilen tork değeri duumlşuumlk
tutulmaya ccedilalışılmıştır
Motorun tek bir youmlne doumlneceği duumlşuumlnuumllmuumlştuumlr
342 Fan Tasarım Parametreleri
Bir fan tasarımında belli başlı kriterleri ele alabilmek iccedilin mevcut fan uumlzerinden
değerler bulundu
Tablo 7 Mevcut Fanın Oumlzellikleri
Devir Sayısı ( ddk) r hub (mm) rtip (mm)
1498 25 77
Radyal hız hesaplandığında w= 15687 radsn bulunmuştur r hub diye isimlendirilen
kısım fanın giriş accedilısı iccedilin gerekli olan kanadın başlangıcı ile milin merkezi arasındaki
uzaklıktır r tip ise fan kanadının bitiş noktası ile mil merkezi arasındaki uzaklığın
yarıccedilap cinsinden ifadesi olmaktadır
38
Fan kanat tasarımında oumlnemli olan w (accedilısal hız)hızının kanatlara ne kadar dik
gelebildiğidir Bu kanat hacmine ne kadar iyi bir şekilde gelirse akışkan o denli iyi
akabilir ve kanat profili oluşur
U_hub= w (radsn) x r hub
U_tip = w x r tip
Beta = arctan(vu)
A_inlet= (r tip 1000)sup2π ndash r hub 1000)sup2π
Verim= (Q x P) (TxW)
V (akışın mutlak hızı)= Debi Alan
Tablo 8 Sonuccedil olarak elde edilen değerler
r_h (mm) 25 r_t (mm) 77 r_h (mm) 50 r_t (mm) 80
U_h (ms) 3927 U_t (ms) 1209516 U_h (ms) 7854 U_t (ms) 125664
A_in (m^2) 0016663 A_out (m^2)0012252
V_in (ms) 2350516 V_out 3196702
beta_h 5909726 beta_t 7900249 beta_h 678529 beta_t 7572755
giriş ccedilıkış
Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları
Bu değerlere goumlre BladeGende yeni bir kanat profili oluşturulur
r tip
r hub
Şekil 31 Fan Kanatlarının Accedilısı
39
Şekil 32 BladeGen Kanat Profili
Oluşturduğumuz bu geometriye daha oumlnceki boumlluumlmde bahsedilen fana yapılan adımlar
uygulandı (Yeni oluşturulan fanın geometrik deseni ektedir)
40
3421 Geometri
Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi
3422 Sayısal Ağ Oluşturma
Şekil 34 Yeni Fan Tasarımının Sayısal Ağ Oluşturulması
41
3423 Ccediloumlzuumlm
Şekil 35 Tasarımı Yapılan Fanın Verimi
Accumulated Time Step sayısı iterasyonu goumlstermektedir Daha fazla yakınsama iccedilin
daha fazla koşturulabilir
42
Şekil 36 Tasarımı Yapılan Fanın Torku
43
3423 Sonuccedillar
Şekil 37 Akışın Youmlnelişi
Bu kısımda verimi arttırabilmek iccedilin tork azaltılmaya ccedilalışıldı Boumlylece kanatlara
harcanan toplam guumlccedil azaltılarak iyileştirmeler yapıldı
44
Kanadın iş yapan kısmını arttırarak orijinal fanda kanadın suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilapı
154 mm iken yeni fan da 160 mmrsquoye ccedilıkarıldı
Kanatlar daha eğimli ama daha eksenel bir forma getirildi
Bu motorda toplam guumlccedil iccedilin 60 watt olduğunda yaklaşık 6 wattrsquo lık guumlccedil fan iccedilin
harcanıyordu Fanın verimliliği ccedilok oumlnemli olduğu iccedilin debiyi sabit tutulmaya
torku da duumlşuumlruumllmeye ccedilalışıldı
Tablo 9 ANSYSrsquo de Elde Edilen Deneyler
tork(Nm) w(radsn) m(kgs)
Orijinal Fan 00393645 15687 0048168
Yeni Fan 00043869 15687 0032261
Goumlruumllduumlğuuml gibi tork buumlyuumlk oranda duumlşmuumlş ancak onunla birlikte debi de biraz
duumlşmuumlştuumlr
343 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanması
Motorun arka ve oumln kısımlarına sırt sırta fan bağlayarak havanın akışını hızlandırma
ve soğutmayı arttırma işlemi amaccedillandı Gerccedilek boyutlarda uygulamadan oumlnce fanı
motor şeklini verilen kısım da tek başına analiz yapıldı Verimli bir sonuccedil alabilmek
iccedilin ikili fan deneyi yapıldı
3431 Geometri
Şekil 38 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Geometrisi
45
3432 Sayısal Ağ Oluşturma
Şekil 39 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Sayısal Ağ
Oluşturulması
Yapılan analiz de goumlzlemlenen sonuccedillar şunlardır
Bir motorun etrafında sınırlayıcı bir alan olmadığı iccedilin sınır şartları olarak setup
kısmında yine havayı 1 atm basınccedil olarak alınır Eğer sınırlayıcı bir alan olsaydı
oluklardan hava akışı doğrudan motorun arka kısmına gelecekti Ccedilıkış noktasına ise
kapak yerleştirildi giriş noktasında atmosfer ccedilıkışı ise kapak olarak sınırlandı
3433 Kod Ccediloumlzuumlmuuml
Debi ndash 000064 mᵌ sn olarak ccedilıktı Motorun hava ccedilıkış kısmına fan bağlamanın verimli
olmadığı sonucuna varıldı Oumlnceden oluşturulan oluklardaki 1cmrsquolik aralıklarla
havanın geniş bir alana gitmesi ccedilok zordur Ve bu akışı goumlnderebilmek iccedilin fazladan
basınccedil uygulanması gerekir Bu sebepler debinin duumlşmesine sebep olmuştur
46
Şekil 40 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Ccediloumlzuumlmuuml
47
BOumlLUumlM 4 SONUCcedilLAR
Verim= (Alınan Guumlccedil Verilen Guumlccedil)= (∆P x Q) (T x ὠ)
A_inlet = (r_tip)2 1000 - (r_hub)21000
A_outlet =( U_h1000)2 - (U-t1000)2
U= ὠ x r
Fan hesaplarıdan debi değeri ve tork değeri duumlşmuumlştuumlr Aşağıda yeni fanımızın verimi
yukarıdaki formuumlllere goumlre excelde hesaplanmıştır
tork(Nm) w(radsn) ṁ(kgm^3) verim deltap (Pa)
Orijinal Fan 00393645 15687 00391 60152783 95
Yeni Fan 00043869 15687 0039167 54068744
Tabloda da goumlruumllduumlğuuml uumlzere eski fanın oumlzelliklerine bakılarak hız uumlccedilgeni youmlntemiyle
oluşturulan yeni fan 540 verimli ccedilıkmıştır
Motorun oumln kısmın koyduğumuz fanda ise dar oluklardan buumlyuumlk bir hacime giriş
yaptığı iccedilin tek youmlnluuml analizde kuumltlesel debi negatif değerde ccedilıkmıştır
(Kuumltlesel debi) ṁ=ƍ( oumlzkuumltle) x A(alan) x V( akışkan hızı)=kgsn ndash Formuluumlnden
dolayı verimin hesaplanmasına gerek yoktur
48
BOumlLUumlM 5 EKLER
EK1- MEVCUT FAN
EK2- YENİ FAN
49
KAYNAKCcedilA
Baykal R 2011 Asenkron Motorlar Uumlzerine Enerjiİ Verimliliği Uygulanması
Yayın Tarihi 15032011
Ccedilalışkan M 2014 Eksenel Akışlı Fan Tasarımı Yuumlksek Lisans İstanbul Teknik
Uumlniversitesi TUumlRKİYE
Moavani S 2015 Sonlu Elemanlar Analizi Teorisi ve Ansys ile Uygulamalar
İstanbul
Onaygil S 2006 Enerji Verimliliği Kanunun Tanıtımı Yuumlksek Lisans
URL1 lthttpdeneysancomContentimagesdocumentshavalandirma-
4_39143832pdfgt Erişim Tarihi 12032016
URL2 lt httpwwweiegovtrgt Erişim Tarihi 20042016
URL3 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi
12052016
URL4 ltwwwtuumlikgovtrgt Erişim Tarihi 14052016
URL5 ltwwwemoorgtrekler364734147179187_ekpdfgt Erişim Tarihi 16052016
URL6 ltwwwinverter-plcnetmotoryıldız_uumlccedilgen_bağlantıhtmlgt Erişim Tarihi
18052016
URL7 ltwwweiegovtreie-webturkceenMotor_Verimliligi_Brosurupdfgt Erişim
Tarihi 20052016
URL8 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi
07062016
URL9 ltwwwfigescomtransysansys-nedirphpgt Erişim Tarihi 09062016
50
OumlZGECcedilMİŞLER
Elif CcedilİCcedilEK
Eyluumll 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Duumlzce Anadolu İmamhatip Lisesinde
tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi İlahiyat Fakuumlltesirsquoni kazandı 2012 yılında
Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine
başladı Halen eğitimine devam etmektedir
İletişim
apsuvaelifhotmailcom
Nesrin ALTUNBOĞA
Ağustos 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Haydarpaşa Teknik Okulları Raylı
Sistemler Teknolojileri Boumlluumlmuumlnuuml tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi
Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Boumlluumlmuumlnuuml kazandı Halen eğitimine
devam etmektedir
İletişim
naltunbogagmailcom
Rumeysa ALGUumlL
Ekim 1992rsquo de Konyarsquoda doğdu Lise oumlğrenimini Lafarge Aslan Ccedilimento Anadolu
Teknik Lisesirsquonde 2010 yılında tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi Teknoloji
Fakuumlltesi Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliğini kazandı 2013 yılında Teknoloji
Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine başladı Halen eğitimine devam
etmektedir
İletişim
rumeysaalgulgmailcom
51
52
v
OumlZET
Guumlnuumlmuumlzde enerji kullanımının artması ile enerji kaynaklarının hızla tuumlkenmekte
olduğu goumlruumllmektedir Enerji maliyetlerinin de oumlnemli şekilde artması mevcut
kaynakların optimum bir şekilde kullanılması gerekliliğini vurgulamaktadır 2007
yılında uumllkemizde ldquoEnerji Verimliliği Kanunurdquo yuumlruumlrluumlğe girmiş 20082 sayılı
Başbakanlık Genelgesirsquoyle kamu oumlzel ve sivil toplum kuruluşlarının katılımıyla ldquo
Ulusal Enerji Verimliliği Hareketirdquo başlatılmış ve 2008 yılı ldquo Enerji Verimliliği Yılırdquo
olarak ilan edilmiştir
Elektrik motorlarının duumlnyadaki kullanımına bakıldığında binalarda kullanılan
elektriğin 36rsquosı enduumlstri ve altyapıda ise 70rsquoi elektrik motorları tarafından
tuumlketilmektedir Asenkron motorlar enduumlstride yaygın olarak kullanılmaktadır
Asenkron elektrik motorları ise uumllkemizin toplam elektrik tuumlketiminin yaklaşık
36rsquosını oluşturmaktadır Hatta sanayide sektoumlrel bazda bu oran 80rsquolere kadar
ccedilıkmaktadır Bu sebeple elektrik motorlarında verimi arttırıcı oumlnlemler uumllkemizin
elektrik tuumlketimi konusundaki tasarruf planlarına buumlyuumlk katkı sağlayacaktır
Bu ccedilalışmada mevcut durumun değerlendirilmesi iccedilin sonlu elemanlar metodu (FEA)
ile CFX ortamında analizler yapılmıştır Elde edilen veriler sayesinde hız uumlccedilgeninden
yararlanarak yeni bir fan tasarlanmıştır Teorik hesaplama ile elde edilen fanın verim
uumlzerindeki etkisi bilgisayar ortamında yapılan analizle incelenmiştir Ccedilalışmamızın ilk
boumlluumlmuumlnde ccedilalışma konumuzun tanımı ve amacı hakkında bilgi verilmiştir İkinci
boumlluumlmde asenkron motorlar hakkında bilgi verilmiştir Fan tasarımı hakkında bilgiler
verilmiştir Uumlccediluumlncuuml boumlluumlmde ise yapılan deneyler sonrası elde edilen sonuccedillar ve bu
sonuccedillara ait grafikler sunulmuştur Son boumlluumlmde ise deney sonuccedillarının
yorumlanmasına yer verilmiştir
vi
SEMBOLLER LİSTESİ
Ainlet Girişin Alanı
AOut Ccedilıkışın Alanı
n1 n2 Senkron Doumlnme Hızı Rotorun Doumlnme Hızı
f Frekans
I Akım
n Motorun Devir Sayısı
ƞ Verim
p Kutup Sayısı
Q Debi
R Direnccedil
rhub Fan Kanadının Başlangıcı ile Mil Arasındaki Uzunluk
rpm Dakikada doumlnme sayısı
rtip Fan Kanadının Bitiş Noktası İle Mil Arasındaki Uzunluk
sn Saniye
U Gerilim
Uhub Hub Hızı
Utip Tip Hızı
V Akışın Mutlak Hızı
W Accedilısal Hız
β Kanat Accedilısı
ρ Yoğunluk
vii
KISALTMALAR LİSTESİ
AB Avrupa Birliği
AC Alternatif Akım
ANSYS Simulation Driven Product Development
BSTB Bilim Sanayi ve Teknoloji Bakanlığı
CAD Bilgisayar Destekli Tasarım
CENELEC Avrupa Elektrik Makinaları ve Guumlccedil Elektroniği İmalatları Komitesi
CFD Computational Fluid Dynamics
CFX Congregation Fratrorum Xaverianorum
DC Doğru Akım
FEA Sonlu Elemanlar Analizi
IE1 Standart Verimli
IE2 Yuumlksek Verimli
IE3 Ccedilok Yuumlksek Verimli
IE4 Suumlper Yuumlksek Ccedilok Verimli
IEC Uluslararası Elektronik Komisyonu
PN Ccedilıkış Guumlcuuml
TSE Tuumlrk Standartları Enstituumlsuuml
TUumlİK Tuumlrkiye İstatistik Kurumu
V Volt
viii
ŞEKİLLER LİSTESİ
Şekil 1 Elektrik Motorlarının Sınıflandırılması 2
Şekil 2 Sanayide Kullanılan Elektrik Motorlarının Kullanım Yerleri 5
Şekil 3 Talep Tarafında Elektrik Kullanımı 6
Şekil 4 TS-EN 60034-30-1 Standardına Goumlre Verimlilik Sınıfları 7
Şekil 5 Motor Verimini Etkileyen Faktoumlrler 9
Şekil 6 Kuumlccediluumlk Guumlccedilluuml Uumlccedil fazlı Sincap Kafesli Asenkron Motorun Kesiti 11
Şekil 7 Stator Saccedil Paketini Oluşturulmuş Farklı Tipte Statorlar 12
Şekil 8 Rotor Saccedil Paketini Oluşturan Değişik Rotor Saccedilları 13
Şekil 9 Uumlccedil Faz bobininin 6 Oluklu Statora Yerleştirilişi 14
Şekil 10 Standart Asenkron Motorların Anma Kayması ve Verimi 16
Şekil 11 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru 17
Şekil 12 Motora yıldız-uumlccedilgen yol verme 20
Şekil 13 Stator Sargı Uccedillarının Uumlccedilgen (D) Ve Yıldızı (Y) Bağlanması 20
Şekil 14 Asenkron Motora Yol Verme 20
Şekil 15 Akışın Simetri Ekseninde Hareket Etmesi 22
Şekil 16 Karışık Akışlı Fan Uygulamaları 22
Şekil 17 Radyal Duumlz Kanatlı Fanlara Oumlrnekler 23
Şekil 18 Sonlu Eleman Modeli 24
Şekil 19 SolidWorksrsquo ten İmport Etmek 27
Şekil 20 Akış Alanı Belirleme 28
Şekil 21 Slice Komutu ile Boumllgelere Ayırma 29
Şekil 22 Parccedilalar Arası Bağlantının Sağlandığı FromNew Part Boumlluumlmuuml 30
Şekil 23 Mesh oluşturma 30
Şekil 24 Mesh Geometrisi 31
Şekil 25 Mesh İsimlendirme 32
Şekil 26 Meshrsquo in Goumlsterimi 33
Şekil 27 Sınır Şartlarının Belirlenmiş Hali 34
Şekil 28 Setup Koşulların Belirlenmesi 35
Şekil 29 Akışın Youmlnelişi 36
Şekil 30 Debi Sonucu 36
Şekil 31 Fan Kanatlarının Accedilısı 38
Şekil 32 BladeGen Kanat Profili 39
ix
Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi 40
Şekil 34 Yeni Fan Tasarımının Sayısal Ağ Oluşturulması 40
Şekil 35 Tasarımı Yapılan Fanın Verimi 41
Şekil 36 Tasarımı Yapılan Fanın Torku 42
Şekil 37 Akışın Youmlnelişi 43
Şekil 38 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Geometrisi 44
Şekil 39 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Sayısal Ağ
Oluşturulması 45
Şekil 40 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Ccediloumlzuumlmuuml 46
x
TABLO LİSTESİ
Tablo 1 Tuumlrkiyersquode Elektrik Motorlarının Sektoumlrlere Goumlre Tuumlketimi 3
Tablo 2 Elektrik Motorlarının Tuumlrlerine Goumlre Pazar Dağılımları 4
Tablo 3 IE4 ile IE1 arasındaki ortalama verim farkı 4
Tablo 4 Başlıca Uumllkelerin Verimlilik Sınıfı Uygulama Tarihleri 8
Tablo 5 Tuumlrkiyersquo de Zorunlu Uygulamaya Geccediliş Suumlreci 8
Tablo 6 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru 15
Tablo 7 Mevcut Fanın Oumlzellikleri 37
Tablo 8 Sonuccedil olarak elde edilen değerler 38
Tablo 9 ANSYSrsquo de Elde Edilen Deneyler 44
1
BOumlLUumlM 1 GİRİŞ
Fan en temel anlamıyla bir basınccedil farkı oluşturarak havanın bir yerden başka yere
akışını sağlayan cihazlardır Fanlar ticari ve enduumlstri hayattın da birccedilok uygulamalarda
kullanılmaktadır Farklı boyutlarda farklı modeldeki fanlar (eksenel radyal vb)
soğutucular bilgisayarlar yıkayıcılar kurutucular ve klimalar gibi ccedileşitli sistemlerde
hava sirkuumllasyonunu sağlamak amacıyla kullanılmaktadır Yaygın olarak iki farklı
ccedileşidi kullanılmaktadır Bunlar eksenel ve radyal fanlardır Radyal akışlı fanlar
akışkanı doumlnme eksenine dik şekilde atarlarken eksenel akışlı fanlar ise doumlnme
eksenine paralel akış oluşturmaktadırlar (Ccedilalışkan 2014) Ccedilalıştıkları koşulda basınccedil
farkı oluşturmaktadırlar Fanların tahrik sistemlerinde genellikle elektrik motorları
kullanılmaktadır Fanlar sanayide ve ticari binalarda oumlnemli oranda elektrik tuumlketen
cihazlardır Halen Tuumlrkiyersquode sanayide eski teknoloji uumlruumlnuuml ve verimleri yuumlksek
olmayan ccedilok sayıda fan bulunmaktadır Bu nedenle enerji verimliliğinin artırılmasında
fanların ve fan sistemlerinin verimliliklerinin artırılmasının katkısı olacaktır (URL1)
11 CcedilALIŞMA KONUSUNUN TANIMI
Sincap kafesli asenkron motorlarının verimliliğini arttırma yolları incelenmiştir Bu
proje konusunda soğutma uumlzerine yoğunlaşarak fan tasarımı yapılmıştır Bir elektrik
motorun da fan 10rsquoluk guumlccedil harcadığı iccedilin fan tasarımın da kanat sayısını azaltarak
optimizasyon yapılmıştır Fan tasarımı iccedilin Ansys programını kullanarak kanatlardaki
torku azaltmaya youmlnelik ccedilalışmalar yapılmıştır Tasarımda ilk adım olarak temel hız
uumlccedilgenlerinden yararlanılarak gerccedileğe yakın olacak şekilde sonuccedillar oluşturulmuştur
Sonuccedilların uygunluğu doğrultusunda ccediloumlzuumlm iccedilin gerekli kontrol hacimleri kaba ve
nitelikli ağ oumlrguumlsuuml şeklinde oluşturularak analizler gerccedilekleştirilmiştir
Uumlccedil boyutlu hesaplamalı akışkanlar dinamiği analizi uygulanarak gerccedileğe daha yakın
bir model simulasyonu oluşturulmuş ve uumlccedil boyutta etkileri inceleme olanağı
sağlanmıştır Tasarım sırasında hız uumlccedilgenlerinden yararlanılarak yapılan fan
tasarımının ccediloumlzuumlmuumlnde hızlı sonuccedil alınması ve ccedilok fazla iterasyona olanak sağlayan
turbomakina yazılımı kullanılmıştır Akışkan hareketini youmlneten denklemlerin
2
ccediloumlzuumlmuumlnde kullanılan sonlu hacimler programı iccedilin gerekli ağ oumlrguumlsuumlnuumln de hızlı bir
şekilde kullanımı iccedilin turbomakina yazılımından faydalanılmış ve zaman olarak
ccedilalışmaya oumlnemli oumllccediluumlde katkısı olmuştur
12 CcedilALIŞMA KONUSUNUN AMACI
Bahsi geccedilen ccedilalışma konusunda fan tasarımın da enerjinin verimli kullanılması seccedilim
imalat ve işletme suumlreccedillerinin optimum olması sağlanmış Fan tasarımında fanın
ccedilalıştırılacağı sistem projelendirilip yapılırken dikkat edilmelidir Ccediluumlnkuuml fanlar yatırım
maliyetlerinden daha fazla enerji tuumlketmektedirler Bu nokta da elektrik motorlarında
verimi arttırıcı oumlnlemler alınarak elektrik tuumlketimi konusunda tasarruf planlarında
buumlyuumlk katkı sağlanması hedeflenmiştir
13 ELEKTRİK MOTORU
Elektrik enerjisini mekanik enerjiye ccedileviren makinedir Her elektrik motoru biri sabit
(stator) ve diğeri kendi ccedilevresinde doumlnen (rotor) iki ana parccediladan oluşur Bu ana
parccedilalar elektrik akımını ileten (sargılar vb) manyetik akıyı ileten parccedilalar ve
konstruumlksiyon parccedilaları (yataklar vb) olmak uumlzere tekrar kısımlara ayrılır (URL2)
111 Elektrik Motorlarının Sınıflandırılması
Şekil 1 Elektrik Motorlarının Sınıflandırılması
Elektrik Motoru
Doğru Akım
DC Motor
Alternatif Akım
AC Motor
Senkron Motor Asenkron Motor
3 Fazlı Asenkron
Motor
Tek Fazlı Asenkron
Motor
3
14 TUumlRKİYErsquo DE VE DUumlNYArsquo DA ELEKTRİK MOTORLARININ ENERJİ
TUumlKETİMİ
Enerjide arz guumlvenliğinin sanayide sanayide suumlrduumlrebilirliğinin ve buumlyuumlmenin ise
kalkınmada oldukccedila oumlnem taşıdığı guumlnuumlmuumlzde saklı enerji kaynağı sayılabilecek olan
verimlilik hususu belirtilmektedir TUumlİK verilerine goumlre Tuumlrkiye elektrik enerjisinin
2013 yılı itibariyle 471rsquoi sanayi sektoumlruumlnde tuumlketilmektedir Sanayide kullanılan
elektrik motorları ise bu sektoumlrde tuumlketilen elektrik enerjisinin 70rsquo ini teşkil
etmektedir Sanayinin buumlyuumlmesi son yıllardaki ARGE ccedilalışmalarının ilerlemesi ve
otomasyon sistemleri ile daha yoğun teknoloji ile Tuumlrkiye piyasasına 1 milyon elektrik
motoru arz edilmektedir Tuumlrkiyersquode de Bilim Sanayi ve Teknoloji Bakanlığı (BSTB)
tarafından AB mevzuatı ile uyumlu hale getirilen yerel mevzuat soumlz konusu elektrik
motorları iccedilin enerji verimlilik endeksini ve beyanını ve bulunması gereken en duumlşuumlk
seviyeyi zorunlu kılmaktadır ve ccedilalışmalar yapılmaktadır Bunun sonucunda
Tuumlrkiyersquode kullanılan elektrik motorları uumlzerinde sektoumlrel ve sınıfsal accedilıdan enerji
tuumlketimi irdelenmektedir Yapılan bu ccedilalışmalar ile duumlşuumlk verimli elektrik motorlarının
yuumlksek verimli elektrik motorları ile değiştirilmesi yoluyla Tuumlrkiyersquode yaklaşık yılda
2500 GWhrsquo lik enerji tasarrufu edildiği goumlruumllmuumlştuumlr (URL4)
2013 yılı TUumlİK verilerine goumlre Tuumlrkiyersquode toplam 198045 GWh Elektrik Enerjisi
tuumlketilmiştir Tuumlketilen bu enerjinin 93280 GWh kadarı sanayide tuumlketilmiştir
Tablo 1 Tuumlrkiyersquode Elektrik Motorlarının Sektoumlrlere Goumlre Tuumlketimi
Sektoumlr Elektrik Motorların Sektoumlrel
Tuumlketimi TWhYıl
Sektoumlruumln Toplam Enerji
Tuumlketimi TWhYıl
Sanayi 46 68
Ticaret 14 20
Mesken 8 35
Diğer 1 20
Toplam 69 144
4
Enerji verimliliği ccedilalışmalarında elektrik motorlarının kullanımlarının sektoumlrel
dağılımlarının yanı sıra motorların sınıflandırılması da oldukccedila oumlnemlidir
Duumlnyada 2 23 milyar elektrik motorlarının bulunduğu tahmin edilmektedir Ancak bu
motorların 2 milyar kadar adedi 075 kW guumlcuumln altındadır ve enerji tuumlketiminin 9 u
kadarını karşılar 075- 375 kW aralığında kalan motorlar ise elektrik motorlarının 11
ini oluştururken enerji tuumlketiminin 68 kadarını oluşturur 375 kW guumlccedil uumlstuumlndeki
motorlar elektrik motorlarının 1rsquoini oluştururken enerji tuumlketiminin 23rsquouumlnuuml
karşılar
Tablo 2 Elektrik Motorlarının Tuumlrlerine Goumlre Pazar Dağılımları
TİPİ le 750
W
075 - 375
kW
gt 375
kW
DC Motor Ve
Generatoumlrler
56 21 5
AC Tek Fazlı
Motorlar
29 30 -
AC Uumlccedil Fazlı
Motorlar
5 49 95
Diğer 10 - -
Tuumlrkiyersquo de elektrik enerjisinin 471rsquo i sanayide sanayide tuumlketilen elektrik
enerjisinin 67rsquosi motorlarda motorlarda tuumlketilen elektrik enerjisinin 91rsquoi 075-
1000 kW guumlccedil aralığındaki motorlarda tuumlketilmekte ve bu motorların 87rsquosinin
asenkron motorlar olduğu soumlylenebilir
IE4 ile IE1 standartları arasındaki fark buumlyuumlktuumlr 90 kW ve uumlstuumlnde ortalama fark
yaklaşık 3 seviyesindedir 075 ile 75 kW arasında ortalama verim farkı yaklaşık
10 75 ile 90 kW aralığında ise ortalama verim farkı 5 seviyesindedir
Tablo 3 IE4 ile IE1 arasındaki ortalama verim farkı
Guumlccedil Aralığı Ortalama IE1 - IE4 verim
Farkı ()
012-075 kW 17
075-75 kW 10
75-90 kW 5
90-1000 kW 3
5
15 ELEKTRİK MOTORLARINDA VERİMİN OumlNEMİ VE VERİM
SINIFLARI
Uumlretilen toplam elektriğin yaklaşık yarısı sanayi sektoumlruumlnde kullanılan elektriğin ise
yaklaşık uumlccedilte ikisi motorlar tarafından tuumlketilmektedir Bu da sanayide yuumlksek verimli
motor kullanımının enerji maliyetinin duumlşuumlruumllmesinde ne kadar oumlnemli olduğunu
goumlsterir Yuumlksek verimli motorların kullanımı aynı zamanda sera gazları salınımında
ciddi azalmalara sebep olmakta ve enerjide dışa bağımlılığın azaltılmasına katkı
yapmaktadır (URL7)
Şekil 2 Sanayide Kullanılan Elektrik Motorlarının Kullanım Yerleri
Elektrik motorlarının duumlnyadaki kullanımına bakarsak binalarda kullanılan elektriğin
36rsquosı enduumlstri ve altyapıda ise 70rsquoi elektrik motorları tarafından tuumlketilmektedir
Asenkron elektrik motorları uumllkemizin toplam elektrik tuumlketiminin yaklaşık 36rsquosını
oluşturmaktadır Hatta sanayide sektoumlrel bazda bu oran 80rsquolere kadar ccedilıkmaktadır
Bu sebeple elektrik motorlarında verimi arttırıcı oumlnlemler uumllkemizin elektrik tuumlketimi
konusundaki tasarruf planlarına buumlyuumlk katkı sağlayacaktır Satın alma maliyeti
ortalama motor oumlmruuml boyunca toplam maliyetin 2rsquolik kısmına denk gelmektedir
Tek bir motor sarımının maliyeti toplam tutarın 1rsquoini oluşturmaktadır Elektrik
motorunun kullanım oumlmruuml boyunca tuumlkettiği elektrik enerjisinin maliyeti ise toplam
maliyetin 97rsquosine tekabuumll etmektedir (URL2)
42
7
22
29
DİĞER KOMP FAN POMPA
6
Şekil 3 Talep Tarafında Elektrik Kullanımı
VERİMİN OumlNEMİ
Asenkron motorlarda ccedileşitli verimlilik sınıfları mevcuttur Avrupa Elektrik Makineleri
Uumlreticileri Komitesi (CEMEP) ve Avrupa Komisyonunun 28 Haziran 1999 tarihli
deklarasyonu motorları verim sınıflarına goumlre ayırmıştır Yuumlksek Verimli motorlar
(EFF1) verimi iyileştirilmiş motorlar (EFF2) ve duumlşuumlk verimli motorlar (EFF3)
CEMEP‟ in bu deklarasyonunu takiben motor uumlreticileri ile yaptığı goumlnuumllluuml anlaşmalar
ile duumlşuumlk verimli motor (EFF3) uumlretimini kısıtlama yoluna gitmiştir Bunun yanı sıra
Duumlnyada artan enerji talebi ile birlikte birccedilok uumllke goumlnuumllluuml ya da zorunlu olarak daha
yuumlksek verimli motor kullanımını sağlamaya ccedilalışmıştır (Onaygil 2006)
Verimlilik sınıflarına 2008 yılında yenilik getirilmiştir Bu yenilik IEC( Uluslararası
Elektronik Komisyonu) tarafından yayımlanmıştır CENELEC tarafından da 2009
yılında Avrupa normu haline gelmiştir 2010 yılında da TSE tarafından kabul
edilmiştir Bu yenilik verimlilik sınıflarına getirilen IE1 IE2 IE3 IE4 şeklinde olan
tanımlamalardır Bu tanımlamalarda IE1= EFF2 olup IE2=EFF1rsquo in karşılığıdır
IE1= STANDART VERİMLİ
IE2= YUumlKSEK VERİMLİ
IE3=CcedilOK YUumlKSEK VERİMLİ
IE4=SUumlPER YUumlKSEK CcedilOK VERİMLİ
Şeklinde sınıflandırılmıştır
AYDINLATMA19
DİĞER ELEKTRİK MOTORLARI
4
ASENKRON MOTORLAR
36
DİĞER3
ELEKTRONİK ALETLER
8
ISITMA15
EV GERECcedilLERİ15
7
2014 yılında TS- EN 60034-30 standardı doğrudan şebekeden beslenen motorlar ve değişken
hız suumlruumlcuumlluuml motorlar olmak uumlzere iki kısma ayrılmıştır Şebeke tarafından doğrudan beslenen
motorlar iccedilin verimlilik sınıflarını tayin eden başka bir standart koyulmuştur TS-EN 60034-
30-1 standardıdır Bu standart faklı olarak 012- 1000 kW guumlccedil aralığını kapsamakta ve IE4
verimlilik sınıfını da tanıtmaktadır Ayrıca 8 kutuplu motorlar da bu kapsama alınmıştır
Henuumlz TS- EN 60034- 30- 2 sınıfı yayınlanmamıştır
Şekil 4 TS-EN 60034-30-1 Standardına Goumlre Verimlilik Sınıfları
151 Mevzuat
Elektrik motorları hususunda ilk yasal duumlzenleme Avrupa Birliğinin Elektrik Motorları
ile İlgili Ccedilevreye Duyarlı Tasarım Gereklerine Dair EC6402009 sayılı tuumlzuumlğuumlduumlr
Beraberinde 4703 sayılı Uumlruumlnlere İlişkin Teknik Mevzuatın Hazırlanması ve
Uygulanmasına Dair Kanunun 14 uumlncuuml maddesine dayanılarak hazırlanan Enerji ile
İlgili Uumlruumlnlerin Ccedilevreye Duyarlı Tasarımına İlişkin Youmlnetmelik 2010 yılında
yuumlruumlrluumlğe girmiştir Daha sonra 2012 yılında EC6402009 referans alınarak
hazırlanan ve uyumlaştırılan SGM- 20122 Elektrik Motorları İle İlgili Ccedilevreye
Duyarlı Tasarım Gereklerine Dair Tebliğ yayımlanarak ulusal mevzuata
kazandırılmıştır
Bu tebliğ ile 2 4 6 kutuplu anma gerilimi en fazla 100 (UN) en fazla 1000 V olan
anma ccedilıkış guumlcuuml (PN) 075 kW ile 375 kW arasında olan ve suumlrekli ccedilalışacak şekilde
100
90
80
70 012 24 48 960
IE1 IE2 IE3 IE4
8
tasarlanmış tek hızlı 3 fazlı 50 Hz veya 5060 Hz sincap kafesli enduumlksiyon motorları
denetim kapsama alınmış bulunmaktadır
Bu tebliğde oumlnemli bir diğer husus ise uygulamaya youmlnelik olan zorunluluklardır
Onlar şunlardır IE1 sınıfı verimlilikte olan motorların piyasaya arz edilmesinin
yasaklanması ve diğer verimlilik sınıfına geccediliş suumlrecinin tanımlanmasıdır
Tablo 4 Başlıca Uumllkelerin Verimlilik Sınıfı Uygulama Tarihleri
BOumlLGE IE1 IE2 IE3
ABD - 1998 2011
AB - 2011 2015
PRC 2000 2011 2015
TUumlRKİYE - 2012 2015
Bunun dışında 01012015 tarihinden itibaren anma ccedilıkış guumlcuuml 75 kW ile 375 kW
arasında olan motorların veriminin IE3 verim seviyesinden duumlşuumlk olmayacağını veya
piyasaya arz edilen motorların IE2 verim seviyesini karşılayacak ve değişken hızlı
tahrikle teccedilhiz edilmesi gerektiğini bildirmektedir (URL5)
Tablo 5 Tuumlrkiyersquo de Zorunlu Uygulamaya Geccediliş Suumlreci
Sınıfı Zorunlu Yuumlruumlrluumlk
Tarihi
Accedilıklama (İstisnalar)
IE1 02042012 2 Nisan 2012 tarihinden itibaren piyasaya suumlruumllmesi
yasaklanmıştır
IE2 02042012 01012015 tarihine kadar kullanılabilecektir
IE3 01012015 Değişken hızlı tahrikle teccedilhiz edilmesi halinde IE2 verim
seviyesi kullanılabilecek (75 kW - 375 kW)
IE3 01012017 Değişken hızlı tahrikle teccedilhiz edilmesi halinde IE2 verim
seviyesi kullanılabilecek (075 kW - 375 kW)
9
16 MOTOR VERİMİNİ ETKİLEYEN FAKTOumlRLER
161 Verim
Bir elektrik motorunun bağlı bulunduğu şebekeden ccedilektiği enerjinin tamamı mekanik
enerjiye doumlnuumlşmez Elektrik motorunun milinden aldığı faydalı guumlccedil şebekeden ccedilektiği
guumlccedilten kayıp guumlccedillerin ccedilıkmış halidir
Asenkron motorun şebekeden ccedilektiği guumlcuumln yuumlzde kaccedilının motorun milinden mekanik
guumlccedil olarak alındığını verim goumlsterir
Verim= ((Alınan G ) (Verilen Guumlccedil))x100
ή= (PaPv)x100
Verilen guumlccedil ile alınan guumlccedil arasındaki fark toplam kayıplardır Asenkron motorlarda
kayıplar stator demir kaybı stator ve rotor bakır kayıpları ile rotorun suumlrtuumlnme ve
ruumlzgacircr kaybından ibarettir
DEMİR
KAYIPLARI
GOumlVDE
STATOR
DİRENCİ
ROTOR
DİRENCİ
RUumlZGAR
SUumlRTUumlNME
DİRENCİ
EK
KAYIPLA
Şekil 5 Motor Verimini Etkileyen Faktoumlrler
10
162 Kayıplar
Demir Kayıpları
Bakır Kayıpları
Suumlrtuumlnme Kayıpları
1621 Demir Kayıpları
Demir kayıpları stator ve rotor saccedillarında meydana gelen histerezis ve fuko
kayıplarıdır Bu kayıplar frekans ve manyetik enduumlksiyon ile oranlıdır
Stator demir kayıpları stator frekansı sabit olduğuna goumlre değişmemektedir Yalnız
rotor demir kayıpları rotor frekansı ile değişir Ancak boş ve yuumlkluuml ccedilalışmada rotor
frekansı ccedilok kuumlccediluumlktuumlr Bu sebeple rotor demir kayıpları ccedilok kuumlccediluumlk olur ve ihmal
edilebilir 0 halde bir asenkron motorun demir kayıpları stator demir kayıplarına
eşittir denebilir Stator frekansı sabit olduğundan demir kayıpları da buumltuumln yuumlkler iccedilin
sabittir
1622 Bakır Kayıpları
Asenkron motorlarda stator ve rotor omik direnccedillerinden dolayı I12R1 ve I2
2R2
değerinde bakır kayıpları meydana gelir Bakır kayıpları sargı direnccedilleri sabit
olduğuna goumlre yuumlk akımları I1 ve I2 lsquonin karesi ile değişir Şu halde bu kayıplar
yuumlkle değişen kayıplardır
Rotor ve stator bakır kayıplarını bulabilmek iccedilin akım ve direnccedillerin bilinmesi gerekir
Genel olarak bakır kayıpları motorun kısa devre deneyinden tuumlm olarak hesaplanır
1623 Ruumlzgar ve Suumlrtuumlnme Kayıpları
Asenkron motorlarda suumlrtuumlnme ve ruumlzgacircr kayıpları devir sayısı ile biraz değişirse
de bu değişim ccedilok az olduğu iccedilin sabit kabul edilebilir Suumlrtuumlnme ve ruumlzgacircr
kayıpları boş ccedilalışma deneyinde demir kayıpları ile birlikte bulunur Demir
kayıpları ile ruumlzgacircr ve suumlrtuumlnme kayıplarına sabit kayıplar denir
11
BOumlLUumlM 2 MATERYAL VE YOumlNTEM
21 ASENKRON MOTORLAR
Asenkron motorlar başlıca iki kısımdan oluşur
Hareket etmeyen kısım Stator
Doumlnme hareketi yapan kısım Rotor
Asenkron makineler motor olarak stator sargıları ile aldığı elektrik enerjisini
rotorundan doumlnme hareketi yaparak mekanik enerjiye ccedileviren ve generatoumlr olarak
rotorundan aldığı doumlnme hareketi mekanik enerjisini bazı koşullar altında stator
sargılarında elektrik enerjisine ccedileviren elektromekanik makinelerdir
Motor olarak birkaccedil Wattrsquotan 300 MW guumlcuumlne kadar uumlretilmektedir Generatoumlr olarak
az kullanılmakla beraber son zamanlarda ruumlzgacircr enerjisinden elektrik enerjisi elde
etmek amacı ile ruumlzgacircr tuumlrbini ile birlikte ccedilalışmaktadırlar
Stator sargı gerilimleri alccedilak gerilim 220Vdan orta gerilim 22kVa kadar
değişmektedir Doumlnme sayıları sabit değildir fakat doumlnme sayısı yuumlkle az değişir
Doumlnen diğer elektrik makinelerine kıyasla daha sağlam daha az bakım isteyen ve daha
ucuz makinelerdir Son yıllarda yarı iletken guumlccedil elektroniğindeki teknolojik
gelişmeler ile asenkron makinelerin kontroluuml kolayca yapılabilmektedir (Baykal
2011)
Şekil 6 Kuumlccediluumlk Guumlccedilluuml Uumlccedil fazlı Sincap Kafesli Asenkron Motorun Kesiti
12
22 ASENKRON MAKİNALARIN YAPISI
Asenkron makineler başlıca iki kısımdan oluşmaktadır Bunlar
Stator
Rotor
Şekil 7 Stator Saccedil Paketini Oluşturulmuş Farklı Tipte Statorlar
221 Stator
Stator Asenkron motorun duran kısmıdır 04 - 05 veya 08 mm kalınlığında silisyumlu
saccedillar oumlzel kalıplarla preste basılır ve paketlenir Stator saccedilları paketlenince uumlccedil fazlı
sargıların yerleştirileceği stator nuumlvesi elde edilir Bu nuumlve stator goumlvdesinin iccediline
sıkıca yerleştirilir Goumlvdeye motorun ayakları monte edilir Goumlvdeye motor kapaklan
takılır motor kapaklan ortalarındaki bilyeli yataklar statorun ortasında doumlnecek olan
rotora yataklık ederler
1Halkalı Duumlzen Kuumlccediluumlk ve orta guumlccedilteki makinelerde uygulanan bu konstruumlksiyon
şeklinde saccedil paket ya karkas dışında istiflenerek uzun saplamalarla kendi uumlzerine
sıkılır yada saccedil levhalar karkas iccedilinde istiflenir
2 Segmanlı Duumlzen Bu duumlzende saccedil paketi daima karkas tarafından gergin durumda
tutulur Segmanlı duumlzende saccedil paketi rijitli halkalı duumlzendekine oranla da az
olduğundan burada seccedililecek olan karkasın daha kuvvetli olması gerekir (Baykal
2011)
13
222 Rotor
Rotor Asenkron motorun doumlnen kısmıdır ve rotor saccedil paketi ile rotor sargılarından
oluşur Rotor saccedil paketi 05 mm‟lik silisyumlu saccedillardan yapılır Saccedilların yuumlzeyleri
ccedilok ince bir film tabakası ile yalıtılmıştır Saccedillar oumlzel kalıplarda pres altında oluk
dişler ve sıkıştırma cıvata delikleri oluşacak şekilde saccedil şeritlerden kesilerek ccedilıkartılır
Saccedillar bir araya getirilerek pres altında sıkıştırılır ve cıvatalarla bu halde kalması
sağlanır
Diğer doumlnen elektrik makinelerine goumlre stator ile rotor arasında kalan hava aralığı ccedilok
kuumlccediluumlktuumlr Motorun guumlcuumlne goumlre hava aralığının radyal boyu 05 - 1 - 3 mm kadar
olabilir Boumlylesine kuumlccediluumlk bir hava aralığı boşta ccedilalışma akımını kuumlccediluumlk tutmak iccedilin
yapılır Rotor olukları motorun elektrik karakteristiklerini etkileyen değişik biccedilimlerde
yapılır Rotor oluklarına rotor sargıları yerleştirilir
Şekil 8 Rotor Saccedil Paketini Oluşturan Değişik Rotor Saccedilları
Rotor sargıları uumlccedil fazlı olarak ya da sincap kafesli olarak yapılır Rotoru sargılı olan
ve sargı uccedilları doumlnen bilezik-sabit fırccedila ile dışarı ccedilıkartılan motorlara bilezikli asenkron
motor denir Sincap kafesli motorlarda rotor oluklarına bakır ccedilubuklar yerleştirilir Bu
ccedilubuklar her iki baştan dairesel halkalarla kısa devre edilerek sincap kafesine
benzeyen kendi uumlzerine kapatılmış bir sargı elde edilir Sincap kafesli motor sargısı
oumlzel kalıplarla rotor oyuklarına basınccedil altında aluumlminyum puumlskuumlrtuumllerek uumlretilir
Boumlylece uumlretilen rotor sincap kafesi aluumlminyumdan yapılmış olur
Sincap kafesli asenkron motorun rotorundan hiccedilbir uccedil ccedilıkmadığı iccedilin bu motorun
kontroluuml sadece statordaki elektrik uccedillarından yapılabilmektedir Oysa bilezikli
asenkron motorun rotor sargı uccedilları bilezik ve fırccedila sistemi ile dışarı ccedilıkarıldığından
14
bu motorun kontroluuml hem stator sargı uccedillarından ve hem de rotor sargı uccedillarından
yapılabilmektedir
Sincap kafesli motorun rotor sargısı buumlyuumlk motorlarda bakır ccedilubukların rotor
oluklarına yerleştirilmesi ve iki baştan kısa devre elde edilmesi ile oluşturulur Kuumlccediluumlk
motorlarda rotorun sincap kafesi aluumlminyum puumlskuumlrtme ve kalıplarla elde edilir
Rotoru sincap kafesli bir motorun sincap kafesi değişik biccedilimde oluklara yerleştirilir
Motorun oumlzellikle moment karakteristiğine istenilen oumlzelliği vermek iccedilin rotorda derin
oluklar ve ccedilift oluk kullanılır Birinci motora derin oluklu ya da derin ccedilubuklu motor
ve diğerine de ccedilift kafesli motor denir (Baykal 2011)
23 ASENKRON MOTORLARIN CcedilALIŞMA İLKESİ
Asenkron makinenin ccedilalıŞma ilkesi bir doumlner alanın varlığına dayanır Doumlner alan
senkron hız motor milinin hızı da rotor hızı olarak isimlendirilir Kayma da bu iki
hızın arasındaki fark olarak ifade edilmektedir
231 Doumlner Alan
Bir N-S mıknatısı ya da uumlzerinden akım geccedilen bir bobinin magnetik alanı N kutbundan
ccedilıkar ve S kutbuna girer Daimi mıknatıs ve doğru akım taşıyan bobinin manyetik
alanları mıknatıs ve bobin dışarıdan bir bobinle doumlnduumlruumlluumlrse bunların alanları da
beraber doumlner İşte bir mıknatısın doumlnduumlruumllmesi ile elde edilen alana doumlner alan denir
Uumlccedil fazlı asenkron motorun (enduumlksiyon motorun) statoruna birbirinden 120rsquoşer derece
faz farklı 3 faz sargısı yerleştirilmiştir En basit statorda her biri bir faza ait olmak
uumlzere 3 tane bobin bulunur Bir motor en az iki kutuplu olarak sarılabilir (Baykal
2011)
Şekil 9 Uumlccedil Faz bobininin 6 Oluklu Statora Yerleştirilişi
15
232 Senkron Hız
N-S kutuplarının saat ibresi youmlnuumlnde doumlnduumlğuuml goumlruumlluumlr uumlccedil fazlı alternatif akımdaki bir
periyotluk değişme N-S kutuplarının bir devir yapmasına sebep olur Alternatif akımın
frekansı 50 Hz ise saniyede 50 periyotluk bir değişme yapar Dolayısıyla statordaki
faz bobinlerinin meydana getirdiği N-S kutupları da saniyede 50 devirle doumlner Bu
dakikada 3000 devir eder Ccedilok fazlı bir stator sargısından aynı faz sayısında ccedilok fazlı
bir akım geccedilerse hava aralığında sabit genlikli bir doumlner alan oluşur Bu doumlner alanın
duran statora goumlre ns (n1) devir hızı şebeke frekansına doğru stator sargısının p ccedilift
kutup sayısına ters orantılıdır
1198991 = 601198911
119901
Senkron hız da denen doumlner alan hızı kutup sayısına goumlre buumlyuumlk basamaklar yaparak
değişir Asenkron motorlar ancak belli senkron hızlar iccedilin yapılabilir En fazla
kullanılan senkron hızlar 2 4 6 ve 8 kutup sayılarına ait olanlardır (Baykal 2011)
Tablo 6 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru
P
(Kutup Sayısı)
50 Hz 60 Hz
n1min-1 n1s-1 n1min-1 n1s-1
2 3000 50 3600 60
4 1500 25 1800 30
6 1000 1667 1200 20
8 750 125 900 15
16
233 Kayma
Senkron makine dışında buumltuumln diğer ccedilalışma tuumlrlerinde asenkron makinenin
ccedilalışabilmesi iccedilin rotor hızının doumlner alan hızından farklı olması gerekir Doumlner alanın
rotor uumlzerinden geccedilme hızına yani doumlner alan ile rotor hızı arasındaki cebirsel farka
kayma hızı n2 ve bu hızın doumlner alan hızına oranına kayma s denir Bu tanıma
dayanarak kayma devir hızına goumlre veya devir hızı kaymaya goumlre ifade edilebilir
n2 = n1 ndash n n = n1(1-s) 119904 = 1198992
1198991 =
1198991minus119899
1198991
Kayma oranlanmış bir buumlyuumlkluumlktuumlr ve ccediloğunlukla olarak ifade edilir Pozitif negatif
veya sıfır olabilir Oranlanmış rotor hızı n nı ile toplamı daima 1rsquoe eşittir Teorisel
olarak ndash infin ve +infin arasında değişebilir Durmada n = 0 ve s =1 dir Senkron ccedilalışmada
n = n1 ve s = 0 dır Bu iki sınır değer arasında asenkron makine motor olarak ccedilalışır
ve kayması daima pozitiftir Anma ccedilalışmasındaki değeri yuumlzde birkaccedil olup artan
anma guumlcuuml ile azalır ve kuumlccediluumlk guumlccedillerde yaklaşık 10 dan buumlyuumlk guumlccedillerde 1 in altına
duumlşer
Rotor doumlner alana goumlre ters youmlnde doumlnduumlğuumlnde elde edilen fren ccedilalışmada devir hızı
negatif ve kayma 1 den buumlyuumlktuumlr Rotor hızı doumlner alan hızını geccedilerse yani ngtn1 ise
kayma negatif olur (s lt 0) ve makine generatoumlr olarak ccedilalışmaya başlar (Baykal 2011)
Şekil 10 Standart Asenkron Motorların Anma Kayması ve Verimi
17
24 ASENKRON MOTOR CcedilEŞİTLERİ
Asenkron motorlar rotor yapılarına goumlre ikiye ayrılır
Sincap kafesli (Kısa devre rotorlu) Asenkron Motorlar
Bilezikli (Sargılı rotorlu) Asenkron Motorlar
241 Uumlccedil Fazlı Kısa Devre (Sincap Kafesli ) Asenkron Motorlar
Uumlccedil fazlı sincap kafesli motorun yapılısı basittir Az bakıma ihtiyaccedil goumlsterir Bu tip
motorun oumllccediluumlleri aynı guumlccedilteki başka tip motorların oumllccediluumllerinden kuumlccediluumlktuumlr Değişik
yuumlklerdeki hız reguumllasyonu ccedilok iyidir Fiyatının ucuzluğu yapılışının sağlamlığı ve
istenilen ccedilalışma oumlzelliğine sahip oluşu yuumlzuumlnden bu tip motorlar sanayide ccedilok
kullanılır
Rotorlar accedilılmış oluklara basınccedil altında erimiş aluumlminyum puumlskuumlrtuumllerek doldurulur
Rotorun her iki başındaki kısa devre halkalar da aluumlminyumdandır Ayrıca bu halkalar
uumlzerine kanatlar da bırakılarak rotor işletmede vantilasyon suretiyle soğutulması
sağlanır 250 kW guumlcuumlne kadar kısa devre kafesleri aluumlminyumdan yapılmış asenkron
motorlar mevcuttur
Buumlyuumlk guumlccedil istenilen işletmelerde kısa devre kafesi yuumlksek dikdoumlrtgen şeklinde bakır
ccedilubuklardan ve bunları rotorun her iki başında kısa devre eden bakır halkalardan
yapılır Rotorda kaccedil adet oluk varsa rotorun faz sayısı buna eşittir
Kısa devre kafesli asenkron motorun yol alma oumlzellikleri iyi değildir Ancak basit ve
ucuz olmaları nedeni ile yaygın biccedilimde kullanılmaktadır Yol almasını kolaylaştırmak
iccedilin yuumlksek ccedilubuklu veya ccedilift kafesli olarak yapılırlar (Baykal 2011)
Şekil 11 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru
18
242 Bilezikli (Sargılı rotorlu) AC Motorlar
Birccedilok sanayi yuumlklerinde uumlccedil fazlı değişik hızlı motora ihtiyaccedil duyulduğu yerler iccedilin
bilezikli asenkron motorlar geliştirilmiştir Bilezikli asenkron motorlara sargılı rotorlu
AC motor da denilmektedir Bu tip motorun statoru ile sargının yerleştirilmesi sincap
kafesli motorun aynıdır Rotor ccedilelik saccedillardan yapılmış silindirik bir goumlbektir 120
derece aralıklı uumlccedil adet tek fazlı kalıp sargısını yerleştirmek iccedilin rotor uumlzerine oyuklar
accedilılmıştır izoleli rotor bobinleri stator kutup sayısına eşit kutup sayısı elde edecek
şekilde gruplandırılmıştır Uumlccedil tek fazlı rotor sargısı aralarında yıldız bağlanarak ccedilıkış
uccedilları rotor mili uumlzerindeki uumlccedil bileziğe bağlanmıştır Bileziklere temas eden fırccedila uccedilları
hız kontroloumlruuml ayarlayıcısına bağlanır Fırccedilalar taşıyıcılar uumlzerindeki yayların basıncı
ile bileziklere sıkıca temas eder Doğru akım makinelerinde olduğu gibi youmln
değiştirmeye luumlzum olmadığı iccedilin fırccedila taşıyıcıları uygun bir durumda sıkıca tespit
edilmiştir
Bilezikli asenkron motorun rotorunda aynı statorunda olduğu gibi uumlccedil fazlı alternatif
akım sargısı vardır Stator 10 Kw guumlce kadar tek tabakalı orta guumlccedillerde ise iki tabakalı
sargılı yapılırlar Rotor ise tam oluklu veya kesirli oluklu sargılı olabilir Rotor sargı
uccedillarının bir tarafı bileziklere bağlanır Diğer tarafı ise kısa devre edilerek uumlccedil fazlı
sargının yıldız noktasını oluşturur Bilezikler uumlzerindeki fırccedila sistemi ile rotor
alternatif gerilim kaynağından ayrıca beslenir (Baykal 2011)
25 Elektrik Motorlarına Yıldız-Uumlccedilgen Yol Verme
Kalkış akımını duumlşuumlrmede en ekonomik youmlntemdir Uumlccedil kontaktoumlr ile bir zaman
roumllesinden oluşan kontaktoumlr kombinasyonudur Bu youmlntemle yol verebilmek iccedilin
motorun uumlccedilgen bağlı ccedilalışma gerilimi şebeke gerilimine eşit olmalıdır Oumlrneğin
uumllkemizde şebeke gerilimi 380 Volt olduğuna goumlre yıldız-uumlccedilgen yol verilecek motorun
etiketinde D380 V veya D380VY660V yazılı olmalıdır Volt elektrik motorlarında 2
ve 4 kutuplularda 3 kW (dacirchil) 6 kutuplularda 22 kW(dacirchil) den daha buumlyuumlk guumlccedilluuml
motorlar bu oumlzelliktedir Yani 380 V şebekede uumlccedilgen bağlı ccedilalıştırılırlar
Motora yıldız-uumlccedilgen yol verildiğinde direkt yol vermeye goumlre şebekeden ccedilekeceği
akım 3 katı azalır Yıldız-uumlccedilgen yol vermede amaccedil motoru kalkış suumlresince yıldız
19
bağlı ccedilalıştırmak ve kalkışını tamamlayan motoru hemen normal bağlantısı olan uumlccedilgen
bağlı olarak ccedilalıştırmaktır
Motor kalkış sırasında yıldız bağlı ccedilalıştırıldığından motor sargılarına uygulanan
gerilim U radic3 değerine motorun şebekeden ccedilektiği akım ise 13 değerine duumlşer
Motorun sargılarına uygunalan gerilim azaldığından momenti oumlnemli oumllccediluumlde kuumlccediluumlluumlr
Yıldız-uumlccedilgen yol vermenin kusursuz olması iccedilin motorun yuumlk momentinin yıldız
bağlamadaki motor momentinden buumlyuumlk olmaması ve yıldız bağlamadaki suumlrenin
uygun olması gerekir Bu geccediliş suumlresi ccedilok oumlnemlidir Motor yıldız bağlantıda iken
anma devir sayısına ulaşıldığı anda uumlccedilgen bağlantıya geccedililmesi ve fazla aralık
verilmemesi gerekir
Boumlyle olursa yıldızdan uumlccedilgen bağlantıya geccedilişteki uumlccedilgen kontaktoumlruumlnuumln kapamama
akımı kuumlccediluumlk ve yıldızdan uumlccedilgene geccediliş darbesiz olur Aksi halde uumlccedilgen bağlantıya
geccedilişte akımda geccedilici artışlar goumlruumlluumlr Bunun sonucu kontaktoumlruumln kontakları ani
yuumlksek ısı nedeniyle kaynak olabilir
Bir şebekede uumlccedilgen bağlı ccedilalışacak motor aynı şebekede yıldız bağlı (Y) olarak
ccedilalıştırılabilir Ancak bu durumda motorun guumlcuuml ve momenti duumlşer Bu oumlzellikten
yararlanarak asenkron motorların kalkış anında ccedilektikleri fazla akımı azaltmak iccedilin
yıldız-uumlccedilgen yol verme uygulanması yapılabilir
Şebekede yıldız bağlı ccedilalıştırılması gereken motor yanlışlıkla uumlccedilgen bağlı ccedilalıştırılırsa
sargılarına radic3 katı buumlyuumlk gerilim uygulanmış olur Gerilimdeki artış oranı kadar sargı
akımı buumlyuumlyeceğinden motor aşırı akım ccedileker ve kısa suumlrede artacak ısı sonucu
sargılar yanar
Onun iccedilin yıldız bağlı ccedilalışması gereken motor kesinlikle aynı şebekede uumlccedilgen bağlı
ccedilalıştırılmaz (URL6)
20
Şekil 12 Motora yıldız-uumlccedilgen yol verme
Şekil 13 Stator Sargı Uccedillarının Uumlccedilgen (D) Ve Yıldızı (Y) Bağlanması
Şekil 14 Asenkron Motora Yol Verme
21
26 FANLAR
261 Genel Bilgiler
Fanlar hava veya benzeri gazları basınccedillandırarak belirli bir akış yolu iccedilinde hareket
etmesini sağlayan turbo makinelerdir İyi bir fan istenilen performansı yerine
getirirken verimi yuumlksek enerjiyi daha az tuumlketen muumlmkuumln olduğunca guumlruumlltuumlsuumlz
ccedilalışan ve maliyeti duumlşuumlk olan fandır Fanların tahrik sistemlerinde elektrik motorları
kullanılmaktadır (URL3)
262 Fan Ccedileşitleri
Fanlar aşağıdaki gibi sınıflandırılmaktadır
Eksenel (aksiyel) fanlar
Radyal (santrifuumlj) fanlar
Karışık akışlı (eksenel-radyal) fanlar
Ccedilatı tuumlruuml fanlar
Karşıt akımlı fanlar (blower)
Vorteks ya da rejeneratif fanlar
Diğerleri
Elektrik motorlarında radyal fanlar kullanılmaktadır (URL8)
Bu kısımda projemiz iccedilin incelediğimiz 3 ccedileşit fanı accedilıklayacağız
2621 Eksenel Fanlar
Havanın fan ccedilarkı ile aynı eksende youmln değiştirmeden hareket ettiği fanlardır Yuumlksek
hava debileri ve duumlşuumlk basınccedil sınıfına sahip sistemler iccedilin uygun fanlardır Şekil 15
rsquode oklar akış youmlnuumlnuuml (simetri eksenine paralel) goumlstermektedir
22
Şekil 15 Akışın Simetri Ekseninde Hareket Etmesi
2622 Karışık Akışlı (Radyal-Eksenel) Fanlar
Havanın kanatlar uumlzerinden emmesine goumlre yaklaşık 45deg accedilı yaparak hareket ettiği
fanlardır Radyal fanlara goumlre hava debisi daha yuumlksektir
Eksenel fanlardan daha yuumlksek basınca dayanabilir
Fan eğrisi uumlzerinde kararsız boumllge yoktur
Karşı basıncın duumlşuumlk olduğu boumllgelerde motor aşırı akım ccedilekmez
Eksenel ve radyal fanlara goumlre verimleri duumlşuumlktuumlr (URL6)
Şekil 16 Karışık Akışlı Fan Uygulamaları
23
2623 Radyal (Santrifuumlj) Fanlar
Havanın fan ccedilarkını emmesine goumlre 90deg accedilı yaparak kanatlara teğet olarak terk ettiği
fanlardır
Radyal fanların avantajları aşağıdaki gibidir
Geniş bir uygulama aralığına sahiptir
Yuumlksek sıcaklık ve aşındırıcı ortam uygulamalarında kulanılır
Değişken akış direncine sahip yerlerde daha verimli ve daha sessiz ccedilalışma
olanakları vardır
Yapısal kararlılıkları yuumlksektir (URL6)
Radyal Duumlz Kanatlı Fanlar
Genellikle kendi kendini temizleme malzeme taşıma ve parccedilacık ve yağ yuumlkluuml havanın
uygun halde taşınması gibi durumlarda kullanılırlar ve bunun iccedilin duumlz kanatları vardır
Ccedilarkları basit bir yapıya sahiptir ve nispeten dar kanatları vardır
Elektrik motorlarında genellikle ccedilift youmlnluuml ccedilalışmaya uygun olması iccedilin radyal duumlz
kanat tipli bu fanlar seccedililiyor
Şekil 17 Radyal Duumlz Kanatlı Fanlara Oumlrnekler
24
BOumlLUumlM 3 BULGULAR VE TARTIŞMA
31 SONLU ELEMANLAR YOumlNTEMİ
Sonlu elemanlar youmlntemi muumlhendislik problemlerine kabul edilebilir yaklaşımlarla
ccediloumlzuumlm arayan sayısal youmlntemdir (Moavani 2015) Sonlu elemanlar youmlntemi diğer bir
ifade şekliyle fiziksel şeklin matematiksel ifadesidir Bu kurduğumuz siste sınırlara
ayırılabilen ve malzeme şartlarına uygun olan bir sistem olmalıdır
Sonlu eleman youmlntemindeki basamaklar
Yaklaşık Ccediloumlzuumlm Youmlntemi
Geometrik Şekil
Nod
Eleman
Mesh
Ayrıklaştırma
Şekil 18 Sonlu Eleman Modeli
Eleman
Nod
(Duumlğuumlm
noktaları)
25
Sonlu elemanlar youmlntemi matematik ve fizik biliminin buumltuumln alanlarında kullanılır
Gerilme Analizi
Akışkanlar Mekaniği
Isı İletimi
Dalga Yayılımı
Darbe Analizi
Aerodinamik vb alanlardır
Sonlu elemanlar youmlntemini kullanırken oumlncelikle şu soruların cevaplarını bulmalıyız
Dizayn amacımız nedir
Bu sistemi modellemek iccedilin gerekli olan bilgiler nelerdir
Bu dizayn iccedilin hangi kriterler gerekir
311 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Pozitif Youmlnleri
Geometrisi karışık cisimlerin incelenmesini kolaylaştırır Geometri basit kısımlara
ayrılıp burada ayrı veya daha hassas işlemler yapılabilir
Parccedilanın geometrisini değiştirmeye gerek kalmaz
Youmlntemde hem fiziksel hem matematiksel temeli vardır
Sonlu elemanlar youmlntemi iccedilin ccedilok farklı programlar bulunmaktadır (Ansys Marc
Nastran ) (Moavani 2015)
312 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Negatif Youmlnleri
Elde edilen sonuccedilların doğruluğu hangi sonlu youmlnteminin kullanıldığına bağlıdır
Ccedilıkacak durum oumlnceden tespit edilmeli ve ona goumlre bir ccediloumlzuumlm youmlntemi
kullanılmalıdır Bu yuumlzden oumlnceden iyi tesipt edilemezse doğru değer bulunamaz
ve doğru ccediloumlzuumlm iccedilin zaman kaybı olabilir
Doğru ccediloumlzuumlm iccedilin elemanın ayrıştırılması (mesh) atanması gerekir
Bu meshin iyi atılması gerekir yoksa ccediloumlzuumlmuumln yakınsamaları değişebilir
(Moavani 2015)
26
32 ANSYS PROGRAMI
ANSYS genel amaccedillı kullanılan sonlu elemanlar programıdır Ansys yazılımı
mukavemet titreşim akışkanlar mekaniği ısı transferi ve elektromanyetik alanlarının
birbiri ile olan interaksiyonunu simule eden yazılımdır
Boumlylelikle ANSYS uumlruumlnlerin prototipleri uumlretilmeden sanal ortamda test edilmelerine
olanak sağlar Ayrıca sanal ortamdaki 3 boyutlu simulasyonlar neticesinde yapıların
zayıf noktalarının tespiti ve iyileştirilmesi ile oumlmuumlr hesaplarının gerccedilekleştirilmesi ve
muhtemel problemlerin oumlngoumlruumllmesi muumlmkuumln olmaktadır
ANSYS yazılımı sadece ihtiyaccedil duyulan oumlzelliklerin alınmasına fırsat vererek ilave
edilebilen CAD ve FEA bağlantı modulleri ile masa uumlstuumlnde kullanılan diğer
muumlhendislik yazılımları ile entegre bir şekilde ccedilalışabilmektedir
ANSYS yazılımı hem dışarıdan CAD datalarını alabilmekte hem de iccedilindeki
preprocessing imkacircnları ile geometri oluşturulmasına izin vermektedir Yine aynı
preprocessr iccedilinde hesaplama iccedilin gerekli olan sonlu elemanlar modeli yani mesh de
oluşturulmaktadır Yuumlklerin tanımlanmasından sonra ve gerccedilekleştirilen analiz
neticesinde sonuccedillar sayısal ve grafiksel olarak elde edilebilir
ANSYS yazılımı ile oumlzellikle contact algoritmalarının ccedileşitliliği zamana bağımlı
yuumlkleme oumlzellikleri ve nonlinear malzeme modelleri sayesinde yuumlksek muumlhendislik
seviyedeki analizleri hızlı guumlvenilir ve pratik bir şekilde gerccedilekleştirilebilmektedir
ANSYS Workbench parametrik CAD sistemlerini eşsiz bir otomasyon ve performans
ile simulasyon teknolojilerini entegre eden bir platformdur ANSYS Workbenchrsquoin
guumlcuuml yılların bilgi birikimi ile arkasında duran ANSYS ccediloumlzuumlcuuml algoritmalarından gelir
Ayrıca ANSYS Workbenchrsquoin amacı sanal ortamda uumlruumlnuumln verifikasyonunu ve
iyileştirmesini sağlamaktır
Oumlzellikle PC ile uyumluluğun uumlst seviyede olabilmesi iccedilin yazılmış olan ANSYS
Workbench sadece bir arayuumlzden ileri bir ccedilalışma ortamındır ve ANSYS Workbench
ile herhangi bir ANSYS lisansına sahip herkes ccedilalışabilir Aynı alışılagelmiş ANSYS
arabiriminde olduğu gibi ANSYS Workbenchrsquode de kapasiteler sahip olunan lisansın
doğrultusunda sınırlıdır (URL9)
27
ANSYS programının bu oumlzelliklerinden dolayı programı kullanmaya karar verdik
Ansys programının oumlncellikle akışkan mekaniği ve dinamiğinde kullanılan iki ayrı
boumlluumlmuuml bulunmaktadır Bu boumlluumlmler Fluent ve CFX boumlluumlmleridir Bizim
kullandığımız boumlluumlm ise ANSYS CFX boumlluumlmuumlduumlr
33 MEVCUT FAN UumlZERİNDE YAPILAN ANALİZLER
ANSY projesinde oumlncelikle CFX kısmını kullanıldı Ccediluumlnkuuml ANSYS programında
CFX ve Fluent programı hesaplamalı akışkanlar dinamiği iccedilin kullanılmaktadır Ancak
ANSYS CFX turbo makinalar iccedilin kullanıldığından oumlnceden de goumlsterildiği gibi bir
nod alırken huumlcrelerin orta noktalarından nod hesabı yaptığı iccedilin verdiği değerler fan
analizi iccedilin daha iyi bir yakınsama goumlsterir Bu sebeple ANSYS CFX kısmı kullanıldı
İlk olarak mevcut fan uumlzerinde ccedileşitli incelemeler yapıldı
Mevcut fan uumlzerinde 10 kanat var iken suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilok fazla olduğu saptandı
Bunun uumlzerine motorun akışını kolaylaştırma yoluna gidildi
Havayı oluklara daha iyi aktarabilecek kısım fanın kanat boyu olduğu iccedilin fanın
kanatlarının uzunluğunda değişiklik yapılmasına karar verildi
Fandan ccedilekilen debi miktarı ve tork değerlerini tam alabilmek ve mevcut fanın
verimini oumllccedilebilmek iccedilin oumlncelikle esas oumllccediluumllerine goumlre ccedilizilen fan ANSYS
programına aktarıldı File gt Import gt Design Moduler şeklinde SolidWorksrsquo ten
ANSYS programına aktarıldı
Şekil 19 SolidWorksrsquo ten İmport Etmek
28
Fanın ccedilevresinde akış hacmi oluşturmak iccedilin katı modelin ccedilevresindeki hava
modellenir
331 Geometri
Oluşturulan akış hacminde havanın giriş ve ccedilıkış kısımları İnlet-Outlet şeklinde
belirtilir
Analys tools komutlarından xy duumlzleminde halka oluşturulur
Burada modeling kısmı 3 boyutlu işlem yapacağı zaman seccedililen kısımdır
Aşağıdaki şekilde de goumlruumlleceği uumlzere
Şekil 20 Akış Alanı Belirleme
Burada exturude komutuyla birlikte oluşturulacak akış hacminin kaccedil mm
uzatılacağı belirtilir Hepsini bir buumltuumln haline getirmemek iccedilin lsquovar olanla
birleştirilsin mirsquo sorusuna hayır denilir
Daha sonra ccedilevresine yayılan boşluk iccedilin Outlet tanımlaması yapılır
Bu işlemleri gerccedilekleştirdikten sonra kesit gerekir İlk oumlnce plane (duumlzlem)
belirlenir Bunun iccedilin hangi duumlzlemi seccedililecek ise (oumlrneğin xy) onu seccedilip plane
tıklanır Plane boumllgesinden ne kadar uzakta olacağı belirlenir Biz de değer 34 mmrsquo
dir Ccediluumlnkuuml kanatların boyu 31 mm olduğundan mesh atamada sorun ccedilıkmaması
29
iccedilin 34 mm uzaklıkta bir plane atanır Bu Planersquoi slice komutuyla keserek 3 farklı
boumllge oluşturulmuş olur
Akışkan hacmini oluşturmak iccedilin dolu olan kısımlar belirlenip ona goumlre hareket
edilir Bunun iccedilinde milin iccedilini dolu kabul edilir
Akışkan hacmi iccedilin yapılan bir diğer işlem ise oluşturulan hacimden fanın hacmini
booelangt substrack komutları ile akışkan hacminin bulunmasıdır
Mevcut fanın uumlzerine sağ tıklanarak ve suppress body komutu seccedililir Boumlylelikle
fanı gizleyerek sadece akışkan hacmi goumlruumlluumlr
Daha sonra oluşan parccedilaların arasında boşluk olmaması iccedilin ve bağlantı sağlamak
iccedilin part kısımlarını seccedililerek sağ tıklanır from new part seccedililir
Şekil 21 Slice Komutu ile Boumllgelere Ayırma
30
Şekil 22 Parccedilalar Arası Bağlantının Sağlandığı FromNew Part Boumlluumlmuuml
Mesh kısmını suumlruumlkleyip project schematic boumlluumlme bırakılır Bu boumlluumlmde geometri
onaylanır ve en altta bulunan meshrsquoe tıklanır
332 Sayısal Ağ Oluşturma (Mesh)
Şekil 23 Mesh oluşturma
31
Şekil 24 Mesh Geometrisi
Sonlu sayıda hacimle ccedilalışıldığından sonlu sayıda hacime boumllmek gerekir Sonlu
sayıda hacime boumlluumlnen kısımlar farklı farklı olabilir
Bu huumlcreler kapsadığı alanın oumlzelliklerini yansıtır Bunların ccedilevresindeki nodlar
bunların ortalaması ile belli bir oumlzelliğe sahip olmuş olur
Bu huumlcrelerin arttırılması yani ayrıştırmaların ccediloğaltılması ne kadar fazla olursa o
kadar yakınsama olur ve ccediloumlzuumlm iyileşir
Ancak sayısal ağ ccedilok fazla attırıldığında ccediloumlzuumlm suumlresi ccedilok fazla artacağından
ekonomik değildir
Bu sebepten dolayı mesh ( ayrıştırma) atarken akışkanın en fazla değişim
goumlstereceği kısımlarda daha fazla sayısal ağ oluşturulur Boumlylelikle daha iyi bir
yakınsama elde edilir Akışkanın değişim goumlstereceği yerler genellikle yuumlzeylerle
temas edilen kısımlardır Mevcut fanın analizin de orta kısımlarda pek fazla
değişiklik olmaz Bu nedenle sınırlara yakın kısımlara daha fazla ağ oluşturulur
Detail of Mesh kısmından hangi kısımlarda ne kadar buumlyuumlkluumlkte mesh
atılabileceğine bakılır
32
Detail of Mesh kısmından Phsics preference kısmı seccedililerek CFDrsquoi seccedililir Solver
Preference kısmından ise CFXrsquoi seccedilip devam edilir
Analiz yaparken belirlenmesi gereken kısımlar vardır Bunun iccedilin diğer kısımlar
seccedililerek hide body seccedililerek kapatılır ve select all body seccedililerek kanatlara isim
verilir
Şekil 25 Mesh İsimlendirme
Akışkanın girişine inlet ccedilıkışına outlet denilir
Mesh atımında minimum yakalayacağı huumlcreler ile maksimum yakalayacağı
huumlcrelerin milimetre hesabı oumlnemlidir Bu yuumlzden kanadın kalınlığı 25 mm olduğu
iccedilin 2 mmrsquo den az olan huumlcre belirlenir Maksimum 15 mmrsquo den buumlyuumlk huumlcreler
olması duumlşuumlnuumllerek analizin yakınsaması sağlandı
Meshrsquoi tıklayıp oradan insert size kısmın da bulunan isimlerde kanatlar seccedililir
Kanatlara maksimum 3 mm buumlyuumlkluumlk seccedililir Devamında ise kanatları hide face
komutuyla gizlenir ve geriye kalan kısımlar iccedilin sizing iccedilin yine 3 mm verilir
Daha sonra kanat ve ccedilevresine ccedilizilen akış hacmi seccedililerek tekrar size kısmından
buumltuumlnuumlne 8 mm verilir Bu kısım iccedilin mesh atanır Yuumlzeyler seccedililerek Preview
Surface Mesh on Selected Bodies denilir ve mesh işlemi tamamlanmış olur
33
Şekil 26 Meshrsquo in Goumlsterimi
Ancak mesh işleminde silindirik yuumlzeylerde sweep komutuyla daha kolay mesh
atılabileceği iccedilin istenen yuumlzey iccedilin sağ tıklayıp İnsertgt Method gtSweep Number
Divs komutlarından kaccedil sıra mesh atılacağı belirlenir 20 sıra vererek mesh atıldı
Suumlpuumlrme işlemi ile mesh atarken hangi yuumlzeyi kaynak olarak alınacağı da
boumlylelikle belirlenmiş olur
Mesh sayfasını kapatıp daha sonrasında workbench kısmında meshin uumlzerine cfx
kısmını bırakılır
Mesh setupgt solutiongt results dan sonuccedillar elde edilir
Daha sonra geometry design da motorun kapağına uygun bir sınır belirlenerek
analiz yapılır
Geometriyi duumlzenlenerek CFXrsquo e aktarılır
Daha oumlncesinde de bahsedildiği uumlzere ANSYS de CFX kullanıldı CFX
kullanılmasının bir diğer sebebi de CFXrsquo in fan konusunda ANSYSlsquo in mesh
kısmından daha bağımsız ve daha hassas olmasıdır
Yapılan isimlendirmeler tekrar kontrol edilir Her farklı işlev iccedilin farklı
isimlendirme yapmak ccedilok oumlnemlidir boumlylece havanın nereden girip ne şekilde
ccedilıkacağını isimlendirmelerden goumlruumllebilir Ve bu isimlendirmeler iccedilin ayrı ayrı kod
yazılır
34
333 Sınır Şartları
Şekil 27 Sınır Şartlarının Belirlenmiş Hali
ANSYS setup kısmında Insert gt Solver gt Output Control komutları seccedililerek code
yazılır MassFlow ()inlet gt Torque_z()kanatlar olarak giriş kısmının kuumltlesel
debisi iccedilin komut yazılır
Ayrıca Insert gt Material kısmından sıcaklığı 25reg basıncı 1 atm entalpi değerini 0
olarak şartları belirlenir
Malzemenin kapak kısmı ccedilelik olarak belirlenir
Solver Control kısmından high resuluiton seccedililerek ccediloumlzuumlmuumln kalitesi arttırılır
Solver Control kısmından Residual Target artık tipini RMS olarak ve onun
yakınsama sınırı 10-5 belirlenir Rms elemanların karelerinin koumlkuumlnuuml alarak
ortalamasını alan youmlntemdir
Yine Solver Control kısmından minimum iterasyonu 1 maksimum İterasyonu ise
500 verilir
İnlet kısmı belirlenirken Boundary Type ( sınır şartları) opening olarak seccedililir
Opening verilmesindeki amaccedil akışkanların iccedileriden girip dışarıya ccedilıkışlarının
sağlanmasıdır Aksi halde ccediloumlzuumlmuumln yakınsamasın da sorunlar oluşabilir Opening
şartında ayrıca akışkan daha ccedilabuk toparlanır ve analiz daha kolaylaşır
Flow Direction komutunda normal sınır şartları belirlenir
Suumlreklilik şartı olarak da Fluid Mass Fluxrsquou seccedililir Bunun yanında sınır kontuumlruuml
iccedilin bağıl basınccedil ayarlarını seccedililir Aynı şekilde outlet iccedilin de aynı ayarlar yapılır
35
Domaine basılıp kapak kısımları ve motor kısımları seccedililir Bu dış kısımları duvar
olarak belirlenir ve duvar hareket edemeyeceğinden No Slip Wall seccedileneği olarak
belirtilir Duvarları suumlrtuumlnmesiz olduğu varsayılıyor
Fan ve kanatlar kısmında Boundry Type olarak Wall olarak belirleyip Frame type
gt rotating (doumlnuumlyor) belirtilir
Ccediloumlzuumlm metodu olarak RNG k-euro modeli kullanılır
Şekil 28 Setup Koşulların Belirlenmesi
334 Ccediloumlzuumlm - Sonuccedillar
Setup kısmını kapatılarak solution ekranı ccedilift tıklanarak ccedilıkan ekran da RUN seccedililerek
ccediloumlzme işlemi başlatılmış olur
Ccediloumlzme işlemi bittiğinde results kısmından sonuccedillar goumlruumlntuumllenebilir
36
Şekil 29 Akışın Youmlnelişi
Şekil 30 Debi Sonucu
37
34 YENİ FAN TASARIMI
341 Fan Tasarımı İccedilin Kabuller
Havanın sıkıştırılamaz olduğunu kabul edildi Havanın sıkıştırılmaz olduğu
varsayılarak yoğunluğu değişmez ve 12 kgm3 olarak kabul edilir
Ccediloumlzuumlmde suumlrtuumlnmeler ve ısı kayıpları ihmal edilir Ccediluumlnkuuml bu değerlerin
hesaplanması ccedilok uzun suumlreceği iccedilin ccediloumlzuumlm youmlntemi iccedilin ekonomik olmaz
Gerccedilekle arasında ccedilok buumlyuumlk bir fark olmayacağı varsayılmıştır
Verimi arttırmak iccedilin orijinal fanın analizinden elde edilen tork değeri duumlşuumlk
tutulmaya ccedilalışılmıştır
Motorun tek bir youmlne doumlneceği duumlşuumlnuumllmuumlştuumlr
342 Fan Tasarım Parametreleri
Bir fan tasarımında belli başlı kriterleri ele alabilmek iccedilin mevcut fan uumlzerinden
değerler bulundu
Tablo 7 Mevcut Fanın Oumlzellikleri
Devir Sayısı ( ddk) r hub (mm) rtip (mm)
1498 25 77
Radyal hız hesaplandığında w= 15687 radsn bulunmuştur r hub diye isimlendirilen
kısım fanın giriş accedilısı iccedilin gerekli olan kanadın başlangıcı ile milin merkezi arasındaki
uzaklıktır r tip ise fan kanadının bitiş noktası ile mil merkezi arasındaki uzaklığın
yarıccedilap cinsinden ifadesi olmaktadır
38
Fan kanat tasarımında oumlnemli olan w (accedilısal hız)hızının kanatlara ne kadar dik
gelebildiğidir Bu kanat hacmine ne kadar iyi bir şekilde gelirse akışkan o denli iyi
akabilir ve kanat profili oluşur
U_hub= w (radsn) x r hub
U_tip = w x r tip
Beta = arctan(vu)
A_inlet= (r tip 1000)sup2π ndash r hub 1000)sup2π
Verim= (Q x P) (TxW)
V (akışın mutlak hızı)= Debi Alan
Tablo 8 Sonuccedil olarak elde edilen değerler
r_h (mm) 25 r_t (mm) 77 r_h (mm) 50 r_t (mm) 80
U_h (ms) 3927 U_t (ms) 1209516 U_h (ms) 7854 U_t (ms) 125664
A_in (m^2) 0016663 A_out (m^2)0012252
V_in (ms) 2350516 V_out 3196702
beta_h 5909726 beta_t 7900249 beta_h 678529 beta_t 7572755
giriş ccedilıkış
Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları
Bu değerlere goumlre BladeGende yeni bir kanat profili oluşturulur
r tip
r hub
Şekil 31 Fan Kanatlarının Accedilısı
39
Şekil 32 BladeGen Kanat Profili
Oluşturduğumuz bu geometriye daha oumlnceki boumlluumlmde bahsedilen fana yapılan adımlar
uygulandı (Yeni oluşturulan fanın geometrik deseni ektedir)
40
3421 Geometri
Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi
3422 Sayısal Ağ Oluşturma
Şekil 34 Yeni Fan Tasarımının Sayısal Ağ Oluşturulması
41
3423 Ccediloumlzuumlm
Şekil 35 Tasarımı Yapılan Fanın Verimi
Accumulated Time Step sayısı iterasyonu goumlstermektedir Daha fazla yakınsama iccedilin
daha fazla koşturulabilir
42
Şekil 36 Tasarımı Yapılan Fanın Torku
43
3423 Sonuccedillar
Şekil 37 Akışın Youmlnelişi
Bu kısımda verimi arttırabilmek iccedilin tork azaltılmaya ccedilalışıldı Boumlylece kanatlara
harcanan toplam guumlccedil azaltılarak iyileştirmeler yapıldı
44
Kanadın iş yapan kısmını arttırarak orijinal fanda kanadın suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilapı
154 mm iken yeni fan da 160 mmrsquoye ccedilıkarıldı
Kanatlar daha eğimli ama daha eksenel bir forma getirildi
Bu motorda toplam guumlccedil iccedilin 60 watt olduğunda yaklaşık 6 wattrsquo lık guumlccedil fan iccedilin
harcanıyordu Fanın verimliliği ccedilok oumlnemli olduğu iccedilin debiyi sabit tutulmaya
torku da duumlşuumlruumllmeye ccedilalışıldı
Tablo 9 ANSYSrsquo de Elde Edilen Deneyler
tork(Nm) w(radsn) m(kgs)
Orijinal Fan 00393645 15687 0048168
Yeni Fan 00043869 15687 0032261
Goumlruumllduumlğuuml gibi tork buumlyuumlk oranda duumlşmuumlş ancak onunla birlikte debi de biraz
duumlşmuumlştuumlr
343 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanması
Motorun arka ve oumln kısımlarına sırt sırta fan bağlayarak havanın akışını hızlandırma
ve soğutmayı arttırma işlemi amaccedillandı Gerccedilek boyutlarda uygulamadan oumlnce fanı
motor şeklini verilen kısım da tek başına analiz yapıldı Verimli bir sonuccedil alabilmek
iccedilin ikili fan deneyi yapıldı
3431 Geometri
Şekil 38 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Geometrisi
45
3432 Sayısal Ağ Oluşturma
Şekil 39 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Sayısal Ağ
Oluşturulması
Yapılan analiz de goumlzlemlenen sonuccedillar şunlardır
Bir motorun etrafında sınırlayıcı bir alan olmadığı iccedilin sınır şartları olarak setup
kısmında yine havayı 1 atm basınccedil olarak alınır Eğer sınırlayıcı bir alan olsaydı
oluklardan hava akışı doğrudan motorun arka kısmına gelecekti Ccedilıkış noktasına ise
kapak yerleştirildi giriş noktasında atmosfer ccedilıkışı ise kapak olarak sınırlandı
3433 Kod Ccediloumlzuumlmuuml
Debi ndash 000064 mᵌ sn olarak ccedilıktı Motorun hava ccedilıkış kısmına fan bağlamanın verimli
olmadığı sonucuna varıldı Oumlnceden oluşturulan oluklardaki 1cmrsquolik aralıklarla
havanın geniş bir alana gitmesi ccedilok zordur Ve bu akışı goumlnderebilmek iccedilin fazladan
basınccedil uygulanması gerekir Bu sebepler debinin duumlşmesine sebep olmuştur
46
Şekil 40 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Ccediloumlzuumlmuuml
47
BOumlLUumlM 4 SONUCcedilLAR
Verim= (Alınan Guumlccedil Verilen Guumlccedil)= (∆P x Q) (T x ὠ)
A_inlet = (r_tip)2 1000 - (r_hub)21000
A_outlet =( U_h1000)2 - (U-t1000)2
U= ὠ x r
Fan hesaplarıdan debi değeri ve tork değeri duumlşmuumlştuumlr Aşağıda yeni fanımızın verimi
yukarıdaki formuumlllere goumlre excelde hesaplanmıştır
tork(Nm) w(radsn) ṁ(kgm^3) verim deltap (Pa)
Orijinal Fan 00393645 15687 00391 60152783 95
Yeni Fan 00043869 15687 0039167 54068744
Tabloda da goumlruumllduumlğuuml uumlzere eski fanın oumlzelliklerine bakılarak hız uumlccedilgeni youmlntemiyle
oluşturulan yeni fan 540 verimli ccedilıkmıştır
Motorun oumln kısmın koyduğumuz fanda ise dar oluklardan buumlyuumlk bir hacime giriş
yaptığı iccedilin tek youmlnluuml analizde kuumltlesel debi negatif değerde ccedilıkmıştır
(Kuumltlesel debi) ṁ=ƍ( oumlzkuumltle) x A(alan) x V( akışkan hızı)=kgsn ndash Formuluumlnden
dolayı verimin hesaplanmasına gerek yoktur
48
BOumlLUumlM 5 EKLER
EK1- MEVCUT FAN
EK2- YENİ FAN
49
KAYNAKCcedilA
Baykal R 2011 Asenkron Motorlar Uumlzerine Enerjiİ Verimliliği Uygulanması
Yayın Tarihi 15032011
Ccedilalışkan M 2014 Eksenel Akışlı Fan Tasarımı Yuumlksek Lisans İstanbul Teknik
Uumlniversitesi TUumlRKİYE
Moavani S 2015 Sonlu Elemanlar Analizi Teorisi ve Ansys ile Uygulamalar
İstanbul
Onaygil S 2006 Enerji Verimliliği Kanunun Tanıtımı Yuumlksek Lisans
URL1 lthttpdeneysancomContentimagesdocumentshavalandirma-
4_39143832pdfgt Erişim Tarihi 12032016
URL2 lt httpwwweiegovtrgt Erişim Tarihi 20042016
URL3 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi
12052016
URL4 ltwwwtuumlikgovtrgt Erişim Tarihi 14052016
URL5 ltwwwemoorgtrekler364734147179187_ekpdfgt Erişim Tarihi 16052016
URL6 ltwwwinverter-plcnetmotoryıldız_uumlccedilgen_bağlantıhtmlgt Erişim Tarihi
18052016
URL7 ltwwweiegovtreie-webturkceenMotor_Verimliligi_Brosurupdfgt Erişim
Tarihi 20052016
URL8 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi
07062016
URL9 ltwwwfigescomtransysansys-nedirphpgt Erişim Tarihi 09062016
50
OumlZGECcedilMİŞLER
Elif CcedilİCcedilEK
Eyluumll 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Duumlzce Anadolu İmamhatip Lisesinde
tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi İlahiyat Fakuumlltesirsquoni kazandı 2012 yılında
Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine
başladı Halen eğitimine devam etmektedir
İletişim
apsuvaelifhotmailcom
Nesrin ALTUNBOĞA
Ağustos 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Haydarpaşa Teknik Okulları Raylı
Sistemler Teknolojileri Boumlluumlmuumlnuuml tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi
Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Boumlluumlmuumlnuuml kazandı Halen eğitimine
devam etmektedir
İletişim
naltunbogagmailcom
Rumeysa ALGUumlL
Ekim 1992rsquo de Konyarsquoda doğdu Lise oumlğrenimini Lafarge Aslan Ccedilimento Anadolu
Teknik Lisesirsquonde 2010 yılında tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi Teknoloji
Fakuumlltesi Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliğini kazandı 2013 yılında Teknoloji
Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine başladı Halen eğitimine devam
etmektedir
İletişim
rumeysaalgulgmailcom
51
52
vi
SEMBOLLER LİSTESİ
Ainlet Girişin Alanı
AOut Ccedilıkışın Alanı
n1 n2 Senkron Doumlnme Hızı Rotorun Doumlnme Hızı
f Frekans
I Akım
n Motorun Devir Sayısı
ƞ Verim
p Kutup Sayısı
Q Debi
R Direnccedil
rhub Fan Kanadının Başlangıcı ile Mil Arasındaki Uzunluk
rpm Dakikada doumlnme sayısı
rtip Fan Kanadının Bitiş Noktası İle Mil Arasındaki Uzunluk
sn Saniye
U Gerilim
Uhub Hub Hızı
Utip Tip Hızı
V Akışın Mutlak Hızı
W Accedilısal Hız
β Kanat Accedilısı
ρ Yoğunluk
vii
KISALTMALAR LİSTESİ
AB Avrupa Birliği
AC Alternatif Akım
ANSYS Simulation Driven Product Development
BSTB Bilim Sanayi ve Teknoloji Bakanlığı
CAD Bilgisayar Destekli Tasarım
CENELEC Avrupa Elektrik Makinaları ve Guumlccedil Elektroniği İmalatları Komitesi
CFD Computational Fluid Dynamics
CFX Congregation Fratrorum Xaverianorum
DC Doğru Akım
FEA Sonlu Elemanlar Analizi
IE1 Standart Verimli
IE2 Yuumlksek Verimli
IE3 Ccedilok Yuumlksek Verimli
IE4 Suumlper Yuumlksek Ccedilok Verimli
IEC Uluslararası Elektronik Komisyonu
PN Ccedilıkış Guumlcuuml
TSE Tuumlrk Standartları Enstituumlsuuml
TUumlİK Tuumlrkiye İstatistik Kurumu
V Volt
viii
ŞEKİLLER LİSTESİ
Şekil 1 Elektrik Motorlarının Sınıflandırılması 2
Şekil 2 Sanayide Kullanılan Elektrik Motorlarının Kullanım Yerleri 5
Şekil 3 Talep Tarafında Elektrik Kullanımı 6
Şekil 4 TS-EN 60034-30-1 Standardına Goumlre Verimlilik Sınıfları 7
Şekil 5 Motor Verimini Etkileyen Faktoumlrler 9
Şekil 6 Kuumlccediluumlk Guumlccedilluuml Uumlccedil fazlı Sincap Kafesli Asenkron Motorun Kesiti 11
Şekil 7 Stator Saccedil Paketini Oluşturulmuş Farklı Tipte Statorlar 12
Şekil 8 Rotor Saccedil Paketini Oluşturan Değişik Rotor Saccedilları 13
Şekil 9 Uumlccedil Faz bobininin 6 Oluklu Statora Yerleştirilişi 14
Şekil 10 Standart Asenkron Motorların Anma Kayması ve Verimi 16
Şekil 11 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru 17
Şekil 12 Motora yıldız-uumlccedilgen yol verme 20
Şekil 13 Stator Sargı Uccedillarının Uumlccedilgen (D) Ve Yıldızı (Y) Bağlanması 20
Şekil 14 Asenkron Motora Yol Verme 20
Şekil 15 Akışın Simetri Ekseninde Hareket Etmesi 22
Şekil 16 Karışık Akışlı Fan Uygulamaları 22
Şekil 17 Radyal Duumlz Kanatlı Fanlara Oumlrnekler 23
Şekil 18 Sonlu Eleman Modeli 24
Şekil 19 SolidWorksrsquo ten İmport Etmek 27
Şekil 20 Akış Alanı Belirleme 28
Şekil 21 Slice Komutu ile Boumllgelere Ayırma 29
Şekil 22 Parccedilalar Arası Bağlantının Sağlandığı FromNew Part Boumlluumlmuuml 30
Şekil 23 Mesh oluşturma 30
Şekil 24 Mesh Geometrisi 31
Şekil 25 Mesh İsimlendirme 32
Şekil 26 Meshrsquo in Goumlsterimi 33
Şekil 27 Sınır Şartlarının Belirlenmiş Hali 34
Şekil 28 Setup Koşulların Belirlenmesi 35
Şekil 29 Akışın Youmlnelişi 36
Şekil 30 Debi Sonucu 36
Şekil 31 Fan Kanatlarının Accedilısı 38
Şekil 32 BladeGen Kanat Profili 39
ix
Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi 40
Şekil 34 Yeni Fan Tasarımının Sayısal Ağ Oluşturulması 40
Şekil 35 Tasarımı Yapılan Fanın Verimi 41
Şekil 36 Tasarımı Yapılan Fanın Torku 42
Şekil 37 Akışın Youmlnelişi 43
Şekil 38 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Geometrisi 44
Şekil 39 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Sayısal Ağ
Oluşturulması 45
Şekil 40 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Ccediloumlzuumlmuuml 46
x
TABLO LİSTESİ
Tablo 1 Tuumlrkiyersquode Elektrik Motorlarının Sektoumlrlere Goumlre Tuumlketimi 3
Tablo 2 Elektrik Motorlarının Tuumlrlerine Goumlre Pazar Dağılımları 4
Tablo 3 IE4 ile IE1 arasındaki ortalama verim farkı 4
Tablo 4 Başlıca Uumllkelerin Verimlilik Sınıfı Uygulama Tarihleri 8
Tablo 5 Tuumlrkiyersquo de Zorunlu Uygulamaya Geccediliş Suumlreci 8
Tablo 6 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru 15
Tablo 7 Mevcut Fanın Oumlzellikleri 37
Tablo 8 Sonuccedil olarak elde edilen değerler 38
Tablo 9 ANSYSrsquo de Elde Edilen Deneyler 44
1
BOumlLUumlM 1 GİRİŞ
Fan en temel anlamıyla bir basınccedil farkı oluşturarak havanın bir yerden başka yere
akışını sağlayan cihazlardır Fanlar ticari ve enduumlstri hayattın da birccedilok uygulamalarda
kullanılmaktadır Farklı boyutlarda farklı modeldeki fanlar (eksenel radyal vb)
soğutucular bilgisayarlar yıkayıcılar kurutucular ve klimalar gibi ccedileşitli sistemlerde
hava sirkuumllasyonunu sağlamak amacıyla kullanılmaktadır Yaygın olarak iki farklı
ccedileşidi kullanılmaktadır Bunlar eksenel ve radyal fanlardır Radyal akışlı fanlar
akışkanı doumlnme eksenine dik şekilde atarlarken eksenel akışlı fanlar ise doumlnme
eksenine paralel akış oluşturmaktadırlar (Ccedilalışkan 2014) Ccedilalıştıkları koşulda basınccedil
farkı oluşturmaktadırlar Fanların tahrik sistemlerinde genellikle elektrik motorları
kullanılmaktadır Fanlar sanayide ve ticari binalarda oumlnemli oranda elektrik tuumlketen
cihazlardır Halen Tuumlrkiyersquode sanayide eski teknoloji uumlruumlnuuml ve verimleri yuumlksek
olmayan ccedilok sayıda fan bulunmaktadır Bu nedenle enerji verimliliğinin artırılmasında
fanların ve fan sistemlerinin verimliliklerinin artırılmasının katkısı olacaktır (URL1)
11 CcedilALIŞMA KONUSUNUN TANIMI
Sincap kafesli asenkron motorlarının verimliliğini arttırma yolları incelenmiştir Bu
proje konusunda soğutma uumlzerine yoğunlaşarak fan tasarımı yapılmıştır Bir elektrik
motorun da fan 10rsquoluk guumlccedil harcadığı iccedilin fan tasarımın da kanat sayısını azaltarak
optimizasyon yapılmıştır Fan tasarımı iccedilin Ansys programını kullanarak kanatlardaki
torku azaltmaya youmlnelik ccedilalışmalar yapılmıştır Tasarımda ilk adım olarak temel hız
uumlccedilgenlerinden yararlanılarak gerccedileğe yakın olacak şekilde sonuccedillar oluşturulmuştur
Sonuccedilların uygunluğu doğrultusunda ccediloumlzuumlm iccedilin gerekli kontrol hacimleri kaba ve
nitelikli ağ oumlrguumlsuuml şeklinde oluşturularak analizler gerccedilekleştirilmiştir
Uumlccedil boyutlu hesaplamalı akışkanlar dinamiği analizi uygulanarak gerccedileğe daha yakın
bir model simulasyonu oluşturulmuş ve uumlccedil boyutta etkileri inceleme olanağı
sağlanmıştır Tasarım sırasında hız uumlccedilgenlerinden yararlanılarak yapılan fan
tasarımının ccediloumlzuumlmuumlnde hızlı sonuccedil alınması ve ccedilok fazla iterasyona olanak sağlayan
turbomakina yazılımı kullanılmıştır Akışkan hareketini youmlneten denklemlerin
2
ccediloumlzuumlmuumlnde kullanılan sonlu hacimler programı iccedilin gerekli ağ oumlrguumlsuumlnuumln de hızlı bir
şekilde kullanımı iccedilin turbomakina yazılımından faydalanılmış ve zaman olarak
ccedilalışmaya oumlnemli oumllccediluumlde katkısı olmuştur
12 CcedilALIŞMA KONUSUNUN AMACI
Bahsi geccedilen ccedilalışma konusunda fan tasarımın da enerjinin verimli kullanılması seccedilim
imalat ve işletme suumlreccedillerinin optimum olması sağlanmış Fan tasarımında fanın
ccedilalıştırılacağı sistem projelendirilip yapılırken dikkat edilmelidir Ccediluumlnkuuml fanlar yatırım
maliyetlerinden daha fazla enerji tuumlketmektedirler Bu nokta da elektrik motorlarında
verimi arttırıcı oumlnlemler alınarak elektrik tuumlketimi konusunda tasarruf planlarında
buumlyuumlk katkı sağlanması hedeflenmiştir
13 ELEKTRİK MOTORU
Elektrik enerjisini mekanik enerjiye ccedileviren makinedir Her elektrik motoru biri sabit
(stator) ve diğeri kendi ccedilevresinde doumlnen (rotor) iki ana parccediladan oluşur Bu ana
parccedilalar elektrik akımını ileten (sargılar vb) manyetik akıyı ileten parccedilalar ve
konstruumlksiyon parccedilaları (yataklar vb) olmak uumlzere tekrar kısımlara ayrılır (URL2)
111 Elektrik Motorlarının Sınıflandırılması
Şekil 1 Elektrik Motorlarının Sınıflandırılması
Elektrik Motoru
Doğru Akım
DC Motor
Alternatif Akım
AC Motor
Senkron Motor Asenkron Motor
3 Fazlı Asenkron
Motor
Tek Fazlı Asenkron
Motor
3
14 TUumlRKİYErsquo DE VE DUumlNYArsquo DA ELEKTRİK MOTORLARININ ENERJİ
TUumlKETİMİ
Enerjide arz guumlvenliğinin sanayide sanayide suumlrduumlrebilirliğinin ve buumlyuumlmenin ise
kalkınmada oldukccedila oumlnem taşıdığı guumlnuumlmuumlzde saklı enerji kaynağı sayılabilecek olan
verimlilik hususu belirtilmektedir TUumlİK verilerine goumlre Tuumlrkiye elektrik enerjisinin
2013 yılı itibariyle 471rsquoi sanayi sektoumlruumlnde tuumlketilmektedir Sanayide kullanılan
elektrik motorları ise bu sektoumlrde tuumlketilen elektrik enerjisinin 70rsquo ini teşkil
etmektedir Sanayinin buumlyuumlmesi son yıllardaki ARGE ccedilalışmalarının ilerlemesi ve
otomasyon sistemleri ile daha yoğun teknoloji ile Tuumlrkiye piyasasına 1 milyon elektrik
motoru arz edilmektedir Tuumlrkiyersquode de Bilim Sanayi ve Teknoloji Bakanlığı (BSTB)
tarafından AB mevzuatı ile uyumlu hale getirilen yerel mevzuat soumlz konusu elektrik
motorları iccedilin enerji verimlilik endeksini ve beyanını ve bulunması gereken en duumlşuumlk
seviyeyi zorunlu kılmaktadır ve ccedilalışmalar yapılmaktadır Bunun sonucunda
Tuumlrkiyersquode kullanılan elektrik motorları uumlzerinde sektoumlrel ve sınıfsal accedilıdan enerji
tuumlketimi irdelenmektedir Yapılan bu ccedilalışmalar ile duumlşuumlk verimli elektrik motorlarının
yuumlksek verimli elektrik motorları ile değiştirilmesi yoluyla Tuumlrkiyersquode yaklaşık yılda
2500 GWhrsquo lik enerji tasarrufu edildiği goumlruumllmuumlştuumlr (URL4)
2013 yılı TUumlİK verilerine goumlre Tuumlrkiyersquode toplam 198045 GWh Elektrik Enerjisi
tuumlketilmiştir Tuumlketilen bu enerjinin 93280 GWh kadarı sanayide tuumlketilmiştir
Tablo 1 Tuumlrkiyersquode Elektrik Motorlarının Sektoumlrlere Goumlre Tuumlketimi
Sektoumlr Elektrik Motorların Sektoumlrel
Tuumlketimi TWhYıl
Sektoumlruumln Toplam Enerji
Tuumlketimi TWhYıl
Sanayi 46 68
Ticaret 14 20
Mesken 8 35
Diğer 1 20
Toplam 69 144
4
Enerji verimliliği ccedilalışmalarında elektrik motorlarının kullanımlarının sektoumlrel
dağılımlarının yanı sıra motorların sınıflandırılması da oldukccedila oumlnemlidir
Duumlnyada 2 23 milyar elektrik motorlarının bulunduğu tahmin edilmektedir Ancak bu
motorların 2 milyar kadar adedi 075 kW guumlcuumln altındadır ve enerji tuumlketiminin 9 u
kadarını karşılar 075- 375 kW aralığında kalan motorlar ise elektrik motorlarının 11
ini oluştururken enerji tuumlketiminin 68 kadarını oluşturur 375 kW guumlccedil uumlstuumlndeki
motorlar elektrik motorlarının 1rsquoini oluştururken enerji tuumlketiminin 23rsquouumlnuuml
karşılar
Tablo 2 Elektrik Motorlarının Tuumlrlerine Goumlre Pazar Dağılımları
TİPİ le 750
W
075 - 375
kW
gt 375
kW
DC Motor Ve
Generatoumlrler
56 21 5
AC Tek Fazlı
Motorlar
29 30 -
AC Uumlccedil Fazlı
Motorlar
5 49 95
Diğer 10 - -
Tuumlrkiyersquo de elektrik enerjisinin 471rsquo i sanayide sanayide tuumlketilen elektrik
enerjisinin 67rsquosi motorlarda motorlarda tuumlketilen elektrik enerjisinin 91rsquoi 075-
1000 kW guumlccedil aralığındaki motorlarda tuumlketilmekte ve bu motorların 87rsquosinin
asenkron motorlar olduğu soumlylenebilir
IE4 ile IE1 standartları arasındaki fark buumlyuumlktuumlr 90 kW ve uumlstuumlnde ortalama fark
yaklaşık 3 seviyesindedir 075 ile 75 kW arasında ortalama verim farkı yaklaşık
10 75 ile 90 kW aralığında ise ortalama verim farkı 5 seviyesindedir
Tablo 3 IE4 ile IE1 arasındaki ortalama verim farkı
Guumlccedil Aralığı Ortalama IE1 - IE4 verim
Farkı ()
012-075 kW 17
075-75 kW 10
75-90 kW 5
90-1000 kW 3
5
15 ELEKTRİK MOTORLARINDA VERİMİN OumlNEMİ VE VERİM
SINIFLARI
Uumlretilen toplam elektriğin yaklaşık yarısı sanayi sektoumlruumlnde kullanılan elektriğin ise
yaklaşık uumlccedilte ikisi motorlar tarafından tuumlketilmektedir Bu da sanayide yuumlksek verimli
motor kullanımının enerji maliyetinin duumlşuumlruumllmesinde ne kadar oumlnemli olduğunu
goumlsterir Yuumlksek verimli motorların kullanımı aynı zamanda sera gazları salınımında
ciddi azalmalara sebep olmakta ve enerjide dışa bağımlılığın azaltılmasına katkı
yapmaktadır (URL7)
Şekil 2 Sanayide Kullanılan Elektrik Motorlarının Kullanım Yerleri
Elektrik motorlarının duumlnyadaki kullanımına bakarsak binalarda kullanılan elektriğin
36rsquosı enduumlstri ve altyapıda ise 70rsquoi elektrik motorları tarafından tuumlketilmektedir
Asenkron elektrik motorları uumllkemizin toplam elektrik tuumlketiminin yaklaşık 36rsquosını
oluşturmaktadır Hatta sanayide sektoumlrel bazda bu oran 80rsquolere kadar ccedilıkmaktadır
Bu sebeple elektrik motorlarında verimi arttırıcı oumlnlemler uumllkemizin elektrik tuumlketimi
konusundaki tasarruf planlarına buumlyuumlk katkı sağlayacaktır Satın alma maliyeti
ortalama motor oumlmruuml boyunca toplam maliyetin 2rsquolik kısmına denk gelmektedir
Tek bir motor sarımının maliyeti toplam tutarın 1rsquoini oluşturmaktadır Elektrik
motorunun kullanım oumlmruuml boyunca tuumlkettiği elektrik enerjisinin maliyeti ise toplam
maliyetin 97rsquosine tekabuumll etmektedir (URL2)
42
7
22
29
DİĞER KOMP FAN POMPA
6
Şekil 3 Talep Tarafında Elektrik Kullanımı
VERİMİN OumlNEMİ
Asenkron motorlarda ccedileşitli verimlilik sınıfları mevcuttur Avrupa Elektrik Makineleri
Uumlreticileri Komitesi (CEMEP) ve Avrupa Komisyonunun 28 Haziran 1999 tarihli
deklarasyonu motorları verim sınıflarına goumlre ayırmıştır Yuumlksek Verimli motorlar
(EFF1) verimi iyileştirilmiş motorlar (EFF2) ve duumlşuumlk verimli motorlar (EFF3)
CEMEP‟ in bu deklarasyonunu takiben motor uumlreticileri ile yaptığı goumlnuumllluuml anlaşmalar
ile duumlşuumlk verimli motor (EFF3) uumlretimini kısıtlama yoluna gitmiştir Bunun yanı sıra
Duumlnyada artan enerji talebi ile birlikte birccedilok uumllke goumlnuumllluuml ya da zorunlu olarak daha
yuumlksek verimli motor kullanımını sağlamaya ccedilalışmıştır (Onaygil 2006)
Verimlilik sınıflarına 2008 yılında yenilik getirilmiştir Bu yenilik IEC( Uluslararası
Elektronik Komisyonu) tarafından yayımlanmıştır CENELEC tarafından da 2009
yılında Avrupa normu haline gelmiştir 2010 yılında da TSE tarafından kabul
edilmiştir Bu yenilik verimlilik sınıflarına getirilen IE1 IE2 IE3 IE4 şeklinde olan
tanımlamalardır Bu tanımlamalarda IE1= EFF2 olup IE2=EFF1rsquo in karşılığıdır
IE1= STANDART VERİMLİ
IE2= YUumlKSEK VERİMLİ
IE3=CcedilOK YUumlKSEK VERİMLİ
IE4=SUumlPER YUumlKSEK CcedilOK VERİMLİ
Şeklinde sınıflandırılmıştır
AYDINLATMA19
DİĞER ELEKTRİK MOTORLARI
4
ASENKRON MOTORLAR
36
DİĞER3
ELEKTRONİK ALETLER
8
ISITMA15
EV GERECcedilLERİ15
7
2014 yılında TS- EN 60034-30 standardı doğrudan şebekeden beslenen motorlar ve değişken
hız suumlruumlcuumlluuml motorlar olmak uumlzere iki kısma ayrılmıştır Şebeke tarafından doğrudan beslenen
motorlar iccedilin verimlilik sınıflarını tayin eden başka bir standart koyulmuştur TS-EN 60034-
30-1 standardıdır Bu standart faklı olarak 012- 1000 kW guumlccedil aralığını kapsamakta ve IE4
verimlilik sınıfını da tanıtmaktadır Ayrıca 8 kutuplu motorlar da bu kapsama alınmıştır
Henuumlz TS- EN 60034- 30- 2 sınıfı yayınlanmamıştır
Şekil 4 TS-EN 60034-30-1 Standardına Goumlre Verimlilik Sınıfları
151 Mevzuat
Elektrik motorları hususunda ilk yasal duumlzenleme Avrupa Birliğinin Elektrik Motorları
ile İlgili Ccedilevreye Duyarlı Tasarım Gereklerine Dair EC6402009 sayılı tuumlzuumlğuumlduumlr
Beraberinde 4703 sayılı Uumlruumlnlere İlişkin Teknik Mevzuatın Hazırlanması ve
Uygulanmasına Dair Kanunun 14 uumlncuuml maddesine dayanılarak hazırlanan Enerji ile
İlgili Uumlruumlnlerin Ccedilevreye Duyarlı Tasarımına İlişkin Youmlnetmelik 2010 yılında
yuumlruumlrluumlğe girmiştir Daha sonra 2012 yılında EC6402009 referans alınarak
hazırlanan ve uyumlaştırılan SGM- 20122 Elektrik Motorları İle İlgili Ccedilevreye
Duyarlı Tasarım Gereklerine Dair Tebliğ yayımlanarak ulusal mevzuata
kazandırılmıştır
Bu tebliğ ile 2 4 6 kutuplu anma gerilimi en fazla 100 (UN) en fazla 1000 V olan
anma ccedilıkış guumlcuuml (PN) 075 kW ile 375 kW arasında olan ve suumlrekli ccedilalışacak şekilde
100
90
80
70 012 24 48 960
IE1 IE2 IE3 IE4
8
tasarlanmış tek hızlı 3 fazlı 50 Hz veya 5060 Hz sincap kafesli enduumlksiyon motorları
denetim kapsama alınmış bulunmaktadır
Bu tebliğde oumlnemli bir diğer husus ise uygulamaya youmlnelik olan zorunluluklardır
Onlar şunlardır IE1 sınıfı verimlilikte olan motorların piyasaya arz edilmesinin
yasaklanması ve diğer verimlilik sınıfına geccediliş suumlrecinin tanımlanmasıdır
Tablo 4 Başlıca Uumllkelerin Verimlilik Sınıfı Uygulama Tarihleri
BOumlLGE IE1 IE2 IE3
ABD - 1998 2011
AB - 2011 2015
PRC 2000 2011 2015
TUumlRKİYE - 2012 2015
Bunun dışında 01012015 tarihinden itibaren anma ccedilıkış guumlcuuml 75 kW ile 375 kW
arasında olan motorların veriminin IE3 verim seviyesinden duumlşuumlk olmayacağını veya
piyasaya arz edilen motorların IE2 verim seviyesini karşılayacak ve değişken hızlı
tahrikle teccedilhiz edilmesi gerektiğini bildirmektedir (URL5)
Tablo 5 Tuumlrkiyersquo de Zorunlu Uygulamaya Geccediliş Suumlreci
Sınıfı Zorunlu Yuumlruumlrluumlk
Tarihi
Accedilıklama (İstisnalar)
IE1 02042012 2 Nisan 2012 tarihinden itibaren piyasaya suumlruumllmesi
yasaklanmıştır
IE2 02042012 01012015 tarihine kadar kullanılabilecektir
IE3 01012015 Değişken hızlı tahrikle teccedilhiz edilmesi halinde IE2 verim
seviyesi kullanılabilecek (75 kW - 375 kW)
IE3 01012017 Değişken hızlı tahrikle teccedilhiz edilmesi halinde IE2 verim
seviyesi kullanılabilecek (075 kW - 375 kW)
9
16 MOTOR VERİMİNİ ETKİLEYEN FAKTOumlRLER
161 Verim
Bir elektrik motorunun bağlı bulunduğu şebekeden ccedilektiği enerjinin tamamı mekanik
enerjiye doumlnuumlşmez Elektrik motorunun milinden aldığı faydalı guumlccedil şebekeden ccedilektiği
guumlccedilten kayıp guumlccedillerin ccedilıkmış halidir
Asenkron motorun şebekeden ccedilektiği guumlcuumln yuumlzde kaccedilının motorun milinden mekanik
guumlccedil olarak alındığını verim goumlsterir
Verim= ((Alınan G ) (Verilen Guumlccedil))x100
ή= (PaPv)x100
Verilen guumlccedil ile alınan guumlccedil arasındaki fark toplam kayıplardır Asenkron motorlarda
kayıplar stator demir kaybı stator ve rotor bakır kayıpları ile rotorun suumlrtuumlnme ve
ruumlzgacircr kaybından ibarettir
DEMİR
KAYIPLARI
GOumlVDE
STATOR
DİRENCİ
ROTOR
DİRENCİ
RUumlZGAR
SUumlRTUumlNME
DİRENCİ
EK
KAYIPLA
Şekil 5 Motor Verimini Etkileyen Faktoumlrler
10
162 Kayıplar
Demir Kayıpları
Bakır Kayıpları
Suumlrtuumlnme Kayıpları
1621 Demir Kayıpları
Demir kayıpları stator ve rotor saccedillarında meydana gelen histerezis ve fuko
kayıplarıdır Bu kayıplar frekans ve manyetik enduumlksiyon ile oranlıdır
Stator demir kayıpları stator frekansı sabit olduğuna goumlre değişmemektedir Yalnız
rotor demir kayıpları rotor frekansı ile değişir Ancak boş ve yuumlkluuml ccedilalışmada rotor
frekansı ccedilok kuumlccediluumlktuumlr Bu sebeple rotor demir kayıpları ccedilok kuumlccediluumlk olur ve ihmal
edilebilir 0 halde bir asenkron motorun demir kayıpları stator demir kayıplarına
eşittir denebilir Stator frekansı sabit olduğundan demir kayıpları da buumltuumln yuumlkler iccedilin
sabittir
1622 Bakır Kayıpları
Asenkron motorlarda stator ve rotor omik direnccedillerinden dolayı I12R1 ve I2
2R2
değerinde bakır kayıpları meydana gelir Bakır kayıpları sargı direnccedilleri sabit
olduğuna goumlre yuumlk akımları I1 ve I2 lsquonin karesi ile değişir Şu halde bu kayıplar
yuumlkle değişen kayıplardır
Rotor ve stator bakır kayıplarını bulabilmek iccedilin akım ve direnccedillerin bilinmesi gerekir
Genel olarak bakır kayıpları motorun kısa devre deneyinden tuumlm olarak hesaplanır
1623 Ruumlzgar ve Suumlrtuumlnme Kayıpları
Asenkron motorlarda suumlrtuumlnme ve ruumlzgacircr kayıpları devir sayısı ile biraz değişirse
de bu değişim ccedilok az olduğu iccedilin sabit kabul edilebilir Suumlrtuumlnme ve ruumlzgacircr
kayıpları boş ccedilalışma deneyinde demir kayıpları ile birlikte bulunur Demir
kayıpları ile ruumlzgacircr ve suumlrtuumlnme kayıplarına sabit kayıplar denir
11
BOumlLUumlM 2 MATERYAL VE YOumlNTEM
21 ASENKRON MOTORLAR
Asenkron motorlar başlıca iki kısımdan oluşur
Hareket etmeyen kısım Stator
Doumlnme hareketi yapan kısım Rotor
Asenkron makineler motor olarak stator sargıları ile aldığı elektrik enerjisini
rotorundan doumlnme hareketi yaparak mekanik enerjiye ccedileviren ve generatoumlr olarak
rotorundan aldığı doumlnme hareketi mekanik enerjisini bazı koşullar altında stator
sargılarında elektrik enerjisine ccedileviren elektromekanik makinelerdir
Motor olarak birkaccedil Wattrsquotan 300 MW guumlcuumlne kadar uumlretilmektedir Generatoumlr olarak
az kullanılmakla beraber son zamanlarda ruumlzgacircr enerjisinden elektrik enerjisi elde
etmek amacı ile ruumlzgacircr tuumlrbini ile birlikte ccedilalışmaktadırlar
Stator sargı gerilimleri alccedilak gerilim 220Vdan orta gerilim 22kVa kadar
değişmektedir Doumlnme sayıları sabit değildir fakat doumlnme sayısı yuumlkle az değişir
Doumlnen diğer elektrik makinelerine kıyasla daha sağlam daha az bakım isteyen ve daha
ucuz makinelerdir Son yıllarda yarı iletken guumlccedil elektroniğindeki teknolojik
gelişmeler ile asenkron makinelerin kontroluuml kolayca yapılabilmektedir (Baykal
2011)
Şekil 6 Kuumlccediluumlk Guumlccedilluuml Uumlccedil fazlı Sincap Kafesli Asenkron Motorun Kesiti
12
22 ASENKRON MAKİNALARIN YAPISI
Asenkron makineler başlıca iki kısımdan oluşmaktadır Bunlar
Stator
Rotor
Şekil 7 Stator Saccedil Paketini Oluşturulmuş Farklı Tipte Statorlar
221 Stator
Stator Asenkron motorun duran kısmıdır 04 - 05 veya 08 mm kalınlığında silisyumlu
saccedillar oumlzel kalıplarla preste basılır ve paketlenir Stator saccedilları paketlenince uumlccedil fazlı
sargıların yerleştirileceği stator nuumlvesi elde edilir Bu nuumlve stator goumlvdesinin iccediline
sıkıca yerleştirilir Goumlvdeye motorun ayakları monte edilir Goumlvdeye motor kapaklan
takılır motor kapaklan ortalarındaki bilyeli yataklar statorun ortasında doumlnecek olan
rotora yataklık ederler
1Halkalı Duumlzen Kuumlccediluumlk ve orta guumlccedilteki makinelerde uygulanan bu konstruumlksiyon
şeklinde saccedil paket ya karkas dışında istiflenerek uzun saplamalarla kendi uumlzerine
sıkılır yada saccedil levhalar karkas iccedilinde istiflenir
2 Segmanlı Duumlzen Bu duumlzende saccedil paketi daima karkas tarafından gergin durumda
tutulur Segmanlı duumlzende saccedil paketi rijitli halkalı duumlzendekine oranla da az
olduğundan burada seccedililecek olan karkasın daha kuvvetli olması gerekir (Baykal
2011)
13
222 Rotor
Rotor Asenkron motorun doumlnen kısmıdır ve rotor saccedil paketi ile rotor sargılarından
oluşur Rotor saccedil paketi 05 mm‟lik silisyumlu saccedillardan yapılır Saccedilların yuumlzeyleri
ccedilok ince bir film tabakası ile yalıtılmıştır Saccedillar oumlzel kalıplarda pres altında oluk
dişler ve sıkıştırma cıvata delikleri oluşacak şekilde saccedil şeritlerden kesilerek ccedilıkartılır
Saccedillar bir araya getirilerek pres altında sıkıştırılır ve cıvatalarla bu halde kalması
sağlanır
Diğer doumlnen elektrik makinelerine goumlre stator ile rotor arasında kalan hava aralığı ccedilok
kuumlccediluumlktuumlr Motorun guumlcuumlne goumlre hava aralığının radyal boyu 05 - 1 - 3 mm kadar
olabilir Boumlylesine kuumlccediluumlk bir hava aralığı boşta ccedilalışma akımını kuumlccediluumlk tutmak iccedilin
yapılır Rotor olukları motorun elektrik karakteristiklerini etkileyen değişik biccedilimlerde
yapılır Rotor oluklarına rotor sargıları yerleştirilir
Şekil 8 Rotor Saccedil Paketini Oluşturan Değişik Rotor Saccedilları
Rotor sargıları uumlccedil fazlı olarak ya da sincap kafesli olarak yapılır Rotoru sargılı olan
ve sargı uccedilları doumlnen bilezik-sabit fırccedila ile dışarı ccedilıkartılan motorlara bilezikli asenkron
motor denir Sincap kafesli motorlarda rotor oluklarına bakır ccedilubuklar yerleştirilir Bu
ccedilubuklar her iki baştan dairesel halkalarla kısa devre edilerek sincap kafesine
benzeyen kendi uumlzerine kapatılmış bir sargı elde edilir Sincap kafesli motor sargısı
oumlzel kalıplarla rotor oyuklarına basınccedil altında aluumlminyum puumlskuumlrtuumllerek uumlretilir
Boumlylece uumlretilen rotor sincap kafesi aluumlminyumdan yapılmış olur
Sincap kafesli asenkron motorun rotorundan hiccedilbir uccedil ccedilıkmadığı iccedilin bu motorun
kontroluuml sadece statordaki elektrik uccedillarından yapılabilmektedir Oysa bilezikli
asenkron motorun rotor sargı uccedilları bilezik ve fırccedila sistemi ile dışarı ccedilıkarıldığından
14
bu motorun kontroluuml hem stator sargı uccedillarından ve hem de rotor sargı uccedillarından
yapılabilmektedir
Sincap kafesli motorun rotor sargısı buumlyuumlk motorlarda bakır ccedilubukların rotor
oluklarına yerleştirilmesi ve iki baştan kısa devre elde edilmesi ile oluşturulur Kuumlccediluumlk
motorlarda rotorun sincap kafesi aluumlminyum puumlskuumlrtme ve kalıplarla elde edilir
Rotoru sincap kafesli bir motorun sincap kafesi değişik biccedilimde oluklara yerleştirilir
Motorun oumlzellikle moment karakteristiğine istenilen oumlzelliği vermek iccedilin rotorda derin
oluklar ve ccedilift oluk kullanılır Birinci motora derin oluklu ya da derin ccedilubuklu motor
ve diğerine de ccedilift kafesli motor denir (Baykal 2011)
23 ASENKRON MOTORLARIN CcedilALIŞMA İLKESİ
Asenkron makinenin ccedilalıŞma ilkesi bir doumlner alanın varlığına dayanır Doumlner alan
senkron hız motor milinin hızı da rotor hızı olarak isimlendirilir Kayma da bu iki
hızın arasındaki fark olarak ifade edilmektedir
231 Doumlner Alan
Bir N-S mıknatısı ya da uumlzerinden akım geccedilen bir bobinin magnetik alanı N kutbundan
ccedilıkar ve S kutbuna girer Daimi mıknatıs ve doğru akım taşıyan bobinin manyetik
alanları mıknatıs ve bobin dışarıdan bir bobinle doumlnduumlruumlluumlrse bunların alanları da
beraber doumlner İşte bir mıknatısın doumlnduumlruumllmesi ile elde edilen alana doumlner alan denir
Uumlccedil fazlı asenkron motorun (enduumlksiyon motorun) statoruna birbirinden 120rsquoşer derece
faz farklı 3 faz sargısı yerleştirilmiştir En basit statorda her biri bir faza ait olmak
uumlzere 3 tane bobin bulunur Bir motor en az iki kutuplu olarak sarılabilir (Baykal
2011)
Şekil 9 Uumlccedil Faz bobininin 6 Oluklu Statora Yerleştirilişi
15
232 Senkron Hız
N-S kutuplarının saat ibresi youmlnuumlnde doumlnduumlğuuml goumlruumlluumlr uumlccedil fazlı alternatif akımdaki bir
periyotluk değişme N-S kutuplarının bir devir yapmasına sebep olur Alternatif akımın
frekansı 50 Hz ise saniyede 50 periyotluk bir değişme yapar Dolayısıyla statordaki
faz bobinlerinin meydana getirdiği N-S kutupları da saniyede 50 devirle doumlner Bu
dakikada 3000 devir eder Ccedilok fazlı bir stator sargısından aynı faz sayısında ccedilok fazlı
bir akım geccedilerse hava aralığında sabit genlikli bir doumlner alan oluşur Bu doumlner alanın
duran statora goumlre ns (n1) devir hızı şebeke frekansına doğru stator sargısının p ccedilift
kutup sayısına ters orantılıdır
1198991 = 601198911
119901
Senkron hız da denen doumlner alan hızı kutup sayısına goumlre buumlyuumlk basamaklar yaparak
değişir Asenkron motorlar ancak belli senkron hızlar iccedilin yapılabilir En fazla
kullanılan senkron hızlar 2 4 6 ve 8 kutup sayılarına ait olanlardır (Baykal 2011)
Tablo 6 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru
P
(Kutup Sayısı)
50 Hz 60 Hz
n1min-1 n1s-1 n1min-1 n1s-1
2 3000 50 3600 60
4 1500 25 1800 30
6 1000 1667 1200 20
8 750 125 900 15
16
233 Kayma
Senkron makine dışında buumltuumln diğer ccedilalışma tuumlrlerinde asenkron makinenin
ccedilalışabilmesi iccedilin rotor hızının doumlner alan hızından farklı olması gerekir Doumlner alanın
rotor uumlzerinden geccedilme hızına yani doumlner alan ile rotor hızı arasındaki cebirsel farka
kayma hızı n2 ve bu hızın doumlner alan hızına oranına kayma s denir Bu tanıma
dayanarak kayma devir hızına goumlre veya devir hızı kaymaya goumlre ifade edilebilir
n2 = n1 ndash n n = n1(1-s) 119904 = 1198992
1198991 =
1198991minus119899
1198991
Kayma oranlanmış bir buumlyuumlkluumlktuumlr ve ccediloğunlukla olarak ifade edilir Pozitif negatif
veya sıfır olabilir Oranlanmış rotor hızı n nı ile toplamı daima 1rsquoe eşittir Teorisel
olarak ndash infin ve +infin arasında değişebilir Durmada n = 0 ve s =1 dir Senkron ccedilalışmada
n = n1 ve s = 0 dır Bu iki sınır değer arasında asenkron makine motor olarak ccedilalışır
ve kayması daima pozitiftir Anma ccedilalışmasındaki değeri yuumlzde birkaccedil olup artan
anma guumlcuuml ile azalır ve kuumlccediluumlk guumlccedillerde yaklaşık 10 dan buumlyuumlk guumlccedillerde 1 in altına
duumlşer
Rotor doumlner alana goumlre ters youmlnde doumlnduumlğuumlnde elde edilen fren ccedilalışmada devir hızı
negatif ve kayma 1 den buumlyuumlktuumlr Rotor hızı doumlner alan hızını geccedilerse yani ngtn1 ise
kayma negatif olur (s lt 0) ve makine generatoumlr olarak ccedilalışmaya başlar (Baykal 2011)
Şekil 10 Standart Asenkron Motorların Anma Kayması ve Verimi
17
24 ASENKRON MOTOR CcedilEŞİTLERİ
Asenkron motorlar rotor yapılarına goumlre ikiye ayrılır
Sincap kafesli (Kısa devre rotorlu) Asenkron Motorlar
Bilezikli (Sargılı rotorlu) Asenkron Motorlar
241 Uumlccedil Fazlı Kısa Devre (Sincap Kafesli ) Asenkron Motorlar
Uumlccedil fazlı sincap kafesli motorun yapılısı basittir Az bakıma ihtiyaccedil goumlsterir Bu tip
motorun oumllccediluumlleri aynı guumlccedilteki başka tip motorların oumllccediluumllerinden kuumlccediluumlktuumlr Değişik
yuumlklerdeki hız reguumllasyonu ccedilok iyidir Fiyatının ucuzluğu yapılışının sağlamlığı ve
istenilen ccedilalışma oumlzelliğine sahip oluşu yuumlzuumlnden bu tip motorlar sanayide ccedilok
kullanılır
Rotorlar accedilılmış oluklara basınccedil altında erimiş aluumlminyum puumlskuumlrtuumllerek doldurulur
Rotorun her iki başındaki kısa devre halkalar da aluumlminyumdandır Ayrıca bu halkalar
uumlzerine kanatlar da bırakılarak rotor işletmede vantilasyon suretiyle soğutulması
sağlanır 250 kW guumlcuumlne kadar kısa devre kafesleri aluumlminyumdan yapılmış asenkron
motorlar mevcuttur
Buumlyuumlk guumlccedil istenilen işletmelerde kısa devre kafesi yuumlksek dikdoumlrtgen şeklinde bakır
ccedilubuklardan ve bunları rotorun her iki başında kısa devre eden bakır halkalardan
yapılır Rotorda kaccedil adet oluk varsa rotorun faz sayısı buna eşittir
Kısa devre kafesli asenkron motorun yol alma oumlzellikleri iyi değildir Ancak basit ve
ucuz olmaları nedeni ile yaygın biccedilimde kullanılmaktadır Yol almasını kolaylaştırmak
iccedilin yuumlksek ccedilubuklu veya ccedilift kafesli olarak yapılırlar (Baykal 2011)
Şekil 11 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru
18
242 Bilezikli (Sargılı rotorlu) AC Motorlar
Birccedilok sanayi yuumlklerinde uumlccedil fazlı değişik hızlı motora ihtiyaccedil duyulduğu yerler iccedilin
bilezikli asenkron motorlar geliştirilmiştir Bilezikli asenkron motorlara sargılı rotorlu
AC motor da denilmektedir Bu tip motorun statoru ile sargının yerleştirilmesi sincap
kafesli motorun aynıdır Rotor ccedilelik saccedillardan yapılmış silindirik bir goumlbektir 120
derece aralıklı uumlccedil adet tek fazlı kalıp sargısını yerleştirmek iccedilin rotor uumlzerine oyuklar
accedilılmıştır izoleli rotor bobinleri stator kutup sayısına eşit kutup sayısı elde edecek
şekilde gruplandırılmıştır Uumlccedil tek fazlı rotor sargısı aralarında yıldız bağlanarak ccedilıkış
uccedilları rotor mili uumlzerindeki uumlccedil bileziğe bağlanmıştır Bileziklere temas eden fırccedila uccedilları
hız kontroloumlruuml ayarlayıcısına bağlanır Fırccedilalar taşıyıcılar uumlzerindeki yayların basıncı
ile bileziklere sıkıca temas eder Doğru akım makinelerinde olduğu gibi youmln
değiştirmeye luumlzum olmadığı iccedilin fırccedila taşıyıcıları uygun bir durumda sıkıca tespit
edilmiştir
Bilezikli asenkron motorun rotorunda aynı statorunda olduğu gibi uumlccedil fazlı alternatif
akım sargısı vardır Stator 10 Kw guumlce kadar tek tabakalı orta guumlccedillerde ise iki tabakalı
sargılı yapılırlar Rotor ise tam oluklu veya kesirli oluklu sargılı olabilir Rotor sargı
uccedillarının bir tarafı bileziklere bağlanır Diğer tarafı ise kısa devre edilerek uumlccedil fazlı
sargının yıldız noktasını oluşturur Bilezikler uumlzerindeki fırccedila sistemi ile rotor
alternatif gerilim kaynağından ayrıca beslenir (Baykal 2011)
25 Elektrik Motorlarına Yıldız-Uumlccedilgen Yol Verme
Kalkış akımını duumlşuumlrmede en ekonomik youmlntemdir Uumlccedil kontaktoumlr ile bir zaman
roumllesinden oluşan kontaktoumlr kombinasyonudur Bu youmlntemle yol verebilmek iccedilin
motorun uumlccedilgen bağlı ccedilalışma gerilimi şebeke gerilimine eşit olmalıdır Oumlrneğin
uumllkemizde şebeke gerilimi 380 Volt olduğuna goumlre yıldız-uumlccedilgen yol verilecek motorun
etiketinde D380 V veya D380VY660V yazılı olmalıdır Volt elektrik motorlarında 2
ve 4 kutuplularda 3 kW (dacirchil) 6 kutuplularda 22 kW(dacirchil) den daha buumlyuumlk guumlccedilluuml
motorlar bu oumlzelliktedir Yani 380 V şebekede uumlccedilgen bağlı ccedilalıştırılırlar
Motora yıldız-uumlccedilgen yol verildiğinde direkt yol vermeye goumlre şebekeden ccedilekeceği
akım 3 katı azalır Yıldız-uumlccedilgen yol vermede amaccedil motoru kalkış suumlresince yıldız
19
bağlı ccedilalıştırmak ve kalkışını tamamlayan motoru hemen normal bağlantısı olan uumlccedilgen
bağlı olarak ccedilalıştırmaktır
Motor kalkış sırasında yıldız bağlı ccedilalıştırıldığından motor sargılarına uygulanan
gerilim U radic3 değerine motorun şebekeden ccedilektiği akım ise 13 değerine duumlşer
Motorun sargılarına uygunalan gerilim azaldığından momenti oumlnemli oumllccediluumlde kuumlccediluumlluumlr
Yıldız-uumlccedilgen yol vermenin kusursuz olması iccedilin motorun yuumlk momentinin yıldız
bağlamadaki motor momentinden buumlyuumlk olmaması ve yıldız bağlamadaki suumlrenin
uygun olması gerekir Bu geccediliş suumlresi ccedilok oumlnemlidir Motor yıldız bağlantıda iken
anma devir sayısına ulaşıldığı anda uumlccedilgen bağlantıya geccedililmesi ve fazla aralık
verilmemesi gerekir
Boumlyle olursa yıldızdan uumlccedilgen bağlantıya geccedilişteki uumlccedilgen kontaktoumlruumlnuumln kapamama
akımı kuumlccediluumlk ve yıldızdan uumlccedilgene geccediliş darbesiz olur Aksi halde uumlccedilgen bağlantıya
geccedilişte akımda geccedilici artışlar goumlruumlluumlr Bunun sonucu kontaktoumlruumln kontakları ani
yuumlksek ısı nedeniyle kaynak olabilir
Bir şebekede uumlccedilgen bağlı ccedilalışacak motor aynı şebekede yıldız bağlı (Y) olarak
ccedilalıştırılabilir Ancak bu durumda motorun guumlcuuml ve momenti duumlşer Bu oumlzellikten
yararlanarak asenkron motorların kalkış anında ccedilektikleri fazla akımı azaltmak iccedilin
yıldız-uumlccedilgen yol verme uygulanması yapılabilir
Şebekede yıldız bağlı ccedilalıştırılması gereken motor yanlışlıkla uumlccedilgen bağlı ccedilalıştırılırsa
sargılarına radic3 katı buumlyuumlk gerilim uygulanmış olur Gerilimdeki artış oranı kadar sargı
akımı buumlyuumlyeceğinden motor aşırı akım ccedileker ve kısa suumlrede artacak ısı sonucu
sargılar yanar
Onun iccedilin yıldız bağlı ccedilalışması gereken motor kesinlikle aynı şebekede uumlccedilgen bağlı
ccedilalıştırılmaz (URL6)
20
Şekil 12 Motora yıldız-uumlccedilgen yol verme
Şekil 13 Stator Sargı Uccedillarının Uumlccedilgen (D) Ve Yıldızı (Y) Bağlanması
Şekil 14 Asenkron Motora Yol Verme
21
26 FANLAR
261 Genel Bilgiler
Fanlar hava veya benzeri gazları basınccedillandırarak belirli bir akış yolu iccedilinde hareket
etmesini sağlayan turbo makinelerdir İyi bir fan istenilen performansı yerine
getirirken verimi yuumlksek enerjiyi daha az tuumlketen muumlmkuumln olduğunca guumlruumlltuumlsuumlz
ccedilalışan ve maliyeti duumlşuumlk olan fandır Fanların tahrik sistemlerinde elektrik motorları
kullanılmaktadır (URL3)
262 Fan Ccedileşitleri
Fanlar aşağıdaki gibi sınıflandırılmaktadır
Eksenel (aksiyel) fanlar
Radyal (santrifuumlj) fanlar
Karışık akışlı (eksenel-radyal) fanlar
Ccedilatı tuumlruuml fanlar
Karşıt akımlı fanlar (blower)
Vorteks ya da rejeneratif fanlar
Diğerleri
Elektrik motorlarında radyal fanlar kullanılmaktadır (URL8)
Bu kısımda projemiz iccedilin incelediğimiz 3 ccedileşit fanı accedilıklayacağız
2621 Eksenel Fanlar
Havanın fan ccedilarkı ile aynı eksende youmln değiştirmeden hareket ettiği fanlardır Yuumlksek
hava debileri ve duumlşuumlk basınccedil sınıfına sahip sistemler iccedilin uygun fanlardır Şekil 15
rsquode oklar akış youmlnuumlnuuml (simetri eksenine paralel) goumlstermektedir
22
Şekil 15 Akışın Simetri Ekseninde Hareket Etmesi
2622 Karışık Akışlı (Radyal-Eksenel) Fanlar
Havanın kanatlar uumlzerinden emmesine goumlre yaklaşık 45deg accedilı yaparak hareket ettiği
fanlardır Radyal fanlara goumlre hava debisi daha yuumlksektir
Eksenel fanlardan daha yuumlksek basınca dayanabilir
Fan eğrisi uumlzerinde kararsız boumllge yoktur
Karşı basıncın duumlşuumlk olduğu boumllgelerde motor aşırı akım ccedilekmez
Eksenel ve radyal fanlara goumlre verimleri duumlşuumlktuumlr (URL6)
Şekil 16 Karışık Akışlı Fan Uygulamaları
23
2623 Radyal (Santrifuumlj) Fanlar
Havanın fan ccedilarkını emmesine goumlre 90deg accedilı yaparak kanatlara teğet olarak terk ettiği
fanlardır
Radyal fanların avantajları aşağıdaki gibidir
Geniş bir uygulama aralığına sahiptir
Yuumlksek sıcaklık ve aşındırıcı ortam uygulamalarında kulanılır
Değişken akış direncine sahip yerlerde daha verimli ve daha sessiz ccedilalışma
olanakları vardır
Yapısal kararlılıkları yuumlksektir (URL6)
Radyal Duumlz Kanatlı Fanlar
Genellikle kendi kendini temizleme malzeme taşıma ve parccedilacık ve yağ yuumlkluuml havanın
uygun halde taşınması gibi durumlarda kullanılırlar ve bunun iccedilin duumlz kanatları vardır
Ccedilarkları basit bir yapıya sahiptir ve nispeten dar kanatları vardır
Elektrik motorlarında genellikle ccedilift youmlnluuml ccedilalışmaya uygun olması iccedilin radyal duumlz
kanat tipli bu fanlar seccedililiyor
Şekil 17 Radyal Duumlz Kanatlı Fanlara Oumlrnekler
24
BOumlLUumlM 3 BULGULAR VE TARTIŞMA
31 SONLU ELEMANLAR YOumlNTEMİ
Sonlu elemanlar youmlntemi muumlhendislik problemlerine kabul edilebilir yaklaşımlarla
ccediloumlzuumlm arayan sayısal youmlntemdir (Moavani 2015) Sonlu elemanlar youmlntemi diğer bir
ifade şekliyle fiziksel şeklin matematiksel ifadesidir Bu kurduğumuz siste sınırlara
ayırılabilen ve malzeme şartlarına uygun olan bir sistem olmalıdır
Sonlu eleman youmlntemindeki basamaklar
Yaklaşık Ccediloumlzuumlm Youmlntemi
Geometrik Şekil
Nod
Eleman
Mesh
Ayrıklaştırma
Şekil 18 Sonlu Eleman Modeli
Eleman
Nod
(Duumlğuumlm
noktaları)
25
Sonlu elemanlar youmlntemi matematik ve fizik biliminin buumltuumln alanlarında kullanılır
Gerilme Analizi
Akışkanlar Mekaniği
Isı İletimi
Dalga Yayılımı
Darbe Analizi
Aerodinamik vb alanlardır
Sonlu elemanlar youmlntemini kullanırken oumlncelikle şu soruların cevaplarını bulmalıyız
Dizayn amacımız nedir
Bu sistemi modellemek iccedilin gerekli olan bilgiler nelerdir
Bu dizayn iccedilin hangi kriterler gerekir
311 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Pozitif Youmlnleri
Geometrisi karışık cisimlerin incelenmesini kolaylaştırır Geometri basit kısımlara
ayrılıp burada ayrı veya daha hassas işlemler yapılabilir
Parccedilanın geometrisini değiştirmeye gerek kalmaz
Youmlntemde hem fiziksel hem matematiksel temeli vardır
Sonlu elemanlar youmlntemi iccedilin ccedilok farklı programlar bulunmaktadır (Ansys Marc
Nastran ) (Moavani 2015)
312 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Negatif Youmlnleri
Elde edilen sonuccedilların doğruluğu hangi sonlu youmlnteminin kullanıldığına bağlıdır
Ccedilıkacak durum oumlnceden tespit edilmeli ve ona goumlre bir ccediloumlzuumlm youmlntemi
kullanılmalıdır Bu yuumlzden oumlnceden iyi tesipt edilemezse doğru değer bulunamaz
ve doğru ccediloumlzuumlm iccedilin zaman kaybı olabilir
Doğru ccediloumlzuumlm iccedilin elemanın ayrıştırılması (mesh) atanması gerekir
Bu meshin iyi atılması gerekir yoksa ccediloumlzuumlmuumln yakınsamaları değişebilir
(Moavani 2015)
26
32 ANSYS PROGRAMI
ANSYS genel amaccedillı kullanılan sonlu elemanlar programıdır Ansys yazılımı
mukavemet titreşim akışkanlar mekaniği ısı transferi ve elektromanyetik alanlarının
birbiri ile olan interaksiyonunu simule eden yazılımdır
Boumlylelikle ANSYS uumlruumlnlerin prototipleri uumlretilmeden sanal ortamda test edilmelerine
olanak sağlar Ayrıca sanal ortamdaki 3 boyutlu simulasyonlar neticesinde yapıların
zayıf noktalarının tespiti ve iyileştirilmesi ile oumlmuumlr hesaplarının gerccedilekleştirilmesi ve
muhtemel problemlerin oumlngoumlruumllmesi muumlmkuumln olmaktadır
ANSYS yazılımı sadece ihtiyaccedil duyulan oumlzelliklerin alınmasına fırsat vererek ilave
edilebilen CAD ve FEA bağlantı modulleri ile masa uumlstuumlnde kullanılan diğer
muumlhendislik yazılımları ile entegre bir şekilde ccedilalışabilmektedir
ANSYS yazılımı hem dışarıdan CAD datalarını alabilmekte hem de iccedilindeki
preprocessing imkacircnları ile geometri oluşturulmasına izin vermektedir Yine aynı
preprocessr iccedilinde hesaplama iccedilin gerekli olan sonlu elemanlar modeli yani mesh de
oluşturulmaktadır Yuumlklerin tanımlanmasından sonra ve gerccedilekleştirilen analiz
neticesinde sonuccedillar sayısal ve grafiksel olarak elde edilebilir
ANSYS yazılımı ile oumlzellikle contact algoritmalarının ccedileşitliliği zamana bağımlı
yuumlkleme oumlzellikleri ve nonlinear malzeme modelleri sayesinde yuumlksek muumlhendislik
seviyedeki analizleri hızlı guumlvenilir ve pratik bir şekilde gerccedilekleştirilebilmektedir
ANSYS Workbench parametrik CAD sistemlerini eşsiz bir otomasyon ve performans
ile simulasyon teknolojilerini entegre eden bir platformdur ANSYS Workbenchrsquoin
guumlcuuml yılların bilgi birikimi ile arkasında duran ANSYS ccediloumlzuumlcuuml algoritmalarından gelir
Ayrıca ANSYS Workbenchrsquoin amacı sanal ortamda uumlruumlnuumln verifikasyonunu ve
iyileştirmesini sağlamaktır
Oumlzellikle PC ile uyumluluğun uumlst seviyede olabilmesi iccedilin yazılmış olan ANSYS
Workbench sadece bir arayuumlzden ileri bir ccedilalışma ortamındır ve ANSYS Workbench
ile herhangi bir ANSYS lisansına sahip herkes ccedilalışabilir Aynı alışılagelmiş ANSYS
arabiriminde olduğu gibi ANSYS Workbenchrsquode de kapasiteler sahip olunan lisansın
doğrultusunda sınırlıdır (URL9)
27
ANSYS programının bu oumlzelliklerinden dolayı programı kullanmaya karar verdik
Ansys programının oumlncellikle akışkan mekaniği ve dinamiğinde kullanılan iki ayrı
boumlluumlmuuml bulunmaktadır Bu boumlluumlmler Fluent ve CFX boumlluumlmleridir Bizim
kullandığımız boumlluumlm ise ANSYS CFX boumlluumlmuumlduumlr
33 MEVCUT FAN UumlZERİNDE YAPILAN ANALİZLER
ANSY projesinde oumlncelikle CFX kısmını kullanıldı Ccediluumlnkuuml ANSYS programında
CFX ve Fluent programı hesaplamalı akışkanlar dinamiği iccedilin kullanılmaktadır Ancak
ANSYS CFX turbo makinalar iccedilin kullanıldığından oumlnceden de goumlsterildiği gibi bir
nod alırken huumlcrelerin orta noktalarından nod hesabı yaptığı iccedilin verdiği değerler fan
analizi iccedilin daha iyi bir yakınsama goumlsterir Bu sebeple ANSYS CFX kısmı kullanıldı
İlk olarak mevcut fan uumlzerinde ccedileşitli incelemeler yapıldı
Mevcut fan uumlzerinde 10 kanat var iken suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilok fazla olduğu saptandı
Bunun uumlzerine motorun akışını kolaylaştırma yoluna gidildi
Havayı oluklara daha iyi aktarabilecek kısım fanın kanat boyu olduğu iccedilin fanın
kanatlarının uzunluğunda değişiklik yapılmasına karar verildi
Fandan ccedilekilen debi miktarı ve tork değerlerini tam alabilmek ve mevcut fanın
verimini oumllccedilebilmek iccedilin oumlncelikle esas oumllccediluumllerine goumlre ccedilizilen fan ANSYS
programına aktarıldı File gt Import gt Design Moduler şeklinde SolidWorksrsquo ten
ANSYS programına aktarıldı
Şekil 19 SolidWorksrsquo ten İmport Etmek
28
Fanın ccedilevresinde akış hacmi oluşturmak iccedilin katı modelin ccedilevresindeki hava
modellenir
331 Geometri
Oluşturulan akış hacminde havanın giriş ve ccedilıkış kısımları İnlet-Outlet şeklinde
belirtilir
Analys tools komutlarından xy duumlzleminde halka oluşturulur
Burada modeling kısmı 3 boyutlu işlem yapacağı zaman seccedililen kısımdır
Aşağıdaki şekilde de goumlruumlleceği uumlzere
Şekil 20 Akış Alanı Belirleme
Burada exturude komutuyla birlikte oluşturulacak akış hacminin kaccedil mm
uzatılacağı belirtilir Hepsini bir buumltuumln haline getirmemek iccedilin lsquovar olanla
birleştirilsin mirsquo sorusuna hayır denilir
Daha sonra ccedilevresine yayılan boşluk iccedilin Outlet tanımlaması yapılır
Bu işlemleri gerccedilekleştirdikten sonra kesit gerekir İlk oumlnce plane (duumlzlem)
belirlenir Bunun iccedilin hangi duumlzlemi seccedililecek ise (oumlrneğin xy) onu seccedilip plane
tıklanır Plane boumllgesinden ne kadar uzakta olacağı belirlenir Biz de değer 34 mmrsquo
dir Ccediluumlnkuuml kanatların boyu 31 mm olduğundan mesh atamada sorun ccedilıkmaması
29
iccedilin 34 mm uzaklıkta bir plane atanır Bu Planersquoi slice komutuyla keserek 3 farklı
boumllge oluşturulmuş olur
Akışkan hacmini oluşturmak iccedilin dolu olan kısımlar belirlenip ona goumlre hareket
edilir Bunun iccedilinde milin iccedilini dolu kabul edilir
Akışkan hacmi iccedilin yapılan bir diğer işlem ise oluşturulan hacimden fanın hacmini
booelangt substrack komutları ile akışkan hacminin bulunmasıdır
Mevcut fanın uumlzerine sağ tıklanarak ve suppress body komutu seccedililir Boumlylelikle
fanı gizleyerek sadece akışkan hacmi goumlruumlluumlr
Daha sonra oluşan parccedilaların arasında boşluk olmaması iccedilin ve bağlantı sağlamak
iccedilin part kısımlarını seccedililerek sağ tıklanır from new part seccedililir
Şekil 21 Slice Komutu ile Boumllgelere Ayırma
30
Şekil 22 Parccedilalar Arası Bağlantının Sağlandığı FromNew Part Boumlluumlmuuml
Mesh kısmını suumlruumlkleyip project schematic boumlluumlme bırakılır Bu boumlluumlmde geometri
onaylanır ve en altta bulunan meshrsquoe tıklanır
332 Sayısal Ağ Oluşturma (Mesh)
Şekil 23 Mesh oluşturma
31
Şekil 24 Mesh Geometrisi
Sonlu sayıda hacimle ccedilalışıldığından sonlu sayıda hacime boumllmek gerekir Sonlu
sayıda hacime boumlluumlnen kısımlar farklı farklı olabilir
Bu huumlcreler kapsadığı alanın oumlzelliklerini yansıtır Bunların ccedilevresindeki nodlar
bunların ortalaması ile belli bir oumlzelliğe sahip olmuş olur
Bu huumlcrelerin arttırılması yani ayrıştırmaların ccediloğaltılması ne kadar fazla olursa o
kadar yakınsama olur ve ccediloumlzuumlm iyileşir
Ancak sayısal ağ ccedilok fazla attırıldığında ccediloumlzuumlm suumlresi ccedilok fazla artacağından
ekonomik değildir
Bu sebepten dolayı mesh ( ayrıştırma) atarken akışkanın en fazla değişim
goumlstereceği kısımlarda daha fazla sayısal ağ oluşturulur Boumlylelikle daha iyi bir
yakınsama elde edilir Akışkanın değişim goumlstereceği yerler genellikle yuumlzeylerle
temas edilen kısımlardır Mevcut fanın analizin de orta kısımlarda pek fazla
değişiklik olmaz Bu nedenle sınırlara yakın kısımlara daha fazla ağ oluşturulur
Detail of Mesh kısmından hangi kısımlarda ne kadar buumlyuumlkluumlkte mesh
atılabileceğine bakılır
32
Detail of Mesh kısmından Phsics preference kısmı seccedililerek CFDrsquoi seccedililir Solver
Preference kısmından ise CFXrsquoi seccedilip devam edilir
Analiz yaparken belirlenmesi gereken kısımlar vardır Bunun iccedilin diğer kısımlar
seccedililerek hide body seccedililerek kapatılır ve select all body seccedililerek kanatlara isim
verilir
Şekil 25 Mesh İsimlendirme
Akışkanın girişine inlet ccedilıkışına outlet denilir
Mesh atımında minimum yakalayacağı huumlcreler ile maksimum yakalayacağı
huumlcrelerin milimetre hesabı oumlnemlidir Bu yuumlzden kanadın kalınlığı 25 mm olduğu
iccedilin 2 mmrsquo den az olan huumlcre belirlenir Maksimum 15 mmrsquo den buumlyuumlk huumlcreler
olması duumlşuumlnuumllerek analizin yakınsaması sağlandı
Meshrsquoi tıklayıp oradan insert size kısmın da bulunan isimlerde kanatlar seccedililir
Kanatlara maksimum 3 mm buumlyuumlkluumlk seccedililir Devamında ise kanatları hide face
komutuyla gizlenir ve geriye kalan kısımlar iccedilin sizing iccedilin yine 3 mm verilir
Daha sonra kanat ve ccedilevresine ccedilizilen akış hacmi seccedililerek tekrar size kısmından
buumltuumlnuumlne 8 mm verilir Bu kısım iccedilin mesh atanır Yuumlzeyler seccedililerek Preview
Surface Mesh on Selected Bodies denilir ve mesh işlemi tamamlanmış olur
33
Şekil 26 Meshrsquo in Goumlsterimi
Ancak mesh işleminde silindirik yuumlzeylerde sweep komutuyla daha kolay mesh
atılabileceği iccedilin istenen yuumlzey iccedilin sağ tıklayıp İnsertgt Method gtSweep Number
Divs komutlarından kaccedil sıra mesh atılacağı belirlenir 20 sıra vererek mesh atıldı
Suumlpuumlrme işlemi ile mesh atarken hangi yuumlzeyi kaynak olarak alınacağı da
boumlylelikle belirlenmiş olur
Mesh sayfasını kapatıp daha sonrasında workbench kısmında meshin uumlzerine cfx
kısmını bırakılır
Mesh setupgt solutiongt results dan sonuccedillar elde edilir
Daha sonra geometry design da motorun kapağına uygun bir sınır belirlenerek
analiz yapılır
Geometriyi duumlzenlenerek CFXrsquo e aktarılır
Daha oumlncesinde de bahsedildiği uumlzere ANSYS de CFX kullanıldı CFX
kullanılmasının bir diğer sebebi de CFXrsquo in fan konusunda ANSYSlsquo in mesh
kısmından daha bağımsız ve daha hassas olmasıdır
Yapılan isimlendirmeler tekrar kontrol edilir Her farklı işlev iccedilin farklı
isimlendirme yapmak ccedilok oumlnemlidir boumlylece havanın nereden girip ne şekilde
ccedilıkacağını isimlendirmelerden goumlruumllebilir Ve bu isimlendirmeler iccedilin ayrı ayrı kod
yazılır
34
333 Sınır Şartları
Şekil 27 Sınır Şartlarının Belirlenmiş Hali
ANSYS setup kısmında Insert gt Solver gt Output Control komutları seccedililerek code
yazılır MassFlow ()inlet gt Torque_z()kanatlar olarak giriş kısmının kuumltlesel
debisi iccedilin komut yazılır
Ayrıca Insert gt Material kısmından sıcaklığı 25reg basıncı 1 atm entalpi değerini 0
olarak şartları belirlenir
Malzemenin kapak kısmı ccedilelik olarak belirlenir
Solver Control kısmından high resuluiton seccedililerek ccediloumlzuumlmuumln kalitesi arttırılır
Solver Control kısmından Residual Target artık tipini RMS olarak ve onun
yakınsama sınırı 10-5 belirlenir Rms elemanların karelerinin koumlkuumlnuuml alarak
ortalamasını alan youmlntemdir
Yine Solver Control kısmından minimum iterasyonu 1 maksimum İterasyonu ise
500 verilir
İnlet kısmı belirlenirken Boundary Type ( sınır şartları) opening olarak seccedililir
Opening verilmesindeki amaccedil akışkanların iccedileriden girip dışarıya ccedilıkışlarının
sağlanmasıdır Aksi halde ccediloumlzuumlmuumln yakınsamasın da sorunlar oluşabilir Opening
şartında ayrıca akışkan daha ccedilabuk toparlanır ve analiz daha kolaylaşır
Flow Direction komutunda normal sınır şartları belirlenir
Suumlreklilik şartı olarak da Fluid Mass Fluxrsquou seccedililir Bunun yanında sınır kontuumlruuml
iccedilin bağıl basınccedil ayarlarını seccedililir Aynı şekilde outlet iccedilin de aynı ayarlar yapılır
35
Domaine basılıp kapak kısımları ve motor kısımları seccedililir Bu dış kısımları duvar
olarak belirlenir ve duvar hareket edemeyeceğinden No Slip Wall seccedileneği olarak
belirtilir Duvarları suumlrtuumlnmesiz olduğu varsayılıyor
Fan ve kanatlar kısmında Boundry Type olarak Wall olarak belirleyip Frame type
gt rotating (doumlnuumlyor) belirtilir
Ccediloumlzuumlm metodu olarak RNG k-euro modeli kullanılır
Şekil 28 Setup Koşulların Belirlenmesi
334 Ccediloumlzuumlm - Sonuccedillar
Setup kısmını kapatılarak solution ekranı ccedilift tıklanarak ccedilıkan ekran da RUN seccedililerek
ccediloumlzme işlemi başlatılmış olur
Ccediloumlzme işlemi bittiğinde results kısmından sonuccedillar goumlruumlntuumllenebilir
36
Şekil 29 Akışın Youmlnelişi
Şekil 30 Debi Sonucu
37
34 YENİ FAN TASARIMI
341 Fan Tasarımı İccedilin Kabuller
Havanın sıkıştırılamaz olduğunu kabul edildi Havanın sıkıştırılmaz olduğu
varsayılarak yoğunluğu değişmez ve 12 kgm3 olarak kabul edilir
Ccediloumlzuumlmde suumlrtuumlnmeler ve ısı kayıpları ihmal edilir Ccediluumlnkuuml bu değerlerin
hesaplanması ccedilok uzun suumlreceği iccedilin ccediloumlzuumlm youmlntemi iccedilin ekonomik olmaz
Gerccedilekle arasında ccedilok buumlyuumlk bir fark olmayacağı varsayılmıştır
Verimi arttırmak iccedilin orijinal fanın analizinden elde edilen tork değeri duumlşuumlk
tutulmaya ccedilalışılmıştır
Motorun tek bir youmlne doumlneceği duumlşuumlnuumllmuumlştuumlr
342 Fan Tasarım Parametreleri
Bir fan tasarımında belli başlı kriterleri ele alabilmek iccedilin mevcut fan uumlzerinden
değerler bulundu
Tablo 7 Mevcut Fanın Oumlzellikleri
Devir Sayısı ( ddk) r hub (mm) rtip (mm)
1498 25 77
Radyal hız hesaplandığında w= 15687 radsn bulunmuştur r hub diye isimlendirilen
kısım fanın giriş accedilısı iccedilin gerekli olan kanadın başlangıcı ile milin merkezi arasındaki
uzaklıktır r tip ise fan kanadının bitiş noktası ile mil merkezi arasındaki uzaklığın
yarıccedilap cinsinden ifadesi olmaktadır
38
Fan kanat tasarımında oumlnemli olan w (accedilısal hız)hızının kanatlara ne kadar dik
gelebildiğidir Bu kanat hacmine ne kadar iyi bir şekilde gelirse akışkan o denli iyi
akabilir ve kanat profili oluşur
U_hub= w (radsn) x r hub
U_tip = w x r tip
Beta = arctan(vu)
A_inlet= (r tip 1000)sup2π ndash r hub 1000)sup2π
Verim= (Q x P) (TxW)
V (akışın mutlak hızı)= Debi Alan
Tablo 8 Sonuccedil olarak elde edilen değerler
r_h (mm) 25 r_t (mm) 77 r_h (mm) 50 r_t (mm) 80
U_h (ms) 3927 U_t (ms) 1209516 U_h (ms) 7854 U_t (ms) 125664
A_in (m^2) 0016663 A_out (m^2)0012252
V_in (ms) 2350516 V_out 3196702
beta_h 5909726 beta_t 7900249 beta_h 678529 beta_t 7572755
giriş ccedilıkış
Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları
Bu değerlere goumlre BladeGende yeni bir kanat profili oluşturulur
r tip
r hub
Şekil 31 Fan Kanatlarının Accedilısı
39
Şekil 32 BladeGen Kanat Profili
Oluşturduğumuz bu geometriye daha oumlnceki boumlluumlmde bahsedilen fana yapılan adımlar
uygulandı (Yeni oluşturulan fanın geometrik deseni ektedir)
40
3421 Geometri
Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi
3422 Sayısal Ağ Oluşturma
Şekil 34 Yeni Fan Tasarımının Sayısal Ağ Oluşturulması
41
3423 Ccediloumlzuumlm
Şekil 35 Tasarımı Yapılan Fanın Verimi
Accumulated Time Step sayısı iterasyonu goumlstermektedir Daha fazla yakınsama iccedilin
daha fazla koşturulabilir
42
Şekil 36 Tasarımı Yapılan Fanın Torku
43
3423 Sonuccedillar
Şekil 37 Akışın Youmlnelişi
Bu kısımda verimi arttırabilmek iccedilin tork azaltılmaya ccedilalışıldı Boumlylece kanatlara
harcanan toplam guumlccedil azaltılarak iyileştirmeler yapıldı
44
Kanadın iş yapan kısmını arttırarak orijinal fanda kanadın suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilapı
154 mm iken yeni fan da 160 mmrsquoye ccedilıkarıldı
Kanatlar daha eğimli ama daha eksenel bir forma getirildi
Bu motorda toplam guumlccedil iccedilin 60 watt olduğunda yaklaşık 6 wattrsquo lık guumlccedil fan iccedilin
harcanıyordu Fanın verimliliği ccedilok oumlnemli olduğu iccedilin debiyi sabit tutulmaya
torku da duumlşuumlruumllmeye ccedilalışıldı
Tablo 9 ANSYSrsquo de Elde Edilen Deneyler
tork(Nm) w(radsn) m(kgs)
Orijinal Fan 00393645 15687 0048168
Yeni Fan 00043869 15687 0032261
Goumlruumllduumlğuuml gibi tork buumlyuumlk oranda duumlşmuumlş ancak onunla birlikte debi de biraz
duumlşmuumlştuumlr
343 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanması
Motorun arka ve oumln kısımlarına sırt sırta fan bağlayarak havanın akışını hızlandırma
ve soğutmayı arttırma işlemi amaccedillandı Gerccedilek boyutlarda uygulamadan oumlnce fanı
motor şeklini verilen kısım da tek başına analiz yapıldı Verimli bir sonuccedil alabilmek
iccedilin ikili fan deneyi yapıldı
3431 Geometri
Şekil 38 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Geometrisi
45
3432 Sayısal Ağ Oluşturma
Şekil 39 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Sayısal Ağ
Oluşturulması
Yapılan analiz de goumlzlemlenen sonuccedillar şunlardır
Bir motorun etrafında sınırlayıcı bir alan olmadığı iccedilin sınır şartları olarak setup
kısmında yine havayı 1 atm basınccedil olarak alınır Eğer sınırlayıcı bir alan olsaydı
oluklardan hava akışı doğrudan motorun arka kısmına gelecekti Ccedilıkış noktasına ise
kapak yerleştirildi giriş noktasında atmosfer ccedilıkışı ise kapak olarak sınırlandı
3433 Kod Ccediloumlzuumlmuuml
Debi ndash 000064 mᵌ sn olarak ccedilıktı Motorun hava ccedilıkış kısmına fan bağlamanın verimli
olmadığı sonucuna varıldı Oumlnceden oluşturulan oluklardaki 1cmrsquolik aralıklarla
havanın geniş bir alana gitmesi ccedilok zordur Ve bu akışı goumlnderebilmek iccedilin fazladan
basınccedil uygulanması gerekir Bu sebepler debinin duumlşmesine sebep olmuştur
46
Şekil 40 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Ccediloumlzuumlmuuml
47
BOumlLUumlM 4 SONUCcedilLAR
Verim= (Alınan Guumlccedil Verilen Guumlccedil)= (∆P x Q) (T x ὠ)
A_inlet = (r_tip)2 1000 - (r_hub)21000
A_outlet =( U_h1000)2 - (U-t1000)2
U= ὠ x r
Fan hesaplarıdan debi değeri ve tork değeri duumlşmuumlştuumlr Aşağıda yeni fanımızın verimi
yukarıdaki formuumlllere goumlre excelde hesaplanmıştır
tork(Nm) w(radsn) ṁ(kgm^3) verim deltap (Pa)
Orijinal Fan 00393645 15687 00391 60152783 95
Yeni Fan 00043869 15687 0039167 54068744
Tabloda da goumlruumllduumlğuuml uumlzere eski fanın oumlzelliklerine bakılarak hız uumlccedilgeni youmlntemiyle
oluşturulan yeni fan 540 verimli ccedilıkmıştır
Motorun oumln kısmın koyduğumuz fanda ise dar oluklardan buumlyuumlk bir hacime giriş
yaptığı iccedilin tek youmlnluuml analizde kuumltlesel debi negatif değerde ccedilıkmıştır
(Kuumltlesel debi) ṁ=ƍ( oumlzkuumltle) x A(alan) x V( akışkan hızı)=kgsn ndash Formuluumlnden
dolayı verimin hesaplanmasına gerek yoktur
48
BOumlLUumlM 5 EKLER
EK1- MEVCUT FAN
EK2- YENİ FAN
49
KAYNAKCcedilA
Baykal R 2011 Asenkron Motorlar Uumlzerine Enerjiİ Verimliliği Uygulanması
Yayın Tarihi 15032011
Ccedilalışkan M 2014 Eksenel Akışlı Fan Tasarımı Yuumlksek Lisans İstanbul Teknik
Uumlniversitesi TUumlRKİYE
Moavani S 2015 Sonlu Elemanlar Analizi Teorisi ve Ansys ile Uygulamalar
İstanbul
Onaygil S 2006 Enerji Verimliliği Kanunun Tanıtımı Yuumlksek Lisans
URL1 lthttpdeneysancomContentimagesdocumentshavalandirma-
4_39143832pdfgt Erişim Tarihi 12032016
URL2 lt httpwwweiegovtrgt Erişim Tarihi 20042016
URL3 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi
12052016
URL4 ltwwwtuumlikgovtrgt Erişim Tarihi 14052016
URL5 ltwwwemoorgtrekler364734147179187_ekpdfgt Erişim Tarihi 16052016
URL6 ltwwwinverter-plcnetmotoryıldız_uumlccedilgen_bağlantıhtmlgt Erişim Tarihi
18052016
URL7 ltwwweiegovtreie-webturkceenMotor_Verimliligi_Brosurupdfgt Erişim
Tarihi 20052016
URL8 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi
07062016
URL9 ltwwwfigescomtransysansys-nedirphpgt Erişim Tarihi 09062016
50
OumlZGECcedilMİŞLER
Elif CcedilİCcedilEK
Eyluumll 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Duumlzce Anadolu İmamhatip Lisesinde
tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi İlahiyat Fakuumlltesirsquoni kazandı 2012 yılında
Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine
başladı Halen eğitimine devam etmektedir
İletişim
apsuvaelifhotmailcom
Nesrin ALTUNBOĞA
Ağustos 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Haydarpaşa Teknik Okulları Raylı
Sistemler Teknolojileri Boumlluumlmuumlnuuml tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi
Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Boumlluumlmuumlnuuml kazandı Halen eğitimine
devam etmektedir
İletişim
naltunbogagmailcom
Rumeysa ALGUumlL
Ekim 1992rsquo de Konyarsquoda doğdu Lise oumlğrenimini Lafarge Aslan Ccedilimento Anadolu
Teknik Lisesirsquonde 2010 yılında tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi Teknoloji
Fakuumlltesi Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliğini kazandı 2013 yılında Teknoloji
Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine başladı Halen eğitimine devam
etmektedir
İletişim
rumeysaalgulgmailcom
51
52
vii
KISALTMALAR LİSTESİ
AB Avrupa Birliği
AC Alternatif Akım
ANSYS Simulation Driven Product Development
BSTB Bilim Sanayi ve Teknoloji Bakanlığı
CAD Bilgisayar Destekli Tasarım
CENELEC Avrupa Elektrik Makinaları ve Guumlccedil Elektroniği İmalatları Komitesi
CFD Computational Fluid Dynamics
CFX Congregation Fratrorum Xaverianorum
DC Doğru Akım
FEA Sonlu Elemanlar Analizi
IE1 Standart Verimli
IE2 Yuumlksek Verimli
IE3 Ccedilok Yuumlksek Verimli
IE4 Suumlper Yuumlksek Ccedilok Verimli
IEC Uluslararası Elektronik Komisyonu
PN Ccedilıkış Guumlcuuml
TSE Tuumlrk Standartları Enstituumlsuuml
TUumlİK Tuumlrkiye İstatistik Kurumu
V Volt
viii
ŞEKİLLER LİSTESİ
Şekil 1 Elektrik Motorlarının Sınıflandırılması 2
Şekil 2 Sanayide Kullanılan Elektrik Motorlarının Kullanım Yerleri 5
Şekil 3 Talep Tarafında Elektrik Kullanımı 6
Şekil 4 TS-EN 60034-30-1 Standardına Goumlre Verimlilik Sınıfları 7
Şekil 5 Motor Verimini Etkileyen Faktoumlrler 9
Şekil 6 Kuumlccediluumlk Guumlccedilluuml Uumlccedil fazlı Sincap Kafesli Asenkron Motorun Kesiti 11
Şekil 7 Stator Saccedil Paketini Oluşturulmuş Farklı Tipte Statorlar 12
Şekil 8 Rotor Saccedil Paketini Oluşturan Değişik Rotor Saccedilları 13
Şekil 9 Uumlccedil Faz bobininin 6 Oluklu Statora Yerleştirilişi 14
Şekil 10 Standart Asenkron Motorların Anma Kayması ve Verimi 16
Şekil 11 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru 17
Şekil 12 Motora yıldız-uumlccedilgen yol verme 20
Şekil 13 Stator Sargı Uccedillarının Uumlccedilgen (D) Ve Yıldızı (Y) Bağlanması 20
Şekil 14 Asenkron Motora Yol Verme 20
Şekil 15 Akışın Simetri Ekseninde Hareket Etmesi 22
Şekil 16 Karışık Akışlı Fan Uygulamaları 22
Şekil 17 Radyal Duumlz Kanatlı Fanlara Oumlrnekler 23
Şekil 18 Sonlu Eleman Modeli 24
Şekil 19 SolidWorksrsquo ten İmport Etmek 27
Şekil 20 Akış Alanı Belirleme 28
Şekil 21 Slice Komutu ile Boumllgelere Ayırma 29
Şekil 22 Parccedilalar Arası Bağlantının Sağlandığı FromNew Part Boumlluumlmuuml 30
Şekil 23 Mesh oluşturma 30
Şekil 24 Mesh Geometrisi 31
Şekil 25 Mesh İsimlendirme 32
Şekil 26 Meshrsquo in Goumlsterimi 33
Şekil 27 Sınır Şartlarının Belirlenmiş Hali 34
Şekil 28 Setup Koşulların Belirlenmesi 35
Şekil 29 Akışın Youmlnelişi 36
Şekil 30 Debi Sonucu 36
Şekil 31 Fan Kanatlarının Accedilısı 38
Şekil 32 BladeGen Kanat Profili 39
ix
Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi 40
Şekil 34 Yeni Fan Tasarımının Sayısal Ağ Oluşturulması 40
Şekil 35 Tasarımı Yapılan Fanın Verimi 41
Şekil 36 Tasarımı Yapılan Fanın Torku 42
Şekil 37 Akışın Youmlnelişi 43
Şekil 38 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Geometrisi 44
Şekil 39 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Sayısal Ağ
Oluşturulması 45
Şekil 40 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Ccediloumlzuumlmuuml 46
x
TABLO LİSTESİ
Tablo 1 Tuumlrkiyersquode Elektrik Motorlarının Sektoumlrlere Goumlre Tuumlketimi 3
Tablo 2 Elektrik Motorlarının Tuumlrlerine Goumlre Pazar Dağılımları 4
Tablo 3 IE4 ile IE1 arasındaki ortalama verim farkı 4
Tablo 4 Başlıca Uumllkelerin Verimlilik Sınıfı Uygulama Tarihleri 8
Tablo 5 Tuumlrkiyersquo de Zorunlu Uygulamaya Geccediliş Suumlreci 8
Tablo 6 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru 15
Tablo 7 Mevcut Fanın Oumlzellikleri 37
Tablo 8 Sonuccedil olarak elde edilen değerler 38
Tablo 9 ANSYSrsquo de Elde Edilen Deneyler 44
1
BOumlLUumlM 1 GİRİŞ
Fan en temel anlamıyla bir basınccedil farkı oluşturarak havanın bir yerden başka yere
akışını sağlayan cihazlardır Fanlar ticari ve enduumlstri hayattın da birccedilok uygulamalarda
kullanılmaktadır Farklı boyutlarda farklı modeldeki fanlar (eksenel radyal vb)
soğutucular bilgisayarlar yıkayıcılar kurutucular ve klimalar gibi ccedileşitli sistemlerde
hava sirkuumllasyonunu sağlamak amacıyla kullanılmaktadır Yaygın olarak iki farklı
ccedileşidi kullanılmaktadır Bunlar eksenel ve radyal fanlardır Radyal akışlı fanlar
akışkanı doumlnme eksenine dik şekilde atarlarken eksenel akışlı fanlar ise doumlnme
eksenine paralel akış oluşturmaktadırlar (Ccedilalışkan 2014) Ccedilalıştıkları koşulda basınccedil
farkı oluşturmaktadırlar Fanların tahrik sistemlerinde genellikle elektrik motorları
kullanılmaktadır Fanlar sanayide ve ticari binalarda oumlnemli oranda elektrik tuumlketen
cihazlardır Halen Tuumlrkiyersquode sanayide eski teknoloji uumlruumlnuuml ve verimleri yuumlksek
olmayan ccedilok sayıda fan bulunmaktadır Bu nedenle enerji verimliliğinin artırılmasında
fanların ve fan sistemlerinin verimliliklerinin artırılmasının katkısı olacaktır (URL1)
11 CcedilALIŞMA KONUSUNUN TANIMI
Sincap kafesli asenkron motorlarının verimliliğini arttırma yolları incelenmiştir Bu
proje konusunda soğutma uumlzerine yoğunlaşarak fan tasarımı yapılmıştır Bir elektrik
motorun da fan 10rsquoluk guumlccedil harcadığı iccedilin fan tasarımın da kanat sayısını azaltarak
optimizasyon yapılmıştır Fan tasarımı iccedilin Ansys programını kullanarak kanatlardaki
torku azaltmaya youmlnelik ccedilalışmalar yapılmıştır Tasarımda ilk adım olarak temel hız
uumlccedilgenlerinden yararlanılarak gerccedileğe yakın olacak şekilde sonuccedillar oluşturulmuştur
Sonuccedilların uygunluğu doğrultusunda ccediloumlzuumlm iccedilin gerekli kontrol hacimleri kaba ve
nitelikli ağ oumlrguumlsuuml şeklinde oluşturularak analizler gerccedilekleştirilmiştir
Uumlccedil boyutlu hesaplamalı akışkanlar dinamiği analizi uygulanarak gerccedileğe daha yakın
bir model simulasyonu oluşturulmuş ve uumlccedil boyutta etkileri inceleme olanağı
sağlanmıştır Tasarım sırasında hız uumlccedilgenlerinden yararlanılarak yapılan fan
tasarımının ccediloumlzuumlmuumlnde hızlı sonuccedil alınması ve ccedilok fazla iterasyona olanak sağlayan
turbomakina yazılımı kullanılmıştır Akışkan hareketini youmlneten denklemlerin
2
ccediloumlzuumlmuumlnde kullanılan sonlu hacimler programı iccedilin gerekli ağ oumlrguumlsuumlnuumln de hızlı bir
şekilde kullanımı iccedilin turbomakina yazılımından faydalanılmış ve zaman olarak
ccedilalışmaya oumlnemli oumllccediluumlde katkısı olmuştur
12 CcedilALIŞMA KONUSUNUN AMACI
Bahsi geccedilen ccedilalışma konusunda fan tasarımın da enerjinin verimli kullanılması seccedilim
imalat ve işletme suumlreccedillerinin optimum olması sağlanmış Fan tasarımında fanın
ccedilalıştırılacağı sistem projelendirilip yapılırken dikkat edilmelidir Ccediluumlnkuuml fanlar yatırım
maliyetlerinden daha fazla enerji tuumlketmektedirler Bu nokta da elektrik motorlarında
verimi arttırıcı oumlnlemler alınarak elektrik tuumlketimi konusunda tasarruf planlarında
buumlyuumlk katkı sağlanması hedeflenmiştir
13 ELEKTRİK MOTORU
Elektrik enerjisini mekanik enerjiye ccedileviren makinedir Her elektrik motoru biri sabit
(stator) ve diğeri kendi ccedilevresinde doumlnen (rotor) iki ana parccediladan oluşur Bu ana
parccedilalar elektrik akımını ileten (sargılar vb) manyetik akıyı ileten parccedilalar ve
konstruumlksiyon parccedilaları (yataklar vb) olmak uumlzere tekrar kısımlara ayrılır (URL2)
111 Elektrik Motorlarının Sınıflandırılması
Şekil 1 Elektrik Motorlarının Sınıflandırılması
Elektrik Motoru
Doğru Akım
DC Motor
Alternatif Akım
AC Motor
Senkron Motor Asenkron Motor
3 Fazlı Asenkron
Motor
Tek Fazlı Asenkron
Motor
3
14 TUumlRKİYErsquo DE VE DUumlNYArsquo DA ELEKTRİK MOTORLARININ ENERJİ
TUumlKETİMİ
Enerjide arz guumlvenliğinin sanayide sanayide suumlrduumlrebilirliğinin ve buumlyuumlmenin ise
kalkınmada oldukccedila oumlnem taşıdığı guumlnuumlmuumlzde saklı enerji kaynağı sayılabilecek olan
verimlilik hususu belirtilmektedir TUumlİK verilerine goumlre Tuumlrkiye elektrik enerjisinin
2013 yılı itibariyle 471rsquoi sanayi sektoumlruumlnde tuumlketilmektedir Sanayide kullanılan
elektrik motorları ise bu sektoumlrde tuumlketilen elektrik enerjisinin 70rsquo ini teşkil
etmektedir Sanayinin buumlyuumlmesi son yıllardaki ARGE ccedilalışmalarının ilerlemesi ve
otomasyon sistemleri ile daha yoğun teknoloji ile Tuumlrkiye piyasasına 1 milyon elektrik
motoru arz edilmektedir Tuumlrkiyersquode de Bilim Sanayi ve Teknoloji Bakanlığı (BSTB)
tarafından AB mevzuatı ile uyumlu hale getirilen yerel mevzuat soumlz konusu elektrik
motorları iccedilin enerji verimlilik endeksini ve beyanını ve bulunması gereken en duumlşuumlk
seviyeyi zorunlu kılmaktadır ve ccedilalışmalar yapılmaktadır Bunun sonucunda
Tuumlrkiyersquode kullanılan elektrik motorları uumlzerinde sektoumlrel ve sınıfsal accedilıdan enerji
tuumlketimi irdelenmektedir Yapılan bu ccedilalışmalar ile duumlşuumlk verimli elektrik motorlarının
yuumlksek verimli elektrik motorları ile değiştirilmesi yoluyla Tuumlrkiyersquode yaklaşık yılda
2500 GWhrsquo lik enerji tasarrufu edildiği goumlruumllmuumlştuumlr (URL4)
2013 yılı TUumlİK verilerine goumlre Tuumlrkiyersquode toplam 198045 GWh Elektrik Enerjisi
tuumlketilmiştir Tuumlketilen bu enerjinin 93280 GWh kadarı sanayide tuumlketilmiştir
Tablo 1 Tuumlrkiyersquode Elektrik Motorlarının Sektoumlrlere Goumlre Tuumlketimi
Sektoumlr Elektrik Motorların Sektoumlrel
Tuumlketimi TWhYıl
Sektoumlruumln Toplam Enerji
Tuumlketimi TWhYıl
Sanayi 46 68
Ticaret 14 20
Mesken 8 35
Diğer 1 20
Toplam 69 144
4
Enerji verimliliği ccedilalışmalarında elektrik motorlarının kullanımlarının sektoumlrel
dağılımlarının yanı sıra motorların sınıflandırılması da oldukccedila oumlnemlidir
Duumlnyada 2 23 milyar elektrik motorlarının bulunduğu tahmin edilmektedir Ancak bu
motorların 2 milyar kadar adedi 075 kW guumlcuumln altındadır ve enerji tuumlketiminin 9 u
kadarını karşılar 075- 375 kW aralığında kalan motorlar ise elektrik motorlarının 11
ini oluştururken enerji tuumlketiminin 68 kadarını oluşturur 375 kW guumlccedil uumlstuumlndeki
motorlar elektrik motorlarının 1rsquoini oluştururken enerji tuumlketiminin 23rsquouumlnuuml
karşılar
Tablo 2 Elektrik Motorlarının Tuumlrlerine Goumlre Pazar Dağılımları
TİPİ le 750
W
075 - 375
kW
gt 375
kW
DC Motor Ve
Generatoumlrler
56 21 5
AC Tek Fazlı
Motorlar
29 30 -
AC Uumlccedil Fazlı
Motorlar
5 49 95
Diğer 10 - -
Tuumlrkiyersquo de elektrik enerjisinin 471rsquo i sanayide sanayide tuumlketilen elektrik
enerjisinin 67rsquosi motorlarda motorlarda tuumlketilen elektrik enerjisinin 91rsquoi 075-
1000 kW guumlccedil aralığındaki motorlarda tuumlketilmekte ve bu motorların 87rsquosinin
asenkron motorlar olduğu soumlylenebilir
IE4 ile IE1 standartları arasındaki fark buumlyuumlktuumlr 90 kW ve uumlstuumlnde ortalama fark
yaklaşık 3 seviyesindedir 075 ile 75 kW arasında ortalama verim farkı yaklaşık
10 75 ile 90 kW aralığında ise ortalama verim farkı 5 seviyesindedir
Tablo 3 IE4 ile IE1 arasındaki ortalama verim farkı
Guumlccedil Aralığı Ortalama IE1 - IE4 verim
Farkı ()
012-075 kW 17
075-75 kW 10
75-90 kW 5
90-1000 kW 3
5
15 ELEKTRİK MOTORLARINDA VERİMİN OumlNEMİ VE VERİM
SINIFLARI
Uumlretilen toplam elektriğin yaklaşık yarısı sanayi sektoumlruumlnde kullanılan elektriğin ise
yaklaşık uumlccedilte ikisi motorlar tarafından tuumlketilmektedir Bu da sanayide yuumlksek verimli
motor kullanımının enerji maliyetinin duumlşuumlruumllmesinde ne kadar oumlnemli olduğunu
goumlsterir Yuumlksek verimli motorların kullanımı aynı zamanda sera gazları salınımında
ciddi azalmalara sebep olmakta ve enerjide dışa bağımlılığın azaltılmasına katkı
yapmaktadır (URL7)
Şekil 2 Sanayide Kullanılan Elektrik Motorlarının Kullanım Yerleri
Elektrik motorlarının duumlnyadaki kullanımına bakarsak binalarda kullanılan elektriğin
36rsquosı enduumlstri ve altyapıda ise 70rsquoi elektrik motorları tarafından tuumlketilmektedir
Asenkron elektrik motorları uumllkemizin toplam elektrik tuumlketiminin yaklaşık 36rsquosını
oluşturmaktadır Hatta sanayide sektoumlrel bazda bu oran 80rsquolere kadar ccedilıkmaktadır
Bu sebeple elektrik motorlarında verimi arttırıcı oumlnlemler uumllkemizin elektrik tuumlketimi
konusundaki tasarruf planlarına buumlyuumlk katkı sağlayacaktır Satın alma maliyeti
ortalama motor oumlmruuml boyunca toplam maliyetin 2rsquolik kısmına denk gelmektedir
Tek bir motor sarımının maliyeti toplam tutarın 1rsquoini oluşturmaktadır Elektrik
motorunun kullanım oumlmruuml boyunca tuumlkettiği elektrik enerjisinin maliyeti ise toplam
maliyetin 97rsquosine tekabuumll etmektedir (URL2)
42
7
22
29
DİĞER KOMP FAN POMPA
6
Şekil 3 Talep Tarafında Elektrik Kullanımı
VERİMİN OumlNEMİ
Asenkron motorlarda ccedileşitli verimlilik sınıfları mevcuttur Avrupa Elektrik Makineleri
Uumlreticileri Komitesi (CEMEP) ve Avrupa Komisyonunun 28 Haziran 1999 tarihli
deklarasyonu motorları verim sınıflarına goumlre ayırmıştır Yuumlksek Verimli motorlar
(EFF1) verimi iyileştirilmiş motorlar (EFF2) ve duumlşuumlk verimli motorlar (EFF3)
CEMEP‟ in bu deklarasyonunu takiben motor uumlreticileri ile yaptığı goumlnuumllluuml anlaşmalar
ile duumlşuumlk verimli motor (EFF3) uumlretimini kısıtlama yoluna gitmiştir Bunun yanı sıra
Duumlnyada artan enerji talebi ile birlikte birccedilok uumllke goumlnuumllluuml ya da zorunlu olarak daha
yuumlksek verimli motor kullanımını sağlamaya ccedilalışmıştır (Onaygil 2006)
Verimlilik sınıflarına 2008 yılında yenilik getirilmiştir Bu yenilik IEC( Uluslararası
Elektronik Komisyonu) tarafından yayımlanmıştır CENELEC tarafından da 2009
yılında Avrupa normu haline gelmiştir 2010 yılında da TSE tarafından kabul
edilmiştir Bu yenilik verimlilik sınıflarına getirilen IE1 IE2 IE3 IE4 şeklinde olan
tanımlamalardır Bu tanımlamalarda IE1= EFF2 olup IE2=EFF1rsquo in karşılığıdır
IE1= STANDART VERİMLİ
IE2= YUumlKSEK VERİMLİ
IE3=CcedilOK YUumlKSEK VERİMLİ
IE4=SUumlPER YUumlKSEK CcedilOK VERİMLİ
Şeklinde sınıflandırılmıştır
AYDINLATMA19
DİĞER ELEKTRİK MOTORLARI
4
ASENKRON MOTORLAR
36
DİĞER3
ELEKTRONİK ALETLER
8
ISITMA15
EV GERECcedilLERİ15
7
2014 yılında TS- EN 60034-30 standardı doğrudan şebekeden beslenen motorlar ve değişken
hız suumlruumlcuumlluuml motorlar olmak uumlzere iki kısma ayrılmıştır Şebeke tarafından doğrudan beslenen
motorlar iccedilin verimlilik sınıflarını tayin eden başka bir standart koyulmuştur TS-EN 60034-
30-1 standardıdır Bu standart faklı olarak 012- 1000 kW guumlccedil aralığını kapsamakta ve IE4
verimlilik sınıfını da tanıtmaktadır Ayrıca 8 kutuplu motorlar da bu kapsama alınmıştır
Henuumlz TS- EN 60034- 30- 2 sınıfı yayınlanmamıştır
Şekil 4 TS-EN 60034-30-1 Standardına Goumlre Verimlilik Sınıfları
151 Mevzuat
Elektrik motorları hususunda ilk yasal duumlzenleme Avrupa Birliğinin Elektrik Motorları
ile İlgili Ccedilevreye Duyarlı Tasarım Gereklerine Dair EC6402009 sayılı tuumlzuumlğuumlduumlr
Beraberinde 4703 sayılı Uumlruumlnlere İlişkin Teknik Mevzuatın Hazırlanması ve
Uygulanmasına Dair Kanunun 14 uumlncuuml maddesine dayanılarak hazırlanan Enerji ile
İlgili Uumlruumlnlerin Ccedilevreye Duyarlı Tasarımına İlişkin Youmlnetmelik 2010 yılında
yuumlruumlrluumlğe girmiştir Daha sonra 2012 yılında EC6402009 referans alınarak
hazırlanan ve uyumlaştırılan SGM- 20122 Elektrik Motorları İle İlgili Ccedilevreye
Duyarlı Tasarım Gereklerine Dair Tebliğ yayımlanarak ulusal mevzuata
kazandırılmıştır
Bu tebliğ ile 2 4 6 kutuplu anma gerilimi en fazla 100 (UN) en fazla 1000 V olan
anma ccedilıkış guumlcuuml (PN) 075 kW ile 375 kW arasında olan ve suumlrekli ccedilalışacak şekilde
100
90
80
70 012 24 48 960
IE1 IE2 IE3 IE4
8
tasarlanmış tek hızlı 3 fazlı 50 Hz veya 5060 Hz sincap kafesli enduumlksiyon motorları
denetim kapsama alınmış bulunmaktadır
Bu tebliğde oumlnemli bir diğer husus ise uygulamaya youmlnelik olan zorunluluklardır
Onlar şunlardır IE1 sınıfı verimlilikte olan motorların piyasaya arz edilmesinin
yasaklanması ve diğer verimlilik sınıfına geccediliş suumlrecinin tanımlanmasıdır
Tablo 4 Başlıca Uumllkelerin Verimlilik Sınıfı Uygulama Tarihleri
BOumlLGE IE1 IE2 IE3
ABD - 1998 2011
AB - 2011 2015
PRC 2000 2011 2015
TUumlRKİYE - 2012 2015
Bunun dışında 01012015 tarihinden itibaren anma ccedilıkış guumlcuuml 75 kW ile 375 kW
arasında olan motorların veriminin IE3 verim seviyesinden duumlşuumlk olmayacağını veya
piyasaya arz edilen motorların IE2 verim seviyesini karşılayacak ve değişken hızlı
tahrikle teccedilhiz edilmesi gerektiğini bildirmektedir (URL5)
Tablo 5 Tuumlrkiyersquo de Zorunlu Uygulamaya Geccediliş Suumlreci
Sınıfı Zorunlu Yuumlruumlrluumlk
Tarihi
Accedilıklama (İstisnalar)
IE1 02042012 2 Nisan 2012 tarihinden itibaren piyasaya suumlruumllmesi
yasaklanmıştır
IE2 02042012 01012015 tarihine kadar kullanılabilecektir
IE3 01012015 Değişken hızlı tahrikle teccedilhiz edilmesi halinde IE2 verim
seviyesi kullanılabilecek (75 kW - 375 kW)
IE3 01012017 Değişken hızlı tahrikle teccedilhiz edilmesi halinde IE2 verim
seviyesi kullanılabilecek (075 kW - 375 kW)
9
16 MOTOR VERİMİNİ ETKİLEYEN FAKTOumlRLER
161 Verim
Bir elektrik motorunun bağlı bulunduğu şebekeden ccedilektiği enerjinin tamamı mekanik
enerjiye doumlnuumlşmez Elektrik motorunun milinden aldığı faydalı guumlccedil şebekeden ccedilektiği
guumlccedilten kayıp guumlccedillerin ccedilıkmış halidir
Asenkron motorun şebekeden ccedilektiği guumlcuumln yuumlzde kaccedilının motorun milinden mekanik
guumlccedil olarak alındığını verim goumlsterir
Verim= ((Alınan G ) (Verilen Guumlccedil))x100
ή= (PaPv)x100
Verilen guumlccedil ile alınan guumlccedil arasındaki fark toplam kayıplardır Asenkron motorlarda
kayıplar stator demir kaybı stator ve rotor bakır kayıpları ile rotorun suumlrtuumlnme ve
ruumlzgacircr kaybından ibarettir
DEMİR
KAYIPLARI
GOumlVDE
STATOR
DİRENCİ
ROTOR
DİRENCİ
RUumlZGAR
SUumlRTUumlNME
DİRENCİ
EK
KAYIPLA
Şekil 5 Motor Verimini Etkileyen Faktoumlrler
10
162 Kayıplar
Demir Kayıpları
Bakır Kayıpları
Suumlrtuumlnme Kayıpları
1621 Demir Kayıpları
Demir kayıpları stator ve rotor saccedillarında meydana gelen histerezis ve fuko
kayıplarıdır Bu kayıplar frekans ve manyetik enduumlksiyon ile oranlıdır
Stator demir kayıpları stator frekansı sabit olduğuna goumlre değişmemektedir Yalnız
rotor demir kayıpları rotor frekansı ile değişir Ancak boş ve yuumlkluuml ccedilalışmada rotor
frekansı ccedilok kuumlccediluumlktuumlr Bu sebeple rotor demir kayıpları ccedilok kuumlccediluumlk olur ve ihmal
edilebilir 0 halde bir asenkron motorun demir kayıpları stator demir kayıplarına
eşittir denebilir Stator frekansı sabit olduğundan demir kayıpları da buumltuumln yuumlkler iccedilin
sabittir
1622 Bakır Kayıpları
Asenkron motorlarda stator ve rotor omik direnccedillerinden dolayı I12R1 ve I2
2R2
değerinde bakır kayıpları meydana gelir Bakır kayıpları sargı direnccedilleri sabit
olduğuna goumlre yuumlk akımları I1 ve I2 lsquonin karesi ile değişir Şu halde bu kayıplar
yuumlkle değişen kayıplardır
Rotor ve stator bakır kayıplarını bulabilmek iccedilin akım ve direnccedillerin bilinmesi gerekir
Genel olarak bakır kayıpları motorun kısa devre deneyinden tuumlm olarak hesaplanır
1623 Ruumlzgar ve Suumlrtuumlnme Kayıpları
Asenkron motorlarda suumlrtuumlnme ve ruumlzgacircr kayıpları devir sayısı ile biraz değişirse
de bu değişim ccedilok az olduğu iccedilin sabit kabul edilebilir Suumlrtuumlnme ve ruumlzgacircr
kayıpları boş ccedilalışma deneyinde demir kayıpları ile birlikte bulunur Demir
kayıpları ile ruumlzgacircr ve suumlrtuumlnme kayıplarına sabit kayıplar denir
11
BOumlLUumlM 2 MATERYAL VE YOumlNTEM
21 ASENKRON MOTORLAR
Asenkron motorlar başlıca iki kısımdan oluşur
Hareket etmeyen kısım Stator
Doumlnme hareketi yapan kısım Rotor
Asenkron makineler motor olarak stator sargıları ile aldığı elektrik enerjisini
rotorundan doumlnme hareketi yaparak mekanik enerjiye ccedileviren ve generatoumlr olarak
rotorundan aldığı doumlnme hareketi mekanik enerjisini bazı koşullar altında stator
sargılarında elektrik enerjisine ccedileviren elektromekanik makinelerdir
Motor olarak birkaccedil Wattrsquotan 300 MW guumlcuumlne kadar uumlretilmektedir Generatoumlr olarak
az kullanılmakla beraber son zamanlarda ruumlzgacircr enerjisinden elektrik enerjisi elde
etmek amacı ile ruumlzgacircr tuumlrbini ile birlikte ccedilalışmaktadırlar
Stator sargı gerilimleri alccedilak gerilim 220Vdan orta gerilim 22kVa kadar
değişmektedir Doumlnme sayıları sabit değildir fakat doumlnme sayısı yuumlkle az değişir
Doumlnen diğer elektrik makinelerine kıyasla daha sağlam daha az bakım isteyen ve daha
ucuz makinelerdir Son yıllarda yarı iletken guumlccedil elektroniğindeki teknolojik
gelişmeler ile asenkron makinelerin kontroluuml kolayca yapılabilmektedir (Baykal
2011)
Şekil 6 Kuumlccediluumlk Guumlccedilluuml Uumlccedil fazlı Sincap Kafesli Asenkron Motorun Kesiti
12
22 ASENKRON MAKİNALARIN YAPISI
Asenkron makineler başlıca iki kısımdan oluşmaktadır Bunlar
Stator
Rotor
Şekil 7 Stator Saccedil Paketini Oluşturulmuş Farklı Tipte Statorlar
221 Stator
Stator Asenkron motorun duran kısmıdır 04 - 05 veya 08 mm kalınlığında silisyumlu
saccedillar oumlzel kalıplarla preste basılır ve paketlenir Stator saccedilları paketlenince uumlccedil fazlı
sargıların yerleştirileceği stator nuumlvesi elde edilir Bu nuumlve stator goumlvdesinin iccediline
sıkıca yerleştirilir Goumlvdeye motorun ayakları monte edilir Goumlvdeye motor kapaklan
takılır motor kapaklan ortalarındaki bilyeli yataklar statorun ortasında doumlnecek olan
rotora yataklık ederler
1Halkalı Duumlzen Kuumlccediluumlk ve orta guumlccedilteki makinelerde uygulanan bu konstruumlksiyon
şeklinde saccedil paket ya karkas dışında istiflenerek uzun saplamalarla kendi uumlzerine
sıkılır yada saccedil levhalar karkas iccedilinde istiflenir
2 Segmanlı Duumlzen Bu duumlzende saccedil paketi daima karkas tarafından gergin durumda
tutulur Segmanlı duumlzende saccedil paketi rijitli halkalı duumlzendekine oranla da az
olduğundan burada seccedililecek olan karkasın daha kuvvetli olması gerekir (Baykal
2011)
13
222 Rotor
Rotor Asenkron motorun doumlnen kısmıdır ve rotor saccedil paketi ile rotor sargılarından
oluşur Rotor saccedil paketi 05 mm‟lik silisyumlu saccedillardan yapılır Saccedilların yuumlzeyleri
ccedilok ince bir film tabakası ile yalıtılmıştır Saccedillar oumlzel kalıplarda pres altında oluk
dişler ve sıkıştırma cıvata delikleri oluşacak şekilde saccedil şeritlerden kesilerek ccedilıkartılır
Saccedillar bir araya getirilerek pres altında sıkıştırılır ve cıvatalarla bu halde kalması
sağlanır
Diğer doumlnen elektrik makinelerine goumlre stator ile rotor arasında kalan hava aralığı ccedilok
kuumlccediluumlktuumlr Motorun guumlcuumlne goumlre hava aralığının radyal boyu 05 - 1 - 3 mm kadar
olabilir Boumlylesine kuumlccediluumlk bir hava aralığı boşta ccedilalışma akımını kuumlccediluumlk tutmak iccedilin
yapılır Rotor olukları motorun elektrik karakteristiklerini etkileyen değişik biccedilimlerde
yapılır Rotor oluklarına rotor sargıları yerleştirilir
Şekil 8 Rotor Saccedil Paketini Oluşturan Değişik Rotor Saccedilları
Rotor sargıları uumlccedil fazlı olarak ya da sincap kafesli olarak yapılır Rotoru sargılı olan
ve sargı uccedilları doumlnen bilezik-sabit fırccedila ile dışarı ccedilıkartılan motorlara bilezikli asenkron
motor denir Sincap kafesli motorlarda rotor oluklarına bakır ccedilubuklar yerleştirilir Bu
ccedilubuklar her iki baştan dairesel halkalarla kısa devre edilerek sincap kafesine
benzeyen kendi uumlzerine kapatılmış bir sargı elde edilir Sincap kafesli motor sargısı
oumlzel kalıplarla rotor oyuklarına basınccedil altında aluumlminyum puumlskuumlrtuumllerek uumlretilir
Boumlylece uumlretilen rotor sincap kafesi aluumlminyumdan yapılmış olur
Sincap kafesli asenkron motorun rotorundan hiccedilbir uccedil ccedilıkmadığı iccedilin bu motorun
kontroluuml sadece statordaki elektrik uccedillarından yapılabilmektedir Oysa bilezikli
asenkron motorun rotor sargı uccedilları bilezik ve fırccedila sistemi ile dışarı ccedilıkarıldığından
14
bu motorun kontroluuml hem stator sargı uccedillarından ve hem de rotor sargı uccedillarından
yapılabilmektedir
Sincap kafesli motorun rotor sargısı buumlyuumlk motorlarda bakır ccedilubukların rotor
oluklarına yerleştirilmesi ve iki baştan kısa devre elde edilmesi ile oluşturulur Kuumlccediluumlk
motorlarda rotorun sincap kafesi aluumlminyum puumlskuumlrtme ve kalıplarla elde edilir
Rotoru sincap kafesli bir motorun sincap kafesi değişik biccedilimde oluklara yerleştirilir
Motorun oumlzellikle moment karakteristiğine istenilen oumlzelliği vermek iccedilin rotorda derin
oluklar ve ccedilift oluk kullanılır Birinci motora derin oluklu ya da derin ccedilubuklu motor
ve diğerine de ccedilift kafesli motor denir (Baykal 2011)
23 ASENKRON MOTORLARIN CcedilALIŞMA İLKESİ
Asenkron makinenin ccedilalıŞma ilkesi bir doumlner alanın varlığına dayanır Doumlner alan
senkron hız motor milinin hızı da rotor hızı olarak isimlendirilir Kayma da bu iki
hızın arasındaki fark olarak ifade edilmektedir
231 Doumlner Alan
Bir N-S mıknatısı ya da uumlzerinden akım geccedilen bir bobinin magnetik alanı N kutbundan
ccedilıkar ve S kutbuna girer Daimi mıknatıs ve doğru akım taşıyan bobinin manyetik
alanları mıknatıs ve bobin dışarıdan bir bobinle doumlnduumlruumlluumlrse bunların alanları da
beraber doumlner İşte bir mıknatısın doumlnduumlruumllmesi ile elde edilen alana doumlner alan denir
Uumlccedil fazlı asenkron motorun (enduumlksiyon motorun) statoruna birbirinden 120rsquoşer derece
faz farklı 3 faz sargısı yerleştirilmiştir En basit statorda her biri bir faza ait olmak
uumlzere 3 tane bobin bulunur Bir motor en az iki kutuplu olarak sarılabilir (Baykal
2011)
Şekil 9 Uumlccedil Faz bobininin 6 Oluklu Statora Yerleştirilişi
15
232 Senkron Hız
N-S kutuplarının saat ibresi youmlnuumlnde doumlnduumlğuuml goumlruumlluumlr uumlccedil fazlı alternatif akımdaki bir
periyotluk değişme N-S kutuplarının bir devir yapmasına sebep olur Alternatif akımın
frekansı 50 Hz ise saniyede 50 periyotluk bir değişme yapar Dolayısıyla statordaki
faz bobinlerinin meydana getirdiği N-S kutupları da saniyede 50 devirle doumlner Bu
dakikada 3000 devir eder Ccedilok fazlı bir stator sargısından aynı faz sayısında ccedilok fazlı
bir akım geccedilerse hava aralığında sabit genlikli bir doumlner alan oluşur Bu doumlner alanın
duran statora goumlre ns (n1) devir hızı şebeke frekansına doğru stator sargısının p ccedilift
kutup sayısına ters orantılıdır
1198991 = 601198911
119901
Senkron hız da denen doumlner alan hızı kutup sayısına goumlre buumlyuumlk basamaklar yaparak
değişir Asenkron motorlar ancak belli senkron hızlar iccedilin yapılabilir En fazla
kullanılan senkron hızlar 2 4 6 ve 8 kutup sayılarına ait olanlardır (Baykal 2011)
Tablo 6 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru
P
(Kutup Sayısı)
50 Hz 60 Hz
n1min-1 n1s-1 n1min-1 n1s-1
2 3000 50 3600 60
4 1500 25 1800 30
6 1000 1667 1200 20
8 750 125 900 15
16
233 Kayma
Senkron makine dışında buumltuumln diğer ccedilalışma tuumlrlerinde asenkron makinenin
ccedilalışabilmesi iccedilin rotor hızının doumlner alan hızından farklı olması gerekir Doumlner alanın
rotor uumlzerinden geccedilme hızına yani doumlner alan ile rotor hızı arasındaki cebirsel farka
kayma hızı n2 ve bu hızın doumlner alan hızına oranına kayma s denir Bu tanıma
dayanarak kayma devir hızına goumlre veya devir hızı kaymaya goumlre ifade edilebilir
n2 = n1 ndash n n = n1(1-s) 119904 = 1198992
1198991 =
1198991minus119899
1198991
Kayma oranlanmış bir buumlyuumlkluumlktuumlr ve ccediloğunlukla olarak ifade edilir Pozitif negatif
veya sıfır olabilir Oranlanmış rotor hızı n nı ile toplamı daima 1rsquoe eşittir Teorisel
olarak ndash infin ve +infin arasında değişebilir Durmada n = 0 ve s =1 dir Senkron ccedilalışmada
n = n1 ve s = 0 dır Bu iki sınır değer arasında asenkron makine motor olarak ccedilalışır
ve kayması daima pozitiftir Anma ccedilalışmasındaki değeri yuumlzde birkaccedil olup artan
anma guumlcuuml ile azalır ve kuumlccediluumlk guumlccedillerde yaklaşık 10 dan buumlyuumlk guumlccedillerde 1 in altına
duumlşer
Rotor doumlner alana goumlre ters youmlnde doumlnduumlğuumlnde elde edilen fren ccedilalışmada devir hızı
negatif ve kayma 1 den buumlyuumlktuumlr Rotor hızı doumlner alan hızını geccedilerse yani ngtn1 ise
kayma negatif olur (s lt 0) ve makine generatoumlr olarak ccedilalışmaya başlar (Baykal 2011)
Şekil 10 Standart Asenkron Motorların Anma Kayması ve Verimi
17
24 ASENKRON MOTOR CcedilEŞİTLERİ
Asenkron motorlar rotor yapılarına goumlre ikiye ayrılır
Sincap kafesli (Kısa devre rotorlu) Asenkron Motorlar
Bilezikli (Sargılı rotorlu) Asenkron Motorlar
241 Uumlccedil Fazlı Kısa Devre (Sincap Kafesli ) Asenkron Motorlar
Uumlccedil fazlı sincap kafesli motorun yapılısı basittir Az bakıma ihtiyaccedil goumlsterir Bu tip
motorun oumllccediluumlleri aynı guumlccedilteki başka tip motorların oumllccediluumllerinden kuumlccediluumlktuumlr Değişik
yuumlklerdeki hız reguumllasyonu ccedilok iyidir Fiyatının ucuzluğu yapılışının sağlamlığı ve
istenilen ccedilalışma oumlzelliğine sahip oluşu yuumlzuumlnden bu tip motorlar sanayide ccedilok
kullanılır
Rotorlar accedilılmış oluklara basınccedil altında erimiş aluumlminyum puumlskuumlrtuumllerek doldurulur
Rotorun her iki başındaki kısa devre halkalar da aluumlminyumdandır Ayrıca bu halkalar
uumlzerine kanatlar da bırakılarak rotor işletmede vantilasyon suretiyle soğutulması
sağlanır 250 kW guumlcuumlne kadar kısa devre kafesleri aluumlminyumdan yapılmış asenkron
motorlar mevcuttur
Buumlyuumlk guumlccedil istenilen işletmelerde kısa devre kafesi yuumlksek dikdoumlrtgen şeklinde bakır
ccedilubuklardan ve bunları rotorun her iki başında kısa devre eden bakır halkalardan
yapılır Rotorda kaccedil adet oluk varsa rotorun faz sayısı buna eşittir
Kısa devre kafesli asenkron motorun yol alma oumlzellikleri iyi değildir Ancak basit ve
ucuz olmaları nedeni ile yaygın biccedilimde kullanılmaktadır Yol almasını kolaylaştırmak
iccedilin yuumlksek ccedilubuklu veya ccedilift kafesli olarak yapılırlar (Baykal 2011)
Şekil 11 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru
18
242 Bilezikli (Sargılı rotorlu) AC Motorlar
Birccedilok sanayi yuumlklerinde uumlccedil fazlı değişik hızlı motora ihtiyaccedil duyulduğu yerler iccedilin
bilezikli asenkron motorlar geliştirilmiştir Bilezikli asenkron motorlara sargılı rotorlu
AC motor da denilmektedir Bu tip motorun statoru ile sargının yerleştirilmesi sincap
kafesli motorun aynıdır Rotor ccedilelik saccedillardan yapılmış silindirik bir goumlbektir 120
derece aralıklı uumlccedil adet tek fazlı kalıp sargısını yerleştirmek iccedilin rotor uumlzerine oyuklar
accedilılmıştır izoleli rotor bobinleri stator kutup sayısına eşit kutup sayısı elde edecek
şekilde gruplandırılmıştır Uumlccedil tek fazlı rotor sargısı aralarında yıldız bağlanarak ccedilıkış
uccedilları rotor mili uumlzerindeki uumlccedil bileziğe bağlanmıştır Bileziklere temas eden fırccedila uccedilları
hız kontroloumlruuml ayarlayıcısına bağlanır Fırccedilalar taşıyıcılar uumlzerindeki yayların basıncı
ile bileziklere sıkıca temas eder Doğru akım makinelerinde olduğu gibi youmln
değiştirmeye luumlzum olmadığı iccedilin fırccedila taşıyıcıları uygun bir durumda sıkıca tespit
edilmiştir
Bilezikli asenkron motorun rotorunda aynı statorunda olduğu gibi uumlccedil fazlı alternatif
akım sargısı vardır Stator 10 Kw guumlce kadar tek tabakalı orta guumlccedillerde ise iki tabakalı
sargılı yapılırlar Rotor ise tam oluklu veya kesirli oluklu sargılı olabilir Rotor sargı
uccedillarının bir tarafı bileziklere bağlanır Diğer tarafı ise kısa devre edilerek uumlccedil fazlı
sargının yıldız noktasını oluşturur Bilezikler uumlzerindeki fırccedila sistemi ile rotor
alternatif gerilim kaynağından ayrıca beslenir (Baykal 2011)
25 Elektrik Motorlarına Yıldız-Uumlccedilgen Yol Verme
Kalkış akımını duumlşuumlrmede en ekonomik youmlntemdir Uumlccedil kontaktoumlr ile bir zaman
roumllesinden oluşan kontaktoumlr kombinasyonudur Bu youmlntemle yol verebilmek iccedilin
motorun uumlccedilgen bağlı ccedilalışma gerilimi şebeke gerilimine eşit olmalıdır Oumlrneğin
uumllkemizde şebeke gerilimi 380 Volt olduğuna goumlre yıldız-uumlccedilgen yol verilecek motorun
etiketinde D380 V veya D380VY660V yazılı olmalıdır Volt elektrik motorlarında 2
ve 4 kutuplularda 3 kW (dacirchil) 6 kutuplularda 22 kW(dacirchil) den daha buumlyuumlk guumlccedilluuml
motorlar bu oumlzelliktedir Yani 380 V şebekede uumlccedilgen bağlı ccedilalıştırılırlar
Motora yıldız-uumlccedilgen yol verildiğinde direkt yol vermeye goumlre şebekeden ccedilekeceği
akım 3 katı azalır Yıldız-uumlccedilgen yol vermede amaccedil motoru kalkış suumlresince yıldız
19
bağlı ccedilalıştırmak ve kalkışını tamamlayan motoru hemen normal bağlantısı olan uumlccedilgen
bağlı olarak ccedilalıştırmaktır
Motor kalkış sırasında yıldız bağlı ccedilalıştırıldığından motor sargılarına uygulanan
gerilim U radic3 değerine motorun şebekeden ccedilektiği akım ise 13 değerine duumlşer
Motorun sargılarına uygunalan gerilim azaldığından momenti oumlnemli oumllccediluumlde kuumlccediluumlluumlr
Yıldız-uumlccedilgen yol vermenin kusursuz olması iccedilin motorun yuumlk momentinin yıldız
bağlamadaki motor momentinden buumlyuumlk olmaması ve yıldız bağlamadaki suumlrenin
uygun olması gerekir Bu geccediliş suumlresi ccedilok oumlnemlidir Motor yıldız bağlantıda iken
anma devir sayısına ulaşıldığı anda uumlccedilgen bağlantıya geccedililmesi ve fazla aralık
verilmemesi gerekir
Boumlyle olursa yıldızdan uumlccedilgen bağlantıya geccedilişteki uumlccedilgen kontaktoumlruumlnuumln kapamama
akımı kuumlccediluumlk ve yıldızdan uumlccedilgene geccediliş darbesiz olur Aksi halde uumlccedilgen bağlantıya
geccedilişte akımda geccedilici artışlar goumlruumlluumlr Bunun sonucu kontaktoumlruumln kontakları ani
yuumlksek ısı nedeniyle kaynak olabilir
Bir şebekede uumlccedilgen bağlı ccedilalışacak motor aynı şebekede yıldız bağlı (Y) olarak
ccedilalıştırılabilir Ancak bu durumda motorun guumlcuuml ve momenti duumlşer Bu oumlzellikten
yararlanarak asenkron motorların kalkış anında ccedilektikleri fazla akımı azaltmak iccedilin
yıldız-uumlccedilgen yol verme uygulanması yapılabilir
Şebekede yıldız bağlı ccedilalıştırılması gereken motor yanlışlıkla uumlccedilgen bağlı ccedilalıştırılırsa
sargılarına radic3 katı buumlyuumlk gerilim uygulanmış olur Gerilimdeki artış oranı kadar sargı
akımı buumlyuumlyeceğinden motor aşırı akım ccedileker ve kısa suumlrede artacak ısı sonucu
sargılar yanar
Onun iccedilin yıldız bağlı ccedilalışması gereken motor kesinlikle aynı şebekede uumlccedilgen bağlı
ccedilalıştırılmaz (URL6)
20
Şekil 12 Motora yıldız-uumlccedilgen yol verme
Şekil 13 Stator Sargı Uccedillarının Uumlccedilgen (D) Ve Yıldızı (Y) Bağlanması
Şekil 14 Asenkron Motora Yol Verme
21
26 FANLAR
261 Genel Bilgiler
Fanlar hava veya benzeri gazları basınccedillandırarak belirli bir akış yolu iccedilinde hareket
etmesini sağlayan turbo makinelerdir İyi bir fan istenilen performansı yerine
getirirken verimi yuumlksek enerjiyi daha az tuumlketen muumlmkuumln olduğunca guumlruumlltuumlsuumlz
ccedilalışan ve maliyeti duumlşuumlk olan fandır Fanların tahrik sistemlerinde elektrik motorları
kullanılmaktadır (URL3)
262 Fan Ccedileşitleri
Fanlar aşağıdaki gibi sınıflandırılmaktadır
Eksenel (aksiyel) fanlar
Radyal (santrifuumlj) fanlar
Karışık akışlı (eksenel-radyal) fanlar
Ccedilatı tuumlruuml fanlar
Karşıt akımlı fanlar (blower)
Vorteks ya da rejeneratif fanlar
Diğerleri
Elektrik motorlarında radyal fanlar kullanılmaktadır (URL8)
Bu kısımda projemiz iccedilin incelediğimiz 3 ccedileşit fanı accedilıklayacağız
2621 Eksenel Fanlar
Havanın fan ccedilarkı ile aynı eksende youmln değiştirmeden hareket ettiği fanlardır Yuumlksek
hava debileri ve duumlşuumlk basınccedil sınıfına sahip sistemler iccedilin uygun fanlardır Şekil 15
rsquode oklar akış youmlnuumlnuuml (simetri eksenine paralel) goumlstermektedir
22
Şekil 15 Akışın Simetri Ekseninde Hareket Etmesi
2622 Karışık Akışlı (Radyal-Eksenel) Fanlar
Havanın kanatlar uumlzerinden emmesine goumlre yaklaşık 45deg accedilı yaparak hareket ettiği
fanlardır Radyal fanlara goumlre hava debisi daha yuumlksektir
Eksenel fanlardan daha yuumlksek basınca dayanabilir
Fan eğrisi uumlzerinde kararsız boumllge yoktur
Karşı basıncın duumlşuumlk olduğu boumllgelerde motor aşırı akım ccedilekmez
Eksenel ve radyal fanlara goumlre verimleri duumlşuumlktuumlr (URL6)
Şekil 16 Karışık Akışlı Fan Uygulamaları
23
2623 Radyal (Santrifuumlj) Fanlar
Havanın fan ccedilarkını emmesine goumlre 90deg accedilı yaparak kanatlara teğet olarak terk ettiği
fanlardır
Radyal fanların avantajları aşağıdaki gibidir
Geniş bir uygulama aralığına sahiptir
Yuumlksek sıcaklık ve aşındırıcı ortam uygulamalarında kulanılır
Değişken akış direncine sahip yerlerde daha verimli ve daha sessiz ccedilalışma
olanakları vardır
Yapısal kararlılıkları yuumlksektir (URL6)
Radyal Duumlz Kanatlı Fanlar
Genellikle kendi kendini temizleme malzeme taşıma ve parccedilacık ve yağ yuumlkluuml havanın
uygun halde taşınması gibi durumlarda kullanılırlar ve bunun iccedilin duumlz kanatları vardır
Ccedilarkları basit bir yapıya sahiptir ve nispeten dar kanatları vardır
Elektrik motorlarında genellikle ccedilift youmlnluuml ccedilalışmaya uygun olması iccedilin radyal duumlz
kanat tipli bu fanlar seccedililiyor
Şekil 17 Radyal Duumlz Kanatlı Fanlara Oumlrnekler
24
BOumlLUumlM 3 BULGULAR VE TARTIŞMA
31 SONLU ELEMANLAR YOumlNTEMİ
Sonlu elemanlar youmlntemi muumlhendislik problemlerine kabul edilebilir yaklaşımlarla
ccediloumlzuumlm arayan sayısal youmlntemdir (Moavani 2015) Sonlu elemanlar youmlntemi diğer bir
ifade şekliyle fiziksel şeklin matematiksel ifadesidir Bu kurduğumuz siste sınırlara
ayırılabilen ve malzeme şartlarına uygun olan bir sistem olmalıdır
Sonlu eleman youmlntemindeki basamaklar
Yaklaşık Ccediloumlzuumlm Youmlntemi
Geometrik Şekil
Nod
Eleman
Mesh
Ayrıklaştırma
Şekil 18 Sonlu Eleman Modeli
Eleman
Nod
(Duumlğuumlm
noktaları)
25
Sonlu elemanlar youmlntemi matematik ve fizik biliminin buumltuumln alanlarında kullanılır
Gerilme Analizi
Akışkanlar Mekaniği
Isı İletimi
Dalga Yayılımı
Darbe Analizi
Aerodinamik vb alanlardır
Sonlu elemanlar youmlntemini kullanırken oumlncelikle şu soruların cevaplarını bulmalıyız
Dizayn amacımız nedir
Bu sistemi modellemek iccedilin gerekli olan bilgiler nelerdir
Bu dizayn iccedilin hangi kriterler gerekir
311 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Pozitif Youmlnleri
Geometrisi karışık cisimlerin incelenmesini kolaylaştırır Geometri basit kısımlara
ayrılıp burada ayrı veya daha hassas işlemler yapılabilir
Parccedilanın geometrisini değiştirmeye gerek kalmaz
Youmlntemde hem fiziksel hem matematiksel temeli vardır
Sonlu elemanlar youmlntemi iccedilin ccedilok farklı programlar bulunmaktadır (Ansys Marc
Nastran ) (Moavani 2015)
312 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Negatif Youmlnleri
Elde edilen sonuccedilların doğruluğu hangi sonlu youmlnteminin kullanıldığına bağlıdır
Ccedilıkacak durum oumlnceden tespit edilmeli ve ona goumlre bir ccediloumlzuumlm youmlntemi
kullanılmalıdır Bu yuumlzden oumlnceden iyi tesipt edilemezse doğru değer bulunamaz
ve doğru ccediloumlzuumlm iccedilin zaman kaybı olabilir
Doğru ccediloumlzuumlm iccedilin elemanın ayrıştırılması (mesh) atanması gerekir
Bu meshin iyi atılması gerekir yoksa ccediloumlzuumlmuumln yakınsamaları değişebilir
(Moavani 2015)
26
32 ANSYS PROGRAMI
ANSYS genel amaccedillı kullanılan sonlu elemanlar programıdır Ansys yazılımı
mukavemet titreşim akışkanlar mekaniği ısı transferi ve elektromanyetik alanlarının
birbiri ile olan interaksiyonunu simule eden yazılımdır
Boumlylelikle ANSYS uumlruumlnlerin prototipleri uumlretilmeden sanal ortamda test edilmelerine
olanak sağlar Ayrıca sanal ortamdaki 3 boyutlu simulasyonlar neticesinde yapıların
zayıf noktalarının tespiti ve iyileştirilmesi ile oumlmuumlr hesaplarının gerccedilekleştirilmesi ve
muhtemel problemlerin oumlngoumlruumllmesi muumlmkuumln olmaktadır
ANSYS yazılımı sadece ihtiyaccedil duyulan oumlzelliklerin alınmasına fırsat vererek ilave
edilebilen CAD ve FEA bağlantı modulleri ile masa uumlstuumlnde kullanılan diğer
muumlhendislik yazılımları ile entegre bir şekilde ccedilalışabilmektedir
ANSYS yazılımı hem dışarıdan CAD datalarını alabilmekte hem de iccedilindeki
preprocessing imkacircnları ile geometri oluşturulmasına izin vermektedir Yine aynı
preprocessr iccedilinde hesaplama iccedilin gerekli olan sonlu elemanlar modeli yani mesh de
oluşturulmaktadır Yuumlklerin tanımlanmasından sonra ve gerccedilekleştirilen analiz
neticesinde sonuccedillar sayısal ve grafiksel olarak elde edilebilir
ANSYS yazılımı ile oumlzellikle contact algoritmalarının ccedileşitliliği zamana bağımlı
yuumlkleme oumlzellikleri ve nonlinear malzeme modelleri sayesinde yuumlksek muumlhendislik
seviyedeki analizleri hızlı guumlvenilir ve pratik bir şekilde gerccedilekleştirilebilmektedir
ANSYS Workbench parametrik CAD sistemlerini eşsiz bir otomasyon ve performans
ile simulasyon teknolojilerini entegre eden bir platformdur ANSYS Workbenchrsquoin
guumlcuuml yılların bilgi birikimi ile arkasında duran ANSYS ccediloumlzuumlcuuml algoritmalarından gelir
Ayrıca ANSYS Workbenchrsquoin amacı sanal ortamda uumlruumlnuumln verifikasyonunu ve
iyileştirmesini sağlamaktır
Oumlzellikle PC ile uyumluluğun uumlst seviyede olabilmesi iccedilin yazılmış olan ANSYS
Workbench sadece bir arayuumlzden ileri bir ccedilalışma ortamındır ve ANSYS Workbench
ile herhangi bir ANSYS lisansına sahip herkes ccedilalışabilir Aynı alışılagelmiş ANSYS
arabiriminde olduğu gibi ANSYS Workbenchrsquode de kapasiteler sahip olunan lisansın
doğrultusunda sınırlıdır (URL9)
27
ANSYS programının bu oumlzelliklerinden dolayı programı kullanmaya karar verdik
Ansys programının oumlncellikle akışkan mekaniği ve dinamiğinde kullanılan iki ayrı
boumlluumlmuuml bulunmaktadır Bu boumlluumlmler Fluent ve CFX boumlluumlmleridir Bizim
kullandığımız boumlluumlm ise ANSYS CFX boumlluumlmuumlduumlr
33 MEVCUT FAN UumlZERİNDE YAPILAN ANALİZLER
ANSY projesinde oumlncelikle CFX kısmını kullanıldı Ccediluumlnkuuml ANSYS programında
CFX ve Fluent programı hesaplamalı akışkanlar dinamiği iccedilin kullanılmaktadır Ancak
ANSYS CFX turbo makinalar iccedilin kullanıldığından oumlnceden de goumlsterildiği gibi bir
nod alırken huumlcrelerin orta noktalarından nod hesabı yaptığı iccedilin verdiği değerler fan
analizi iccedilin daha iyi bir yakınsama goumlsterir Bu sebeple ANSYS CFX kısmı kullanıldı
İlk olarak mevcut fan uumlzerinde ccedileşitli incelemeler yapıldı
Mevcut fan uumlzerinde 10 kanat var iken suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilok fazla olduğu saptandı
Bunun uumlzerine motorun akışını kolaylaştırma yoluna gidildi
Havayı oluklara daha iyi aktarabilecek kısım fanın kanat boyu olduğu iccedilin fanın
kanatlarının uzunluğunda değişiklik yapılmasına karar verildi
Fandan ccedilekilen debi miktarı ve tork değerlerini tam alabilmek ve mevcut fanın
verimini oumllccedilebilmek iccedilin oumlncelikle esas oumllccediluumllerine goumlre ccedilizilen fan ANSYS
programına aktarıldı File gt Import gt Design Moduler şeklinde SolidWorksrsquo ten
ANSYS programına aktarıldı
Şekil 19 SolidWorksrsquo ten İmport Etmek
28
Fanın ccedilevresinde akış hacmi oluşturmak iccedilin katı modelin ccedilevresindeki hava
modellenir
331 Geometri
Oluşturulan akış hacminde havanın giriş ve ccedilıkış kısımları İnlet-Outlet şeklinde
belirtilir
Analys tools komutlarından xy duumlzleminde halka oluşturulur
Burada modeling kısmı 3 boyutlu işlem yapacağı zaman seccedililen kısımdır
Aşağıdaki şekilde de goumlruumlleceği uumlzere
Şekil 20 Akış Alanı Belirleme
Burada exturude komutuyla birlikte oluşturulacak akış hacminin kaccedil mm
uzatılacağı belirtilir Hepsini bir buumltuumln haline getirmemek iccedilin lsquovar olanla
birleştirilsin mirsquo sorusuna hayır denilir
Daha sonra ccedilevresine yayılan boşluk iccedilin Outlet tanımlaması yapılır
Bu işlemleri gerccedilekleştirdikten sonra kesit gerekir İlk oumlnce plane (duumlzlem)
belirlenir Bunun iccedilin hangi duumlzlemi seccedililecek ise (oumlrneğin xy) onu seccedilip plane
tıklanır Plane boumllgesinden ne kadar uzakta olacağı belirlenir Biz de değer 34 mmrsquo
dir Ccediluumlnkuuml kanatların boyu 31 mm olduğundan mesh atamada sorun ccedilıkmaması
29
iccedilin 34 mm uzaklıkta bir plane atanır Bu Planersquoi slice komutuyla keserek 3 farklı
boumllge oluşturulmuş olur
Akışkan hacmini oluşturmak iccedilin dolu olan kısımlar belirlenip ona goumlre hareket
edilir Bunun iccedilinde milin iccedilini dolu kabul edilir
Akışkan hacmi iccedilin yapılan bir diğer işlem ise oluşturulan hacimden fanın hacmini
booelangt substrack komutları ile akışkan hacminin bulunmasıdır
Mevcut fanın uumlzerine sağ tıklanarak ve suppress body komutu seccedililir Boumlylelikle
fanı gizleyerek sadece akışkan hacmi goumlruumlluumlr
Daha sonra oluşan parccedilaların arasında boşluk olmaması iccedilin ve bağlantı sağlamak
iccedilin part kısımlarını seccedililerek sağ tıklanır from new part seccedililir
Şekil 21 Slice Komutu ile Boumllgelere Ayırma
30
Şekil 22 Parccedilalar Arası Bağlantının Sağlandığı FromNew Part Boumlluumlmuuml
Mesh kısmını suumlruumlkleyip project schematic boumlluumlme bırakılır Bu boumlluumlmde geometri
onaylanır ve en altta bulunan meshrsquoe tıklanır
332 Sayısal Ağ Oluşturma (Mesh)
Şekil 23 Mesh oluşturma
31
Şekil 24 Mesh Geometrisi
Sonlu sayıda hacimle ccedilalışıldığından sonlu sayıda hacime boumllmek gerekir Sonlu
sayıda hacime boumlluumlnen kısımlar farklı farklı olabilir
Bu huumlcreler kapsadığı alanın oumlzelliklerini yansıtır Bunların ccedilevresindeki nodlar
bunların ortalaması ile belli bir oumlzelliğe sahip olmuş olur
Bu huumlcrelerin arttırılması yani ayrıştırmaların ccediloğaltılması ne kadar fazla olursa o
kadar yakınsama olur ve ccediloumlzuumlm iyileşir
Ancak sayısal ağ ccedilok fazla attırıldığında ccediloumlzuumlm suumlresi ccedilok fazla artacağından
ekonomik değildir
Bu sebepten dolayı mesh ( ayrıştırma) atarken akışkanın en fazla değişim
goumlstereceği kısımlarda daha fazla sayısal ağ oluşturulur Boumlylelikle daha iyi bir
yakınsama elde edilir Akışkanın değişim goumlstereceği yerler genellikle yuumlzeylerle
temas edilen kısımlardır Mevcut fanın analizin de orta kısımlarda pek fazla
değişiklik olmaz Bu nedenle sınırlara yakın kısımlara daha fazla ağ oluşturulur
Detail of Mesh kısmından hangi kısımlarda ne kadar buumlyuumlkluumlkte mesh
atılabileceğine bakılır
32
Detail of Mesh kısmından Phsics preference kısmı seccedililerek CFDrsquoi seccedililir Solver
Preference kısmından ise CFXrsquoi seccedilip devam edilir
Analiz yaparken belirlenmesi gereken kısımlar vardır Bunun iccedilin diğer kısımlar
seccedililerek hide body seccedililerek kapatılır ve select all body seccedililerek kanatlara isim
verilir
Şekil 25 Mesh İsimlendirme
Akışkanın girişine inlet ccedilıkışına outlet denilir
Mesh atımında minimum yakalayacağı huumlcreler ile maksimum yakalayacağı
huumlcrelerin milimetre hesabı oumlnemlidir Bu yuumlzden kanadın kalınlığı 25 mm olduğu
iccedilin 2 mmrsquo den az olan huumlcre belirlenir Maksimum 15 mmrsquo den buumlyuumlk huumlcreler
olması duumlşuumlnuumllerek analizin yakınsaması sağlandı
Meshrsquoi tıklayıp oradan insert size kısmın da bulunan isimlerde kanatlar seccedililir
Kanatlara maksimum 3 mm buumlyuumlkluumlk seccedililir Devamında ise kanatları hide face
komutuyla gizlenir ve geriye kalan kısımlar iccedilin sizing iccedilin yine 3 mm verilir
Daha sonra kanat ve ccedilevresine ccedilizilen akış hacmi seccedililerek tekrar size kısmından
buumltuumlnuumlne 8 mm verilir Bu kısım iccedilin mesh atanır Yuumlzeyler seccedililerek Preview
Surface Mesh on Selected Bodies denilir ve mesh işlemi tamamlanmış olur
33
Şekil 26 Meshrsquo in Goumlsterimi
Ancak mesh işleminde silindirik yuumlzeylerde sweep komutuyla daha kolay mesh
atılabileceği iccedilin istenen yuumlzey iccedilin sağ tıklayıp İnsertgt Method gtSweep Number
Divs komutlarından kaccedil sıra mesh atılacağı belirlenir 20 sıra vererek mesh atıldı
Suumlpuumlrme işlemi ile mesh atarken hangi yuumlzeyi kaynak olarak alınacağı da
boumlylelikle belirlenmiş olur
Mesh sayfasını kapatıp daha sonrasında workbench kısmında meshin uumlzerine cfx
kısmını bırakılır
Mesh setupgt solutiongt results dan sonuccedillar elde edilir
Daha sonra geometry design da motorun kapağına uygun bir sınır belirlenerek
analiz yapılır
Geometriyi duumlzenlenerek CFXrsquo e aktarılır
Daha oumlncesinde de bahsedildiği uumlzere ANSYS de CFX kullanıldı CFX
kullanılmasının bir diğer sebebi de CFXrsquo in fan konusunda ANSYSlsquo in mesh
kısmından daha bağımsız ve daha hassas olmasıdır
Yapılan isimlendirmeler tekrar kontrol edilir Her farklı işlev iccedilin farklı
isimlendirme yapmak ccedilok oumlnemlidir boumlylece havanın nereden girip ne şekilde
ccedilıkacağını isimlendirmelerden goumlruumllebilir Ve bu isimlendirmeler iccedilin ayrı ayrı kod
yazılır
34
333 Sınır Şartları
Şekil 27 Sınır Şartlarının Belirlenmiş Hali
ANSYS setup kısmında Insert gt Solver gt Output Control komutları seccedililerek code
yazılır MassFlow ()inlet gt Torque_z()kanatlar olarak giriş kısmının kuumltlesel
debisi iccedilin komut yazılır
Ayrıca Insert gt Material kısmından sıcaklığı 25reg basıncı 1 atm entalpi değerini 0
olarak şartları belirlenir
Malzemenin kapak kısmı ccedilelik olarak belirlenir
Solver Control kısmından high resuluiton seccedililerek ccediloumlzuumlmuumln kalitesi arttırılır
Solver Control kısmından Residual Target artık tipini RMS olarak ve onun
yakınsama sınırı 10-5 belirlenir Rms elemanların karelerinin koumlkuumlnuuml alarak
ortalamasını alan youmlntemdir
Yine Solver Control kısmından minimum iterasyonu 1 maksimum İterasyonu ise
500 verilir
İnlet kısmı belirlenirken Boundary Type ( sınır şartları) opening olarak seccedililir
Opening verilmesindeki amaccedil akışkanların iccedileriden girip dışarıya ccedilıkışlarının
sağlanmasıdır Aksi halde ccediloumlzuumlmuumln yakınsamasın da sorunlar oluşabilir Opening
şartında ayrıca akışkan daha ccedilabuk toparlanır ve analiz daha kolaylaşır
Flow Direction komutunda normal sınır şartları belirlenir
Suumlreklilik şartı olarak da Fluid Mass Fluxrsquou seccedililir Bunun yanında sınır kontuumlruuml
iccedilin bağıl basınccedil ayarlarını seccedililir Aynı şekilde outlet iccedilin de aynı ayarlar yapılır
35
Domaine basılıp kapak kısımları ve motor kısımları seccedililir Bu dış kısımları duvar
olarak belirlenir ve duvar hareket edemeyeceğinden No Slip Wall seccedileneği olarak
belirtilir Duvarları suumlrtuumlnmesiz olduğu varsayılıyor
Fan ve kanatlar kısmında Boundry Type olarak Wall olarak belirleyip Frame type
gt rotating (doumlnuumlyor) belirtilir
Ccediloumlzuumlm metodu olarak RNG k-euro modeli kullanılır
Şekil 28 Setup Koşulların Belirlenmesi
334 Ccediloumlzuumlm - Sonuccedillar
Setup kısmını kapatılarak solution ekranı ccedilift tıklanarak ccedilıkan ekran da RUN seccedililerek
ccediloumlzme işlemi başlatılmış olur
Ccediloumlzme işlemi bittiğinde results kısmından sonuccedillar goumlruumlntuumllenebilir
36
Şekil 29 Akışın Youmlnelişi
Şekil 30 Debi Sonucu
37
34 YENİ FAN TASARIMI
341 Fan Tasarımı İccedilin Kabuller
Havanın sıkıştırılamaz olduğunu kabul edildi Havanın sıkıştırılmaz olduğu
varsayılarak yoğunluğu değişmez ve 12 kgm3 olarak kabul edilir
Ccediloumlzuumlmde suumlrtuumlnmeler ve ısı kayıpları ihmal edilir Ccediluumlnkuuml bu değerlerin
hesaplanması ccedilok uzun suumlreceği iccedilin ccediloumlzuumlm youmlntemi iccedilin ekonomik olmaz
Gerccedilekle arasında ccedilok buumlyuumlk bir fark olmayacağı varsayılmıştır
Verimi arttırmak iccedilin orijinal fanın analizinden elde edilen tork değeri duumlşuumlk
tutulmaya ccedilalışılmıştır
Motorun tek bir youmlne doumlneceği duumlşuumlnuumllmuumlştuumlr
342 Fan Tasarım Parametreleri
Bir fan tasarımında belli başlı kriterleri ele alabilmek iccedilin mevcut fan uumlzerinden
değerler bulundu
Tablo 7 Mevcut Fanın Oumlzellikleri
Devir Sayısı ( ddk) r hub (mm) rtip (mm)
1498 25 77
Radyal hız hesaplandığında w= 15687 radsn bulunmuştur r hub diye isimlendirilen
kısım fanın giriş accedilısı iccedilin gerekli olan kanadın başlangıcı ile milin merkezi arasındaki
uzaklıktır r tip ise fan kanadının bitiş noktası ile mil merkezi arasındaki uzaklığın
yarıccedilap cinsinden ifadesi olmaktadır
38
Fan kanat tasarımında oumlnemli olan w (accedilısal hız)hızının kanatlara ne kadar dik
gelebildiğidir Bu kanat hacmine ne kadar iyi bir şekilde gelirse akışkan o denli iyi
akabilir ve kanat profili oluşur
U_hub= w (radsn) x r hub
U_tip = w x r tip
Beta = arctan(vu)
A_inlet= (r tip 1000)sup2π ndash r hub 1000)sup2π
Verim= (Q x P) (TxW)
V (akışın mutlak hızı)= Debi Alan
Tablo 8 Sonuccedil olarak elde edilen değerler
r_h (mm) 25 r_t (mm) 77 r_h (mm) 50 r_t (mm) 80
U_h (ms) 3927 U_t (ms) 1209516 U_h (ms) 7854 U_t (ms) 125664
A_in (m^2) 0016663 A_out (m^2)0012252
V_in (ms) 2350516 V_out 3196702
beta_h 5909726 beta_t 7900249 beta_h 678529 beta_t 7572755
giriş ccedilıkış
Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları
Bu değerlere goumlre BladeGende yeni bir kanat profili oluşturulur
r tip
r hub
Şekil 31 Fan Kanatlarının Accedilısı
39
Şekil 32 BladeGen Kanat Profili
Oluşturduğumuz bu geometriye daha oumlnceki boumlluumlmde bahsedilen fana yapılan adımlar
uygulandı (Yeni oluşturulan fanın geometrik deseni ektedir)
40
3421 Geometri
Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi
3422 Sayısal Ağ Oluşturma
Şekil 34 Yeni Fan Tasarımının Sayısal Ağ Oluşturulması
41
3423 Ccediloumlzuumlm
Şekil 35 Tasarımı Yapılan Fanın Verimi
Accumulated Time Step sayısı iterasyonu goumlstermektedir Daha fazla yakınsama iccedilin
daha fazla koşturulabilir
42
Şekil 36 Tasarımı Yapılan Fanın Torku
43
3423 Sonuccedillar
Şekil 37 Akışın Youmlnelişi
Bu kısımda verimi arttırabilmek iccedilin tork azaltılmaya ccedilalışıldı Boumlylece kanatlara
harcanan toplam guumlccedil azaltılarak iyileştirmeler yapıldı
44
Kanadın iş yapan kısmını arttırarak orijinal fanda kanadın suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilapı
154 mm iken yeni fan da 160 mmrsquoye ccedilıkarıldı
Kanatlar daha eğimli ama daha eksenel bir forma getirildi
Bu motorda toplam guumlccedil iccedilin 60 watt olduğunda yaklaşık 6 wattrsquo lık guumlccedil fan iccedilin
harcanıyordu Fanın verimliliği ccedilok oumlnemli olduğu iccedilin debiyi sabit tutulmaya
torku da duumlşuumlruumllmeye ccedilalışıldı
Tablo 9 ANSYSrsquo de Elde Edilen Deneyler
tork(Nm) w(radsn) m(kgs)
Orijinal Fan 00393645 15687 0048168
Yeni Fan 00043869 15687 0032261
Goumlruumllduumlğuuml gibi tork buumlyuumlk oranda duumlşmuumlş ancak onunla birlikte debi de biraz
duumlşmuumlştuumlr
343 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanması
Motorun arka ve oumln kısımlarına sırt sırta fan bağlayarak havanın akışını hızlandırma
ve soğutmayı arttırma işlemi amaccedillandı Gerccedilek boyutlarda uygulamadan oumlnce fanı
motor şeklini verilen kısım da tek başına analiz yapıldı Verimli bir sonuccedil alabilmek
iccedilin ikili fan deneyi yapıldı
3431 Geometri
Şekil 38 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Geometrisi
45
3432 Sayısal Ağ Oluşturma
Şekil 39 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Sayısal Ağ
Oluşturulması
Yapılan analiz de goumlzlemlenen sonuccedillar şunlardır
Bir motorun etrafında sınırlayıcı bir alan olmadığı iccedilin sınır şartları olarak setup
kısmında yine havayı 1 atm basınccedil olarak alınır Eğer sınırlayıcı bir alan olsaydı
oluklardan hava akışı doğrudan motorun arka kısmına gelecekti Ccedilıkış noktasına ise
kapak yerleştirildi giriş noktasında atmosfer ccedilıkışı ise kapak olarak sınırlandı
3433 Kod Ccediloumlzuumlmuuml
Debi ndash 000064 mᵌ sn olarak ccedilıktı Motorun hava ccedilıkış kısmına fan bağlamanın verimli
olmadığı sonucuna varıldı Oumlnceden oluşturulan oluklardaki 1cmrsquolik aralıklarla
havanın geniş bir alana gitmesi ccedilok zordur Ve bu akışı goumlnderebilmek iccedilin fazladan
basınccedil uygulanması gerekir Bu sebepler debinin duumlşmesine sebep olmuştur
46
Şekil 40 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Ccediloumlzuumlmuuml
47
BOumlLUumlM 4 SONUCcedilLAR
Verim= (Alınan Guumlccedil Verilen Guumlccedil)= (∆P x Q) (T x ὠ)
A_inlet = (r_tip)2 1000 - (r_hub)21000
A_outlet =( U_h1000)2 - (U-t1000)2
U= ὠ x r
Fan hesaplarıdan debi değeri ve tork değeri duumlşmuumlştuumlr Aşağıda yeni fanımızın verimi
yukarıdaki formuumlllere goumlre excelde hesaplanmıştır
tork(Nm) w(radsn) ṁ(kgm^3) verim deltap (Pa)
Orijinal Fan 00393645 15687 00391 60152783 95
Yeni Fan 00043869 15687 0039167 54068744
Tabloda da goumlruumllduumlğuuml uumlzere eski fanın oumlzelliklerine bakılarak hız uumlccedilgeni youmlntemiyle
oluşturulan yeni fan 540 verimli ccedilıkmıştır
Motorun oumln kısmın koyduğumuz fanda ise dar oluklardan buumlyuumlk bir hacime giriş
yaptığı iccedilin tek youmlnluuml analizde kuumltlesel debi negatif değerde ccedilıkmıştır
(Kuumltlesel debi) ṁ=ƍ( oumlzkuumltle) x A(alan) x V( akışkan hızı)=kgsn ndash Formuluumlnden
dolayı verimin hesaplanmasına gerek yoktur
48
BOumlLUumlM 5 EKLER
EK1- MEVCUT FAN
EK2- YENİ FAN
49
KAYNAKCcedilA
Baykal R 2011 Asenkron Motorlar Uumlzerine Enerjiİ Verimliliği Uygulanması
Yayın Tarihi 15032011
Ccedilalışkan M 2014 Eksenel Akışlı Fan Tasarımı Yuumlksek Lisans İstanbul Teknik
Uumlniversitesi TUumlRKİYE
Moavani S 2015 Sonlu Elemanlar Analizi Teorisi ve Ansys ile Uygulamalar
İstanbul
Onaygil S 2006 Enerji Verimliliği Kanunun Tanıtımı Yuumlksek Lisans
URL1 lthttpdeneysancomContentimagesdocumentshavalandirma-
4_39143832pdfgt Erişim Tarihi 12032016
URL2 lt httpwwweiegovtrgt Erişim Tarihi 20042016
URL3 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi
12052016
URL4 ltwwwtuumlikgovtrgt Erişim Tarihi 14052016
URL5 ltwwwemoorgtrekler364734147179187_ekpdfgt Erişim Tarihi 16052016
URL6 ltwwwinverter-plcnetmotoryıldız_uumlccedilgen_bağlantıhtmlgt Erişim Tarihi
18052016
URL7 ltwwweiegovtreie-webturkceenMotor_Verimliligi_Brosurupdfgt Erişim
Tarihi 20052016
URL8 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi
07062016
URL9 ltwwwfigescomtransysansys-nedirphpgt Erişim Tarihi 09062016
50
OumlZGECcedilMİŞLER
Elif CcedilİCcedilEK
Eyluumll 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Duumlzce Anadolu İmamhatip Lisesinde
tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi İlahiyat Fakuumlltesirsquoni kazandı 2012 yılında
Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine
başladı Halen eğitimine devam etmektedir
İletişim
apsuvaelifhotmailcom
Nesrin ALTUNBOĞA
Ağustos 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Haydarpaşa Teknik Okulları Raylı
Sistemler Teknolojileri Boumlluumlmuumlnuuml tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi
Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Boumlluumlmuumlnuuml kazandı Halen eğitimine
devam etmektedir
İletişim
naltunbogagmailcom
Rumeysa ALGUumlL
Ekim 1992rsquo de Konyarsquoda doğdu Lise oumlğrenimini Lafarge Aslan Ccedilimento Anadolu
Teknik Lisesirsquonde 2010 yılında tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi Teknoloji
Fakuumlltesi Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliğini kazandı 2013 yılında Teknoloji
Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine başladı Halen eğitimine devam
etmektedir
İletişim
rumeysaalgulgmailcom
51
52
viii
ŞEKİLLER LİSTESİ
Şekil 1 Elektrik Motorlarının Sınıflandırılması 2
Şekil 2 Sanayide Kullanılan Elektrik Motorlarının Kullanım Yerleri 5
Şekil 3 Talep Tarafında Elektrik Kullanımı 6
Şekil 4 TS-EN 60034-30-1 Standardına Goumlre Verimlilik Sınıfları 7
Şekil 5 Motor Verimini Etkileyen Faktoumlrler 9
Şekil 6 Kuumlccediluumlk Guumlccedilluuml Uumlccedil fazlı Sincap Kafesli Asenkron Motorun Kesiti 11
Şekil 7 Stator Saccedil Paketini Oluşturulmuş Farklı Tipte Statorlar 12
Şekil 8 Rotor Saccedil Paketini Oluşturan Değişik Rotor Saccedilları 13
Şekil 9 Uumlccedil Faz bobininin 6 Oluklu Statora Yerleştirilişi 14
Şekil 10 Standart Asenkron Motorların Anma Kayması ve Verimi 16
Şekil 11 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru 17
Şekil 12 Motora yıldız-uumlccedilgen yol verme 20
Şekil 13 Stator Sargı Uccedillarının Uumlccedilgen (D) Ve Yıldızı (Y) Bağlanması 20
Şekil 14 Asenkron Motora Yol Verme 20
Şekil 15 Akışın Simetri Ekseninde Hareket Etmesi 22
Şekil 16 Karışık Akışlı Fan Uygulamaları 22
Şekil 17 Radyal Duumlz Kanatlı Fanlara Oumlrnekler 23
Şekil 18 Sonlu Eleman Modeli 24
Şekil 19 SolidWorksrsquo ten İmport Etmek 27
Şekil 20 Akış Alanı Belirleme 28
Şekil 21 Slice Komutu ile Boumllgelere Ayırma 29
Şekil 22 Parccedilalar Arası Bağlantının Sağlandığı FromNew Part Boumlluumlmuuml 30
Şekil 23 Mesh oluşturma 30
Şekil 24 Mesh Geometrisi 31
Şekil 25 Mesh İsimlendirme 32
Şekil 26 Meshrsquo in Goumlsterimi 33
Şekil 27 Sınır Şartlarının Belirlenmiş Hali 34
Şekil 28 Setup Koşulların Belirlenmesi 35
Şekil 29 Akışın Youmlnelişi 36
Şekil 30 Debi Sonucu 36
Şekil 31 Fan Kanatlarının Accedilısı 38
Şekil 32 BladeGen Kanat Profili 39
ix
Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi 40
Şekil 34 Yeni Fan Tasarımının Sayısal Ağ Oluşturulması 40
Şekil 35 Tasarımı Yapılan Fanın Verimi 41
Şekil 36 Tasarımı Yapılan Fanın Torku 42
Şekil 37 Akışın Youmlnelişi 43
Şekil 38 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Geometrisi 44
Şekil 39 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Sayısal Ağ
Oluşturulması 45
Şekil 40 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Ccediloumlzuumlmuuml 46
x
TABLO LİSTESİ
Tablo 1 Tuumlrkiyersquode Elektrik Motorlarının Sektoumlrlere Goumlre Tuumlketimi 3
Tablo 2 Elektrik Motorlarının Tuumlrlerine Goumlre Pazar Dağılımları 4
Tablo 3 IE4 ile IE1 arasındaki ortalama verim farkı 4
Tablo 4 Başlıca Uumllkelerin Verimlilik Sınıfı Uygulama Tarihleri 8
Tablo 5 Tuumlrkiyersquo de Zorunlu Uygulamaya Geccediliş Suumlreci 8
Tablo 6 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru 15
Tablo 7 Mevcut Fanın Oumlzellikleri 37
Tablo 8 Sonuccedil olarak elde edilen değerler 38
Tablo 9 ANSYSrsquo de Elde Edilen Deneyler 44
1
BOumlLUumlM 1 GİRİŞ
Fan en temel anlamıyla bir basınccedil farkı oluşturarak havanın bir yerden başka yere
akışını sağlayan cihazlardır Fanlar ticari ve enduumlstri hayattın da birccedilok uygulamalarda
kullanılmaktadır Farklı boyutlarda farklı modeldeki fanlar (eksenel radyal vb)
soğutucular bilgisayarlar yıkayıcılar kurutucular ve klimalar gibi ccedileşitli sistemlerde
hava sirkuumllasyonunu sağlamak amacıyla kullanılmaktadır Yaygın olarak iki farklı
ccedileşidi kullanılmaktadır Bunlar eksenel ve radyal fanlardır Radyal akışlı fanlar
akışkanı doumlnme eksenine dik şekilde atarlarken eksenel akışlı fanlar ise doumlnme
eksenine paralel akış oluşturmaktadırlar (Ccedilalışkan 2014) Ccedilalıştıkları koşulda basınccedil
farkı oluşturmaktadırlar Fanların tahrik sistemlerinde genellikle elektrik motorları
kullanılmaktadır Fanlar sanayide ve ticari binalarda oumlnemli oranda elektrik tuumlketen
cihazlardır Halen Tuumlrkiyersquode sanayide eski teknoloji uumlruumlnuuml ve verimleri yuumlksek
olmayan ccedilok sayıda fan bulunmaktadır Bu nedenle enerji verimliliğinin artırılmasında
fanların ve fan sistemlerinin verimliliklerinin artırılmasının katkısı olacaktır (URL1)
11 CcedilALIŞMA KONUSUNUN TANIMI
Sincap kafesli asenkron motorlarının verimliliğini arttırma yolları incelenmiştir Bu
proje konusunda soğutma uumlzerine yoğunlaşarak fan tasarımı yapılmıştır Bir elektrik
motorun da fan 10rsquoluk guumlccedil harcadığı iccedilin fan tasarımın da kanat sayısını azaltarak
optimizasyon yapılmıştır Fan tasarımı iccedilin Ansys programını kullanarak kanatlardaki
torku azaltmaya youmlnelik ccedilalışmalar yapılmıştır Tasarımda ilk adım olarak temel hız
uumlccedilgenlerinden yararlanılarak gerccedileğe yakın olacak şekilde sonuccedillar oluşturulmuştur
Sonuccedilların uygunluğu doğrultusunda ccediloumlzuumlm iccedilin gerekli kontrol hacimleri kaba ve
nitelikli ağ oumlrguumlsuuml şeklinde oluşturularak analizler gerccedilekleştirilmiştir
Uumlccedil boyutlu hesaplamalı akışkanlar dinamiği analizi uygulanarak gerccedileğe daha yakın
bir model simulasyonu oluşturulmuş ve uumlccedil boyutta etkileri inceleme olanağı
sağlanmıştır Tasarım sırasında hız uumlccedilgenlerinden yararlanılarak yapılan fan
tasarımının ccediloumlzuumlmuumlnde hızlı sonuccedil alınması ve ccedilok fazla iterasyona olanak sağlayan
turbomakina yazılımı kullanılmıştır Akışkan hareketini youmlneten denklemlerin
2
ccediloumlzuumlmuumlnde kullanılan sonlu hacimler programı iccedilin gerekli ağ oumlrguumlsuumlnuumln de hızlı bir
şekilde kullanımı iccedilin turbomakina yazılımından faydalanılmış ve zaman olarak
ccedilalışmaya oumlnemli oumllccediluumlde katkısı olmuştur
12 CcedilALIŞMA KONUSUNUN AMACI
Bahsi geccedilen ccedilalışma konusunda fan tasarımın da enerjinin verimli kullanılması seccedilim
imalat ve işletme suumlreccedillerinin optimum olması sağlanmış Fan tasarımında fanın
ccedilalıştırılacağı sistem projelendirilip yapılırken dikkat edilmelidir Ccediluumlnkuuml fanlar yatırım
maliyetlerinden daha fazla enerji tuumlketmektedirler Bu nokta da elektrik motorlarında
verimi arttırıcı oumlnlemler alınarak elektrik tuumlketimi konusunda tasarruf planlarında
buumlyuumlk katkı sağlanması hedeflenmiştir
13 ELEKTRİK MOTORU
Elektrik enerjisini mekanik enerjiye ccedileviren makinedir Her elektrik motoru biri sabit
(stator) ve diğeri kendi ccedilevresinde doumlnen (rotor) iki ana parccediladan oluşur Bu ana
parccedilalar elektrik akımını ileten (sargılar vb) manyetik akıyı ileten parccedilalar ve
konstruumlksiyon parccedilaları (yataklar vb) olmak uumlzere tekrar kısımlara ayrılır (URL2)
111 Elektrik Motorlarının Sınıflandırılması
Şekil 1 Elektrik Motorlarının Sınıflandırılması
Elektrik Motoru
Doğru Akım
DC Motor
Alternatif Akım
AC Motor
Senkron Motor Asenkron Motor
3 Fazlı Asenkron
Motor
Tek Fazlı Asenkron
Motor
3
14 TUumlRKİYErsquo DE VE DUumlNYArsquo DA ELEKTRİK MOTORLARININ ENERJİ
TUumlKETİMİ
Enerjide arz guumlvenliğinin sanayide sanayide suumlrduumlrebilirliğinin ve buumlyuumlmenin ise
kalkınmada oldukccedila oumlnem taşıdığı guumlnuumlmuumlzde saklı enerji kaynağı sayılabilecek olan
verimlilik hususu belirtilmektedir TUumlİK verilerine goumlre Tuumlrkiye elektrik enerjisinin
2013 yılı itibariyle 471rsquoi sanayi sektoumlruumlnde tuumlketilmektedir Sanayide kullanılan
elektrik motorları ise bu sektoumlrde tuumlketilen elektrik enerjisinin 70rsquo ini teşkil
etmektedir Sanayinin buumlyuumlmesi son yıllardaki ARGE ccedilalışmalarının ilerlemesi ve
otomasyon sistemleri ile daha yoğun teknoloji ile Tuumlrkiye piyasasına 1 milyon elektrik
motoru arz edilmektedir Tuumlrkiyersquode de Bilim Sanayi ve Teknoloji Bakanlığı (BSTB)
tarafından AB mevzuatı ile uyumlu hale getirilen yerel mevzuat soumlz konusu elektrik
motorları iccedilin enerji verimlilik endeksini ve beyanını ve bulunması gereken en duumlşuumlk
seviyeyi zorunlu kılmaktadır ve ccedilalışmalar yapılmaktadır Bunun sonucunda
Tuumlrkiyersquode kullanılan elektrik motorları uumlzerinde sektoumlrel ve sınıfsal accedilıdan enerji
tuumlketimi irdelenmektedir Yapılan bu ccedilalışmalar ile duumlşuumlk verimli elektrik motorlarının
yuumlksek verimli elektrik motorları ile değiştirilmesi yoluyla Tuumlrkiyersquode yaklaşık yılda
2500 GWhrsquo lik enerji tasarrufu edildiği goumlruumllmuumlştuumlr (URL4)
2013 yılı TUumlİK verilerine goumlre Tuumlrkiyersquode toplam 198045 GWh Elektrik Enerjisi
tuumlketilmiştir Tuumlketilen bu enerjinin 93280 GWh kadarı sanayide tuumlketilmiştir
Tablo 1 Tuumlrkiyersquode Elektrik Motorlarının Sektoumlrlere Goumlre Tuumlketimi
Sektoumlr Elektrik Motorların Sektoumlrel
Tuumlketimi TWhYıl
Sektoumlruumln Toplam Enerji
Tuumlketimi TWhYıl
Sanayi 46 68
Ticaret 14 20
Mesken 8 35
Diğer 1 20
Toplam 69 144
4
Enerji verimliliği ccedilalışmalarında elektrik motorlarının kullanımlarının sektoumlrel
dağılımlarının yanı sıra motorların sınıflandırılması da oldukccedila oumlnemlidir
Duumlnyada 2 23 milyar elektrik motorlarının bulunduğu tahmin edilmektedir Ancak bu
motorların 2 milyar kadar adedi 075 kW guumlcuumln altındadır ve enerji tuumlketiminin 9 u
kadarını karşılar 075- 375 kW aralığında kalan motorlar ise elektrik motorlarının 11
ini oluştururken enerji tuumlketiminin 68 kadarını oluşturur 375 kW guumlccedil uumlstuumlndeki
motorlar elektrik motorlarının 1rsquoini oluştururken enerji tuumlketiminin 23rsquouumlnuuml
karşılar
Tablo 2 Elektrik Motorlarının Tuumlrlerine Goumlre Pazar Dağılımları
TİPİ le 750
W
075 - 375
kW
gt 375
kW
DC Motor Ve
Generatoumlrler
56 21 5
AC Tek Fazlı
Motorlar
29 30 -
AC Uumlccedil Fazlı
Motorlar
5 49 95
Diğer 10 - -
Tuumlrkiyersquo de elektrik enerjisinin 471rsquo i sanayide sanayide tuumlketilen elektrik
enerjisinin 67rsquosi motorlarda motorlarda tuumlketilen elektrik enerjisinin 91rsquoi 075-
1000 kW guumlccedil aralığındaki motorlarda tuumlketilmekte ve bu motorların 87rsquosinin
asenkron motorlar olduğu soumlylenebilir
IE4 ile IE1 standartları arasındaki fark buumlyuumlktuumlr 90 kW ve uumlstuumlnde ortalama fark
yaklaşık 3 seviyesindedir 075 ile 75 kW arasında ortalama verim farkı yaklaşık
10 75 ile 90 kW aralığında ise ortalama verim farkı 5 seviyesindedir
Tablo 3 IE4 ile IE1 arasındaki ortalama verim farkı
Guumlccedil Aralığı Ortalama IE1 - IE4 verim
Farkı ()
012-075 kW 17
075-75 kW 10
75-90 kW 5
90-1000 kW 3
5
15 ELEKTRİK MOTORLARINDA VERİMİN OumlNEMİ VE VERİM
SINIFLARI
Uumlretilen toplam elektriğin yaklaşık yarısı sanayi sektoumlruumlnde kullanılan elektriğin ise
yaklaşık uumlccedilte ikisi motorlar tarafından tuumlketilmektedir Bu da sanayide yuumlksek verimli
motor kullanımının enerji maliyetinin duumlşuumlruumllmesinde ne kadar oumlnemli olduğunu
goumlsterir Yuumlksek verimli motorların kullanımı aynı zamanda sera gazları salınımında
ciddi azalmalara sebep olmakta ve enerjide dışa bağımlılığın azaltılmasına katkı
yapmaktadır (URL7)
Şekil 2 Sanayide Kullanılan Elektrik Motorlarının Kullanım Yerleri
Elektrik motorlarının duumlnyadaki kullanımına bakarsak binalarda kullanılan elektriğin
36rsquosı enduumlstri ve altyapıda ise 70rsquoi elektrik motorları tarafından tuumlketilmektedir
Asenkron elektrik motorları uumllkemizin toplam elektrik tuumlketiminin yaklaşık 36rsquosını
oluşturmaktadır Hatta sanayide sektoumlrel bazda bu oran 80rsquolere kadar ccedilıkmaktadır
Bu sebeple elektrik motorlarında verimi arttırıcı oumlnlemler uumllkemizin elektrik tuumlketimi
konusundaki tasarruf planlarına buumlyuumlk katkı sağlayacaktır Satın alma maliyeti
ortalama motor oumlmruuml boyunca toplam maliyetin 2rsquolik kısmına denk gelmektedir
Tek bir motor sarımının maliyeti toplam tutarın 1rsquoini oluşturmaktadır Elektrik
motorunun kullanım oumlmruuml boyunca tuumlkettiği elektrik enerjisinin maliyeti ise toplam
maliyetin 97rsquosine tekabuumll etmektedir (URL2)
42
7
22
29
DİĞER KOMP FAN POMPA
6
Şekil 3 Talep Tarafında Elektrik Kullanımı
VERİMİN OumlNEMİ
Asenkron motorlarda ccedileşitli verimlilik sınıfları mevcuttur Avrupa Elektrik Makineleri
Uumlreticileri Komitesi (CEMEP) ve Avrupa Komisyonunun 28 Haziran 1999 tarihli
deklarasyonu motorları verim sınıflarına goumlre ayırmıştır Yuumlksek Verimli motorlar
(EFF1) verimi iyileştirilmiş motorlar (EFF2) ve duumlşuumlk verimli motorlar (EFF3)
CEMEP‟ in bu deklarasyonunu takiben motor uumlreticileri ile yaptığı goumlnuumllluuml anlaşmalar
ile duumlşuumlk verimli motor (EFF3) uumlretimini kısıtlama yoluna gitmiştir Bunun yanı sıra
Duumlnyada artan enerji talebi ile birlikte birccedilok uumllke goumlnuumllluuml ya da zorunlu olarak daha
yuumlksek verimli motor kullanımını sağlamaya ccedilalışmıştır (Onaygil 2006)
Verimlilik sınıflarına 2008 yılında yenilik getirilmiştir Bu yenilik IEC( Uluslararası
Elektronik Komisyonu) tarafından yayımlanmıştır CENELEC tarafından da 2009
yılında Avrupa normu haline gelmiştir 2010 yılında da TSE tarafından kabul
edilmiştir Bu yenilik verimlilik sınıflarına getirilen IE1 IE2 IE3 IE4 şeklinde olan
tanımlamalardır Bu tanımlamalarda IE1= EFF2 olup IE2=EFF1rsquo in karşılığıdır
IE1= STANDART VERİMLİ
IE2= YUumlKSEK VERİMLİ
IE3=CcedilOK YUumlKSEK VERİMLİ
IE4=SUumlPER YUumlKSEK CcedilOK VERİMLİ
Şeklinde sınıflandırılmıştır
AYDINLATMA19
DİĞER ELEKTRİK MOTORLARI
4
ASENKRON MOTORLAR
36
DİĞER3
ELEKTRONİK ALETLER
8
ISITMA15
EV GERECcedilLERİ15
7
2014 yılında TS- EN 60034-30 standardı doğrudan şebekeden beslenen motorlar ve değişken
hız suumlruumlcuumlluuml motorlar olmak uumlzere iki kısma ayrılmıştır Şebeke tarafından doğrudan beslenen
motorlar iccedilin verimlilik sınıflarını tayin eden başka bir standart koyulmuştur TS-EN 60034-
30-1 standardıdır Bu standart faklı olarak 012- 1000 kW guumlccedil aralığını kapsamakta ve IE4
verimlilik sınıfını da tanıtmaktadır Ayrıca 8 kutuplu motorlar da bu kapsama alınmıştır
Henuumlz TS- EN 60034- 30- 2 sınıfı yayınlanmamıştır
Şekil 4 TS-EN 60034-30-1 Standardına Goumlre Verimlilik Sınıfları
151 Mevzuat
Elektrik motorları hususunda ilk yasal duumlzenleme Avrupa Birliğinin Elektrik Motorları
ile İlgili Ccedilevreye Duyarlı Tasarım Gereklerine Dair EC6402009 sayılı tuumlzuumlğuumlduumlr
Beraberinde 4703 sayılı Uumlruumlnlere İlişkin Teknik Mevzuatın Hazırlanması ve
Uygulanmasına Dair Kanunun 14 uumlncuuml maddesine dayanılarak hazırlanan Enerji ile
İlgili Uumlruumlnlerin Ccedilevreye Duyarlı Tasarımına İlişkin Youmlnetmelik 2010 yılında
yuumlruumlrluumlğe girmiştir Daha sonra 2012 yılında EC6402009 referans alınarak
hazırlanan ve uyumlaştırılan SGM- 20122 Elektrik Motorları İle İlgili Ccedilevreye
Duyarlı Tasarım Gereklerine Dair Tebliğ yayımlanarak ulusal mevzuata
kazandırılmıştır
Bu tebliğ ile 2 4 6 kutuplu anma gerilimi en fazla 100 (UN) en fazla 1000 V olan
anma ccedilıkış guumlcuuml (PN) 075 kW ile 375 kW arasında olan ve suumlrekli ccedilalışacak şekilde
100
90
80
70 012 24 48 960
IE1 IE2 IE3 IE4
8
tasarlanmış tek hızlı 3 fazlı 50 Hz veya 5060 Hz sincap kafesli enduumlksiyon motorları
denetim kapsama alınmış bulunmaktadır
Bu tebliğde oumlnemli bir diğer husus ise uygulamaya youmlnelik olan zorunluluklardır
Onlar şunlardır IE1 sınıfı verimlilikte olan motorların piyasaya arz edilmesinin
yasaklanması ve diğer verimlilik sınıfına geccediliş suumlrecinin tanımlanmasıdır
Tablo 4 Başlıca Uumllkelerin Verimlilik Sınıfı Uygulama Tarihleri
BOumlLGE IE1 IE2 IE3
ABD - 1998 2011
AB - 2011 2015
PRC 2000 2011 2015
TUumlRKİYE - 2012 2015
Bunun dışında 01012015 tarihinden itibaren anma ccedilıkış guumlcuuml 75 kW ile 375 kW
arasında olan motorların veriminin IE3 verim seviyesinden duumlşuumlk olmayacağını veya
piyasaya arz edilen motorların IE2 verim seviyesini karşılayacak ve değişken hızlı
tahrikle teccedilhiz edilmesi gerektiğini bildirmektedir (URL5)
Tablo 5 Tuumlrkiyersquo de Zorunlu Uygulamaya Geccediliş Suumlreci
Sınıfı Zorunlu Yuumlruumlrluumlk
Tarihi
Accedilıklama (İstisnalar)
IE1 02042012 2 Nisan 2012 tarihinden itibaren piyasaya suumlruumllmesi
yasaklanmıştır
IE2 02042012 01012015 tarihine kadar kullanılabilecektir
IE3 01012015 Değişken hızlı tahrikle teccedilhiz edilmesi halinde IE2 verim
seviyesi kullanılabilecek (75 kW - 375 kW)
IE3 01012017 Değişken hızlı tahrikle teccedilhiz edilmesi halinde IE2 verim
seviyesi kullanılabilecek (075 kW - 375 kW)
9
16 MOTOR VERİMİNİ ETKİLEYEN FAKTOumlRLER
161 Verim
Bir elektrik motorunun bağlı bulunduğu şebekeden ccedilektiği enerjinin tamamı mekanik
enerjiye doumlnuumlşmez Elektrik motorunun milinden aldığı faydalı guumlccedil şebekeden ccedilektiği
guumlccedilten kayıp guumlccedillerin ccedilıkmış halidir
Asenkron motorun şebekeden ccedilektiği guumlcuumln yuumlzde kaccedilının motorun milinden mekanik
guumlccedil olarak alındığını verim goumlsterir
Verim= ((Alınan G ) (Verilen Guumlccedil))x100
ή= (PaPv)x100
Verilen guumlccedil ile alınan guumlccedil arasındaki fark toplam kayıplardır Asenkron motorlarda
kayıplar stator demir kaybı stator ve rotor bakır kayıpları ile rotorun suumlrtuumlnme ve
ruumlzgacircr kaybından ibarettir
DEMİR
KAYIPLARI
GOumlVDE
STATOR
DİRENCİ
ROTOR
DİRENCİ
RUumlZGAR
SUumlRTUumlNME
DİRENCİ
EK
KAYIPLA
Şekil 5 Motor Verimini Etkileyen Faktoumlrler
10
162 Kayıplar
Demir Kayıpları
Bakır Kayıpları
Suumlrtuumlnme Kayıpları
1621 Demir Kayıpları
Demir kayıpları stator ve rotor saccedillarında meydana gelen histerezis ve fuko
kayıplarıdır Bu kayıplar frekans ve manyetik enduumlksiyon ile oranlıdır
Stator demir kayıpları stator frekansı sabit olduğuna goumlre değişmemektedir Yalnız
rotor demir kayıpları rotor frekansı ile değişir Ancak boş ve yuumlkluuml ccedilalışmada rotor
frekansı ccedilok kuumlccediluumlktuumlr Bu sebeple rotor demir kayıpları ccedilok kuumlccediluumlk olur ve ihmal
edilebilir 0 halde bir asenkron motorun demir kayıpları stator demir kayıplarına
eşittir denebilir Stator frekansı sabit olduğundan demir kayıpları da buumltuumln yuumlkler iccedilin
sabittir
1622 Bakır Kayıpları
Asenkron motorlarda stator ve rotor omik direnccedillerinden dolayı I12R1 ve I2
2R2
değerinde bakır kayıpları meydana gelir Bakır kayıpları sargı direnccedilleri sabit
olduğuna goumlre yuumlk akımları I1 ve I2 lsquonin karesi ile değişir Şu halde bu kayıplar
yuumlkle değişen kayıplardır
Rotor ve stator bakır kayıplarını bulabilmek iccedilin akım ve direnccedillerin bilinmesi gerekir
Genel olarak bakır kayıpları motorun kısa devre deneyinden tuumlm olarak hesaplanır
1623 Ruumlzgar ve Suumlrtuumlnme Kayıpları
Asenkron motorlarda suumlrtuumlnme ve ruumlzgacircr kayıpları devir sayısı ile biraz değişirse
de bu değişim ccedilok az olduğu iccedilin sabit kabul edilebilir Suumlrtuumlnme ve ruumlzgacircr
kayıpları boş ccedilalışma deneyinde demir kayıpları ile birlikte bulunur Demir
kayıpları ile ruumlzgacircr ve suumlrtuumlnme kayıplarına sabit kayıplar denir
11
BOumlLUumlM 2 MATERYAL VE YOumlNTEM
21 ASENKRON MOTORLAR
Asenkron motorlar başlıca iki kısımdan oluşur
Hareket etmeyen kısım Stator
Doumlnme hareketi yapan kısım Rotor
Asenkron makineler motor olarak stator sargıları ile aldığı elektrik enerjisini
rotorundan doumlnme hareketi yaparak mekanik enerjiye ccedileviren ve generatoumlr olarak
rotorundan aldığı doumlnme hareketi mekanik enerjisini bazı koşullar altında stator
sargılarında elektrik enerjisine ccedileviren elektromekanik makinelerdir
Motor olarak birkaccedil Wattrsquotan 300 MW guumlcuumlne kadar uumlretilmektedir Generatoumlr olarak
az kullanılmakla beraber son zamanlarda ruumlzgacircr enerjisinden elektrik enerjisi elde
etmek amacı ile ruumlzgacircr tuumlrbini ile birlikte ccedilalışmaktadırlar
Stator sargı gerilimleri alccedilak gerilim 220Vdan orta gerilim 22kVa kadar
değişmektedir Doumlnme sayıları sabit değildir fakat doumlnme sayısı yuumlkle az değişir
Doumlnen diğer elektrik makinelerine kıyasla daha sağlam daha az bakım isteyen ve daha
ucuz makinelerdir Son yıllarda yarı iletken guumlccedil elektroniğindeki teknolojik
gelişmeler ile asenkron makinelerin kontroluuml kolayca yapılabilmektedir (Baykal
2011)
Şekil 6 Kuumlccediluumlk Guumlccedilluuml Uumlccedil fazlı Sincap Kafesli Asenkron Motorun Kesiti
12
22 ASENKRON MAKİNALARIN YAPISI
Asenkron makineler başlıca iki kısımdan oluşmaktadır Bunlar
Stator
Rotor
Şekil 7 Stator Saccedil Paketini Oluşturulmuş Farklı Tipte Statorlar
221 Stator
Stator Asenkron motorun duran kısmıdır 04 - 05 veya 08 mm kalınlığında silisyumlu
saccedillar oumlzel kalıplarla preste basılır ve paketlenir Stator saccedilları paketlenince uumlccedil fazlı
sargıların yerleştirileceği stator nuumlvesi elde edilir Bu nuumlve stator goumlvdesinin iccediline
sıkıca yerleştirilir Goumlvdeye motorun ayakları monte edilir Goumlvdeye motor kapaklan
takılır motor kapaklan ortalarındaki bilyeli yataklar statorun ortasında doumlnecek olan
rotora yataklık ederler
1Halkalı Duumlzen Kuumlccediluumlk ve orta guumlccedilteki makinelerde uygulanan bu konstruumlksiyon
şeklinde saccedil paket ya karkas dışında istiflenerek uzun saplamalarla kendi uumlzerine
sıkılır yada saccedil levhalar karkas iccedilinde istiflenir
2 Segmanlı Duumlzen Bu duumlzende saccedil paketi daima karkas tarafından gergin durumda
tutulur Segmanlı duumlzende saccedil paketi rijitli halkalı duumlzendekine oranla da az
olduğundan burada seccedililecek olan karkasın daha kuvvetli olması gerekir (Baykal
2011)
13
222 Rotor
Rotor Asenkron motorun doumlnen kısmıdır ve rotor saccedil paketi ile rotor sargılarından
oluşur Rotor saccedil paketi 05 mm‟lik silisyumlu saccedillardan yapılır Saccedilların yuumlzeyleri
ccedilok ince bir film tabakası ile yalıtılmıştır Saccedillar oumlzel kalıplarda pres altında oluk
dişler ve sıkıştırma cıvata delikleri oluşacak şekilde saccedil şeritlerden kesilerek ccedilıkartılır
Saccedillar bir araya getirilerek pres altında sıkıştırılır ve cıvatalarla bu halde kalması
sağlanır
Diğer doumlnen elektrik makinelerine goumlre stator ile rotor arasında kalan hava aralığı ccedilok
kuumlccediluumlktuumlr Motorun guumlcuumlne goumlre hava aralığının radyal boyu 05 - 1 - 3 mm kadar
olabilir Boumlylesine kuumlccediluumlk bir hava aralığı boşta ccedilalışma akımını kuumlccediluumlk tutmak iccedilin
yapılır Rotor olukları motorun elektrik karakteristiklerini etkileyen değişik biccedilimlerde
yapılır Rotor oluklarına rotor sargıları yerleştirilir
Şekil 8 Rotor Saccedil Paketini Oluşturan Değişik Rotor Saccedilları
Rotor sargıları uumlccedil fazlı olarak ya da sincap kafesli olarak yapılır Rotoru sargılı olan
ve sargı uccedilları doumlnen bilezik-sabit fırccedila ile dışarı ccedilıkartılan motorlara bilezikli asenkron
motor denir Sincap kafesli motorlarda rotor oluklarına bakır ccedilubuklar yerleştirilir Bu
ccedilubuklar her iki baştan dairesel halkalarla kısa devre edilerek sincap kafesine
benzeyen kendi uumlzerine kapatılmış bir sargı elde edilir Sincap kafesli motor sargısı
oumlzel kalıplarla rotor oyuklarına basınccedil altında aluumlminyum puumlskuumlrtuumllerek uumlretilir
Boumlylece uumlretilen rotor sincap kafesi aluumlminyumdan yapılmış olur
Sincap kafesli asenkron motorun rotorundan hiccedilbir uccedil ccedilıkmadığı iccedilin bu motorun
kontroluuml sadece statordaki elektrik uccedillarından yapılabilmektedir Oysa bilezikli
asenkron motorun rotor sargı uccedilları bilezik ve fırccedila sistemi ile dışarı ccedilıkarıldığından
14
bu motorun kontroluuml hem stator sargı uccedillarından ve hem de rotor sargı uccedillarından
yapılabilmektedir
Sincap kafesli motorun rotor sargısı buumlyuumlk motorlarda bakır ccedilubukların rotor
oluklarına yerleştirilmesi ve iki baştan kısa devre elde edilmesi ile oluşturulur Kuumlccediluumlk
motorlarda rotorun sincap kafesi aluumlminyum puumlskuumlrtme ve kalıplarla elde edilir
Rotoru sincap kafesli bir motorun sincap kafesi değişik biccedilimde oluklara yerleştirilir
Motorun oumlzellikle moment karakteristiğine istenilen oumlzelliği vermek iccedilin rotorda derin
oluklar ve ccedilift oluk kullanılır Birinci motora derin oluklu ya da derin ccedilubuklu motor
ve diğerine de ccedilift kafesli motor denir (Baykal 2011)
23 ASENKRON MOTORLARIN CcedilALIŞMA İLKESİ
Asenkron makinenin ccedilalıŞma ilkesi bir doumlner alanın varlığına dayanır Doumlner alan
senkron hız motor milinin hızı da rotor hızı olarak isimlendirilir Kayma da bu iki
hızın arasındaki fark olarak ifade edilmektedir
231 Doumlner Alan
Bir N-S mıknatısı ya da uumlzerinden akım geccedilen bir bobinin magnetik alanı N kutbundan
ccedilıkar ve S kutbuna girer Daimi mıknatıs ve doğru akım taşıyan bobinin manyetik
alanları mıknatıs ve bobin dışarıdan bir bobinle doumlnduumlruumlluumlrse bunların alanları da
beraber doumlner İşte bir mıknatısın doumlnduumlruumllmesi ile elde edilen alana doumlner alan denir
Uumlccedil fazlı asenkron motorun (enduumlksiyon motorun) statoruna birbirinden 120rsquoşer derece
faz farklı 3 faz sargısı yerleştirilmiştir En basit statorda her biri bir faza ait olmak
uumlzere 3 tane bobin bulunur Bir motor en az iki kutuplu olarak sarılabilir (Baykal
2011)
Şekil 9 Uumlccedil Faz bobininin 6 Oluklu Statora Yerleştirilişi
15
232 Senkron Hız
N-S kutuplarının saat ibresi youmlnuumlnde doumlnduumlğuuml goumlruumlluumlr uumlccedil fazlı alternatif akımdaki bir
periyotluk değişme N-S kutuplarının bir devir yapmasına sebep olur Alternatif akımın
frekansı 50 Hz ise saniyede 50 periyotluk bir değişme yapar Dolayısıyla statordaki
faz bobinlerinin meydana getirdiği N-S kutupları da saniyede 50 devirle doumlner Bu
dakikada 3000 devir eder Ccedilok fazlı bir stator sargısından aynı faz sayısında ccedilok fazlı
bir akım geccedilerse hava aralığında sabit genlikli bir doumlner alan oluşur Bu doumlner alanın
duran statora goumlre ns (n1) devir hızı şebeke frekansına doğru stator sargısının p ccedilift
kutup sayısına ters orantılıdır
1198991 = 601198911
119901
Senkron hız da denen doumlner alan hızı kutup sayısına goumlre buumlyuumlk basamaklar yaparak
değişir Asenkron motorlar ancak belli senkron hızlar iccedilin yapılabilir En fazla
kullanılan senkron hızlar 2 4 6 ve 8 kutup sayılarına ait olanlardır (Baykal 2011)
Tablo 6 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru
P
(Kutup Sayısı)
50 Hz 60 Hz
n1min-1 n1s-1 n1min-1 n1s-1
2 3000 50 3600 60
4 1500 25 1800 30
6 1000 1667 1200 20
8 750 125 900 15
16
233 Kayma
Senkron makine dışında buumltuumln diğer ccedilalışma tuumlrlerinde asenkron makinenin
ccedilalışabilmesi iccedilin rotor hızının doumlner alan hızından farklı olması gerekir Doumlner alanın
rotor uumlzerinden geccedilme hızına yani doumlner alan ile rotor hızı arasındaki cebirsel farka
kayma hızı n2 ve bu hızın doumlner alan hızına oranına kayma s denir Bu tanıma
dayanarak kayma devir hızına goumlre veya devir hızı kaymaya goumlre ifade edilebilir
n2 = n1 ndash n n = n1(1-s) 119904 = 1198992
1198991 =
1198991minus119899
1198991
Kayma oranlanmış bir buumlyuumlkluumlktuumlr ve ccediloğunlukla olarak ifade edilir Pozitif negatif
veya sıfır olabilir Oranlanmış rotor hızı n nı ile toplamı daima 1rsquoe eşittir Teorisel
olarak ndash infin ve +infin arasında değişebilir Durmada n = 0 ve s =1 dir Senkron ccedilalışmada
n = n1 ve s = 0 dır Bu iki sınır değer arasında asenkron makine motor olarak ccedilalışır
ve kayması daima pozitiftir Anma ccedilalışmasındaki değeri yuumlzde birkaccedil olup artan
anma guumlcuuml ile azalır ve kuumlccediluumlk guumlccedillerde yaklaşık 10 dan buumlyuumlk guumlccedillerde 1 in altına
duumlşer
Rotor doumlner alana goumlre ters youmlnde doumlnduumlğuumlnde elde edilen fren ccedilalışmada devir hızı
negatif ve kayma 1 den buumlyuumlktuumlr Rotor hızı doumlner alan hızını geccedilerse yani ngtn1 ise
kayma negatif olur (s lt 0) ve makine generatoumlr olarak ccedilalışmaya başlar (Baykal 2011)
Şekil 10 Standart Asenkron Motorların Anma Kayması ve Verimi
17
24 ASENKRON MOTOR CcedilEŞİTLERİ
Asenkron motorlar rotor yapılarına goumlre ikiye ayrılır
Sincap kafesli (Kısa devre rotorlu) Asenkron Motorlar
Bilezikli (Sargılı rotorlu) Asenkron Motorlar
241 Uumlccedil Fazlı Kısa Devre (Sincap Kafesli ) Asenkron Motorlar
Uumlccedil fazlı sincap kafesli motorun yapılısı basittir Az bakıma ihtiyaccedil goumlsterir Bu tip
motorun oumllccediluumlleri aynı guumlccedilteki başka tip motorların oumllccediluumllerinden kuumlccediluumlktuumlr Değişik
yuumlklerdeki hız reguumllasyonu ccedilok iyidir Fiyatının ucuzluğu yapılışının sağlamlığı ve
istenilen ccedilalışma oumlzelliğine sahip oluşu yuumlzuumlnden bu tip motorlar sanayide ccedilok
kullanılır
Rotorlar accedilılmış oluklara basınccedil altında erimiş aluumlminyum puumlskuumlrtuumllerek doldurulur
Rotorun her iki başındaki kısa devre halkalar da aluumlminyumdandır Ayrıca bu halkalar
uumlzerine kanatlar da bırakılarak rotor işletmede vantilasyon suretiyle soğutulması
sağlanır 250 kW guumlcuumlne kadar kısa devre kafesleri aluumlminyumdan yapılmış asenkron
motorlar mevcuttur
Buumlyuumlk guumlccedil istenilen işletmelerde kısa devre kafesi yuumlksek dikdoumlrtgen şeklinde bakır
ccedilubuklardan ve bunları rotorun her iki başında kısa devre eden bakır halkalardan
yapılır Rotorda kaccedil adet oluk varsa rotorun faz sayısı buna eşittir
Kısa devre kafesli asenkron motorun yol alma oumlzellikleri iyi değildir Ancak basit ve
ucuz olmaları nedeni ile yaygın biccedilimde kullanılmaktadır Yol almasını kolaylaştırmak
iccedilin yuumlksek ccedilubuklu veya ccedilift kafesli olarak yapılırlar (Baykal 2011)
Şekil 11 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru
18
242 Bilezikli (Sargılı rotorlu) AC Motorlar
Birccedilok sanayi yuumlklerinde uumlccedil fazlı değişik hızlı motora ihtiyaccedil duyulduğu yerler iccedilin
bilezikli asenkron motorlar geliştirilmiştir Bilezikli asenkron motorlara sargılı rotorlu
AC motor da denilmektedir Bu tip motorun statoru ile sargının yerleştirilmesi sincap
kafesli motorun aynıdır Rotor ccedilelik saccedillardan yapılmış silindirik bir goumlbektir 120
derece aralıklı uumlccedil adet tek fazlı kalıp sargısını yerleştirmek iccedilin rotor uumlzerine oyuklar
accedilılmıştır izoleli rotor bobinleri stator kutup sayısına eşit kutup sayısı elde edecek
şekilde gruplandırılmıştır Uumlccedil tek fazlı rotor sargısı aralarında yıldız bağlanarak ccedilıkış
uccedilları rotor mili uumlzerindeki uumlccedil bileziğe bağlanmıştır Bileziklere temas eden fırccedila uccedilları
hız kontroloumlruuml ayarlayıcısına bağlanır Fırccedilalar taşıyıcılar uumlzerindeki yayların basıncı
ile bileziklere sıkıca temas eder Doğru akım makinelerinde olduğu gibi youmln
değiştirmeye luumlzum olmadığı iccedilin fırccedila taşıyıcıları uygun bir durumda sıkıca tespit
edilmiştir
Bilezikli asenkron motorun rotorunda aynı statorunda olduğu gibi uumlccedil fazlı alternatif
akım sargısı vardır Stator 10 Kw guumlce kadar tek tabakalı orta guumlccedillerde ise iki tabakalı
sargılı yapılırlar Rotor ise tam oluklu veya kesirli oluklu sargılı olabilir Rotor sargı
uccedillarının bir tarafı bileziklere bağlanır Diğer tarafı ise kısa devre edilerek uumlccedil fazlı
sargının yıldız noktasını oluşturur Bilezikler uumlzerindeki fırccedila sistemi ile rotor
alternatif gerilim kaynağından ayrıca beslenir (Baykal 2011)
25 Elektrik Motorlarına Yıldız-Uumlccedilgen Yol Verme
Kalkış akımını duumlşuumlrmede en ekonomik youmlntemdir Uumlccedil kontaktoumlr ile bir zaman
roumllesinden oluşan kontaktoumlr kombinasyonudur Bu youmlntemle yol verebilmek iccedilin
motorun uumlccedilgen bağlı ccedilalışma gerilimi şebeke gerilimine eşit olmalıdır Oumlrneğin
uumllkemizde şebeke gerilimi 380 Volt olduğuna goumlre yıldız-uumlccedilgen yol verilecek motorun
etiketinde D380 V veya D380VY660V yazılı olmalıdır Volt elektrik motorlarında 2
ve 4 kutuplularda 3 kW (dacirchil) 6 kutuplularda 22 kW(dacirchil) den daha buumlyuumlk guumlccedilluuml
motorlar bu oumlzelliktedir Yani 380 V şebekede uumlccedilgen bağlı ccedilalıştırılırlar
Motora yıldız-uumlccedilgen yol verildiğinde direkt yol vermeye goumlre şebekeden ccedilekeceği
akım 3 katı azalır Yıldız-uumlccedilgen yol vermede amaccedil motoru kalkış suumlresince yıldız
19
bağlı ccedilalıştırmak ve kalkışını tamamlayan motoru hemen normal bağlantısı olan uumlccedilgen
bağlı olarak ccedilalıştırmaktır
Motor kalkış sırasında yıldız bağlı ccedilalıştırıldığından motor sargılarına uygulanan
gerilim U radic3 değerine motorun şebekeden ccedilektiği akım ise 13 değerine duumlşer
Motorun sargılarına uygunalan gerilim azaldığından momenti oumlnemli oumllccediluumlde kuumlccediluumlluumlr
Yıldız-uumlccedilgen yol vermenin kusursuz olması iccedilin motorun yuumlk momentinin yıldız
bağlamadaki motor momentinden buumlyuumlk olmaması ve yıldız bağlamadaki suumlrenin
uygun olması gerekir Bu geccediliş suumlresi ccedilok oumlnemlidir Motor yıldız bağlantıda iken
anma devir sayısına ulaşıldığı anda uumlccedilgen bağlantıya geccedililmesi ve fazla aralık
verilmemesi gerekir
Boumlyle olursa yıldızdan uumlccedilgen bağlantıya geccedilişteki uumlccedilgen kontaktoumlruumlnuumln kapamama
akımı kuumlccediluumlk ve yıldızdan uumlccedilgene geccediliş darbesiz olur Aksi halde uumlccedilgen bağlantıya
geccedilişte akımda geccedilici artışlar goumlruumlluumlr Bunun sonucu kontaktoumlruumln kontakları ani
yuumlksek ısı nedeniyle kaynak olabilir
Bir şebekede uumlccedilgen bağlı ccedilalışacak motor aynı şebekede yıldız bağlı (Y) olarak
ccedilalıştırılabilir Ancak bu durumda motorun guumlcuuml ve momenti duumlşer Bu oumlzellikten
yararlanarak asenkron motorların kalkış anında ccedilektikleri fazla akımı azaltmak iccedilin
yıldız-uumlccedilgen yol verme uygulanması yapılabilir
Şebekede yıldız bağlı ccedilalıştırılması gereken motor yanlışlıkla uumlccedilgen bağlı ccedilalıştırılırsa
sargılarına radic3 katı buumlyuumlk gerilim uygulanmış olur Gerilimdeki artış oranı kadar sargı
akımı buumlyuumlyeceğinden motor aşırı akım ccedileker ve kısa suumlrede artacak ısı sonucu
sargılar yanar
Onun iccedilin yıldız bağlı ccedilalışması gereken motor kesinlikle aynı şebekede uumlccedilgen bağlı
ccedilalıştırılmaz (URL6)
20
Şekil 12 Motora yıldız-uumlccedilgen yol verme
Şekil 13 Stator Sargı Uccedillarının Uumlccedilgen (D) Ve Yıldızı (Y) Bağlanması
Şekil 14 Asenkron Motora Yol Verme
21
26 FANLAR
261 Genel Bilgiler
Fanlar hava veya benzeri gazları basınccedillandırarak belirli bir akış yolu iccedilinde hareket
etmesini sağlayan turbo makinelerdir İyi bir fan istenilen performansı yerine
getirirken verimi yuumlksek enerjiyi daha az tuumlketen muumlmkuumln olduğunca guumlruumlltuumlsuumlz
ccedilalışan ve maliyeti duumlşuumlk olan fandır Fanların tahrik sistemlerinde elektrik motorları
kullanılmaktadır (URL3)
262 Fan Ccedileşitleri
Fanlar aşağıdaki gibi sınıflandırılmaktadır
Eksenel (aksiyel) fanlar
Radyal (santrifuumlj) fanlar
Karışık akışlı (eksenel-radyal) fanlar
Ccedilatı tuumlruuml fanlar
Karşıt akımlı fanlar (blower)
Vorteks ya da rejeneratif fanlar
Diğerleri
Elektrik motorlarında radyal fanlar kullanılmaktadır (URL8)
Bu kısımda projemiz iccedilin incelediğimiz 3 ccedileşit fanı accedilıklayacağız
2621 Eksenel Fanlar
Havanın fan ccedilarkı ile aynı eksende youmln değiştirmeden hareket ettiği fanlardır Yuumlksek
hava debileri ve duumlşuumlk basınccedil sınıfına sahip sistemler iccedilin uygun fanlardır Şekil 15
rsquode oklar akış youmlnuumlnuuml (simetri eksenine paralel) goumlstermektedir
22
Şekil 15 Akışın Simetri Ekseninde Hareket Etmesi
2622 Karışık Akışlı (Radyal-Eksenel) Fanlar
Havanın kanatlar uumlzerinden emmesine goumlre yaklaşık 45deg accedilı yaparak hareket ettiği
fanlardır Radyal fanlara goumlre hava debisi daha yuumlksektir
Eksenel fanlardan daha yuumlksek basınca dayanabilir
Fan eğrisi uumlzerinde kararsız boumllge yoktur
Karşı basıncın duumlşuumlk olduğu boumllgelerde motor aşırı akım ccedilekmez
Eksenel ve radyal fanlara goumlre verimleri duumlşuumlktuumlr (URL6)
Şekil 16 Karışık Akışlı Fan Uygulamaları
23
2623 Radyal (Santrifuumlj) Fanlar
Havanın fan ccedilarkını emmesine goumlre 90deg accedilı yaparak kanatlara teğet olarak terk ettiği
fanlardır
Radyal fanların avantajları aşağıdaki gibidir
Geniş bir uygulama aralığına sahiptir
Yuumlksek sıcaklık ve aşındırıcı ortam uygulamalarında kulanılır
Değişken akış direncine sahip yerlerde daha verimli ve daha sessiz ccedilalışma
olanakları vardır
Yapısal kararlılıkları yuumlksektir (URL6)
Radyal Duumlz Kanatlı Fanlar
Genellikle kendi kendini temizleme malzeme taşıma ve parccedilacık ve yağ yuumlkluuml havanın
uygun halde taşınması gibi durumlarda kullanılırlar ve bunun iccedilin duumlz kanatları vardır
Ccedilarkları basit bir yapıya sahiptir ve nispeten dar kanatları vardır
Elektrik motorlarında genellikle ccedilift youmlnluuml ccedilalışmaya uygun olması iccedilin radyal duumlz
kanat tipli bu fanlar seccedililiyor
Şekil 17 Radyal Duumlz Kanatlı Fanlara Oumlrnekler
24
BOumlLUumlM 3 BULGULAR VE TARTIŞMA
31 SONLU ELEMANLAR YOumlNTEMİ
Sonlu elemanlar youmlntemi muumlhendislik problemlerine kabul edilebilir yaklaşımlarla
ccediloumlzuumlm arayan sayısal youmlntemdir (Moavani 2015) Sonlu elemanlar youmlntemi diğer bir
ifade şekliyle fiziksel şeklin matematiksel ifadesidir Bu kurduğumuz siste sınırlara
ayırılabilen ve malzeme şartlarına uygun olan bir sistem olmalıdır
Sonlu eleman youmlntemindeki basamaklar
Yaklaşık Ccediloumlzuumlm Youmlntemi
Geometrik Şekil
Nod
Eleman
Mesh
Ayrıklaştırma
Şekil 18 Sonlu Eleman Modeli
Eleman
Nod
(Duumlğuumlm
noktaları)
25
Sonlu elemanlar youmlntemi matematik ve fizik biliminin buumltuumln alanlarında kullanılır
Gerilme Analizi
Akışkanlar Mekaniği
Isı İletimi
Dalga Yayılımı
Darbe Analizi
Aerodinamik vb alanlardır
Sonlu elemanlar youmlntemini kullanırken oumlncelikle şu soruların cevaplarını bulmalıyız
Dizayn amacımız nedir
Bu sistemi modellemek iccedilin gerekli olan bilgiler nelerdir
Bu dizayn iccedilin hangi kriterler gerekir
311 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Pozitif Youmlnleri
Geometrisi karışık cisimlerin incelenmesini kolaylaştırır Geometri basit kısımlara
ayrılıp burada ayrı veya daha hassas işlemler yapılabilir
Parccedilanın geometrisini değiştirmeye gerek kalmaz
Youmlntemde hem fiziksel hem matematiksel temeli vardır
Sonlu elemanlar youmlntemi iccedilin ccedilok farklı programlar bulunmaktadır (Ansys Marc
Nastran ) (Moavani 2015)
312 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Negatif Youmlnleri
Elde edilen sonuccedilların doğruluğu hangi sonlu youmlnteminin kullanıldığına bağlıdır
Ccedilıkacak durum oumlnceden tespit edilmeli ve ona goumlre bir ccediloumlzuumlm youmlntemi
kullanılmalıdır Bu yuumlzden oumlnceden iyi tesipt edilemezse doğru değer bulunamaz
ve doğru ccediloumlzuumlm iccedilin zaman kaybı olabilir
Doğru ccediloumlzuumlm iccedilin elemanın ayrıştırılması (mesh) atanması gerekir
Bu meshin iyi atılması gerekir yoksa ccediloumlzuumlmuumln yakınsamaları değişebilir
(Moavani 2015)
26
32 ANSYS PROGRAMI
ANSYS genel amaccedillı kullanılan sonlu elemanlar programıdır Ansys yazılımı
mukavemet titreşim akışkanlar mekaniği ısı transferi ve elektromanyetik alanlarının
birbiri ile olan interaksiyonunu simule eden yazılımdır
Boumlylelikle ANSYS uumlruumlnlerin prototipleri uumlretilmeden sanal ortamda test edilmelerine
olanak sağlar Ayrıca sanal ortamdaki 3 boyutlu simulasyonlar neticesinde yapıların
zayıf noktalarının tespiti ve iyileştirilmesi ile oumlmuumlr hesaplarının gerccedilekleştirilmesi ve
muhtemel problemlerin oumlngoumlruumllmesi muumlmkuumln olmaktadır
ANSYS yazılımı sadece ihtiyaccedil duyulan oumlzelliklerin alınmasına fırsat vererek ilave
edilebilen CAD ve FEA bağlantı modulleri ile masa uumlstuumlnde kullanılan diğer
muumlhendislik yazılımları ile entegre bir şekilde ccedilalışabilmektedir
ANSYS yazılımı hem dışarıdan CAD datalarını alabilmekte hem de iccedilindeki
preprocessing imkacircnları ile geometri oluşturulmasına izin vermektedir Yine aynı
preprocessr iccedilinde hesaplama iccedilin gerekli olan sonlu elemanlar modeli yani mesh de
oluşturulmaktadır Yuumlklerin tanımlanmasından sonra ve gerccedilekleştirilen analiz
neticesinde sonuccedillar sayısal ve grafiksel olarak elde edilebilir
ANSYS yazılımı ile oumlzellikle contact algoritmalarının ccedileşitliliği zamana bağımlı
yuumlkleme oumlzellikleri ve nonlinear malzeme modelleri sayesinde yuumlksek muumlhendislik
seviyedeki analizleri hızlı guumlvenilir ve pratik bir şekilde gerccedilekleştirilebilmektedir
ANSYS Workbench parametrik CAD sistemlerini eşsiz bir otomasyon ve performans
ile simulasyon teknolojilerini entegre eden bir platformdur ANSYS Workbenchrsquoin
guumlcuuml yılların bilgi birikimi ile arkasında duran ANSYS ccediloumlzuumlcuuml algoritmalarından gelir
Ayrıca ANSYS Workbenchrsquoin amacı sanal ortamda uumlruumlnuumln verifikasyonunu ve
iyileştirmesini sağlamaktır
Oumlzellikle PC ile uyumluluğun uumlst seviyede olabilmesi iccedilin yazılmış olan ANSYS
Workbench sadece bir arayuumlzden ileri bir ccedilalışma ortamındır ve ANSYS Workbench
ile herhangi bir ANSYS lisansına sahip herkes ccedilalışabilir Aynı alışılagelmiş ANSYS
arabiriminde olduğu gibi ANSYS Workbenchrsquode de kapasiteler sahip olunan lisansın
doğrultusunda sınırlıdır (URL9)
27
ANSYS programının bu oumlzelliklerinden dolayı programı kullanmaya karar verdik
Ansys programının oumlncellikle akışkan mekaniği ve dinamiğinde kullanılan iki ayrı
boumlluumlmuuml bulunmaktadır Bu boumlluumlmler Fluent ve CFX boumlluumlmleridir Bizim
kullandığımız boumlluumlm ise ANSYS CFX boumlluumlmuumlduumlr
33 MEVCUT FAN UumlZERİNDE YAPILAN ANALİZLER
ANSY projesinde oumlncelikle CFX kısmını kullanıldı Ccediluumlnkuuml ANSYS programında
CFX ve Fluent programı hesaplamalı akışkanlar dinamiği iccedilin kullanılmaktadır Ancak
ANSYS CFX turbo makinalar iccedilin kullanıldığından oumlnceden de goumlsterildiği gibi bir
nod alırken huumlcrelerin orta noktalarından nod hesabı yaptığı iccedilin verdiği değerler fan
analizi iccedilin daha iyi bir yakınsama goumlsterir Bu sebeple ANSYS CFX kısmı kullanıldı
İlk olarak mevcut fan uumlzerinde ccedileşitli incelemeler yapıldı
Mevcut fan uumlzerinde 10 kanat var iken suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilok fazla olduğu saptandı
Bunun uumlzerine motorun akışını kolaylaştırma yoluna gidildi
Havayı oluklara daha iyi aktarabilecek kısım fanın kanat boyu olduğu iccedilin fanın
kanatlarının uzunluğunda değişiklik yapılmasına karar verildi
Fandan ccedilekilen debi miktarı ve tork değerlerini tam alabilmek ve mevcut fanın
verimini oumllccedilebilmek iccedilin oumlncelikle esas oumllccediluumllerine goumlre ccedilizilen fan ANSYS
programına aktarıldı File gt Import gt Design Moduler şeklinde SolidWorksrsquo ten
ANSYS programına aktarıldı
Şekil 19 SolidWorksrsquo ten İmport Etmek
28
Fanın ccedilevresinde akış hacmi oluşturmak iccedilin katı modelin ccedilevresindeki hava
modellenir
331 Geometri
Oluşturulan akış hacminde havanın giriş ve ccedilıkış kısımları İnlet-Outlet şeklinde
belirtilir
Analys tools komutlarından xy duumlzleminde halka oluşturulur
Burada modeling kısmı 3 boyutlu işlem yapacağı zaman seccedililen kısımdır
Aşağıdaki şekilde de goumlruumlleceği uumlzere
Şekil 20 Akış Alanı Belirleme
Burada exturude komutuyla birlikte oluşturulacak akış hacminin kaccedil mm
uzatılacağı belirtilir Hepsini bir buumltuumln haline getirmemek iccedilin lsquovar olanla
birleştirilsin mirsquo sorusuna hayır denilir
Daha sonra ccedilevresine yayılan boşluk iccedilin Outlet tanımlaması yapılır
Bu işlemleri gerccedilekleştirdikten sonra kesit gerekir İlk oumlnce plane (duumlzlem)
belirlenir Bunun iccedilin hangi duumlzlemi seccedililecek ise (oumlrneğin xy) onu seccedilip plane
tıklanır Plane boumllgesinden ne kadar uzakta olacağı belirlenir Biz de değer 34 mmrsquo
dir Ccediluumlnkuuml kanatların boyu 31 mm olduğundan mesh atamada sorun ccedilıkmaması
29
iccedilin 34 mm uzaklıkta bir plane atanır Bu Planersquoi slice komutuyla keserek 3 farklı
boumllge oluşturulmuş olur
Akışkan hacmini oluşturmak iccedilin dolu olan kısımlar belirlenip ona goumlre hareket
edilir Bunun iccedilinde milin iccedilini dolu kabul edilir
Akışkan hacmi iccedilin yapılan bir diğer işlem ise oluşturulan hacimden fanın hacmini
booelangt substrack komutları ile akışkan hacminin bulunmasıdır
Mevcut fanın uumlzerine sağ tıklanarak ve suppress body komutu seccedililir Boumlylelikle
fanı gizleyerek sadece akışkan hacmi goumlruumlluumlr
Daha sonra oluşan parccedilaların arasında boşluk olmaması iccedilin ve bağlantı sağlamak
iccedilin part kısımlarını seccedililerek sağ tıklanır from new part seccedililir
Şekil 21 Slice Komutu ile Boumllgelere Ayırma
30
Şekil 22 Parccedilalar Arası Bağlantının Sağlandığı FromNew Part Boumlluumlmuuml
Mesh kısmını suumlruumlkleyip project schematic boumlluumlme bırakılır Bu boumlluumlmde geometri
onaylanır ve en altta bulunan meshrsquoe tıklanır
332 Sayısal Ağ Oluşturma (Mesh)
Şekil 23 Mesh oluşturma
31
Şekil 24 Mesh Geometrisi
Sonlu sayıda hacimle ccedilalışıldığından sonlu sayıda hacime boumllmek gerekir Sonlu
sayıda hacime boumlluumlnen kısımlar farklı farklı olabilir
Bu huumlcreler kapsadığı alanın oumlzelliklerini yansıtır Bunların ccedilevresindeki nodlar
bunların ortalaması ile belli bir oumlzelliğe sahip olmuş olur
Bu huumlcrelerin arttırılması yani ayrıştırmaların ccediloğaltılması ne kadar fazla olursa o
kadar yakınsama olur ve ccediloumlzuumlm iyileşir
Ancak sayısal ağ ccedilok fazla attırıldığında ccediloumlzuumlm suumlresi ccedilok fazla artacağından
ekonomik değildir
Bu sebepten dolayı mesh ( ayrıştırma) atarken akışkanın en fazla değişim
goumlstereceği kısımlarda daha fazla sayısal ağ oluşturulur Boumlylelikle daha iyi bir
yakınsama elde edilir Akışkanın değişim goumlstereceği yerler genellikle yuumlzeylerle
temas edilen kısımlardır Mevcut fanın analizin de orta kısımlarda pek fazla
değişiklik olmaz Bu nedenle sınırlara yakın kısımlara daha fazla ağ oluşturulur
Detail of Mesh kısmından hangi kısımlarda ne kadar buumlyuumlkluumlkte mesh
atılabileceğine bakılır
32
Detail of Mesh kısmından Phsics preference kısmı seccedililerek CFDrsquoi seccedililir Solver
Preference kısmından ise CFXrsquoi seccedilip devam edilir
Analiz yaparken belirlenmesi gereken kısımlar vardır Bunun iccedilin diğer kısımlar
seccedililerek hide body seccedililerek kapatılır ve select all body seccedililerek kanatlara isim
verilir
Şekil 25 Mesh İsimlendirme
Akışkanın girişine inlet ccedilıkışına outlet denilir
Mesh atımında minimum yakalayacağı huumlcreler ile maksimum yakalayacağı
huumlcrelerin milimetre hesabı oumlnemlidir Bu yuumlzden kanadın kalınlığı 25 mm olduğu
iccedilin 2 mmrsquo den az olan huumlcre belirlenir Maksimum 15 mmrsquo den buumlyuumlk huumlcreler
olması duumlşuumlnuumllerek analizin yakınsaması sağlandı
Meshrsquoi tıklayıp oradan insert size kısmın da bulunan isimlerde kanatlar seccedililir
Kanatlara maksimum 3 mm buumlyuumlkluumlk seccedililir Devamında ise kanatları hide face
komutuyla gizlenir ve geriye kalan kısımlar iccedilin sizing iccedilin yine 3 mm verilir
Daha sonra kanat ve ccedilevresine ccedilizilen akış hacmi seccedililerek tekrar size kısmından
buumltuumlnuumlne 8 mm verilir Bu kısım iccedilin mesh atanır Yuumlzeyler seccedililerek Preview
Surface Mesh on Selected Bodies denilir ve mesh işlemi tamamlanmış olur
33
Şekil 26 Meshrsquo in Goumlsterimi
Ancak mesh işleminde silindirik yuumlzeylerde sweep komutuyla daha kolay mesh
atılabileceği iccedilin istenen yuumlzey iccedilin sağ tıklayıp İnsertgt Method gtSweep Number
Divs komutlarından kaccedil sıra mesh atılacağı belirlenir 20 sıra vererek mesh atıldı
Suumlpuumlrme işlemi ile mesh atarken hangi yuumlzeyi kaynak olarak alınacağı da
boumlylelikle belirlenmiş olur
Mesh sayfasını kapatıp daha sonrasında workbench kısmında meshin uumlzerine cfx
kısmını bırakılır
Mesh setupgt solutiongt results dan sonuccedillar elde edilir
Daha sonra geometry design da motorun kapağına uygun bir sınır belirlenerek
analiz yapılır
Geometriyi duumlzenlenerek CFXrsquo e aktarılır
Daha oumlncesinde de bahsedildiği uumlzere ANSYS de CFX kullanıldı CFX
kullanılmasının bir diğer sebebi de CFXrsquo in fan konusunda ANSYSlsquo in mesh
kısmından daha bağımsız ve daha hassas olmasıdır
Yapılan isimlendirmeler tekrar kontrol edilir Her farklı işlev iccedilin farklı
isimlendirme yapmak ccedilok oumlnemlidir boumlylece havanın nereden girip ne şekilde
ccedilıkacağını isimlendirmelerden goumlruumllebilir Ve bu isimlendirmeler iccedilin ayrı ayrı kod
yazılır
34
333 Sınır Şartları
Şekil 27 Sınır Şartlarının Belirlenmiş Hali
ANSYS setup kısmında Insert gt Solver gt Output Control komutları seccedililerek code
yazılır MassFlow ()inlet gt Torque_z()kanatlar olarak giriş kısmının kuumltlesel
debisi iccedilin komut yazılır
Ayrıca Insert gt Material kısmından sıcaklığı 25reg basıncı 1 atm entalpi değerini 0
olarak şartları belirlenir
Malzemenin kapak kısmı ccedilelik olarak belirlenir
Solver Control kısmından high resuluiton seccedililerek ccediloumlzuumlmuumln kalitesi arttırılır
Solver Control kısmından Residual Target artık tipini RMS olarak ve onun
yakınsama sınırı 10-5 belirlenir Rms elemanların karelerinin koumlkuumlnuuml alarak
ortalamasını alan youmlntemdir
Yine Solver Control kısmından minimum iterasyonu 1 maksimum İterasyonu ise
500 verilir
İnlet kısmı belirlenirken Boundary Type ( sınır şartları) opening olarak seccedililir
Opening verilmesindeki amaccedil akışkanların iccedileriden girip dışarıya ccedilıkışlarının
sağlanmasıdır Aksi halde ccediloumlzuumlmuumln yakınsamasın da sorunlar oluşabilir Opening
şartında ayrıca akışkan daha ccedilabuk toparlanır ve analiz daha kolaylaşır
Flow Direction komutunda normal sınır şartları belirlenir
Suumlreklilik şartı olarak da Fluid Mass Fluxrsquou seccedililir Bunun yanında sınır kontuumlruuml
iccedilin bağıl basınccedil ayarlarını seccedililir Aynı şekilde outlet iccedilin de aynı ayarlar yapılır
35
Domaine basılıp kapak kısımları ve motor kısımları seccedililir Bu dış kısımları duvar
olarak belirlenir ve duvar hareket edemeyeceğinden No Slip Wall seccedileneği olarak
belirtilir Duvarları suumlrtuumlnmesiz olduğu varsayılıyor
Fan ve kanatlar kısmında Boundry Type olarak Wall olarak belirleyip Frame type
gt rotating (doumlnuumlyor) belirtilir
Ccediloumlzuumlm metodu olarak RNG k-euro modeli kullanılır
Şekil 28 Setup Koşulların Belirlenmesi
334 Ccediloumlzuumlm - Sonuccedillar
Setup kısmını kapatılarak solution ekranı ccedilift tıklanarak ccedilıkan ekran da RUN seccedililerek
ccediloumlzme işlemi başlatılmış olur
Ccediloumlzme işlemi bittiğinde results kısmından sonuccedillar goumlruumlntuumllenebilir
36
Şekil 29 Akışın Youmlnelişi
Şekil 30 Debi Sonucu
37
34 YENİ FAN TASARIMI
341 Fan Tasarımı İccedilin Kabuller
Havanın sıkıştırılamaz olduğunu kabul edildi Havanın sıkıştırılmaz olduğu
varsayılarak yoğunluğu değişmez ve 12 kgm3 olarak kabul edilir
Ccediloumlzuumlmde suumlrtuumlnmeler ve ısı kayıpları ihmal edilir Ccediluumlnkuuml bu değerlerin
hesaplanması ccedilok uzun suumlreceği iccedilin ccediloumlzuumlm youmlntemi iccedilin ekonomik olmaz
Gerccedilekle arasında ccedilok buumlyuumlk bir fark olmayacağı varsayılmıştır
Verimi arttırmak iccedilin orijinal fanın analizinden elde edilen tork değeri duumlşuumlk
tutulmaya ccedilalışılmıştır
Motorun tek bir youmlne doumlneceği duumlşuumlnuumllmuumlştuumlr
342 Fan Tasarım Parametreleri
Bir fan tasarımında belli başlı kriterleri ele alabilmek iccedilin mevcut fan uumlzerinden
değerler bulundu
Tablo 7 Mevcut Fanın Oumlzellikleri
Devir Sayısı ( ddk) r hub (mm) rtip (mm)
1498 25 77
Radyal hız hesaplandığında w= 15687 radsn bulunmuştur r hub diye isimlendirilen
kısım fanın giriş accedilısı iccedilin gerekli olan kanadın başlangıcı ile milin merkezi arasındaki
uzaklıktır r tip ise fan kanadının bitiş noktası ile mil merkezi arasındaki uzaklığın
yarıccedilap cinsinden ifadesi olmaktadır
38
Fan kanat tasarımında oumlnemli olan w (accedilısal hız)hızının kanatlara ne kadar dik
gelebildiğidir Bu kanat hacmine ne kadar iyi bir şekilde gelirse akışkan o denli iyi
akabilir ve kanat profili oluşur
U_hub= w (radsn) x r hub
U_tip = w x r tip
Beta = arctan(vu)
A_inlet= (r tip 1000)sup2π ndash r hub 1000)sup2π
Verim= (Q x P) (TxW)
V (akışın mutlak hızı)= Debi Alan
Tablo 8 Sonuccedil olarak elde edilen değerler
r_h (mm) 25 r_t (mm) 77 r_h (mm) 50 r_t (mm) 80
U_h (ms) 3927 U_t (ms) 1209516 U_h (ms) 7854 U_t (ms) 125664
A_in (m^2) 0016663 A_out (m^2)0012252
V_in (ms) 2350516 V_out 3196702
beta_h 5909726 beta_t 7900249 beta_h 678529 beta_t 7572755
giriş ccedilıkış
Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları
Bu değerlere goumlre BladeGende yeni bir kanat profili oluşturulur
r tip
r hub
Şekil 31 Fan Kanatlarının Accedilısı
39
Şekil 32 BladeGen Kanat Profili
Oluşturduğumuz bu geometriye daha oumlnceki boumlluumlmde bahsedilen fana yapılan adımlar
uygulandı (Yeni oluşturulan fanın geometrik deseni ektedir)
40
3421 Geometri
Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi
3422 Sayısal Ağ Oluşturma
Şekil 34 Yeni Fan Tasarımının Sayısal Ağ Oluşturulması
41
3423 Ccediloumlzuumlm
Şekil 35 Tasarımı Yapılan Fanın Verimi
Accumulated Time Step sayısı iterasyonu goumlstermektedir Daha fazla yakınsama iccedilin
daha fazla koşturulabilir
42
Şekil 36 Tasarımı Yapılan Fanın Torku
43
3423 Sonuccedillar
Şekil 37 Akışın Youmlnelişi
Bu kısımda verimi arttırabilmek iccedilin tork azaltılmaya ccedilalışıldı Boumlylece kanatlara
harcanan toplam guumlccedil azaltılarak iyileştirmeler yapıldı
44
Kanadın iş yapan kısmını arttırarak orijinal fanda kanadın suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilapı
154 mm iken yeni fan da 160 mmrsquoye ccedilıkarıldı
Kanatlar daha eğimli ama daha eksenel bir forma getirildi
Bu motorda toplam guumlccedil iccedilin 60 watt olduğunda yaklaşık 6 wattrsquo lık guumlccedil fan iccedilin
harcanıyordu Fanın verimliliği ccedilok oumlnemli olduğu iccedilin debiyi sabit tutulmaya
torku da duumlşuumlruumllmeye ccedilalışıldı
Tablo 9 ANSYSrsquo de Elde Edilen Deneyler
tork(Nm) w(radsn) m(kgs)
Orijinal Fan 00393645 15687 0048168
Yeni Fan 00043869 15687 0032261
Goumlruumllduumlğuuml gibi tork buumlyuumlk oranda duumlşmuumlş ancak onunla birlikte debi de biraz
duumlşmuumlştuumlr
343 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanması
Motorun arka ve oumln kısımlarına sırt sırta fan bağlayarak havanın akışını hızlandırma
ve soğutmayı arttırma işlemi amaccedillandı Gerccedilek boyutlarda uygulamadan oumlnce fanı
motor şeklini verilen kısım da tek başına analiz yapıldı Verimli bir sonuccedil alabilmek
iccedilin ikili fan deneyi yapıldı
3431 Geometri
Şekil 38 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Geometrisi
45
3432 Sayısal Ağ Oluşturma
Şekil 39 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Sayısal Ağ
Oluşturulması
Yapılan analiz de goumlzlemlenen sonuccedillar şunlardır
Bir motorun etrafında sınırlayıcı bir alan olmadığı iccedilin sınır şartları olarak setup
kısmında yine havayı 1 atm basınccedil olarak alınır Eğer sınırlayıcı bir alan olsaydı
oluklardan hava akışı doğrudan motorun arka kısmına gelecekti Ccedilıkış noktasına ise
kapak yerleştirildi giriş noktasında atmosfer ccedilıkışı ise kapak olarak sınırlandı
3433 Kod Ccediloumlzuumlmuuml
Debi ndash 000064 mᵌ sn olarak ccedilıktı Motorun hava ccedilıkış kısmına fan bağlamanın verimli
olmadığı sonucuna varıldı Oumlnceden oluşturulan oluklardaki 1cmrsquolik aralıklarla
havanın geniş bir alana gitmesi ccedilok zordur Ve bu akışı goumlnderebilmek iccedilin fazladan
basınccedil uygulanması gerekir Bu sebepler debinin duumlşmesine sebep olmuştur
46
Şekil 40 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Ccediloumlzuumlmuuml
47
BOumlLUumlM 4 SONUCcedilLAR
Verim= (Alınan Guumlccedil Verilen Guumlccedil)= (∆P x Q) (T x ὠ)
A_inlet = (r_tip)2 1000 - (r_hub)21000
A_outlet =( U_h1000)2 - (U-t1000)2
U= ὠ x r
Fan hesaplarıdan debi değeri ve tork değeri duumlşmuumlştuumlr Aşağıda yeni fanımızın verimi
yukarıdaki formuumlllere goumlre excelde hesaplanmıştır
tork(Nm) w(radsn) ṁ(kgm^3) verim deltap (Pa)
Orijinal Fan 00393645 15687 00391 60152783 95
Yeni Fan 00043869 15687 0039167 54068744
Tabloda da goumlruumllduumlğuuml uumlzere eski fanın oumlzelliklerine bakılarak hız uumlccedilgeni youmlntemiyle
oluşturulan yeni fan 540 verimli ccedilıkmıştır
Motorun oumln kısmın koyduğumuz fanda ise dar oluklardan buumlyuumlk bir hacime giriş
yaptığı iccedilin tek youmlnluuml analizde kuumltlesel debi negatif değerde ccedilıkmıştır
(Kuumltlesel debi) ṁ=ƍ( oumlzkuumltle) x A(alan) x V( akışkan hızı)=kgsn ndash Formuluumlnden
dolayı verimin hesaplanmasına gerek yoktur
48
BOumlLUumlM 5 EKLER
EK1- MEVCUT FAN
EK2- YENİ FAN
49
KAYNAKCcedilA
Baykal R 2011 Asenkron Motorlar Uumlzerine Enerjiİ Verimliliği Uygulanması
Yayın Tarihi 15032011
Ccedilalışkan M 2014 Eksenel Akışlı Fan Tasarımı Yuumlksek Lisans İstanbul Teknik
Uumlniversitesi TUumlRKİYE
Moavani S 2015 Sonlu Elemanlar Analizi Teorisi ve Ansys ile Uygulamalar
İstanbul
Onaygil S 2006 Enerji Verimliliği Kanunun Tanıtımı Yuumlksek Lisans
URL1 lthttpdeneysancomContentimagesdocumentshavalandirma-
4_39143832pdfgt Erişim Tarihi 12032016
URL2 lt httpwwweiegovtrgt Erişim Tarihi 20042016
URL3 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi
12052016
URL4 ltwwwtuumlikgovtrgt Erişim Tarihi 14052016
URL5 ltwwwemoorgtrekler364734147179187_ekpdfgt Erişim Tarihi 16052016
URL6 ltwwwinverter-plcnetmotoryıldız_uumlccedilgen_bağlantıhtmlgt Erişim Tarihi
18052016
URL7 ltwwweiegovtreie-webturkceenMotor_Verimliligi_Brosurupdfgt Erişim
Tarihi 20052016
URL8 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi
07062016
URL9 ltwwwfigescomtransysansys-nedirphpgt Erişim Tarihi 09062016
50
OumlZGECcedilMİŞLER
Elif CcedilİCcedilEK
Eyluumll 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Duumlzce Anadolu İmamhatip Lisesinde
tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi İlahiyat Fakuumlltesirsquoni kazandı 2012 yılında
Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine
başladı Halen eğitimine devam etmektedir
İletişim
apsuvaelifhotmailcom
Nesrin ALTUNBOĞA
Ağustos 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Haydarpaşa Teknik Okulları Raylı
Sistemler Teknolojileri Boumlluumlmuumlnuuml tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi
Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Boumlluumlmuumlnuuml kazandı Halen eğitimine
devam etmektedir
İletişim
naltunbogagmailcom
Rumeysa ALGUumlL
Ekim 1992rsquo de Konyarsquoda doğdu Lise oumlğrenimini Lafarge Aslan Ccedilimento Anadolu
Teknik Lisesirsquonde 2010 yılında tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi Teknoloji
Fakuumlltesi Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliğini kazandı 2013 yılında Teknoloji
Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine başladı Halen eğitimine devam
etmektedir
İletişim
rumeysaalgulgmailcom
51
52
ix
Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi 40
Şekil 34 Yeni Fan Tasarımının Sayısal Ağ Oluşturulması 40
Şekil 35 Tasarımı Yapılan Fanın Verimi 41
Şekil 36 Tasarımı Yapılan Fanın Torku 42
Şekil 37 Akışın Youmlnelişi 43
Şekil 38 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Geometrisi 44
Şekil 39 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Sayısal Ağ
Oluşturulması 45
Şekil 40 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Ccediloumlzuumlmuuml 46
x
TABLO LİSTESİ
Tablo 1 Tuumlrkiyersquode Elektrik Motorlarının Sektoumlrlere Goumlre Tuumlketimi 3
Tablo 2 Elektrik Motorlarının Tuumlrlerine Goumlre Pazar Dağılımları 4
Tablo 3 IE4 ile IE1 arasındaki ortalama verim farkı 4
Tablo 4 Başlıca Uumllkelerin Verimlilik Sınıfı Uygulama Tarihleri 8
Tablo 5 Tuumlrkiyersquo de Zorunlu Uygulamaya Geccediliş Suumlreci 8
Tablo 6 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru 15
Tablo 7 Mevcut Fanın Oumlzellikleri 37
Tablo 8 Sonuccedil olarak elde edilen değerler 38
Tablo 9 ANSYSrsquo de Elde Edilen Deneyler 44
1
BOumlLUumlM 1 GİRİŞ
Fan en temel anlamıyla bir basınccedil farkı oluşturarak havanın bir yerden başka yere
akışını sağlayan cihazlardır Fanlar ticari ve enduumlstri hayattın da birccedilok uygulamalarda
kullanılmaktadır Farklı boyutlarda farklı modeldeki fanlar (eksenel radyal vb)
soğutucular bilgisayarlar yıkayıcılar kurutucular ve klimalar gibi ccedileşitli sistemlerde
hava sirkuumllasyonunu sağlamak amacıyla kullanılmaktadır Yaygın olarak iki farklı
ccedileşidi kullanılmaktadır Bunlar eksenel ve radyal fanlardır Radyal akışlı fanlar
akışkanı doumlnme eksenine dik şekilde atarlarken eksenel akışlı fanlar ise doumlnme
eksenine paralel akış oluşturmaktadırlar (Ccedilalışkan 2014) Ccedilalıştıkları koşulda basınccedil
farkı oluşturmaktadırlar Fanların tahrik sistemlerinde genellikle elektrik motorları
kullanılmaktadır Fanlar sanayide ve ticari binalarda oumlnemli oranda elektrik tuumlketen
cihazlardır Halen Tuumlrkiyersquode sanayide eski teknoloji uumlruumlnuuml ve verimleri yuumlksek
olmayan ccedilok sayıda fan bulunmaktadır Bu nedenle enerji verimliliğinin artırılmasında
fanların ve fan sistemlerinin verimliliklerinin artırılmasının katkısı olacaktır (URL1)
11 CcedilALIŞMA KONUSUNUN TANIMI
Sincap kafesli asenkron motorlarının verimliliğini arttırma yolları incelenmiştir Bu
proje konusunda soğutma uumlzerine yoğunlaşarak fan tasarımı yapılmıştır Bir elektrik
motorun da fan 10rsquoluk guumlccedil harcadığı iccedilin fan tasarımın da kanat sayısını azaltarak
optimizasyon yapılmıştır Fan tasarımı iccedilin Ansys programını kullanarak kanatlardaki
torku azaltmaya youmlnelik ccedilalışmalar yapılmıştır Tasarımda ilk adım olarak temel hız
uumlccedilgenlerinden yararlanılarak gerccedileğe yakın olacak şekilde sonuccedillar oluşturulmuştur
Sonuccedilların uygunluğu doğrultusunda ccediloumlzuumlm iccedilin gerekli kontrol hacimleri kaba ve
nitelikli ağ oumlrguumlsuuml şeklinde oluşturularak analizler gerccedilekleştirilmiştir
Uumlccedil boyutlu hesaplamalı akışkanlar dinamiği analizi uygulanarak gerccedileğe daha yakın
bir model simulasyonu oluşturulmuş ve uumlccedil boyutta etkileri inceleme olanağı
sağlanmıştır Tasarım sırasında hız uumlccedilgenlerinden yararlanılarak yapılan fan
tasarımının ccediloumlzuumlmuumlnde hızlı sonuccedil alınması ve ccedilok fazla iterasyona olanak sağlayan
turbomakina yazılımı kullanılmıştır Akışkan hareketini youmlneten denklemlerin
2
ccediloumlzuumlmuumlnde kullanılan sonlu hacimler programı iccedilin gerekli ağ oumlrguumlsuumlnuumln de hızlı bir
şekilde kullanımı iccedilin turbomakina yazılımından faydalanılmış ve zaman olarak
ccedilalışmaya oumlnemli oumllccediluumlde katkısı olmuştur
12 CcedilALIŞMA KONUSUNUN AMACI
Bahsi geccedilen ccedilalışma konusunda fan tasarımın da enerjinin verimli kullanılması seccedilim
imalat ve işletme suumlreccedillerinin optimum olması sağlanmış Fan tasarımında fanın
ccedilalıştırılacağı sistem projelendirilip yapılırken dikkat edilmelidir Ccediluumlnkuuml fanlar yatırım
maliyetlerinden daha fazla enerji tuumlketmektedirler Bu nokta da elektrik motorlarında
verimi arttırıcı oumlnlemler alınarak elektrik tuumlketimi konusunda tasarruf planlarında
buumlyuumlk katkı sağlanması hedeflenmiştir
13 ELEKTRİK MOTORU
Elektrik enerjisini mekanik enerjiye ccedileviren makinedir Her elektrik motoru biri sabit
(stator) ve diğeri kendi ccedilevresinde doumlnen (rotor) iki ana parccediladan oluşur Bu ana
parccedilalar elektrik akımını ileten (sargılar vb) manyetik akıyı ileten parccedilalar ve
konstruumlksiyon parccedilaları (yataklar vb) olmak uumlzere tekrar kısımlara ayrılır (URL2)
111 Elektrik Motorlarının Sınıflandırılması
Şekil 1 Elektrik Motorlarının Sınıflandırılması
Elektrik Motoru
Doğru Akım
DC Motor
Alternatif Akım
AC Motor
Senkron Motor Asenkron Motor
3 Fazlı Asenkron
Motor
Tek Fazlı Asenkron
Motor
3
14 TUumlRKİYErsquo DE VE DUumlNYArsquo DA ELEKTRİK MOTORLARININ ENERJİ
TUumlKETİMİ
Enerjide arz guumlvenliğinin sanayide sanayide suumlrduumlrebilirliğinin ve buumlyuumlmenin ise
kalkınmada oldukccedila oumlnem taşıdığı guumlnuumlmuumlzde saklı enerji kaynağı sayılabilecek olan
verimlilik hususu belirtilmektedir TUumlİK verilerine goumlre Tuumlrkiye elektrik enerjisinin
2013 yılı itibariyle 471rsquoi sanayi sektoumlruumlnde tuumlketilmektedir Sanayide kullanılan
elektrik motorları ise bu sektoumlrde tuumlketilen elektrik enerjisinin 70rsquo ini teşkil
etmektedir Sanayinin buumlyuumlmesi son yıllardaki ARGE ccedilalışmalarının ilerlemesi ve
otomasyon sistemleri ile daha yoğun teknoloji ile Tuumlrkiye piyasasına 1 milyon elektrik
motoru arz edilmektedir Tuumlrkiyersquode de Bilim Sanayi ve Teknoloji Bakanlığı (BSTB)
tarafından AB mevzuatı ile uyumlu hale getirilen yerel mevzuat soumlz konusu elektrik
motorları iccedilin enerji verimlilik endeksini ve beyanını ve bulunması gereken en duumlşuumlk
seviyeyi zorunlu kılmaktadır ve ccedilalışmalar yapılmaktadır Bunun sonucunda
Tuumlrkiyersquode kullanılan elektrik motorları uumlzerinde sektoumlrel ve sınıfsal accedilıdan enerji
tuumlketimi irdelenmektedir Yapılan bu ccedilalışmalar ile duumlşuumlk verimli elektrik motorlarının
yuumlksek verimli elektrik motorları ile değiştirilmesi yoluyla Tuumlrkiyersquode yaklaşık yılda
2500 GWhrsquo lik enerji tasarrufu edildiği goumlruumllmuumlştuumlr (URL4)
2013 yılı TUumlİK verilerine goumlre Tuumlrkiyersquode toplam 198045 GWh Elektrik Enerjisi
tuumlketilmiştir Tuumlketilen bu enerjinin 93280 GWh kadarı sanayide tuumlketilmiştir
Tablo 1 Tuumlrkiyersquode Elektrik Motorlarının Sektoumlrlere Goumlre Tuumlketimi
Sektoumlr Elektrik Motorların Sektoumlrel
Tuumlketimi TWhYıl
Sektoumlruumln Toplam Enerji
Tuumlketimi TWhYıl
Sanayi 46 68
Ticaret 14 20
Mesken 8 35
Diğer 1 20
Toplam 69 144
4
Enerji verimliliği ccedilalışmalarında elektrik motorlarının kullanımlarının sektoumlrel
dağılımlarının yanı sıra motorların sınıflandırılması da oldukccedila oumlnemlidir
Duumlnyada 2 23 milyar elektrik motorlarının bulunduğu tahmin edilmektedir Ancak bu
motorların 2 milyar kadar adedi 075 kW guumlcuumln altındadır ve enerji tuumlketiminin 9 u
kadarını karşılar 075- 375 kW aralığında kalan motorlar ise elektrik motorlarının 11
ini oluştururken enerji tuumlketiminin 68 kadarını oluşturur 375 kW guumlccedil uumlstuumlndeki
motorlar elektrik motorlarının 1rsquoini oluştururken enerji tuumlketiminin 23rsquouumlnuuml
karşılar
Tablo 2 Elektrik Motorlarının Tuumlrlerine Goumlre Pazar Dağılımları
TİPİ le 750
W
075 - 375
kW
gt 375
kW
DC Motor Ve
Generatoumlrler
56 21 5
AC Tek Fazlı
Motorlar
29 30 -
AC Uumlccedil Fazlı
Motorlar
5 49 95
Diğer 10 - -
Tuumlrkiyersquo de elektrik enerjisinin 471rsquo i sanayide sanayide tuumlketilen elektrik
enerjisinin 67rsquosi motorlarda motorlarda tuumlketilen elektrik enerjisinin 91rsquoi 075-
1000 kW guumlccedil aralığındaki motorlarda tuumlketilmekte ve bu motorların 87rsquosinin
asenkron motorlar olduğu soumlylenebilir
IE4 ile IE1 standartları arasındaki fark buumlyuumlktuumlr 90 kW ve uumlstuumlnde ortalama fark
yaklaşık 3 seviyesindedir 075 ile 75 kW arasında ortalama verim farkı yaklaşık
10 75 ile 90 kW aralığında ise ortalama verim farkı 5 seviyesindedir
Tablo 3 IE4 ile IE1 arasındaki ortalama verim farkı
Guumlccedil Aralığı Ortalama IE1 - IE4 verim
Farkı ()
012-075 kW 17
075-75 kW 10
75-90 kW 5
90-1000 kW 3
5
15 ELEKTRİK MOTORLARINDA VERİMİN OumlNEMİ VE VERİM
SINIFLARI
Uumlretilen toplam elektriğin yaklaşık yarısı sanayi sektoumlruumlnde kullanılan elektriğin ise
yaklaşık uumlccedilte ikisi motorlar tarafından tuumlketilmektedir Bu da sanayide yuumlksek verimli
motor kullanımının enerji maliyetinin duumlşuumlruumllmesinde ne kadar oumlnemli olduğunu
goumlsterir Yuumlksek verimli motorların kullanımı aynı zamanda sera gazları salınımında
ciddi azalmalara sebep olmakta ve enerjide dışa bağımlılığın azaltılmasına katkı
yapmaktadır (URL7)
Şekil 2 Sanayide Kullanılan Elektrik Motorlarının Kullanım Yerleri
Elektrik motorlarının duumlnyadaki kullanımına bakarsak binalarda kullanılan elektriğin
36rsquosı enduumlstri ve altyapıda ise 70rsquoi elektrik motorları tarafından tuumlketilmektedir
Asenkron elektrik motorları uumllkemizin toplam elektrik tuumlketiminin yaklaşık 36rsquosını
oluşturmaktadır Hatta sanayide sektoumlrel bazda bu oran 80rsquolere kadar ccedilıkmaktadır
Bu sebeple elektrik motorlarında verimi arttırıcı oumlnlemler uumllkemizin elektrik tuumlketimi
konusundaki tasarruf planlarına buumlyuumlk katkı sağlayacaktır Satın alma maliyeti
ortalama motor oumlmruuml boyunca toplam maliyetin 2rsquolik kısmına denk gelmektedir
Tek bir motor sarımının maliyeti toplam tutarın 1rsquoini oluşturmaktadır Elektrik
motorunun kullanım oumlmruuml boyunca tuumlkettiği elektrik enerjisinin maliyeti ise toplam
maliyetin 97rsquosine tekabuumll etmektedir (URL2)
42
7
22
29
DİĞER KOMP FAN POMPA
6
Şekil 3 Talep Tarafında Elektrik Kullanımı
VERİMİN OumlNEMİ
Asenkron motorlarda ccedileşitli verimlilik sınıfları mevcuttur Avrupa Elektrik Makineleri
Uumlreticileri Komitesi (CEMEP) ve Avrupa Komisyonunun 28 Haziran 1999 tarihli
deklarasyonu motorları verim sınıflarına goumlre ayırmıştır Yuumlksek Verimli motorlar
(EFF1) verimi iyileştirilmiş motorlar (EFF2) ve duumlşuumlk verimli motorlar (EFF3)
CEMEP‟ in bu deklarasyonunu takiben motor uumlreticileri ile yaptığı goumlnuumllluuml anlaşmalar
ile duumlşuumlk verimli motor (EFF3) uumlretimini kısıtlama yoluna gitmiştir Bunun yanı sıra
Duumlnyada artan enerji talebi ile birlikte birccedilok uumllke goumlnuumllluuml ya da zorunlu olarak daha
yuumlksek verimli motor kullanımını sağlamaya ccedilalışmıştır (Onaygil 2006)
Verimlilik sınıflarına 2008 yılında yenilik getirilmiştir Bu yenilik IEC( Uluslararası
Elektronik Komisyonu) tarafından yayımlanmıştır CENELEC tarafından da 2009
yılında Avrupa normu haline gelmiştir 2010 yılında da TSE tarafından kabul
edilmiştir Bu yenilik verimlilik sınıflarına getirilen IE1 IE2 IE3 IE4 şeklinde olan
tanımlamalardır Bu tanımlamalarda IE1= EFF2 olup IE2=EFF1rsquo in karşılığıdır
IE1= STANDART VERİMLİ
IE2= YUumlKSEK VERİMLİ
IE3=CcedilOK YUumlKSEK VERİMLİ
IE4=SUumlPER YUumlKSEK CcedilOK VERİMLİ
Şeklinde sınıflandırılmıştır
AYDINLATMA19
DİĞER ELEKTRİK MOTORLARI
4
ASENKRON MOTORLAR
36
DİĞER3
ELEKTRONİK ALETLER
8
ISITMA15
EV GERECcedilLERİ15
7
2014 yılında TS- EN 60034-30 standardı doğrudan şebekeden beslenen motorlar ve değişken
hız suumlruumlcuumlluuml motorlar olmak uumlzere iki kısma ayrılmıştır Şebeke tarafından doğrudan beslenen
motorlar iccedilin verimlilik sınıflarını tayin eden başka bir standart koyulmuştur TS-EN 60034-
30-1 standardıdır Bu standart faklı olarak 012- 1000 kW guumlccedil aralığını kapsamakta ve IE4
verimlilik sınıfını da tanıtmaktadır Ayrıca 8 kutuplu motorlar da bu kapsama alınmıştır
Henuumlz TS- EN 60034- 30- 2 sınıfı yayınlanmamıştır
Şekil 4 TS-EN 60034-30-1 Standardına Goumlre Verimlilik Sınıfları
151 Mevzuat
Elektrik motorları hususunda ilk yasal duumlzenleme Avrupa Birliğinin Elektrik Motorları
ile İlgili Ccedilevreye Duyarlı Tasarım Gereklerine Dair EC6402009 sayılı tuumlzuumlğuumlduumlr
Beraberinde 4703 sayılı Uumlruumlnlere İlişkin Teknik Mevzuatın Hazırlanması ve
Uygulanmasına Dair Kanunun 14 uumlncuuml maddesine dayanılarak hazırlanan Enerji ile
İlgili Uumlruumlnlerin Ccedilevreye Duyarlı Tasarımına İlişkin Youmlnetmelik 2010 yılında
yuumlruumlrluumlğe girmiştir Daha sonra 2012 yılında EC6402009 referans alınarak
hazırlanan ve uyumlaştırılan SGM- 20122 Elektrik Motorları İle İlgili Ccedilevreye
Duyarlı Tasarım Gereklerine Dair Tebliğ yayımlanarak ulusal mevzuata
kazandırılmıştır
Bu tebliğ ile 2 4 6 kutuplu anma gerilimi en fazla 100 (UN) en fazla 1000 V olan
anma ccedilıkış guumlcuuml (PN) 075 kW ile 375 kW arasında olan ve suumlrekli ccedilalışacak şekilde
100
90
80
70 012 24 48 960
IE1 IE2 IE3 IE4
8
tasarlanmış tek hızlı 3 fazlı 50 Hz veya 5060 Hz sincap kafesli enduumlksiyon motorları
denetim kapsama alınmış bulunmaktadır
Bu tebliğde oumlnemli bir diğer husus ise uygulamaya youmlnelik olan zorunluluklardır
Onlar şunlardır IE1 sınıfı verimlilikte olan motorların piyasaya arz edilmesinin
yasaklanması ve diğer verimlilik sınıfına geccediliş suumlrecinin tanımlanmasıdır
Tablo 4 Başlıca Uumllkelerin Verimlilik Sınıfı Uygulama Tarihleri
BOumlLGE IE1 IE2 IE3
ABD - 1998 2011
AB - 2011 2015
PRC 2000 2011 2015
TUumlRKİYE - 2012 2015
Bunun dışında 01012015 tarihinden itibaren anma ccedilıkış guumlcuuml 75 kW ile 375 kW
arasında olan motorların veriminin IE3 verim seviyesinden duumlşuumlk olmayacağını veya
piyasaya arz edilen motorların IE2 verim seviyesini karşılayacak ve değişken hızlı
tahrikle teccedilhiz edilmesi gerektiğini bildirmektedir (URL5)
Tablo 5 Tuumlrkiyersquo de Zorunlu Uygulamaya Geccediliş Suumlreci
Sınıfı Zorunlu Yuumlruumlrluumlk
Tarihi
Accedilıklama (İstisnalar)
IE1 02042012 2 Nisan 2012 tarihinden itibaren piyasaya suumlruumllmesi
yasaklanmıştır
IE2 02042012 01012015 tarihine kadar kullanılabilecektir
IE3 01012015 Değişken hızlı tahrikle teccedilhiz edilmesi halinde IE2 verim
seviyesi kullanılabilecek (75 kW - 375 kW)
IE3 01012017 Değişken hızlı tahrikle teccedilhiz edilmesi halinde IE2 verim
seviyesi kullanılabilecek (075 kW - 375 kW)
9
16 MOTOR VERİMİNİ ETKİLEYEN FAKTOumlRLER
161 Verim
Bir elektrik motorunun bağlı bulunduğu şebekeden ccedilektiği enerjinin tamamı mekanik
enerjiye doumlnuumlşmez Elektrik motorunun milinden aldığı faydalı guumlccedil şebekeden ccedilektiği
guumlccedilten kayıp guumlccedillerin ccedilıkmış halidir
Asenkron motorun şebekeden ccedilektiği guumlcuumln yuumlzde kaccedilının motorun milinden mekanik
guumlccedil olarak alındığını verim goumlsterir
Verim= ((Alınan G ) (Verilen Guumlccedil))x100
ή= (PaPv)x100
Verilen guumlccedil ile alınan guumlccedil arasındaki fark toplam kayıplardır Asenkron motorlarda
kayıplar stator demir kaybı stator ve rotor bakır kayıpları ile rotorun suumlrtuumlnme ve
ruumlzgacircr kaybından ibarettir
DEMİR
KAYIPLARI
GOumlVDE
STATOR
DİRENCİ
ROTOR
DİRENCİ
RUumlZGAR
SUumlRTUumlNME
DİRENCİ
EK
KAYIPLA
Şekil 5 Motor Verimini Etkileyen Faktoumlrler
10
162 Kayıplar
Demir Kayıpları
Bakır Kayıpları
Suumlrtuumlnme Kayıpları
1621 Demir Kayıpları
Demir kayıpları stator ve rotor saccedillarında meydana gelen histerezis ve fuko
kayıplarıdır Bu kayıplar frekans ve manyetik enduumlksiyon ile oranlıdır
Stator demir kayıpları stator frekansı sabit olduğuna goumlre değişmemektedir Yalnız
rotor demir kayıpları rotor frekansı ile değişir Ancak boş ve yuumlkluuml ccedilalışmada rotor
frekansı ccedilok kuumlccediluumlktuumlr Bu sebeple rotor demir kayıpları ccedilok kuumlccediluumlk olur ve ihmal
edilebilir 0 halde bir asenkron motorun demir kayıpları stator demir kayıplarına
eşittir denebilir Stator frekansı sabit olduğundan demir kayıpları da buumltuumln yuumlkler iccedilin
sabittir
1622 Bakır Kayıpları
Asenkron motorlarda stator ve rotor omik direnccedillerinden dolayı I12R1 ve I2
2R2
değerinde bakır kayıpları meydana gelir Bakır kayıpları sargı direnccedilleri sabit
olduğuna goumlre yuumlk akımları I1 ve I2 lsquonin karesi ile değişir Şu halde bu kayıplar
yuumlkle değişen kayıplardır
Rotor ve stator bakır kayıplarını bulabilmek iccedilin akım ve direnccedillerin bilinmesi gerekir
Genel olarak bakır kayıpları motorun kısa devre deneyinden tuumlm olarak hesaplanır
1623 Ruumlzgar ve Suumlrtuumlnme Kayıpları
Asenkron motorlarda suumlrtuumlnme ve ruumlzgacircr kayıpları devir sayısı ile biraz değişirse
de bu değişim ccedilok az olduğu iccedilin sabit kabul edilebilir Suumlrtuumlnme ve ruumlzgacircr
kayıpları boş ccedilalışma deneyinde demir kayıpları ile birlikte bulunur Demir
kayıpları ile ruumlzgacircr ve suumlrtuumlnme kayıplarına sabit kayıplar denir
11
BOumlLUumlM 2 MATERYAL VE YOumlNTEM
21 ASENKRON MOTORLAR
Asenkron motorlar başlıca iki kısımdan oluşur
Hareket etmeyen kısım Stator
Doumlnme hareketi yapan kısım Rotor
Asenkron makineler motor olarak stator sargıları ile aldığı elektrik enerjisini
rotorundan doumlnme hareketi yaparak mekanik enerjiye ccedileviren ve generatoumlr olarak
rotorundan aldığı doumlnme hareketi mekanik enerjisini bazı koşullar altında stator
sargılarında elektrik enerjisine ccedileviren elektromekanik makinelerdir
Motor olarak birkaccedil Wattrsquotan 300 MW guumlcuumlne kadar uumlretilmektedir Generatoumlr olarak
az kullanılmakla beraber son zamanlarda ruumlzgacircr enerjisinden elektrik enerjisi elde
etmek amacı ile ruumlzgacircr tuumlrbini ile birlikte ccedilalışmaktadırlar
Stator sargı gerilimleri alccedilak gerilim 220Vdan orta gerilim 22kVa kadar
değişmektedir Doumlnme sayıları sabit değildir fakat doumlnme sayısı yuumlkle az değişir
Doumlnen diğer elektrik makinelerine kıyasla daha sağlam daha az bakım isteyen ve daha
ucuz makinelerdir Son yıllarda yarı iletken guumlccedil elektroniğindeki teknolojik
gelişmeler ile asenkron makinelerin kontroluuml kolayca yapılabilmektedir (Baykal
2011)
Şekil 6 Kuumlccediluumlk Guumlccedilluuml Uumlccedil fazlı Sincap Kafesli Asenkron Motorun Kesiti
12
22 ASENKRON MAKİNALARIN YAPISI
Asenkron makineler başlıca iki kısımdan oluşmaktadır Bunlar
Stator
Rotor
Şekil 7 Stator Saccedil Paketini Oluşturulmuş Farklı Tipte Statorlar
221 Stator
Stator Asenkron motorun duran kısmıdır 04 - 05 veya 08 mm kalınlığında silisyumlu
saccedillar oumlzel kalıplarla preste basılır ve paketlenir Stator saccedilları paketlenince uumlccedil fazlı
sargıların yerleştirileceği stator nuumlvesi elde edilir Bu nuumlve stator goumlvdesinin iccediline
sıkıca yerleştirilir Goumlvdeye motorun ayakları monte edilir Goumlvdeye motor kapaklan
takılır motor kapaklan ortalarındaki bilyeli yataklar statorun ortasında doumlnecek olan
rotora yataklık ederler
1Halkalı Duumlzen Kuumlccediluumlk ve orta guumlccedilteki makinelerde uygulanan bu konstruumlksiyon
şeklinde saccedil paket ya karkas dışında istiflenerek uzun saplamalarla kendi uumlzerine
sıkılır yada saccedil levhalar karkas iccedilinde istiflenir
2 Segmanlı Duumlzen Bu duumlzende saccedil paketi daima karkas tarafından gergin durumda
tutulur Segmanlı duumlzende saccedil paketi rijitli halkalı duumlzendekine oranla da az
olduğundan burada seccedililecek olan karkasın daha kuvvetli olması gerekir (Baykal
2011)
13
222 Rotor
Rotor Asenkron motorun doumlnen kısmıdır ve rotor saccedil paketi ile rotor sargılarından
oluşur Rotor saccedil paketi 05 mm‟lik silisyumlu saccedillardan yapılır Saccedilların yuumlzeyleri
ccedilok ince bir film tabakası ile yalıtılmıştır Saccedillar oumlzel kalıplarda pres altında oluk
dişler ve sıkıştırma cıvata delikleri oluşacak şekilde saccedil şeritlerden kesilerek ccedilıkartılır
Saccedillar bir araya getirilerek pres altında sıkıştırılır ve cıvatalarla bu halde kalması
sağlanır
Diğer doumlnen elektrik makinelerine goumlre stator ile rotor arasında kalan hava aralığı ccedilok
kuumlccediluumlktuumlr Motorun guumlcuumlne goumlre hava aralığının radyal boyu 05 - 1 - 3 mm kadar
olabilir Boumlylesine kuumlccediluumlk bir hava aralığı boşta ccedilalışma akımını kuumlccediluumlk tutmak iccedilin
yapılır Rotor olukları motorun elektrik karakteristiklerini etkileyen değişik biccedilimlerde
yapılır Rotor oluklarına rotor sargıları yerleştirilir
Şekil 8 Rotor Saccedil Paketini Oluşturan Değişik Rotor Saccedilları
Rotor sargıları uumlccedil fazlı olarak ya da sincap kafesli olarak yapılır Rotoru sargılı olan
ve sargı uccedilları doumlnen bilezik-sabit fırccedila ile dışarı ccedilıkartılan motorlara bilezikli asenkron
motor denir Sincap kafesli motorlarda rotor oluklarına bakır ccedilubuklar yerleştirilir Bu
ccedilubuklar her iki baştan dairesel halkalarla kısa devre edilerek sincap kafesine
benzeyen kendi uumlzerine kapatılmış bir sargı elde edilir Sincap kafesli motor sargısı
oumlzel kalıplarla rotor oyuklarına basınccedil altında aluumlminyum puumlskuumlrtuumllerek uumlretilir
Boumlylece uumlretilen rotor sincap kafesi aluumlminyumdan yapılmış olur
Sincap kafesli asenkron motorun rotorundan hiccedilbir uccedil ccedilıkmadığı iccedilin bu motorun
kontroluuml sadece statordaki elektrik uccedillarından yapılabilmektedir Oysa bilezikli
asenkron motorun rotor sargı uccedilları bilezik ve fırccedila sistemi ile dışarı ccedilıkarıldığından
14
bu motorun kontroluuml hem stator sargı uccedillarından ve hem de rotor sargı uccedillarından
yapılabilmektedir
Sincap kafesli motorun rotor sargısı buumlyuumlk motorlarda bakır ccedilubukların rotor
oluklarına yerleştirilmesi ve iki baştan kısa devre elde edilmesi ile oluşturulur Kuumlccediluumlk
motorlarda rotorun sincap kafesi aluumlminyum puumlskuumlrtme ve kalıplarla elde edilir
Rotoru sincap kafesli bir motorun sincap kafesi değişik biccedilimde oluklara yerleştirilir
Motorun oumlzellikle moment karakteristiğine istenilen oumlzelliği vermek iccedilin rotorda derin
oluklar ve ccedilift oluk kullanılır Birinci motora derin oluklu ya da derin ccedilubuklu motor
ve diğerine de ccedilift kafesli motor denir (Baykal 2011)
23 ASENKRON MOTORLARIN CcedilALIŞMA İLKESİ
Asenkron makinenin ccedilalıŞma ilkesi bir doumlner alanın varlığına dayanır Doumlner alan
senkron hız motor milinin hızı da rotor hızı olarak isimlendirilir Kayma da bu iki
hızın arasındaki fark olarak ifade edilmektedir
231 Doumlner Alan
Bir N-S mıknatısı ya da uumlzerinden akım geccedilen bir bobinin magnetik alanı N kutbundan
ccedilıkar ve S kutbuna girer Daimi mıknatıs ve doğru akım taşıyan bobinin manyetik
alanları mıknatıs ve bobin dışarıdan bir bobinle doumlnduumlruumlluumlrse bunların alanları da
beraber doumlner İşte bir mıknatısın doumlnduumlruumllmesi ile elde edilen alana doumlner alan denir
Uumlccedil fazlı asenkron motorun (enduumlksiyon motorun) statoruna birbirinden 120rsquoşer derece
faz farklı 3 faz sargısı yerleştirilmiştir En basit statorda her biri bir faza ait olmak
uumlzere 3 tane bobin bulunur Bir motor en az iki kutuplu olarak sarılabilir (Baykal
2011)
Şekil 9 Uumlccedil Faz bobininin 6 Oluklu Statora Yerleştirilişi
15
232 Senkron Hız
N-S kutuplarının saat ibresi youmlnuumlnde doumlnduumlğuuml goumlruumlluumlr uumlccedil fazlı alternatif akımdaki bir
periyotluk değişme N-S kutuplarının bir devir yapmasına sebep olur Alternatif akımın
frekansı 50 Hz ise saniyede 50 periyotluk bir değişme yapar Dolayısıyla statordaki
faz bobinlerinin meydana getirdiği N-S kutupları da saniyede 50 devirle doumlner Bu
dakikada 3000 devir eder Ccedilok fazlı bir stator sargısından aynı faz sayısında ccedilok fazlı
bir akım geccedilerse hava aralığında sabit genlikli bir doumlner alan oluşur Bu doumlner alanın
duran statora goumlre ns (n1) devir hızı şebeke frekansına doğru stator sargısının p ccedilift
kutup sayısına ters orantılıdır
1198991 = 601198911
119901
Senkron hız da denen doumlner alan hızı kutup sayısına goumlre buumlyuumlk basamaklar yaparak
değişir Asenkron motorlar ancak belli senkron hızlar iccedilin yapılabilir En fazla
kullanılan senkron hızlar 2 4 6 ve 8 kutup sayılarına ait olanlardır (Baykal 2011)
Tablo 6 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru
P
(Kutup Sayısı)
50 Hz 60 Hz
n1min-1 n1s-1 n1min-1 n1s-1
2 3000 50 3600 60
4 1500 25 1800 30
6 1000 1667 1200 20
8 750 125 900 15
16
233 Kayma
Senkron makine dışında buumltuumln diğer ccedilalışma tuumlrlerinde asenkron makinenin
ccedilalışabilmesi iccedilin rotor hızının doumlner alan hızından farklı olması gerekir Doumlner alanın
rotor uumlzerinden geccedilme hızına yani doumlner alan ile rotor hızı arasındaki cebirsel farka
kayma hızı n2 ve bu hızın doumlner alan hızına oranına kayma s denir Bu tanıma
dayanarak kayma devir hızına goumlre veya devir hızı kaymaya goumlre ifade edilebilir
n2 = n1 ndash n n = n1(1-s) 119904 = 1198992
1198991 =
1198991minus119899
1198991
Kayma oranlanmış bir buumlyuumlkluumlktuumlr ve ccediloğunlukla olarak ifade edilir Pozitif negatif
veya sıfır olabilir Oranlanmış rotor hızı n nı ile toplamı daima 1rsquoe eşittir Teorisel
olarak ndash infin ve +infin arasında değişebilir Durmada n = 0 ve s =1 dir Senkron ccedilalışmada
n = n1 ve s = 0 dır Bu iki sınır değer arasında asenkron makine motor olarak ccedilalışır
ve kayması daima pozitiftir Anma ccedilalışmasındaki değeri yuumlzde birkaccedil olup artan
anma guumlcuuml ile azalır ve kuumlccediluumlk guumlccedillerde yaklaşık 10 dan buumlyuumlk guumlccedillerde 1 in altına
duumlşer
Rotor doumlner alana goumlre ters youmlnde doumlnduumlğuumlnde elde edilen fren ccedilalışmada devir hızı
negatif ve kayma 1 den buumlyuumlktuumlr Rotor hızı doumlner alan hızını geccedilerse yani ngtn1 ise
kayma negatif olur (s lt 0) ve makine generatoumlr olarak ccedilalışmaya başlar (Baykal 2011)
Şekil 10 Standart Asenkron Motorların Anma Kayması ve Verimi
17
24 ASENKRON MOTOR CcedilEŞİTLERİ
Asenkron motorlar rotor yapılarına goumlre ikiye ayrılır
Sincap kafesli (Kısa devre rotorlu) Asenkron Motorlar
Bilezikli (Sargılı rotorlu) Asenkron Motorlar
241 Uumlccedil Fazlı Kısa Devre (Sincap Kafesli ) Asenkron Motorlar
Uumlccedil fazlı sincap kafesli motorun yapılısı basittir Az bakıma ihtiyaccedil goumlsterir Bu tip
motorun oumllccediluumlleri aynı guumlccedilteki başka tip motorların oumllccediluumllerinden kuumlccediluumlktuumlr Değişik
yuumlklerdeki hız reguumllasyonu ccedilok iyidir Fiyatının ucuzluğu yapılışının sağlamlığı ve
istenilen ccedilalışma oumlzelliğine sahip oluşu yuumlzuumlnden bu tip motorlar sanayide ccedilok
kullanılır
Rotorlar accedilılmış oluklara basınccedil altında erimiş aluumlminyum puumlskuumlrtuumllerek doldurulur
Rotorun her iki başındaki kısa devre halkalar da aluumlminyumdandır Ayrıca bu halkalar
uumlzerine kanatlar da bırakılarak rotor işletmede vantilasyon suretiyle soğutulması
sağlanır 250 kW guumlcuumlne kadar kısa devre kafesleri aluumlminyumdan yapılmış asenkron
motorlar mevcuttur
Buumlyuumlk guumlccedil istenilen işletmelerde kısa devre kafesi yuumlksek dikdoumlrtgen şeklinde bakır
ccedilubuklardan ve bunları rotorun her iki başında kısa devre eden bakır halkalardan
yapılır Rotorda kaccedil adet oluk varsa rotorun faz sayısı buna eşittir
Kısa devre kafesli asenkron motorun yol alma oumlzellikleri iyi değildir Ancak basit ve
ucuz olmaları nedeni ile yaygın biccedilimde kullanılmaktadır Yol almasını kolaylaştırmak
iccedilin yuumlksek ccedilubuklu veya ccedilift kafesli olarak yapılırlar (Baykal 2011)
Şekil 11 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru
18
242 Bilezikli (Sargılı rotorlu) AC Motorlar
Birccedilok sanayi yuumlklerinde uumlccedil fazlı değişik hızlı motora ihtiyaccedil duyulduğu yerler iccedilin
bilezikli asenkron motorlar geliştirilmiştir Bilezikli asenkron motorlara sargılı rotorlu
AC motor da denilmektedir Bu tip motorun statoru ile sargının yerleştirilmesi sincap
kafesli motorun aynıdır Rotor ccedilelik saccedillardan yapılmış silindirik bir goumlbektir 120
derece aralıklı uumlccedil adet tek fazlı kalıp sargısını yerleştirmek iccedilin rotor uumlzerine oyuklar
accedilılmıştır izoleli rotor bobinleri stator kutup sayısına eşit kutup sayısı elde edecek
şekilde gruplandırılmıştır Uumlccedil tek fazlı rotor sargısı aralarında yıldız bağlanarak ccedilıkış
uccedilları rotor mili uumlzerindeki uumlccedil bileziğe bağlanmıştır Bileziklere temas eden fırccedila uccedilları
hız kontroloumlruuml ayarlayıcısına bağlanır Fırccedilalar taşıyıcılar uumlzerindeki yayların basıncı
ile bileziklere sıkıca temas eder Doğru akım makinelerinde olduğu gibi youmln
değiştirmeye luumlzum olmadığı iccedilin fırccedila taşıyıcıları uygun bir durumda sıkıca tespit
edilmiştir
Bilezikli asenkron motorun rotorunda aynı statorunda olduğu gibi uumlccedil fazlı alternatif
akım sargısı vardır Stator 10 Kw guumlce kadar tek tabakalı orta guumlccedillerde ise iki tabakalı
sargılı yapılırlar Rotor ise tam oluklu veya kesirli oluklu sargılı olabilir Rotor sargı
uccedillarının bir tarafı bileziklere bağlanır Diğer tarafı ise kısa devre edilerek uumlccedil fazlı
sargının yıldız noktasını oluşturur Bilezikler uumlzerindeki fırccedila sistemi ile rotor
alternatif gerilim kaynağından ayrıca beslenir (Baykal 2011)
25 Elektrik Motorlarına Yıldız-Uumlccedilgen Yol Verme
Kalkış akımını duumlşuumlrmede en ekonomik youmlntemdir Uumlccedil kontaktoumlr ile bir zaman
roumllesinden oluşan kontaktoumlr kombinasyonudur Bu youmlntemle yol verebilmek iccedilin
motorun uumlccedilgen bağlı ccedilalışma gerilimi şebeke gerilimine eşit olmalıdır Oumlrneğin
uumllkemizde şebeke gerilimi 380 Volt olduğuna goumlre yıldız-uumlccedilgen yol verilecek motorun
etiketinde D380 V veya D380VY660V yazılı olmalıdır Volt elektrik motorlarında 2
ve 4 kutuplularda 3 kW (dacirchil) 6 kutuplularda 22 kW(dacirchil) den daha buumlyuumlk guumlccedilluuml
motorlar bu oumlzelliktedir Yani 380 V şebekede uumlccedilgen bağlı ccedilalıştırılırlar
Motora yıldız-uumlccedilgen yol verildiğinde direkt yol vermeye goumlre şebekeden ccedilekeceği
akım 3 katı azalır Yıldız-uumlccedilgen yol vermede amaccedil motoru kalkış suumlresince yıldız
19
bağlı ccedilalıştırmak ve kalkışını tamamlayan motoru hemen normal bağlantısı olan uumlccedilgen
bağlı olarak ccedilalıştırmaktır
Motor kalkış sırasında yıldız bağlı ccedilalıştırıldığından motor sargılarına uygulanan
gerilim U radic3 değerine motorun şebekeden ccedilektiği akım ise 13 değerine duumlşer
Motorun sargılarına uygunalan gerilim azaldığından momenti oumlnemli oumllccediluumlde kuumlccediluumlluumlr
Yıldız-uumlccedilgen yol vermenin kusursuz olması iccedilin motorun yuumlk momentinin yıldız
bağlamadaki motor momentinden buumlyuumlk olmaması ve yıldız bağlamadaki suumlrenin
uygun olması gerekir Bu geccediliş suumlresi ccedilok oumlnemlidir Motor yıldız bağlantıda iken
anma devir sayısına ulaşıldığı anda uumlccedilgen bağlantıya geccedililmesi ve fazla aralık
verilmemesi gerekir
Boumlyle olursa yıldızdan uumlccedilgen bağlantıya geccedilişteki uumlccedilgen kontaktoumlruumlnuumln kapamama
akımı kuumlccediluumlk ve yıldızdan uumlccedilgene geccediliş darbesiz olur Aksi halde uumlccedilgen bağlantıya
geccedilişte akımda geccedilici artışlar goumlruumlluumlr Bunun sonucu kontaktoumlruumln kontakları ani
yuumlksek ısı nedeniyle kaynak olabilir
Bir şebekede uumlccedilgen bağlı ccedilalışacak motor aynı şebekede yıldız bağlı (Y) olarak
ccedilalıştırılabilir Ancak bu durumda motorun guumlcuuml ve momenti duumlşer Bu oumlzellikten
yararlanarak asenkron motorların kalkış anında ccedilektikleri fazla akımı azaltmak iccedilin
yıldız-uumlccedilgen yol verme uygulanması yapılabilir
Şebekede yıldız bağlı ccedilalıştırılması gereken motor yanlışlıkla uumlccedilgen bağlı ccedilalıştırılırsa
sargılarına radic3 katı buumlyuumlk gerilim uygulanmış olur Gerilimdeki artış oranı kadar sargı
akımı buumlyuumlyeceğinden motor aşırı akım ccedileker ve kısa suumlrede artacak ısı sonucu
sargılar yanar
Onun iccedilin yıldız bağlı ccedilalışması gereken motor kesinlikle aynı şebekede uumlccedilgen bağlı
ccedilalıştırılmaz (URL6)
20
Şekil 12 Motora yıldız-uumlccedilgen yol verme
Şekil 13 Stator Sargı Uccedillarının Uumlccedilgen (D) Ve Yıldızı (Y) Bağlanması
Şekil 14 Asenkron Motora Yol Verme
21
26 FANLAR
261 Genel Bilgiler
Fanlar hava veya benzeri gazları basınccedillandırarak belirli bir akış yolu iccedilinde hareket
etmesini sağlayan turbo makinelerdir İyi bir fan istenilen performansı yerine
getirirken verimi yuumlksek enerjiyi daha az tuumlketen muumlmkuumln olduğunca guumlruumlltuumlsuumlz
ccedilalışan ve maliyeti duumlşuumlk olan fandır Fanların tahrik sistemlerinde elektrik motorları
kullanılmaktadır (URL3)
262 Fan Ccedileşitleri
Fanlar aşağıdaki gibi sınıflandırılmaktadır
Eksenel (aksiyel) fanlar
Radyal (santrifuumlj) fanlar
Karışık akışlı (eksenel-radyal) fanlar
Ccedilatı tuumlruuml fanlar
Karşıt akımlı fanlar (blower)
Vorteks ya da rejeneratif fanlar
Diğerleri
Elektrik motorlarında radyal fanlar kullanılmaktadır (URL8)
Bu kısımda projemiz iccedilin incelediğimiz 3 ccedileşit fanı accedilıklayacağız
2621 Eksenel Fanlar
Havanın fan ccedilarkı ile aynı eksende youmln değiştirmeden hareket ettiği fanlardır Yuumlksek
hava debileri ve duumlşuumlk basınccedil sınıfına sahip sistemler iccedilin uygun fanlardır Şekil 15
rsquode oklar akış youmlnuumlnuuml (simetri eksenine paralel) goumlstermektedir
22
Şekil 15 Akışın Simetri Ekseninde Hareket Etmesi
2622 Karışık Akışlı (Radyal-Eksenel) Fanlar
Havanın kanatlar uumlzerinden emmesine goumlre yaklaşık 45deg accedilı yaparak hareket ettiği
fanlardır Radyal fanlara goumlre hava debisi daha yuumlksektir
Eksenel fanlardan daha yuumlksek basınca dayanabilir
Fan eğrisi uumlzerinde kararsız boumllge yoktur
Karşı basıncın duumlşuumlk olduğu boumllgelerde motor aşırı akım ccedilekmez
Eksenel ve radyal fanlara goumlre verimleri duumlşuumlktuumlr (URL6)
Şekil 16 Karışık Akışlı Fan Uygulamaları
23
2623 Radyal (Santrifuumlj) Fanlar
Havanın fan ccedilarkını emmesine goumlre 90deg accedilı yaparak kanatlara teğet olarak terk ettiği
fanlardır
Radyal fanların avantajları aşağıdaki gibidir
Geniş bir uygulama aralığına sahiptir
Yuumlksek sıcaklık ve aşındırıcı ortam uygulamalarında kulanılır
Değişken akış direncine sahip yerlerde daha verimli ve daha sessiz ccedilalışma
olanakları vardır
Yapısal kararlılıkları yuumlksektir (URL6)
Radyal Duumlz Kanatlı Fanlar
Genellikle kendi kendini temizleme malzeme taşıma ve parccedilacık ve yağ yuumlkluuml havanın
uygun halde taşınması gibi durumlarda kullanılırlar ve bunun iccedilin duumlz kanatları vardır
Ccedilarkları basit bir yapıya sahiptir ve nispeten dar kanatları vardır
Elektrik motorlarında genellikle ccedilift youmlnluuml ccedilalışmaya uygun olması iccedilin radyal duumlz
kanat tipli bu fanlar seccedililiyor
Şekil 17 Radyal Duumlz Kanatlı Fanlara Oumlrnekler
24
BOumlLUumlM 3 BULGULAR VE TARTIŞMA
31 SONLU ELEMANLAR YOumlNTEMİ
Sonlu elemanlar youmlntemi muumlhendislik problemlerine kabul edilebilir yaklaşımlarla
ccediloumlzuumlm arayan sayısal youmlntemdir (Moavani 2015) Sonlu elemanlar youmlntemi diğer bir
ifade şekliyle fiziksel şeklin matematiksel ifadesidir Bu kurduğumuz siste sınırlara
ayırılabilen ve malzeme şartlarına uygun olan bir sistem olmalıdır
Sonlu eleman youmlntemindeki basamaklar
Yaklaşık Ccediloumlzuumlm Youmlntemi
Geometrik Şekil
Nod
Eleman
Mesh
Ayrıklaştırma
Şekil 18 Sonlu Eleman Modeli
Eleman
Nod
(Duumlğuumlm
noktaları)
25
Sonlu elemanlar youmlntemi matematik ve fizik biliminin buumltuumln alanlarında kullanılır
Gerilme Analizi
Akışkanlar Mekaniği
Isı İletimi
Dalga Yayılımı
Darbe Analizi
Aerodinamik vb alanlardır
Sonlu elemanlar youmlntemini kullanırken oumlncelikle şu soruların cevaplarını bulmalıyız
Dizayn amacımız nedir
Bu sistemi modellemek iccedilin gerekli olan bilgiler nelerdir
Bu dizayn iccedilin hangi kriterler gerekir
311 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Pozitif Youmlnleri
Geometrisi karışık cisimlerin incelenmesini kolaylaştırır Geometri basit kısımlara
ayrılıp burada ayrı veya daha hassas işlemler yapılabilir
Parccedilanın geometrisini değiştirmeye gerek kalmaz
Youmlntemde hem fiziksel hem matematiksel temeli vardır
Sonlu elemanlar youmlntemi iccedilin ccedilok farklı programlar bulunmaktadır (Ansys Marc
Nastran ) (Moavani 2015)
312 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Negatif Youmlnleri
Elde edilen sonuccedilların doğruluğu hangi sonlu youmlnteminin kullanıldığına bağlıdır
Ccedilıkacak durum oumlnceden tespit edilmeli ve ona goumlre bir ccediloumlzuumlm youmlntemi
kullanılmalıdır Bu yuumlzden oumlnceden iyi tesipt edilemezse doğru değer bulunamaz
ve doğru ccediloumlzuumlm iccedilin zaman kaybı olabilir
Doğru ccediloumlzuumlm iccedilin elemanın ayrıştırılması (mesh) atanması gerekir
Bu meshin iyi atılması gerekir yoksa ccediloumlzuumlmuumln yakınsamaları değişebilir
(Moavani 2015)
26
32 ANSYS PROGRAMI
ANSYS genel amaccedillı kullanılan sonlu elemanlar programıdır Ansys yazılımı
mukavemet titreşim akışkanlar mekaniği ısı transferi ve elektromanyetik alanlarının
birbiri ile olan interaksiyonunu simule eden yazılımdır
Boumlylelikle ANSYS uumlruumlnlerin prototipleri uumlretilmeden sanal ortamda test edilmelerine
olanak sağlar Ayrıca sanal ortamdaki 3 boyutlu simulasyonlar neticesinde yapıların
zayıf noktalarının tespiti ve iyileştirilmesi ile oumlmuumlr hesaplarının gerccedilekleştirilmesi ve
muhtemel problemlerin oumlngoumlruumllmesi muumlmkuumln olmaktadır
ANSYS yazılımı sadece ihtiyaccedil duyulan oumlzelliklerin alınmasına fırsat vererek ilave
edilebilen CAD ve FEA bağlantı modulleri ile masa uumlstuumlnde kullanılan diğer
muumlhendislik yazılımları ile entegre bir şekilde ccedilalışabilmektedir
ANSYS yazılımı hem dışarıdan CAD datalarını alabilmekte hem de iccedilindeki
preprocessing imkacircnları ile geometri oluşturulmasına izin vermektedir Yine aynı
preprocessr iccedilinde hesaplama iccedilin gerekli olan sonlu elemanlar modeli yani mesh de
oluşturulmaktadır Yuumlklerin tanımlanmasından sonra ve gerccedilekleştirilen analiz
neticesinde sonuccedillar sayısal ve grafiksel olarak elde edilebilir
ANSYS yazılımı ile oumlzellikle contact algoritmalarının ccedileşitliliği zamana bağımlı
yuumlkleme oumlzellikleri ve nonlinear malzeme modelleri sayesinde yuumlksek muumlhendislik
seviyedeki analizleri hızlı guumlvenilir ve pratik bir şekilde gerccedilekleştirilebilmektedir
ANSYS Workbench parametrik CAD sistemlerini eşsiz bir otomasyon ve performans
ile simulasyon teknolojilerini entegre eden bir platformdur ANSYS Workbenchrsquoin
guumlcuuml yılların bilgi birikimi ile arkasında duran ANSYS ccediloumlzuumlcuuml algoritmalarından gelir
Ayrıca ANSYS Workbenchrsquoin amacı sanal ortamda uumlruumlnuumln verifikasyonunu ve
iyileştirmesini sağlamaktır
Oumlzellikle PC ile uyumluluğun uumlst seviyede olabilmesi iccedilin yazılmış olan ANSYS
Workbench sadece bir arayuumlzden ileri bir ccedilalışma ortamındır ve ANSYS Workbench
ile herhangi bir ANSYS lisansına sahip herkes ccedilalışabilir Aynı alışılagelmiş ANSYS
arabiriminde olduğu gibi ANSYS Workbenchrsquode de kapasiteler sahip olunan lisansın
doğrultusunda sınırlıdır (URL9)
27
ANSYS programının bu oumlzelliklerinden dolayı programı kullanmaya karar verdik
Ansys programının oumlncellikle akışkan mekaniği ve dinamiğinde kullanılan iki ayrı
boumlluumlmuuml bulunmaktadır Bu boumlluumlmler Fluent ve CFX boumlluumlmleridir Bizim
kullandığımız boumlluumlm ise ANSYS CFX boumlluumlmuumlduumlr
33 MEVCUT FAN UumlZERİNDE YAPILAN ANALİZLER
ANSY projesinde oumlncelikle CFX kısmını kullanıldı Ccediluumlnkuuml ANSYS programında
CFX ve Fluent programı hesaplamalı akışkanlar dinamiği iccedilin kullanılmaktadır Ancak
ANSYS CFX turbo makinalar iccedilin kullanıldığından oumlnceden de goumlsterildiği gibi bir
nod alırken huumlcrelerin orta noktalarından nod hesabı yaptığı iccedilin verdiği değerler fan
analizi iccedilin daha iyi bir yakınsama goumlsterir Bu sebeple ANSYS CFX kısmı kullanıldı
İlk olarak mevcut fan uumlzerinde ccedileşitli incelemeler yapıldı
Mevcut fan uumlzerinde 10 kanat var iken suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilok fazla olduğu saptandı
Bunun uumlzerine motorun akışını kolaylaştırma yoluna gidildi
Havayı oluklara daha iyi aktarabilecek kısım fanın kanat boyu olduğu iccedilin fanın
kanatlarının uzunluğunda değişiklik yapılmasına karar verildi
Fandan ccedilekilen debi miktarı ve tork değerlerini tam alabilmek ve mevcut fanın
verimini oumllccedilebilmek iccedilin oumlncelikle esas oumllccediluumllerine goumlre ccedilizilen fan ANSYS
programına aktarıldı File gt Import gt Design Moduler şeklinde SolidWorksrsquo ten
ANSYS programına aktarıldı
Şekil 19 SolidWorksrsquo ten İmport Etmek
28
Fanın ccedilevresinde akış hacmi oluşturmak iccedilin katı modelin ccedilevresindeki hava
modellenir
331 Geometri
Oluşturulan akış hacminde havanın giriş ve ccedilıkış kısımları İnlet-Outlet şeklinde
belirtilir
Analys tools komutlarından xy duumlzleminde halka oluşturulur
Burada modeling kısmı 3 boyutlu işlem yapacağı zaman seccedililen kısımdır
Aşağıdaki şekilde de goumlruumlleceği uumlzere
Şekil 20 Akış Alanı Belirleme
Burada exturude komutuyla birlikte oluşturulacak akış hacminin kaccedil mm
uzatılacağı belirtilir Hepsini bir buumltuumln haline getirmemek iccedilin lsquovar olanla
birleştirilsin mirsquo sorusuna hayır denilir
Daha sonra ccedilevresine yayılan boşluk iccedilin Outlet tanımlaması yapılır
Bu işlemleri gerccedilekleştirdikten sonra kesit gerekir İlk oumlnce plane (duumlzlem)
belirlenir Bunun iccedilin hangi duumlzlemi seccedililecek ise (oumlrneğin xy) onu seccedilip plane
tıklanır Plane boumllgesinden ne kadar uzakta olacağı belirlenir Biz de değer 34 mmrsquo
dir Ccediluumlnkuuml kanatların boyu 31 mm olduğundan mesh atamada sorun ccedilıkmaması
29
iccedilin 34 mm uzaklıkta bir plane atanır Bu Planersquoi slice komutuyla keserek 3 farklı
boumllge oluşturulmuş olur
Akışkan hacmini oluşturmak iccedilin dolu olan kısımlar belirlenip ona goumlre hareket
edilir Bunun iccedilinde milin iccedilini dolu kabul edilir
Akışkan hacmi iccedilin yapılan bir diğer işlem ise oluşturulan hacimden fanın hacmini
booelangt substrack komutları ile akışkan hacminin bulunmasıdır
Mevcut fanın uumlzerine sağ tıklanarak ve suppress body komutu seccedililir Boumlylelikle
fanı gizleyerek sadece akışkan hacmi goumlruumlluumlr
Daha sonra oluşan parccedilaların arasında boşluk olmaması iccedilin ve bağlantı sağlamak
iccedilin part kısımlarını seccedililerek sağ tıklanır from new part seccedililir
Şekil 21 Slice Komutu ile Boumllgelere Ayırma
30
Şekil 22 Parccedilalar Arası Bağlantının Sağlandığı FromNew Part Boumlluumlmuuml
Mesh kısmını suumlruumlkleyip project schematic boumlluumlme bırakılır Bu boumlluumlmde geometri
onaylanır ve en altta bulunan meshrsquoe tıklanır
332 Sayısal Ağ Oluşturma (Mesh)
Şekil 23 Mesh oluşturma
31
Şekil 24 Mesh Geometrisi
Sonlu sayıda hacimle ccedilalışıldığından sonlu sayıda hacime boumllmek gerekir Sonlu
sayıda hacime boumlluumlnen kısımlar farklı farklı olabilir
Bu huumlcreler kapsadığı alanın oumlzelliklerini yansıtır Bunların ccedilevresindeki nodlar
bunların ortalaması ile belli bir oumlzelliğe sahip olmuş olur
Bu huumlcrelerin arttırılması yani ayrıştırmaların ccediloğaltılması ne kadar fazla olursa o
kadar yakınsama olur ve ccediloumlzuumlm iyileşir
Ancak sayısal ağ ccedilok fazla attırıldığında ccediloumlzuumlm suumlresi ccedilok fazla artacağından
ekonomik değildir
Bu sebepten dolayı mesh ( ayrıştırma) atarken akışkanın en fazla değişim
goumlstereceği kısımlarda daha fazla sayısal ağ oluşturulur Boumlylelikle daha iyi bir
yakınsama elde edilir Akışkanın değişim goumlstereceği yerler genellikle yuumlzeylerle
temas edilen kısımlardır Mevcut fanın analizin de orta kısımlarda pek fazla
değişiklik olmaz Bu nedenle sınırlara yakın kısımlara daha fazla ağ oluşturulur
Detail of Mesh kısmından hangi kısımlarda ne kadar buumlyuumlkluumlkte mesh
atılabileceğine bakılır
32
Detail of Mesh kısmından Phsics preference kısmı seccedililerek CFDrsquoi seccedililir Solver
Preference kısmından ise CFXrsquoi seccedilip devam edilir
Analiz yaparken belirlenmesi gereken kısımlar vardır Bunun iccedilin diğer kısımlar
seccedililerek hide body seccedililerek kapatılır ve select all body seccedililerek kanatlara isim
verilir
Şekil 25 Mesh İsimlendirme
Akışkanın girişine inlet ccedilıkışına outlet denilir
Mesh atımında minimum yakalayacağı huumlcreler ile maksimum yakalayacağı
huumlcrelerin milimetre hesabı oumlnemlidir Bu yuumlzden kanadın kalınlığı 25 mm olduğu
iccedilin 2 mmrsquo den az olan huumlcre belirlenir Maksimum 15 mmrsquo den buumlyuumlk huumlcreler
olması duumlşuumlnuumllerek analizin yakınsaması sağlandı
Meshrsquoi tıklayıp oradan insert size kısmın da bulunan isimlerde kanatlar seccedililir
Kanatlara maksimum 3 mm buumlyuumlkluumlk seccedililir Devamında ise kanatları hide face
komutuyla gizlenir ve geriye kalan kısımlar iccedilin sizing iccedilin yine 3 mm verilir
Daha sonra kanat ve ccedilevresine ccedilizilen akış hacmi seccedililerek tekrar size kısmından
buumltuumlnuumlne 8 mm verilir Bu kısım iccedilin mesh atanır Yuumlzeyler seccedililerek Preview
Surface Mesh on Selected Bodies denilir ve mesh işlemi tamamlanmış olur
33
Şekil 26 Meshrsquo in Goumlsterimi
Ancak mesh işleminde silindirik yuumlzeylerde sweep komutuyla daha kolay mesh
atılabileceği iccedilin istenen yuumlzey iccedilin sağ tıklayıp İnsertgt Method gtSweep Number
Divs komutlarından kaccedil sıra mesh atılacağı belirlenir 20 sıra vererek mesh atıldı
Suumlpuumlrme işlemi ile mesh atarken hangi yuumlzeyi kaynak olarak alınacağı da
boumlylelikle belirlenmiş olur
Mesh sayfasını kapatıp daha sonrasında workbench kısmında meshin uumlzerine cfx
kısmını bırakılır
Mesh setupgt solutiongt results dan sonuccedillar elde edilir
Daha sonra geometry design da motorun kapağına uygun bir sınır belirlenerek
analiz yapılır
Geometriyi duumlzenlenerek CFXrsquo e aktarılır
Daha oumlncesinde de bahsedildiği uumlzere ANSYS de CFX kullanıldı CFX
kullanılmasının bir diğer sebebi de CFXrsquo in fan konusunda ANSYSlsquo in mesh
kısmından daha bağımsız ve daha hassas olmasıdır
Yapılan isimlendirmeler tekrar kontrol edilir Her farklı işlev iccedilin farklı
isimlendirme yapmak ccedilok oumlnemlidir boumlylece havanın nereden girip ne şekilde
ccedilıkacağını isimlendirmelerden goumlruumllebilir Ve bu isimlendirmeler iccedilin ayrı ayrı kod
yazılır
34
333 Sınır Şartları
Şekil 27 Sınır Şartlarının Belirlenmiş Hali
ANSYS setup kısmında Insert gt Solver gt Output Control komutları seccedililerek code
yazılır MassFlow ()inlet gt Torque_z()kanatlar olarak giriş kısmının kuumltlesel
debisi iccedilin komut yazılır
Ayrıca Insert gt Material kısmından sıcaklığı 25reg basıncı 1 atm entalpi değerini 0
olarak şartları belirlenir
Malzemenin kapak kısmı ccedilelik olarak belirlenir
Solver Control kısmından high resuluiton seccedililerek ccediloumlzuumlmuumln kalitesi arttırılır
Solver Control kısmından Residual Target artık tipini RMS olarak ve onun
yakınsama sınırı 10-5 belirlenir Rms elemanların karelerinin koumlkuumlnuuml alarak
ortalamasını alan youmlntemdir
Yine Solver Control kısmından minimum iterasyonu 1 maksimum İterasyonu ise
500 verilir
İnlet kısmı belirlenirken Boundary Type ( sınır şartları) opening olarak seccedililir
Opening verilmesindeki amaccedil akışkanların iccedileriden girip dışarıya ccedilıkışlarının
sağlanmasıdır Aksi halde ccediloumlzuumlmuumln yakınsamasın da sorunlar oluşabilir Opening
şartında ayrıca akışkan daha ccedilabuk toparlanır ve analiz daha kolaylaşır
Flow Direction komutunda normal sınır şartları belirlenir
Suumlreklilik şartı olarak da Fluid Mass Fluxrsquou seccedililir Bunun yanında sınır kontuumlruuml
iccedilin bağıl basınccedil ayarlarını seccedililir Aynı şekilde outlet iccedilin de aynı ayarlar yapılır
35
Domaine basılıp kapak kısımları ve motor kısımları seccedililir Bu dış kısımları duvar
olarak belirlenir ve duvar hareket edemeyeceğinden No Slip Wall seccedileneği olarak
belirtilir Duvarları suumlrtuumlnmesiz olduğu varsayılıyor
Fan ve kanatlar kısmında Boundry Type olarak Wall olarak belirleyip Frame type
gt rotating (doumlnuumlyor) belirtilir
Ccediloumlzuumlm metodu olarak RNG k-euro modeli kullanılır
Şekil 28 Setup Koşulların Belirlenmesi
334 Ccediloumlzuumlm - Sonuccedillar
Setup kısmını kapatılarak solution ekranı ccedilift tıklanarak ccedilıkan ekran da RUN seccedililerek
ccediloumlzme işlemi başlatılmış olur
Ccediloumlzme işlemi bittiğinde results kısmından sonuccedillar goumlruumlntuumllenebilir
36
Şekil 29 Akışın Youmlnelişi
Şekil 30 Debi Sonucu
37
34 YENİ FAN TASARIMI
341 Fan Tasarımı İccedilin Kabuller
Havanın sıkıştırılamaz olduğunu kabul edildi Havanın sıkıştırılmaz olduğu
varsayılarak yoğunluğu değişmez ve 12 kgm3 olarak kabul edilir
Ccediloumlzuumlmde suumlrtuumlnmeler ve ısı kayıpları ihmal edilir Ccediluumlnkuuml bu değerlerin
hesaplanması ccedilok uzun suumlreceği iccedilin ccediloumlzuumlm youmlntemi iccedilin ekonomik olmaz
Gerccedilekle arasında ccedilok buumlyuumlk bir fark olmayacağı varsayılmıştır
Verimi arttırmak iccedilin orijinal fanın analizinden elde edilen tork değeri duumlşuumlk
tutulmaya ccedilalışılmıştır
Motorun tek bir youmlne doumlneceği duumlşuumlnuumllmuumlştuumlr
342 Fan Tasarım Parametreleri
Bir fan tasarımında belli başlı kriterleri ele alabilmek iccedilin mevcut fan uumlzerinden
değerler bulundu
Tablo 7 Mevcut Fanın Oumlzellikleri
Devir Sayısı ( ddk) r hub (mm) rtip (mm)
1498 25 77
Radyal hız hesaplandığında w= 15687 radsn bulunmuştur r hub diye isimlendirilen
kısım fanın giriş accedilısı iccedilin gerekli olan kanadın başlangıcı ile milin merkezi arasındaki
uzaklıktır r tip ise fan kanadının bitiş noktası ile mil merkezi arasındaki uzaklığın
yarıccedilap cinsinden ifadesi olmaktadır
38
Fan kanat tasarımında oumlnemli olan w (accedilısal hız)hızının kanatlara ne kadar dik
gelebildiğidir Bu kanat hacmine ne kadar iyi bir şekilde gelirse akışkan o denli iyi
akabilir ve kanat profili oluşur
U_hub= w (radsn) x r hub
U_tip = w x r tip
Beta = arctan(vu)
A_inlet= (r tip 1000)sup2π ndash r hub 1000)sup2π
Verim= (Q x P) (TxW)
V (akışın mutlak hızı)= Debi Alan
Tablo 8 Sonuccedil olarak elde edilen değerler
r_h (mm) 25 r_t (mm) 77 r_h (mm) 50 r_t (mm) 80
U_h (ms) 3927 U_t (ms) 1209516 U_h (ms) 7854 U_t (ms) 125664
A_in (m^2) 0016663 A_out (m^2)0012252
V_in (ms) 2350516 V_out 3196702
beta_h 5909726 beta_t 7900249 beta_h 678529 beta_t 7572755
giriş ccedilıkış
Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları
Bu değerlere goumlre BladeGende yeni bir kanat profili oluşturulur
r tip
r hub
Şekil 31 Fan Kanatlarının Accedilısı
39
Şekil 32 BladeGen Kanat Profili
Oluşturduğumuz bu geometriye daha oumlnceki boumlluumlmde bahsedilen fana yapılan adımlar
uygulandı (Yeni oluşturulan fanın geometrik deseni ektedir)
40
3421 Geometri
Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi
3422 Sayısal Ağ Oluşturma
Şekil 34 Yeni Fan Tasarımının Sayısal Ağ Oluşturulması
41
3423 Ccediloumlzuumlm
Şekil 35 Tasarımı Yapılan Fanın Verimi
Accumulated Time Step sayısı iterasyonu goumlstermektedir Daha fazla yakınsama iccedilin
daha fazla koşturulabilir
42
Şekil 36 Tasarımı Yapılan Fanın Torku
43
3423 Sonuccedillar
Şekil 37 Akışın Youmlnelişi
Bu kısımda verimi arttırabilmek iccedilin tork azaltılmaya ccedilalışıldı Boumlylece kanatlara
harcanan toplam guumlccedil azaltılarak iyileştirmeler yapıldı
44
Kanadın iş yapan kısmını arttırarak orijinal fanda kanadın suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilapı
154 mm iken yeni fan da 160 mmrsquoye ccedilıkarıldı
Kanatlar daha eğimli ama daha eksenel bir forma getirildi
Bu motorda toplam guumlccedil iccedilin 60 watt olduğunda yaklaşık 6 wattrsquo lık guumlccedil fan iccedilin
harcanıyordu Fanın verimliliği ccedilok oumlnemli olduğu iccedilin debiyi sabit tutulmaya
torku da duumlşuumlruumllmeye ccedilalışıldı
Tablo 9 ANSYSrsquo de Elde Edilen Deneyler
tork(Nm) w(radsn) m(kgs)
Orijinal Fan 00393645 15687 0048168
Yeni Fan 00043869 15687 0032261
Goumlruumllduumlğuuml gibi tork buumlyuumlk oranda duumlşmuumlş ancak onunla birlikte debi de biraz
duumlşmuumlştuumlr
343 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanması
Motorun arka ve oumln kısımlarına sırt sırta fan bağlayarak havanın akışını hızlandırma
ve soğutmayı arttırma işlemi amaccedillandı Gerccedilek boyutlarda uygulamadan oumlnce fanı
motor şeklini verilen kısım da tek başına analiz yapıldı Verimli bir sonuccedil alabilmek
iccedilin ikili fan deneyi yapıldı
3431 Geometri
Şekil 38 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Geometrisi
45
3432 Sayısal Ağ Oluşturma
Şekil 39 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Sayısal Ağ
Oluşturulması
Yapılan analiz de goumlzlemlenen sonuccedillar şunlardır
Bir motorun etrafında sınırlayıcı bir alan olmadığı iccedilin sınır şartları olarak setup
kısmında yine havayı 1 atm basınccedil olarak alınır Eğer sınırlayıcı bir alan olsaydı
oluklardan hava akışı doğrudan motorun arka kısmına gelecekti Ccedilıkış noktasına ise
kapak yerleştirildi giriş noktasında atmosfer ccedilıkışı ise kapak olarak sınırlandı
3433 Kod Ccediloumlzuumlmuuml
Debi ndash 000064 mᵌ sn olarak ccedilıktı Motorun hava ccedilıkış kısmına fan bağlamanın verimli
olmadığı sonucuna varıldı Oumlnceden oluşturulan oluklardaki 1cmrsquolik aralıklarla
havanın geniş bir alana gitmesi ccedilok zordur Ve bu akışı goumlnderebilmek iccedilin fazladan
basınccedil uygulanması gerekir Bu sebepler debinin duumlşmesine sebep olmuştur
46
Şekil 40 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Ccediloumlzuumlmuuml
47
BOumlLUumlM 4 SONUCcedilLAR
Verim= (Alınan Guumlccedil Verilen Guumlccedil)= (∆P x Q) (T x ὠ)
A_inlet = (r_tip)2 1000 - (r_hub)21000
A_outlet =( U_h1000)2 - (U-t1000)2
U= ὠ x r
Fan hesaplarıdan debi değeri ve tork değeri duumlşmuumlştuumlr Aşağıda yeni fanımızın verimi
yukarıdaki formuumlllere goumlre excelde hesaplanmıştır
tork(Nm) w(radsn) ṁ(kgm^3) verim deltap (Pa)
Orijinal Fan 00393645 15687 00391 60152783 95
Yeni Fan 00043869 15687 0039167 54068744
Tabloda da goumlruumllduumlğuuml uumlzere eski fanın oumlzelliklerine bakılarak hız uumlccedilgeni youmlntemiyle
oluşturulan yeni fan 540 verimli ccedilıkmıştır
Motorun oumln kısmın koyduğumuz fanda ise dar oluklardan buumlyuumlk bir hacime giriş
yaptığı iccedilin tek youmlnluuml analizde kuumltlesel debi negatif değerde ccedilıkmıştır
(Kuumltlesel debi) ṁ=ƍ( oumlzkuumltle) x A(alan) x V( akışkan hızı)=kgsn ndash Formuluumlnden
dolayı verimin hesaplanmasına gerek yoktur
48
BOumlLUumlM 5 EKLER
EK1- MEVCUT FAN
EK2- YENİ FAN
49
KAYNAKCcedilA
Baykal R 2011 Asenkron Motorlar Uumlzerine Enerjiİ Verimliliği Uygulanması
Yayın Tarihi 15032011
Ccedilalışkan M 2014 Eksenel Akışlı Fan Tasarımı Yuumlksek Lisans İstanbul Teknik
Uumlniversitesi TUumlRKİYE
Moavani S 2015 Sonlu Elemanlar Analizi Teorisi ve Ansys ile Uygulamalar
İstanbul
Onaygil S 2006 Enerji Verimliliği Kanunun Tanıtımı Yuumlksek Lisans
URL1 lthttpdeneysancomContentimagesdocumentshavalandirma-
4_39143832pdfgt Erişim Tarihi 12032016
URL2 lt httpwwweiegovtrgt Erişim Tarihi 20042016
URL3 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi
12052016
URL4 ltwwwtuumlikgovtrgt Erişim Tarihi 14052016
URL5 ltwwwemoorgtrekler364734147179187_ekpdfgt Erişim Tarihi 16052016
URL6 ltwwwinverter-plcnetmotoryıldız_uumlccedilgen_bağlantıhtmlgt Erişim Tarihi
18052016
URL7 ltwwweiegovtreie-webturkceenMotor_Verimliligi_Brosurupdfgt Erişim
Tarihi 20052016
URL8 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi
07062016
URL9 ltwwwfigescomtransysansys-nedirphpgt Erişim Tarihi 09062016
50
OumlZGECcedilMİŞLER
Elif CcedilİCcedilEK
Eyluumll 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Duumlzce Anadolu İmamhatip Lisesinde
tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi İlahiyat Fakuumlltesirsquoni kazandı 2012 yılında
Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine
başladı Halen eğitimine devam etmektedir
İletişim
apsuvaelifhotmailcom
Nesrin ALTUNBOĞA
Ağustos 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Haydarpaşa Teknik Okulları Raylı
Sistemler Teknolojileri Boumlluumlmuumlnuuml tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi
Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Boumlluumlmuumlnuuml kazandı Halen eğitimine
devam etmektedir
İletişim
naltunbogagmailcom
Rumeysa ALGUumlL
Ekim 1992rsquo de Konyarsquoda doğdu Lise oumlğrenimini Lafarge Aslan Ccedilimento Anadolu
Teknik Lisesirsquonde 2010 yılında tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi Teknoloji
Fakuumlltesi Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliğini kazandı 2013 yılında Teknoloji
Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine başladı Halen eğitimine devam
etmektedir
İletişim
rumeysaalgulgmailcom
51
52
x
TABLO LİSTESİ
Tablo 1 Tuumlrkiyersquode Elektrik Motorlarının Sektoumlrlere Goumlre Tuumlketimi 3
Tablo 2 Elektrik Motorlarının Tuumlrlerine Goumlre Pazar Dağılımları 4
Tablo 3 IE4 ile IE1 arasındaki ortalama verim farkı 4
Tablo 4 Başlıca Uumllkelerin Verimlilik Sınıfı Uygulama Tarihleri 8
Tablo 5 Tuumlrkiyersquo de Zorunlu Uygulamaya Geccediliş Suumlreci 8
Tablo 6 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru 15
Tablo 7 Mevcut Fanın Oumlzellikleri 37
Tablo 8 Sonuccedil olarak elde edilen değerler 38
Tablo 9 ANSYSrsquo de Elde Edilen Deneyler 44
1
BOumlLUumlM 1 GİRİŞ
Fan en temel anlamıyla bir basınccedil farkı oluşturarak havanın bir yerden başka yere
akışını sağlayan cihazlardır Fanlar ticari ve enduumlstri hayattın da birccedilok uygulamalarda
kullanılmaktadır Farklı boyutlarda farklı modeldeki fanlar (eksenel radyal vb)
soğutucular bilgisayarlar yıkayıcılar kurutucular ve klimalar gibi ccedileşitli sistemlerde
hava sirkuumllasyonunu sağlamak amacıyla kullanılmaktadır Yaygın olarak iki farklı
ccedileşidi kullanılmaktadır Bunlar eksenel ve radyal fanlardır Radyal akışlı fanlar
akışkanı doumlnme eksenine dik şekilde atarlarken eksenel akışlı fanlar ise doumlnme
eksenine paralel akış oluşturmaktadırlar (Ccedilalışkan 2014) Ccedilalıştıkları koşulda basınccedil
farkı oluşturmaktadırlar Fanların tahrik sistemlerinde genellikle elektrik motorları
kullanılmaktadır Fanlar sanayide ve ticari binalarda oumlnemli oranda elektrik tuumlketen
cihazlardır Halen Tuumlrkiyersquode sanayide eski teknoloji uumlruumlnuuml ve verimleri yuumlksek
olmayan ccedilok sayıda fan bulunmaktadır Bu nedenle enerji verimliliğinin artırılmasında
fanların ve fan sistemlerinin verimliliklerinin artırılmasının katkısı olacaktır (URL1)
11 CcedilALIŞMA KONUSUNUN TANIMI
Sincap kafesli asenkron motorlarının verimliliğini arttırma yolları incelenmiştir Bu
proje konusunda soğutma uumlzerine yoğunlaşarak fan tasarımı yapılmıştır Bir elektrik
motorun da fan 10rsquoluk guumlccedil harcadığı iccedilin fan tasarımın da kanat sayısını azaltarak
optimizasyon yapılmıştır Fan tasarımı iccedilin Ansys programını kullanarak kanatlardaki
torku azaltmaya youmlnelik ccedilalışmalar yapılmıştır Tasarımda ilk adım olarak temel hız
uumlccedilgenlerinden yararlanılarak gerccedileğe yakın olacak şekilde sonuccedillar oluşturulmuştur
Sonuccedilların uygunluğu doğrultusunda ccediloumlzuumlm iccedilin gerekli kontrol hacimleri kaba ve
nitelikli ağ oumlrguumlsuuml şeklinde oluşturularak analizler gerccedilekleştirilmiştir
Uumlccedil boyutlu hesaplamalı akışkanlar dinamiği analizi uygulanarak gerccedileğe daha yakın
bir model simulasyonu oluşturulmuş ve uumlccedil boyutta etkileri inceleme olanağı
sağlanmıştır Tasarım sırasında hız uumlccedilgenlerinden yararlanılarak yapılan fan
tasarımının ccediloumlzuumlmuumlnde hızlı sonuccedil alınması ve ccedilok fazla iterasyona olanak sağlayan
turbomakina yazılımı kullanılmıştır Akışkan hareketini youmlneten denklemlerin
2
ccediloumlzuumlmuumlnde kullanılan sonlu hacimler programı iccedilin gerekli ağ oumlrguumlsuumlnuumln de hızlı bir
şekilde kullanımı iccedilin turbomakina yazılımından faydalanılmış ve zaman olarak
ccedilalışmaya oumlnemli oumllccediluumlde katkısı olmuştur
12 CcedilALIŞMA KONUSUNUN AMACI
Bahsi geccedilen ccedilalışma konusunda fan tasarımın da enerjinin verimli kullanılması seccedilim
imalat ve işletme suumlreccedillerinin optimum olması sağlanmış Fan tasarımında fanın
ccedilalıştırılacağı sistem projelendirilip yapılırken dikkat edilmelidir Ccediluumlnkuuml fanlar yatırım
maliyetlerinden daha fazla enerji tuumlketmektedirler Bu nokta da elektrik motorlarında
verimi arttırıcı oumlnlemler alınarak elektrik tuumlketimi konusunda tasarruf planlarında
buumlyuumlk katkı sağlanması hedeflenmiştir
13 ELEKTRİK MOTORU
Elektrik enerjisini mekanik enerjiye ccedileviren makinedir Her elektrik motoru biri sabit
(stator) ve diğeri kendi ccedilevresinde doumlnen (rotor) iki ana parccediladan oluşur Bu ana
parccedilalar elektrik akımını ileten (sargılar vb) manyetik akıyı ileten parccedilalar ve
konstruumlksiyon parccedilaları (yataklar vb) olmak uumlzere tekrar kısımlara ayrılır (URL2)
111 Elektrik Motorlarının Sınıflandırılması
Şekil 1 Elektrik Motorlarının Sınıflandırılması
Elektrik Motoru
Doğru Akım
DC Motor
Alternatif Akım
AC Motor
Senkron Motor Asenkron Motor
3 Fazlı Asenkron
Motor
Tek Fazlı Asenkron
Motor
3
14 TUumlRKİYErsquo DE VE DUumlNYArsquo DA ELEKTRİK MOTORLARININ ENERJİ
TUumlKETİMİ
Enerjide arz guumlvenliğinin sanayide sanayide suumlrduumlrebilirliğinin ve buumlyuumlmenin ise
kalkınmada oldukccedila oumlnem taşıdığı guumlnuumlmuumlzde saklı enerji kaynağı sayılabilecek olan
verimlilik hususu belirtilmektedir TUumlİK verilerine goumlre Tuumlrkiye elektrik enerjisinin
2013 yılı itibariyle 471rsquoi sanayi sektoumlruumlnde tuumlketilmektedir Sanayide kullanılan
elektrik motorları ise bu sektoumlrde tuumlketilen elektrik enerjisinin 70rsquo ini teşkil
etmektedir Sanayinin buumlyuumlmesi son yıllardaki ARGE ccedilalışmalarının ilerlemesi ve
otomasyon sistemleri ile daha yoğun teknoloji ile Tuumlrkiye piyasasına 1 milyon elektrik
motoru arz edilmektedir Tuumlrkiyersquode de Bilim Sanayi ve Teknoloji Bakanlığı (BSTB)
tarafından AB mevzuatı ile uyumlu hale getirilen yerel mevzuat soumlz konusu elektrik
motorları iccedilin enerji verimlilik endeksini ve beyanını ve bulunması gereken en duumlşuumlk
seviyeyi zorunlu kılmaktadır ve ccedilalışmalar yapılmaktadır Bunun sonucunda
Tuumlrkiyersquode kullanılan elektrik motorları uumlzerinde sektoumlrel ve sınıfsal accedilıdan enerji
tuumlketimi irdelenmektedir Yapılan bu ccedilalışmalar ile duumlşuumlk verimli elektrik motorlarının
yuumlksek verimli elektrik motorları ile değiştirilmesi yoluyla Tuumlrkiyersquode yaklaşık yılda
2500 GWhrsquo lik enerji tasarrufu edildiği goumlruumllmuumlştuumlr (URL4)
2013 yılı TUumlİK verilerine goumlre Tuumlrkiyersquode toplam 198045 GWh Elektrik Enerjisi
tuumlketilmiştir Tuumlketilen bu enerjinin 93280 GWh kadarı sanayide tuumlketilmiştir
Tablo 1 Tuumlrkiyersquode Elektrik Motorlarının Sektoumlrlere Goumlre Tuumlketimi
Sektoumlr Elektrik Motorların Sektoumlrel
Tuumlketimi TWhYıl
Sektoumlruumln Toplam Enerji
Tuumlketimi TWhYıl
Sanayi 46 68
Ticaret 14 20
Mesken 8 35
Diğer 1 20
Toplam 69 144
4
Enerji verimliliği ccedilalışmalarında elektrik motorlarının kullanımlarının sektoumlrel
dağılımlarının yanı sıra motorların sınıflandırılması da oldukccedila oumlnemlidir
Duumlnyada 2 23 milyar elektrik motorlarının bulunduğu tahmin edilmektedir Ancak bu
motorların 2 milyar kadar adedi 075 kW guumlcuumln altındadır ve enerji tuumlketiminin 9 u
kadarını karşılar 075- 375 kW aralığında kalan motorlar ise elektrik motorlarının 11
ini oluştururken enerji tuumlketiminin 68 kadarını oluşturur 375 kW guumlccedil uumlstuumlndeki
motorlar elektrik motorlarının 1rsquoini oluştururken enerji tuumlketiminin 23rsquouumlnuuml
karşılar
Tablo 2 Elektrik Motorlarının Tuumlrlerine Goumlre Pazar Dağılımları
TİPİ le 750
W
075 - 375
kW
gt 375
kW
DC Motor Ve
Generatoumlrler
56 21 5
AC Tek Fazlı
Motorlar
29 30 -
AC Uumlccedil Fazlı
Motorlar
5 49 95
Diğer 10 - -
Tuumlrkiyersquo de elektrik enerjisinin 471rsquo i sanayide sanayide tuumlketilen elektrik
enerjisinin 67rsquosi motorlarda motorlarda tuumlketilen elektrik enerjisinin 91rsquoi 075-
1000 kW guumlccedil aralığındaki motorlarda tuumlketilmekte ve bu motorların 87rsquosinin
asenkron motorlar olduğu soumlylenebilir
IE4 ile IE1 standartları arasındaki fark buumlyuumlktuumlr 90 kW ve uumlstuumlnde ortalama fark
yaklaşık 3 seviyesindedir 075 ile 75 kW arasında ortalama verim farkı yaklaşık
10 75 ile 90 kW aralığında ise ortalama verim farkı 5 seviyesindedir
Tablo 3 IE4 ile IE1 arasındaki ortalama verim farkı
Guumlccedil Aralığı Ortalama IE1 - IE4 verim
Farkı ()
012-075 kW 17
075-75 kW 10
75-90 kW 5
90-1000 kW 3
5
15 ELEKTRİK MOTORLARINDA VERİMİN OumlNEMİ VE VERİM
SINIFLARI
Uumlretilen toplam elektriğin yaklaşık yarısı sanayi sektoumlruumlnde kullanılan elektriğin ise
yaklaşık uumlccedilte ikisi motorlar tarafından tuumlketilmektedir Bu da sanayide yuumlksek verimli
motor kullanımının enerji maliyetinin duumlşuumlruumllmesinde ne kadar oumlnemli olduğunu
goumlsterir Yuumlksek verimli motorların kullanımı aynı zamanda sera gazları salınımında
ciddi azalmalara sebep olmakta ve enerjide dışa bağımlılığın azaltılmasına katkı
yapmaktadır (URL7)
Şekil 2 Sanayide Kullanılan Elektrik Motorlarının Kullanım Yerleri
Elektrik motorlarının duumlnyadaki kullanımına bakarsak binalarda kullanılan elektriğin
36rsquosı enduumlstri ve altyapıda ise 70rsquoi elektrik motorları tarafından tuumlketilmektedir
Asenkron elektrik motorları uumllkemizin toplam elektrik tuumlketiminin yaklaşık 36rsquosını
oluşturmaktadır Hatta sanayide sektoumlrel bazda bu oran 80rsquolere kadar ccedilıkmaktadır
Bu sebeple elektrik motorlarında verimi arttırıcı oumlnlemler uumllkemizin elektrik tuumlketimi
konusundaki tasarruf planlarına buumlyuumlk katkı sağlayacaktır Satın alma maliyeti
ortalama motor oumlmruuml boyunca toplam maliyetin 2rsquolik kısmına denk gelmektedir
Tek bir motor sarımının maliyeti toplam tutarın 1rsquoini oluşturmaktadır Elektrik
motorunun kullanım oumlmruuml boyunca tuumlkettiği elektrik enerjisinin maliyeti ise toplam
maliyetin 97rsquosine tekabuumll etmektedir (URL2)
42
7
22
29
DİĞER KOMP FAN POMPA
6
Şekil 3 Talep Tarafında Elektrik Kullanımı
VERİMİN OumlNEMİ
Asenkron motorlarda ccedileşitli verimlilik sınıfları mevcuttur Avrupa Elektrik Makineleri
Uumlreticileri Komitesi (CEMEP) ve Avrupa Komisyonunun 28 Haziran 1999 tarihli
deklarasyonu motorları verim sınıflarına goumlre ayırmıştır Yuumlksek Verimli motorlar
(EFF1) verimi iyileştirilmiş motorlar (EFF2) ve duumlşuumlk verimli motorlar (EFF3)
CEMEP‟ in bu deklarasyonunu takiben motor uumlreticileri ile yaptığı goumlnuumllluuml anlaşmalar
ile duumlşuumlk verimli motor (EFF3) uumlretimini kısıtlama yoluna gitmiştir Bunun yanı sıra
Duumlnyada artan enerji talebi ile birlikte birccedilok uumllke goumlnuumllluuml ya da zorunlu olarak daha
yuumlksek verimli motor kullanımını sağlamaya ccedilalışmıştır (Onaygil 2006)
Verimlilik sınıflarına 2008 yılında yenilik getirilmiştir Bu yenilik IEC( Uluslararası
Elektronik Komisyonu) tarafından yayımlanmıştır CENELEC tarafından da 2009
yılında Avrupa normu haline gelmiştir 2010 yılında da TSE tarafından kabul
edilmiştir Bu yenilik verimlilik sınıflarına getirilen IE1 IE2 IE3 IE4 şeklinde olan
tanımlamalardır Bu tanımlamalarda IE1= EFF2 olup IE2=EFF1rsquo in karşılığıdır
IE1= STANDART VERİMLİ
IE2= YUumlKSEK VERİMLİ
IE3=CcedilOK YUumlKSEK VERİMLİ
IE4=SUumlPER YUumlKSEK CcedilOK VERİMLİ
Şeklinde sınıflandırılmıştır
AYDINLATMA19
DİĞER ELEKTRİK MOTORLARI
4
ASENKRON MOTORLAR
36
DİĞER3
ELEKTRONİK ALETLER
8
ISITMA15
EV GERECcedilLERİ15
7
2014 yılında TS- EN 60034-30 standardı doğrudan şebekeden beslenen motorlar ve değişken
hız suumlruumlcuumlluuml motorlar olmak uumlzere iki kısma ayrılmıştır Şebeke tarafından doğrudan beslenen
motorlar iccedilin verimlilik sınıflarını tayin eden başka bir standart koyulmuştur TS-EN 60034-
30-1 standardıdır Bu standart faklı olarak 012- 1000 kW guumlccedil aralığını kapsamakta ve IE4
verimlilik sınıfını da tanıtmaktadır Ayrıca 8 kutuplu motorlar da bu kapsama alınmıştır
Henuumlz TS- EN 60034- 30- 2 sınıfı yayınlanmamıştır
Şekil 4 TS-EN 60034-30-1 Standardına Goumlre Verimlilik Sınıfları
151 Mevzuat
Elektrik motorları hususunda ilk yasal duumlzenleme Avrupa Birliğinin Elektrik Motorları
ile İlgili Ccedilevreye Duyarlı Tasarım Gereklerine Dair EC6402009 sayılı tuumlzuumlğuumlduumlr
Beraberinde 4703 sayılı Uumlruumlnlere İlişkin Teknik Mevzuatın Hazırlanması ve
Uygulanmasına Dair Kanunun 14 uumlncuuml maddesine dayanılarak hazırlanan Enerji ile
İlgili Uumlruumlnlerin Ccedilevreye Duyarlı Tasarımına İlişkin Youmlnetmelik 2010 yılında
yuumlruumlrluumlğe girmiştir Daha sonra 2012 yılında EC6402009 referans alınarak
hazırlanan ve uyumlaştırılan SGM- 20122 Elektrik Motorları İle İlgili Ccedilevreye
Duyarlı Tasarım Gereklerine Dair Tebliğ yayımlanarak ulusal mevzuata
kazandırılmıştır
Bu tebliğ ile 2 4 6 kutuplu anma gerilimi en fazla 100 (UN) en fazla 1000 V olan
anma ccedilıkış guumlcuuml (PN) 075 kW ile 375 kW arasında olan ve suumlrekli ccedilalışacak şekilde
100
90
80
70 012 24 48 960
IE1 IE2 IE3 IE4
8
tasarlanmış tek hızlı 3 fazlı 50 Hz veya 5060 Hz sincap kafesli enduumlksiyon motorları
denetim kapsama alınmış bulunmaktadır
Bu tebliğde oumlnemli bir diğer husus ise uygulamaya youmlnelik olan zorunluluklardır
Onlar şunlardır IE1 sınıfı verimlilikte olan motorların piyasaya arz edilmesinin
yasaklanması ve diğer verimlilik sınıfına geccediliş suumlrecinin tanımlanmasıdır
Tablo 4 Başlıca Uumllkelerin Verimlilik Sınıfı Uygulama Tarihleri
BOumlLGE IE1 IE2 IE3
ABD - 1998 2011
AB - 2011 2015
PRC 2000 2011 2015
TUumlRKİYE - 2012 2015
Bunun dışında 01012015 tarihinden itibaren anma ccedilıkış guumlcuuml 75 kW ile 375 kW
arasında olan motorların veriminin IE3 verim seviyesinden duumlşuumlk olmayacağını veya
piyasaya arz edilen motorların IE2 verim seviyesini karşılayacak ve değişken hızlı
tahrikle teccedilhiz edilmesi gerektiğini bildirmektedir (URL5)
Tablo 5 Tuumlrkiyersquo de Zorunlu Uygulamaya Geccediliş Suumlreci
Sınıfı Zorunlu Yuumlruumlrluumlk
Tarihi
Accedilıklama (İstisnalar)
IE1 02042012 2 Nisan 2012 tarihinden itibaren piyasaya suumlruumllmesi
yasaklanmıştır
IE2 02042012 01012015 tarihine kadar kullanılabilecektir
IE3 01012015 Değişken hızlı tahrikle teccedilhiz edilmesi halinde IE2 verim
seviyesi kullanılabilecek (75 kW - 375 kW)
IE3 01012017 Değişken hızlı tahrikle teccedilhiz edilmesi halinde IE2 verim
seviyesi kullanılabilecek (075 kW - 375 kW)
9
16 MOTOR VERİMİNİ ETKİLEYEN FAKTOumlRLER
161 Verim
Bir elektrik motorunun bağlı bulunduğu şebekeden ccedilektiği enerjinin tamamı mekanik
enerjiye doumlnuumlşmez Elektrik motorunun milinden aldığı faydalı guumlccedil şebekeden ccedilektiği
guumlccedilten kayıp guumlccedillerin ccedilıkmış halidir
Asenkron motorun şebekeden ccedilektiği guumlcuumln yuumlzde kaccedilının motorun milinden mekanik
guumlccedil olarak alındığını verim goumlsterir
Verim= ((Alınan G ) (Verilen Guumlccedil))x100
ή= (PaPv)x100
Verilen guumlccedil ile alınan guumlccedil arasındaki fark toplam kayıplardır Asenkron motorlarda
kayıplar stator demir kaybı stator ve rotor bakır kayıpları ile rotorun suumlrtuumlnme ve
ruumlzgacircr kaybından ibarettir
DEMİR
KAYIPLARI
GOumlVDE
STATOR
DİRENCİ
ROTOR
DİRENCİ
RUumlZGAR
SUumlRTUumlNME
DİRENCİ
EK
KAYIPLA
Şekil 5 Motor Verimini Etkileyen Faktoumlrler
10
162 Kayıplar
Demir Kayıpları
Bakır Kayıpları
Suumlrtuumlnme Kayıpları
1621 Demir Kayıpları
Demir kayıpları stator ve rotor saccedillarında meydana gelen histerezis ve fuko
kayıplarıdır Bu kayıplar frekans ve manyetik enduumlksiyon ile oranlıdır
Stator demir kayıpları stator frekansı sabit olduğuna goumlre değişmemektedir Yalnız
rotor demir kayıpları rotor frekansı ile değişir Ancak boş ve yuumlkluuml ccedilalışmada rotor
frekansı ccedilok kuumlccediluumlktuumlr Bu sebeple rotor demir kayıpları ccedilok kuumlccediluumlk olur ve ihmal
edilebilir 0 halde bir asenkron motorun demir kayıpları stator demir kayıplarına
eşittir denebilir Stator frekansı sabit olduğundan demir kayıpları da buumltuumln yuumlkler iccedilin
sabittir
1622 Bakır Kayıpları
Asenkron motorlarda stator ve rotor omik direnccedillerinden dolayı I12R1 ve I2
2R2
değerinde bakır kayıpları meydana gelir Bakır kayıpları sargı direnccedilleri sabit
olduğuna goumlre yuumlk akımları I1 ve I2 lsquonin karesi ile değişir Şu halde bu kayıplar
yuumlkle değişen kayıplardır
Rotor ve stator bakır kayıplarını bulabilmek iccedilin akım ve direnccedillerin bilinmesi gerekir
Genel olarak bakır kayıpları motorun kısa devre deneyinden tuumlm olarak hesaplanır
1623 Ruumlzgar ve Suumlrtuumlnme Kayıpları
Asenkron motorlarda suumlrtuumlnme ve ruumlzgacircr kayıpları devir sayısı ile biraz değişirse
de bu değişim ccedilok az olduğu iccedilin sabit kabul edilebilir Suumlrtuumlnme ve ruumlzgacircr
kayıpları boş ccedilalışma deneyinde demir kayıpları ile birlikte bulunur Demir
kayıpları ile ruumlzgacircr ve suumlrtuumlnme kayıplarına sabit kayıplar denir
11
BOumlLUumlM 2 MATERYAL VE YOumlNTEM
21 ASENKRON MOTORLAR
Asenkron motorlar başlıca iki kısımdan oluşur
Hareket etmeyen kısım Stator
Doumlnme hareketi yapan kısım Rotor
Asenkron makineler motor olarak stator sargıları ile aldığı elektrik enerjisini
rotorundan doumlnme hareketi yaparak mekanik enerjiye ccedileviren ve generatoumlr olarak
rotorundan aldığı doumlnme hareketi mekanik enerjisini bazı koşullar altında stator
sargılarında elektrik enerjisine ccedileviren elektromekanik makinelerdir
Motor olarak birkaccedil Wattrsquotan 300 MW guumlcuumlne kadar uumlretilmektedir Generatoumlr olarak
az kullanılmakla beraber son zamanlarda ruumlzgacircr enerjisinden elektrik enerjisi elde
etmek amacı ile ruumlzgacircr tuumlrbini ile birlikte ccedilalışmaktadırlar
Stator sargı gerilimleri alccedilak gerilim 220Vdan orta gerilim 22kVa kadar
değişmektedir Doumlnme sayıları sabit değildir fakat doumlnme sayısı yuumlkle az değişir
Doumlnen diğer elektrik makinelerine kıyasla daha sağlam daha az bakım isteyen ve daha
ucuz makinelerdir Son yıllarda yarı iletken guumlccedil elektroniğindeki teknolojik
gelişmeler ile asenkron makinelerin kontroluuml kolayca yapılabilmektedir (Baykal
2011)
Şekil 6 Kuumlccediluumlk Guumlccedilluuml Uumlccedil fazlı Sincap Kafesli Asenkron Motorun Kesiti
12
22 ASENKRON MAKİNALARIN YAPISI
Asenkron makineler başlıca iki kısımdan oluşmaktadır Bunlar
Stator
Rotor
Şekil 7 Stator Saccedil Paketini Oluşturulmuş Farklı Tipte Statorlar
221 Stator
Stator Asenkron motorun duran kısmıdır 04 - 05 veya 08 mm kalınlığında silisyumlu
saccedillar oumlzel kalıplarla preste basılır ve paketlenir Stator saccedilları paketlenince uumlccedil fazlı
sargıların yerleştirileceği stator nuumlvesi elde edilir Bu nuumlve stator goumlvdesinin iccediline
sıkıca yerleştirilir Goumlvdeye motorun ayakları monte edilir Goumlvdeye motor kapaklan
takılır motor kapaklan ortalarındaki bilyeli yataklar statorun ortasında doumlnecek olan
rotora yataklık ederler
1Halkalı Duumlzen Kuumlccediluumlk ve orta guumlccedilteki makinelerde uygulanan bu konstruumlksiyon
şeklinde saccedil paket ya karkas dışında istiflenerek uzun saplamalarla kendi uumlzerine
sıkılır yada saccedil levhalar karkas iccedilinde istiflenir
2 Segmanlı Duumlzen Bu duumlzende saccedil paketi daima karkas tarafından gergin durumda
tutulur Segmanlı duumlzende saccedil paketi rijitli halkalı duumlzendekine oranla da az
olduğundan burada seccedililecek olan karkasın daha kuvvetli olması gerekir (Baykal
2011)
13
222 Rotor
Rotor Asenkron motorun doumlnen kısmıdır ve rotor saccedil paketi ile rotor sargılarından
oluşur Rotor saccedil paketi 05 mm‟lik silisyumlu saccedillardan yapılır Saccedilların yuumlzeyleri
ccedilok ince bir film tabakası ile yalıtılmıştır Saccedillar oumlzel kalıplarda pres altında oluk
dişler ve sıkıştırma cıvata delikleri oluşacak şekilde saccedil şeritlerden kesilerek ccedilıkartılır
Saccedillar bir araya getirilerek pres altında sıkıştırılır ve cıvatalarla bu halde kalması
sağlanır
Diğer doumlnen elektrik makinelerine goumlre stator ile rotor arasında kalan hava aralığı ccedilok
kuumlccediluumlktuumlr Motorun guumlcuumlne goumlre hava aralığının radyal boyu 05 - 1 - 3 mm kadar
olabilir Boumlylesine kuumlccediluumlk bir hava aralığı boşta ccedilalışma akımını kuumlccediluumlk tutmak iccedilin
yapılır Rotor olukları motorun elektrik karakteristiklerini etkileyen değişik biccedilimlerde
yapılır Rotor oluklarına rotor sargıları yerleştirilir
Şekil 8 Rotor Saccedil Paketini Oluşturan Değişik Rotor Saccedilları
Rotor sargıları uumlccedil fazlı olarak ya da sincap kafesli olarak yapılır Rotoru sargılı olan
ve sargı uccedilları doumlnen bilezik-sabit fırccedila ile dışarı ccedilıkartılan motorlara bilezikli asenkron
motor denir Sincap kafesli motorlarda rotor oluklarına bakır ccedilubuklar yerleştirilir Bu
ccedilubuklar her iki baştan dairesel halkalarla kısa devre edilerek sincap kafesine
benzeyen kendi uumlzerine kapatılmış bir sargı elde edilir Sincap kafesli motor sargısı
oumlzel kalıplarla rotor oyuklarına basınccedil altında aluumlminyum puumlskuumlrtuumllerek uumlretilir
Boumlylece uumlretilen rotor sincap kafesi aluumlminyumdan yapılmış olur
Sincap kafesli asenkron motorun rotorundan hiccedilbir uccedil ccedilıkmadığı iccedilin bu motorun
kontroluuml sadece statordaki elektrik uccedillarından yapılabilmektedir Oysa bilezikli
asenkron motorun rotor sargı uccedilları bilezik ve fırccedila sistemi ile dışarı ccedilıkarıldığından
14
bu motorun kontroluuml hem stator sargı uccedillarından ve hem de rotor sargı uccedillarından
yapılabilmektedir
Sincap kafesli motorun rotor sargısı buumlyuumlk motorlarda bakır ccedilubukların rotor
oluklarına yerleştirilmesi ve iki baştan kısa devre elde edilmesi ile oluşturulur Kuumlccediluumlk
motorlarda rotorun sincap kafesi aluumlminyum puumlskuumlrtme ve kalıplarla elde edilir
Rotoru sincap kafesli bir motorun sincap kafesi değişik biccedilimde oluklara yerleştirilir
Motorun oumlzellikle moment karakteristiğine istenilen oumlzelliği vermek iccedilin rotorda derin
oluklar ve ccedilift oluk kullanılır Birinci motora derin oluklu ya da derin ccedilubuklu motor
ve diğerine de ccedilift kafesli motor denir (Baykal 2011)
23 ASENKRON MOTORLARIN CcedilALIŞMA İLKESİ
Asenkron makinenin ccedilalıŞma ilkesi bir doumlner alanın varlığına dayanır Doumlner alan
senkron hız motor milinin hızı da rotor hızı olarak isimlendirilir Kayma da bu iki
hızın arasındaki fark olarak ifade edilmektedir
231 Doumlner Alan
Bir N-S mıknatısı ya da uumlzerinden akım geccedilen bir bobinin magnetik alanı N kutbundan
ccedilıkar ve S kutbuna girer Daimi mıknatıs ve doğru akım taşıyan bobinin manyetik
alanları mıknatıs ve bobin dışarıdan bir bobinle doumlnduumlruumlluumlrse bunların alanları da
beraber doumlner İşte bir mıknatısın doumlnduumlruumllmesi ile elde edilen alana doumlner alan denir
Uumlccedil fazlı asenkron motorun (enduumlksiyon motorun) statoruna birbirinden 120rsquoşer derece
faz farklı 3 faz sargısı yerleştirilmiştir En basit statorda her biri bir faza ait olmak
uumlzere 3 tane bobin bulunur Bir motor en az iki kutuplu olarak sarılabilir (Baykal
2011)
Şekil 9 Uumlccedil Faz bobininin 6 Oluklu Statora Yerleştirilişi
15
232 Senkron Hız
N-S kutuplarının saat ibresi youmlnuumlnde doumlnduumlğuuml goumlruumlluumlr uumlccedil fazlı alternatif akımdaki bir
periyotluk değişme N-S kutuplarının bir devir yapmasına sebep olur Alternatif akımın
frekansı 50 Hz ise saniyede 50 periyotluk bir değişme yapar Dolayısıyla statordaki
faz bobinlerinin meydana getirdiği N-S kutupları da saniyede 50 devirle doumlner Bu
dakikada 3000 devir eder Ccedilok fazlı bir stator sargısından aynı faz sayısında ccedilok fazlı
bir akım geccedilerse hava aralığında sabit genlikli bir doumlner alan oluşur Bu doumlner alanın
duran statora goumlre ns (n1) devir hızı şebeke frekansına doğru stator sargısının p ccedilift
kutup sayısına ters orantılıdır
1198991 = 601198911
119901
Senkron hız da denen doumlner alan hızı kutup sayısına goumlre buumlyuumlk basamaklar yaparak
değişir Asenkron motorlar ancak belli senkron hızlar iccedilin yapılabilir En fazla
kullanılan senkron hızlar 2 4 6 ve 8 kutup sayılarına ait olanlardır (Baykal 2011)
Tablo 6 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru
P
(Kutup Sayısı)
50 Hz 60 Hz
n1min-1 n1s-1 n1min-1 n1s-1
2 3000 50 3600 60
4 1500 25 1800 30
6 1000 1667 1200 20
8 750 125 900 15
16
233 Kayma
Senkron makine dışında buumltuumln diğer ccedilalışma tuumlrlerinde asenkron makinenin
ccedilalışabilmesi iccedilin rotor hızının doumlner alan hızından farklı olması gerekir Doumlner alanın
rotor uumlzerinden geccedilme hızına yani doumlner alan ile rotor hızı arasındaki cebirsel farka
kayma hızı n2 ve bu hızın doumlner alan hızına oranına kayma s denir Bu tanıma
dayanarak kayma devir hızına goumlre veya devir hızı kaymaya goumlre ifade edilebilir
n2 = n1 ndash n n = n1(1-s) 119904 = 1198992
1198991 =
1198991minus119899
1198991
Kayma oranlanmış bir buumlyuumlkluumlktuumlr ve ccediloğunlukla olarak ifade edilir Pozitif negatif
veya sıfır olabilir Oranlanmış rotor hızı n nı ile toplamı daima 1rsquoe eşittir Teorisel
olarak ndash infin ve +infin arasında değişebilir Durmada n = 0 ve s =1 dir Senkron ccedilalışmada
n = n1 ve s = 0 dır Bu iki sınır değer arasında asenkron makine motor olarak ccedilalışır
ve kayması daima pozitiftir Anma ccedilalışmasındaki değeri yuumlzde birkaccedil olup artan
anma guumlcuuml ile azalır ve kuumlccediluumlk guumlccedillerde yaklaşık 10 dan buumlyuumlk guumlccedillerde 1 in altına
duumlşer
Rotor doumlner alana goumlre ters youmlnde doumlnduumlğuumlnde elde edilen fren ccedilalışmada devir hızı
negatif ve kayma 1 den buumlyuumlktuumlr Rotor hızı doumlner alan hızını geccedilerse yani ngtn1 ise
kayma negatif olur (s lt 0) ve makine generatoumlr olarak ccedilalışmaya başlar (Baykal 2011)
Şekil 10 Standart Asenkron Motorların Anma Kayması ve Verimi
17
24 ASENKRON MOTOR CcedilEŞİTLERİ
Asenkron motorlar rotor yapılarına goumlre ikiye ayrılır
Sincap kafesli (Kısa devre rotorlu) Asenkron Motorlar
Bilezikli (Sargılı rotorlu) Asenkron Motorlar
241 Uumlccedil Fazlı Kısa Devre (Sincap Kafesli ) Asenkron Motorlar
Uumlccedil fazlı sincap kafesli motorun yapılısı basittir Az bakıma ihtiyaccedil goumlsterir Bu tip
motorun oumllccediluumlleri aynı guumlccedilteki başka tip motorların oumllccediluumllerinden kuumlccediluumlktuumlr Değişik
yuumlklerdeki hız reguumllasyonu ccedilok iyidir Fiyatının ucuzluğu yapılışının sağlamlığı ve
istenilen ccedilalışma oumlzelliğine sahip oluşu yuumlzuumlnden bu tip motorlar sanayide ccedilok
kullanılır
Rotorlar accedilılmış oluklara basınccedil altında erimiş aluumlminyum puumlskuumlrtuumllerek doldurulur
Rotorun her iki başındaki kısa devre halkalar da aluumlminyumdandır Ayrıca bu halkalar
uumlzerine kanatlar da bırakılarak rotor işletmede vantilasyon suretiyle soğutulması
sağlanır 250 kW guumlcuumlne kadar kısa devre kafesleri aluumlminyumdan yapılmış asenkron
motorlar mevcuttur
Buumlyuumlk guumlccedil istenilen işletmelerde kısa devre kafesi yuumlksek dikdoumlrtgen şeklinde bakır
ccedilubuklardan ve bunları rotorun her iki başında kısa devre eden bakır halkalardan
yapılır Rotorda kaccedil adet oluk varsa rotorun faz sayısı buna eşittir
Kısa devre kafesli asenkron motorun yol alma oumlzellikleri iyi değildir Ancak basit ve
ucuz olmaları nedeni ile yaygın biccedilimde kullanılmaktadır Yol almasını kolaylaştırmak
iccedilin yuumlksek ccedilubuklu veya ccedilift kafesli olarak yapılırlar (Baykal 2011)
Şekil 11 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru
18
242 Bilezikli (Sargılı rotorlu) AC Motorlar
Birccedilok sanayi yuumlklerinde uumlccedil fazlı değişik hızlı motora ihtiyaccedil duyulduğu yerler iccedilin
bilezikli asenkron motorlar geliştirilmiştir Bilezikli asenkron motorlara sargılı rotorlu
AC motor da denilmektedir Bu tip motorun statoru ile sargının yerleştirilmesi sincap
kafesli motorun aynıdır Rotor ccedilelik saccedillardan yapılmış silindirik bir goumlbektir 120
derece aralıklı uumlccedil adet tek fazlı kalıp sargısını yerleştirmek iccedilin rotor uumlzerine oyuklar
accedilılmıştır izoleli rotor bobinleri stator kutup sayısına eşit kutup sayısı elde edecek
şekilde gruplandırılmıştır Uumlccedil tek fazlı rotor sargısı aralarında yıldız bağlanarak ccedilıkış
uccedilları rotor mili uumlzerindeki uumlccedil bileziğe bağlanmıştır Bileziklere temas eden fırccedila uccedilları
hız kontroloumlruuml ayarlayıcısına bağlanır Fırccedilalar taşıyıcılar uumlzerindeki yayların basıncı
ile bileziklere sıkıca temas eder Doğru akım makinelerinde olduğu gibi youmln
değiştirmeye luumlzum olmadığı iccedilin fırccedila taşıyıcıları uygun bir durumda sıkıca tespit
edilmiştir
Bilezikli asenkron motorun rotorunda aynı statorunda olduğu gibi uumlccedil fazlı alternatif
akım sargısı vardır Stator 10 Kw guumlce kadar tek tabakalı orta guumlccedillerde ise iki tabakalı
sargılı yapılırlar Rotor ise tam oluklu veya kesirli oluklu sargılı olabilir Rotor sargı
uccedillarının bir tarafı bileziklere bağlanır Diğer tarafı ise kısa devre edilerek uumlccedil fazlı
sargının yıldız noktasını oluşturur Bilezikler uumlzerindeki fırccedila sistemi ile rotor
alternatif gerilim kaynağından ayrıca beslenir (Baykal 2011)
25 Elektrik Motorlarına Yıldız-Uumlccedilgen Yol Verme
Kalkış akımını duumlşuumlrmede en ekonomik youmlntemdir Uumlccedil kontaktoumlr ile bir zaman
roumllesinden oluşan kontaktoumlr kombinasyonudur Bu youmlntemle yol verebilmek iccedilin
motorun uumlccedilgen bağlı ccedilalışma gerilimi şebeke gerilimine eşit olmalıdır Oumlrneğin
uumllkemizde şebeke gerilimi 380 Volt olduğuna goumlre yıldız-uumlccedilgen yol verilecek motorun
etiketinde D380 V veya D380VY660V yazılı olmalıdır Volt elektrik motorlarında 2
ve 4 kutuplularda 3 kW (dacirchil) 6 kutuplularda 22 kW(dacirchil) den daha buumlyuumlk guumlccedilluuml
motorlar bu oumlzelliktedir Yani 380 V şebekede uumlccedilgen bağlı ccedilalıştırılırlar
Motora yıldız-uumlccedilgen yol verildiğinde direkt yol vermeye goumlre şebekeden ccedilekeceği
akım 3 katı azalır Yıldız-uumlccedilgen yol vermede amaccedil motoru kalkış suumlresince yıldız
19
bağlı ccedilalıştırmak ve kalkışını tamamlayan motoru hemen normal bağlantısı olan uumlccedilgen
bağlı olarak ccedilalıştırmaktır
Motor kalkış sırasında yıldız bağlı ccedilalıştırıldığından motor sargılarına uygulanan
gerilim U radic3 değerine motorun şebekeden ccedilektiği akım ise 13 değerine duumlşer
Motorun sargılarına uygunalan gerilim azaldığından momenti oumlnemli oumllccediluumlde kuumlccediluumlluumlr
Yıldız-uumlccedilgen yol vermenin kusursuz olması iccedilin motorun yuumlk momentinin yıldız
bağlamadaki motor momentinden buumlyuumlk olmaması ve yıldız bağlamadaki suumlrenin
uygun olması gerekir Bu geccediliş suumlresi ccedilok oumlnemlidir Motor yıldız bağlantıda iken
anma devir sayısına ulaşıldığı anda uumlccedilgen bağlantıya geccedililmesi ve fazla aralık
verilmemesi gerekir
Boumlyle olursa yıldızdan uumlccedilgen bağlantıya geccedilişteki uumlccedilgen kontaktoumlruumlnuumln kapamama
akımı kuumlccediluumlk ve yıldızdan uumlccedilgene geccediliş darbesiz olur Aksi halde uumlccedilgen bağlantıya
geccedilişte akımda geccedilici artışlar goumlruumlluumlr Bunun sonucu kontaktoumlruumln kontakları ani
yuumlksek ısı nedeniyle kaynak olabilir
Bir şebekede uumlccedilgen bağlı ccedilalışacak motor aynı şebekede yıldız bağlı (Y) olarak
ccedilalıştırılabilir Ancak bu durumda motorun guumlcuuml ve momenti duumlşer Bu oumlzellikten
yararlanarak asenkron motorların kalkış anında ccedilektikleri fazla akımı azaltmak iccedilin
yıldız-uumlccedilgen yol verme uygulanması yapılabilir
Şebekede yıldız bağlı ccedilalıştırılması gereken motor yanlışlıkla uumlccedilgen bağlı ccedilalıştırılırsa
sargılarına radic3 katı buumlyuumlk gerilim uygulanmış olur Gerilimdeki artış oranı kadar sargı
akımı buumlyuumlyeceğinden motor aşırı akım ccedileker ve kısa suumlrede artacak ısı sonucu
sargılar yanar
Onun iccedilin yıldız bağlı ccedilalışması gereken motor kesinlikle aynı şebekede uumlccedilgen bağlı
ccedilalıştırılmaz (URL6)
20
Şekil 12 Motora yıldız-uumlccedilgen yol verme
Şekil 13 Stator Sargı Uccedillarının Uumlccedilgen (D) Ve Yıldızı (Y) Bağlanması
Şekil 14 Asenkron Motora Yol Verme
21
26 FANLAR
261 Genel Bilgiler
Fanlar hava veya benzeri gazları basınccedillandırarak belirli bir akış yolu iccedilinde hareket
etmesini sağlayan turbo makinelerdir İyi bir fan istenilen performansı yerine
getirirken verimi yuumlksek enerjiyi daha az tuumlketen muumlmkuumln olduğunca guumlruumlltuumlsuumlz
ccedilalışan ve maliyeti duumlşuumlk olan fandır Fanların tahrik sistemlerinde elektrik motorları
kullanılmaktadır (URL3)
262 Fan Ccedileşitleri
Fanlar aşağıdaki gibi sınıflandırılmaktadır
Eksenel (aksiyel) fanlar
Radyal (santrifuumlj) fanlar
Karışık akışlı (eksenel-radyal) fanlar
Ccedilatı tuumlruuml fanlar
Karşıt akımlı fanlar (blower)
Vorteks ya da rejeneratif fanlar
Diğerleri
Elektrik motorlarında radyal fanlar kullanılmaktadır (URL8)
Bu kısımda projemiz iccedilin incelediğimiz 3 ccedileşit fanı accedilıklayacağız
2621 Eksenel Fanlar
Havanın fan ccedilarkı ile aynı eksende youmln değiştirmeden hareket ettiği fanlardır Yuumlksek
hava debileri ve duumlşuumlk basınccedil sınıfına sahip sistemler iccedilin uygun fanlardır Şekil 15
rsquode oklar akış youmlnuumlnuuml (simetri eksenine paralel) goumlstermektedir
22
Şekil 15 Akışın Simetri Ekseninde Hareket Etmesi
2622 Karışık Akışlı (Radyal-Eksenel) Fanlar
Havanın kanatlar uumlzerinden emmesine goumlre yaklaşık 45deg accedilı yaparak hareket ettiği
fanlardır Radyal fanlara goumlre hava debisi daha yuumlksektir
Eksenel fanlardan daha yuumlksek basınca dayanabilir
Fan eğrisi uumlzerinde kararsız boumllge yoktur
Karşı basıncın duumlşuumlk olduğu boumllgelerde motor aşırı akım ccedilekmez
Eksenel ve radyal fanlara goumlre verimleri duumlşuumlktuumlr (URL6)
Şekil 16 Karışık Akışlı Fan Uygulamaları
23
2623 Radyal (Santrifuumlj) Fanlar
Havanın fan ccedilarkını emmesine goumlre 90deg accedilı yaparak kanatlara teğet olarak terk ettiği
fanlardır
Radyal fanların avantajları aşağıdaki gibidir
Geniş bir uygulama aralığına sahiptir
Yuumlksek sıcaklık ve aşındırıcı ortam uygulamalarında kulanılır
Değişken akış direncine sahip yerlerde daha verimli ve daha sessiz ccedilalışma
olanakları vardır
Yapısal kararlılıkları yuumlksektir (URL6)
Radyal Duumlz Kanatlı Fanlar
Genellikle kendi kendini temizleme malzeme taşıma ve parccedilacık ve yağ yuumlkluuml havanın
uygun halde taşınması gibi durumlarda kullanılırlar ve bunun iccedilin duumlz kanatları vardır
Ccedilarkları basit bir yapıya sahiptir ve nispeten dar kanatları vardır
Elektrik motorlarında genellikle ccedilift youmlnluuml ccedilalışmaya uygun olması iccedilin radyal duumlz
kanat tipli bu fanlar seccedililiyor
Şekil 17 Radyal Duumlz Kanatlı Fanlara Oumlrnekler
24
BOumlLUumlM 3 BULGULAR VE TARTIŞMA
31 SONLU ELEMANLAR YOumlNTEMİ
Sonlu elemanlar youmlntemi muumlhendislik problemlerine kabul edilebilir yaklaşımlarla
ccediloumlzuumlm arayan sayısal youmlntemdir (Moavani 2015) Sonlu elemanlar youmlntemi diğer bir
ifade şekliyle fiziksel şeklin matematiksel ifadesidir Bu kurduğumuz siste sınırlara
ayırılabilen ve malzeme şartlarına uygun olan bir sistem olmalıdır
Sonlu eleman youmlntemindeki basamaklar
Yaklaşık Ccediloumlzuumlm Youmlntemi
Geometrik Şekil
Nod
Eleman
Mesh
Ayrıklaştırma
Şekil 18 Sonlu Eleman Modeli
Eleman
Nod
(Duumlğuumlm
noktaları)
25
Sonlu elemanlar youmlntemi matematik ve fizik biliminin buumltuumln alanlarında kullanılır
Gerilme Analizi
Akışkanlar Mekaniği
Isı İletimi
Dalga Yayılımı
Darbe Analizi
Aerodinamik vb alanlardır
Sonlu elemanlar youmlntemini kullanırken oumlncelikle şu soruların cevaplarını bulmalıyız
Dizayn amacımız nedir
Bu sistemi modellemek iccedilin gerekli olan bilgiler nelerdir
Bu dizayn iccedilin hangi kriterler gerekir
311 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Pozitif Youmlnleri
Geometrisi karışık cisimlerin incelenmesini kolaylaştırır Geometri basit kısımlara
ayrılıp burada ayrı veya daha hassas işlemler yapılabilir
Parccedilanın geometrisini değiştirmeye gerek kalmaz
Youmlntemde hem fiziksel hem matematiksel temeli vardır
Sonlu elemanlar youmlntemi iccedilin ccedilok farklı programlar bulunmaktadır (Ansys Marc
Nastran ) (Moavani 2015)
312 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Negatif Youmlnleri
Elde edilen sonuccedilların doğruluğu hangi sonlu youmlnteminin kullanıldığına bağlıdır
Ccedilıkacak durum oumlnceden tespit edilmeli ve ona goumlre bir ccediloumlzuumlm youmlntemi
kullanılmalıdır Bu yuumlzden oumlnceden iyi tesipt edilemezse doğru değer bulunamaz
ve doğru ccediloumlzuumlm iccedilin zaman kaybı olabilir
Doğru ccediloumlzuumlm iccedilin elemanın ayrıştırılması (mesh) atanması gerekir
Bu meshin iyi atılması gerekir yoksa ccediloumlzuumlmuumln yakınsamaları değişebilir
(Moavani 2015)
26
32 ANSYS PROGRAMI
ANSYS genel amaccedillı kullanılan sonlu elemanlar programıdır Ansys yazılımı
mukavemet titreşim akışkanlar mekaniği ısı transferi ve elektromanyetik alanlarının
birbiri ile olan interaksiyonunu simule eden yazılımdır
Boumlylelikle ANSYS uumlruumlnlerin prototipleri uumlretilmeden sanal ortamda test edilmelerine
olanak sağlar Ayrıca sanal ortamdaki 3 boyutlu simulasyonlar neticesinde yapıların
zayıf noktalarının tespiti ve iyileştirilmesi ile oumlmuumlr hesaplarının gerccedilekleştirilmesi ve
muhtemel problemlerin oumlngoumlruumllmesi muumlmkuumln olmaktadır
ANSYS yazılımı sadece ihtiyaccedil duyulan oumlzelliklerin alınmasına fırsat vererek ilave
edilebilen CAD ve FEA bağlantı modulleri ile masa uumlstuumlnde kullanılan diğer
muumlhendislik yazılımları ile entegre bir şekilde ccedilalışabilmektedir
ANSYS yazılımı hem dışarıdan CAD datalarını alabilmekte hem de iccedilindeki
preprocessing imkacircnları ile geometri oluşturulmasına izin vermektedir Yine aynı
preprocessr iccedilinde hesaplama iccedilin gerekli olan sonlu elemanlar modeli yani mesh de
oluşturulmaktadır Yuumlklerin tanımlanmasından sonra ve gerccedilekleştirilen analiz
neticesinde sonuccedillar sayısal ve grafiksel olarak elde edilebilir
ANSYS yazılımı ile oumlzellikle contact algoritmalarının ccedileşitliliği zamana bağımlı
yuumlkleme oumlzellikleri ve nonlinear malzeme modelleri sayesinde yuumlksek muumlhendislik
seviyedeki analizleri hızlı guumlvenilir ve pratik bir şekilde gerccedilekleştirilebilmektedir
ANSYS Workbench parametrik CAD sistemlerini eşsiz bir otomasyon ve performans
ile simulasyon teknolojilerini entegre eden bir platformdur ANSYS Workbenchrsquoin
guumlcuuml yılların bilgi birikimi ile arkasında duran ANSYS ccediloumlzuumlcuuml algoritmalarından gelir
Ayrıca ANSYS Workbenchrsquoin amacı sanal ortamda uumlruumlnuumln verifikasyonunu ve
iyileştirmesini sağlamaktır
Oumlzellikle PC ile uyumluluğun uumlst seviyede olabilmesi iccedilin yazılmış olan ANSYS
Workbench sadece bir arayuumlzden ileri bir ccedilalışma ortamındır ve ANSYS Workbench
ile herhangi bir ANSYS lisansına sahip herkes ccedilalışabilir Aynı alışılagelmiş ANSYS
arabiriminde olduğu gibi ANSYS Workbenchrsquode de kapasiteler sahip olunan lisansın
doğrultusunda sınırlıdır (URL9)
27
ANSYS programının bu oumlzelliklerinden dolayı programı kullanmaya karar verdik
Ansys programının oumlncellikle akışkan mekaniği ve dinamiğinde kullanılan iki ayrı
boumlluumlmuuml bulunmaktadır Bu boumlluumlmler Fluent ve CFX boumlluumlmleridir Bizim
kullandığımız boumlluumlm ise ANSYS CFX boumlluumlmuumlduumlr
33 MEVCUT FAN UumlZERİNDE YAPILAN ANALİZLER
ANSY projesinde oumlncelikle CFX kısmını kullanıldı Ccediluumlnkuuml ANSYS programında
CFX ve Fluent programı hesaplamalı akışkanlar dinamiği iccedilin kullanılmaktadır Ancak
ANSYS CFX turbo makinalar iccedilin kullanıldığından oumlnceden de goumlsterildiği gibi bir
nod alırken huumlcrelerin orta noktalarından nod hesabı yaptığı iccedilin verdiği değerler fan
analizi iccedilin daha iyi bir yakınsama goumlsterir Bu sebeple ANSYS CFX kısmı kullanıldı
İlk olarak mevcut fan uumlzerinde ccedileşitli incelemeler yapıldı
Mevcut fan uumlzerinde 10 kanat var iken suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilok fazla olduğu saptandı
Bunun uumlzerine motorun akışını kolaylaştırma yoluna gidildi
Havayı oluklara daha iyi aktarabilecek kısım fanın kanat boyu olduğu iccedilin fanın
kanatlarının uzunluğunda değişiklik yapılmasına karar verildi
Fandan ccedilekilen debi miktarı ve tork değerlerini tam alabilmek ve mevcut fanın
verimini oumllccedilebilmek iccedilin oumlncelikle esas oumllccediluumllerine goumlre ccedilizilen fan ANSYS
programına aktarıldı File gt Import gt Design Moduler şeklinde SolidWorksrsquo ten
ANSYS programına aktarıldı
Şekil 19 SolidWorksrsquo ten İmport Etmek
28
Fanın ccedilevresinde akış hacmi oluşturmak iccedilin katı modelin ccedilevresindeki hava
modellenir
331 Geometri
Oluşturulan akış hacminde havanın giriş ve ccedilıkış kısımları İnlet-Outlet şeklinde
belirtilir
Analys tools komutlarından xy duumlzleminde halka oluşturulur
Burada modeling kısmı 3 boyutlu işlem yapacağı zaman seccedililen kısımdır
Aşağıdaki şekilde de goumlruumlleceği uumlzere
Şekil 20 Akış Alanı Belirleme
Burada exturude komutuyla birlikte oluşturulacak akış hacminin kaccedil mm
uzatılacağı belirtilir Hepsini bir buumltuumln haline getirmemek iccedilin lsquovar olanla
birleştirilsin mirsquo sorusuna hayır denilir
Daha sonra ccedilevresine yayılan boşluk iccedilin Outlet tanımlaması yapılır
Bu işlemleri gerccedilekleştirdikten sonra kesit gerekir İlk oumlnce plane (duumlzlem)
belirlenir Bunun iccedilin hangi duumlzlemi seccedililecek ise (oumlrneğin xy) onu seccedilip plane
tıklanır Plane boumllgesinden ne kadar uzakta olacağı belirlenir Biz de değer 34 mmrsquo
dir Ccediluumlnkuuml kanatların boyu 31 mm olduğundan mesh atamada sorun ccedilıkmaması
29
iccedilin 34 mm uzaklıkta bir plane atanır Bu Planersquoi slice komutuyla keserek 3 farklı
boumllge oluşturulmuş olur
Akışkan hacmini oluşturmak iccedilin dolu olan kısımlar belirlenip ona goumlre hareket
edilir Bunun iccedilinde milin iccedilini dolu kabul edilir
Akışkan hacmi iccedilin yapılan bir diğer işlem ise oluşturulan hacimden fanın hacmini
booelangt substrack komutları ile akışkan hacminin bulunmasıdır
Mevcut fanın uumlzerine sağ tıklanarak ve suppress body komutu seccedililir Boumlylelikle
fanı gizleyerek sadece akışkan hacmi goumlruumlluumlr
Daha sonra oluşan parccedilaların arasında boşluk olmaması iccedilin ve bağlantı sağlamak
iccedilin part kısımlarını seccedililerek sağ tıklanır from new part seccedililir
Şekil 21 Slice Komutu ile Boumllgelere Ayırma
30
Şekil 22 Parccedilalar Arası Bağlantının Sağlandığı FromNew Part Boumlluumlmuuml
Mesh kısmını suumlruumlkleyip project schematic boumlluumlme bırakılır Bu boumlluumlmde geometri
onaylanır ve en altta bulunan meshrsquoe tıklanır
332 Sayısal Ağ Oluşturma (Mesh)
Şekil 23 Mesh oluşturma
31
Şekil 24 Mesh Geometrisi
Sonlu sayıda hacimle ccedilalışıldığından sonlu sayıda hacime boumllmek gerekir Sonlu
sayıda hacime boumlluumlnen kısımlar farklı farklı olabilir
Bu huumlcreler kapsadığı alanın oumlzelliklerini yansıtır Bunların ccedilevresindeki nodlar
bunların ortalaması ile belli bir oumlzelliğe sahip olmuş olur
Bu huumlcrelerin arttırılması yani ayrıştırmaların ccediloğaltılması ne kadar fazla olursa o
kadar yakınsama olur ve ccediloumlzuumlm iyileşir
Ancak sayısal ağ ccedilok fazla attırıldığında ccediloumlzuumlm suumlresi ccedilok fazla artacağından
ekonomik değildir
Bu sebepten dolayı mesh ( ayrıştırma) atarken akışkanın en fazla değişim
goumlstereceği kısımlarda daha fazla sayısal ağ oluşturulur Boumlylelikle daha iyi bir
yakınsama elde edilir Akışkanın değişim goumlstereceği yerler genellikle yuumlzeylerle
temas edilen kısımlardır Mevcut fanın analizin de orta kısımlarda pek fazla
değişiklik olmaz Bu nedenle sınırlara yakın kısımlara daha fazla ağ oluşturulur
Detail of Mesh kısmından hangi kısımlarda ne kadar buumlyuumlkluumlkte mesh
atılabileceğine bakılır
32
Detail of Mesh kısmından Phsics preference kısmı seccedililerek CFDrsquoi seccedililir Solver
Preference kısmından ise CFXrsquoi seccedilip devam edilir
Analiz yaparken belirlenmesi gereken kısımlar vardır Bunun iccedilin diğer kısımlar
seccedililerek hide body seccedililerek kapatılır ve select all body seccedililerek kanatlara isim
verilir
Şekil 25 Mesh İsimlendirme
Akışkanın girişine inlet ccedilıkışına outlet denilir
Mesh atımında minimum yakalayacağı huumlcreler ile maksimum yakalayacağı
huumlcrelerin milimetre hesabı oumlnemlidir Bu yuumlzden kanadın kalınlığı 25 mm olduğu
iccedilin 2 mmrsquo den az olan huumlcre belirlenir Maksimum 15 mmrsquo den buumlyuumlk huumlcreler
olması duumlşuumlnuumllerek analizin yakınsaması sağlandı
Meshrsquoi tıklayıp oradan insert size kısmın da bulunan isimlerde kanatlar seccedililir
Kanatlara maksimum 3 mm buumlyuumlkluumlk seccedililir Devamında ise kanatları hide face
komutuyla gizlenir ve geriye kalan kısımlar iccedilin sizing iccedilin yine 3 mm verilir
Daha sonra kanat ve ccedilevresine ccedilizilen akış hacmi seccedililerek tekrar size kısmından
buumltuumlnuumlne 8 mm verilir Bu kısım iccedilin mesh atanır Yuumlzeyler seccedililerek Preview
Surface Mesh on Selected Bodies denilir ve mesh işlemi tamamlanmış olur
33
Şekil 26 Meshrsquo in Goumlsterimi
Ancak mesh işleminde silindirik yuumlzeylerde sweep komutuyla daha kolay mesh
atılabileceği iccedilin istenen yuumlzey iccedilin sağ tıklayıp İnsertgt Method gtSweep Number
Divs komutlarından kaccedil sıra mesh atılacağı belirlenir 20 sıra vererek mesh atıldı
Suumlpuumlrme işlemi ile mesh atarken hangi yuumlzeyi kaynak olarak alınacağı da
boumlylelikle belirlenmiş olur
Mesh sayfasını kapatıp daha sonrasında workbench kısmında meshin uumlzerine cfx
kısmını bırakılır
Mesh setupgt solutiongt results dan sonuccedillar elde edilir
Daha sonra geometry design da motorun kapağına uygun bir sınır belirlenerek
analiz yapılır
Geometriyi duumlzenlenerek CFXrsquo e aktarılır
Daha oumlncesinde de bahsedildiği uumlzere ANSYS de CFX kullanıldı CFX
kullanılmasının bir diğer sebebi de CFXrsquo in fan konusunda ANSYSlsquo in mesh
kısmından daha bağımsız ve daha hassas olmasıdır
Yapılan isimlendirmeler tekrar kontrol edilir Her farklı işlev iccedilin farklı
isimlendirme yapmak ccedilok oumlnemlidir boumlylece havanın nereden girip ne şekilde
ccedilıkacağını isimlendirmelerden goumlruumllebilir Ve bu isimlendirmeler iccedilin ayrı ayrı kod
yazılır
34
333 Sınır Şartları
Şekil 27 Sınır Şartlarının Belirlenmiş Hali
ANSYS setup kısmında Insert gt Solver gt Output Control komutları seccedililerek code
yazılır MassFlow ()inlet gt Torque_z()kanatlar olarak giriş kısmının kuumltlesel
debisi iccedilin komut yazılır
Ayrıca Insert gt Material kısmından sıcaklığı 25reg basıncı 1 atm entalpi değerini 0
olarak şartları belirlenir
Malzemenin kapak kısmı ccedilelik olarak belirlenir
Solver Control kısmından high resuluiton seccedililerek ccediloumlzuumlmuumln kalitesi arttırılır
Solver Control kısmından Residual Target artık tipini RMS olarak ve onun
yakınsama sınırı 10-5 belirlenir Rms elemanların karelerinin koumlkuumlnuuml alarak
ortalamasını alan youmlntemdir
Yine Solver Control kısmından minimum iterasyonu 1 maksimum İterasyonu ise
500 verilir
İnlet kısmı belirlenirken Boundary Type ( sınır şartları) opening olarak seccedililir
Opening verilmesindeki amaccedil akışkanların iccedileriden girip dışarıya ccedilıkışlarının
sağlanmasıdır Aksi halde ccediloumlzuumlmuumln yakınsamasın da sorunlar oluşabilir Opening
şartında ayrıca akışkan daha ccedilabuk toparlanır ve analiz daha kolaylaşır
Flow Direction komutunda normal sınır şartları belirlenir
Suumlreklilik şartı olarak da Fluid Mass Fluxrsquou seccedililir Bunun yanında sınır kontuumlruuml
iccedilin bağıl basınccedil ayarlarını seccedililir Aynı şekilde outlet iccedilin de aynı ayarlar yapılır
35
Domaine basılıp kapak kısımları ve motor kısımları seccedililir Bu dış kısımları duvar
olarak belirlenir ve duvar hareket edemeyeceğinden No Slip Wall seccedileneği olarak
belirtilir Duvarları suumlrtuumlnmesiz olduğu varsayılıyor
Fan ve kanatlar kısmında Boundry Type olarak Wall olarak belirleyip Frame type
gt rotating (doumlnuumlyor) belirtilir
Ccediloumlzuumlm metodu olarak RNG k-euro modeli kullanılır
Şekil 28 Setup Koşulların Belirlenmesi
334 Ccediloumlzuumlm - Sonuccedillar
Setup kısmını kapatılarak solution ekranı ccedilift tıklanarak ccedilıkan ekran da RUN seccedililerek
ccediloumlzme işlemi başlatılmış olur
Ccediloumlzme işlemi bittiğinde results kısmından sonuccedillar goumlruumlntuumllenebilir
36
Şekil 29 Akışın Youmlnelişi
Şekil 30 Debi Sonucu
37
34 YENİ FAN TASARIMI
341 Fan Tasarımı İccedilin Kabuller
Havanın sıkıştırılamaz olduğunu kabul edildi Havanın sıkıştırılmaz olduğu
varsayılarak yoğunluğu değişmez ve 12 kgm3 olarak kabul edilir
Ccediloumlzuumlmde suumlrtuumlnmeler ve ısı kayıpları ihmal edilir Ccediluumlnkuuml bu değerlerin
hesaplanması ccedilok uzun suumlreceği iccedilin ccediloumlzuumlm youmlntemi iccedilin ekonomik olmaz
Gerccedilekle arasında ccedilok buumlyuumlk bir fark olmayacağı varsayılmıştır
Verimi arttırmak iccedilin orijinal fanın analizinden elde edilen tork değeri duumlşuumlk
tutulmaya ccedilalışılmıştır
Motorun tek bir youmlne doumlneceği duumlşuumlnuumllmuumlştuumlr
342 Fan Tasarım Parametreleri
Bir fan tasarımında belli başlı kriterleri ele alabilmek iccedilin mevcut fan uumlzerinden
değerler bulundu
Tablo 7 Mevcut Fanın Oumlzellikleri
Devir Sayısı ( ddk) r hub (mm) rtip (mm)
1498 25 77
Radyal hız hesaplandığında w= 15687 radsn bulunmuştur r hub diye isimlendirilen
kısım fanın giriş accedilısı iccedilin gerekli olan kanadın başlangıcı ile milin merkezi arasındaki
uzaklıktır r tip ise fan kanadının bitiş noktası ile mil merkezi arasındaki uzaklığın
yarıccedilap cinsinden ifadesi olmaktadır
38
Fan kanat tasarımında oumlnemli olan w (accedilısal hız)hızının kanatlara ne kadar dik
gelebildiğidir Bu kanat hacmine ne kadar iyi bir şekilde gelirse akışkan o denli iyi
akabilir ve kanat profili oluşur
U_hub= w (radsn) x r hub
U_tip = w x r tip
Beta = arctan(vu)
A_inlet= (r tip 1000)sup2π ndash r hub 1000)sup2π
Verim= (Q x P) (TxW)
V (akışın mutlak hızı)= Debi Alan
Tablo 8 Sonuccedil olarak elde edilen değerler
r_h (mm) 25 r_t (mm) 77 r_h (mm) 50 r_t (mm) 80
U_h (ms) 3927 U_t (ms) 1209516 U_h (ms) 7854 U_t (ms) 125664
A_in (m^2) 0016663 A_out (m^2)0012252
V_in (ms) 2350516 V_out 3196702
beta_h 5909726 beta_t 7900249 beta_h 678529 beta_t 7572755
giriş ccedilıkış
Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları
Bu değerlere goumlre BladeGende yeni bir kanat profili oluşturulur
r tip
r hub
Şekil 31 Fan Kanatlarının Accedilısı
39
Şekil 32 BladeGen Kanat Profili
Oluşturduğumuz bu geometriye daha oumlnceki boumlluumlmde bahsedilen fana yapılan adımlar
uygulandı (Yeni oluşturulan fanın geometrik deseni ektedir)
40
3421 Geometri
Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi
3422 Sayısal Ağ Oluşturma
Şekil 34 Yeni Fan Tasarımının Sayısal Ağ Oluşturulması
41
3423 Ccediloumlzuumlm
Şekil 35 Tasarımı Yapılan Fanın Verimi
Accumulated Time Step sayısı iterasyonu goumlstermektedir Daha fazla yakınsama iccedilin
daha fazla koşturulabilir
42
Şekil 36 Tasarımı Yapılan Fanın Torku
43
3423 Sonuccedillar
Şekil 37 Akışın Youmlnelişi
Bu kısımda verimi arttırabilmek iccedilin tork azaltılmaya ccedilalışıldı Boumlylece kanatlara
harcanan toplam guumlccedil azaltılarak iyileştirmeler yapıldı
44
Kanadın iş yapan kısmını arttırarak orijinal fanda kanadın suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilapı
154 mm iken yeni fan da 160 mmrsquoye ccedilıkarıldı
Kanatlar daha eğimli ama daha eksenel bir forma getirildi
Bu motorda toplam guumlccedil iccedilin 60 watt olduğunda yaklaşık 6 wattrsquo lık guumlccedil fan iccedilin
harcanıyordu Fanın verimliliği ccedilok oumlnemli olduğu iccedilin debiyi sabit tutulmaya
torku da duumlşuumlruumllmeye ccedilalışıldı
Tablo 9 ANSYSrsquo de Elde Edilen Deneyler
tork(Nm) w(radsn) m(kgs)
Orijinal Fan 00393645 15687 0048168
Yeni Fan 00043869 15687 0032261
Goumlruumllduumlğuuml gibi tork buumlyuumlk oranda duumlşmuumlş ancak onunla birlikte debi de biraz
duumlşmuumlştuumlr
343 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanması
Motorun arka ve oumln kısımlarına sırt sırta fan bağlayarak havanın akışını hızlandırma
ve soğutmayı arttırma işlemi amaccedillandı Gerccedilek boyutlarda uygulamadan oumlnce fanı
motor şeklini verilen kısım da tek başına analiz yapıldı Verimli bir sonuccedil alabilmek
iccedilin ikili fan deneyi yapıldı
3431 Geometri
Şekil 38 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Geometrisi
45
3432 Sayısal Ağ Oluşturma
Şekil 39 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Sayısal Ağ
Oluşturulması
Yapılan analiz de goumlzlemlenen sonuccedillar şunlardır
Bir motorun etrafında sınırlayıcı bir alan olmadığı iccedilin sınır şartları olarak setup
kısmında yine havayı 1 atm basınccedil olarak alınır Eğer sınırlayıcı bir alan olsaydı
oluklardan hava akışı doğrudan motorun arka kısmına gelecekti Ccedilıkış noktasına ise
kapak yerleştirildi giriş noktasında atmosfer ccedilıkışı ise kapak olarak sınırlandı
3433 Kod Ccediloumlzuumlmuuml
Debi ndash 000064 mᵌ sn olarak ccedilıktı Motorun hava ccedilıkış kısmına fan bağlamanın verimli
olmadığı sonucuna varıldı Oumlnceden oluşturulan oluklardaki 1cmrsquolik aralıklarla
havanın geniş bir alana gitmesi ccedilok zordur Ve bu akışı goumlnderebilmek iccedilin fazladan
basınccedil uygulanması gerekir Bu sebepler debinin duumlşmesine sebep olmuştur
46
Şekil 40 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Ccediloumlzuumlmuuml
47
BOumlLUumlM 4 SONUCcedilLAR
Verim= (Alınan Guumlccedil Verilen Guumlccedil)= (∆P x Q) (T x ὠ)
A_inlet = (r_tip)2 1000 - (r_hub)21000
A_outlet =( U_h1000)2 - (U-t1000)2
U= ὠ x r
Fan hesaplarıdan debi değeri ve tork değeri duumlşmuumlştuumlr Aşağıda yeni fanımızın verimi
yukarıdaki formuumlllere goumlre excelde hesaplanmıştır
tork(Nm) w(radsn) ṁ(kgm^3) verim deltap (Pa)
Orijinal Fan 00393645 15687 00391 60152783 95
Yeni Fan 00043869 15687 0039167 54068744
Tabloda da goumlruumllduumlğuuml uumlzere eski fanın oumlzelliklerine bakılarak hız uumlccedilgeni youmlntemiyle
oluşturulan yeni fan 540 verimli ccedilıkmıştır
Motorun oumln kısmın koyduğumuz fanda ise dar oluklardan buumlyuumlk bir hacime giriş
yaptığı iccedilin tek youmlnluuml analizde kuumltlesel debi negatif değerde ccedilıkmıştır
(Kuumltlesel debi) ṁ=ƍ( oumlzkuumltle) x A(alan) x V( akışkan hızı)=kgsn ndash Formuluumlnden
dolayı verimin hesaplanmasına gerek yoktur
48
BOumlLUumlM 5 EKLER
EK1- MEVCUT FAN
EK2- YENİ FAN
49
KAYNAKCcedilA
Baykal R 2011 Asenkron Motorlar Uumlzerine Enerjiİ Verimliliği Uygulanması
Yayın Tarihi 15032011
Ccedilalışkan M 2014 Eksenel Akışlı Fan Tasarımı Yuumlksek Lisans İstanbul Teknik
Uumlniversitesi TUumlRKİYE
Moavani S 2015 Sonlu Elemanlar Analizi Teorisi ve Ansys ile Uygulamalar
İstanbul
Onaygil S 2006 Enerji Verimliliği Kanunun Tanıtımı Yuumlksek Lisans
URL1 lthttpdeneysancomContentimagesdocumentshavalandirma-
4_39143832pdfgt Erişim Tarihi 12032016
URL2 lt httpwwweiegovtrgt Erişim Tarihi 20042016
URL3 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi
12052016
URL4 ltwwwtuumlikgovtrgt Erişim Tarihi 14052016
URL5 ltwwwemoorgtrekler364734147179187_ekpdfgt Erişim Tarihi 16052016
URL6 ltwwwinverter-plcnetmotoryıldız_uumlccedilgen_bağlantıhtmlgt Erişim Tarihi
18052016
URL7 ltwwweiegovtreie-webturkceenMotor_Verimliligi_Brosurupdfgt Erişim
Tarihi 20052016
URL8 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi
07062016
URL9 ltwwwfigescomtransysansys-nedirphpgt Erişim Tarihi 09062016
50
OumlZGECcedilMİŞLER
Elif CcedilİCcedilEK
Eyluumll 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Duumlzce Anadolu İmamhatip Lisesinde
tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi İlahiyat Fakuumlltesirsquoni kazandı 2012 yılında
Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine
başladı Halen eğitimine devam etmektedir
İletişim
apsuvaelifhotmailcom
Nesrin ALTUNBOĞA
Ağustos 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Haydarpaşa Teknik Okulları Raylı
Sistemler Teknolojileri Boumlluumlmuumlnuuml tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi
Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Boumlluumlmuumlnuuml kazandı Halen eğitimine
devam etmektedir
İletişim
naltunbogagmailcom
Rumeysa ALGUumlL
Ekim 1992rsquo de Konyarsquoda doğdu Lise oumlğrenimini Lafarge Aslan Ccedilimento Anadolu
Teknik Lisesirsquonde 2010 yılında tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi Teknoloji
Fakuumlltesi Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliğini kazandı 2013 yılında Teknoloji
Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine başladı Halen eğitimine devam
etmektedir
İletişim
rumeysaalgulgmailcom
51
52
1
BOumlLUumlM 1 GİRİŞ
Fan en temel anlamıyla bir basınccedil farkı oluşturarak havanın bir yerden başka yere
akışını sağlayan cihazlardır Fanlar ticari ve enduumlstri hayattın da birccedilok uygulamalarda
kullanılmaktadır Farklı boyutlarda farklı modeldeki fanlar (eksenel radyal vb)
soğutucular bilgisayarlar yıkayıcılar kurutucular ve klimalar gibi ccedileşitli sistemlerde
hava sirkuumllasyonunu sağlamak amacıyla kullanılmaktadır Yaygın olarak iki farklı
ccedileşidi kullanılmaktadır Bunlar eksenel ve radyal fanlardır Radyal akışlı fanlar
akışkanı doumlnme eksenine dik şekilde atarlarken eksenel akışlı fanlar ise doumlnme
eksenine paralel akış oluşturmaktadırlar (Ccedilalışkan 2014) Ccedilalıştıkları koşulda basınccedil
farkı oluşturmaktadırlar Fanların tahrik sistemlerinde genellikle elektrik motorları
kullanılmaktadır Fanlar sanayide ve ticari binalarda oumlnemli oranda elektrik tuumlketen
cihazlardır Halen Tuumlrkiyersquode sanayide eski teknoloji uumlruumlnuuml ve verimleri yuumlksek
olmayan ccedilok sayıda fan bulunmaktadır Bu nedenle enerji verimliliğinin artırılmasında
fanların ve fan sistemlerinin verimliliklerinin artırılmasının katkısı olacaktır (URL1)
11 CcedilALIŞMA KONUSUNUN TANIMI
Sincap kafesli asenkron motorlarının verimliliğini arttırma yolları incelenmiştir Bu
proje konusunda soğutma uumlzerine yoğunlaşarak fan tasarımı yapılmıştır Bir elektrik
motorun da fan 10rsquoluk guumlccedil harcadığı iccedilin fan tasarımın da kanat sayısını azaltarak
optimizasyon yapılmıştır Fan tasarımı iccedilin Ansys programını kullanarak kanatlardaki
torku azaltmaya youmlnelik ccedilalışmalar yapılmıştır Tasarımda ilk adım olarak temel hız
uumlccedilgenlerinden yararlanılarak gerccedileğe yakın olacak şekilde sonuccedillar oluşturulmuştur
Sonuccedilların uygunluğu doğrultusunda ccediloumlzuumlm iccedilin gerekli kontrol hacimleri kaba ve
nitelikli ağ oumlrguumlsuuml şeklinde oluşturularak analizler gerccedilekleştirilmiştir
Uumlccedil boyutlu hesaplamalı akışkanlar dinamiği analizi uygulanarak gerccedileğe daha yakın
bir model simulasyonu oluşturulmuş ve uumlccedil boyutta etkileri inceleme olanağı
sağlanmıştır Tasarım sırasında hız uumlccedilgenlerinden yararlanılarak yapılan fan
tasarımının ccediloumlzuumlmuumlnde hızlı sonuccedil alınması ve ccedilok fazla iterasyona olanak sağlayan
turbomakina yazılımı kullanılmıştır Akışkan hareketini youmlneten denklemlerin
2
ccediloumlzuumlmuumlnde kullanılan sonlu hacimler programı iccedilin gerekli ağ oumlrguumlsuumlnuumln de hızlı bir
şekilde kullanımı iccedilin turbomakina yazılımından faydalanılmış ve zaman olarak
ccedilalışmaya oumlnemli oumllccediluumlde katkısı olmuştur
12 CcedilALIŞMA KONUSUNUN AMACI
Bahsi geccedilen ccedilalışma konusunda fan tasarımın da enerjinin verimli kullanılması seccedilim
imalat ve işletme suumlreccedillerinin optimum olması sağlanmış Fan tasarımında fanın
ccedilalıştırılacağı sistem projelendirilip yapılırken dikkat edilmelidir Ccediluumlnkuuml fanlar yatırım
maliyetlerinden daha fazla enerji tuumlketmektedirler Bu nokta da elektrik motorlarında
verimi arttırıcı oumlnlemler alınarak elektrik tuumlketimi konusunda tasarruf planlarında
buumlyuumlk katkı sağlanması hedeflenmiştir
13 ELEKTRİK MOTORU
Elektrik enerjisini mekanik enerjiye ccedileviren makinedir Her elektrik motoru biri sabit
(stator) ve diğeri kendi ccedilevresinde doumlnen (rotor) iki ana parccediladan oluşur Bu ana
parccedilalar elektrik akımını ileten (sargılar vb) manyetik akıyı ileten parccedilalar ve
konstruumlksiyon parccedilaları (yataklar vb) olmak uumlzere tekrar kısımlara ayrılır (URL2)
111 Elektrik Motorlarının Sınıflandırılması
Şekil 1 Elektrik Motorlarının Sınıflandırılması
Elektrik Motoru
Doğru Akım
DC Motor
Alternatif Akım
AC Motor
Senkron Motor Asenkron Motor
3 Fazlı Asenkron
Motor
Tek Fazlı Asenkron
Motor
3
14 TUumlRKİYErsquo DE VE DUumlNYArsquo DA ELEKTRİK MOTORLARININ ENERJİ
TUumlKETİMİ
Enerjide arz guumlvenliğinin sanayide sanayide suumlrduumlrebilirliğinin ve buumlyuumlmenin ise
kalkınmada oldukccedila oumlnem taşıdığı guumlnuumlmuumlzde saklı enerji kaynağı sayılabilecek olan
verimlilik hususu belirtilmektedir TUumlİK verilerine goumlre Tuumlrkiye elektrik enerjisinin
2013 yılı itibariyle 471rsquoi sanayi sektoumlruumlnde tuumlketilmektedir Sanayide kullanılan
elektrik motorları ise bu sektoumlrde tuumlketilen elektrik enerjisinin 70rsquo ini teşkil
etmektedir Sanayinin buumlyuumlmesi son yıllardaki ARGE ccedilalışmalarının ilerlemesi ve
otomasyon sistemleri ile daha yoğun teknoloji ile Tuumlrkiye piyasasına 1 milyon elektrik
motoru arz edilmektedir Tuumlrkiyersquode de Bilim Sanayi ve Teknoloji Bakanlığı (BSTB)
tarafından AB mevzuatı ile uyumlu hale getirilen yerel mevzuat soumlz konusu elektrik
motorları iccedilin enerji verimlilik endeksini ve beyanını ve bulunması gereken en duumlşuumlk
seviyeyi zorunlu kılmaktadır ve ccedilalışmalar yapılmaktadır Bunun sonucunda
Tuumlrkiyersquode kullanılan elektrik motorları uumlzerinde sektoumlrel ve sınıfsal accedilıdan enerji
tuumlketimi irdelenmektedir Yapılan bu ccedilalışmalar ile duumlşuumlk verimli elektrik motorlarının
yuumlksek verimli elektrik motorları ile değiştirilmesi yoluyla Tuumlrkiyersquode yaklaşık yılda
2500 GWhrsquo lik enerji tasarrufu edildiği goumlruumllmuumlştuumlr (URL4)
2013 yılı TUumlİK verilerine goumlre Tuumlrkiyersquode toplam 198045 GWh Elektrik Enerjisi
tuumlketilmiştir Tuumlketilen bu enerjinin 93280 GWh kadarı sanayide tuumlketilmiştir
Tablo 1 Tuumlrkiyersquode Elektrik Motorlarının Sektoumlrlere Goumlre Tuumlketimi
Sektoumlr Elektrik Motorların Sektoumlrel
Tuumlketimi TWhYıl
Sektoumlruumln Toplam Enerji
Tuumlketimi TWhYıl
Sanayi 46 68
Ticaret 14 20
Mesken 8 35
Diğer 1 20
Toplam 69 144
4
Enerji verimliliği ccedilalışmalarında elektrik motorlarının kullanımlarının sektoumlrel
dağılımlarının yanı sıra motorların sınıflandırılması da oldukccedila oumlnemlidir
Duumlnyada 2 23 milyar elektrik motorlarının bulunduğu tahmin edilmektedir Ancak bu
motorların 2 milyar kadar adedi 075 kW guumlcuumln altındadır ve enerji tuumlketiminin 9 u
kadarını karşılar 075- 375 kW aralığında kalan motorlar ise elektrik motorlarının 11
ini oluştururken enerji tuumlketiminin 68 kadarını oluşturur 375 kW guumlccedil uumlstuumlndeki
motorlar elektrik motorlarının 1rsquoini oluştururken enerji tuumlketiminin 23rsquouumlnuuml
karşılar
Tablo 2 Elektrik Motorlarının Tuumlrlerine Goumlre Pazar Dağılımları
TİPİ le 750
W
075 - 375
kW
gt 375
kW
DC Motor Ve
Generatoumlrler
56 21 5
AC Tek Fazlı
Motorlar
29 30 -
AC Uumlccedil Fazlı
Motorlar
5 49 95
Diğer 10 - -
Tuumlrkiyersquo de elektrik enerjisinin 471rsquo i sanayide sanayide tuumlketilen elektrik
enerjisinin 67rsquosi motorlarda motorlarda tuumlketilen elektrik enerjisinin 91rsquoi 075-
1000 kW guumlccedil aralığındaki motorlarda tuumlketilmekte ve bu motorların 87rsquosinin
asenkron motorlar olduğu soumlylenebilir
IE4 ile IE1 standartları arasındaki fark buumlyuumlktuumlr 90 kW ve uumlstuumlnde ortalama fark
yaklaşık 3 seviyesindedir 075 ile 75 kW arasında ortalama verim farkı yaklaşık
10 75 ile 90 kW aralığında ise ortalama verim farkı 5 seviyesindedir
Tablo 3 IE4 ile IE1 arasındaki ortalama verim farkı
Guumlccedil Aralığı Ortalama IE1 - IE4 verim
Farkı ()
012-075 kW 17
075-75 kW 10
75-90 kW 5
90-1000 kW 3
5
15 ELEKTRİK MOTORLARINDA VERİMİN OumlNEMİ VE VERİM
SINIFLARI
Uumlretilen toplam elektriğin yaklaşık yarısı sanayi sektoumlruumlnde kullanılan elektriğin ise
yaklaşık uumlccedilte ikisi motorlar tarafından tuumlketilmektedir Bu da sanayide yuumlksek verimli
motor kullanımının enerji maliyetinin duumlşuumlruumllmesinde ne kadar oumlnemli olduğunu
goumlsterir Yuumlksek verimli motorların kullanımı aynı zamanda sera gazları salınımında
ciddi azalmalara sebep olmakta ve enerjide dışa bağımlılığın azaltılmasına katkı
yapmaktadır (URL7)
Şekil 2 Sanayide Kullanılan Elektrik Motorlarının Kullanım Yerleri
Elektrik motorlarının duumlnyadaki kullanımına bakarsak binalarda kullanılan elektriğin
36rsquosı enduumlstri ve altyapıda ise 70rsquoi elektrik motorları tarafından tuumlketilmektedir
Asenkron elektrik motorları uumllkemizin toplam elektrik tuumlketiminin yaklaşık 36rsquosını
oluşturmaktadır Hatta sanayide sektoumlrel bazda bu oran 80rsquolere kadar ccedilıkmaktadır
Bu sebeple elektrik motorlarında verimi arttırıcı oumlnlemler uumllkemizin elektrik tuumlketimi
konusundaki tasarruf planlarına buumlyuumlk katkı sağlayacaktır Satın alma maliyeti
ortalama motor oumlmruuml boyunca toplam maliyetin 2rsquolik kısmına denk gelmektedir
Tek bir motor sarımının maliyeti toplam tutarın 1rsquoini oluşturmaktadır Elektrik
motorunun kullanım oumlmruuml boyunca tuumlkettiği elektrik enerjisinin maliyeti ise toplam
maliyetin 97rsquosine tekabuumll etmektedir (URL2)
42
7
22
29
DİĞER KOMP FAN POMPA
6
Şekil 3 Talep Tarafında Elektrik Kullanımı
VERİMİN OumlNEMİ
Asenkron motorlarda ccedileşitli verimlilik sınıfları mevcuttur Avrupa Elektrik Makineleri
Uumlreticileri Komitesi (CEMEP) ve Avrupa Komisyonunun 28 Haziran 1999 tarihli
deklarasyonu motorları verim sınıflarına goumlre ayırmıştır Yuumlksek Verimli motorlar
(EFF1) verimi iyileştirilmiş motorlar (EFF2) ve duumlşuumlk verimli motorlar (EFF3)
CEMEP‟ in bu deklarasyonunu takiben motor uumlreticileri ile yaptığı goumlnuumllluuml anlaşmalar
ile duumlşuumlk verimli motor (EFF3) uumlretimini kısıtlama yoluna gitmiştir Bunun yanı sıra
Duumlnyada artan enerji talebi ile birlikte birccedilok uumllke goumlnuumllluuml ya da zorunlu olarak daha
yuumlksek verimli motor kullanımını sağlamaya ccedilalışmıştır (Onaygil 2006)
Verimlilik sınıflarına 2008 yılında yenilik getirilmiştir Bu yenilik IEC( Uluslararası
Elektronik Komisyonu) tarafından yayımlanmıştır CENELEC tarafından da 2009
yılında Avrupa normu haline gelmiştir 2010 yılında da TSE tarafından kabul
edilmiştir Bu yenilik verimlilik sınıflarına getirilen IE1 IE2 IE3 IE4 şeklinde olan
tanımlamalardır Bu tanımlamalarda IE1= EFF2 olup IE2=EFF1rsquo in karşılığıdır
IE1= STANDART VERİMLİ
IE2= YUumlKSEK VERİMLİ
IE3=CcedilOK YUumlKSEK VERİMLİ
IE4=SUumlPER YUumlKSEK CcedilOK VERİMLİ
Şeklinde sınıflandırılmıştır
AYDINLATMA19
DİĞER ELEKTRİK MOTORLARI
4
ASENKRON MOTORLAR
36
DİĞER3
ELEKTRONİK ALETLER
8
ISITMA15
EV GERECcedilLERİ15
7
2014 yılında TS- EN 60034-30 standardı doğrudan şebekeden beslenen motorlar ve değişken
hız suumlruumlcuumlluuml motorlar olmak uumlzere iki kısma ayrılmıştır Şebeke tarafından doğrudan beslenen
motorlar iccedilin verimlilik sınıflarını tayin eden başka bir standart koyulmuştur TS-EN 60034-
30-1 standardıdır Bu standart faklı olarak 012- 1000 kW guumlccedil aralığını kapsamakta ve IE4
verimlilik sınıfını da tanıtmaktadır Ayrıca 8 kutuplu motorlar da bu kapsama alınmıştır
Henuumlz TS- EN 60034- 30- 2 sınıfı yayınlanmamıştır
Şekil 4 TS-EN 60034-30-1 Standardına Goumlre Verimlilik Sınıfları
151 Mevzuat
Elektrik motorları hususunda ilk yasal duumlzenleme Avrupa Birliğinin Elektrik Motorları
ile İlgili Ccedilevreye Duyarlı Tasarım Gereklerine Dair EC6402009 sayılı tuumlzuumlğuumlduumlr
Beraberinde 4703 sayılı Uumlruumlnlere İlişkin Teknik Mevzuatın Hazırlanması ve
Uygulanmasına Dair Kanunun 14 uumlncuuml maddesine dayanılarak hazırlanan Enerji ile
İlgili Uumlruumlnlerin Ccedilevreye Duyarlı Tasarımına İlişkin Youmlnetmelik 2010 yılında
yuumlruumlrluumlğe girmiştir Daha sonra 2012 yılında EC6402009 referans alınarak
hazırlanan ve uyumlaştırılan SGM- 20122 Elektrik Motorları İle İlgili Ccedilevreye
Duyarlı Tasarım Gereklerine Dair Tebliğ yayımlanarak ulusal mevzuata
kazandırılmıştır
Bu tebliğ ile 2 4 6 kutuplu anma gerilimi en fazla 100 (UN) en fazla 1000 V olan
anma ccedilıkış guumlcuuml (PN) 075 kW ile 375 kW arasında olan ve suumlrekli ccedilalışacak şekilde
100
90
80
70 012 24 48 960
IE1 IE2 IE3 IE4
8
tasarlanmış tek hızlı 3 fazlı 50 Hz veya 5060 Hz sincap kafesli enduumlksiyon motorları
denetim kapsama alınmış bulunmaktadır
Bu tebliğde oumlnemli bir diğer husus ise uygulamaya youmlnelik olan zorunluluklardır
Onlar şunlardır IE1 sınıfı verimlilikte olan motorların piyasaya arz edilmesinin
yasaklanması ve diğer verimlilik sınıfına geccediliş suumlrecinin tanımlanmasıdır
Tablo 4 Başlıca Uumllkelerin Verimlilik Sınıfı Uygulama Tarihleri
BOumlLGE IE1 IE2 IE3
ABD - 1998 2011
AB - 2011 2015
PRC 2000 2011 2015
TUumlRKİYE - 2012 2015
Bunun dışında 01012015 tarihinden itibaren anma ccedilıkış guumlcuuml 75 kW ile 375 kW
arasında olan motorların veriminin IE3 verim seviyesinden duumlşuumlk olmayacağını veya
piyasaya arz edilen motorların IE2 verim seviyesini karşılayacak ve değişken hızlı
tahrikle teccedilhiz edilmesi gerektiğini bildirmektedir (URL5)
Tablo 5 Tuumlrkiyersquo de Zorunlu Uygulamaya Geccediliş Suumlreci
Sınıfı Zorunlu Yuumlruumlrluumlk
Tarihi
Accedilıklama (İstisnalar)
IE1 02042012 2 Nisan 2012 tarihinden itibaren piyasaya suumlruumllmesi
yasaklanmıştır
IE2 02042012 01012015 tarihine kadar kullanılabilecektir
IE3 01012015 Değişken hızlı tahrikle teccedilhiz edilmesi halinde IE2 verim
seviyesi kullanılabilecek (75 kW - 375 kW)
IE3 01012017 Değişken hızlı tahrikle teccedilhiz edilmesi halinde IE2 verim
seviyesi kullanılabilecek (075 kW - 375 kW)
9
16 MOTOR VERİMİNİ ETKİLEYEN FAKTOumlRLER
161 Verim
Bir elektrik motorunun bağlı bulunduğu şebekeden ccedilektiği enerjinin tamamı mekanik
enerjiye doumlnuumlşmez Elektrik motorunun milinden aldığı faydalı guumlccedil şebekeden ccedilektiği
guumlccedilten kayıp guumlccedillerin ccedilıkmış halidir
Asenkron motorun şebekeden ccedilektiği guumlcuumln yuumlzde kaccedilının motorun milinden mekanik
guumlccedil olarak alındığını verim goumlsterir
Verim= ((Alınan G ) (Verilen Guumlccedil))x100
ή= (PaPv)x100
Verilen guumlccedil ile alınan guumlccedil arasındaki fark toplam kayıplardır Asenkron motorlarda
kayıplar stator demir kaybı stator ve rotor bakır kayıpları ile rotorun suumlrtuumlnme ve
ruumlzgacircr kaybından ibarettir
DEMİR
KAYIPLARI
GOumlVDE
STATOR
DİRENCİ
ROTOR
DİRENCİ
RUumlZGAR
SUumlRTUumlNME
DİRENCİ
EK
KAYIPLA
Şekil 5 Motor Verimini Etkileyen Faktoumlrler
10
162 Kayıplar
Demir Kayıpları
Bakır Kayıpları
Suumlrtuumlnme Kayıpları
1621 Demir Kayıpları
Demir kayıpları stator ve rotor saccedillarında meydana gelen histerezis ve fuko
kayıplarıdır Bu kayıplar frekans ve manyetik enduumlksiyon ile oranlıdır
Stator demir kayıpları stator frekansı sabit olduğuna goumlre değişmemektedir Yalnız
rotor demir kayıpları rotor frekansı ile değişir Ancak boş ve yuumlkluuml ccedilalışmada rotor
frekansı ccedilok kuumlccediluumlktuumlr Bu sebeple rotor demir kayıpları ccedilok kuumlccediluumlk olur ve ihmal
edilebilir 0 halde bir asenkron motorun demir kayıpları stator demir kayıplarına
eşittir denebilir Stator frekansı sabit olduğundan demir kayıpları da buumltuumln yuumlkler iccedilin
sabittir
1622 Bakır Kayıpları
Asenkron motorlarda stator ve rotor omik direnccedillerinden dolayı I12R1 ve I2
2R2
değerinde bakır kayıpları meydana gelir Bakır kayıpları sargı direnccedilleri sabit
olduğuna goumlre yuumlk akımları I1 ve I2 lsquonin karesi ile değişir Şu halde bu kayıplar
yuumlkle değişen kayıplardır
Rotor ve stator bakır kayıplarını bulabilmek iccedilin akım ve direnccedillerin bilinmesi gerekir
Genel olarak bakır kayıpları motorun kısa devre deneyinden tuumlm olarak hesaplanır
1623 Ruumlzgar ve Suumlrtuumlnme Kayıpları
Asenkron motorlarda suumlrtuumlnme ve ruumlzgacircr kayıpları devir sayısı ile biraz değişirse
de bu değişim ccedilok az olduğu iccedilin sabit kabul edilebilir Suumlrtuumlnme ve ruumlzgacircr
kayıpları boş ccedilalışma deneyinde demir kayıpları ile birlikte bulunur Demir
kayıpları ile ruumlzgacircr ve suumlrtuumlnme kayıplarına sabit kayıplar denir
11
BOumlLUumlM 2 MATERYAL VE YOumlNTEM
21 ASENKRON MOTORLAR
Asenkron motorlar başlıca iki kısımdan oluşur
Hareket etmeyen kısım Stator
Doumlnme hareketi yapan kısım Rotor
Asenkron makineler motor olarak stator sargıları ile aldığı elektrik enerjisini
rotorundan doumlnme hareketi yaparak mekanik enerjiye ccedileviren ve generatoumlr olarak
rotorundan aldığı doumlnme hareketi mekanik enerjisini bazı koşullar altında stator
sargılarında elektrik enerjisine ccedileviren elektromekanik makinelerdir
Motor olarak birkaccedil Wattrsquotan 300 MW guumlcuumlne kadar uumlretilmektedir Generatoumlr olarak
az kullanılmakla beraber son zamanlarda ruumlzgacircr enerjisinden elektrik enerjisi elde
etmek amacı ile ruumlzgacircr tuumlrbini ile birlikte ccedilalışmaktadırlar
Stator sargı gerilimleri alccedilak gerilim 220Vdan orta gerilim 22kVa kadar
değişmektedir Doumlnme sayıları sabit değildir fakat doumlnme sayısı yuumlkle az değişir
Doumlnen diğer elektrik makinelerine kıyasla daha sağlam daha az bakım isteyen ve daha
ucuz makinelerdir Son yıllarda yarı iletken guumlccedil elektroniğindeki teknolojik
gelişmeler ile asenkron makinelerin kontroluuml kolayca yapılabilmektedir (Baykal
2011)
Şekil 6 Kuumlccediluumlk Guumlccedilluuml Uumlccedil fazlı Sincap Kafesli Asenkron Motorun Kesiti
12
22 ASENKRON MAKİNALARIN YAPISI
Asenkron makineler başlıca iki kısımdan oluşmaktadır Bunlar
Stator
Rotor
Şekil 7 Stator Saccedil Paketini Oluşturulmuş Farklı Tipte Statorlar
221 Stator
Stator Asenkron motorun duran kısmıdır 04 - 05 veya 08 mm kalınlığında silisyumlu
saccedillar oumlzel kalıplarla preste basılır ve paketlenir Stator saccedilları paketlenince uumlccedil fazlı
sargıların yerleştirileceği stator nuumlvesi elde edilir Bu nuumlve stator goumlvdesinin iccediline
sıkıca yerleştirilir Goumlvdeye motorun ayakları monte edilir Goumlvdeye motor kapaklan
takılır motor kapaklan ortalarındaki bilyeli yataklar statorun ortasında doumlnecek olan
rotora yataklık ederler
1Halkalı Duumlzen Kuumlccediluumlk ve orta guumlccedilteki makinelerde uygulanan bu konstruumlksiyon
şeklinde saccedil paket ya karkas dışında istiflenerek uzun saplamalarla kendi uumlzerine
sıkılır yada saccedil levhalar karkas iccedilinde istiflenir
2 Segmanlı Duumlzen Bu duumlzende saccedil paketi daima karkas tarafından gergin durumda
tutulur Segmanlı duumlzende saccedil paketi rijitli halkalı duumlzendekine oranla da az
olduğundan burada seccedililecek olan karkasın daha kuvvetli olması gerekir (Baykal
2011)
13
222 Rotor
Rotor Asenkron motorun doumlnen kısmıdır ve rotor saccedil paketi ile rotor sargılarından
oluşur Rotor saccedil paketi 05 mm‟lik silisyumlu saccedillardan yapılır Saccedilların yuumlzeyleri
ccedilok ince bir film tabakası ile yalıtılmıştır Saccedillar oumlzel kalıplarda pres altında oluk
dişler ve sıkıştırma cıvata delikleri oluşacak şekilde saccedil şeritlerden kesilerek ccedilıkartılır
Saccedillar bir araya getirilerek pres altında sıkıştırılır ve cıvatalarla bu halde kalması
sağlanır
Diğer doumlnen elektrik makinelerine goumlre stator ile rotor arasında kalan hava aralığı ccedilok
kuumlccediluumlktuumlr Motorun guumlcuumlne goumlre hava aralığının radyal boyu 05 - 1 - 3 mm kadar
olabilir Boumlylesine kuumlccediluumlk bir hava aralığı boşta ccedilalışma akımını kuumlccediluumlk tutmak iccedilin
yapılır Rotor olukları motorun elektrik karakteristiklerini etkileyen değişik biccedilimlerde
yapılır Rotor oluklarına rotor sargıları yerleştirilir
Şekil 8 Rotor Saccedil Paketini Oluşturan Değişik Rotor Saccedilları
Rotor sargıları uumlccedil fazlı olarak ya da sincap kafesli olarak yapılır Rotoru sargılı olan
ve sargı uccedilları doumlnen bilezik-sabit fırccedila ile dışarı ccedilıkartılan motorlara bilezikli asenkron
motor denir Sincap kafesli motorlarda rotor oluklarına bakır ccedilubuklar yerleştirilir Bu
ccedilubuklar her iki baştan dairesel halkalarla kısa devre edilerek sincap kafesine
benzeyen kendi uumlzerine kapatılmış bir sargı elde edilir Sincap kafesli motor sargısı
oumlzel kalıplarla rotor oyuklarına basınccedil altında aluumlminyum puumlskuumlrtuumllerek uumlretilir
Boumlylece uumlretilen rotor sincap kafesi aluumlminyumdan yapılmış olur
Sincap kafesli asenkron motorun rotorundan hiccedilbir uccedil ccedilıkmadığı iccedilin bu motorun
kontroluuml sadece statordaki elektrik uccedillarından yapılabilmektedir Oysa bilezikli
asenkron motorun rotor sargı uccedilları bilezik ve fırccedila sistemi ile dışarı ccedilıkarıldığından
14
bu motorun kontroluuml hem stator sargı uccedillarından ve hem de rotor sargı uccedillarından
yapılabilmektedir
Sincap kafesli motorun rotor sargısı buumlyuumlk motorlarda bakır ccedilubukların rotor
oluklarına yerleştirilmesi ve iki baştan kısa devre elde edilmesi ile oluşturulur Kuumlccediluumlk
motorlarda rotorun sincap kafesi aluumlminyum puumlskuumlrtme ve kalıplarla elde edilir
Rotoru sincap kafesli bir motorun sincap kafesi değişik biccedilimde oluklara yerleştirilir
Motorun oumlzellikle moment karakteristiğine istenilen oumlzelliği vermek iccedilin rotorda derin
oluklar ve ccedilift oluk kullanılır Birinci motora derin oluklu ya da derin ccedilubuklu motor
ve diğerine de ccedilift kafesli motor denir (Baykal 2011)
23 ASENKRON MOTORLARIN CcedilALIŞMA İLKESİ
Asenkron makinenin ccedilalıŞma ilkesi bir doumlner alanın varlığına dayanır Doumlner alan
senkron hız motor milinin hızı da rotor hızı olarak isimlendirilir Kayma da bu iki
hızın arasındaki fark olarak ifade edilmektedir
231 Doumlner Alan
Bir N-S mıknatısı ya da uumlzerinden akım geccedilen bir bobinin magnetik alanı N kutbundan
ccedilıkar ve S kutbuna girer Daimi mıknatıs ve doğru akım taşıyan bobinin manyetik
alanları mıknatıs ve bobin dışarıdan bir bobinle doumlnduumlruumlluumlrse bunların alanları da
beraber doumlner İşte bir mıknatısın doumlnduumlruumllmesi ile elde edilen alana doumlner alan denir
Uumlccedil fazlı asenkron motorun (enduumlksiyon motorun) statoruna birbirinden 120rsquoşer derece
faz farklı 3 faz sargısı yerleştirilmiştir En basit statorda her biri bir faza ait olmak
uumlzere 3 tane bobin bulunur Bir motor en az iki kutuplu olarak sarılabilir (Baykal
2011)
Şekil 9 Uumlccedil Faz bobininin 6 Oluklu Statora Yerleştirilişi
15
232 Senkron Hız
N-S kutuplarının saat ibresi youmlnuumlnde doumlnduumlğuuml goumlruumlluumlr uumlccedil fazlı alternatif akımdaki bir
periyotluk değişme N-S kutuplarının bir devir yapmasına sebep olur Alternatif akımın
frekansı 50 Hz ise saniyede 50 periyotluk bir değişme yapar Dolayısıyla statordaki
faz bobinlerinin meydana getirdiği N-S kutupları da saniyede 50 devirle doumlner Bu
dakikada 3000 devir eder Ccedilok fazlı bir stator sargısından aynı faz sayısında ccedilok fazlı
bir akım geccedilerse hava aralığında sabit genlikli bir doumlner alan oluşur Bu doumlner alanın
duran statora goumlre ns (n1) devir hızı şebeke frekansına doğru stator sargısının p ccedilift
kutup sayısına ters orantılıdır
1198991 = 601198911
119901
Senkron hız da denen doumlner alan hızı kutup sayısına goumlre buumlyuumlk basamaklar yaparak
değişir Asenkron motorlar ancak belli senkron hızlar iccedilin yapılabilir En fazla
kullanılan senkron hızlar 2 4 6 ve 8 kutup sayılarına ait olanlardır (Baykal 2011)
Tablo 6 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru
P
(Kutup Sayısı)
50 Hz 60 Hz
n1min-1 n1s-1 n1min-1 n1s-1
2 3000 50 3600 60
4 1500 25 1800 30
6 1000 1667 1200 20
8 750 125 900 15
16
233 Kayma
Senkron makine dışında buumltuumln diğer ccedilalışma tuumlrlerinde asenkron makinenin
ccedilalışabilmesi iccedilin rotor hızının doumlner alan hızından farklı olması gerekir Doumlner alanın
rotor uumlzerinden geccedilme hızına yani doumlner alan ile rotor hızı arasındaki cebirsel farka
kayma hızı n2 ve bu hızın doumlner alan hızına oranına kayma s denir Bu tanıma
dayanarak kayma devir hızına goumlre veya devir hızı kaymaya goumlre ifade edilebilir
n2 = n1 ndash n n = n1(1-s) 119904 = 1198992
1198991 =
1198991minus119899
1198991
Kayma oranlanmış bir buumlyuumlkluumlktuumlr ve ccediloğunlukla olarak ifade edilir Pozitif negatif
veya sıfır olabilir Oranlanmış rotor hızı n nı ile toplamı daima 1rsquoe eşittir Teorisel
olarak ndash infin ve +infin arasında değişebilir Durmada n = 0 ve s =1 dir Senkron ccedilalışmada
n = n1 ve s = 0 dır Bu iki sınır değer arasında asenkron makine motor olarak ccedilalışır
ve kayması daima pozitiftir Anma ccedilalışmasındaki değeri yuumlzde birkaccedil olup artan
anma guumlcuuml ile azalır ve kuumlccediluumlk guumlccedillerde yaklaşık 10 dan buumlyuumlk guumlccedillerde 1 in altına
duumlşer
Rotor doumlner alana goumlre ters youmlnde doumlnduumlğuumlnde elde edilen fren ccedilalışmada devir hızı
negatif ve kayma 1 den buumlyuumlktuumlr Rotor hızı doumlner alan hızını geccedilerse yani ngtn1 ise
kayma negatif olur (s lt 0) ve makine generatoumlr olarak ccedilalışmaya başlar (Baykal 2011)
Şekil 10 Standart Asenkron Motorların Anma Kayması ve Verimi
17
24 ASENKRON MOTOR CcedilEŞİTLERİ
Asenkron motorlar rotor yapılarına goumlre ikiye ayrılır
Sincap kafesli (Kısa devre rotorlu) Asenkron Motorlar
Bilezikli (Sargılı rotorlu) Asenkron Motorlar
241 Uumlccedil Fazlı Kısa Devre (Sincap Kafesli ) Asenkron Motorlar
Uumlccedil fazlı sincap kafesli motorun yapılısı basittir Az bakıma ihtiyaccedil goumlsterir Bu tip
motorun oumllccediluumlleri aynı guumlccedilteki başka tip motorların oumllccediluumllerinden kuumlccediluumlktuumlr Değişik
yuumlklerdeki hız reguumllasyonu ccedilok iyidir Fiyatının ucuzluğu yapılışının sağlamlığı ve
istenilen ccedilalışma oumlzelliğine sahip oluşu yuumlzuumlnden bu tip motorlar sanayide ccedilok
kullanılır
Rotorlar accedilılmış oluklara basınccedil altında erimiş aluumlminyum puumlskuumlrtuumllerek doldurulur
Rotorun her iki başındaki kısa devre halkalar da aluumlminyumdandır Ayrıca bu halkalar
uumlzerine kanatlar da bırakılarak rotor işletmede vantilasyon suretiyle soğutulması
sağlanır 250 kW guumlcuumlne kadar kısa devre kafesleri aluumlminyumdan yapılmış asenkron
motorlar mevcuttur
Buumlyuumlk guumlccedil istenilen işletmelerde kısa devre kafesi yuumlksek dikdoumlrtgen şeklinde bakır
ccedilubuklardan ve bunları rotorun her iki başında kısa devre eden bakır halkalardan
yapılır Rotorda kaccedil adet oluk varsa rotorun faz sayısı buna eşittir
Kısa devre kafesli asenkron motorun yol alma oumlzellikleri iyi değildir Ancak basit ve
ucuz olmaları nedeni ile yaygın biccedilimde kullanılmaktadır Yol almasını kolaylaştırmak
iccedilin yuumlksek ccedilubuklu veya ccedilift kafesli olarak yapılırlar (Baykal 2011)
Şekil 11 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru
18
242 Bilezikli (Sargılı rotorlu) AC Motorlar
Birccedilok sanayi yuumlklerinde uumlccedil fazlı değişik hızlı motora ihtiyaccedil duyulduğu yerler iccedilin
bilezikli asenkron motorlar geliştirilmiştir Bilezikli asenkron motorlara sargılı rotorlu
AC motor da denilmektedir Bu tip motorun statoru ile sargının yerleştirilmesi sincap
kafesli motorun aynıdır Rotor ccedilelik saccedillardan yapılmış silindirik bir goumlbektir 120
derece aralıklı uumlccedil adet tek fazlı kalıp sargısını yerleştirmek iccedilin rotor uumlzerine oyuklar
accedilılmıştır izoleli rotor bobinleri stator kutup sayısına eşit kutup sayısı elde edecek
şekilde gruplandırılmıştır Uumlccedil tek fazlı rotor sargısı aralarında yıldız bağlanarak ccedilıkış
uccedilları rotor mili uumlzerindeki uumlccedil bileziğe bağlanmıştır Bileziklere temas eden fırccedila uccedilları
hız kontroloumlruuml ayarlayıcısına bağlanır Fırccedilalar taşıyıcılar uumlzerindeki yayların basıncı
ile bileziklere sıkıca temas eder Doğru akım makinelerinde olduğu gibi youmln
değiştirmeye luumlzum olmadığı iccedilin fırccedila taşıyıcıları uygun bir durumda sıkıca tespit
edilmiştir
Bilezikli asenkron motorun rotorunda aynı statorunda olduğu gibi uumlccedil fazlı alternatif
akım sargısı vardır Stator 10 Kw guumlce kadar tek tabakalı orta guumlccedillerde ise iki tabakalı
sargılı yapılırlar Rotor ise tam oluklu veya kesirli oluklu sargılı olabilir Rotor sargı
uccedillarının bir tarafı bileziklere bağlanır Diğer tarafı ise kısa devre edilerek uumlccedil fazlı
sargının yıldız noktasını oluşturur Bilezikler uumlzerindeki fırccedila sistemi ile rotor
alternatif gerilim kaynağından ayrıca beslenir (Baykal 2011)
25 Elektrik Motorlarına Yıldız-Uumlccedilgen Yol Verme
Kalkış akımını duumlşuumlrmede en ekonomik youmlntemdir Uumlccedil kontaktoumlr ile bir zaman
roumllesinden oluşan kontaktoumlr kombinasyonudur Bu youmlntemle yol verebilmek iccedilin
motorun uumlccedilgen bağlı ccedilalışma gerilimi şebeke gerilimine eşit olmalıdır Oumlrneğin
uumllkemizde şebeke gerilimi 380 Volt olduğuna goumlre yıldız-uumlccedilgen yol verilecek motorun
etiketinde D380 V veya D380VY660V yazılı olmalıdır Volt elektrik motorlarında 2
ve 4 kutuplularda 3 kW (dacirchil) 6 kutuplularda 22 kW(dacirchil) den daha buumlyuumlk guumlccedilluuml
motorlar bu oumlzelliktedir Yani 380 V şebekede uumlccedilgen bağlı ccedilalıştırılırlar
Motora yıldız-uumlccedilgen yol verildiğinde direkt yol vermeye goumlre şebekeden ccedilekeceği
akım 3 katı azalır Yıldız-uumlccedilgen yol vermede amaccedil motoru kalkış suumlresince yıldız
19
bağlı ccedilalıştırmak ve kalkışını tamamlayan motoru hemen normal bağlantısı olan uumlccedilgen
bağlı olarak ccedilalıştırmaktır
Motor kalkış sırasında yıldız bağlı ccedilalıştırıldığından motor sargılarına uygulanan
gerilim U radic3 değerine motorun şebekeden ccedilektiği akım ise 13 değerine duumlşer
Motorun sargılarına uygunalan gerilim azaldığından momenti oumlnemli oumllccediluumlde kuumlccediluumlluumlr
Yıldız-uumlccedilgen yol vermenin kusursuz olması iccedilin motorun yuumlk momentinin yıldız
bağlamadaki motor momentinden buumlyuumlk olmaması ve yıldız bağlamadaki suumlrenin
uygun olması gerekir Bu geccediliş suumlresi ccedilok oumlnemlidir Motor yıldız bağlantıda iken
anma devir sayısına ulaşıldığı anda uumlccedilgen bağlantıya geccedililmesi ve fazla aralık
verilmemesi gerekir
Boumlyle olursa yıldızdan uumlccedilgen bağlantıya geccedilişteki uumlccedilgen kontaktoumlruumlnuumln kapamama
akımı kuumlccediluumlk ve yıldızdan uumlccedilgene geccediliş darbesiz olur Aksi halde uumlccedilgen bağlantıya
geccedilişte akımda geccedilici artışlar goumlruumlluumlr Bunun sonucu kontaktoumlruumln kontakları ani
yuumlksek ısı nedeniyle kaynak olabilir
Bir şebekede uumlccedilgen bağlı ccedilalışacak motor aynı şebekede yıldız bağlı (Y) olarak
ccedilalıştırılabilir Ancak bu durumda motorun guumlcuuml ve momenti duumlşer Bu oumlzellikten
yararlanarak asenkron motorların kalkış anında ccedilektikleri fazla akımı azaltmak iccedilin
yıldız-uumlccedilgen yol verme uygulanması yapılabilir
Şebekede yıldız bağlı ccedilalıştırılması gereken motor yanlışlıkla uumlccedilgen bağlı ccedilalıştırılırsa
sargılarına radic3 katı buumlyuumlk gerilim uygulanmış olur Gerilimdeki artış oranı kadar sargı
akımı buumlyuumlyeceğinden motor aşırı akım ccedileker ve kısa suumlrede artacak ısı sonucu
sargılar yanar
Onun iccedilin yıldız bağlı ccedilalışması gereken motor kesinlikle aynı şebekede uumlccedilgen bağlı
ccedilalıştırılmaz (URL6)
20
Şekil 12 Motora yıldız-uumlccedilgen yol verme
Şekil 13 Stator Sargı Uccedillarının Uumlccedilgen (D) Ve Yıldızı (Y) Bağlanması
Şekil 14 Asenkron Motora Yol Verme
21
26 FANLAR
261 Genel Bilgiler
Fanlar hava veya benzeri gazları basınccedillandırarak belirli bir akış yolu iccedilinde hareket
etmesini sağlayan turbo makinelerdir İyi bir fan istenilen performansı yerine
getirirken verimi yuumlksek enerjiyi daha az tuumlketen muumlmkuumln olduğunca guumlruumlltuumlsuumlz
ccedilalışan ve maliyeti duumlşuumlk olan fandır Fanların tahrik sistemlerinde elektrik motorları
kullanılmaktadır (URL3)
262 Fan Ccedileşitleri
Fanlar aşağıdaki gibi sınıflandırılmaktadır
Eksenel (aksiyel) fanlar
Radyal (santrifuumlj) fanlar
Karışık akışlı (eksenel-radyal) fanlar
Ccedilatı tuumlruuml fanlar
Karşıt akımlı fanlar (blower)
Vorteks ya da rejeneratif fanlar
Diğerleri
Elektrik motorlarında radyal fanlar kullanılmaktadır (URL8)
Bu kısımda projemiz iccedilin incelediğimiz 3 ccedileşit fanı accedilıklayacağız
2621 Eksenel Fanlar
Havanın fan ccedilarkı ile aynı eksende youmln değiştirmeden hareket ettiği fanlardır Yuumlksek
hava debileri ve duumlşuumlk basınccedil sınıfına sahip sistemler iccedilin uygun fanlardır Şekil 15
rsquode oklar akış youmlnuumlnuuml (simetri eksenine paralel) goumlstermektedir
22
Şekil 15 Akışın Simetri Ekseninde Hareket Etmesi
2622 Karışık Akışlı (Radyal-Eksenel) Fanlar
Havanın kanatlar uumlzerinden emmesine goumlre yaklaşık 45deg accedilı yaparak hareket ettiği
fanlardır Radyal fanlara goumlre hava debisi daha yuumlksektir
Eksenel fanlardan daha yuumlksek basınca dayanabilir
Fan eğrisi uumlzerinde kararsız boumllge yoktur
Karşı basıncın duumlşuumlk olduğu boumllgelerde motor aşırı akım ccedilekmez
Eksenel ve radyal fanlara goumlre verimleri duumlşuumlktuumlr (URL6)
Şekil 16 Karışık Akışlı Fan Uygulamaları
23
2623 Radyal (Santrifuumlj) Fanlar
Havanın fan ccedilarkını emmesine goumlre 90deg accedilı yaparak kanatlara teğet olarak terk ettiği
fanlardır
Radyal fanların avantajları aşağıdaki gibidir
Geniş bir uygulama aralığına sahiptir
Yuumlksek sıcaklık ve aşındırıcı ortam uygulamalarında kulanılır
Değişken akış direncine sahip yerlerde daha verimli ve daha sessiz ccedilalışma
olanakları vardır
Yapısal kararlılıkları yuumlksektir (URL6)
Radyal Duumlz Kanatlı Fanlar
Genellikle kendi kendini temizleme malzeme taşıma ve parccedilacık ve yağ yuumlkluuml havanın
uygun halde taşınması gibi durumlarda kullanılırlar ve bunun iccedilin duumlz kanatları vardır
Ccedilarkları basit bir yapıya sahiptir ve nispeten dar kanatları vardır
Elektrik motorlarında genellikle ccedilift youmlnluuml ccedilalışmaya uygun olması iccedilin radyal duumlz
kanat tipli bu fanlar seccedililiyor
Şekil 17 Radyal Duumlz Kanatlı Fanlara Oumlrnekler
24
BOumlLUumlM 3 BULGULAR VE TARTIŞMA
31 SONLU ELEMANLAR YOumlNTEMİ
Sonlu elemanlar youmlntemi muumlhendislik problemlerine kabul edilebilir yaklaşımlarla
ccediloumlzuumlm arayan sayısal youmlntemdir (Moavani 2015) Sonlu elemanlar youmlntemi diğer bir
ifade şekliyle fiziksel şeklin matematiksel ifadesidir Bu kurduğumuz siste sınırlara
ayırılabilen ve malzeme şartlarına uygun olan bir sistem olmalıdır
Sonlu eleman youmlntemindeki basamaklar
Yaklaşık Ccediloumlzuumlm Youmlntemi
Geometrik Şekil
Nod
Eleman
Mesh
Ayrıklaştırma
Şekil 18 Sonlu Eleman Modeli
Eleman
Nod
(Duumlğuumlm
noktaları)
25
Sonlu elemanlar youmlntemi matematik ve fizik biliminin buumltuumln alanlarında kullanılır
Gerilme Analizi
Akışkanlar Mekaniği
Isı İletimi
Dalga Yayılımı
Darbe Analizi
Aerodinamik vb alanlardır
Sonlu elemanlar youmlntemini kullanırken oumlncelikle şu soruların cevaplarını bulmalıyız
Dizayn amacımız nedir
Bu sistemi modellemek iccedilin gerekli olan bilgiler nelerdir
Bu dizayn iccedilin hangi kriterler gerekir
311 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Pozitif Youmlnleri
Geometrisi karışık cisimlerin incelenmesini kolaylaştırır Geometri basit kısımlara
ayrılıp burada ayrı veya daha hassas işlemler yapılabilir
Parccedilanın geometrisini değiştirmeye gerek kalmaz
Youmlntemde hem fiziksel hem matematiksel temeli vardır
Sonlu elemanlar youmlntemi iccedilin ccedilok farklı programlar bulunmaktadır (Ansys Marc
Nastran ) (Moavani 2015)
312 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Negatif Youmlnleri
Elde edilen sonuccedilların doğruluğu hangi sonlu youmlnteminin kullanıldığına bağlıdır
Ccedilıkacak durum oumlnceden tespit edilmeli ve ona goumlre bir ccediloumlzuumlm youmlntemi
kullanılmalıdır Bu yuumlzden oumlnceden iyi tesipt edilemezse doğru değer bulunamaz
ve doğru ccediloumlzuumlm iccedilin zaman kaybı olabilir
Doğru ccediloumlzuumlm iccedilin elemanın ayrıştırılması (mesh) atanması gerekir
Bu meshin iyi atılması gerekir yoksa ccediloumlzuumlmuumln yakınsamaları değişebilir
(Moavani 2015)
26
32 ANSYS PROGRAMI
ANSYS genel amaccedillı kullanılan sonlu elemanlar programıdır Ansys yazılımı
mukavemet titreşim akışkanlar mekaniği ısı transferi ve elektromanyetik alanlarının
birbiri ile olan interaksiyonunu simule eden yazılımdır
Boumlylelikle ANSYS uumlruumlnlerin prototipleri uumlretilmeden sanal ortamda test edilmelerine
olanak sağlar Ayrıca sanal ortamdaki 3 boyutlu simulasyonlar neticesinde yapıların
zayıf noktalarının tespiti ve iyileştirilmesi ile oumlmuumlr hesaplarının gerccedilekleştirilmesi ve
muhtemel problemlerin oumlngoumlruumllmesi muumlmkuumln olmaktadır
ANSYS yazılımı sadece ihtiyaccedil duyulan oumlzelliklerin alınmasına fırsat vererek ilave
edilebilen CAD ve FEA bağlantı modulleri ile masa uumlstuumlnde kullanılan diğer
muumlhendislik yazılımları ile entegre bir şekilde ccedilalışabilmektedir
ANSYS yazılımı hem dışarıdan CAD datalarını alabilmekte hem de iccedilindeki
preprocessing imkacircnları ile geometri oluşturulmasına izin vermektedir Yine aynı
preprocessr iccedilinde hesaplama iccedilin gerekli olan sonlu elemanlar modeli yani mesh de
oluşturulmaktadır Yuumlklerin tanımlanmasından sonra ve gerccedilekleştirilen analiz
neticesinde sonuccedillar sayısal ve grafiksel olarak elde edilebilir
ANSYS yazılımı ile oumlzellikle contact algoritmalarının ccedileşitliliği zamana bağımlı
yuumlkleme oumlzellikleri ve nonlinear malzeme modelleri sayesinde yuumlksek muumlhendislik
seviyedeki analizleri hızlı guumlvenilir ve pratik bir şekilde gerccedilekleştirilebilmektedir
ANSYS Workbench parametrik CAD sistemlerini eşsiz bir otomasyon ve performans
ile simulasyon teknolojilerini entegre eden bir platformdur ANSYS Workbenchrsquoin
guumlcuuml yılların bilgi birikimi ile arkasında duran ANSYS ccediloumlzuumlcuuml algoritmalarından gelir
Ayrıca ANSYS Workbenchrsquoin amacı sanal ortamda uumlruumlnuumln verifikasyonunu ve
iyileştirmesini sağlamaktır
Oumlzellikle PC ile uyumluluğun uumlst seviyede olabilmesi iccedilin yazılmış olan ANSYS
Workbench sadece bir arayuumlzden ileri bir ccedilalışma ortamındır ve ANSYS Workbench
ile herhangi bir ANSYS lisansına sahip herkes ccedilalışabilir Aynı alışılagelmiş ANSYS
arabiriminde olduğu gibi ANSYS Workbenchrsquode de kapasiteler sahip olunan lisansın
doğrultusunda sınırlıdır (URL9)
27
ANSYS programının bu oumlzelliklerinden dolayı programı kullanmaya karar verdik
Ansys programının oumlncellikle akışkan mekaniği ve dinamiğinde kullanılan iki ayrı
boumlluumlmuuml bulunmaktadır Bu boumlluumlmler Fluent ve CFX boumlluumlmleridir Bizim
kullandığımız boumlluumlm ise ANSYS CFX boumlluumlmuumlduumlr
33 MEVCUT FAN UumlZERİNDE YAPILAN ANALİZLER
ANSY projesinde oumlncelikle CFX kısmını kullanıldı Ccediluumlnkuuml ANSYS programında
CFX ve Fluent programı hesaplamalı akışkanlar dinamiği iccedilin kullanılmaktadır Ancak
ANSYS CFX turbo makinalar iccedilin kullanıldığından oumlnceden de goumlsterildiği gibi bir
nod alırken huumlcrelerin orta noktalarından nod hesabı yaptığı iccedilin verdiği değerler fan
analizi iccedilin daha iyi bir yakınsama goumlsterir Bu sebeple ANSYS CFX kısmı kullanıldı
İlk olarak mevcut fan uumlzerinde ccedileşitli incelemeler yapıldı
Mevcut fan uumlzerinde 10 kanat var iken suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilok fazla olduğu saptandı
Bunun uumlzerine motorun akışını kolaylaştırma yoluna gidildi
Havayı oluklara daha iyi aktarabilecek kısım fanın kanat boyu olduğu iccedilin fanın
kanatlarının uzunluğunda değişiklik yapılmasına karar verildi
Fandan ccedilekilen debi miktarı ve tork değerlerini tam alabilmek ve mevcut fanın
verimini oumllccedilebilmek iccedilin oumlncelikle esas oumllccediluumllerine goumlre ccedilizilen fan ANSYS
programına aktarıldı File gt Import gt Design Moduler şeklinde SolidWorksrsquo ten
ANSYS programına aktarıldı
Şekil 19 SolidWorksrsquo ten İmport Etmek
28
Fanın ccedilevresinde akış hacmi oluşturmak iccedilin katı modelin ccedilevresindeki hava
modellenir
331 Geometri
Oluşturulan akış hacminde havanın giriş ve ccedilıkış kısımları İnlet-Outlet şeklinde
belirtilir
Analys tools komutlarından xy duumlzleminde halka oluşturulur
Burada modeling kısmı 3 boyutlu işlem yapacağı zaman seccedililen kısımdır
Aşağıdaki şekilde de goumlruumlleceği uumlzere
Şekil 20 Akış Alanı Belirleme
Burada exturude komutuyla birlikte oluşturulacak akış hacminin kaccedil mm
uzatılacağı belirtilir Hepsini bir buumltuumln haline getirmemek iccedilin lsquovar olanla
birleştirilsin mirsquo sorusuna hayır denilir
Daha sonra ccedilevresine yayılan boşluk iccedilin Outlet tanımlaması yapılır
Bu işlemleri gerccedilekleştirdikten sonra kesit gerekir İlk oumlnce plane (duumlzlem)
belirlenir Bunun iccedilin hangi duumlzlemi seccedililecek ise (oumlrneğin xy) onu seccedilip plane
tıklanır Plane boumllgesinden ne kadar uzakta olacağı belirlenir Biz de değer 34 mmrsquo
dir Ccediluumlnkuuml kanatların boyu 31 mm olduğundan mesh atamada sorun ccedilıkmaması
29
iccedilin 34 mm uzaklıkta bir plane atanır Bu Planersquoi slice komutuyla keserek 3 farklı
boumllge oluşturulmuş olur
Akışkan hacmini oluşturmak iccedilin dolu olan kısımlar belirlenip ona goumlre hareket
edilir Bunun iccedilinde milin iccedilini dolu kabul edilir
Akışkan hacmi iccedilin yapılan bir diğer işlem ise oluşturulan hacimden fanın hacmini
booelangt substrack komutları ile akışkan hacminin bulunmasıdır
Mevcut fanın uumlzerine sağ tıklanarak ve suppress body komutu seccedililir Boumlylelikle
fanı gizleyerek sadece akışkan hacmi goumlruumlluumlr
Daha sonra oluşan parccedilaların arasında boşluk olmaması iccedilin ve bağlantı sağlamak
iccedilin part kısımlarını seccedililerek sağ tıklanır from new part seccedililir
Şekil 21 Slice Komutu ile Boumllgelere Ayırma
30
Şekil 22 Parccedilalar Arası Bağlantının Sağlandığı FromNew Part Boumlluumlmuuml
Mesh kısmını suumlruumlkleyip project schematic boumlluumlme bırakılır Bu boumlluumlmde geometri
onaylanır ve en altta bulunan meshrsquoe tıklanır
332 Sayısal Ağ Oluşturma (Mesh)
Şekil 23 Mesh oluşturma
31
Şekil 24 Mesh Geometrisi
Sonlu sayıda hacimle ccedilalışıldığından sonlu sayıda hacime boumllmek gerekir Sonlu
sayıda hacime boumlluumlnen kısımlar farklı farklı olabilir
Bu huumlcreler kapsadığı alanın oumlzelliklerini yansıtır Bunların ccedilevresindeki nodlar
bunların ortalaması ile belli bir oumlzelliğe sahip olmuş olur
Bu huumlcrelerin arttırılması yani ayrıştırmaların ccediloğaltılması ne kadar fazla olursa o
kadar yakınsama olur ve ccediloumlzuumlm iyileşir
Ancak sayısal ağ ccedilok fazla attırıldığında ccediloumlzuumlm suumlresi ccedilok fazla artacağından
ekonomik değildir
Bu sebepten dolayı mesh ( ayrıştırma) atarken akışkanın en fazla değişim
goumlstereceği kısımlarda daha fazla sayısal ağ oluşturulur Boumlylelikle daha iyi bir
yakınsama elde edilir Akışkanın değişim goumlstereceği yerler genellikle yuumlzeylerle
temas edilen kısımlardır Mevcut fanın analizin de orta kısımlarda pek fazla
değişiklik olmaz Bu nedenle sınırlara yakın kısımlara daha fazla ağ oluşturulur
Detail of Mesh kısmından hangi kısımlarda ne kadar buumlyuumlkluumlkte mesh
atılabileceğine bakılır
32
Detail of Mesh kısmından Phsics preference kısmı seccedililerek CFDrsquoi seccedililir Solver
Preference kısmından ise CFXrsquoi seccedilip devam edilir
Analiz yaparken belirlenmesi gereken kısımlar vardır Bunun iccedilin diğer kısımlar
seccedililerek hide body seccedililerek kapatılır ve select all body seccedililerek kanatlara isim
verilir
Şekil 25 Mesh İsimlendirme
Akışkanın girişine inlet ccedilıkışına outlet denilir
Mesh atımında minimum yakalayacağı huumlcreler ile maksimum yakalayacağı
huumlcrelerin milimetre hesabı oumlnemlidir Bu yuumlzden kanadın kalınlığı 25 mm olduğu
iccedilin 2 mmrsquo den az olan huumlcre belirlenir Maksimum 15 mmrsquo den buumlyuumlk huumlcreler
olması duumlşuumlnuumllerek analizin yakınsaması sağlandı
Meshrsquoi tıklayıp oradan insert size kısmın da bulunan isimlerde kanatlar seccedililir
Kanatlara maksimum 3 mm buumlyuumlkluumlk seccedililir Devamında ise kanatları hide face
komutuyla gizlenir ve geriye kalan kısımlar iccedilin sizing iccedilin yine 3 mm verilir
Daha sonra kanat ve ccedilevresine ccedilizilen akış hacmi seccedililerek tekrar size kısmından
buumltuumlnuumlne 8 mm verilir Bu kısım iccedilin mesh atanır Yuumlzeyler seccedililerek Preview
Surface Mesh on Selected Bodies denilir ve mesh işlemi tamamlanmış olur
33
Şekil 26 Meshrsquo in Goumlsterimi
Ancak mesh işleminde silindirik yuumlzeylerde sweep komutuyla daha kolay mesh
atılabileceği iccedilin istenen yuumlzey iccedilin sağ tıklayıp İnsertgt Method gtSweep Number
Divs komutlarından kaccedil sıra mesh atılacağı belirlenir 20 sıra vererek mesh atıldı
Suumlpuumlrme işlemi ile mesh atarken hangi yuumlzeyi kaynak olarak alınacağı da
boumlylelikle belirlenmiş olur
Mesh sayfasını kapatıp daha sonrasında workbench kısmında meshin uumlzerine cfx
kısmını bırakılır
Mesh setupgt solutiongt results dan sonuccedillar elde edilir
Daha sonra geometry design da motorun kapağına uygun bir sınır belirlenerek
analiz yapılır
Geometriyi duumlzenlenerek CFXrsquo e aktarılır
Daha oumlncesinde de bahsedildiği uumlzere ANSYS de CFX kullanıldı CFX
kullanılmasının bir diğer sebebi de CFXrsquo in fan konusunda ANSYSlsquo in mesh
kısmından daha bağımsız ve daha hassas olmasıdır
Yapılan isimlendirmeler tekrar kontrol edilir Her farklı işlev iccedilin farklı
isimlendirme yapmak ccedilok oumlnemlidir boumlylece havanın nereden girip ne şekilde
ccedilıkacağını isimlendirmelerden goumlruumllebilir Ve bu isimlendirmeler iccedilin ayrı ayrı kod
yazılır
34
333 Sınır Şartları
Şekil 27 Sınır Şartlarının Belirlenmiş Hali
ANSYS setup kısmında Insert gt Solver gt Output Control komutları seccedililerek code
yazılır MassFlow ()inlet gt Torque_z()kanatlar olarak giriş kısmının kuumltlesel
debisi iccedilin komut yazılır
Ayrıca Insert gt Material kısmından sıcaklığı 25reg basıncı 1 atm entalpi değerini 0
olarak şartları belirlenir
Malzemenin kapak kısmı ccedilelik olarak belirlenir
Solver Control kısmından high resuluiton seccedililerek ccediloumlzuumlmuumln kalitesi arttırılır
Solver Control kısmından Residual Target artık tipini RMS olarak ve onun
yakınsama sınırı 10-5 belirlenir Rms elemanların karelerinin koumlkuumlnuuml alarak
ortalamasını alan youmlntemdir
Yine Solver Control kısmından minimum iterasyonu 1 maksimum İterasyonu ise
500 verilir
İnlet kısmı belirlenirken Boundary Type ( sınır şartları) opening olarak seccedililir
Opening verilmesindeki amaccedil akışkanların iccedileriden girip dışarıya ccedilıkışlarının
sağlanmasıdır Aksi halde ccediloumlzuumlmuumln yakınsamasın da sorunlar oluşabilir Opening
şartında ayrıca akışkan daha ccedilabuk toparlanır ve analiz daha kolaylaşır
Flow Direction komutunda normal sınır şartları belirlenir
Suumlreklilik şartı olarak da Fluid Mass Fluxrsquou seccedililir Bunun yanında sınır kontuumlruuml
iccedilin bağıl basınccedil ayarlarını seccedililir Aynı şekilde outlet iccedilin de aynı ayarlar yapılır
35
Domaine basılıp kapak kısımları ve motor kısımları seccedililir Bu dış kısımları duvar
olarak belirlenir ve duvar hareket edemeyeceğinden No Slip Wall seccedileneği olarak
belirtilir Duvarları suumlrtuumlnmesiz olduğu varsayılıyor
Fan ve kanatlar kısmında Boundry Type olarak Wall olarak belirleyip Frame type
gt rotating (doumlnuumlyor) belirtilir
Ccediloumlzuumlm metodu olarak RNG k-euro modeli kullanılır
Şekil 28 Setup Koşulların Belirlenmesi
334 Ccediloumlzuumlm - Sonuccedillar
Setup kısmını kapatılarak solution ekranı ccedilift tıklanarak ccedilıkan ekran da RUN seccedililerek
ccediloumlzme işlemi başlatılmış olur
Ccediloumlzme işlemi bittiğinde results kısmından sonuccedillar goumlruumlntuumllenebilir
36
Şekil 29 Akışın Youmlnelişi
Şekil 30 Debi Sonucu
37
34 YENİ FAN TASARIMI
341 Fan Tasarımı İccedilin Kabuller
Havanın sıkıştırılamaz olduğunu kabul edildi Havanın sıkıştırılmaz olduğu
varsayılarak yoğunluğu değişmez ve 12 kgm3 olarak kabul edilir
Ccediloumlzuumlmde suumlrtuumlnmeler ve ısı kayıpları ihmal edilir Ccediluumlnkuuml bu değerlerin
hesaplanması ccedilok uzun suumlreceği iccedilin ccediloumlzuumlm youmlntemi iccedilin ekonomik olmaz
Gerccedilekle arasında ccedilok buumlyuumlk bir fark olmayacağı varsayılmıştır
Verimi arttırmak iccedilin orijinal fanın analizinden elde edilen tork değeri duumlşuumlk
tutulmaya ccedilalışılmıştır
Motorun tek bir youmlne doumlneceği duumlşuumlnuumllmuumlştuumlr
342 Fan Tasarım Parametreleri
Bir fan tasarımında belli başlı kriterleri ele alabilmek iccedilin mevcut fan uumlzerinden
değerler bulundu
Tablo 7 Mevcut Fanın Oumlzellikleri
Devir Sayısı ( ddk) r hub (mm) rtip (mm)
1498 25 77
Radyal hız hesaplandığında w= 15687 radsn bulunmuştur r hub diye isimlendirilen
kısım fanın giriş accedilısı iccedilin gerekli olan kanadın başlangıcı ile milin merkezi arasındaki
uzaklıktır r tip ise fan kanadının bitiş noktası ile mil merkezi arasındaki uzaklığın
yarıccedilap cinsinden ifadesi olmaktadır
38
Fan kanat tasarımında oumlnemli olan w (accedilısal hız)hızının kanatlara ne kadar dik
gelebildiğidir Bu kanat hacmine ne kadar iyi bir şekilde gelirse akışkan o denli iyi
akabilir ve kanat profili oluşur
U_hub= w (radsn) x r hub
U_tip = w x r tip
Beta = arctan(vu)
A_inlet= (r tip 1000)sup2π ndash r hub 1000)sup2π
Verim= (Q x P) (TxW)
V (akışın mutlak hızı)= Debi Alan
Tablo 8 Sonuccedil olarak elde edilen değerler
r_h (mm) 25 r_t (mm) 77 r_h (mm) 50 r_t (mm) 80
U_h (ms) 3927 U_t (ms) 1209516 U_h (ms) 7854 U_t (ms) 125664
A_in (m^2) 0016663 A_out (m^2)0012252
V_in (ms) 2350516 V_out 3196702
beta_h 5909726 beta_t 7900249 beta_h 678529 beta_t 7572755
giriş ccedilıkış
Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları
Bu değerlere goumlre BladeGende yeni bir kanat profili oluşturulur
r tip
r hub
Şekil 31 Fan Kanatlarının Accedilısı
39
Şekil 32 BladeGen Kanat Profili
Oluşturduğumuz bu geometriye daha oumlnceki boumlluumlmde bahsedilen fana yapılan adımlar
uygulandı (Yeni oluşturulan fanın geometrik deseni ektedir)
40
3421 Geometri
Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi
3422 Sayısal Ağ Oluşturma
Şekil 34 Yeni Fan Tasarımının Sayısal Ağ Oluşturulması
41
3423 Ccediloumlzuumlm
Şekil 35 Tasarımı Yapılan Fanın Verimi
Accumulated Time Step sayısı iterasyonu goumlstermektedir Daha fazla yakınsama iccedilin
daha fazla koşturulabilir
42
Şekil 36 Tasarımı Yapılan Fanın Torku
43
3423 Sonuccedillar
Şekil 37 Akışın Youmlnelişi
Bu kısımda verimi arttırabilmek iccedilin tork azaltılmaya ccedilalışıldı Boumlylece kanatlara
harcanan toplam guumlccedil azaltılarak iyileştirmeler yapıldı
44
Kanadın iş yapan kısmını arttırarak orijinal fanda kanadın suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilapı
154 mm iken yeni fan da 160 mmrsquoye ccedilıkarıldı
Kanatlar daha eğimli ama daha eksenel bir forma getirildi
Bu motorda toplam guumlccedil iccedilin 60 watt olduğunda yaklaşık 6 wattrsquo lık guumlccedil fan iccedilin
harcanıyordu Fanın verimliliği ccedilok oumlnemli olduğu iccedilin debiyi sabit tutulmaya
torku da duumlşuumlruumllmeye ccedilalışıldı
Tablo 9 ANSYSrsquo de Elde Edilen Deneyler
tork(Nm) w(radsn) m(kgs)
Orijinal Fan 00393645 15687 0048168
Yeni Fan 00043869 15687 0032261
Goumlruumllduumlğuuml gibi tork buumlyuumlk oranda duumlşmuumlş ancak onunla birlikte debi de biraz
duumlşmuumlştuumlr
343 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanması
Motorun arka ve oumln kısımlarına sırt sırta fan bağlayarak havanın akışını hızlandırma
ve soğutmayı arttırma işlemi amaccedillandı Gerccedilek boyutlarda uygulamadan oumlnce fanı
motor şeklini verilen kısım da tek başına analiz yapıldı Verimli bir sonuccedil alabilmek
iccedilin ikili fan deneyi yapıldı
3431 Geometri
Şekil 38 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Geometrisi
45
3432 Sayısal Ağ Oluşturma
Şekil 39 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Sayısal Ağ
Oluşturulması
Yapılan analiz de goumlzlemlenen sonuccedillar şunlardır
Bir motorun etrafında sınırlayıcı bir alan olmadığı iccedilin sınır şartları olarak setup
kısmında yine havayı 1 atm basınccedil olarak alınır Eğer sınırlayıcı bir alan olsaydı
oluklardan hava akışı doğrudan motorun arka kısmına gelecekti Ccedilıkış noktasına ise
kapak yerleştirildi giriş noktasında atmosfer ccedilıkışı ise kapak olarak sınırlandı
3433 Kod Ccediloumlzuumlmuuml
Debi ndash 000064 mᵌ sn olarak ccedilıktı Motorun hava ccedilıkış kısmına fan bağlamanın verimli
olmadığı sonucuna varıldı Oumlnceden oluşturulan oluklardaki 1cmrsquolik aralıklarla
havanın geniş bir alana gitmesi ccedilok zordur Ve bu akışı goumlnderebilmek iccedilin fazladan
basınccedil uygulanması gerekir Bu sebepler debinin duumlşmesine sebep olmuştur
46
Şekil 40 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Ccediloumlzuumlmuuml
47
BOumlLUumlM 4 SONUCcedilLAR
Verim= (Alınan Guumlccedil Verilen Guumlccedil)= (∆P x Q) (T x ὠ)
A_inlet = (r_tip)2 1000 - (r_hub)21000
A_outlet =( U_h1000)2 - (U-t1000)2
U= ὠ x r
Fan hesaplarıdan debi değeri ve tork değeri duumlşmuumlştuumlr Aşağıda yeni fanımızın verimi
yukarıdaki formuumlllere goumlre excelde hesaplanmıştır
tork(Nm) w(radsn) ṁ(kgm^3) verim deltap (Pa)
Orijinal Fan 00393645 15687 00391 60152783 95
Yeni Fan 00043869 15687 0039167 54068744
Tabloda da goumlruumllduumlğuuml uumlzere eski fanın oumlzelliklerine bakılarak hız uumlccedilgeni youmlntemiyle
oluşturulan yeni fan 540 verimli ccedilıkmıştır
Motorun oumln kısmın koyduğumuz fanda ise dar oluklardan buumlyuumlk bir hacime giriş
yaptığı iccedilin tek youmlnluuml analizde kuumltlesel debi negatif değerde ccedilıkmıştır
(Kuumltlesel debi) ṁ=ƍ( oumlzkuumltle) x A(alan) x V( akışkan hızı)=kgsn ndash Formuluumlnden
dolayı verimin hesaplanmasına gerek yoktur
48
BOumlLUumlM 5 EKLER
EK1- MEVCUT FAN
EK2- YENİ FAN
49
KAYNAKCcedilA
Baykal R 2011 Asenkron Motorlar Uumlzerine Enerjiİ Verimliliği Uygulanması
Yayın Tarihi 15032011
Ccedilalışkan M 2014 Eksenel Akışlı Fan Tasarımı Yuumlksek Lisans İstanbul Teknik
Uumlniversitesi TUumlRKİYE
Moavani S 2015 Sonlu Elemanlar Analizi Teorisi ve Ansys ile Uygulamalar
İstanbul
Onaygil S 2006 Enerji Verimliliği Kanunun Tanıtımı Yuumlksek Lisans
URL1 lthttpdeneysancomContentimagesdocumentshavalandirma-
4_39143832pdfgt Erişim Tarihi 12032016
URL2 lt httpwwweiegovtrgt Erişim Tarihi 20042016
URL3 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi
12052016
URL4 ltwwwtuumlikgovtrgt Erişim Tarihi 14052016
URL5 ltwwwemoorgtrekler364734147179187_ekpdfgt Erişim Tarihi 16052016
URL6 ltwwwinverter-plcnetmotoryıldız_uumlccedilgen_bağlantıhtmlgt Erişim Tarihi
18052016
URL7 ltwwweiegovtreie-webturkceenMotor_Verimliligi_Brosurupdfgt Erişim
Tarihi 20052016
URL8 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi
07062016
URL9 ltwwwfigescomtransysansys-nedirphpgt Erişim Tarihi 09062016
50
OumlZGECcedilMİŞLER
Elif CcedilİCcedilEK
Eyluumll 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Duumlzce Anadolu İmamhatip Lisesinde
tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi İlahiyat Fakuumlltesirsquoni kazandı 2012 yılında
Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine
başladı Halen eğitimine devam etmektedir
İletişim
apsuvaelifhotmailcom
Nesrin ALTUNBOĞA
Ağustos 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Haydarpaşa Teknik Okulları Raylı
Sistemler Teknolojileri Boumlluumlmuumlnuuml tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi
Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Boumlluumlmuumlnuuml kazandı Halen eğitimine
devam etmektedir
İletişim
naltunbogagmailcom
Rumeysa ALGUumlL
Ekim 1992rsquo de Konyarsquoda doğdu Lise oumlğrenimini Lafarge Aslan Ccedilimento Anadolu
Teknik Lisesirsquonde 2010 yılında tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi Teknoloji
Fakuumlltesi Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliğini kazandı 2013 yılında Teknoloji
Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine başladı Halen eğitimine devam
etmektedir
İletişim
rumeysaalgulgmailcom
51
52
2
ccediloumlzuumlmuumlnde kullanılan sonlu hacimler programı iccedilin gerekli ağ oumlrguumlsuumlnuumln de hızlı bir
şekilde kullanımı iccedilin turbomakina yazılımından faydalanılmış ve zaman olarak
ccedilalışmaya oumlnemli oumllccediluumlde katkısı olmuştur
12 CcedilALIŞMA KONUSUNUN AMACI
Bahsi geccedilen ccedilalışma konusunda fan tasarımın da enerjinin verimli kullanılması seccedilim
imalat ve işletme suumlreccedillerinin optimum olması sağlanmış Fan tasarımında fanın
ccedilalıştırılacağı sistem projelendirilip yapılırken dikkat edilmelidir Ccediluumlnkuuml fanlar yatırım
maliyetlerinden daha fazla enerji tuumlketmektedirler Bu nokta da elektrik motorlarında
verimi arttırıcı oumlnlemler alınarak elektrik tuumlketimi konusunda tasarruf planlarında
buumlyuumlk katkı sağlanması hedeflenmiştir
13 ELEKTRİK MOTORU
Elektrik enerjisini mekanik enerjiye ccedileviren makinedir Her elektrik motoru biri sabit
(stator) ve diğeri kendi ccedilevresinde doumlnen (rotor) iki ana parccediladan oluşur Bu ana
parccedilalar elektrik akımını ileten (sargılar vb) manyetik akıyı ileten parccedilalar ve
konstruumlksiyon parccedilaları (yataklar vb) olmak uumlzere tekrar kısımlara ayrılır (URL2)
111 Elektrik Motorlarının Sınıflandırılması
Şekil 1 Elektrik Motorlarının Sınıflandırılması
Elektrik Motoru
Doğru Akım
DC Motor
Alternatif Akım
AC Motor
Senkron Motor Asenkron Motor
3 Fazlı Asenkron
Motor
Tek Fazlı Asenkron
Motor
3
14 TUumlRKİYErsquo DE VE DUumlNYArsquo DA ELEKTRİK MOTORLARININ ENERJİ
TUumlKETİMİ
Enerjide arz guumlvenliğinin sanayide sanayide suumlrduumlrebilirliğinin ve buumlyuumlmenin ise
kalkınmada oldukccedila oumlnem taşıdığı guumlnuumlmuumlzde saklı enerji kaynağı sayılabilecek olan
verimlilik hususu belirtilmektedir TUumlİK verilerine goumlre Tuumlrkiye elektrik enerjisinin
2013 yılı itibariyle 471rsquoi sanayi sektoumlruumlnde tuumlketilmektedir Sanayide kullanılan
elektrik motorları ise bu sektoumlrde tuumlketilen elektrik enerjisinin 70rsquo ini teşkil
etmektedir Sanayinin buumlyuumlmesi son yıllardaki ARGE ccedilalışmalarının ilerlemesi ve
otomasyon sistemleri ile daha yoğun teknoloji ile Tuumlrkiye piyasasına 1 milyon elektrik
motoru arz edilmektedir Tuumlrkiyersquode de Bilim Sanayi ve Teknoloji Bakanlığı (BSTB)
tarafından AB mevzuatı ile uyumlu hale getirilen yerel mevzuat soumlz konusu elektrik
motorları iccedilin enerji verimlilik endeksini ve beyanını ve bulunması gereken en duumlşuumlk
seviyeyi zorunlu kılmaktadır ve ccedilalışmalar yapılmaktadır Bunun sonucunda
Tuumlrkiyersquode kullanılan elektrik motorları uumlzerinde sektoumlrel ve sınıfsal accedilıdan enerji
tuumlketimi irdelenmektedir Yapılan bu ccedilalışmalar ile duumlşuumlk verimli elektrik motorlarının
yuumlksek verimli elektrik motorları ile değiştirilmesi yoluyla Tuumlrkiyersquode yaklaşık yılda
2500 GWhrsquo lik enerji tasarrufu edildiği goumlruumllmuumlştuumlr (URL4)
2013 yılı TUumlİK verilerine goumlre Tuumlrkiyersquode toplam 198045 GWh Elektrik Enerjisi
tuumlketilmiştir Tuumlketilen bu enerjinin 93280 GWh kadarı sanayide tuumlketilmiştir
Tablo 1 Tuumlrkiyersquode Elektrik Motorlarının Sektoumlrlere Goumlre Tuumlketimi
Sektoumlr Elektrik Motorların Sektoumlrel
Tuumlketimi TWhYıl
Sektoumlruumln Toplam Enerji
Tuumlketimi TWhYıl
Sanayi 46 68
Ticaret 14 20
Mesken 8 35
Diğer 1 20
Toplam 69 144
4
Enerji verimliliği ccedilalışmalarında elektrik motorlarının kullanımlarının sektoumlrel
dağılımlarının yanı sıra motorların sınıflandırılması da oldukccedila oumlnemlidir
Duumlnyada 2 23 milyar elektrik motorlarının bulunduğu tahmin edilmektedir Ancak bu
motorların 2 milyar kadar adedi 075 kW guumlcuumln altındadır ve enerji tuumlketiminin 9 u
kadarını karşılar 075- 375 kW aralığında kalan motorlar ise elektrik motorlarının 11
ini oluştururken enerji tuumlketiminin 68 kadarını oluşturur 375 kW guumlccedil uumlstuumlndeki
motorlar elektrik motorlarının 1rsquoini oluştururken enerji tuumlketiminin 23rsquouumlnuuml
karşılar
Tablo 2 Elektrik Motorlarının Tuumlrlerine Goumlre Pazar Dağılımları
TİPİ le 750
W
075 - 375
kW
gt 375
kW
DC Motor Ve
Generatoumlrler
56 21 5
AC Tek Fazlı
Motorlar
29 30 -
AC Uumlccedil Fazlı
Motorlar
5 49 95
Diğer 10 - -
Tuumlrkiyersquo de elektrik enerjisinin 471rsquo i sanayide sanayide tuumlketilen elektrik
enerjisinin 67rsquosi motorlarda motorlarda tuumlketilen elektrik enerjisinin 91rsquoi 075-
1000 kW guumlccedil aralığındaki motorlarda tuumlketilmekte ve bu motorların 87rsquosinin
asenkron motorlar olduğu soumlylenebilir
IE4 ile IE1 standartları arasındaki fark buumlyuumlktuumlr 90 kW ve uumlstuumlnde ortalama fark
yaklaşık 3 seviyesindedir 075 ile 75 kW arasında ortalama verim farkı yaklaşık
10 75 ile 90 kW aralığında ise ortalama verim farkı 5 seviyesindedir
Tablo 3 IE4 ile IE1 arasındaki ortalama verim farkı
Guumlccedil Aralığı Ortalama IE1 - IE4 verim
Farkı ()
012-075 kW 17
075-75 kW 10
75-90 kW 5
90-1000 kW 3
5
15 ELEKTRİK MOTORLARINDA VERİMİN OumlNEMİ VE VERİM
SINIFLARI
Uumlretilen toplam elektriğin yaklaşık yarısı sanayi sektoumlruumlnde kullanılan elektriğin ise
yaklaşık uumlccedilte ikisi motorlar tarafından tuumlketilmektedir Bu da sanayide yuumlksek verimli
motor kullanımının enerji maliyetinin duumlşuumlruumllmesinde ne kadar oumlnemli olduğunu
goumlsterir Yuumlksek verimli motorların kullanımı aynı zamanda sera gazları salınımında
ciddi azalmalara sebep olmakta ve enerjide dışa bağımlılığın azaltılmasına katkı
yapmaktadır (URL7)
Şekil 2 Sanayide Kullanılan Elektrik Motorlarının Kullanım Yerleri
Elektrik motorlarının duumlnyadaki kullanımına bakarsak binalarda kullanılan elektriğin
36rsquosı enduumlstri ve altyapıda ise 70rsquoi elektrik motorları tarafından tuumlketilmektedir
Asenkron elektrik motorları uumllkemizin toplam elektrik tuumlketiminin yaklaşık 36rsquosını
oluşturmaktadır Hatta sanayide sektoumlrel bazda bu oran 80rsquolere kadar ccedilıkmaktadır
Bu sebeple elektrik motorlarında verimi arttırıcı oumlnlemler uumllkemizin elektrik tuumlketimi
konusundaki tasarruf planlarına buumlyuumlk katkı sağlayacaktır Satın alma maliyeti
ortalama motor oumlmruuml boyunca toplam maliyetin 2rsquolik kısmına denk gelmektedir
Tek bir motor sarımının maliyeti toplam tutarın 1rsquoini oluşturmaktadır Elektrik
motorunun kullanım oumlmruuml boyunca tuumlkettiği elektrik enerjisinin maliyeti ise toplam
maliyetin 97rsquosine tekabuumll etmektedir (URL2)
42
7
22
29
DİĞER KOMP FAN POMPA
6
Şekil 3 Talep Tarafında Elektrik Kullanımı
VERİMİN OumlNEMİ
Asenkron motorlarda ccedileşitli verimlilik sınıfları mevcuttur Avrupa Elektrik Makineleri
Uumlreticileri Komitesi (CEMEP) ve Avrupa Komisyonunun 28 Haziran 1999 tarihli
deklarasyonu motorları verim sınıflarına goumlre ayırmıştır Yuumlksek Verimli motorlar
(EFF1) verimi iyileştirilmiş motorlar (EFF2) ve duumlşuumlk verimli motorlar (EFF3)
CEMEP‟ in bu deklarasyonunu takiben motor uumlreticileri ile yaptığı goumlnuumllluuml anlaşmalar
ile duumlşuumlk verimli motor (EFF3) uumlretimini kısıtlama yoluna gitmiştir Bunun yanı sıra
Duumlnyada artan enerji talebi ile birlikte birccedilok uumllke goumlnuumllluuml ya da zorunlu olarak daha
yuumlksek verimli motor kullanımını sağlamaya ccedilalışmıştır (Onaygil 2006)
Verimlilik sınıflarına 2008 yılında yenilik getirilmiştir Bu yenilik IEC( Uluslararası
Elektronik Komisyonu) tarafından yayımlanmıştır CENELEC tarafından da 2009
yılında Avrupa normu haline gelmiştir 2010 yılında da TSE tarafından kabul
edilmiştir Bu yenilik verimlilik sınıflarına getirilen IE1 IE2 IE3 IE4 şeklinde olan
tanımlamalardır Bu tanımlamalarda IE1= EFF2 olup IE2=EFF1rsquo in karşılığıdır
IE1= STANDART VERİMLİ
IE2= YUumlKSEK VERİMLİ
IE3=CcedilOK YUumlKSEK VERİMLİ
IE4=SUumlPER YUumlKSEK CcedilOK VERİMLİ
Şeklinde sınıflandırılmıştır
AYDINLATMA19
DİĞER ELEKTRİK MOTORLARI
4
ASENKRON MOTORLAR
36
DİĞER3
ELEKTRONİK ALETLER
8
ISITMA15
EV GERECcedilLERİ15
7
2014 yılında TS- EN 60034-30 standardı doğrudan şebekeden beslenen motorlar ve değişken
hız suumlruumlcuumlluuml motorlar olmak uumlzere iki kısma ayrılmıştır Şebeke tarafından doğrudan beslenen
motorlar iccedilin verimlilik sınıflarını tayin eden başka bir standart koyulmuştur TS-EN 60034-
30-1 standardıdır Bu standart faklı olarak 012- 1000 kW guumlccedil aralığını kapsamakta ve IE4
verimlilik sınıfını da tanıtmaktadır Ayrıca 8 kutuplu motorlar da bu kapsama alınmıştır
Henuumlz TS- EN 60034- 30- 2 sınıfı yayınlanmamıştır
Şekil 4 TS-EN 60034-30-1 Standardına Goumlre Verimlilik Sınıfları
151 Mevzuat
Elektrik motorları hususunda ilk yasal duumlzenleme Avrupa Birliğinin Elektrik Motorları
ile İlgili Ccedilevreye Duyarlı Tasarım Gereklerine Dair EC6402009 sayılı tuumlzuumlğuumlduumlr
Beraberinde 4703 sayılı Uumlruumlnlere İlişkin Teknik Mevzuatın Hazırlanması ve
Uygulanmasına Dair Kanunun 14 uumlncuuml maddesine dayanılarak hazırlanan Enerji ile
İlgili Uumlruumlnlerin Ccedilevreye Duyarlı Tasarımına İlişkin Youmlnetmelik 2010 yılında
yuumlruumlrluumlğe girmiştir Daha sonra 2012 yılında EC6402009 referans alınarak
hazırlanan ve uyumlaştırılan SGM- 20122 Elektrik Motorları İle İlgili Ccedilevreye
Duyarlı Tasarım Gereklerine Dair Tebliğ yayımlanarak ulusal mevzuata
kazandırılmıştır
Bu tebliğ ile 2 4 6 kutuplu anma gerilimi en fazla 100 (UN) en fazla 1000 V olan
anma ccedilıkış guumlcuuml (PN) 075 kW ile 375 kW arasında olan ve suumlrekli ccedilalışacak şekilde
100
90
80
70 012 24 48 960
IE1 IE2 IE3 IE4
8
tasarlanmış tek hızlı 3 fazlı 50 Hz veya 5060 Hz sincap kafesli enduumlksiyon motorları
denetim kapsama alınmış bulunmaktadır
Bu tebliğde oumlnemli bir diğer husus ise uygulamaya youmlnelik olan zorunluluklardır
Onlar şunlardır IE1 sınıfı verimlilikte olan motorların piyasaya arz edilmesinin
yasaklanması ve diğer verimlilik sınıfına geccediliş suumlrecinin tanımlanmasıdır
Tablo 4 Başlıca Uumllkelerin Verimlilik Sınıfı Uygulama Tarihleri
BOumlLGE IE1 IE2 IE3
ABD - 1998 2011
AB - 2011 2015
PRC 2000 2011 2015
TUumlRKİYE - 2012 2015
Bunun dışında 01012015 tarihinden itibaren anma ccedilıkış guumlcuuml 75 kW ile 375 kW
arasında olan motorların veriminin IE3 verim seviyesinden duumlşuumlk olmayacağını veya
piyasaya arz edilen motorların IE2 verim seviyesini karşılayacak ve değişken hızlı
tahrikle teccedilhiz edilmesi gerektiğini bildirmektedir (URL5)
Tablo 5 Tuumlrkiyersquo de Zorunlu Uygulamaya Geccediliş Suumlreci
Sınıfı Zorunlu Yuumlruumlrluumlk
Tarihi
Accedilıklama (İstisnalar)
IE1 02042012 2 Nisan 2012 tarihinden itibaren piyasaya suumlruumllmesi
yasaklanmıştır
IE2 02042012 01012015 tarihine kadar kullanılabilecektir
IE3 01012015 Değişken hızlı tahrikle teccedilhiz edilmesi halinde IE2 verim
seviyesi kullanılabilecek (75 kW - 375 kW)
IE3 01012017 Değişken hızlı tahrikle teccedilhiz edilmesi halinde IE2 verim
seviyesi kullanılabilecek (075 kW - 375 kW)
9
16 MOTOR VERİMİNİ ETKİLEYEN FAKTOumlRLER
161 Verim
Bir elektrik motorunun bağlı bulunduğu şebekeden ccedilektiği enerjinin tamamı mekanik
enerjiye doumlnuumlşmez Elektrik motorunun milinden aldığı faydalı guumlccedil şebekeden ccedilektiği
guumlccedilten kayıp guumlccedillerin ccedilıkmış halidir
Asenkron motorun şebekeden ccedilektiği guumlcuumln yuumlzde kaccedilının motorun milinden mekanik
guumlccedil olarak alındığını verim goumlsterir
Verim= ((Alınan G ) (Verilen Guumlccedil))x100
ή= (PaPv)x100
Verilen guumlccedil ile alınan guumlccedil arasındaki fark toplam kayıplardır Asenkron motorlarda
kayıplar stator demir kaybı stator ve rotor bakır kayıpları ile rotorun suumlrtuumlnme ve
ruumlzgacircr kaybından ibarettir
DEMİR
KAYIPLARI
GOumlVDE
STATOR
DİRENCİ
ROTOR
DİRENCİ
RUumlZGAR
SUumlRTUumlNME
DİRENCİ
EK
KAYIPLA
Şekil 5 Motor Verimini Etkileyen Faktoumlrler
10
162 Kayıplar
Demir Kayıpları
Bakır Kayıpları
Suumlrtuumlnme Kayıpları
1621 Demir Kayıpları
Demir kayıpları stator ve rotor saccedillarında meydana gelen histerezis ve fuko
kayıplarıdır Bu kayıplar frekans ve manyetik enduumlksiyon ile oranlıdır
Stator demir kayıpları stator frekansı sabit olduğuna goumlre değişmemektedir Yalnız
rotor demir kayıpları rotor frekansı ile değişir Ancak boş ve yuumlkluuml ccedilalışmada rotor
frekansı ccedilok kuumlccediluumlktuumlr Bu sebeple rotor demir kayıpları ccedilok kuumlccediluumlk olur ve ihmal
edilebilir 0 halde bir asenkron motorun demir kayıpları stator demir kayıplarına
eşittir denebilir Stator frekansı sabit olduğundan demir kayıpları da buumltuumln yuumlkler iccedilin
sabittir
1622 Bakır Kayıpları
Asenkron motorlarda stator ve rotor omik direnccedillerinden dolayı I12R1 ve I2
2R2
değerinde bakır kayıpları meydana gelir Bakır kayıpları sargı direnccedilleri sabit
olduğuna goumlre yuumlk akımları I1 ve I2 lsquonin karesi ile değişir Şu halde bu kayıplar
yuumlkle değişen kayıplardır
Rotor ve stator bakır kayıplarını bulabilmek iccedilin akım ve direnccedillerin bilinmesi gerekir
Genel olarak bakır kayıpları motorun kısa devre deneyinden tuumlm olarak hesaplanır
1623 Ruumlzgar ve Suumlrtuumlnme Kayıpları
Asenkron motorlarda suumlrtuumlnme ve ruumlzgacircr kayıpları devir sayısı ile biraz değişirse
de bu değişim ccedilok az olduğu iccedilin sabit kabul edilebilir Suumlrtuumlnme ve ruumlzgacircr
kayıpları boş ccedilalışma deneyinde demir kayıpları ile birlikte bulunur Demir
kayıpları ile ruumlzgacircr ve suumlrtuumlnme kayıplarına sabit kayıplar denir
11
BOumlLUumlM 2 MATERYAL VE YOumlNTEM
21 ASENKRON MOTORLAR
Asenkron motorlar başlıca iki kısımdan oluşur
Hareket etmeyen kısım Stator
Doumlnme hareketi yapan kısım Rotor
Asenkron makineler motor olarak stator sargıları ile aldığı elektrik enerjisini
rotorundan doumlnme hareketi yaparak mekanik enerjiye ccedileviren ve generatoumlr olarak
rotorundan aldığı doumlnme hareketi mekanik enerjisini bazı koşullar altında stator
sargılarında elektrik enerjisine ccedileviren elektromekanik makinelerdir
Motor olarak birkaccedil Wattrsquotan 300 MW guumlcuumlne kadar uumlretilmektedir Generatoumlr olarak
az kullanılmakla beraber son zamanlarda ruumlzgacircr enerjisinden elektrik enerjisi elde
etmek amacı ile ruumlzgacircr tuumlrbini ile birlikte ccedilalışmaktadırlar
Stator sargı gerilimleri alccedilak gerilim 220Vdan orta gerilim 22kVa kadar
değişmektedir Doumlnme sayıları sabit değildir fakat doumlnme sayısı yuumlkle az değişir
Doumlnen diğer elektrik makinelerine kıyasla daha sağlam daha az bakım isteyen ve daha
ucuz makinelerdir Son yıllarda yarı iletken guumlccedil elektroniğindeki teknolojik
gelişmeler ile asenkron makinelerin kontroluuml kolayca yapılabilmektedir (Baykal
2011)
Şekil 6 Kuumlccediluumlk Guumlccedilluuml Uumlccedil fazlı Sincap Kafesli Asenkron Motorun Kesiti
12
22 ASENKRON MAKİNALARIN YAPISI
Asenkron makineler başlıca iki kısımdan oluşmaktadır Bunlar
Stator
Rotor
Şekil 7 Stator Saccedil Paketini Oluşturulmuş Farklı Tipte Statorlar
221 Stator
Stator Asenkron motorun duran kısmıdır 04 - 05 veya 08 mm kalınlığında silisyumlu
saccedillar oumlzel kalıplarla preste basılır ve paketlenir Stator saccedilları paketlenince uumlccedil fazlı
sargıların yerleştirileceği stator nuumlvesi elde edilir Bu nuumlve stator goumlvdesinin iccediline
sıkıca yerleştirilir Goumlvdeye motorun ayakları monte edilir Goumlvdeye motor kapaklan
takılır motor kapaklan ortalarındaki bilyeli yataklar statorun ortasında doumlnecek olan
rotora yataklık ederler
1Halkalı Duumlzen Kuumlccediluumlk ve orta guumlccedilteki makinelerde uygulanan bu konstruumlksiyon
şeklinde saccedil paket ya karkas dışında istiflenerek uzun saplamalarla kendi uumlzerine
sıkılır yada saccedil levhalar karkas iccedilinde istiflenir
2 Segmanlı Duumlzen Bu duumlzende saccedil paketi daima karkas tarafından gergin durumda
tutulur Segmanlı duumlzende saccedil paketi rijitli halkalı duumlzendekine oranla da az
olduğundan burada seccedililecek olan karkasın daha kuvvetli olması gerekir (Baykal
2011)
13
222 Rotor
Rotor Asenkron motorun doumlnen kısmıdır ve rotor saccedil paketi ile rotor sargılarından
oluşur Rotor saccedil paketi 05 mm‟lik silisyumlu saccedillardan yapılır Saccedilların yuumlzeyleri
ccedilok ince bir film tabakası ile yalıtılmıştır Saccedillar oumlzel kalıplarda pres altında oluk
dişler ve sıkıştırma cıvata delikleri oluşacak şekilde saccedil şeritlerden kesilerek ccedilıkartılır
Saccedillar bir araya getirilerek pres altında sıkıştırılır ve cıvatalarla bu halde kalması
sağlanır
Diğer doumlnen elektrik makinelerine goumlre stator ile rotor arasında kalan hava aralığı ccedilok
kuumlccediluumlktuumlr Motorun guumlcuumlne goumlre hava aralığının radyal boyu 05 - 1 - 3 mm kadar
olabilir Boumlylesine kuumlccediluumlk bir hava aralığı boşta ccedilalışma akımını kuumlccediluumlk tutmak iccedilin
yapılır Rotor olukları motorun elektrik karakteristiklerini etkileyen değişik biccedilimlerde
yapılır Rotor oluklarına rotor sargıları yerleştirilir
Şekil 8 Rotor Saccedil Paketini Oluşturan Değişik Rotor Saccedilları
Rotor sargıları uumlccedil fazlı olarak ya da sincap kafesli olarak yapılır Rotoru sargılı olan
ve sargı uccedilları doumlnen bilezik-sabit fırccedila ile dışarı ccedilıkartılan motorlara bilezikli asenkron
motor denir Sincap kafesli motorlarda rotor oluklarına bakır ccedilubuklar yerleştirilir Bu
ccedilubuklar her iki baştan dairesel halkalarla kısa devre edilerek sincap kafesine
benzeyen kendi uumlzerine kapatılmış bir sargı elde edilir Sincap kafesli motor sargısı
oumlzel kalıplarla rotor oyuklarına basınccedil altında aluumlminyum puumlskuumlrtuumllerek uumlretilir
Boumlylece uumlretilen rotor sincap kafesi aluumlminyumdan yapılmış olur
Sincap kafesli asenkron motorun rotorundan hiccedilbir uccedil ccedilıkmadığı iccedilin bu motorun
kontroluuml sadece statordaki elektrik uccedillarından yapılabilmektedir Oysa bilezikli
asenkron motorun rotor sargı uccedilları bilezik ve fırccedila sistemi ile dışarı ccedilıkarıldığından
14
bu motorun kontroluuml hem stator sargı uccedillarından ve hem de rotor sargı uccedillarından
yapılabilmektedir
Sincap kafesli motorun rotor sargısı buumlyuumlk motorlarda bakır ccedilubukların rotor
oluklarına yerleştirilmesi ve iki baştan kısa devre elde edilmesi ile oluşturulur Kuumlccediluumlk
motorlarda rotorun sincap kafesi aluumlminyum puumlskuumlrtme ve kalıplarla elde edilir
Rotoru sincap kafesli bir motorun sincap kafesi değişik biccedilimde oluklara yerleştirilir
Motorun oumlzellikle moment karakteristiğine istenilen oumlzelliği vermek iccedilin rotorda derin
oluklar ve ccedilift oluk kullanılır Birinci motora derin oluklu ya da derin ccedilubuklu motor
ve diğerine de ccedilift kafesli motor denir (Baykal 2011)
23 ASENKRON MOTORLARIN CcedilALIŞMA İLKESİ
Asenkron makinenin ccedilalıŞma ilkesi bir doumlner alanın varlığına dayanır Doumlner alan
senkron hız motor milinin hızı da rotor hızı olarak isimlendirilir Kayma da bu iki
hızın arasındaki fark olarak ifade edilmektedir
231 Doumlner Alan
Bir N-S mıknatısı ya da uumlzerinden akım geccedilen bir bobinin magnetik alanı N kutbundan
ccedilıkar ve S kutbuna girer Daimi mıknatıs ve doğru akım taşıyan bobinin manyetik
alanları mıknatıs ve bobin dışarıdan bir bobinle doumlnduumlruumlluumlrse bunların alanları da
beraber doumlner İşte bir mıknatısın doumlnduumlruumllmesi ile elde edilen alana doumlner alan denir
Uumlccedil fazlı asenkron motorun (enduumlksiyon motorun) statoruna birbirinden 120rsquoşer derece
faz farklı 3 faz sargısı yerleştirilmiştir En basit statorda her biri bir faza ait olmak
uumlzere 3 tane bobin bulunur Bir motor en az iki kutuplu olarak sarılabilir (Baykal
2011)
Şekil 9 Uumlccedil Faz bobininin 6 Oluklu Statora Yerleştirilişi
15
232 Senkron Hız
N-S kutuplarının saat ibresi youmlnuumlnde doumlnduumlğuuml goumlruumlluumlr uumlccedil fazlı alternatif akımdaki bir
periyotluk değişme N-S kutuplarının bir devir yapmasına sebep olur Alternatif akımın
frekansı 50 Hz ise saniyede 50 periyotluk bir değişme yapar Dolayısıyla statordaki
faz bobinlerinin meydana getirdiği N-S kutupları da saniyede 50 devirle doumlner Bu
dakikada 3000 devir eder Ccedilok fazlı bir stator sargısından aynı faz sayısında ccedilok fazlı
bir akım geccedilerse hava aralığında sabit genlikli bir doumlner alan oluşur Bu doumlner alanın
duran statora goumlre ns (n1) devir hızı şebeke frekansına doğru stator sargısının p ccedilift
kutup sayısına ters orantılıdır
1198991 = 601198911
119901
Senkron hız da denen doumlner alan hızı kutup sayısına goumlre buumlyuumlk basamaklar yaparak
değişir Asenkron motorlar ancak belli senkron hızlar iccedilin yapılabilir En fazla
kullanılan senkron hızlar 2 4 6 ve 8 kutup sayılarına ait olanlardır (Baykal 2011)
Tablo 6 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru
P
(Kutup Sayısı)
50 Hz 60 Hz
n1min-1 n1s-1 n1min-1 n1s-1
2 3000 50 3600 60
4 1500 25 1800 30
6 1000 1667 1200 20
8 750 125 900 15
16
233 Kayma
Senkron makine dışında buumltuumln diğer ccedilalışma tuumlrlerinde asenkron makinenin
ccedilalışabilmesi iccedilin rotor hızının doumlner alan hızından farklı olması gerekir Doumlner alanın
rotor uumlzerinden geccedilme hızına yani doumlner alan ile rotor hızı arasındaki cebirsel farka
kayma hızı n2 ve bu hızın doumlner alan hızına oranına kayma s denir Bu tanıma
dayanarak kayma devir hızına goumlre veya devir hızı kaymaya goumlre ifade edilebilir
n2 = n1 ndash n n = n1(1-s) 119904 = 1198992
1198991 =
1198991minus119899
1198991
Kayma oranlanmış bir buumlyuumlkluumlktuumlr ve ccediloğunlukla olarak ifade edilir Pozitif negatif
veya sıfır olabilir Oranlanmış rotor hızı n nı ile toplamı daima 1rsquoe eşittir Teorisel
olarak ndash infin ve +infin arasında değişebilir Durmada n = 0 ve s =1 dir Senkron ccedilalışmada
n = n1 ve s = 0 dır Bu iki sınır değer arasında asenkron makine motor olarak ccedilalışır
ve kayması daima pozitiftir Anma ccedilalışmasındaki değeri yuumlzde birkaccedil olup artan
anma guumlcuuml ile azalır ve kuumlccediluumlk guumlccedillerde yaklaşık 10 dan buumlyuumlk guumlccedillerde 1 in altına
duumlşer
Rotor doumlner alana goumlre ters youmlnde doumlnduumlğuumlnde elde edilen fren ccedilalışmada devir hızı
negatif ve kayma 1 den buumlyuumlktuumlr Rotor hızı doumlner alan hızını geccedilerse yani ngtn1 ise
kayma negatif olur (s lt 0) ve makine generatoumlr olarak ccedilalışmaya başlar (Baykal 2011)
Şekil 10 Standart Asenkron Motorların Anma Kayması ve Verimi
17
24 ASENKRON MOTOR CcedilEŞİTLERİ
Asenkron motorlar rotor yapılarına goumlre ikiye ayrılır
Sincap kafesli (Kısa devre rotorlu) Asenkron Motorlar
Bilezikli (Sargılı rotorlu) Asenkron Motorlar
241 Uumlccedil Fazlı Kısa Devre (Sincap Kafesli ) Asenkron Motorlar
Uumlccedil fazlı sincap kafesli motorun yapılısı basittir Az bakıma ihtiyaccedil goumlsterir Bu tip
motorun oumllccediluumlleri aynı guumlccedilteki başka tip motorların oumllccediluumllerinden kuumlccediluumlktuumlr Değişik
yuumlklerdeki hız reguumllasyonu ccedilok iyidir Fiyatının ucuzluğu yapılışının sağlamlığı ve
istenilen ccedilalışma oumlzelliğine sahip oluşu yuumlzuumlnden bu tip motorlar sanayide ccedilok
kullanılır
Rotorlar accedilılmış oluklara basınccedil altında erimiş aluumlminyum puumlskuumlrtuumllerek doldurulur
Rotorun her iki başındaki kısa devre halkalar da aluumlminyumdandır Ayrıca bu halkalar
uumlzerine kanatlar da bırakılarak rotor işletmede vantilasyon suretiyle soğutulması
sağlanır 250 kW guumlcuumlne kadar kısa devre kafesleri aluumlminyumdan yapılmış asenkron
motorlar mevcuttur
Buumlyuumlk guumlccedil istenilen işletmelerde kısa devre kafesi yuumlksek dikdoumlrtgen şeklinde bakır
ccedilubuklardan ve bunları rotorun her iki başında kısa devre eden bakır halkalardan
yapılır Rotorda kaccedil adet oluk varsa rotorun faz sayısı buna eşittir
Kısa devre kafesli asenkron motorun yol alma oumlzellikleri iyi değildir Ancak basit ve
ucuz olmaları nedeni ile yaygın biccedilimde kullanılmaktadır Yol almasını kolaylaştırmak
iccedilin yuumlksek ccedilubuklu veya ccedilift kafesli olarak yapılırlar (Baykal 2011)
Şekil 11 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru
18
242 Bilezikli (Sargılı rotorlu) AC Motorlar
Birccedilok sanayi yuumlklerinde uumlccedil fazlı değişik hızlı motora ihtiyaccedil duyulduğu yerler iccedilin
bilezikli asenkron motorlar geliştirilmiştir Bilezikli asenkron motorlara sargılı rotorlu
AC motor da denilmektedir Bu tip motorun statoru ile sargının yerleştirilmesi sincap
kafesli motorun aynıdır Rotor ccedilelik saccedillardan yapılmış silindirik bir goumlbektir 120
derece aralıklı uumlccedil adet tek fazlı kalıp sargısını yerleştirmek iccedilin rotor uumlzerine oyuklar
accedilılmıştır izoleli rotor bobinleri stator kutup sayısına eşit kutup sayısı elde edecek
şekilde gruplandırılmıştır Uumlccedil tek fazlı rotor sargısı aralarında yıldız bağlanarak ccedilıkış
uccedilları rotor mili uumlzerindeki uumlccedil bileziğe bağlanmıştır Bileziklere temas eden fırccedila uccedilları
hız kontroloumlruuml ayarlayıcısına bağlanır Fırccedilalar taşıyıcılar uumlzerindeki yayların basıncı
ile bileziklere sıkıca temas eder Doğru akım makinelerinde olduğu gibi youmln
değiştirmeye luumlzum olmadığı iccedilin fırccedila taşıyıcıları uygun bir durumda sıkıca tespit
edilmiştir
Bilezikli asenkron motorun rotorunda aynı statorunda olduğu gibi uumlccedil fazlı alternatif
akım sargısı vardır Stator 10 Kw guumlce kadar tek tabakalı orta guumlccedillerde ise iki tabakalı
sargılı yapılırlar Rotor ise tam oluklu veya kesirli oluklu sargılı olabilir Rotor sargı
uccedillarının bir tarafı bileziklere bağlanır Diğer tarafı ise kısa devre edilerek uumlccedil fazlı
sargının yıldız noktasını oluşturur Bilezikler uumlzerindeki fırccedila sistemi ile rotor
alternatif gerilim kaynağından ayrıca beslenir (Baykal 2011)
25 Elektrik Motorlarına Yıldız-Uumlccedilgen Yol Verme
Kalkış akımını duumlşuumlrmede en ekonomik youmlntemdir Uumlccedil kontaktoumlr ile bir zaman
roumllesinden oluşan kontaktoumlr kombinasyonudur Bu youmlntemle yol verebilmek iccedilin
motorun uumlccedilgen bağlı ccedilalışma gerilimi şebeke gerilimine eşit olmalıdır Oumlrneğin
uumllkemizde şebeke gerilimi 380 Volt olduğuna goumlre yıldız-uumlccedilgen yol verilecek motorun
etiketinde D380 V veya D380VY660V yazılı olmalıdır Volt elektrik motorlarında 2
ve 4 kutuplularda 3 kW (dacirchil) 6 kutuplularda 22 kW(dacirchil) den daha buumlyuumlk guumlccedilluuml
motorlar bu oumlzelliktedir Yani 380 V şebekede uumlccedilgen bağlı ccedilalıştırılırlar
Motora yıldız-uumlccedilgen yol verildiğinde direkt yol vermeye goumlre şebekeden ccedilekeceği
akım 3 katı azalır Yıldız-uumlccedilgen yol vermede amaccedil motoru kalkış suumlresince yıldız
19
bağlı ccedilalıştırmak ve kalkışını tamamlayan motoru hemen normal bağlantısı olan uumlccedilgen
bağlı olarak ccedilalıştırmaktır
Motor kalkış sırasında yıldız bağlı ccedilalıştırıldığından motor sargılarına uygulanan
gerilim U radic3 değerine motorun şebekeden ccedilektiği akım ise 13 değerine duumlşer
Motorun sargılarına uygunalan gerilim azaldığından momenti oumlnemli oumllccediluumlde kuumlccediluumlluumlr
Yıldız-uumlccedilgen yol vermenin kusursuz olması iccedilin motorun yuumlk momentinin yıldız
bağlamadaki motor momentinden buumlyuumlk olmaması ve yıldız bağlamadaki suumlrenin
uygun olması gerekir Bu geccediliş suumlresi ccedilok oumlnemlidir Motor yıldız bağlantıda iken
anma devir sayısına ulaşıldığı anda uumlccedilgen bağlantıya geccedililmesi ve fazla aralık
verilmemesi gerekir
Boumlyle olursa yıldızdan uumlccedilgen bağlantıya geccedilişteki uumlccedilgen kontaktoumlruumlnuumln kapamama
akımı kuumlccediluumlk ve yıldızdan uumlccedilgene geccediliş darbesiz olur Aksi halde uumlccedilgen bağlantıya
geccedilişte akımda geccedilici artışlar goumlruumlluumlr Bunun sonucu kontaktoumlruumln kontakları ani
yuumlksek ısı nedeniyle kaynak olabilir
Bir şebekede uumlccedilgen bağlı ccedilalışacak motor aynı şebekede yıldız bağlı (Y) olarak
ccedilalıştırılabilir Ancak bu durumda motorun guumlcuuml ve momenti duumlşer Bu oumlzellikten
yararlanarak asenkron motorların kalkış anında ccedilektikleri fazla akımı azaltmak iccedilin
yıldız-uumlccedilgen yol verme uygulanması yapılabilir
Şebekede yıldız bağlı ccedilalıştırılması gereken motor yanlışlıkla uumlccedilgen bağlı ccedilalıştırılırsa
sargılarına radic3 katı buumlyuumlk gerilim uygulanmış olur Gerilimdeki artış oranı kadar sargı
akımı buumlyuumlyeceğinden motor aşırı akım ccedileker ve kısa suumlrede artacak ısı sonucu
sargılar yanar
Onun iccedilin yıldız bağlı ccedilalışması gereken motor kesinlikle aynı şebekede uumlccedilgen bağlı
ccedilalıştırılmaz (URL6)
20
Şekil 12 Motora yıldız-uumlccedilgen yol verme
Şekil 13 Stator Sargı Uccedillarının Uumlccedilgen (D) Ve Yıldızı (Y) Bağlanması
Şekil 14 Asenkron Motora Yol Verme
21
26 FANLAR
261 Genel Bilgiler
Fanlar hava veya benzeri gazları basınccedillandırarak belirli bir akış yolu iccedilinde hareket
etmesini sağlayan turbo makinelerdir İyi bir fan istenilen performansı yerine
getirirken verimi yuumlksek enerjiyi daha az tuumlketen muumlmkuumln olduğunca guumlruumlltuumlsuumlz
ccedilalışan ve maliyeti duumlşuumlk olan fandır Fanların tahrik sistemlerinde elektrik motorları
kullanılmaktadır (URL3)
262 Fan Ccedileşitleri
Fanlar aşağıdaki gibi sınıflandırılmaktadır
Eksenel (aksiyel) fanlar
Radyal (santrifuumlj) fanlar
Karışık akışlı (eksenel-radyal) fanlar
Ccedilatı tuumlruuml fanlar
Karşıt akımlı fanlar (blower)
Vorteks ya da rejeneratif fanlar
Diğerleri
Elektrik motorlarında radyal fanlar kullanılmaktadır (URL8)
Bu kısımda projemiz iccedilin incelediğimiz 3 ccedileşit fanı accedilıklayacağız
2621 Eksenel Fanlar
Havanın fan ccedilarkı ile aynı eksende youmln değiştirmeden hareket ettiği fanlardır Yuumlksek
hava debileri ve duumlşuumlk basınccedil sınıfına sahip sistemler iccedilin uygun fanlardır Şekil 15
rsquode oklar akış youmlnuumlnuuml (simetri eksenine paralel) goumlstermektedir
22
Şekil 15 Akışın Simetri Ekseninde Hareket Etmesi
2622 Karışık Akışlı (Radyal-Eksenel) Fanlar
Havanın kanatlar uumlzerinden emmesine goumlre yaklaşık 45deg accedilı yaparak hareket ettiği
fanlardır Radyal fanlara goumlre hava debisi daha yuumlksektir
Eksenel fanlardan daha yuumlksek basınca dayanabilir
Fan eğrisi uumlzerinde kararsız boumllge yoktur
Karşı basıncın duumlşuumlk olduğu boumllgelerde motor aşırı akım ccedilekmez
Eksenel ve radyal fanlara goumlre verimleri duumlşuumlktuumlr (URL6)
Şekil 16 Karışık Akışlı Fan Uygulamaları
23
2623 Radyal (Santrifuumlj) Fanlar
Havanın fan ccedilarkını emmesine goumlre 90deg accedilı yaparak kanatlara teğet olarak terk ettiği
fanlardır
Radyal fanların avantajları aşağıdaki gibidir
Geniş bir uygulama aralığına sahiptir
Yuumlksek sıcaklık ve aşındırıcı ortam uygulamalarında kulanılır
Değişken akış direncine sahip yerlerde daha verimli ve daha sessiz ccedilalışma
olanakları vardır
Yapısal kararlılıkları yuumlksektir (URL6)
Radyal Duumlz Kanatlı Fanlar
Genellikle kendi kendini temizleme malzeme taşıma ve parccedilacık ve yağ yuumlkluuml havanın
uygun halde taşınması gibi durumlarda kullanılırlar ve bunun iccedilin duumlz kanatları vardır
Ccedilarkları basit bir yapıya sahiptir ve nispeten dar kanatları vardır
Elektrik motorlarında genellikle ccedilift youmlnluuml ccedilalışmaya uygun olması iccedilin radyal duumlz
kanat tipli bu fanlar seccedililiyor
Şekil 17 Radyal Duumlz Kanatlı Fanlara Oumlrnekler
24
BOumlLUumlM 3 BULGULAR VE TARTIŞMA
31 SONLU ELEMANLAR YOumlNTEMİ
Sonlu elemanlar youmlntemi muumlhendislik problemlerine kabul edilebilir yaklaşımlarla
ccediloumlzuumlm arayan sayısal youmlntemdir (Moavani 2015) Sonlu elemanlar youmlntemi diğer bir
ifade şekliyle fiziksel şeklin matematiksel ifadesidir Bu kurduğumuz siste sınırlara
ayırılabilen ve malzeme şartlarına uygun olan bir sistem olmalıdır
Sonlu eleman youmlntemindeki basamaklar
Yaklaşık Ccediloumlzuumlm Youmlntemi
Geometrik Şekil
Nod
Eleman
Mesh
Ayrıklaştırma
Şekil 18 Sonlu Eleman Modeli
Eleman
Nod
(Duumlğuumlm
noktaları)
25
Sonlu elemanlar youmlntemi matematik ve fizik biliminin buumltuumln alanlarında kullanılır
Gerilme Analizi
Akışkanlar Mekaniği
Isı İletimi
Dalga Yayılımı
Darbe Analizi
Aerodinamik vb alanlardır
Sonlu elemanlar youmlntemini kullanırken oumlncelikle şu soruların cevaplarını bulmalıyız
Dizayn amacımız nedir
Bu sistemi modellemek iccedilin gerekli olan bilgiler nelerdir
Bu dizayn iccedilin hangi kriterler gerekir
311 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Pozitif Youmlnleri
Geometrisi karışık cisimlerin incelenmesini kolaylaştırır Geometri basit kısımlara
ayrılıp burada ayrı veya daha hassas işlemler yapılabilir
Parccedilanın geometrisini değiştirmeye gerek kalmaz
Youmlntemde hem fiziksel hem matematiksel temeli vardır
Sonlu elemanlar youmlntemi iccedilin ccedilok farklı programlar bulunmaktadır (Ansys Marc
Nastran ) (Moavani 2015)
312 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Negatif Youmlnleri
Elde edilen sonuccedilların doğruluğu hangi sonlu youmlnteminin kullanıldığına bağlıdır
Ccedilıkacak durum oumlnceden tespit edilmeli ve ona goumlre bir ccediloumlzuumlm youmlntemi
kullanılmalıdır Bu yuumlzden oumlnceden iyi tesipt edilemezse doğru değer bulunamaz
ve doğru ccediloumlzuumlm iccedilin zaman kaybı olabilir
Doğru ccediloumlzuumlm iccedilin elemanın ayrıştırılması (mesh) atanması gerekir
Bu meshin iyi atılması gerekir yoksa ccediloumlzuumlmuumln yakınsamaları değişebilir
(Moavani 2015)
26
32 ANSYS PROGRAMI
ANSYS genel amaccedillı kullanılan sonlu elemanlar programıdır Ansys yazılımı
mukavemet titreşim akışkanlar mekaniği ısı transferi ve elektromanyetik alanlarının
birbiri ile olan interaksiyonunu simule eden yazılımdır
Boumlylelikle ANSYS uumlruumlnlerin prototipleri uumlretilmeden sanal ortamda test edilmelerine
olanak sağlar Ayrıca sanal ortamdaki 3 boyutlu simulasyonlar neticesinde yapıların
zayıf noktalarının tespiti ve iyileştirilmesi ile oumlmuumlr hesaplarının gerccedilekleştirilmesi ve
muhtemel problemlerin oumlngoumlruumllmesi muumlmkuumln olmaktadır
ANSYS yazılımı sadece ihtiyaccedil duyulan oumlzelliklerin alınmasına fırsat vererek ilave
edilebilen CAD ve FEA bağlantı modulleri ile masa uumlstuumlnde kullanılan diğer
muumlhendislik yazılımları ile entegre bir şekilde ccedilalışabilmektedir
ANSYS yazılımı hem dışarıdan CAD datalarını alabilmekte hem de iccedilindeki
preprocessing imkacircnları ile geometri oluşturulmasına izin vermektedir Yine aynı
preprocessr iccedilinde hesaplama iccedilin gerekli olan sonlu elemanlar modeli yani mesh de
oluşturulmaktadır Yuumlklerin tanımlanmasından sonra ve gerccedilekleştirilen analiz
neticesinde sonuccedillar sayısal ve grafiksel olarak elde edilebilir
ANSYS yazılımı ile oumlzellikle contact algoritmalarının ccedileşitliliği zamana bağımlı
yuumlkleme oumlzellikleri ve nonlinear malzeme modelleri sayesinde yuumlksek muumlhendislik
seviyedeki analizleri hızlı guumlvenilir ve pratik bir şekilde gerccedilekleştirilebilmektedir
ANSYS Workbench parametrik CAD sistemlerini eşsiz bir otomasyon ve performans
ile simulasyon teknolojilerini entegre eden bir platformdur ANSYS Workbenchrsquoin
guumlcuuml yılların bilgi birikimi ile arkasında duran ANSYS ccediloumlzuumlcuuml algoritmalarından gelir
Ayrıca ANSYS Workbenchrsquoin amacı sanal ortamda uumlruumlnuumln verifikasyonunu ve
iyileştirmesini sağlamaktır
Oumlzellikle PC ile uyumluluğun uumlst seviyede olabilmesi iccedilin yazılmış olan ANSYS
Workbench sadece bir arayuumlzden ileri bir ccedilalışma ortamındır ve ANSYS Workbench
ile herhangi bir ANSYS lisansına sahip herkes ccedilalışabilir Aynı alışılagelmiş ANSYS
arabiriminde olduğu gibi ANSYS Workbenchrsquode de kapasiteler sahip olunan lisansın
doğrultusunda sınırlıdır (URL9)
27
ANSYS programının bu oumlzelliklerinden dolayı programı kullanmaya karar verdik
Ansys programının oumlncellikle akışkan mekaniği ve dinamiğinde kullanılan iki ayrı
boumlluumlmuuml bulunmaktadır Bu boumlluumlmler Fluent ve CFX boumlluumlmleridir Bizim
kullandığımız boumlluumlm ise ANSYS CFX boumlluumlmuumlduumlr
33 MEVCUT FAN UumlZERİNDE YAPILAN ANALİZLER
ANSY projesinde oumlncelikle CFX kısmını kullanıldı Ccediluumlnkuuml ANSYS programında
CFX ve Fluent programı hesaplamalı akışkanlar dinamiği iccedilin kullanılmaktadır Ancak
ANSYS CFX turbo makinalar iccedilin kullanıldığından oumlnceden de goumlsterildiği gibi bir
nod alırken huumlcrelerin orta noktalarından nod hesabı yaptığı iccedilin verdiği değerler fan
analizi iccedilin daha iyi bir yakınsama goumlsterir Bu sebeple ANSYS CFX kısmı kullanıldı
İlk olarak mevcut fan uumlzerinde ccedileşitli incelemeler yapıldı
Mevcut fan uumlzerinde 10 kanat var iken suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilok fazla olduğu saptandı
Bunun uumlzerine motorun akışını kolaylaştırma yoluna gidildi
Havayı oluklara daha iyi aktarabilecek kısım fanın kanat boyu olduğu iccedilin fanın
kanatlarının uzunluğunda değişiklik yapılmasına karar verildi
Fandan ccedilekilen debi miktarı ve tork değerlerini tam alabilmek ve mevcut fanın
verimini oumllccedilebilmek iccedilin oumlncelikle esas oumllccediluumllerine goumlre ccedilizilen fan ANSYS
programına aktarıldı File gt Import gt Design Moduler şeklinde SolidWorksrsquo ten
ANSYS programına aktarıldı
Şekil 19 SolidWorksrsquo ten İmport Etmek
28
Fanın ccedilevresinde akış hacmi oluşturmak iccedilin katı modelin ccedilevresindeki hava
modellenir
331 Geometri
Oluşturulan akış hacminde havanın giriş ve ccedilıkış kısımları İnlet-Outlet şeklinde
belirtilir
Analys tools komutlarından xy duumlzleminde halka oluşturulur
Burada modeling kısmı 3 boyutlu işlem yapacağı zaman seccedililen kısımdır
Aşağıdaki şekilde de goumlruumlleceği uumlzere
Şekil 20 Akış Alanı Belirleme
Burada exturude komutuyla birlikte oluşturulacak akış hacminin kaccedil mm
uzatılacağı belirtilir Hepsini bir buumltuumln haline getirmemek iccedilin lsquovar olanla
birleştirilsin mirsquo sorusuna hayır denilir
Daha sonra ccedilevresine yayılan boşluk iccedilin Outlet tanımlaması yapılır
Bu işlemleri gerccedilekleştirdikten sonra kesit gerekir İlk oumlnce plane (duumlzlem)
belirlenir Bunun iccedilin hangi duumlzlemi seccedililecek ise (oumlrneğin xy) onu seccedilip plane
tıklanır Plane boumllgesinden ne kadar uzakta olacağı belirlenir Biz de değer 34 mmrsquo
dir Ccediluumlnkuuml kanatların boyu 31 mm olduğundan mesh atamada sorun ccedilıkmaması
29
iccedilin 34 mm uzaklıkta bir plane atanır Bu Planersquoi slice komutuyla keserek 3 farklı
boumllge oluşturulmuş olur
Akışkan hacmini oluşturmak iccedilin dolu olan kısımlar belirlenip ona goumlre hareket
edilir Bunun iccedilinde milin iccedilini dolu kabul edilir
Akışkan hacmi iccedilin yapılan bir diğer işlem ise oluşturulan hacimden fanın hacmini
booelangt substrack komutları ile akışkan hacminin bulunmasıdır
Mevcut fanın uumlzerine sağ tıklanarak ve suppress body komutu seccedililir Boumlylelikle
fanı gizleyerek sadece akışkan hacmi goumlruumlluumlr
Daha sonra oluşan parccedilaların arasında boşluk olmaması iccedilin ve bağlantı sağlamak
iccedilin part kısımlarını seccedililerek sağ tıklanır from new part seccedililir
Şekil 21 Slice Komutu ile Boumllgelere Ayırma
30
Şekil 22 Parccedilalar Arası Bağlantının Sağlandığı FromNew Part Boumlluumlmuuml
Mesh kısmını suumlruumlkleyip project schematic boumlluumlme bırakılır Bu boumlluumlmde geometri
onaylanır ve en altta bulunan meshrsquoe tıklanır
332 Sayısal Ağ Oluşturma (Mesh)
Şekil 23 Mesh oluşturma
31
Şekil 24 Mesh Geometrisi
Sonlu sayıda hacimle ccedilalışıldığından sonlu sayıda hacime boumllmek gerekir Sonlu
sayıda hacime boumlluumlnen kısımlar farklı farklı olabilir
Bu huumlcreler kapsadığı alanın oumlzelliklerini yansıtır Bunların ccedilevresindeki nodlar
bunların ortalaması ile belli bir oumlzelliğe sahip olmuş olur
Bu huumlcrelerin arttırılması yani ayrıştırmaların ccediloğaltılması ne kadar fazla olursa o
kadar yakınsama olur ve ccediloumlzuumlm iyileşir
Ancak sayısal ağ ccedilok fazla attırıldığında ccediloumlzuumlm suumlresi ccedilok fazla artacağından
ekonomik değildir
Bu sebepten dolayı mesh ( ayrıştırma) atarken akışkanın en fazla değişim
goumlstereceği kısımlarda daha fazla sayısal ağ oluşturulur Boumlylelikle daha iyi bir
yakınsama elde edilir Akışkanın değişim goumlstereceği yerler genellikle yuumlzeylerle
temas edilen kısımlardır Mevcut fanın analizin de orta kısımlarda pek fazla
değişiklik olmaz Bu nedenle sınırlara yakın kısımlara daha fazla ağ oluşturulur
Detail of Mesh kısmından hangi kısımlarda ne kadar buumlyuumlkluumlkte mesh
atılabileceğine bakılır
32
Detail of Mesh kısmından Phsics preference kısmı seccedililerek CFDrsquoi seccedililir Solver
Preference kısmından ise CFXrsquoi seccedilip devam edilir
Analiz yaparken belirlenmesi gereken kısımlar vardır Bunun iccedilin diğer kısımlar
seccedililerek hide body seccedililerek kapatılır ve select all body seccedililerek kanatlara isim
verilir
Şekil 25 Mesh İsimlendirme
Akışkanın girişine inlet ccedilıkışına outlet denilir
Mesh atımında minimum yakalayacağı huumlcreler ile maksimum yakalayacağı
huumlcrelerin milimetre hesabı oumlnemlidir Bu yuumlzden kanadın kalınlığı 25 mm olduğu
iccedilin 2 mmrsquo den az olan huumlcre belirlenir Maksimum 15 mmrsquo den buumlyuumlk huumlcreler
olması duumlşuumlnuumllerek analizin yakınsaması sağlandı
Meshrsquoi tıklayıp oradan insert size kısmın da bulunan isimlerde kanatlar seccedililir
Kanatlara maksimum 3 mm buumlyuumlkluumlk seccedililir Devamında ise kanatları hide face
komutuyla gizlenir ve geriye kalan kısımlar iccedilin sizing iccedilin yine 3 mm verilir
Daha sonra kanat ve ccedilevresine ccedilizilen akış hacmi seccedililerek tekrar size kısmından
buumltuumlnuumlne 8 mm verilir Bu kısım iccedilin mesh atanır Yuumlzeyler seccedililerek Preview
Surface Mesh on Selected Bodies denilir ve mesh işlemi tamamlanmış olur
33
Şekil 26 Meshrsquo in Goumlsterimi
Ancak mesh işleminde silindirik yuumlzeylerde sweep komutuyla daha kolay mesh
atılabileceği iccedilin istenen yuumlzey iccedilin sağ tıklayıp İnsertgt Method gtSweep Number
Divs komutlarından kaccedil sıra mesh atılacağı belirlenir 20 sıra vererek mesh atıldı
Suumlpuumlrme işlemi ile mesh atarken hangi yuumlzeyi kaynak olarak alınacağı da
boumlylelikle belirlenmiş olur
Mesh sayfasını kapatıp daha sonrasında workbench kısmında meshin uumlzerine cfx
kısmını bırakılır
Mesh setupgt solutiongt results dan sonuccedillar elde edilir
Daha sonra geometry design da motorun kapağına uygun bir sınır belirlenerek
analiz yapılır
Geometriyi duumlzenlenerek CFXrsquo e aktarılır
Daha oumlncesinde de bahsedildiği uumlzere ANSYS de CFX kullanıldı CFX
kullanılmasının bir diğer sebebi de CFXrsquo in fan konusunda ANSYSlsquo in mesh
kısmından daha bağımsız ve daha hassas olmasıdır
Yapılan isimlendirmeler tekrar kontrol edilir Her farklı işlev iccedilin farklı
isimlendirme yapmak ccedilok oumlnemlidir boumlylece havanın nereden girip ne şekilde
ccedilıkacağını isimlendirmelerden goumlruumllebilir Ve bu isimlendirmeler iccedilin ayrı ayrı kod
yazılır
34
333 Sınır Şartları
Şekil 27 Sınır Şartlarının Belirlenmiş Hali
ANSYS setup kısmında Insert gt Solver gt Output Control komutları seccedililerek code
yazılır MassFlow ()inlet gt Torque_z()kanatlar olarak giriş kısmının kuumltlesel
debisi iccedilin komut yazılır
Ayrıca Insert gt Material kısmından sıcaklığı 25reg basıncı 1 atm entalpi değerini 0
olarak şartları belirlenir
Malzemenin kapak kısmı ccedilelik olarak belirlenir
Solver Control kısmından high resuluiton seccedililerek ccediloumlzuumlmuumln kalitesi arttırılır
Solver Control kısmından Residual Target artık tipini RMS olarak ve onun
yakınsama sınırı 10-5 belirlenir Rms elemanların karelerinin koumlkuumlnuuml alarak
ortalamasını alan youmlntemdir
Yine Solver Control kısmından minimum iterasyonu 1 maksimum İterasyonu ise
500 verilir
İnlet kısmı belirlenirken Boundary Type ( sınır şartları) opening olarak seccedililir
Opening verilmesindeki amaccedil akışkanların iccedileriden girip dışarıya ccedilıkışlarının
sağlanmasıdır Aksi halde ccediloumlzuumlmuumln yakınsamasın da sorunlar oluşabilir Opening
şartında ayrıca akışkan daha ccedilabuk toparlanır ve analiz daha kolaylaşır
Flow Direction komutunda normal sınır şartları belirlenir
Suumlreklilik şartı olarak da Fluid Mass Fluxrsquou seccedililir Bunun yanında sınır kontuumlruuml
iccedilin bağıl basınccedil ayarlarını seccedililir Aynı şekilde outlet iccedilin de aynı ayarlar yapılır
35
Domaine basılıp kapak kısımları ve motor kısımları seccedililir Bu dış kısımları duvar
olarak belirlenir ve duvar hareket edemeyeceğinden No Slip Wall seccedileneği olarak
belirtilir Duvarları suumlrtuumlnmesiz olduğu varsayılıyor
Fan ve kanatlar kısmında Boundry Type olarak Wall olarak belirleyip Frame type
gt rotating (doumlnuumlyor) belirtilir
Ccediloumlzuumlm metodu olarak RNG k-euro modeli kullanılır
Şekil 28 Setup Koşulların Belirlenmesi
334 Ccediloumlzuumlm - Sonuccedillar
Setup kısmını kapatılarak solution ekranı ccedilift tıklanarak ccedilıkan ekran da RUN seccedililerek
ccediloumlzme işlemi başlatılmış olur
Ccediloumlzme işlemi bittiğinde results kısmından sonuccedillar goumlruumlntuumllenebilir
36
Şekil 29 Akışın Youmlnelişi
Şekil 30 Debi Sonucu
37
34 YENİ FAN TASARIMI
341 Fan Tasarımı İccedilin Kabuller
Havanın sıkıştırılamaz olduğunu kabul edildi Havanın sıkıştırılmaz olduğu
varsayılarak yoğunluğu değişmez ve 12 kgm3 olarak kabul edilir
Ccediloumlzuumlmde suumlrtuumlnmeler ve ısı kayıpları ihmal edilir Ccediluumlnkuuml bu değerlerin
hesaplanması ccedilok uzun suumlreceği iccedilin ccediloumlzuumlm youmlntemi iccedilin ekonomik olmaz
Gerccedilekle arasında ccedilok buumlyuumlk bir fark olmayacağı varsayılmıştır
Verimi arttırmak iccedilin orijinal fanın analizinden elde edilen tork değeri duumlşuumlk
tutulmaya ccedilalışılmıştır
Motorun tek bir youmlne doumlneceği duumlşuumlnuumllmuumlştuumlr
342 Fan Tasarım Parametreleri
Bir fan tasarımında belli başlı kriterleri ele alabilmek iccedilin mevcut fan uumlzerinden
değerler bulundu
Tablo 7 Mevcut Fanın Oumlzellikleri
Devir Sayısı ( ddk) r hub (mm) rtip (mm)
1498 25 77
Radyal hız hesaplandığında w= 15687 radsn bulunmuştur r hub diye isimlendirilen
kısım fanın giriş accedilısı iccedilin gerekli olan kanadın başlangıcı ile milin merkezi arasındaki
uzaklıktır r tip ise fan kanadının bitiş noktası ile mil merkezi arasındaki uzaklığın
yarıccedilap cinsinden ifadesi olmaktadır
38
Fan kanat tasarımında oumlnemli olan w (accedilısal hız)hızının kanatlara ne kadar dik
gelebildiğidir Bu kanat hacmine ne kadar iyi bir şekilde gelirse akışkan o denli iyi
akabilir ve kanat profili oluşur
U_hub= w (radsn) x r hub
U_tip = w x r tip
Beta = arctan(vu)
A_inlet= (r tip 1000)sup2π ndash r hub 1000)sup2π
Verim= (Q x P) (TxW)
V (akışın mutlak hızı)= Debi Alan
Tablo 8 Sonuccedil olarak elde edilen değerler
r_h (mm) 25 r_t (mm) 77 r_h (mm) 50 r_t (mm) 80
U_h (ms) 3927 U_t (ms) 1209516 U_h (ms) 7854 U_t (ms) 125664
A_in (m^2) 0016663 A_out (m^2)0012252
V_in (ms) 2350516 V_out 3196702
beta_h 5909726 beta_t 7900249 beta_h 678529 beta_t 7572755
giriş ccedilıkış
Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları
Bu değerlere goumlre BladeGende yeni bir kanat profili oluşturulur
r tip
r hub
Şekil 31 Fan Kanatlarının Accedilısı
39
Şekil 32 BladeGen Kanat Profili
Oluşturduğumuz bu geometriye daha oumlnceki boumlluumlmde bahsedilen fana yapılan adımlar
uygulandı (Yeni oluşturulan fanın geometrik deseni ektedir)
40
3421 Geometri
Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi
3422 Sayısal Ağ Oluşturma
Şekil 34 Yeni Fan Tasarımının Sayısal Ağ Oluşturulması
41
3423 Ccediloumlzuumlm
Şekil 35 Tasarımı Yapılan Fanın Verimi
Accumulated Time Step sayısı iterasyonu goumlstermektedir Daha fazla yakınsama iccedilin
daha fazla koşturulabilir
42
Şekil 36 Tasarımı Yapılan Fanın Torku
43
3423 Sonuccedillar
Şekil 37 Akışın Youmlnelişi
Bu kısımda verimi arttırabilmek iccedilin tork azaltılmaya ccedilalışıldı Boumlylece kanatlara
harcanan toplam guumlccedil azaltılarak iyileştirmeler yapıldı
44
Kanadın iş yapan kısmını arttırarak orijinal fanda kanadın suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilapı
154 mm iken yeni fan da 160 mmrsquoye ccedilıkarıldı
Kanatlar daha eğimli ama daha eksenel bir forma getirildi
Bu motorda toplam guumlccedil iccedilin 60 watt olduğunda yaklaşık 6 wattrsquo lık guumlccedil fan iccedilin
harcanıyordu Fanın verimliliği ccedilok oumlnemli olduğu iccedilin debiyi sabit tutulmaya
torku da duumlşuumlruumllmeye ccedilalışıldı
Tablo 9 ANSYSrsquo de Elde Edilen Deneyler
tork(Nm) w(radsn) m(kgs)
Orijinal Fan 00393645 15687 0048168
Yeni Fan 00043869 15687 0032261
Goumlruumllduumlğuuml gibi tork buumlyuumlk oranda duumlşmuumlş ancak onunla birlikte debi de biraz
duumlşmuumlştuumlr
343 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanması
Motorun arka ve oumln kısımlarına sırt sırta fan bağlayarak havanın akışını hızlandırma
ve soğutmayı arttırma işlemi amaccedillandı Gerccedilek boyutlarda uygulamadan oumlnce fanı
motor şeklini verilen kısım da tek başına analiz yapıldı Verimli bir sonuccedil alabilmek
iccedilin ikili fan deneyi yapıldı
3431 Geometri
Şekil 38 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Geometrisi
45
3432 Sayısal Ağ Oluşturma
Şekil 39 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Sayısal Ağ
Oluşturulması
Yapılan analiz de goumlzlemlenen sonuccedillar şunlardır
Bir motorun etrafında sınırlayıcı bir alan olmadığı iccedilin sınır şartları olarak setup
kısmında yine havayı 1 atm basınccedil olarak alınır Eğer sınırlayıcı bir alan olsaydı
oluklardan hava akışı doğrudan motorun arka kısmına gelecekti Ccedilıkış noktasına ise
kapak yerleştirildi giriş noktasında atmosfer ccedilıkışı ise kapak olarak sınırlandı
3433 Kod Ccediloumlzuumlmuuml
Debi ndash 000064 mᵌ sn olarak ccedilıktı Motorun hava ccedilıkış kısmına fan bağlamanın verimli
olmadığı sonucuna varıldı Oumlnceden oluşturulan oluklardaki 1cmrsquolik aralıklarla
havanın geniş bir alana gitmesi ccedilok zordur Ve bu akışı goumlnderebilmek iccedilin fazladan
basınccedil uygulanması gerekir Bu sebepler debinin duumlşmesine sebep olmuştur
46
Şekil 40 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Ccediloumlzuumlmuuml
47
BOumlLUumlM 4 SONUCcedilLAR
Verim= (Alınan Guumlccedil Verilen Guumlccedil)= (∆P x Q) (T x ὠ)
A_inlet = (r_tip)2 1000 - (r_hub)21000
A_outlet =( U_h1000)2 - (U-t1000)2
U= ὠ x r
Fan hesaplarıdan debi değeri ve tork değeri duumlşmuumlştuumlr Aşağıda yeni fanımızın verimi
yukarıdaki formuumlllere goumlre excelde hesaplanmıştır
tork(Nm) w(radsn) ṁ(kgm^3) verim deltap (Pa)
Orijinal Fan 00393645 15687 00391 60152783 95
Yeni Fan 00043869 15687 0039167 54068744
Tabloda da goumlruumllduumlğuuml uumlzere eski fanın oumlzelliklerine bakılarak hız uumlccedilgeni youmlntemiyle
oluşturulan yeni fan 540 verimli ccedilıkmıştır
Motorun oumln kısmın koyduğumuz fanda ise dar oluklardan buumlyuumlk bir hacime giriş
yaptığı iccedilin tek youmlnluuml analizde kuumltlesel debi negatif değerde ccedilıkmıştır
(Kuumltlesel debi) ṁ=ƍ( oumlzkuumltle) x A(alan) x V( akışkan hızı)=kgsn ndash Formuluumlnden
dolayı verimin hesaplanmasına gerek yoktur
48
BOumlLUumlM 5 EKLER
EK1- MEVCUT FAN
EK2- YENİ FAN
49
KAYNAKCcedilA
Baykal R 2011 Asenkron Motorlar Uumlzerine Enerjiİ Verimliliği Uygulanması
Yayın Tarihi 15032011
Ccedilalışkan M 2014 Eksenel Akışlı Fan Tasarımı Yuumlksek Lisans İstanbul Teknik
Uumlniversitesi TUumlRKİYE
Moavani S 2015 Sonlu Elemanlar Analizi Teorisi ve Ansys ile Uygulamalar
İstanbul
Onaygil S 2006 Enerji Verimliliği Kanunun Tanıtımı Yuumlksek Lisans
URL1 lthttpdeneysancomContentimagesdocumentshavalandirma-
4_39143832pdfgt Erişim Tarihi 12032016
URL2 lt httpwwweiegovtrgt Erişim Tarihi 20042016
URL3 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi
12052016
URL4 ltwwwtuumlikgovtrgt Erişim Tarihi 14052016
URL5 ltwwwemoorgtrekler364734147179187_ekpdfgt Erişim Tarihi 16052016
URL6 ltwwwinverter-plcnetmotoryıldız_uumlccedilgen_bağlantıhtmlgt Erişim Tarihi
18052016
URL7 ltwwweiegovtreie-webturkceenMotor_Verimliligi_Brosurupdfgt Erişim
Tarihi 20052016
URL8 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi
07062016
URL9 ltwwwfigescomtransysansys-nedirphpgt Erişim Tarihi 09062016
50
OumlZGECcedilMİŞLER
Elif CcedilİCcedilEK
Eyluumll 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Duumlzce Anadolu İmamhatip Lisesinde
tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi İlahiyat Fakuumlltesirsquoni kazandı 2012 yılında
Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine
başladı Halen eğitimine devam etmektedir
İletişim
apsuvaelifhotmailcom
Nesrin ALTUNBOĞA
Ağustos 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Haydarpaşa Teknik Okulları Raylı
Sistemler Teknolojileri Boumlluumlmuumlnuuml tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi
Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Boumlluumlmuumlnuuml kazandı Halen eğitimine
devam etmektedir
İletişim
naltunbogagmailcom
Rumeysa ALGUumlL
Ekim 1992rsquo de Konyarsquoda doğdu Lise oumlğrenimini Lafarge Aslan Ccedilimento Anadolu
Teknik Lisesirsquonde 2010 yılında tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi Teknoloji
Fakuumlltesi Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliğini kazandı 2013 yılında Teknoloji
Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine başladı Halen eğitimine devam
etmektedir
İletişim
rumeysaalgulgmailcom
51
52
3
14 TUumlRKİYErsquo DE VE DUumlNYArsquo DA ELEKTRİK MOTORLARININ ENERJİ
TUumlKETİMİ
Enerjide arz guumlvenliğinin sanayide sanayide suumlrduumlrebilirliğinin ve buumlyuumlmenin ise
kalkınmada oldukccedila oumlnem taşıdığı guumlnuumlmuumlzde saklı enerji kaynağı sayılabilecek olan
verimlilik hususu belirtilmektedir TUumlİK verilerine goumlre Tuumlrkiye elektrik enerjisinin
2013 yılı itibariyle 471rsquoi sanayi sektoumlruumlnde tuumlketilmektedir Sanayide kullanılan
elektrik motorları ise bu sektoumlrde tuumlketilen elektrik enerjisinin 70rsquo ini teşkil
etmektedir Sanayinin buumlyuumlmesi son yıllardaki ARGE ccedilalışmalarının ilerlemesi ve
otomasyon sistemleri ile daha yoğun teknoloji ile Tuumlrkiye piyasasına 1 milyon elektrik
motoru arz edilmektedir Tuumlrkiyersquode de Bilim Sanayi ve Teknoloji Bakanlığı (BSTB)
tarafından AB mevzuatı ile uyumlu hale getirilen yerel mevzuat soumlz konusu elektrik
motorları iccedilin enerji verimlilik endeksini ve beyanını ve bulunması gereken en duumlşuumlk
seviyeyi zorunlu kılmaktadır ve ccedilalışmalar yapılmaktadır Bunun sonucunda
Tuumlrkiyersquode kullanılan elektrik motorları uumlzerinde sektoumlrel ve sınıfsal accedilıdan enerji
tuumlketimi irdelenmektedir Yapılan bu ccedilalışmalar ile duumlşuumlk verimli elektrik motorlarının
yuumlksek verimli elektrik motorları ile değiştirilmesi yoluyla Tuumlrkiyersquode yaklaşık yılda
2500 GWhrsquo lik enerji tasarrufu edildiği goumlruumllmuumlştuumlr (URL4)
2013 yılı TUumlİK verilerine goumlre Tuumlrkiyersquode toplam 198045 GWh Elektrik Enerjisi
tuumlketilmiştir Tuumlketilen bu enerjinin 93280 GWh kadarı sanayide tuumlketilmiştir
Tablo 1 Tuumlrkiyersquode Elektrik Motorlarının Sektoumlrlere Goumlre Tuumlketimi
Sektoumlr Elektrik Motorların Sektoumlrel
Tuumlketimi TWhYıl
Sektoumlruumln Toplam Enerji
Tuumlketimi TWhYıl
Sanayi 46 68
Ticaret 14 20
Mesken 8 35
Diğer 1 20
Toplam 69 144
4
Enerji verimliliği ccedilalışmalarında elektrik motorlarının kullanımlarının sektoumlrel
dağılımlarının yanı sıra motorların sınıflandırılması da oldukccedila oumlnemlidir
Duumlnyada 2 23 milyar elektrik motorlarının bulunduğu tahmin edilmektedir Ancak bu
motorların 2 milyar kadar adedi 075 kW guumlcuumln altındadır ve enerji tuumlketiminin 9 u
kadarını karşılar 075- 375 kW aralığında kalan motorlar ise elektrik motorlarının 11
ini oluştururken enerji tuumlketiminin 68 kadarını oluşturur 375 kW guumlccedil uumlstuumlndeki
motorlar elektrik motorlarının 1rsquoini oluştururken enerji tuumlketiminin 23rsquouumlnuuml
karşılar
Tablo 2 Elektrik Motorlarının Tuumlrlerine Goumlre Pazar Dağılımları
TİPİ le 750
W
075 - 375
kW
gt 375
kW
DC Motor Ve
Generatoumlrler
56 21 5
AC Tek Fazlı
Motorlar
29 30 -
AC Uumlccedil Fazlı
Motorlar
5 49 95
Diğer 10 - -
Tuumlrkiyersquo de elektrik enerjisinin 471rsquo i sanayide sanayide tuumlketilen elektrik
enerjisinin 67rsquosi motorlarda motorlarda tuumlketilen elektrik enerjisinin 91rsquoi 075-
1000 kW guumlccedil aralığındaki motorlarda tuumlketilmekte ve bu motorların 87rsquosinin
asenkron motorlar olduğu soumlylenebilir
IE4 ile IE1 standartları arasındaki fark buumlyuumlktuumlr 90 kW ve uumlstuumlnde ortalama fark
yaklaşık 3 seviyesindedir 075 ile 75 kW arasında ortalama verim farkı yaklaşık
10 75 ile 90 kW aralığında ise ortalama verim farkı 5 seviyesindedir
Tablo 3 IE4 ile IE1 arasındaki ortalama verim farkı
Guumlccedil Aralığı Ortalama IE1 - IE4 verim
Farkı ()
012-075 kW 17
075-75 kW 10
75-90 kW 5
90-1000 kW 3
5
15 ELEKTRİK MOTORLARINDA VERİMİN OumlNEMİ VE VERİM
SINIFLARI
Uumlretilen toplam elektriğin yaklaşık yarısı sanayi sektoumlruumlnde kullanılan elektriğin ise
yaklaşık uumlccedilte ikisi motorlar tarafından tuumlketilmektedir Bu da sanayide yuumlksek verimli
motor kullanımının enerji maliyetinin duumlşuumlruumllmesinde ne kadar oumlnemli olduğunu
goumlsterir Yuumlksek verimli motorların kullanımı aynı zamanda sera gazları salınımında
ciddi azalmalara sebep olmakta ve enerjide dışa bağımlılığın azaltılmasına katkı
yapmaktadır (URL7)
Şekil 2 Sanayide Kullanılan Elektrik Motorlarının Kullanım Yerleri
Elektrik motorlarının duumlnyadaki kullanımına bakarsak binalarda kullanılan elektriğin
36rsquosı enduumlstri ve altyapıda ise 70rsquoi elektrik motorları tarafından tuumlketilmektedir
Asenkron elektrik motorları uumllkemizin toplam elektrik tuumlketiminin yaklaşık 36rsquosını
oluşturmaktadır Hatta sanayide sektoumlrel bazda bu oran 80rsquolere kadar ccedilıkmaktadır
Bu sebeple elektrik motorlarında verimi arttırıcı oumlnlemler uumllkemizin elektrik tuumlketimi
konusundaki tasarruf planlarına buumlyuumlk katkı sağlayacaktır Satın alma maliyeti
ortalama motor oumlmruuml boyunca toplam maliyetin 2rsquolik kısmına denk gelmektedir
Tek bir motor sarımının maliyeti toplam tutarın 1rsquoini oluşturmaktadır Elektrik
motorunun kullanım oumlmruuml boyunca tuumlkettiği elektrik enerjisinin maliyeti ise toplam
maliyetin 97rsquosine tekabuumll etmektedir (URL2)
42
7
22
29
DİĞER KOMP FAN POMPA
6
Şekil 3 Talep Tarafında Elektrik Kullanımı
VERİMİN OumlNEMİ
Asenkron motorlarda ccedileşitli verimlilik sınıfları mevcuttur Avrupa Elektrik Makineleri
Uumlreticileri Komitesi (CEMEP) ve Avrupa Komisyonunun 28 Haziran 1999 tarihli
deklarasyonu motorları verim sınıflarına goumlre ayırmıştır Yuumlksek Verimli motorlar
(EFF1) verimi iyileştirilmiş motorlar (EFF2) ve duumlşuumlk verimli motorlar (EFF3)
CEMEP‟ in bu deklarasyonunu takiben motor uumlreticileri ile yaptığı goumlnuumllluuml anlaşmalar
ile duumlşuumlk verimli motor (EFF3) uumlretimini kısıtlama yoluna gitmiştir Bunun yanı sıra
Duumlnyada artan enerji talebi ile birlikte birccedilok uumllke goumlnuumllluuml ya da zorunlu olarak daha
yuumlksek verimli motor kullanımını sağlamaya ccedilalışmıştır (Onaygil 2006)
Verimlilik sınıflarına 2008 yılında yenilik getirilmiştir Bu yenilik IEC( Uluslararası
Elektronik Komisyonu) tarafından yayımlanmıştır CENELEC tarafından da 2009
yılında Avrupa normu haline gelmiştir 2010 yılında da TSE tarafından kabul
edilmiştir Bu yenilik verimlilik sınıflarına getirilen IE1 IE2 IE3 IE4 şeklinde olan
tanımlamalardır Bu tanımlamalarda IE1= EFF2 olup IE2=EFF1rsquo in karşılığıdır
IE1= STANDART VERİMLİ
IE2= YUumlKSEK VERİMLİ
IE3=CcedilOK YUumlKSEK VERİMLİ
IE4=SUumlPER YUumlKSEK CcedilOK VERİMLİ
Şeklinde sınıflandırılmıştır
AYDINLATMA19
DİĞER ELEKTRİK MOTORLARI
4
ASENKRON MOTORLAR
36
DİĞER3
ELEKTRONİK ALETLER
8
ISITMA15
EV GERECcedilLERİ15
7
2014 yılında TS- EN 60034-30 standardı doğrudan şebekeden beslenen motorlar ve değişken
hız suumlruumlcuumlluuml motorlar olmak uumlzere iki kısma ayrılmıştır Şebeke tarafından doğrudan beslenen
motorlar iccedilin verimlilik sınıflarını tayin eden başka bir standart koyulmuştur TS-EN 60034-
30-1 standardıdır Bu standart faklı olarak 012- 1000 kW guumlccedil aralığını kapsamakta ve IE4
verimlilik sınıfını da tanıtmaktadır Ayrıca 8 kutuplu motorlar da bu kapsama alınmıştır
Henuumlz TS- EN 60034- 30- 2 sınıfı yayınlanmamıştır
Şekil 4 TS-EN 60034-30-1 Standardına Goumlre Verimlilik Sınıfları
151 Mevzuat
Elektrik motorları hususunda ilk yasal duumlzenleme Avrupa Birliğinin Elektrik Motorları
ile İlgili Ccedilevreye Duyarlı Tasarım Gereklerine Dair EC6402009 sayılı tuumlzuumlğuumlduumlr
Beraberinde 4703 sayılı Uumlruumlnlere İlişkin Teknik Mevzuatın Hazırlanması ve
Uygulanmasına Dair Kanunun 14 uumlncuuml maddesine dayanılarak hazırlanan Enerji ile
İlgili Uumlruumlnlerin Ccedilevreye Duyarlı Tasarımına İlişkin Youmlnetmelik 2010 yılında
yuumlruumlrluumlğe girmiştir Daha sonra 2012 yılında EC6402009 referans alınarak
hazırlanan ve uyumlaştırılan SGM- 20122 Elektrik Motorları İle İlgili Ccedilevreye
Duyarlı Tasarım Gereklerine Dair Tebliğ yayımlanarak ulusal mevzuata
kazandırılmıştır
Bu tebliğ ile 2 4 6 kutuplu anma gerilimi en fazla 100 (UN) en fazla 1000 V olan
anma ccedilıkış guumlcuuml (PN) 075 kW ile 375 kW arasında olan ve suumlrekli ccedilalışacak şekilde
100
90
80
70 012 24 48 960
IE1 IE2 IE3 IE4
8
tasarlanmış tek hızlı 3 fazlı 50 Hz veya 5060 Hz sincap kafesli enduumlksiyon motorları
denetim kapsama alınmış bulunmaktadır
Bu tebliğde oumlnemli bir diğer husus ise uygulamaya youmlnelik olan zorunluluklardır
Onlar şunlardır IE1 sınıfı verimlilikte olan motorların piyasaya arz edilmesinin
yasaklanması ve diğer verimlilik sınıfına geccediliş suumlrecinin tanımlanmasıdır
Tablo 4 Başlıca Uumllkelerin Verimlilik Sınıfı Uygulama Tarihleri
BOumlLGE IE1 IE2 IE3
ABD - 1998 2011
AB - 2011 2015
PRC 2000 2011 2015
TUumlRKİYE - 2012 2015
Bunun dışında 01012015 tarihinden itibaren anma ccedilıkış guumlcuuml 75 kW ile 375 kW
arasında olan motorların veriminin IE3 verim seviyesinden duumlşuumlk olmayacağını veya
piyasaya arz edilen motorların IE2 verim seviyesini karşılayacak ve değişken hızlı
tahrikle teccedilhiz edilmesi gerektiğini bildirmektedir (URL5)
Tablo 5 Tuumlrkiyersquo de Zorunlu Uygulamaya Geccediliş Suumlreci
Sınıfı Zorunlu Yuumlruumlrluumlk
Tarihi
Accedilıklama (İstisnalar)
IE1 02042012 2 Nisan 2012 tarihinden itibaren piyasaya suumlruumllmesi
yasaklanmıştır
IE2 02042012 01012015 tarihine kadar kullanılabilecektir
IE3 01012015 Değişken hızlı tahrikle teccedilhiz edilmesi halinde IE2 verim
seviyesi kullanılabilecek (75 kW - 375 kW)
IE3 01012017 Değişken hızlı tahrikle teccedilhiz edilmesi halinde IE2 verim
seviyesi kullanılabilecek (075 kW - 375 kW)
9
16 MOTOR VERİMİNİ ETKİLEYEN FAKTOumlRLER
161 Verim
Bir elektrik motorunun bağlı bulunduğu şebekeden ccedilektiği enerjinin tamamı mekanik
enerjiye doumlnuumlşmez Elektrik motorunun milinden aldığı faydalı guumlccedil şebekeden ccedilektiği
guumlccedilten kayıp guumlccedillerin ccedilıkmış halidir
Asenkron motorun şebekeden ccedilektiği guumlcuumln yuumlzde kaccedilının motorun milinden mekanik
guumlccedil olarak alındığını verim goumlsterir
Verim= ((Alınan G ) (Verilen Guumlccedil))x100
ή= (PaPv)x100
Verilen guumlccedil ile alınan guumlccedil arasındaki fark toplam kayıplardır Asenkron motorlarda
kayıplar stator demir kaybı stator ve rotor bakır kayıpları ile rotorun suumlrtuumlnme ve
ruumlzgacircr kaybından ibarettir
DEMİR
KAYIPLARI
GOumlVDE
STATOR
DİRENCİ
ROTOR
DİRENCİ
RUumlZGAR
SUumlRTUumlNME
DİRENCİ
EK
KAYIPLA
Şekil 5 Motor Verimini Etkileyen Faktoumlrler
10
162 Kayıplar
Demir Kayıpları
Bakır Kayıpları
Suumlrtuumlnme Kayıpları
1621 Demir Kayıpları
Demir kayıpları stator ve rotor saccedillarında meydana gelen histerezis ve fuko
kayıplarıdır Bu kayıplar frekans ve manyetik enduumlksiyon ile oranlıdır
Stator demir kayıpları stator frekansı sabit olduğuna goumlre değişmemektedir Yalnız
rotor demir kayıpları rotor frekansı ile değişir Ancak boş ve yuumlkluuml ccedilalışmada rotor
frekansı ccedilok kuumlccediluumlktuumlr Bu sebeple rotor demir kayıpları ccedilok kuumlccediluumlk olur ve ihmal
edilebilir 0 halde bir asenkron motorun demir kayıpları stator demir kayıplarına
eşittir denebilir Stator frekansı sabit olduğundan demir kayıpları da buumltuumln yuumlkler iccedilin
sabittir
1622 Bakır Kayıpları
Asenkron motorlarda stator ve rotor omik direnccedillerinden dolayı I12R1 ve I2
2R2
değerinde bakır kayıpları meydana gelir Bakır kayıpları sargı direnccedilleri sabit
olduğuna goumlre yuumlk akımları I1 ve I2 lsquonin karesi ile değişir Şu halde bu kayıplar
yuumlkle değişen kayıplardır
Rotor ve stator bakır kayıplarını bulabilmek iccedilin akım ve direnccedillerin bilinmesi gerekir
Genel olarak bakır kayıpları motorun kısa devre deneyinden tuumlm olarak hesaplanır
1623 Ruumlzgar ve Suumlrtuumlnme Kayıpları
Asenkron motorlarda suumlrtuumlnme ve ruumlzgacircr kayıpları devir sayısı ile biraz değişirse
de bu değişim ccedilok az olduğu iccedilin sabit kabul edilebilir Suumlrtuumlnme ve ruumlzgacircr
kayıpları boş ccedilalışma deneyinde demir kayıpları ile birlikte bulunur Demir
kayıpları ile ruumlzgacircr ve suumlrtuumlnme kayıplarına sabit kayıplar denir
11
BOumlLUumlM 2 MATERYAL VE YOumlNTEM
21 ASENKRON MOTORLAR
Asenkron motorlar başlıca iki kısımdan oluşur
Hareket etmeyen kısım Stator
Doumlnme hareketi yapan kısım Rotor
Asenkron makineler motor olarak stator sargıları ile aldığı elektrik enerjisini
rotorundan doumlnme hareketi yaparak mekanik enerjiye ccedileviren ve generatoumlr olarak
rotorundan aldığı doumlnme hareketi mekanik enerjisini bazı koşullar altında stator
sargılarında elektrik enerjisine ccedileviren elektromekanik makinelerdir
Motor olarak birkaccedil Wattrsquotan 300 MW guumlcuumlne kadar uumlretilmektedir Generatoumlr olarak
az kullanılmakla beraber son zamanlarda ruumlzgacircr enerjisinden elektrik enerjisi elde
etmek amacı ile ruumlzgacircr tuumlrbini ile birlikte ccedilalışmaktadırlar
Stator sargı gerilimleri alccedilak gerilim 220Vdan orta gerilim 22kVa kadar
değişmektedir Doumlnme sayıları sabit değildir fakat doumlnme sayısı yuumlkle az değişir
Doumlnen diğer elektrik makinelerine kıyasla daha sağlam daha az bakım isteyen ve daha
ucuz makinelerdir Son yıllarda yarı iletken guumlccedil elektroniğindeki teknolojik
gelişmeler ile asenkron makinelerin kontroluuml kolayca yapılabilmektedir (Baykal
2011)
Şekil 6 Kuumlccediluumlk Guumlccedilluuml Uumlccedil fazlı Sincap Kafesli Asenkron Motorun Kesiti
12
22 ASENKRON MAKİNALARIN YAPISI
Asenkron makineler başlıca iki kısımdan oluşmaktadır Bunlar
Stator
Rotor
Şekil 7 Stator Saccedil Paketini Oluşturulmuş Farklı Tipte Statorlar
221 Stator
Stator Asenkron motorun duran kısmıdır 04 - 05 veya 08 mm kalınlığında silisyumlu
saccedillar oumlzel kalıplarla preste basılır ve paketlenir Stator saccedilları paketlenince uumlccedil fazlı
sargıların yerleştirileceği stator nuumlvesi elde edilir Bu nuumlve stator goumlvdesinin iccediline
sıkıca yerleştirilir Goumlvdeye motorun ayakları monte edilir Goumlvdeye motor kapaklan
takılır motor kapaklan ortalarındaki bilyeli yataklar statorun ortasında doumlnecek olan
rotora yataklık ederler
1Halkalı Duumlzen Kuumlccediluumlk ve orta guumlccedilteki makinelerde uygulanan bu konstruumlksiyon
şeklinde saccedil paket ya karkas dışında istiflenerek uzun saplamalarla kendi uumlzerine
sıkılır yada saccedil levhalar karkas iccedilinde istiflenir
2 Segmanlı Duumlzen Bu duumlzende saccedil paketi daima karkas tarafından gergin durumda
tutulur Segmanlı duumlzende saccedil paketi rijitli halkalı duumlzendekine oranla da az
olduğundan burada seccedililecek olan karkasın daha kuvvetli olması gerekir (Baykal
2011)
13
222 Rotor
Rotor Asenkron motorun doumlnen kısmıdır ve rotor saccedil paketi ile rotor sargılarından
oluşur Rotor saccedil paketi 05 mm‟lik silisyumlu saccedillardan yapılır Saccedilların yuumlzeyleri
ccedilok ince bir film tabakası ile yalıtılmıştır Saccedillar oumlzel kalıplarda pres altında oluk
dişler ve sıkıştırma cıvata delikleri oluşacak şekilde saccedil şeritlerden kesilerek ccedilıkartılır
Saccedillar bir araya getirilerek pres altında sıkıştırılır ve cıvatalarla bu halde kalması
sağlanır
Diğer doumlnen elektrik makinelerine goumlre stator ile rotor arasında kalan hava aralığı ccedilok
kuumlccediluumlktuumlr Motorun guumlcuumlne goumlre hava aralığının radyal boyu 05 - 1 - 3 mm kadar
olabilir Boumlylesine kuumlccediluumlk bir hava aralığı boşta ccedilalışma akımını kuumlccediluumlk tutmak iccedilin
yapılır Rotor olukları motorun elektrik karakteristiklerini etkileyen değişik biccedilimlerde
yapılır Rotor oluklarına rotor sargıları yerleştirilir
Şekil 8 Rotor Saccedil Paketini Oluşturan Değişik Rotor Saccedilları
Rotor sargıları uumlccedil fazlı olarak ya da sincap kafesli olarak yapılır Rotoru sargılı olan
ve sargı uccedilları doumlnen bilezik-sabit fırccedila ile dışarı ccedilıkartılan motorlara bilezikli asenkron
motor denir Sincap kafesli motorlarda rotor oluklarına bakır ccedilubuklar yerleştirilir Bu
ccedilubuklar her iki baştan dairesel halkalarla kısa devre edilerek sincap kafesine
benzeyen kendi uumlzerine kapatılmış bir sargı elde edilir Sincap kafesli motor sargısı
oumlzel kalıplarla rotor oyuklarına basınccedil altında aluumlminyum puumlskuumlrtuumllerek uumlretilir
Boumlylece uumlretilen rotor sincap kafesi aluumlminyumdan yapılmış olur
Sincap kafesli asenkron motorun rotorundan hiccedilbir uccedil ccedilıkmadığı iccedilin bu motorun
kontroluuml sadece statordaki elektrik uccedillarından yapılabilmektedir Oysa bilezikli
asenkron motorun rotor sargı uccedilları bilezik ve fırccedila sistemi ile dışarı ccedilıkarıldığından
14
bu motorun kontroluuml hem stator sargı uccedillarından ve hem de rotor sargı uccedillarından
yapılabilmektedir
Sincap kafesli motorun rotor sargısı buumlyuumlk motorlarda bakır ccedilubukların rotor
oluklarına yerleştirilmesi ve iki baştan kısa devre elde edilmesi ile oluşturulur Kuumlccediluumlk
motorlarda rotorun sincap kafesi aluumlminyum puumlskuumlrtme ve kalıplarla elde edilir
Rotoru sincap kafesli bir motorun sincap kafesi değişik biccedilimde oluklara yerleştirilir
Motorun oumlzellikle moment karakteristiğine istenilen oumlzelliği vermek iccedilin rotorda derin
oluklar ve ccedilift oluk kullanılır Birinci motora derin oluklu ya da derin ccedilubuklu motor
ve diğerine de ccedilift kafesli motor denir (Baykal 2011)
23 ASENKRON MOTORLARIN CcedilALIŞMA İLKESİ
Asenkron makinenin ccedilalıŞma ilkesi bir doumlner alanın varlığına dayanır Doumlner alan
senkron hız motor milinin hızı da rotor hızı olarak isimlendirilir Kayma da bu iki
hızın arasındaki fark olarak ifade edilmektedir
231 Doumlner Alan
Bir N-S mıknatısı ya da uumlzerinden akım geccedilen bir bobinin magnetik alanı N kutbundan
ccedilıkar ve S kutbuna girer Daimi mıknatıs ve doğru akım taşıyan bobinin manyetik
alanları mıknatıs ve bobin dışarıdan bir bobinle doumlnduumlruumlluumlrse bunların alanları da
beraber doumlner İşte bir mıknatısın doumlnduumlruumllmesi ile elde edilen alana doumlner alan denir
Uumlccedil fazlı asenkron motorun (enduumlksiyon motorun) statoruna birbirinden 120rsquoşer derece
faz farklı 3 faz sargısı yerleştirilmiştir En basit statorda her biri bir faza ait olmak
uumlzere 3 tane bobin bulunur Bir motor en az iki kutuplu olarak sarılabilir (Baykal
2011)
Şekil 9 Uumlccedil Faz bobininin 6 Oluklu Statora Yerleştirilişi
15
232 Senkron Hız
N-S kutuplarının saat ibresi youmlnuumlnde doumlnduumlğuuml goumlruumlluumlr uumlccedil fazlı alternatif akımdaki bir
periyotluk değişme N-S kutuplarının bir devir yapmasına sebep olur Alternatif akımın
frekansı 50 Hz ise saniyede 50 periyotluk bir değişme yapar Dolayısıyla statordaki
faz bobinlerinin meydana getirdiği N-S kutupları da saniyede 50 devirle doumlner Bu
dakikada 3000 devir eder Ccedilok fazlı bir stator sargısından aynı faz sayısında ccedilok fazlı
bir akım geccedilerse hava aralığında sabit genlikli bir doumlner alan oluşur Bu doumlner alanın
duran statora goumlre ns (n1) devir hızı şebeke frekansına doğru stator sargısının p ccedilift
kutup sayısına ters orantılıdır
1198991 = 601198911
119901
Senkron hız da denen doumlner alan hızı kutup sayısına goumlre buumlyuumlk basamaklar yaparak
değişir Asenkron motorlar ancak belli senkron hızlar iccedilin yapılabilir En fazla
kullanılan senkron hızlar 2 4 6 ve 8 kutup sayılarına ait olanlardır (Baykal 2011)
Tablo 6 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru
P
(Kutup Sayısı)
50 Hz 60 Hz
n1min-1 n1s-1 n1min-1 n1s-1
2 3000 50 3600 60
4 1500 25 1800 30
6 1000 1667 1200 20
8 750 125 900 15
16
233 Kayma
Senkron makine dışında buumltuumln diğer ccedilalışma tuumlrlerinde asenkron makinenin
ccedilalışabilmesi iccedilin rotor hızının doumlner alan hızından farklı olması gerekir Doumlner alanın
rotor uumlzerinden geccedilme hızına yani doumlner alan ile rotor hızı arasındaki cebirsel farka
kayma hızı n2 ve bu hızın doumlner alan hızına oranına kayma s denir Bu tanıma
dayanarak kayma devir hızına goumlre veya devir hızı kaymaya goumlre ifade edilebilir
n2 = n1 ndash n n = n1(1-s) 119904 = 1198992
1198991 =
1198991minus119899
1198991
Kayma oranlanmış bir buumlyuumlkluumlktuumlr ve ccediloğunlukla olarak ifade edilir Pozitif negatif
veya sıfır olabilir Oranlanmış rotor hızı n nı ile toplamı daima 1rsquoe eşittir Teorisel
olarak ndash infin ve +infin arasında değişebilir Durmada n = 0 ve s =1 dir Senkron ccedilalışmada
n = n1 ve s = 0 dır Bu iki sınır değer arasında asenkron makine motor olarak ccedilalışır
ve kayması daima pozitiftir Anma ccedilalışmasındaki değeri yuumlzde birkaccedil olup artan
anma guumlcuuml ile azalır ve kuumlccediluumlk guumlccedillerde yaklaşık 10 dan buumlyuumlk guumlccedillerde 1 in altına
duumlşer
Rotor doumlner alana goumlre ters youmlnde doumlnduumlğuumlnde elde edilen fren ccedilalışmada devir hızı
negatif ve kayma 1 den buumlyuumlktuumlr Rotor hızı doumlner alan hızını geccedilerse yani ngtn1 ise
kayma negatif olur (s lt 0) ve makine generatoumlr olarak ccedilalışmaya başlar (Baykal 2011)
Şekil 10 Standart Asenkron Motorların Anma Kayması ve Verimi
17
24 ASENKRON MOTOR CcedilEŞİTLERİ
Asenkron motorlar rotor yapılarına goumlre ikiye ayrılır
Sincap kafesli (Kısa devre rotorlu) Asenkron Motorlar
Bilezikli (Sargılı rotorlu) Asenkron Motorlar
241 Uumlccedil Fazlı Kısa Devre (Sincap Kafesli ) Asenkron Motorlar
Uumlccedil fazlı sincap kafesli motorun yapılısı basittir Az bakıma ihtiyaccedil goumlsterir Bu tip
motorun oumllccediluumlleri aynı guumlccedilteki başka tip motorların oumllccediluumllerinden kuumlccediluumlktuumlr Değişik
yuumlklerdeki hız reguumllasyonu ccedilok iyidir Fiyatının ucuzluğu yapılışının sağlamlığı ve
istenilen ccedilalışma oumlzelliğine sahip oluşu yuumlzuumlnden bu tip motorlar sanayide ccedilok
kullanılır
Rotorlar accedilılmış oluklara basınccedil altında erimiş aluumlminyum puumlskuumlrtuumllerek doldurulur
Rotorun her iki başındaki kısa devre halkalar da aluumlminyumdandır Ayrıca bu halkalar
uumlzerine kanatlar da bırakılarak rotor işletmede vantilasyon suretiyle soğutulması
sağlanır 250 kW guumlcuumlne kadar kısa devre kafesleri aluumlminyumdan yapılmış asenkron
motorlar mevcuttur
Buumlyuumlk guumlccedil istenilen işletmelerde kısa devre kafesi yuumlksek dikdoumlrtgen şeklinde bakır
ccedilubuklardan ve bunları rotorun her iki başında kısa devre eden bakır halkalardan
yapılır Rotorda kaccedil adet oluk varsa rotorun faz sayısı buna eşittir
Kısa devre kafesli asenkron motorun yol alma oumlzellikleri iyi değildir Ancak basit ve
ucuz olmaları nedeni ile yaygın biccedilimde kullanılmaktadır Yol almasını kolaylaştırmak
iccedilin yuumlksek ccedilubuklu veya ccedilift kafesli olarak yapılırlar (Baykal 2011)
Şekil 11 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru
18
242 Bilezikli (Sargılı rotorlu) AC Motorlar
Birccedilok sanayi yuumlklerinde uumlccedil fazlı değişik hızlı motora ihtiyaccedil duyulduğu yerler iccedilin
bilezikli asenkron motorlar geliştirilmiştir Bilezikli asenkron motorlara sargılı rotorlu
AC motor da denilmektedir Bu tip motorun statoru ile sargının yerleştirilmesi sincap
kafesli motorun aynıdır Rotor ccedilelik saccedillardan yapılmış silindirik bir goumlbektir 120
derece aralıklı uumlccedil adet tek fazlı kalıp sargısını yerleştirmek iccedilin rotor uumlzerine oyuklar
accedilılmıştır izoleli rotor bobinleri stator kutup sayısına eşit kutup sayısı elde edecek
şekilde gruplandırılmıştır Uumlccedil tek fazlı rotor sargısı aralarında yıldız bağlanarak ccedilıkış
uccedilları rotor mili uumlzerindeki uumlccedil bileziğe bağlanmıştır Bileziklere temas eden fırccedila uccedilları
hız kontroloumlruuml ayarlayıcısına bağlanır Fırccedilalar taşıyıcılar uumlzerindeki yayların basıncı
ile bileziklere sıkıca temas eder Doğru akım makinelerinde olduğu gibi youmln
değiştirmeye luumlzum olmadığı iccedilin fırccedila taşıyıcıları uygun bir durumda sıkıca tespit
edilmiştir
Bilezikli asenkron motorun rotorunda aynı statorunda olduğu gibi uumlccedil fazlı alternatif
akım sargısı vardır Stator 10 Kw guumlce kadar tek tabakalı orta guumlccedillerde ise iki tabakalı
sargılı yapılırlar Rotor ise tam oluklu veya kesirli oluklu sargılı olabilir Rotor sargı
uccedillarının bir tarafı bileziklere bağlanır Diğer tarafı ise kısa devre edilerek uumlccedil fazlı
sargının yıldız noktasını oluşturur Bilezikler uumlzerindeki fırccedila sistemi ile rotor
alternatif gerilim kaynağından ayrıca beslenir (Baykal 2011)
25 Elektrik Motorlarına Yıldız-Uumlccedilgen Yol Verme
Kalkış akımını duumlşuumlrmede en ekonomik youmlntemdir Uumlccedil kontaktoumlr ile bir zaman
roumllesinden oluşan kontaktoumlr kombinasyonudur Bu youmlntemle yol verebilmek iccedilin
motorun uumlccedilgen bağlı ccedilalışma gerilimi şebeke gerilimine eşit olmalıdır Oumlrneğin
uumllkemizde şebeke gerilimi 380 Volt olduğuna goumlre yıldız-uumlccedilgen yol verilecek motorun
etiketinde D380 V veya D380VY660V yazılı olmalıdır Volt elektrik motorlarında 2
ve 4 kutuplularda 3 kW (dacirchil) 6 kutuplularda 22 kW(dacirchil) den daha buumlyuumlk guumlccedilluuml
motorlar bu oumlzelliktedir Yani 380 V şebekede uumlccedilgen bağlı ccedilalıştırılırlar
Motora yıldız-uumlccedilgen yol verildiğinde direkt yol vermeye goumlre şebekeden ccedilekeceği
akım 3 katı azalır Yıldız-uumlccedilgen yol vermede amaccedil motoru kalkış suumlresince yıldız
19
bağlı ccedilalıştırmak ve kalkışını tamamlayan motoru hemen normal bağlantısı olan uumlccedilgen
bağlı olarak ccedilalıştırmaktır
Motor kalkış sırasında yıldız bağlı ccedilalıştırıldığından motor sargılarına uygulanan
gerilim U radic3 değerine motorun şebekeden ccedilektiği akım ise 13 değerine duumlşer
Motorun sargılarına uygunalan gerilim azaldığından momenti oumlnemli oumllccediluumlde kuumlccediluumlluumlr
Yıldız-uumlccedilgen yol vermenin kusursuz olması iccedilin motorun yuumlk momentinin yıldız
bağlamadaki motor momentinden buumlyuumlk olmaması ve yıldız bağlamadaki suumlrenin
uygun olması gerekir Bu geccediliş suumlresi ccedilok oumlnemlidir Motor yıldız bağlantıda iken
anma devir sayısına ulaşıldığı anda uumlccedilgen bağlantıya geccedililmesi ve fazla aralık
verilmemesi gerekir
Boumlyle olursa yıldızdan uumlccedilgen bağlantıya geccedilişteki uumlccedilgen kontaktoumlruumlnuumln kapamama
akımı kuumlccediluumlk ve yıldızdan uumlccedilgene geccediliş darbesiz olur Aksi halde uumlccedilgen bağlantıya
geccedilişte akımda geccedilici artışlar goumlruumlluumlr Bunun sonucu kontaktoumlruumln kontakları ani
yuumlksek ısı nedeniyle kaynak olabilir
Bir şebekede uumlccedilgen bağlı ccedilalışacak motor aynı şebekede yıldız bağlı (Y) olarak
ccedilalıştırılabilir Ancak bu durumda motorun guumlcuuml ve momenti duumlşer Bu oumlzellikten
yararlanarak asenkron motorların kalkış anında ccedilektikleri fazla akımı azaltmak iccedilin
yıldız-uumlccedilgen yol verme uygulanması yapılabilir
Şebekede yıldız bağlı ccedilalıştırılması gereken motor yanlışlıkla uumlccedilgen bağlı ccedilalıştırılırsa
sargılarına radic3 katı buumlyuumlk gerilim uygulanmış olur Gerilimdeki artış oranı kadar sargı
akımı buumlyuumlyeceğinden motor aşırı akım ccedileker ve kısa suumlrede artacak ısı sonucu
sargılar yanar
Onun iccedilin yıldız bağlı ccedilalışması gereken motor kesinlikle aynı şebekede uumlccedilgen bağlı
ccedilalıştırılmaz (URL6)
20
Şekil 12 Motora yıldız-uumlccedilgen yol verme
Şekil 13 Stator Sargı Uccedillarının Uumlccedilgen (D) Ve Yıldızı (Y) Bağlanması
Şekil 14 Asenkron Motora Yol Verme
21
26 FANLAR
261 Genel Bilgiler
Fanlar hava veya benzeri gazları basınccedillandırarak belirli bir akış yolu iccedilinde hareket
etmesini sağlayan turbo makinelerdir İyi bir fan istenilen performansı yerine
getirirken verimi yuumlksek enerjiyi daha az tuumlketen muumlmkuumln olduğunca guumlruumlltuumlsuumlz
ccedilalışan ve maliyeti duumlşuumlk olan fandır Fanların tahrik sistemlerinde elektrik motorları
kullanılmaktadır (URL3)
262 Fan Ccedileşitleri
Fanlar aşağıdaki gibi sınıflandırılmaktadır
Eksenel (aksiyel) fanlar
Radyal (santrifuumlj) fanlar
Karışık akışlı (eksenel-radyal) fanlar
Ccedilatı tuumlruuml fanlar
Karşıt akımlı fanlar (blower)
Vorteks ya da rejeneratif fanlar
Diğerleri
Elektrik motorlarında radyal fanlar kullanılmaktadır (URL8)
Bu kısımda projemiz iccedilin incelediğimiz 3 ccedileşit fanı accedilıklayacağız
2621 Eksenel Fanlar
Havanın fan ccedilarkı ile aynı eksende youmln değiştirmeden hareket ettiği fanlardır Yuumlksek
hava debileri ve duumlşuumlk basınccedil sınıfına sahip sistemler iccedilin uygun fanlardır Şekil 15
rsquode oklar akış youmlnuumlnuuml (simetri eksenine paralel) goumlstermektedir
22
Şekil 15 Akışın Simetri Ekseninde Hareket Etmesi
2622 Karışık Akışlı (Radyal-Eksenel) Fanlar
Havanın kanatlar uumlzerinden emmesine goumlre yaklaşık 45deg accedilı yaparak hareket ettiği
fanlardır Radyal fanlara goumlre hava debisi daha yuumlksektir
Eksenel fanlardan daha yuumlksek basınca dayanabilir
Fan eğrisi uumlzerinde kararsız boumllge yoktur
Karşı basıncın duumlşuumlk olduğu boumllgelerde motor aşırı akım ccedilekmez
Eksenel ve radyal fanlara goumlre verimleri duumlşuumlktuumlr (URL6)
Şekil 16 Karışık Akışlı Fan Uygulamaları
23
2623 Radyal (Santrifuumlj) Fanlar
Havanın fan ccedilarkını emmesine goumlre 90deg accedilı yaparak kanatlara teğet olarak terk ettiği
fanlardır
Radyal fanların avantajları aşağıdaki gibidir
Geniş bir uygulama aralığına sahiptir
Yuumlksek sıcaklık ve aşındırıcı ortam uygulamalarında kulanılır
Değişken akış direncine sahip yerlerde daha verimli ve daha sessiz ccedilalışma
olanakları vardır
Yapısal kararlılıkları yuumlksektir (URL6)
Radyal Duumlz Kanatlı Fanlar
Genellikle kendi kendini temizleme malzeme taşıma ve parccedilacık ve yağ yuumlkluuml havanın
uygun halde taşınması gibi durumlarda kullanılırlar ve bunun iccedilin duumlz kanatları vardır
Ccedilarkları basit bir yapıya sahiptir ve nispeten dar kanatları vardır
Elektrik motorlarında genellikle ccedilift youmlnluuml ccedilalışmaya uygun olması iccedilin radyal duumlz
kanat tipli bu fanlar seccedililiyor
Şekil 17 Radyal Duumlz Kanatlı Fanlara Oumlrnekler
24
BOumlLUumlM 3 BULGULAR VE TARTIŞMA
31 SONLU ELEMANLAR YOumlNTEMİ
Sonlu elemanlar youmlntemi muumlhendislik problemlerine kabul edilebilir yaklaşımlarla
ccediloumlzuumlm arayan sayısal youmlntemdir (Moavani 2015) Sonlu elemanlar youmlntemi diğer bir
ifade şekliyle fiziksel şeklin matematiksel ifadesidir Bu kurduğumuz siste sınırlara
ayırılabilen ve malzeme şartlarına uygun olan bir sistem olmalıdır
Sonlu eleman youmlntemindeki basamaklar
Yaklaşık Ccediloumlzuumlm Youmlntemi
Geometrik Şekil
Nod
Eleman
Mesh
Ayrıklaştırma
Şekil 18 Sonlu Eleman Modeli
Eleman
Nod
(Duumlğuumlm
noktaları)
25
Sonlu elemanlar youmlntemi matematik ve fizik biliminin buumltuumln alanlarında kullanılır
Gerilme Analizi
Akışkanlar Mekaniği
Isı İletimi
Dalga Yayılımı
Darbe Analizi
Aerodinamik vb alanlardır
Sonlu elemanlar youmlntemini kullanırken oumlncelikle şu soruların cevaplarını bulmalıyız
Dizayn amacımız nedir
Bu sistemi modellemek iccedilin gerekli olan bilgiler nelerdir
Bu dizayn iccedilin hangi kriterler gerekir
311 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Pozitif Youmlnleri
Geometrisi karışık cisimlerin incelenmesini kolaylaştırır Geometri basit kısımlara
ayrılıp burada ayrı veya daha hassas işlemler yapılabilir
Parccedilanın geometrisini değiştirmeye gerek kalmaz
Youmlntemde hem fiziksel hem matematiksel temeli vardır
Sonlu elemanlar youmlntemi iccedilin ccedilok farklı programlar bulunmaktadır (Ansys Marc
Nastran ) (Moavani 2015)
312 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Negatif Youmlnleri
Elde edilen sonuccedilların doğruluğu hangi sonlu youmlnteminin kullanıldığına bağlıdır
Ccedilıkacak durum oumlnceden tespit edilmeli ve ona goumlre bir ccediloumlzuumlm youmlntemi
kullanılmalıdır Bu yuumlzden oumlnceden iyi tesipt edilemezse doğru değer bulunamaz
ve doğru ccediloumlzuumlm iccedilin zaman kaybı olabilir
Doğru ccediloumlzuumlm iccedilin elemanın ayrıştırılması (mesh) atanması gerekir
Bu meshin iyi atılması gerekir yoksa ccediloumlzuumlmuumln yakınsamaları değişebilir
(Moavani 2015)
26
32 ANSYS PROGRAMI
ANSYS genel amaccedillı kullanılan sonlu elemanlar programıdır Ansys yazılımı
mukavemet titreşim akışkanlar mekaniği ısı transferi ve elektromanyetik alanlarının
birbiri ile olan interaksiyonunu simule eden yazılımdır
Boumlylelikle ANSYS uumlruumlnlerin prototipleri uumlretilmeden sanal ortamda test edilmelerine
olanak sağlar Ayrıca sanal ortamdaki 3 boyutlu simulasyonlar neticesinde yapıların
zayıf noktalarının tespiti ve iyileştirilmesi ile oumlmuumlr hesaplarının gerccedilekleştirilmesi ve
muhtemel problemlerin oumlngoumlruumllmesi muumlmkuumln olmaktadır
ANSYS yazılımı sadece ihtiyaccedil duyulan oumlzelliklerin alınmasına fırsat vererek ilave
edilebilen CAD ve FEA bağlantı modulleri ile masa uumlstuumlnde kullanılan diğer
muumlhendislik yazılımları ile entegre bir şekilde ccedilalışabilmektedir
ANSYS yazılımı hem dışarıdan CAD datalarını alabilmekte hem de iccedilindeki
preprocessing imkacircnları ile geometri oluşturulmasına izin vermektedir Yine aynı
preprocessr iccedilinde hesaplama iccedilin gerekli olan sonlu elemanlar modeli yani mesh de
oluşturulmaktadır Yuumlklerin tanımlanmasından sonra ve gerccedilekleştirilen analiz
neticesinde sonuccedillar sayısal ve grafiksel olarak elde edilebilir
ANSYS yazılımı ile oumlzellikle contact algoritmalarının ccedileşitliliği zamana bağımlı
yuumlkleme oumlzellikleri ve nonlinear malzeme modelleri sayesinde yuumlksek muumlhendislik
seviyedeki analizleri hızlı guumlvenilir ve pratik bir şekilde gerccedilekleştirilebilmektedir
ANSYS Workbench parametrik CAD sistemlerini eşsiz bir otomasyon ve performans
ile simulasyon teknolojilerini entegre eden bir platformdur ANSYS Workbenchrsquoin
guumlcuuml yılların bilgi birikimi ile arkasında duran ANSYS ccediloumlzuumlcuuml algoritmalarından gelir
Ayrıca ANSYS Workbenchrsquoin amacı sanal ortamda uumlruumlnuumln verifikasyonunu ve
iyileştirmesini sağlamaktır
Oumlzellikle PC ile uyumluluğun uumlst seviyede olabilmesi iccedilin yazılmış olan ANSYS
Workbench sadece bir arayuumlzden ileri bir ccedilalışma ortamındır ve ANSYS Workbench
ile herhangi bir ANSYS lisansına sahip herkes ccedilalışabilir Aynı alışılagelmiş ANSYS
arabiriminde olduğu gibi ANSYS Workbenchrsquode de kapasiteler sahip olunan lisansın
doğrultusunda sınırlıdır (URL9)
27
ANSYS programının bu oumlzelliklerinden dolayı programı kullanmaya karar verdik
Ansys programının oumlncellikle akışkan mekaniği ve dinamiğinde kullanılan iki ayrı
boumlluumlmuuml bulunmaktadır Bu boumlluumlmler Fluent ve CFX boumlluumlmleridir Bizim
kullandığımız boumlluumlm ise ANSYS CFX boumlluumlmuumlduumlr
33 MEVCUT FAN UumlZERİNDE YAPILAN ANALİZLER
ANSY projesinde oumlncelikle CFX kısmını kullanıldı Ccediluumlnkuuml ANSYS programında
CFX ve Fluent programı hesaplamalı akışkanlar dinamiği iccedilin kullanılmaktadır Ancak
ANSYS CFX turbo makinalar iccedilin kullanıldığından oumlnceden de goumlsterildiği gibi bir
nod alırken huumlcrelerin orta noktalarından nod hesabı yaptığı iccedilin verdiği değerler fan
analizi iccedilin daha iyi bir yakınsama goumlsterir Bu sebeple ANSYS CFX kısmı kullanıldı
İlk olarak mevcut fan uumlzerinde ccedileşitli incelemeler yapıldı
Mevcut fan uumlzerinde 10 kanat var iken suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilok fazla olduğu saptandı
Bunun uumlzerine motorun akışını kolaylaştırma yoluna gidildi
Havayı oluklara daha iyi aktarabilecek kısım fanın kanat boyu olduğu iccedilin fanın
kanatlarının uzunluğunda değişiklik yapılmasına karar verildi
Fandan ccedilekilen debi miktarı ve tork değerlerini tam alabilmek ve mevcut fanın
verimini oumllccedilebilmek iccedilin oumlncelikle esas oumllccediluumllerine goumlre ccedilizilen fan ANSYS
programına aktarıldı File gt Import gt Design Moduler şeklinde SolidWorksrsquo ten
ANSYS programına aktarıldı
Şekil 19 SolidWorksrsquo ten İmport Etmek
28
Fanın ccedilevresinde akış hacmi oluşturmak iccedilin katı modelin ccedilevresindeki hava
modellenir
331 Geometri
Oluşturulan akış hacminde havanın giriş ve ccedilıkış kısımları İnlet-Outlet şeklinde
belirtilir
Analys tools komutlarından xy duumlzleminde halka oluşturulur
Burada modeling kısmı 3 boyutlu işlem yapacağı zaman seccedililen kısımdır
Aşağıdaki şekilde de goumlruumlleceği uumlzere
Şekil 20 Akış Alanı Belirleme
Burada exturude komutuyla birlikte oluşturulacak akış hacminin kaccedil mm
uzatılacağı belirtilir Hepsini bir buumltuumln haline getirmemek iccedilin lsquovar olanla
birleştirilsin mirsquo sorusuna hayır denilir
Daha sonra ccedilevresine yayılan boşluk iccedilin Outlet tanımlaması yapılır
Bu işlemleri gerccedilekleştirdikten sonra kesit gerekir İlk oumlnce plane (duumlzlem)
belirlenir Bunun iccedilin hangi duumlzlemi seccedililecek ise (oumlrneğin xy) onu seccedilip plane
tıklanır Plane boumllgesinden ne kadar uzakta olacağı belirlenir Biz de değer 34 mmrsquo
dir Ccediluumlnkuuml kanatların boyu 31 mm olduğundan mesh atamada sorun ccedilıkmaması
29
iccedilin 34 mm uzaklıkta bir plane atanır Bu Planersquoi slice komutuyla keserek 3 farklı
boumllge oluşturulmuş olur
Akışkan hacmini oluşturmak iccedilin dolu olan kısımlar belirlenip ona goumlre hareket
edilir Bunun iccedilinde milin iccedilini dolu kabul edilir
Akışkan hacmi iccedilin yapılan bir diğer işlem ise oluşturulan hacimden fanın hacmini
booelangt substrack komutları ile akışkan hacminin bulunmasıdır
Mevcut fanın uumlzerine sağ tıklanarak ve suppress body komutu seccedililir Boumlylelikle
fanı gizleyerek sadece akışkan hacmi goumlruumlluumlr
Daha sonra oluşan parccedilaların arasında boşluk olmaması iccedilin ve bağlantı sağlamak
iccedilin part kısımlarını seccedililerek sağ tıklanır from new part seccedililir
Şekil 21 Slice Komutu ile Boumllgelere Ayırma
30
Şekil 22 Parccedilalar Arası Bağlantının Sağlandığı FromNew Part Boumlluumlmuuml
Mesh kısmını suumlruumlkleyip project schematic boumlluumlme bırakılır Bu boumlluumlmde geometri
onaylanır ve en altta bulunan meshrsquoe tıklanır
332 Sayısal Ağ Oluşturma (Mesh)
Şekil 23 Mesh oluşturma
31
Şekil 24 Mesh Geometrisi
Sonlu sayıda hacimle ccedilalışıldığından sonlu sayıda hacime boumllmek gerekir Sonlu
sayıda hacime boumlluumlnen kısımlar farklı farklı olabilir
Bu huumlcreler kapsadığı alanın oumlzelliklerini yansıtır Bunların ccedilevresindeki nodlar
bunların ortalaması ile belli bir oumlzelliğe sahip olmuş olur
Bu huumlcrelerin arttırılması yani ayrıştırmaların ccediloğaltılması ne kadar fazla olursa o
kadar yakınsama olur ve ccediloumlzuumlm iyileşir
Ancak sayısal ağ ccedilok fazla attırıldığında ccediloumlzuumlm suumlresi ccedilok fazla artacağından
ekonomik değildir
Bu sebepten dolayı mesh ( ayrıştırma) atarken akışkanın en fazla değişim
goumlstereceği kısımlarda daha fazla sayısal ağ oluşturulur Boumlylelikle daha iyi bir
yakınsama elde edilir Akışkanın değişim goumlstereceği yerler genellikle yuumlzeylerle
temas edilen kısımlardır Mevcut fanın analizin de orta kısımlarda pek fazla
değişiklik olmaz Bu nedenle sınırlara yakın kısımlara daha fazla ağ oluşturulur
Detail of Mesh kısmından hangi kısımlarda ne kadar buumlyuumlkluumlkte mesh
atılabileceğine bakılır
32
Detail of Mesh kısmından Phsics preference kısmı seccedililerek CFDrsquoi seccedililir Solver
Preference kısmından ise CFXrsquoi seccedilip devam edilir
Analiz yaparken belirlenmesi gereken kısımlar vardır Bunun iccedilin diğer kısımlar
seccedililerek hide body seccedililerek kapatılır ve select all body seccedililerek kanatlara isim
verilir
Şekil 25 Mesh İsimlendirme
Akışkanın girişine inlet ccedilıkışına outlet denilir
Mesh atımında minimum yakalayacağı huumlcreler ile maksimum yakalayacağı
huumlcrelerin milimetre hesabı oumlnemlidir Bu yuumlzden kanadın kalınlığı 25 mm olduğu
iccedilin 2 mmrsquo den az olan huumlcre belirlenir Maksimum 15 mmrsquo den buumlyuumlk huumlcreler
olması duumlşuumlnuumllerek analizin yakınsaması sağlandı
Meshrsquoi tıklayıp oradan insert size kısmın da bulunan isimlerde kanatlar seccedililir
Kanatlara maksimum 3 mm buumlyuumlkluumlk seccedililir Devamında ise kanatları hide face
komutuyla gizlenir ve geriye kalan kısımlar iccedilin sizing iccedilin yine 3 mm verilir
Daha sonra kanat ve ccedilevresine ccedilizilen akış hacmi seccedililerek tekrar size kısmından
buumltuumlnuumlne 8 mm verilir Bu kısım iccedilin mesh atanır Yuumlzeyler seccedililerek Preview
Surface Mesh on Selected Bodies denilir ve mesh işlemi tamamlanmış olur
33
Şekil 26 Meshrsquo in Goumlsterimi
Ancak mesh işleminde silindirik yuumlzeylerde sweep komutuyla daha kolay mesh
atılabileceği iccedilin istenen yuumlzey iccedilin sağ tıklayıp İnsertgt Method gtSweep Number
Divs komutlarından kaccedil sıra mesh atılacağı belirlenir 20 sıra vererek mesh atıldı
Suumlpuumlrme işlemi ile mesh atarken hangi yuumlzeyi kaynak olarak alınacağı da
boumlylelikle belirlenmiş olur
Mesh sayfasını kapatıp daha sonrasında workbench kısmında meshin uumlzerine cfx
kısmını bırakılır
Mesh setupgt solutiongt results dan sonuccedillar elde edilir
Daha sonra geometry design da motorun kapağına uygun bir sınır belirlenerek
analiz yapılır
Geometriyi duumlzenlenerek CFXrsquo e aktarılır
Daha oumlncesinde de bahsedildiği uumlzere ANSYS de CFX kullanıldı CFX
kullanılmasının bir diğer sebebi de CFXrsquo in fan konusunda ANSYSlsquo in mesh
kısmından daha bağımsız ve daha hassas olmasıdır
Yapılan isimlendirmeler tekrar kontrol edilir Her farklı işlev iccedilin farklı
isimlendirme yapmak ccedilok oumlnemlidir boumlylece havanın nereden girip ne şekilde
ccedilıkacağını isimlendirmelerden goumlruumllebilir Ve bu isimlendirmeler iccedilin ayrı ayrı kod
yazılır
34
333 Sınır Şartları
Şekil 27 Sınır Şartlarının Belirlenmiş Hali
ANSYS setup kısmında Insert gt Solver gt Output Control komutları seccedililerek code
yazılır MassFlow ()inlet gt Torque_z()kanatlar olarak giriş kısmının kuumltlesel
debisi iccedilin komut yazılır
Ayrıca Insert gt Material kısmından sıcaklığı 25reg basıncı 1 atm entalpi değerini 0
olarak şartları belirlenir
Malzemenin kapak kısmı ccedilelik olarak belirlenir
Solver Control kısmından high resuluiton seccedililerek ccediloumlzuumlmuumln kalitesi arttırılır
Solver Control kısmından Residual Target artık tipini RMS olarak ve onun
yakınsama sınırı 10-5 belirlenir Rms elemanların karelerinin koumlkuumlnuuml alarak
ortalamasını alan youmlntemdir
Yine Solver Control kısmından minimum iterasyonu 1 maksimum İterasyonu ise
500 verilir
İnlet kısmı belirlenirken Boundary Type ( sınır şartları) opening olarak seccedililir
Opening verilmesindeki amaccedil akışkanların iccedileriden girip dışarıya ccedilıkışlarının
sağlanmasıdır Aksi halde ccediloumlzuumlmuumln yakınsamasın da sorunlar oluşabilir Opening
şartında ayrıca akışkan daha ccedilabuk toparlanır ve analiz daha kolaylaşır
Flow Direction komutunda normal sınır şartları belirlenir
Suumlreklilik şartı olarak da Fluid Mass Fluxrsquou seccedililir Bunun yanında sınır kontuumlruuml
iccedilin bağıl basınccedil ayarlarını seccedililir Aynı şekilde outlet iccedilin de aynı ayarlar yapılır
35
Domaine basılıp kapak kısımları ve motor kısımları seccedililir Bu dış kısımları duvar
olarak belirlenir ve duvar hareket edemeyeceğinden No Slip Wall seccedileneği olarak
belirtilir Duvarları suumlrtuumlnmesiz olduğu varsayılıyor
Fan ve kanatlar kısmında Boundry Type olarak Wall olarak belirleyip Frame type
gt rotating (doumlnuumlyor) belirtilir
Ccediloumlzuumlm metodu olarak RNG k-euro modeli kullanılır
Şekil 28 Setup Koşulların Belirlenmesi
334 Ccediloumlzuumlm - Sonuccedillar
Setup kısmını kapatılarak solution ekranı ccedilift tıklanarak ccedilıkan ekran da RUN seccedililerek
ccediloumlzme işlemi başlatılmış olur
Ccediloumlzme işlemi bittiğinde results kısmından sonuccedillar goumlruumlntuumllenebilir
36
Şekil 29 Akışın Youmlnelişi
Şekil 30 Debi Sonucu
37
34 YENİ FAN TASARIMI
341 Fan Tasarımı İccedilin Kabuller
Havanın sıkıştırılamaz olduğunu kabul edildi Havanın sıkıştırılmaz olduğu
varsayılarak yoğunluğu değişmez ve 12 kgm3 olarak kabul edilir
Ccediloumlzuumlmde suumlrtuumlnmeler ve ısı kayıpları ihmal edilir Ccediluumlnkuuml bu değerlerin
hesaplanması ccedilok uzun suumlreceği iccedilin ccediloumlzuumlm youmlntemi iccedilin ekonomik olmaz
Gerccedilekle arasında ccedilok buumlyuumlk bir fark olmayacağı varsayılmıştır
Verimi arttırmak iccedilin orijinal fanın analizinden elde edilen tork değeri duumlşuumlk
tutulmaya ccedilalışılmıştır
Motorun tek bir youmlne doumlneceği duumlşuumlnuumllmuumlştuumlr
342 Fan Tasarım Parametreleri
Bir fan tasarımında belli başlı kriterleri ele alabilmek iccedilin mevcut fan uumlzerinden
değerler bulundu
Tablo 7 Mevcut Fanın Oumlzellikleri
Devir Sayısı ( ddk) r hub (mm) rtip (mm)
1498 25 77
Radyal hız hesaplandığında w= 15687 radsn bulunmuştur r hub diye isimlendirilen
kısım fanın giriş accedilısı iccedilin gerekli olan kanadın başlangıcı ile milin merkezi arasındaki
uzaklıktır r tip ise fan kanadının bitiş noktası ile mil merkezi arasındaki uzaklığın
yarıccedilap cinsinden ifadesi olmaktadır
38
Fan kanat tasarımında oumlnemli olan w (accedilısal hız)hızının kanatlara ne kadar dik
gelebildiğidir Bu kanat hacmine ne kadar iyi bir şekilde gelirse akışkan o denli iyi
akabilir ve kanat profili oluşur
U_hub= w (radsn) x r hub
U_tip = w x r tip
Beta = arctan(vu)
A_inlet= (r tip 1000)sup2π ndash r hub 1000)sup2π
Verim= (Q x P) (TxW)
V (akışın mutlak hızı)= Debi Alan
Tablo 8 Sonuccedil olarak elde edilen değerler
r_h (mm) 25 r_t (mm) 77 r_h (mm) 50 r_t (mm) 80
U_h (ms) 3927 U_t (ms) 1209516 U_h (ms) 7854 U_t (ms) 125664
A_in (m^2) 0016663 A_out (m^2)0012252
V_in (ms) 2350516 V_out 3196702
beta_h 5909726 beta_t 7900249 beta_h 678529 beta_t 7572755
giriş ccedilıkış
Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları
Bu değerlere goumlre BladeGende yeni bir kanat profili oluşturulur
r tip
r hub
Şekil 31 Fan Kanatlarının Accedilısı
39
Şekil 32 BladeGen Kanat Profili
Oluşturduğumuz bu geometriye daha oumlnceki boumlluumlmde bahsedilen fana yapılan adımlar
uygulandı (Yeni oluşturulan fanın geometrik deseni ektedir)
40
3421 Geometri
Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi
3422 Sayısal Ağ Oluşturma
Şekil 34 Yeni Fan Tasarımının Sayısal Ağ Oluşturulması
41
3423 Ccediloumlzuumlm
Şekil 35 Tasarımı Yapılan Fanın Verimi
Accumulated Time Step sayısı iterasyonu goumlstermektedir Daha fazla yakınsama iccedilin
daha fazla koşturulabilir
42
Şekil 36 Tasarımı Yapılan Fanın Torku
43
3423 Sonuccedillar
Şekil 37 Akışın Youmlnelişi
Bu kısımda verimi arttırabilmek iccedilin tork azaltılmaya ccedilalışıldı Boumlylece kanatlara
harcanan toplam guumlccedil azaltılarak iyileştirmeler yapıldı
44
Kanadın iş yapan kısmını arttırarak orijinal fanda kanadın suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilapı
154 mm iken yeni fan da 160 mmrsquoye ccedilıkarıldı
Kanatlar daha eğimli ama daha eksenel bir forma getirildi
Bu motorda toplam guumlccedil iccedilin 60 watt olduğunda yaklaşık 6 wattrsquo lık guumlccedil fan iccedilin
harcanıyordu Fanın verimliliği ccedilok oumlnemli olduğu iccedilin debiyi sabit tutulmaya
torku da duumlşuumlruumllmeye ccedilalışıldı
Tablo 9 ANSYSrsquo de Elde Edilen Deneyler
tork(Nm) w(radsn) m(kgs)
Orijinal Fan 00393645 15687 0048168
Yeni Fan 00043869 15687 0032261
Goumlruumllduumlğuuml gibi tork buumlyuumlk oranda duumlşmuumlş ancak onunla birlikte debi de biraz
duumlşmuumlştuumlr
343 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanması
Motorun arka ve oumln kısımlarına sırt sırta fan bağlayarak havanın akışını hızlandırma
ve soğutmayı arttırma işlemi amaccedillandı Gerccedilek boyutlarda uygulamadan oumlnce fanı
motor şeklini verilen kısım da tek başına analiz yapıldı Verimli bir sonuccedil alabilmek
iccedilin ikili fan deneyi yapıldı
3431 Geometri
Şekil 38 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Geometrisi
45
3432 Sayısal Ağ Oluşturma
Şekil 39 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Sayısal Ağ
Oluşturulması
Yapılan analiz de goumlzlemlenen sonuccedillar şunlardır
Bir motorun etrafında sınırlayıcı bir alan olmadığı iccedilin sınır şartları olarak setup
kısmında yine havayı 1 atm basınccedil olarak alınır Eğer sınırlayıcı bir alan olsaydı
oluklardan hava akışı doğrudan motorun arka kısmına gelecekti Ccedilıkış noktasına ise
kapak yerleştirildi giriş noktasında atmosfer ccedilıkışı ise kapak olarak sınırlandı
3433 Kod Ccediloumlzuumlmuuml
Debi ndash 000064 mᵌ sn olarak ccedilıktı Motorun hava ccedilıkış kısmına fan bağlamanın verimli
olmadığı sonucuna varıldı Oumlnceden oluşturulan oluklardaki 1cmrsquolik aralıklarla
havanın geniş bir alana gitmesi ccedilok zordur Ve bu akışı goumlnderebilmek iccedilin fazladan
basınccedil uygulanması gerekir Bu sebepler debinin duumlşmesine sebep olmuştur
46
Şekil 40 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Ccediloumlzuumlmuuml
47
BOumlLUumlM 4 SONUCcedilLAR
Verim= (Alınan Guumlccedil Verilen Guumlccedil)= (∆P x Q) (T x ὠ)
A_inlet = (r_tip)2 1000 - (r_hub)21000
A_outlet =( U_h1000)2 - (U-t1000)2
U= ὠ x r
Fan hesaplarıdan debi değeri ve tork değeri duumlşmuumlştuumlr Aşağıda yeni fanımızın verimi
yukarıdaki formuumlllere goumlre excelde hesaplanmıştır
tork(Nm) w(radsn) ṁ(kgm^3) verim deltap (Pa)
Orijinal Fan 00393645 15687 00391 60152783 95
Yeni Fan 00043869 15687 0039167 54068744
Tabloda da goumlruumllduumlğuuml uumlzere eski fanın oumlzelliklerine bakılarak hız uumlccedilgeni youmlntemiyle
oluşturulan yeni fan 540 verimli ccedilıkmıştır
Motorun oumln kısmın koyduğumuz fanda ise dar oluklardan buumlyuumlk bir hacime giriş
yaptığı iccedilin tek youmlnluuml analizde kuumltlesel debi negatif değerde ccedilıkmıştır
(Kuumltlesel debi) ṁ=ƍ( oumlzkuumltle) x A(alan) x V( akışkan hızı)=kgsn ndash Formuluumlnden
dolayı verimin hesaplanmasına gerek yoktur
48
BOumlLUumlM 5 EKLER
EK1- MEVCUT FAN
EK2- YENİ FAN
49
KAYNAKCcedilA
Baykal R 2011 Asenkron Motorlar Uumlzerine Enerjiİ Verimliliği Uygulanması
Yayın Tarihi 15032011
Ccedilalışkan M 2014 Eksenel Akışlı Fan Tasarımı Yuumlksek Lisans İstanbul Teknik
Uumlniversitesi TUumlRKİYE
Moavani S 2015 Sonlu Elemanlar Analizi Teorisi ve Ansys ile Uygulamalar
İstanbul
Onaygil S 2006 Enerji Verimliliği Kanunun Tanıtımı Yuumlksek Lisans
URL1 lthttpdeneysancomContentimagesdocumentshavalandirma-
4_39143832pdfgt Erişim Tarihi 12032016
URL2 lt httpwwweiegovtrgt Erişim Tarihi 20042016
URL3 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi
12052016
URL4 ltwwwtuumlikgovtrgt Erişim Tarihi 14052016
URL5 ltwwwemoorgtrekler364734147179187_ekpdfgt Erişim Tarihi 16052016
URL6 ltwwwinverter-plcnetmotoryıldız_uumlccedilgen_bağlantıhtmlgt Erişim Tarihi
18052016
URL7 ltwwweiegovtreie-webturkceenMotor_Verimliligi_Brosurupdfgt Erişim
Tarihi 20052016
URL8 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi
07062016
URL9 ltwwwfigescomtransysansys-nedirphpgt Erişim Tarihi 09062016
50
OumlZGECcedilMİŞLER
Elif CcedilİCcedilEK
Eyluumll 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Duumlzce Anadolu İmamhatip Lisesinde
tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi İlahiyat Fakuumlltesirsquoni kazandı 2012 yılında
Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine
başladı Halen eğitimine devam etmektedir
İletişim
apsuvaelifhotmailcom
Nesrin ALTUNBOĞA
Ağustos 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Haydarpaşa Teknik Okulları Raylı
Sistemler Teknolojileri Boumlluumlmuumlnuuml tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi
Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Boumlluumlmuumlnuuml kazandı Halen eğitimine
devam etmektedir
İletişim
naltunbogagmailcom
Rumeysa ALGUumlL
Ekim 1992rsquo de Konyarsquoda doğdu Lise oumlğrenimini Lafarge Aslan Ccedilimento Anadolu
Teknik Lisesirsquonde 2010 yılında tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi Teknoloji
Fakuumlltesi Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliğini kazandı 2013 yılında Teknoloji
Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine başladı Halen eğitimine devam
etmektedir
İletişim
rumeysaalgulgmailcom
51
52
4
Enerji verimliliği ccedilalışmalarında elektrik motorlarının kullanımlarının sektoumlrel
dağılımlarının yanı sıra motorların sınıflandırılması da oldukccedila oumlnemlidir
Duumlnyada 2 23 milyar elektrik motorlarının bulunduğu tahmin edilmektedir Ancak bu
motorların 2 milyar kadar adedi 075 kW guumlcuumln altındadır ve enerji tuumlketiminin 9 u
kadarını karşılar 075- 375 kW aralığında kalan motorlar ise elektrik motorlarının 11
ini oluştururken enerji tuumlketiminin 68 kadarını oluşturur 375 kW guumlccedil uumlstuumlndeki
motorlar elektrik motorlarının 1rsquoini oluştururken enerji tuumlketiminin 23rsquouumlnuuml
karşılar
Tablo 2 Elektrik Motorlarının Tuumlrlerine Goumlre Pazar Dağılımları
TİPİ le 750
W
075 - 375
kW
gt 375
kW
DC Motor Ve
Generatoumlrler
56 21 5
AC Tek Fazlı
Motorlar
29 30 -
AC Uumlccedil Fazlı
Motorlar
5 49 95
Diğer 10 - -
Tuumlrkiyersquo de elektrik enerjisinin 471rsquo i sanayide sanayide tuumlketilen elektrik
enerjisinin 67rsquosi motorlarda motorlarda tuumlketilen elektrik enerjisinin 91rsquoi 075-
1000 kW guumlccedil aralığındaki motorlarda tuumlketilmekte ve bu motorların 87rsquosinin
asenkron motorlar olduğu soumlylenebilir
IE4 ile IE1 standartları arasındaki fark buumlyuumlktuumlr 90 kW ve uumlstuumlnde ortalama fark
yaklaşık 3 seviyesindedir 075 ile 75 kW arasında ortalama verim farkı yaklaşık
10 75 ile 90 kW aralığında ise ortalama verim farkı 5 seviyesindedir
Tablo 3 IE4 ile IE1 arasındaki ortalama verim farkı
Guumlccedil Aralığı Ortalama IE1 - IE4 verim
Farkı ()
012-075 kW 17
075-75 kW 10
75-90 kW 5
90-1000 kW 3
5
15 ELEKTRİK MOTORLARINDA VERİMİN OumlNEMİ VE VERİM
SINIFLARI
Uumlretilen toplam elektriğin yaklaşık yarısı sanayi sektoumlruumlnde kullanılan elektriğin ise
yaklaşık uumlccedilte ikisi motorlar tarafından tuumlketilmektedir Bu da sanayide yuumlksek verimli
motor kullanımının enerji maliyetinin duumlşuumlruumllmesinde ne kadar oumlnemli olduğunu
goumlsterir Yuumlksek verimli motorların kullanımı aynı zamanda sera gazları salınımında
ciddi azalmalara sebep olmakta ve enerjide dışa bağımlılığın azaltılmasına katkı
yapmaktadır (URL7)
Şekil 2 Sanayide Kullanılan Elektrik Motorlarının Kullanım Yerleri
Elektrik motorlarının duumlnyadaki kullanımına bakarsak binalarda kullanılan elektriğin
36rsquosı enduumlstri ve altyapıda ise 70rsquoi elektrik motorları tarafından tuumlketilmektedir
Asenkron elektrik motorları uumllkemizin toplam elektrik tuumlketiminin yaklaşık 36rsquosını
oluşturmaktadır Hatta sanayide sektoumlrel bazda bu oran 80rsquolere kadar ccedilıkmaktadır
Bu sebeple elektrik motorlarında verimi arttırıcı oumlnlemler uumllkemizin elektrik tuumlketimi
konusundaki tasarruf planlarına buumlyuumlk katkı sağlayacaktır Satın alma maliyeti
ortalama motor oumlmruuml boyunca toplam maliyetin 2rsquolik kısmına denk gelmektedir
Tek bir motor sarımının maliyeti toplam tutarın 1rsquoini oluşturmaktadır Elektrik
motorunun kullanım oumlmruuml boyunca tuumlkettiği elektrik enerjisinin maliyeti ise toplam
maliyetin 97rsquosine tekabuumll etmektedir (URL2)
42
7
22
29
DİĞER KOMP FAN POMPA
6
Şekil 3 Talep Tarafında Elektrik Kullanımı
VERİMİN OumlNEMİ
Asenkron motorlarda ccedileşitli verimlilik sınıfları mevcuttur Avrupa Elektrik Makineleri
Uumlreticileri Komitesi (CEMEP) ve Avrupa Komisyonunun 28 Haziran 1999 tarihli
deklarasyonu motorları verim sınıflarına goumlre ayırmıştır Yuumlksek Verimli motorlar
(EFF1) verimi iyileştirilmiş motorlar (EFF2) ve duumlşuumlk verimli motorlar (EFF3)
CEMEP‟ in bu deklarasyonunu takiben motor uumlreticileri ile yaptığı goumlnuumllluuml anlaşmalar
ile duumlşuumlk verimli motor (EFF3) uumlretimini kısıtlama yoluna gitmiştir Bunun yanı sıra
Duumlnyada artan enerji talebi ile birlikte birccedilok uumllke goumlnuumllluuml ya da zorunlu olarak daha
yuumlksek verimli motor kullanımını sağlamaya ccedilalışmıştır (Onaygil 2006)
Verimlilik sınıflarına 2008 yılında yenilik getirilmiştir Bu yenilik IEC( Uluslararası
Elektronik Komisyonu) tarafından yayımlanmıştır CENELEC tarafından da 2009
yılında Avrupa normu haline gelmiştir 2010 yılında da TSE tarafından kabul
edilmiştir Bu yenilik verimlilik sınıflarına getirilen IE1 IE2 IE3 IE4 şeklinde olan
tanımlamalardır Bu tanımlamalarda IE1= EFF2 olup IE2=EFF1rsquo in karşılığıdır
IE1= STANDART VERİMLİ
IE2= YUumlKSEK VERİMLİ
IE3=CcedilOK YUumlKSEK VERİMLİ
IE4=SUumlPER YUumlKSEK CcedilOK VERİMLİ
Şeklinde sınıflandırılmıştır
AYDINLATMA19
DİĞER ELEKTRİK MOTORLARI
4
ASENKRON MOTORLAR
36
DİĞER3
ELEKTRONİK ALETLER
8
ISITMA15
EV GERECcedilLERİ15
7
2014 yılında TS- EN 60034-30 standardı doğrudan şebekeden beslenen motorlar ve değişken
hız suumlruumlcuumlluuml motorlar olmak uumlzere iki kısma ayrılmıştır Şebeke tarafından doğrudan beslenen
motorlar iccedilin verimlilik sınıflarını tayin eden başka bir standart koyulmuştur TS-EN 60034-
30-1 standardıdır Bu standart faklı olarak 012- 1000 kW guumlccedil aralığını kapsamakta ve IE4
verimlilik sınıfını da tanıtmaktadır Ayrıca 8 kutuplu motorlar da bu kapsama alınmıştır
Henuumlz TS- EN 60034- 30- 2 sınıfı yayınlanmamıştır
Şekil 4 TS-EN 60034-30-1 Standardına Goumlre Verimlilik Sınıfları
151 Mevzuat
Elektrik motorları hususunda ilk yasal duumlzenleme Avrupa Birliğinin Elektrik Motorları
ile İlgili Ccedilevreye Duyarlı Tasarım Gereklerine Dair EC6402009 sayılı tuumlzuumlğuumlduumlr
Beraberinde 4703 sayılı Uumlruumlnlere İlişkin Teknik Mevzuatın Hazırlanması ve
Uygulanmasına Dair Kanunun 14 uumlncuuml maddesine dayanılarak hazırlanan Enerji ile
İlgili Uumlruumlnlerin Ccedilevreye Duyarlı Tasarımına İlişkin Youmlnetmelik 2010 yılında
yuumlruumlrluumlğe girmiştir Daha sonra 2012 yılında EC6402009 referans alınarak
hazırlanan ve uyumlaştırılan SGM- 20122 Elektrik Motorları İle İlgili Ccedilevreye
Duyarlı Tasarım Gereklerine Dair Tebliğ yayımlanarak ulusal mevzuata
kazandırılmıştır
Bu tebliğ ile 2 4 6 kutuplu anma gerilimi en fazla 100 (UN) en fazla 1000 V olan
anma ccedilıkış guumlcuuml (PN) 075 kW ile 375 kW arasında olan ve suumlrekli ccedilalışacak şekilde
100
90
80
70 012 24 48 960
IE1 IE2 IE3 IE4
8
tasarlanmış tek hızlı 3 fazlı 50 Hz veya 5060 Hz sincap kafesli enduumlksiyon motorları
denetim kapsama alınmış bulunmaktadır
Bu tebliğde oumlnemli bir diğer husus ise uygulamaya youmlnelik olan zorunluluklardır
Onlar şunlardır IE1 sınıfı verimlilikte olan motorların piyasaya arz edilmesinin
yasaklanması ve diğer verimlilik sınıfına geccediliş suumlrecinin tanımlanmasıdır
Tablo 4 Başlıca Uumllkelerin Verimlilik Sınıfı Uygulama Tarihleri
BOumlLGE IE1 IE2 IE3
ABD - 1998 2011
AB - 2011 2015
PRC 2000 2011 2015
TUumlRKİYE - 2012 2015
Bunun dışında 01012015 tarihinden itibaren anma ccedilıkış guumlcuuml 75 kW ile 375 kW
arasında olan motorların veriminin IE3 verim seviyesinden duumlşuumlk olmayacağını veya
piyasaya arz edilen motorların IE2 verim seviyesini karşılayacak ve değişken hızlı
tahrikle teccedilhiz edilmesi gerektiğini bildirmektedir (URL5)
Tablo 5 Tuumlrkiyersquo de Zorunlu Uygulamaya Geccediliş Suumlreci
Sınıfı Zorunlu Yuumlruumlrluumlk
Tarihi
Accedilıklama (İstisnalar)
IE1 02042012 2 Nisan 2012 tarihinden itibaren piyasaya suumlruumllmesi
yasaklanmıştır
IE2 02042012 01012015 tarihine kadar kullanılabilecektir
IE3 01012015 Değişken hızlı tahrikle teccedilhiz edilmesi halinde IE2 verim
seviyesi kullanılabilecek (75 kW - 375 kW)
IE3 01012017 Değişken hızlı tahrikle teccedilhiz edilmesi halinde IE2 verim
seviyesi kullanılabilecek (075 kW - 375 kW)
9
16 MOTOR VERİMİNİ ETKİLEYEN FAKTOumlRLER
161 Verim
Bir elektrik motorunun bağlı bulunduğu şebekeden ccedilektiği enerjinin tamamı mekanik
enerjiye doumlnuumlşmez Elektrik motorunun milinden aldığı faydalı guumlccedil şebekeden ccedilektiği
guumlccedilten kayıp guumlccedillerin ccedilıkmış halidir
Asenkron motorun şebekeden ccedilektiği guumlcuumln yuumlzde kaccedilının motorun milinden mekanik
guumlccedil olarak alındığını verim goumlsterir
Verim= ((Alınan G ) (Verilen Guumlccedil))x100
ή= (PaPv)x100
Verilen guumlccedil ile alınan guumlccedil arasındaki fark toplam kayıplardır Asenkron motorlarda
kayıplar stator demir kaybı stator ve rotor bakır kayıpları ile rotorun suumlrtuumlnme ve
ruumlzgacircr kaybından ibarettir
DEMİR
KAYIPLARI
GOumlVDE
STATOR
DİRENCİ
ROTOR
DİRENCİ
RUumlZGAR
SUumlRTUumlNME
DİRENCİ
EK
KAYIPLA
Şekil 5 Motor Verimini Etkileyen Faktoumlrler
10
162 Kayıplar
Demir Kayıpları
Bakır Kayıpları
Suumlrtuumlnme Kayıpları
1621 Demir Kayıpları
Demir kayıpları stator ve rotor saccedillarında meydana gelen histerezis ve fuko
kayıplarıdır Bu kayıplar frekans ve manyetik enduumlksiyon ile oranlıdır
Stator demir kayıpları stator frekansı sabit olduğuna goumlre değişmemektedir Yalnız
rotor demir kayıpları rotor frekansı ile değişir Ancak boş ve yuumlkluuml ccedilalışmada rotor
frekansı ccedilok kuumlccediluumlktuumlr Bu sebeple rotor demir kayıpları ccedilok kuumlccediluumlk olur ve ihmal
edilebilir 0 halde bir asenkron motorun demir kayıpları stator demir kayıplarına
eşittir denebilir Stator frekansı sabit olduğundan demir kayıpları da buumltuumln yuumlkler iccedilin
sabittir
1622 Bakır Kayıpları
Asenkron motorlarda stator ve rotor omik direnccedillerinden dolayı I12R1 ve I2
2R2
değerinde bakır kayıpları meydana gelir Bakır kayıpları sargı direnccedilleri sabit
olduğuna goumlre yuumlk akımları I1 ve I2 lsquonin karesi ile değişir Şu halde bu kayıplar
yuumlkle değişen kayıplardır
Rotor ve stator bakır kayıplarını bulabilmek iccedilin akım ve direnccedillerin bilinmesi gerekir
Genel olarak bakır kayıpları motorun kısa devre deneyinden tuumlm olarak hesaplanır
1623 Ruumlzgar ve Suumlrtuumlnme Kayıpları
Asenkron motorlarda suumlrtuumlnme ve ruumlzgacircr kayıpları devir sayısı ile biraz değişirse
de bu değişim ccedilok az olduğu iccedilin sabit kabul edilebilir Suumlrtuumlnme ve ruumlzgacircr
kayıpları boş ccedilalışma deneyinde demir kayıpları ile birlikte bulunur Demir
kayıpları ile ruumlzgacircr ve suumlrtuumlnme kayıplarına sabit kayıplar denir
11
BOumlLUumlM 2 MATERYAL VE YOumlNTEM
21 ASENKRON MOTORLAR
Asenkron motorlar başlıca iki kısımdan oluşur
Hareket etmeyen kısım Stator
Doumlnme hareketi yapan kısım Rotor
Asenkron makineler motor olarak stator sargıları ile aldığı elektrik enerjisini
rotorundan doumlnme hareketi yaparak mekanik enerjiye ccedileviren ve generatoumlr olarak
rotorundan aldığı doumlnme hareketi mekanik enerjisini bazı koşullar altında stator
sargılarında elektrik enerjisine ccedileviren elektromekanik makinelerdir
Motor olarak birkaccedil Wattrsquotan 300 MW guumlcuumlne kadar uumlretilmektedir Generatoumlr olarak
az kullanılmakla beraber son zamanlarda ruumlzgacircr enerjisinden elektrik enerjisi elde
etmek amacı ile ruumlzgacircr tuumlrbini ile birlikte ccedilalışmaktadırlar
Stator sargı gerilimleri alccedilak gerilim 220Vdan orta gerilim 22kVa kadar
değişmektedir Doumlnme sayıları sabit değildir fakat doumlnme sayısı yuumlkle az değişir
Doumlnen diğer elektrik makinelerine kıyasla daha sağlam daha az bakım isteyen ve daha
ucuz makinelerdir Son yıllarda yarı iletken guumlccedil elektroniğindeki teknolojik
gelişmeler ile asenkron makinelerin kontroluuml kolayca yapılabilmektedir (Baykal
2011)
Şekil 6 Kuumlccediluumlk Guumlccedilluuml Uumlccedil fazlı Sincap Kafesli Asenkron Motorun Kesiti
12
22 ASENKRON MAKİNALARIN YAPISI
Asenkron makineler başlıca iki kısımdan oluşmaktadır Bunlar
Stator
Rotor
Şekil 7 Stator Saccedil Paketini Oluşturulmuş Farklı Tipte Statorlar
221 Stator
Stator Asenkron motorun duran kısmıdır 04 - 05 veya 08 mm kalınlığında silisyumlu
saccedillar oumlzel kalıplarla preste basılır ve paketlenir Stator saccedilları paketlenince uumlccedil fazlı
sargıların yerleştirileceği stator nuumlvesi elde edilir Bu nuumlve stator goumlvdesinin iccediline
sıkıca yerleştirilir Goumlvdeye motorun ayakları monte edilir Goumlvdeye motor kapaklan
takılır motor kapaklan ortalarındaki bilyeli yataklar statorun ortasında doumlnecek olan
rotora yataklık ederler
1Halkalı Duumlzen Kuumlccediluumlk ve orta guumlccedilteki makinelerde uygulanan bu konstruumlksiyon
şeklinde saccedil paket ya karkas dışında istiflenerek uzun saplamalarla kendi uumlzerine
sıkılır yada saccedil levhalar karkas iccedilinde istiflenir
2 Segmanlı Duumlzen Bu duumlzende saccedil paketi daima karkas tarafından gergin durumda
tutulur Segmanlı duumlzende saccedil paketi rijitli halkalı duumlzendekine oranla da az
olduğundan burada seccedililecek olan karkasın daha kuvvetli olması gerekir (Baykal
2011)
13
222 Rotor
Rotor Asenkron motorun doumlnen kısmıdır ve rotor saccedil paketi ile rotor sargılarından
oluşur Rotor saccedil paketi 05 mm‟lik silisyumlu saccedillardan yapılır Saccedilların yuumlzeyleri
ccedilok ince bir film tabakası ile yalıtılmıştır Saccedillar oumlzel kalıplarda pres altında oluk
dişler ve sıkıştırma cıvata delikleri oluşacak şekilde saccedil şeritlerden kesilerek ccedilıkartılır
Saccedillar bir araya getirilerek pres altında sıkıştırılır ve cıvatalarla bu halde kalması
sağlanır
Diğer doumlnen elektrik makinelerine goumlre stator ile rotor arasında kalan hava aralığı ccedilok
kuumlccediluumlktuumlr Motorun guumlcuumlne goumlre hava aralığının radyal boyu 05 - 1 - 3 mm kadar
olabilir Boumlylesine kuumlccediluumlk bir hava aralığı boşta ccedilalışma akımını kuumlccediluumlk tutmak iccedilin
yapılır Rotor olukları motorun elektrik karakteristiklerini etkileyen değişik biccedilimlerde
yapılır Rotor oluklarına rotor sargıları yerleştirilir
Şekil 8 Rotor Saccedil Paketini Oluşturan Değişik Rotor Saccedilları
Rotor sargıları uumlccedil fazlı olarak ya da sincap kafesli olarak yapılır Rotoru sargılı olan
ve sargı uccedilları doumlnen bilezik-sabit fırccedila ile dışarı ccedilıkartılan motorlara bilezikli asenkron
motor denir Sincap kafesli motorlarda rotor oluklarına bakır ccedilubuklar yerleştirilir Bu
ccedilubuklar her iki baştan dairesel halkalarla kısa devre edilerek sincap kafesine
benzeyen kendi uumlzerine kapatılmış bir sargı elde edilir Sincap kafesli motor sargısı
oumlzel kalıplarla rotor oyuklarına basınccedil altında aluumlminyum puumlskuumlrtuumllerek uumlretilir
Boumlylece uumlretilen rotor sincap kafesi aluumlminyumdan yapılmış olur
Sincap kafesli asenkron motorun rotorundan hiccedilbir uccedil ccedilıkmadığı iccedilin bu motorun
kontroluuml sadece statordaki elektrik uccedillarından yapılabilmektedir Oysa bilezikli
asenkron motorun rotor sargı uccedilları bilezik ve fırccedila sistemi ile dışarı ccedilıkarıldığından
14
bu motorun kontroluuml hem stator sargı uccedillarından ve hem de rotor sargı uccedillarından
yapılabilmektedir
Sincap kafesli motorun rotor sargısı buumlyuumlk motorlarda bakır ccedilubukların rotor
oluklarına yerleştirilmesi ve iki baştan kısa devre elde edilmesi ile oluşturulur Kuumlccediluumlk
motorlarda rotorun sincap kafesi aluumlminyum puumlskuumlrtme ve kalıplarla elde edilir
Rotoru sincap kafesli bir motorun sincap kafesi değişik biccedilimde oluklara yerleştirilir
Motorun oumlzellikle moment karakteristiğine istenilen oumlzelliği vermek iccedilin rotorda derin
oluklar ve ccedilift oluk kullanılır Birinci motora derin oluklu ya da derin ccedilubuklu motor
ve diğerine de ccedilift kafesli motor denir (Baykal 2011)
23 ASENKRON MOTORLARIN CcedilALIŞMA İLKESİ
Asenkron makinenin ccedilalıŞma ilkesi bir doumlner alanın varlığına dayanır Doumlner alan
senkron hız motor milinin hızı da rotor hızı olarak isimlendirilir Kayma da bu iki
hızın arasındaki fark olarak ifade edilmektedir
231 Doumlner Alan
Bir N-S mıknatısı ya da uumlzerinden akım geccedilen bir bobinin magnetik alanı N kutbundan
ccedilıkar ve S kutbuna girer Daimi mıknatıs ve doğru akım taşıyan bobinin manyetik
alanları mıknatıs ve bobin dışarıdan bir bobinle doumlnduumlruumlluumlrse bunların alanları da
beraber doumlner İşte bir mıknatısın doumlnduumlruumllmesi ile elde edilen alana doumlner alan denir
Uumlccedil fazlı asenkron motorun (enduumlksiyon motorun) statoruna birbirinden 120rsquoşer derece
faz farklı 3 faz sargısı yerleştirilmiştir En basit statorda her biri bir faza ait olmak
uumlzere 3 tane bobin bulunur Bir motor en az iki kutuplu olarak sarılabilir (Baykal
2011)
Şekil 9 Uumlccedil Faz bobininin 6 Oluklu Statora Yerleştirilişi
15
232 Senkron Hız
N-S kutuplarının saat ibresi youmlnuumlnde doumlnduumlğuuml goumlruumlluumlr uumlccedil fazlı alternatif akımdaki bir
periyotluk değişme N-S kutuplarının bir devir yapmasına sebep olur Alternatif akımın
frekansı 50 Hz ise saniyede 50 periyotluk bir değişme yapar Dolayısıyla statordaki
faz bobinlerinin meydana getirdiği N-S kutupları da saniyede 50 devirle doumlner Bu
dakikada 3000 devir eder Ccedilok fazlı bir stator sargısından aynı faz sayısında ccedilok fazlı
bir akım geccedilerse hava aralığında sabit genlikli bir doumlner alan oluşur Bu doumlner alanın
duran statora goumlre ns (n1) devir hızı şebeke frekansına doğru stator sargısının p ccedilift
kutup sayısına ters orantılıdır
1198991 = 601198911
119901
Senkron hız da denen doumlner alan hızı kutup sayısına goumlre buumlyuumlk basamaklar yaparak
değişir Asenkron motorlar ancak belli senkron hızlar iccedilin yapılabilir En fazla
kullanılan senkron hızlar 2 4 6 ve 8 kutup sayılarına ait olanlardır (Baykal 2011)
Tablo 6 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru
P
(Kutup Sayısı)
50 Hz 60 Hz
n1min-1 n1s-1 n1min-1 n1s-1
2 3000 50 3600 60
4 1500 25 1800 30
6 1000 1667 1200 20
8 750 125 900 15
16
233 Kayma
Senkron makine dışında buumltuumln diğer ccedilalışma tuumlrlerinde asenkron makinenin
ccedilalışabilmesi iccedilin rotor hızının doumlner alan hızından farklı olması gerekir Doumlner alanın
rotor uumlzerinden geccedilme hızına yani doumlner alan ile rotor hızı arasındaki cebirsel farka
kayma hızı n2 ve bu hızın doumlner alan hızına oranına kayma s denir Bu tanıma
dayanarak kayma devir hızına goumlre veya devir hızı kaymaya goumlre ifade edilebilir
n2 = n1 ndash n n = n1(1-s) 119904 = 1198992
1198991 =
1198991minus119899
1198991
Kayma oranlanmış bir buumlyuumlkluumlktuumlr ve ccediloğunlukla olarak ifade edilir Pozitif negatif
veya sıfır olabilir Oranlanmış rotor hızı n nı ile toplamı daima 1rsquoe eşittir Teorisel
olarak ndash infin ve +infin arasında değişebilir Durmada n = 0 ve s =1 dir Senkron ccedilalışmada
n = n1 ve s = 0 dır Bu iki sınır değer arasında asenkron makine motor olarak ccedilalışır
ve kayması daima pozitiftir Anma ccedilalışmasındaki değeri yuumlzde birkaccedil olup artan
anma guumlcuuml ile azalır ve kuumlccediluumlk guumlccedillerde yaklaşık 10 dan buumlyuumlk guumlccedillerde 1 in altına
duumlşer
Rotor doumlner alana goumlre ters youmlnde doumlnduumlğuumlnde elde edilen fren ccedilalışmada devir hızı
negatif ve kayma 1 den buumlyuumlktuumlr Rotor hızı doumlner alan hızını geccedilerse yani ngtn1 ise
kayma negatif olur (s lt 0) ve makine generatoumlr olarak ccedilalışmaya başlar (Baykal 2011)
Şekil 10 Standart Asenkron Motorların Anma Kayması ve Verimi
17
24 ASENKRON MOTOR CcedilEŞİTLERİ
Asenkron motorlar rotor yapılarına goumlre ikiye ayrılır
Sincap kafesli (Kısa devre rotorlu) Asenkron Motorlar
Bilezikli (Sargılı rotorlu) Asenkron Motorlar
241 Uumlccedil Fazlı Kısa Devre (Sincap Kafesli ) Asenkron Motorlar
Uumlccedil fazlı sincap kafesli motorun yapılısı basittir Az bakıma ihtiyaccedil goumlsterir Bu tip
motorun oumllccediluumlleri aynı guumlccedilteki başka tip motorların oumllccediluumllerinden kuumlccediluumlktuumlr Değişik
yuumlklerdeki hız reguumllasyonu ccedilok iyidir Fiyatının ucuzluğu yapılışının sağlamlığı ve
istenilen ccedilalışma oumlzelliğine sahip oluşu yuumlzuumlnden bu tip motorlar sanayide ccedilok
kullanılır
Rotorlar accedilılmış oluklara basınccedil altında erimiş aluumlminyum puumlskuumlrtuumllerek doldurulur
Rotorun her iki başındaki kısa devre halkalar da aluumlminyumdandır Ayrıca bu halkalar
uumlzerine kanatlar da bırakılarak rotor işletmede vantilasyon suretiyle soğutulması
sağlanır 250 kW guumlcuumlne kadar kısa devre kafesleri aluumlminyumdan yapılmış asenkron
motorlar mevcuttur
Buumlyuumlk guumlccedil istenilen işletmelerde kısa devre kafesi yuumlksek dikdoumlrtgen şeklinde bakır
ccedilubuklardan ve bunları rotorun her iki başında kısa devre eden bakır halkalardan
yapılır Rotorda kaccedil adet oluk varsa rotorun faz sayısı buna eşittir
Kısa devre kafesli asenkron motorun yol alma oumlzellikleri iyi değildir Ancak basit ve
ucuz olmaları nedeni ile yaygın biccedilimde kullanılmaktadır Yol almasını kolaylaştırmak
iccedilin yuumlksek ccedilubuklu veya ccedilift kafesli olarak yapılırlar (Baykal 2011)
Şekil 11 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru
18
242 Bilezikli (Sargılı rotorlu) AC Motorlar
Birccedilok sanayi yuumlklerinde uumlccedil fazlı değişik hızlı motora ihtiyaccedil duyulduğu yerler iccedilin
bilezikli asenkron motorlar geliştirilmiştir Bilezikli asenkron motorlara sargılı rotorlu
AC motor da denilmektedir Bu tip motorun statoru ile sargının yerleştirilmesi sincap
kafesli motorun aynıdır Rotor ccedilelik saccedillardan yapılmış silindirik bir goumlbektir 120
derece aralıklı uumlccedil adet tek fazlı kalıp sargısını yerleştirmek iccedilin rotor uumlzerine oyuklar
accedilılmıştır izoleli rotor bobinleri stator kutup sayısına eşit kutup sayısı elde edecek
şekilde gruplandırılmıştır Uumlccedil tek fazlı rotor sargısı aralarında yıldız bağlanarak ccedilıkış
uccedilları rotor mili uumlzerindeki uumlccedil bileziğe bağlanmıştır Bileziklere temas eden fırccedila uccedilları
hız kontroloumlruuml ayarlayıcısına bağlanır Fırccedilalar taşıyıcılar uumlzerindeki yayların basıncı
ile bileziklere sıkıca temas eder Doğru akım makinelerinde olduğu gibi youmln
değiştirmeye luumlzum olmadığı iccedilin fırccedila taşıyıcıları uygun bir durumda sıkıca tespit
edilmiştir
Bilezikli asenkron motorun rotorunda aynı statorunda olduğu gibi uumlccedil fazlı alternatif
akım sargısı vardır Stator 10 Kw guumlce kadar tek tabakalı orta guumlccedillerde ise iki tabakalı
sargılı yapılırlar Rotor ise tam oluklu veya kesirli oluklu sargılı olabilir Rotor sargı
uccedillarının bir tarafı bileziklere bağlanır Diğer tarafı ise kısa devre edilerek uumlccedil fazlı
sargının yıldız noktasını oluşturur Bilezikler uumlzerindeki fırccedila sistemi ile rotor
alternatif gerilim kaynağından ayrıca beslenir (Baykal 2011)
25 Elektrik Motorlarına Yıldız-Uumlccedilgen Yol Verme
Kalkış akımını duumlşuumlrmede en ekonomik youmlntemdir Uumlccedil kontaktoumlr ile bir zaman
roumllesinden oluşan kontaktoumlr kombinasyonudur Bu youmlntemle yol verebilmek iccedilin
motorun uumlccedilgen bağlı ccedilalışma gerilimi şebeke gerilimine eşit olmalıdır Oumlrneğin
uumllkemizde şebeke gerilimi 380 Volt olduğuna goumlre yıldız-uumlccedilgen yol verilecek motorun
etiketinde D380 V veya D380VY660V yazılı olmalıdır Volt elektrik motorlarında 2
ve 4 kutuplularda 3 kW (dacirchil) 6 kutuplularda 22 kW(dacirchil) den daha buumlyuumlk guumlccedilluuml
motorlar bu oumlzelliktedir Yani 380 V şebekede uumlccedilgen bağlı ccedilalıştırılırlar
Motora yıldız-uumlccedilgen yol verildiğinde direkt yol vermeye goumlre şebekeden ccedilekeceği
akım 3 katı azalır Yıldız-uumlccedilgen yol vermede amaccedil motoru kalkış suumlresince yıldız
19
bağlı ccedilalıştırmak ve kalkışını tamamlayan motoru hemen normal bağlantısı olan uumlccedilgen
bağlı olarak ccedilalıştırmaktır
Motor kalkış sırasında yıldız bağlı ccedilalıştırıldığından motor sargılarına uygulanan
gerilim U radic3 değerine motorun şebekeden ccedilektiği akım ise 13 değerine duumlşer
Motorun sargılarına uygunalan gerilim azaldığından momenti oumlnemli oumllccediluumlde kuumlccediluumlluumlr
Yıldız-uumlccedilgen yol vermenin kusursuz olması iccedilin motorun yuumlk momentinin yıldız
bağlamadaki motor momentinden buumlyuumlk olmaması ve yıldız bağlamadaki suumlrenin
uygun olması gerekir Bu geccediliş suumlresi ccedilok oumlnemlidir Motor yıldız bağlantıda iken
anma devir sayısına ulaşıldığı anda uumlccedilgen bağlantıya geccedililmesi ve fazla aralık
verilmemesi gerekir
Boumlyle olursa yıldızdan uumlccedilgen bağlantıya geccedilişteki uumlccedilgen kontaktoumlruumlnuumln kapamama
akımı kuumlccediluumlk ve yıldızdan uumlccedilgene geccediliş darbesiz olur Aksi halde uumlccedilgen bağlantıya
geccedilişte akımda geccedilici artışlar goumlruumlluumlr Bunun sonucu kontaktoumlruumln kontakları ani
yuumlksek ısı nedeniyle kaynak olabilir
Bir şebekede uumlccedilgen bağlı ccedilalışacak motor aynı şebekede yıldız bağlı (Y) olarak
ccedilalıştırılabilir Ancak bu durumda motorun guumlcuuml ve momenti duumlşer Bu oumlzellikten
yararlanarak asenkron motorların kalkış anında ccedilektikleri fazla akımı azaltmak iccedilin
yıldız-uumlccedilgen yol verme uygulanması yapılabilir
Şebekede yıldız bağlı ccedilalıştırılması gereken motor yanlışlıkla uumlccedilgen bağlı ccedilalıştırılırsa
sargılarına radic3 katı buumlyuumlk gerilim uygulanmış olur Gerilimdeki artış oranı kadar sargı
akımı buumlyuumlyeceğinden motor aşırı akım ccedileker ve kısa suumlrede artacak ısı sonucu
sargılar yanar
Onun iccedilin yıldız bağlı ccedilalışması gereken motor kesinlikle aynı şebekede uumlccedilgen bağlı
ccedilalıştırılmaz (URL6)
20
Şekil 12 Motora yıldız-uumlccedilgen yol verme
Şekil 13 Stator Sargı Uccedillarının Uumlccedilgen (D) Ve Yıldızı (Y) Bağlanması
Şekil 14 Asenkron Motora Yol Verme
21
26 FANLAR
261 Genel Bilgiler
Fanlar hava veya benzeri gazları basınccedillandırarak belirli bir akış yolu iccedilinde hareket
etmesini sağlayan turbo makinelerdir İyi bir fan istenilen performansı yerine
getirirken verimi yuumlksek enerjiyi daha az tuumlketen muumlmkuumln olduğunca guumlruumlltuumlsuumlz
ccedilalışan ve maliyeti duumlşuumlk olan fandır Fanların tahrik sistemlerinde elektrik motorları
kullanılmaktadır (URL3)
262 Fan Ccedileşitleri
Fanlar aşağıdaki gibi sınıflandırılmaktadır
Eksenel (aksiyel) fanlar
Radyal (santrifuumlj) fanlar
Karışık akışlı (eksenel-radyal) fanlar
Ccedilatı tuumlruuml fanlar
Karşıt akımlı fanlar (blower)
Vorteks ya da rejeneratif fanlar
Diğerleri
Elektrik motorlarında radyal fanlar kullanılmaktadır (URL8)
Bu kısımda projemiz iccedilin incelediğimiz 3 ccedileşit fanı accedilıklayacağız
2621 Eksenel Fanlar
Havanın fan ccedilarkı ile aynı eksende youmln değiştirmeden hareket ettiği fanlardır Yuumlksek
hava debileri ve duumlşuumlk basınccedil sınıfına sahip sistemler iccedilin uygun fanlardır Şekil 15
rsquode oklar akış youmlnuumlnuuml (simetri eksenine paralel) goumlstermektedir
22
Şekil 15 Akışın Simetri Ekseninde Hareket Etmesi
2622 Karışık Akışlı (Radyal-Eksenel) Fanlar
Havanın kanatlar uumlzerinden emmesine goumlre yaklaşık 45deg accedilı yaparak hareket ettiği
fanlardır Radyal fanlara goumlre hava debisi daha yuumlksektir
Eksenel fanlardan daha yuumlksek basınca dayanabilir
Fan eğrisi uumlzerinde kararsız boumllge yoktur
Karşı basıncın duumlşuumlk olduğu boumllgelerde motor aşırı akım ccedilekmez
Eksenel ve radyal fanlara goumlre verimleri duumlşuumlktuumlr (URL6)
Şekil 16 Karışık Akışlı Fan Uygulamaları
23
2623 Radyal (Santrifuumlj) Fanlar
Havanın fan ccedilarkını emmesine goumlre 90deg accedilı yaparak kanatlara teğet olarak terk ettiği
fanlardır
Radyal fanların avantajları aşağıdaki gibidir
Geniş bir uygulama aralığına sahiptir
Yuumlksek sıcaklık ve aşındırıcı ortam uygulamalarında kulanılır
Değişken akış direncine sahip yerlerde daha verimli ve daha sessiz ccedilalışma
olanakları vardır
Yapısal kararlılıkları yuumlksektir (URL6)
Radyal Duumlz Kanatlı Fanlar
Genellikle kendi kendini temizleme malzeme taşıma ve parccedilacık ve yağ yuumlkluuml havanın
uygun halde taşınması gibi durumlarda kullanılırlar ve bunun iccedilin duumlz kanatları vardır
Ccedilarkları basit bir yapıya sahiptir ve nispeten dar kanatları vardır
Elektrik motorlarında genellikle ccedilift youmlnluuml ccedilalışmaya uygun olması iccedilin radyal duumlz
kanat tipli bu fanlar seccedililiyor
Şekil 17 Radyal Duumlz Kanatlı Fanlara Oumlrnekler
24
BOumlLUumlM 3 BULGULAR VE TARTIŞMA
31 SONLU ELEMANLAR YOumlNTEMİ
Sonlu elemanlar youmlntemi muumlhendislik problemlerine kabul edilebilir yaklaşımlarla
ccediloumlzuumlm arayan sayısal youmlntemdir (Moavani 2015) Sonlu elemanlar youmlntemi diğer bir
ifade şekliyle fiziksel şeklin matematiksel ifadesidir Bu kurduğumuz siste sınırlara
ayırılabilen ve malzeme şartlarına uygun olan bir sistem olmalıdır
Sonlu eleman youmlntemindeki basamaklar
Yaklaşık Ccediloumlzuumlm Youmlntemi
Geometrik Şekil
Nod
Eleman
Mesh
Ayrıklaştırma
Şekil 18 Sonlu Eleman Modeli
Eleman
Nod
(Duumlğuumlm
noktaları)
25
Sonlu elemanlar youmlntemi matematik ve fizik biliminin buumltuumln alanlarında kullanılır
Gerilme Analizi
Akışkanlar Mekaniği
Isı İletimi
Dalga Yayılımı
Darbe Analizi
Aerodinamik vb alanlardır
Sonlu elemanlar youmlntemini kullanırken oumlncelikle şu soruların cevaplarını bulmalıyız
Dizayn amacımız nedir
Bu sistemi modellemek iccedilin gerekli olan bilgiler nelerdir
Bu dizayn iccedilin hangi kriterler gerekir
311 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Pozitif Youmlnleri
Geometrisi karışık cisimlerin incelenmesini kolaylaştırır Geometri basit kısımlara
ayrılıp burada ayrı veya daha hassas işlemler yapılabilir
Parccedilanın geometrisini değiştirmeye gerek kalmaz
Youmlntemde hem fiziksel hem matematiksel temeli vardır
Sonlu elemanlar youmlntemi iccedilin ccedilok farklı programlar bulunmaktadır (Ansys Marc
Nastran ) (Moavani 2015)
312 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Negatif Youmlnleri
Elde edilen sonuccedilların doğruluğu hangi sonlu youmlnteminin kullanıldığına bağlıdır
Ccedilıkacak durum oumlnceden tespit edilmeli ve ona goumlre bir ccediloumlzuumlm youmlntemi
kullanılmalıdır Bu yuumlzden oumlnceden iyi tesipt edilemezse doğru değer bulunamaz
ve doğru ccediloumlzuumlm iccedilin zaman kaybı olabilir
Doğru ccediloumlzuumlm iccedilin elemanın ayrıştırılması (mesh) atanması gerekir
Bu meshin iyi atılması gerekir yoksa ccediloumlzuumlmuumln yakınsamaları değişebilir
(Moavani 2015)
26
32 ANSYS PROGRAMI
ANSYS genel amaccedillı kullanılan sonlu elemanlar programıdır Ansys yazılımı
mukavemet titreşim akışkanlar mekaniği ısı transferi ve elektromanyetik alanlarının
birbiri ile olan interaksiyonunu simule eden yazılımdır
Boumlylelikle ANSYS uumlruumlnlerin prototipleri uumlretilmeden sanal ortamda test edilmelerine
olanak sağlar Ayrıca sanal ortamdaki 3 boyutlu simulasyonlar neticesinde yapıların
zayıf noktalarının tespiti ve iyileştirilmesi ile oumlmuumlr hesaplarının gerccedilekleştirilmesi ve
muhtemel problemlerin oumlngoumlruumllmesi muumlmkuumln olmaktadır
ANSYS yazılımı sadece ihtiyaccedil duyulan oumlzelliklerin alınmasına fırsat vererek ilave
edilebilen CAD ve FEA bağlantı modulleri ile masa uumlstuumlnde kullanılan diğer
muumlhendislik yazılımları ile entegre bir şekilde ccedilalışabilmektedir
ANSYS yazılımı hem dışarıdan CAD datalarını alabilmekte hem de iccedilindeki
preprocessing imkacircnları ile geometri oluşturulmasına izin vermektedir Yine aynı
preprocessr iccedilinde hesaplama iccedilin gerekli olan sonlu elemanlar modeli yani mesh de
oluşturulmaktadır Yuumlklerin tanımlanmasından sonra ve gerccedilekleştirilen analiz
neticesinde sonuccedillar sayısal ve grafiksel olarak elde edilebilir
ANSYS yazılımı ile oumlzellikle contact algoritmalarının ccedileşitliliği zamana bağımlı
yuumlkleme oumlzellikleri ve nonlinear malzeme modelleri sayesinde yuumlksek muumlhendislik
seviyedeki analizleri hızlı guumlvenilir ve pratik bir şekilde gerccedilekleştirilebilmektedir
ANSYS Workbench parametrik CAD sistemlerini eşsiz bir otomasyon ve performans
ile simulasyon teknolojilerini entegre eden bir platformdur ANSYS Workbenchrsquoin
guumlcuuml yılların bilgi birikimi ile arkasında duran ANSYS ccediloumlzuumlcuuml algoritmalarından gelir
Ayrıca ANSYS Workbenchrsquoin amacı sanal ortamda uumlruumlnuumln verifikasyonunu ve
iyileştirmesini sağlamaktır
Oumlzellikle PC ile uyumluluğun uumlst seviyede olabilmesi iccedilin yazılmış olan ANSYS
Workbench sadece bir arayuumlzden ileri bir ccedilalışma ortamındır ve ANSYS Workbench
ile herhangi bir ANSYS lisansına sahip herkes ccedilalışabilir Aynı alışılagelmiş ANSYS
arabiriminde olduğu gibi ANSYS Workbenchrsquode de kapasiteler sahip olunan lisansın
doğrultusunda sınırlıdır (URL9)
27
ANSYS programının bu oumlzelliklerinden dolayı programı kullanmaya karar verdik
Ansys programının oumlncellikle akışkan mekaniği ve dinamiğinde kullanılan iki ayrı
boumlluumlmuuml bulunmaktadır Bu boumlluumlmler Fluent ve CFX boumlluumlmleridir Bizim
kullandığımız boumlluumlm ise ANSYS CFX boumlluumlmuumlduumlr
33 MEVCUT FAN UumlZERİNDE YAPILAN ANALİZLER
ANSY projesinde oumlncelikle CFX kısmını kullanıldı Ccediluumlnkuuml ANSYS programında
CFX ve Fluent programı hesaplamalı akışkanlar dinamiği iccedilin kullanılmaktadır Ancak
ANSYS CFX turbo makinalar iccedilin kullanıldığından oumlnceden de goumlsterildiği gibi bir
nod alırken huumlcrelerin orta noktalarından nod hesabı yaptığı iccedilin verdiği değerler fan
analizi iccedilin daha iyi bir yakınsama goumlsterir Bu sebeple ANSYS CFX kısmı kullanıldı
İlk olarak mevcut fan uumlzerinde ccedileşitli incelemeler yapıldı
Mevcut fan uumlzerinde 10 kanat var iken suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilok fazla olduğu saptandı
Bunun uumlzerine motorun akışını kolaylaştırma yoluna gidildi
Havayı oluklara daha iyi aktarabilecek kısım fanın kanat boyu olduğu iccedilin fanın
kanatlarının uzunluğunda değişiklik yapılmasına karar verildi
Fandan ccedilekilen debi miktarı ve tork değerlerini tam alabilmek ve mevcut fanın
verimini oumllccedilebilmek iccedilin oumlncelikle esas oumllccediluumllerine goumlre ccedilizilen fan ANSYS
programına aktarıldı File gt Import gt Design Moduler şeklinde SolidWorksrsquo ten
ANSYS programına aktarıldı
Şekil 19 SolidWorksrsquo ten İmport Etmek
28
Fanın ccedilevresinde akış hacmi oluşturmak iccedilin katı modelin ccedilevresindeki hava
modellenir
331 Geometri
Oluşturulan akış hacminde havanın giriş ve ccedilıkış kısımları İnlet-Outlet şeklinde
belirtilir
Analys tools komutlarından xy duumlzleminde halka oluşturulur
Burada modeling kısmı 3 boyutlu işlem yapacağı zaman seccedililen kısımdır
Aşağıdaki şekilde de goumlruumlleceği uumlzere
Şekil 20 Akış Alanı Belirleme
Burada exturude komutuyla birlikte oluşturulacak akış hacminin kaccedil mm
uzatılacağı belirtilir Hepsini bir buumltuumln haline getirmemek iccedilin lsquovar olanla
birleştirilsin mirsquo sorusuna hayır denilir
Daha sonra ccedilevresine yayılan boşluk iccedilin Outlet tanımlaması yapılır
Bu işlemleri gerccedilekleştirdikten sonra kesit gerekir İlk oumlnce plane (duumlzlem)
belirlenir Bunun iccedilin hangi duumlzlemi seccedililecek ise (oumlrneğin xy) onu seccedilip plane
tıklanır Plane boumllgesinden ne kadar uzakta olacağı belirlenir Biz de değer 34 mmrsquo
dir Ccediluumlnkuuml kanatların boyu 31 mm olduğundan mesh atamada sorun ccedilıkmaması
29
iccedilin 34 mm uzaklıkta bir plane atanır Bu Planersquoi slice komutuyla keserek 3 farklı
boumllge oluşturulmuş olur
Akışkan hacmini oluşturmak iccedilin dolu olan kısımlar belirlenip ona goumlre hareket
edilir Bunun iccedilinde milin iccedilini dolu kabul edilir
Akışkan hacmi iccedilin yapılan bir diğer işlem ise oluşturulan hacimden fanın hacmini
booelangt substrack komutları ile akışkan hacminin bulunmasıdır
Mevcut fanın uumlzerine sağ tıklanarak ve suppress body komutu seccedililir Boumlylelikle
fanı gizleyerek sadece akışkan hacmi goumlruumlluumlr
Daha sonra oluşan parccedilaların arasında boşluk olmaması iccedilin ve bağlantı sağlamak
iccedilin part kısımlarını seccedililerek sağ tıklanır from new part seccedililir
Şekil 21 Slice Komutu ile Boumllgelere Ayırma
30
Şekil 22 Parccedilalar Arası Bağlantının Sağlandığı FromNew Part Boumlluumlmuuml
Mesh kısmını suumlruumlkleyip project schematic boumlluumlme bırakılır Bu boumlluumlmde geometri
onaylanır ve en altta bulunan meshrsquoe tıklanır
332 Sayısal Ağ Oluşturma (Mesh)
Şekil 23 Mesh oluşturma
31
Şekil 24 Mesh Geometrisi
Sonlu sayıda hacimle ccedilalışıldığından sonlu sayıda hacime boumllmek gerekir Sonlu
sayıda hacime boumlluumlnen kısımlar farklı farklı olabilir
Bu huumlcreler kapsadığı alanın oumlzelliklerini yansıtır Bunların ccedilevresindeki nodlar
bunların ortalaması ile belli bir oumlzelliğe sahip olmuş olur
Bu huumlcrelerin arttırılması yani ayrıştırmaların ccediloğaltılması ne kadar fazla olursa o
kadar yakınsama olur ve ccediloumlzuumlm iyileşir
Ancak sayısal ağ ccedilok fazla attırıldığında ccediloumlzuumlm suumlresi ccedilok fazla artacağından
ekonomik değildir
Bu sebepten dolayı mesh ( ayrıştırma) atarken akışkanın en fazla değişim
goumlstereceği kısımlarda daha fazla sayısal ağ oluşturulur Boumlylelikle daha iyi bir
yakınsama elde edilir Akışkanın değişim goumlstereceği yerler genellikle yuumlzeylerle
temas edilen kısımlardır Mevcut fanın analizin de orta kısımlarda pek fazla
değişiklik olmaz Bu nedenle sınırlara yakın kısımlara daha fazla ağ oluşturulur
Detail of Mesh kısmından hangi kısımlarda ne kadar buumlyuumlkluumlkte mesh
atılabileceğine bakılır
32
Detail of Mesh kısmından Phsics preference kısmı seccedililerek CFDrsquoi seccedililir Solver
Preference kısmından ise CFXrsquoi seccedilip devam edilir
Analiz yaparken belirlenmesi gereken kısımlar vardır Bunun iccedilin diğer kısımlar
seccedililerek hide body seccedililerek kapatılır ve select all body seccedililerek kanatlara isim
verilir
Şekil 25 Mesh İsimlendirme
Akışkanın girişine inlet ccedilıkışına outlet denilir
Mesh atımında minimum yakalayacağı huumlcreler ile maksimum yakalayacağı
huumlcrelerin milimetre hesabı oumlnemlidir Bu yuumlzden kanadın kalınlığı 25 mm olduğu
iccedilin 2 mmrsquo den az olan huumlcre belirlenir Maksimum 15 mmrsquo den buumlyuumlk huumlcreler
olması duumlşuumlnuumllerek analizin yakınsaması sağlandı
Meshrsquoi tıklayıp oradan insert size kısmın da bulunan isimlerde kanatlar seccedililir
Kanatlara maksimum 3 mm buumlyuumlkluumlk seccedililir Devamında ise kanatları hide face
komutuyla gizlenir ve geriye kalan kısımlar iccedilin sizing iccedilin yine 3 mm verilir
Daha sonra kanat ve ccedilevresine ccedilizilen akış hacmi seccedililerek tekrar size kısmından
buumltuumlnuumlne 8 mm verilir Bu kısım iccedilin mesh atanır Yuumlzeyler seccedililerek Preview
Surface Mesh on Selected Bodies denilir ve mesh işlemi tamamlanmış olur
33
Şekil 26 Meshrsquo in Goumlsterimi
Ancak mesh işleminde silindirik yuumlzeylerde sweep komutuyla daha kolay mesh
atılabileceği iccedilin istenen yuumlzey iccedilin sağ tıklayıp İnsertgt Method gtSweep Number
Divs komutlarından kaccedil sıra mesh atılacağı belirlenir 20 sıra vererek mesh atıldı
Suumlpuumlrme işlemi ile mesh atarken hangi yuumlzeyi kaynak olarak alınacağı da
boumlylelikle belirlenmiş olur
Mesh sayfasını kapatıp daha sonrasında workbench kısmında meshin uumlzerine cfx
kısmını bırakılır
Mesh setupgt solutiongt results dan sonuccedillar elde edilir
Daha sonra geometry design da motorun kapağına uygun bir sınır belirlenerek
analiz yapılır
Geometriyi duumlzenlenerek CFXrsquo e aktarılır
Daha oumlncesinde de bahsedildiği uumlzere ANSYS de CFX kullanıldı CFX
kullanılmasının bir diğer sebebi de CFXrsquo in fan konusunda ANSYSlsquo in mesh
kısmından daha bağımsız ve daha hassas olmasıdır
Yapılan isimlendirmeler tekrar kontrol edilir Her farklı işlev iccedilin farklı
isimlendirme yapmak ccedilok oumlnemlidir boumlylece havanın nereden girip ne şekilde
ccedilıkacağını isimlendirmelerden goumlruumllebilir Ve bu isimlendirmeler iccedilin ayrı ayrı kod
yazılır
34
333 Sınır Şartları
Şekil 27 Sınır Şartlarının Belirlenmiş Hali
ANSYS setup kısmında Insert gt Solver gt Output Control komutları seccedililerek code
yazılır MassFlow ()inlet gt Torque_z()kanatlar olarak giriş kısmının kuumltlesel
debisi iccedilin komut yazılır
Ayrıca Insert gt Material kısmından sıcaklığı 25reg basıncı 1 atm entalpi değerini 0
olarak şartları belirlenir
Malzemenin kapak kısmı ccedilelik olarak belirlenir
Solver Control kısmından high resuluiton seccedililerek ccediloumlzuumlmuumln kalitesi arttırılır
Solver Control kısmından Residual Target artık tipini RMS olarak ve onun
yakınsama sınırı 10-5 belirlenir Rms elemanların karelerinin koumlkuumlnuuml alarak
ortalamasını alan youmlntemdir
Yine Solver Control kısmından minimum iterasyonu 1 maksimum İterasyonu ise
500 verilir
İnlet kısmı belirlenirken Boundary Type ( sınır şartları) opening olarak seccedililir
Opening verilmesindeki amaccedil akışkanların iccedileriden girip dışarıya ccedilıkışlarının
sağlanmasıdır Aksi halde ccediloumlzuumlmuumln yakınsamasın da sorunlar oluşabilir Opening
şartında ayrıca akışkan daha ccedilabuk toparlanır ve analiz daha kolaylaşır
Flow Direction komutunda normal sınır şartları belirlenir
Suumlreklilik şartı olarak da Fluid Mass Fluxrsquou seccedililir Bunun yanında sınır kontuumlruuml
iccedilin bağıl basınccedil ayarlarını seccedililir Aynı şekilde outlet iccedilin de aynı ayarlar yapılır
35
Domaine basılıp kapak kısımları ve motor kısımları seccedililir Bu dış kısımları duvar
olarak belirlenir ve duvar hareket edemeyeceğinden No Slip Wall seccedileneği olarak
belirtilir Duvarları suumlrtuumlnmesiz olduğu varsayılıyor
Fan ve kanatlar kısmında Boundry Type olarak Wall olarak belirleyip Frame type
gt rotating (doumlnuumlyor) belirtilir
Ccediloumlzuumlm metodu olarak RNG k-euro modeli kullanılır
Şekil 28 Setup Koşulların Belirlenmesi
334 Ccediloumlzuumlm - Sonuccedillar
Setup kısmını kapatılarak solution ekranı ccedilift tıklanarak ccedilıkan ekran da RUN seccedililerek
ccediloumlzme işlemi başlatılmış olur
Ccediloumlzme işlemi bittiğinde results kısmından sonuccedillar goumlruumlntuumllenebilir
36
Şekil 29 Akışın Youmlnelişi
Şekil 30 Debi Sonucu
37
34 YENİ FAN TASARIMI
341 Fan Tasarımı İccedilin Kabuller
Havanın sıkıştırılamaz olduğunu kabul edildi Havanın sıkıştırılmaz olduğu
varsayılarak yoğunluğu değişmez ve 12 kgm3 olarak kabul edilir
Ccediloumlzuumlmde suumlrtuumlnmeler ve ısı kayıpları ihmal edilir Ccediluumlnkuuml bu değerlerin
hesaplanması ccedilok uzun suumlreceği iccedilin ccediloumlzuumlm youmlntemi iccedilin ekonomik olmaz
Gerccedilekle arasında ccedilok buumlyuumlk bir fark olmayacağı varsayılmıştır
Verimi arttırmak iccedilin orijinal fanın analizinden elde edilen tork değeri duumlşuumlk
tutulmaya ccedilalışılmıştır
Motorun tek bir youmlne doumlneceği duumlşuumlnuumllmuumlştuumlr
342 Fan Tasarım Parametreleri
Bir fan tasarımında belli başlı kriterleri ele alabilmek iccedilin mevcut fan uumlzerinden
değerler bulundu
Tablo 7 Mevcut Fanın Oumlzellikleri
Devir Sayısı ( ddk) r hub (mm) rtip (mm)
1498 25 77
Radyal hız hesaplandığında w= 15687 radsn bulunmuştur r hub diye isimlendirilen
kısım fanın giriş accedilısı iccedilin gerekli olan kanadın başlangıcı ile milin merkezi arasındaki
uzaklıktır r tip ise fan kanadının bitiş noktası ile mil merkezi arasındaki uzaklığın
yarıccedilap cinsinden ifadesi olmaktadır
38
Fan kanat tasarımında oumlnemli olan w (accedilısal hız)hızının kanatlara ne kadar dik
gelebildiğidir Bu kanat hacmine ne kadar iyi bir şekilde gelirse akışkan o denli iyi
akabilir ve kanat profili oluşur
U_hub= w (radsn) x r hub
U_tip = w x r tip
Beta = arctan(vu)
A_inlet= (r tip 1000)sup2π ndash r hub 1000)sup2π
Verim= (Q x P) (TxW)
V (akışın mutlak hızı)= Debi Alan
Tablo 8 Sonuccedil olarak elde edilen değerler
r_h (mm) 25 r_t (mm) 77 r_h (mm) 50 r_t (mm) 80
U_h (ms) 3927 U_t (ms) 1209516 U_h (ms) 7854 U_t (ms) 125664
A_in (m^2) 0016663 A_out (m^2)0012252
V_in (ms) 2350516 V_out 3196702
beta_h 5909726 beta_t 7900249 beta_h 678529 beta_t 7572755
giriş ccedilıkış
Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları
Bu değerlere goumlre BladeGende yeni bir kanat profili oluşturulur
r tip
r hub
Şekil 31 Fan Kanatlarının Accedilısı
39
Şekil 32 BladeGen Kanat Profili
Oluşturduğumuz bu geometriye daha oumlnceki boumlluumlmde bahsedilen fana yapılan adımlar
uygulandı (Yeni oluşturulan fanın geometrik deseni ektedir)
40
3421 Geometri
Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi
3422 Sayısal Ağ Oluşturma
Şekil 34 Yeni Fan Tasarımının Sayısal Ağ Oluşturulması
41
3423 Ccediloumlzuumlm
Şekil 35 Tasarımı Yapılan Fanın Verimi
Accumulated Time Step sayısı iterasyonu goumlstermektedir Daha fazla yakınsama iccedilin
daha fazla koşturulabilir
42
Şekil 36 Tasarımı Yapılan Fanın Torku
43
3423 Sonuccedillar
Şekil 37 Akışın Youmlnelişi
Bu kısımda verimi arttırabilmek iccedilin tork azaltılmaya ccedilalışıldı Boumlylece kanatlara
harcanan toplam guumlccedil azaltılarak iyileştirmeler yapıldı
44
Kanadın iş yapan kısmını arttırarak orijinal fanda kanadın suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilapı
154 mm iken yeni fan da 160 mmrsquoye ccedilıkarıldı
Kanatlar daha eğimli ama daha eksenel bir forma getirildi
Bu motorda toplam guumlccedil iccedilin 60 watt olduğunda yaklaşık 6 wattrsquo lık guumlccedil fan iccedilin
harcanıyordu Fanın verimliliği ccedilok oumlnemli olduğu iccedilin debiyi sabit tutulmaya
torku da duumlşuumlruumllmeye ccedilalışıldı
Tablo 9 ANSYSrsquo de Elde Edilen Deneyler
tork(Nm) w(radsn) m(kgs)
Orijinal Fan 00393645 15687 0048168
Yeni Fan 00043869 15687 0032261
Goumlruumllduumlğuuml gibi tork buumlyuumlk oranda duumlşmuumlş ancak onunla birlikte debi de biraz
duumlşmuumlştuumlr
343 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanması
Motorun arka ve oumln kısımlarına sırt sırta fan bağlayarak havanın akışını hızlandırma
ve soğutmayı arttırma işlemi amaccedillandı Gerccedilek boyutlarda uygulamadan oumlnce fanı
motor şeklini verilen kısım da tek başına analiz yapıldı Verimli bir sonuccedil alabilmek
iccedilin ikili fan deneyi yapıldı
3431 Geometri
Şekil 38 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Geometrisi
45
3432 Sayısal Ağ Oluşturma
Şekil 39 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Sayısal Ağ
Oluşturulması
Yapılan analiz de goumlzlemlenen sonuccedillar şunlardır
Bir motorun etrafında sınırlayıcı bir alan olmadığı iccedilin sınır şartları olarak setup
kısmında yine havayı 1 atm basınccedil olarak alınır Eğer sınırlayıcı bir alan olsaydı
oluklardan hava akışı doğrudan motorun arka kısmına gelecekti Ccedilıkış noktasına ise
kapak yerleştirildi giriş noktasında atmosfer ccedilıkışı ise kapak olarak sınırlandı
3433 Kod Ccediloumlzuumlmuuml
Debi ndash 000064 mᵌ sn olarak ccedilıktı Motorun hava ccedilıkış kısmına fan bağlamanın verimli
olmadığı sonucuna varıldı Oumlnceden oluşturulan oluklardaki 1cmrsquolik aralıklarla
havanın geniş bir alana gitmesi ccedilok zordur Ve bu akışı goumlnderebilmek iccedilin fazladan
basınccedil uygulanması gerekir Bu sebepler debinin duumlşmesine sebep olmuştur
46
Şekil 40 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Ccediloumlzuumlmuuml
47
BOumlLUumlM 4 SONUCcedilLAR
Verim= (Alınan Guumlccedil Verilen Guumlccedil)= (∆P x Q) (T x ὠ)
A_inlet = (r_tip)2 1000 - (r_hub)21000
A_outlet =( U_h1000)2 - (U-t1000)2
U= ὠ x r
Fan hesaplarıdan debi değeri ve tork değeri duumlşmuumlştuumlr Aşağıda yeni fanımızın verimi
yukarıdaki formuumlllere goumlre excelde hesaplanmıştır
tork(Nm) w(radsn) ṁ(kgm^3) verim deltap (Pa)
Orijinal Fan 00393645 15687 00391 60152783 95
Yeni Fan 00043869 15687 0039167 54068744
Tabloda da goumlruumllduumlğuuml uumlzere eski fanın oumlzelliklerine bakılarak hız uumlccedilgeni youmlntemiyle
oluşturulan yeni fan 540 verimli ccedilıkmıştır
Motorun oumln kısmın koyduğumuz fanda ise dar oluklardan buumlyuumlk bir hacime giriş
yaptığı iccedilin tek youmlnluuml analizde kuumltlesel debi negatif değerde ccedilıkmıştır
(Kuumltlesel debi) ṁ=ƍ( oumlzkuumltle) x A(alan) x V( akışkan hızı)=kgsn ndash Formuluumlnden
dolayı verimin hesaplanmasına gerek yoktur
48
BOumlLUumlM 5 EKLER
EK1- MEVCUT FAN
EK2- YENİ FAN
49
KAYNAKCcedilA
Baykal R 2011 Asenkron Motorlar Uumlzerine Enerjiİ Verimliliği Uygulanması
Yayın Tarihi 15032011
Ccedilalışkan M 2014 Eksenel Akışlı Fan Tasarımı Yuumlksek Lisans İstanbul Teknik
Uumlniversitesi TUumlRKİYE
Moavani S 2015 Sonlu Elemanlar Analizi Teorisi ve Ansys ile Uygulamalar
İstanbul
Onaygil S 2006 Enerji Verimliliği Kanunun Tanıtımı Yuumlksek Lisans
URL1 lthttpdeneysancomContentimagesdocumentshavalandirma-
4_39143832pdfgt Erişim Tarihi 12032016
URL2 lt httpwwweiegovtrgt Erişim Tarihi 20042016
URL3 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi
12052016
URL4 ltwwwtuumlikgovtrgt Erişim Tarihi 14052016
URL5 ltwwwemoorgtrekler364734147179187_ekpdfgt Erişim Tarihi 16052016
URL6 ltwwwinverter-plcnetmotoryıldız_uumlccedilgen_bağlantıhtmlgt Erişim Tarihi
18052016
URL7 ltwwweiegovtreie-webturkceenMotor_Verimliligi_Brosurupdfgt Erişim
Tarihi 20052016
URL8 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi
07062016
URL9 ltwwwfigescomtransysansys-nedirphpgt Erişim Tarihi 09062016
50
OumlZGECcedilMİŞLER
Elif CcedilİCcedilEK
Eyluumll 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Duumlzce Anadolu İmamhatip Lisesinde
tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi İlahiyat Fakuumlltesirsquoni kazandı 2012 yılında
Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine
başladı Halen eğitimine devam etmektedir
İletişim
apsuvaelifhotmailcom
Nesrin ALTUNBOĞA
Ağustos 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Haydarpaşa Teknik Okulları Raylı
Sistemler Teknolojileri Boumlluumlmuumlnuuml tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi
Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Boumlluumlmuumlnuuml kazandı Halen eğitimine
devam etmektedir
İletişim
naltunbogagmailcom
Rumeysa ALGUumlL
Ekim 1992rsquo de Konyarsquoda doğdu Lise oumlğrenimini Lafarge Aslan Ccedilimento Anadolu
Teknik Lisesirsquonde 2010 yılında tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi Teknoloji
Fakuumlltesi Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliğini kazandı 2013 yılında Teknoloji
Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine başladı Halen eğitimine devam
etmektedir
İletişim
rumeysaalgulgmailcom
51
52
5
15 ELEKTRİK MOTORLARINDA VERİMİN OumlNEMİ VE VERİM
SINIFLARI
Uumlretilen toplam elektriğin yaklaşık yarısı sanayi sektoumlruumlnde kullanılan elektriğin ise
yaklaşık uumlccedilte ikisi motorlar tarafından tuumlketilmektedir Bu da sanayide yuumlksek verimli
motor kullanımının enerji maliyetinin duumlşuumlruumllmesinde ne kadar oumlnemli olduğunu
goumlsterir Yuumlksek verimli motorların kullanımı aynı zamanda sera gazları salınımında
ciddi azalmalara sebep olmakta ve enerjide dışa bağımlılığın azaltılmasına katkı
yapmaktadır (URL7)
Şekil 2 Sanayide Kullanılan Elektrik Motorlarının Kullanım Yerleri
Elektrik motorlarının duumlnyadaki kullanımına bakarsak binalarda kullanılan elektriğin
36rsquosı enduumlstri ve altyapıda ise 70rsquoi elektrik motorları tarafından tuumlketilmektedir
Asenkron elektrik motorları uumllkemizin toplam elektrik tuumlketiminin yaklaşık 36rsquosını
oluşturmaktadır Hatta sanayide sektoumlrel bazda bu oran 80rsquolere kadar ccedilıkmaktadır
Bu sebeple elektrik motorlarında verimi arttırıcı oumlnlemler uumllkemizin elektrik tuumlketimi
konusundaki tasarruf planlarına buumlyuumlk katkı sağlayacaktır Satın alma maliyeti
ortalama motor oumlmruuml boyunca toplam maliyetin 2rsquolik kısmına denk gelmektedir
Tek bir motor sarımının maliyeti toplam tutarın 1rsquoini oluşturmaktadır Elektrik
motorunun kullanım oumlmruuml boyunca tuumlkettiği elektrik enerjisinin maliyeti ise toplam
maliyetin 97rsquosine tekabuumll etmektedir (URL2)
42
7
22
29
DİĞER KOMP FAN POMPA
6
Şekil 3 Talep Tarafında Elektrik Kullanımı
VERİMİN OumlNEMİ
Asenkron motorlarda ccedileşitli verimlilik sınıfları mevcuttur Avrupa Elektrik Makineleri
Uumlreticileri Komitesi (CEMEP) ve Avrupa Komisyonunun 28 Haziran 1999 tarihli
deklarasyonu motorları verim sınıflarına goumlre ayırmıştır Yuumlksek Verimli motorlar
(EFF1) verimi iyileştirilmiş motorlar (EFF2) ve duumlşuumlk verimli motorlar (EFF3)
CEMEP‟ in bu deklarasyonunu takiben motor uumlreticileri ile yaptığı goumlnuumllluuml anlaşmalar
ile duumlşuumlk verimli motor (EFF3) uumlretimini kısıtlama yoluna gitmiştir Bunun yanı sıra
Duumlnyada artan enerji talebi ile birlikte birccedilok uumllke goumlnuumllluuml ya da zorunlu olarak daha
yuumlksek verimli motor kullanımını sağlamaya ccedilalışmıştır (Onaygil 2006)
Verimlilik sınıflarına 2008 yılında yenilik getirilmiştir Bu yenilik IEC( Uluslararası
Elektronik Komisyonu) tarafından yayımlanmıştır CENELEC tarafından da 2009
yılında Avrupa normu haline gelmiştir 2010 yılında da TSE tarafından kabul
edilmiştir Bu yenilik verimlilik sınıflarına getirilen IE1 IE2 IE3 IE4 şeklinde olan
tanımlamalardır Bu tanımlamalarda IE1= EFF2 olup IE2=EFF1rsquo in karşılığıdır
IE1= STANDART VERİMLİ
IE2= YUumlKSEK VERİMLİ
IE3=CcedilOK YUumlKSEK VERİMLİ
IE4=SUumlPER YUumlKSEK CcedilOK VERİMLİ
Şeklinde sınıflandırılmıştır
AYDINLATMA19
DİĞER ELEKTRİK MOTORLARI
4
ASENKRON MOTORLAR
36
DİĞER3
ELEKTRONİK ALETLER
8
ISITMA15
EV GERECcedilLERİ15
7
2014 yılında TS- EN 60034-30 standardı doğrudan şebekeden beslenen motorlar ve değişken
hız suumlruumlcuumlluuml motorlar olmak uumlzere iki kısma ayrılmıştır Şebeke tarafından doğrudan beslenen
motorlar iccedilin verimlilik sınıflarını tayin eden başka bir standart koyulmuştur TS-EN 60034-
30-1 standardıdır Bu standart faklı olarak 012- 1000 kW guumlccedil aralığını kapsamakta ve IE4
verimlilik sınıfını da tanıtmaktadır Ayrıca 8 kutuplu motorlar da bu kapsama alınmıştır
Henuumlz TS- EN 60034- 30- 2 sınıfı yayınlanmamıştır
Şekil 4 TS-EN 60034-30-1 Standardına Goumlre Verimlilik Sınıfları
151 Mevzuat
Elektrik motorları hususunda ilk yasal duumlzenleme Avrupa Birliğinin Elektrik Motorları
ile İlgili Ccedilevreye Duyarlı Tasarım Gereklerine Dair EC6402009 sayılı tuumlzuumlğuumlduumlr
Beraberinde 4703 sayılı Uumlruumlnlere İlişkin Teknik Mevzuatın Hazırlanması ve
Uygulanmasına Dair Kanunun 14 uumlncuuml maddesine dayanılarak hazırlanan Enerji ile
İlgili Uumlruumlnlerin Ccedilevreye Duyarlı Tasarımına İlişkin Youmlnetmelik 2010 yılında
yuumlruumlrluumlğe girmiştir Daha sonra 2012 yılında EC6402009 referans alınarak
hazırlanan ve uyumlaştırılan SGM- 20122 Elektrik Motorları İle İlgili Ccedilevreye
Duyarlı Tasarım Gereklerine Dair Tebliğ yayımlanarak ulusal mevzuata
kazandırılmıştır
Bu tebliğ ile 2 4 6 kutuplu anma gerilimi en fazla 100 (UN) en fazla 1000 V olan
anma ccedilıkış guumlcuuml (PN) 075 kW ile 375 kW arasında olan ve suumlrekli ccedilalışacak şekilde
100
90
80
70 012 24 48 960
IE1 IE2 IE3 IE4
8
tasarlanmış tek hızlı 3 fazlı 50 Hz veya 5060 Hz sincap kafesli enduumlksiyon motorları
denetim kapsama alınmış bulunmaktadır
Bu tebliğde oumlnemli bir diğer husus ise uygulamaya youmlnelik olan zorunluluklardır
Onlar şunlardır IE1 sınıfı verimlilikte olan motorların piyasaya arz edilmesinin
yasaklanması ve diğer verimlilik sınıfına geccediliş suumlrecinin tanımlanmasıdır
Tablo 4 Başlıca Uumllkelerin Verimlilik Sınıfı Uygulama Tarihleri
BOumlLGE IE1 IE2 IE3
ABD - 1998 2011
AB - 2011 2015
PRC 2000 2011 2015
TUumlRKİYE - 2012 2015
Bunun dışında 01012015 tarihinden itibaren anma ccedilıkış guumlcuuml 75 kW ile 375 kW
arasında olan motorların veriminin IE3 verim seviyesinden duumlşuumlk olmayacağını veya
piyasaya arz edilen motorların IE2 verim seviyesini karşılayacak ve değişken hızlı
tahrikle teccedilhiz edilmesi gerektiğini bildirmektedir (URL5)
Tablo 5 Tuumlrkiyersquo de Zorunlu Uygulamaya Geccediliş Suumlreci
Sınıfı Zorunlu Yuumlruumlrluumlk
Tarihi
Accedilıklama (İstisnalar)
IE1 02042012 2 Nisan 2012 tarihinden itibaren piyasaya suumlruumllmesi
yasaklanmıştır
IE2 02042012 01012015 tarihine kadar kullanılabilecektir
IE3 01012015 Değişken hızlı tahrikle teccedilhiz edilmesi halinde IE2 verim
seviyesi kullanılabilecek (75 kW - 375 kW)
IE3 01012017 Değişken hızlı tahrikle teccedilhiz edilmesi halinde IE2 verim
seviyesi kullanılabilecek (075 kW - 375 kW)
9
16 MOTOR VERİMİNİ ETKİLEYEN FAKTOumlRLER
161 Verim
Bir elektrik motorunun bağlı bulunduğu şebekeden ccedilektiği enerjinin tamamı mekanik
enerjiye doumlnuumlşmez Elektrik motorunun milinden aldığı faydalı guumlccedil şebekeden ccedilektiği
guumlccedilten kayıp guumlccedillerin ccedilıkmış halidir
Asenkron motorun şebekeden ccedilektiği guumlcuumln yuumlzde kaccedilının motorun milinden mekanik
guumlccedil olarak alındığını verim goumlsterir
Verim= ((Alınan G ) (Verilen Guumlccedil))x100
ή= (PaPv)x100
Verilen guumlccedil ile alınan guumlccedil arasındaki fark toplam kayıplardır Asenkron motorlarda
kayıplar stator demir kaybı stator ve rotor bakır kayıpları ile rotorun suumlrtuumlnme ve
ruumlzgacircr kaybından ibarettir
DEMİR
KAYIPLARI
GOumlVDE
STATOR
DİRENCİ
ROTOR
DİRENCİ
RUumlZGAR
SUumlRTUumlNME
DİRENCİ
EK
KAYIPLA
Şekil 5 Motor Verimini Etkileyen Faktoumlrler
10
162 Kayıplar
Demir Kayıpları
Bakır Kayıpları
Suumlrtuumlnme Kayıpları
1621 Demir Kayıpları
Demir kayıpları stator ve rotor saccedillarında meydana gelen histerezis ve fuko
kayıplarıdır Bu kayıplar frekans ve manyetik enduumlksiyon ile oranlıdır
Stator demir kayıpları stator frekansı sabit olduğuna goumlre değişmemektedir Yalnız
rotor demir kayıpları rotor frekansı ile değişir Ancak boş ve yuumlkluuml ccedilalışmada rotor
frekansı ccedilok kuumlccediluumlktuumlr Bu sebeple rotor demir kayıpları ccedilok kuumlccediluumlk olur ve ihmal
edilebilir 0 halde bir asenkron motorun demir kayıpları stator demir kayıplarına
eşittir denebilir Stator frekansı sabit olduğundan demir kayıpları da buumltuumln yuumlkler iccedilin
sabittir
1622 Bakır Kayıpları
Asenkron motorlarda stator ve rotor omik direnccedillerinden dolayı I12R1 ve I2
2R2
değerinde bakır kayıpları meydana gelir Bakır kayıpları sargı direnccedilleri sabit
olduğuna goumlre yuumlk akımları I1 ve I2 lsquonin karesi ile değişir Şu halde bu kayıplar
yuumlkle değişen kayıplardır
Rotor ve stator bakır kayıplarını bulabilmek iccedilin akım ve direnccedillerin bilinmesi gerekir
Genel olarak bakır kayıpları motorun kısa devre deneyinden tuumlm olarak hesaplanır
1623 Ruumlzgar ve Suumlrtuumlnme Kayıpları
Asenkron motorlarda suumlrtuumlnme ve ruumlzgacircr kayıpları devir sayısı ile biraz değişirse
de bu değişim ccedilok az olduğu iccedilin sabit kabul edilebilir Suumlrtuumlnme ve ruumlzgacircr
kayıpları boş ccedilalışma deneyinde demir kayıpları ile birlikte bulunur Demir
kayıpları ile ruumlzgacircr ve suumlrtuumlnme kayıplarına sabit kayıplar denir
11
BOumlLUumlM 2 MATERYAL VE YOumlNTEM
21 ASENKRON MOTORLAR
Asenkron motorlar başlıca iki kısımdan oluşur
Hareket etmeyen kısım Stator
Doumlnme hareketi yapan kısım Rotor
Asenkron makineler motor olarak stator sargıları ile aldığı elektrik enerjisini
rotorundan doumlnme hareketi yaparak mekanik enerjiye ccedileviren ve generatoumlr olarak
rotorundan aldığı doumlnme hareketi mekanik enerjisini bazı koşullar altında stator
sargılarında elektrik enerjisine ccedileviren elektromekanik makinelerdir
Motor olarak birkaccedil Wattrsquotan 300 MW guumlcuumlne kadar uumlretilmektedir Generatoumlr olarak
az kullanılmakla beraber son zamanlarda ruumlzgacircr enerjisinden elektrik enerjisi elde
etmek amacı ile ruumlzgacircr tuumlrbini ile birlikte ccedilalışmaktadırlar
Stator sargı gerilimleri alccedilak gerilim 220Vdan orta gerilim 22kVa kadar
değişmektedir Doumlnme sayıları sabit değildir fakat doumlnme sayısı yuumlkle az değişir
Doumlnen diğer elektrik makinelerine kıyasla daha sağlam daha az bakım isteyen ve daha
ucuz makinelerdir Son yıllarda yarı iletken guumlccedil elektroniğindeki teknolojik
gelişmeler ile asenkron makinelerin kontroluuml kolayca yapılabilmektedir (Baykal
2011)
Şekil 6 Kuumlccediluumlk Guumlccedilluuml Uumlccedil fazlı Sincap Kafesli Asenkron Motorun Kesiti
12
22 ASENKRON MAKİNALARIN YAPISI
Asenkron makineler başlıca iki kısımdan oluşmaktadır Bunlar
Stator
Rotor
Şekil 7 Stator Saccedil Paketini Oluşturulmuş Farklı Tipte Statorlar
221 Stator
Stator Asenkron motorun duran kısmıdır 04 - 05 veya 08 mm kalınlığında silisyumlu
saccedillar oumlzel kalıplarla preste basılır ve paketlenir Stator saccedilları paketlenince uumlccedil fazlı
sargıların yerleştirileceği stator nuumlvesi elde edilir Bu nuumlve stator goumlvdesinin iccediline
sıkıca yerleştirilir Goumlvdeye motorun ayakları monte edilir Goumlvdeye motor kapaklan
takılır motor kapaklan ortalarındaki bilyeli yataklar statorun ortasında doumlnecek olan
rotora yataklık ederler
1Halkalı Duumlzen Kuumlccediluumlk ve orta guumlccedilteki makinelerde uygulanan bu konstruumlksiyon
şeklinde saccedil paket ya karkas dışında istiflenerek uzun saplamalarla kendi uumlzerine
sıkılır yada saccedil levhalar karkas iccedilinde istiflenir
2 Segmanlı Duumlzen Bu duumlzende saccedil paketi daima karkas tarafından gergin durumda
tutulur Segmanlı duumlzende saccedil paketi rijitli halkalı duumlzendekine oranla da az
olduğundan burada seccedililecek olan karkasın daha kuvvetli olması gerekir (Baykal
2011)
13
222 Rotor
Rotor Asenkron motorun doumlnen kısmıdır ve rotor saccedil paketi ile rotor sargılarından
oluşur Rotor saccedil paketi 05 mm‟lik silisyumlu saccedillardan yapılır Saccedilların yuumlzeyleri
ccedilok ince bir film tabakası ile yalıtılmıştır Saccedillar oumlzel kalıplarda pres altında oluk
dişler ve sıkıştırma cıvata delikleri oluşacak şekilde saccedil şeritlerden kesilerek ccedilıkartılır
Saccedillar bir araya getirilerek pres altında sıkıştırılır ve cıvatalarla bu halde kalması
sağlanır
Diğer doumlnen elektrik makinelerine goumlre stator ile rotor arasında kalan hava aralığı ccedilok
kuumlccediluumlktuumlr Motorun guumlcuumlne goumlre hava aralığının radyal boyu 05 - 1 - 3 mm kadar
olabilir Boumlylesine kuumlccediluumlk bir hava aralığı boşta ccedilalışma akımını kuumlccediluumlk tutmak iccedilin
yapılır Rotor olukları motorun elektrik karakteristiklerini etkileyen değişik biccedilimlerde
yapılır Rotor oluklarına rotor sargıları yerleştirilir
Şekil 8 Rotor Saccedil Paketini Oluşturan Değişik Rotor Saccedilları
Rotor sargıları uumlccedil fazlı olarak ya da sincap kafesli olarak yapılır Rotoru sargılı olan
ve sargı uccedilları doumlnen bilezik-sabit fırccedila ile dışarı ccedilıkartılan motorlara bilezikli asenkron
motor denir Sincap kafesli motorlarda rotor oluklarına bakır ccedilubuklar yerleştirilir Bu
ccedilubuklar her iki baştan dairesel halkalarla kısa devre edilerek sincap kafesine
benzeyen kendi uumlzerine kapatılmış bir sargı elde edilir Sincap kafesli motor sargısı
oumlzel kalıplarla rotor oyuklarına basınccedil altında aluumlminyum puumlskuumlrtuumllerek uumlretilir
Boumlylece uumlretilen rotor sincap kafesi aluumlminyumdan yapılmış olur
Sincap kafesli asenkron motorun rotorundan hiccedilbir uccedil ccedilıkmadığı iccedilin bu motorun
kontroluuml sadece statordaki elektrik uccedillarından yapılabilmektedir Oysa bilezikli
asenkron motorun rotor sargı uccedilları bilezik ve fırccedila sistemi ile dışarı ccedilıkarıldığından
14
bu motorun kontroluuml hem stator sargı uccedillarından ve hem de rotor sargı uccedillarından
yapılabilmektedir
Sincap kafesli motorun rotor sargısı buumlyuumlk motorlarda bakır ccedilubukların rotor
oluklarına yerleştirilmesi ve iki baştan kısa devre elde edilmesi ile oluşturulur Kuumlccediluumlk
motorlarda rotorun sincap kafesi aluumlminyum puumlskuumlrtme ve kalıplarla elde edilir
Rotoru sincap kafesli bir motorun sincap kafesi değişik biccedilimde oluklara yerleştirilir
Motorun oumlzellikle moment karakteristiğine istenilen oumlzelliği vermek iccedilin rotorda derin
oluklar ve ccedilift oluk kullanılır Birinci motora derin oluklu ya da derin ccedilubuklu motor
ve diğerine de ccedilift kafesli motor denir (Baykal 2011)
23 ASENKRON MOTORLARIN CcedilALIŞMA İLKESİ
Asenkron makinenin ccedilalıŞma ilkesi bir doumlner alanın varlığına dayanır Doumlner alan
senkron hız motor milinin hızı da rotor hızı olarak isimlendirilir Kayma da bu iki
hızın arasındaki fark olarak ifade edilmektedir
231 Doumlner Alan
Bir N-S mıknatısı ya da uumlzerinden akım geccedilen bir bobinin magnetik alanı N kutbundan
ccedilıkar ve S kutbuna girer Daimi mıknatıs ve doğru akım taşıyan bobinin manyetik
alanları mıknatıs ve bobin dışarıdan bir bobinle doumlnduumlruumlluumlrse bunların alanları da
beraber doumlner İşte bir mıknatısın doumlnduumlruumllmesi ile elde edilen alana doumlner alan denir
Uumlccedil fazlı asenkron motorun (enduumlksiyon motorun) statoruna birbirinden 120rsquoşer derece
faz farklı 3 faz sargısı yerleştirilmiştir En basit statorda her biri bir faza ait olmak
uumlzere 3 tane bobin bulunur Bir motor en az iki kutuplu olarak sarılabilir (Baykal
2011)
Şekil 9 Uumlccedil Faz bobininin 6 Oluklu Statora Yerleştirilişi
15
232 Senkron Hız
N-S kutuplarının saat ibresi youmlnuumlnde doumlnduumlğuuml goumlruumlluumlr uumlccedil fazlı alternatif akımdaki bir
periyotluk değişme N-S kutuplarının bir devir yapmasına sebep olur Alternatif akımın
frekansı 50 Hz ise saniyede 50 periyotluk bir değişme yapar Dolayısıyla statordaki
faz bobinlerinin meydana getirdiği N-S kutupları da saniyede 50 devirle doumlner Bu
dakikada 3000 devir eder Ccedilok fazlı bir stator sargısından aynı faz sayısında ccedilok fazlı
bir akım geccedilerse hava aralığında sabit genlikli bir doumlner alan oluşur Bu doumlner alanın
duran statora goumlre ns (n1) devir hızı şebeke frekansına doğru stator sargısının p ccedilift
kutup sayısına ters orantılıdır
1198991 = 601198911
119901
Senkron hız da denen doumlner alan hızı kutup sayısına goumlre buumlyuumlk basamaklar yaparak
değişir Asenkron motorlar ancak belli senkron hızlar iccedilin yapılabilir En fazla
kullanılan senkron hızlar 2 4 6 ve 8 kutup sayılarına ait olanlardır (Baykal 2011)
Tablo 6 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru
P
(Kutup Sayısı)
50 Hz 60 Hz
n1min-1 n1s-1 n1min-1 n1s-1
2 3000 50 3600 60
4 1500 25 1800 30
6 1000 1667 1200 20
8 750 125 900 15
16
233 Kayma
Senkron makine dışında buumltuumln diğer ccedilalışma tuumlrlerinde asenkron makinenin
ccedilalışabilmesi iccedilin rotor hızının doumlner alan hızından farklı olması gerekir Doumlner alanın
rotor uumlzerinden geccedilme hızına yani doumlner alan ile rotor hızı arasındaki cebirsel farka
kayma hızı n2 ve bu hızın doumlner alan hızına oranına kayma s denir Bu tanıma
dayanarak kayma devir hızına goumlre veya devir hızı kaymaya goumlre ifade edilebilir
n2 = n1 ndash n n = n1(1-s) 119904 = 1198992
1198991 =
1198991minus119899
1198991
Kayma oranlanmış bir buumlyuumlkluumlktuumlr ve ccediloğunlukla olarak ifade edilir Pozitif negatif
veya sıfır olabilir Oranlanmış rotor hızı n nı ile toplamı daima 1rsquoe eşittir Teorisel
olarak ndash infin ve +infin arasında değişebilir Durmada n = 0 ve s =1 dir Senkron ccedilalışmada
n = n1 ve s = 0 dır Bu iki sınır değer arasında asenkron makine motor olarak ccedilalışır
ve kayması daima pozitiftir Anma ccedilalışmasındaki değeri yuumlzde birkaccedil olup artan
anma guumlcuuml ile azalır ve kuumlccediluumlk guumlccedillerde yaklaşık 10 dan buumlyuumlk guumlccedillerde 1 in altına
duumlşer
Rotor doumlner alana goumlre ters youmlnde doumlnduumlğuumlnde elde edilen fren ccedilalışmada devir hızı
negatif ve kayma 1 den buumlyuumlktuumlr Rotor hızı doumlner alan hızını geccedilerse yani ngtn1 ise
kayma negatif olur (s lt 0) ve makine generatoumlr olarak ccedilalışmaya başlar (Baykal 2011)
Şekil 10 Standart Asenkron Motorların Anma Kayması ve Verimi
17
24 ASENKRON MOTOR CcedilEŞİTLERİ
Asenkron motorlar rotor yapılarına goumlre ikiye ayrılır
Sincap kafesli (Kısa devre rotorlu) Asenkron Motorlar
Bilezikli (Sargılı rotorlu) Asenkron Motorlar
241 Uumlccedil Fazlı Kısa Devre (Sincap Kafesli ) Asenkron Motorlar
Uumlccedil fazlı sincap kafesli motorun yapılısı basittir Az bakıma ihtiyaccedil goumlsterir Bu tip
motorun oumllccediluumlleri aynı guumlccedilteki başka tip motorların oumllccediluumllerinden kuumlccediluumlktuumlr Değişik
yuumlklerdeki hız reguumllasyonu ccedilok iyidir Fiyatının ucuzluğu yapılışının sağlamlığı ve
istenilen ccedilalışma oumlzelliğine sahip oluşu yuumlzuumlnden bu tip motorlar sanayide ccedilok
kullanılır
Rotorlar accedilılmış oluklara basınccedil altında erimiş aluumlminyum puumlskuumlrtuumllerek doldurulur
Rotorun her iki başındaki kısa devre halkalar da aluumlminyumdandır Ayrıca bu halkalar
uumlzerine kanatlar da bırakılarak rotor işletmede vantilasyon suretiyle soğutulması
sağlanır 250 kW guumlcuumlne kadar kısa devre kafesleri aluumlminyumdan yapılmış asenkron
motorlar mevcuttur
Buumlyuumlk guumlccedil istenilen işletmelerde kısa devre kafesi yuumlksek dikdoumlrtgen şeklinde bakır
ccedilubuklardan ve bunları rotorun her iki başında kısa devre eden bakır halkalardan
yapılır Rotorda kaccedil adet oluk varsa rotorun faz sayısı buna eşittir
Kısa devre kafesli asenkron motorun yol alma oumlzellikleri iyi değildir Ancak basit ve
ucuz olmaları nedeni ile yaygın biccedilimde kullanılmaktadır Yol almasını kolaylaştırmak
iccedilin yuumlksek ccedilubuklu veya ccedilift kafesli olarak yapılırlar (Baykal 2011)
Şekil 11 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru
18
242 Bilezikli (Sargılı rotorlu) AC Motorlar
Birccedilok sanayi yuumlklerinde uumlccedil fazlı değişik hızlı motora ihtiyaccedil duyulduğu yerler iccedilin
bilezikli asenkron motorlar geliştirilmiştir Bilezikli asenkron motorlara sargılı rotorlu
AC motor da denilmektedir Bu tip motorun statoru ile sargının yerleştirilmesi sincap
kafesli motorun aynıdır Rotor ccedilelik saccedillardan yapılmış silindirik bir goumlbektir 120
derece aralıklı uumlccedil adet tek fazlı kalıp sargısını yerleştirmek iccedilin rotor uumlzerine oyuklar
accedilılmıştır izoleli rotor bobinleri stator kutup sayısına eşit kutup sayısı elde edecek
şekilde gruplandırılmıştır Uumlccedil tek fazlı rotor sargısı aralarında yıldız bağlanarak ccedilıkış
uccedilları rotor mili uumlzerindeki uumlccedil bileziğe bağlanmıştır Bileziklere temas eden fırccedila uccedilları
hız kontroloumlruuml ayarlayıcısına bağlanır Fırccedilalar taşıyıcılar uumlzerindeki yayların basıncı
ile bileziklere sıkıca temas eder Doğru akım makinelerinde olduğu gibi youmln
değiştirmeye luumlzum olmadığı iccedilin fırccedila taşıyıcıları uygun bir durumda sıkıca tespit
edilmiştir
Bilezikli asenkron motorun rotorunda aynı statorunda olduğu gibi uumlccedil fazlı alternatif
akım sargısı vardır Stator 10 Kw guumlce kadar tek tabakalı orta guumlccedillerde ise iki tabakalı
sargılı yapılırlar Rotor ise tam oluklu veya kesirli oluklu sargılı olabilir Rotor sargı
uccedillarının bir tarafı bileziklere bağlanır Diğer tarafı ise kısa devre edilerek uumlccedil fazlı
sargının yıldız noktasını oluşturur Bilezikler uumlzerindeki fırccedila sistemi ile rotor
alternatif gerilim kaynağından ayrıca beslenir (Baykal 2011)
25 Elektrik Motorlarına Yıldız-Uumlccedilgen Yol Verme
Kalkış akımını duumlşuumlrmede en ekonomik youmlntemdir Uumlccedil kontaktoumlr ile bir zaman
roumllesinden oluşan kontaktoumlr kombinasyonudur Bu youmlntemle yol verebilmek iccedilin
motorun uumlccedilgen bağlı ccedilalışma gerilimi şebeke gerilimine eşit olmalıdır Oumlrneğin
uumllkemizde şebeke gerilimi 380 Volt olduğuna goumlre yıldız-uumlccedilgen yol verilecek motorun
etiketinde D380 V veya D380VY660V yazılı olmalıdır Volt elektrik motorlarında 2
ve 4 kutuplularda 3 kW (dacirchil) 6 kutuplularda 22 kW(dacirchil) den daha buumlyuumlk guumlccedilluuml
motorlar bu oumlzelliktedir Yani 380 V şebekede uumlccedilgen bağlı ccedilalıştırılırlar
Motora yıldız-uumlccedilgen yol verildiğinde direkt yol vermeye goumlre şebekeden ccedilekeceği
akım 3 katı azalır Yıldız-uumlccedilgen yol vermede amaccedil motoru kalkış suumlresince yıldız
19
bağlı ccedilalıştırmak ve kalkışını tamamlayan motoru hemen normal bağlantısı olan uumlccedilgen
bağlı olarak ccedilalıştırmaktır
Motor kalkış sırasında yıldız bağlı ccedilalıştırıldığından motor sargılarına uygulanan
gerilim U radic3 değerine motorun şebekeden ccedilektiği akım ise 13 değerine duumlşer
Motorun sargılarına uygunalan gerilim azaldığından momenti oumlnemli oumllccediluumlde kuumlccediluumlluumlr
Yıldız-uumlccedilgen yol vermenin kusursuz olması iccedilin motorun yuumlk momentinin yıldız
bağlamadaki motor momentinden buumlyuumlk olmaması ve yıldız bağlamadaki suumlrenin
uygun olması gerekir Bu geccediliş suumlresi ccedilok oumlnemlidir Motor yıldız bağlantıda iken
anma devir sayısına ulaşıldığı anda uumlccedilgen bağlantıya geccedililmesi ve fazla aralık
verilmemesi gerekir
Boumlyle olursa yıldızdan uumlccedilgen bağlantıya geccedilişteki uumlccedilgen kontaktoumlruumlnuumln kapamama
akımı kuumlccediluumlk ve yıldızdan uumlccedilgene geccediliş darbesiz olur Aksi halde uumlccedilgen bağlantıya
geccedilişte akımda geccedilici artışlar goumlruumlluumlr Bunun sonucu kontaktoumlruumln kontakları ani
yuumlksek ısı nedeniyle kaynak olabilir
Bir şebekede uumlccedilgen bağlı ccedilalışacak motor aynı şebekede yıldız bağlı (Y) olarak
ccedilalıştırılabilir Ancak bu durumda motorun guumlcuuml ve momenti duumlşer Bu oumlzellikten
yararlanarak asenkron motorların kalkış anında ccedilektikleri fazla akımı azaltmak iccedilin
yıldız-uumlccedilgen yol verme uygulanması yapılabilir
Şebekede yıldız bağlı ccedilalıştırılması gereken motor yanlışlıkla uumlccedilgen bağlı ccedilalıştırılırsa
sargılarına radic3 katı buumlyuumlk gerilim uygulanmış olur Gerilimdeki artış oranı kadar sargı
akımı buumlyuumlyeceğinden motor aşırı akım ccedileker ve kısa suumlrede artacak ısı sonucu
sargılar yanar
Onun iccedilin yıldız bağlı ccedilalışması gereken motor kesinlikle aynı şebekede uumlccedilgen bağlı
ccedilalıştırılmaz (URL6)
20
Şekil 12 Motora yıldız-uumlccedilgen yol verme
Şekil 13 Stator Sargı Uccedillarının Uumlccedilgen (D) Ve Yıldızı (Y) Bağlanması
Şekil 14 Asenkron Motora Yol Verme
21
26 FANLAR
261 Genel Bilgiler
Fanlar hava veya benzeri gazları basınccedillandırarak belirli bir akış yolu iccedilinde hareket
etmesini sağlayan turbo makinelerdir İyi bir fan istenilen performansı yerine
getirirken verimi yuumlksek enerjiyi daha az tuumlketen muumlmkuumln olduğunca guumlruumlltuumlsuumlz
ccedilalışan ve maliyeti duumlşuumlk olan fandır Fanların tahrik sistemlerinde elektrik motorları
kullanılmaktadır (URL3)
262 Fan Ccedileşitleri
Fanlar aşağıdaki gibi sınıflandırılmaktadır
Eksenel (aksiyel) fanlar
Radyal (santrifuumlj) fanlar
Karışık akışlı (eksenel-radyal) fanlar
Ccedilatı tuumlruuml fanlar
Karşıt akımlı fanlar (blower)
Vorteks ya da rejeneratif fanlar
Diğerleri
Elektrik motorlarında radyal fanlar kullanılmaktadır (URL8)
Bu kısımda projemiz iccedilin incelediğimiz 3 ccedileşit fanı accedilıklayacağız
2621 Eksenel Fanlar
Havanın fan ccedilarkı ile aynı eksende youmln değiştirmeden hareket ettiği fanlardır Yuumlksek
hava debileri ve duumlşuumlk basınccedil sınıfına sahip sistemler iccedilin uygun fanlardır Şekil 15
rsquode oklar akış youmlnuumlnuuml (simetri eksenine paralel) goumlstermektedir
22
Şekil 15 Akışın Simetri Ekseninde Hareket Etmesi
2622 Karışık Akışlı (Radyal-Eksenel) Fanlar
Havanın kanatlar uumlzerinden emmesine goumlre yaklaşık 45deg accedilı yaparak hareket ettiği
fanlardır Radyal fanlara goumlre hava debisi daha yuumlksektir
Eksenel fanlardan daha yuumlksek basınca dayanabilir
Fan eğrisi uumlzerinde kararsız boumllge yoktur
Karşı basıncın duumlşuumlk olduğu boumllgelerde motor aşırı akım ccedilekmez
Eksenel ve radyal fanlara goumlre verimleri duumlşuumlktuumlr (URL6)
Şekil 16 Karışık Akışlı Fan Uygulamaları
23
2623 Radyal (Santrifuumlj) Fanlar
Havanın fan ccedilarkını emmesine goumlre 90deg accedilı yaparak kanatlara teğet olarak terk ettiği
fanlardır
Radyal fanların avantajları aşağıdaki gibidir
Geniş bir uygulama aralığına sahiptir
Yuumlksek sıcaklık ve aşındırıcı ortam uygulamalarında kulanılır
Değişken akış direncine sahip yerlerde daha verimli ve daha sessiz ccedilalışma
olanakları vardır
Yapısal kararlılıkları yuumlksektir (URL6)
Radyal Duumlz Kanatlı Fanlar
Genellikle kendi kendini temizleme malzeme taşıma ve parccedilacık ve yağ yuumlkluuml havanın
uygun halde taşınması gibi durumlarda kullanılırlar ve bunun iccedilin duumlz kanatları vardır
Ccedilarkları basit bir yapıya sahiptir ve nispeten dar kanatları vardır
Elektrik motorlarında genellikle ccedilift youmlnluuml ccedilalışmaya uygun olması iccedilin radyal duumlz
kanat tipli bu fanlar seccedililiyor
Şekil 17 Radyal Duumlz Kanatlı Fanlara Oumlrnekler
24
BOumlLUumlM 3 BULGULAR VE TARTIŞMA
31 SONLU ELEMANLAR YOumlNTEMİ
Sonlu elemanlar youmlntemi muumlhendislik problemlerine kabul edilebilir yaklaşımlarla
ccediloumlzuumlm arayan sayısal youmlntemdir (Moavani 2015) Sonlu elemanlar youmlntemi diğer bir
ifade şekliyle fiziksel şeklin matematiksel ifadesidir Bu kurduğumuz siste sınırlara
ayırılabilen ve malzeme şartlarına uygun olan bir sistem olmalıdır
Sonlu eleman youmlntemindeki basamaklar
Yaklaşık Ccediloumlzuumlm Youmlntemi
Geometrik Şekil
Nod
Eleman
Mesh
Ayrıklaştırma
Şekil 18 Sonlu Eleman Modeli
Eleman
Nod
(Duumlğuumlm
noktaları)
25
Sonlu elemanlar youmlntemi matematik ve fizik biliminin buumltuumln alanlarında kullanılır
Gerilme Analizi
Akışkanlar Mekaniği
Isı İletimi
Dalga Yayılımı
Darbe Analizi
Aerodinamik vb alanlardır
Sonlu elemanlar youmlntemini kullanırken oumlncelikle şu soruların cevaplarını bulmalıyız
Dizayn amacımız nedir
Bu sistemi modellemek iccedilin gerekli olan bilgiler nelerdir
Bu dizayn iccedilin hangi kriterler gerekir
311 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Pozitif Youmlnleri
Geometrisi karışık cisimlerin incelenmesini kolaylaştırır Geometri basit kısımlara
ayrılıp burada ayrı veya daha hassas işlemler yapılabilir
Parccedilanın geometrisini değiştirmeye gerek kalmaz
Youmlntemde hem fiziksel hem matematiksel temeli vardır
Sonlu elemanlar youmlntemi iccedilin ccedilok farklı programlar bulunmaktadır (Ansys Marc
Nastran ) (Moavani 2015)
312 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Negatif Youmlnleri
Elde edilen sonuccedilların doğruluğu hangi sonlu youmlnteminin kullanıldığına bağlıdır
Ccedilıkacak durum oumlnceden tespit edilmeli ve ona goumlre bir ccediloumlzuumlm youmlntemi
kullanılmalıdır Bu yuumlzden oumlnceden iyi tesipt edilemezse doğru değer bulunamaz
ve doğru ccediloumlzuumlm iccedilin zaman kaybı olabilir
Doğru ccediloumlzuumlm iccedilin elemanın ayrıştırılması (mesh) atanması gerekir
Bu meshin iyi atılması gerekir yoksa ccediloumlzuumlmuumln yakınsamaları değişebilir
(Moavani 2015)
26
32 ANSYS PROGRAMI
ANSYS genel amaccedillı kullanılan sonlu elemanlar programıdır Ansys yazılımı
mukavemet titreşim akışkanlar mekaniği ısı transferi ve elektromanyetik alanlarının
birbiri ile olan interaksiyonunu simule eden yazılımdır
Boumlylelikle ANSYS uumlruumlnlerin prototipleri uumlretilmeden sanal ortamda test edilmelerine
olanak sağlar Ayrıca sanal ortamdaki 3 boyutlu simulasyonlar neticesinde yapıların
zayıf noktalarının tespiti ve iyileştirilmesi ile oumlmuumlr hesaplarının gerccedilekleştirilmesi ve
muhtemel problemlerin oumlngoumlruumllmesi muumlmkuumln olmaktadır
ANSYS yazılımı sadece ihtiyaccedil duyulan oumlzelliklerin alınmasına fırsat vererek ilave
edilebilen CAD ve FEA bağlantı modulleri ile masa uumlstuumlnde kullanılan diğer
muumlhendislik yazılımları ile entegre bir şekilde ccedilalışabilmektedir
ANSYS yazılımı hem dışarıdan CAD datalarını alabilmekte hem de iccedilindeki
preprocessing imkacircnları ile geometri oluşturulmasına izin vermektedir Yine aynı
preprocessr iccedilinde hesaplama iccedilin gerekli olan sonlu elemanlar modeli yani mesh de
oluşturulmaktadır Yuumlklerin tanımlanmasından sonra ve gerccedilekleştirilen analiz
neticesinde sonuccedillar sayısal ve grafiksel olarak elde edilebilir
ANSYS yazılımı ile oumlzellikle contact algoritmalarının ccedileşitliliği zamana bağımlı
yuumlkleme oumlzellikleri ve nonlinear malzeme modelleri sayesinde yuumlksek muumlhendislik
seviyedeki analizleri hızlı guumlvenilir ve pratik bir şekilde gerccedilekleştirilebilmektedir
ANSYS Workbench parametrik CAD sistemlerini eşsiz bir otomasyon ve performans
ile simulasyon teknolojilerini entegre eden bir platformdur ANSYS Workbenchrsquoin
guumlcuuml yılların bilgi birikimi ile arkasında duran ANSYS ccediloumlzuumlcuuml algoritmalarından gelir
Ayrıca ANSYS Workbenchrsquoin amacı sanal ortamda uumlruumlnuumln verifikasyonunu ve
iyileştirmesini sağlamaktır
Oumlzellikle PC ile uyumluluğun uumlst seviyede olabilmesi iccedilin yazılmış olan ANSYS
Workbench sadece bir arayuumlzden ileri bir ccedilalışma ortamındır ve ANSYS Workbench
ile herhangi bir ANSYS lisansına sahip herkes ccedilalışabilir Aynı alışılagelmiş ANSYS
arabiriminde olduğu gibi ANSYS Workbenchrsquode de kapasiteler sahip olunan lisansın
doğrultusunda sınırlıdır (URL9)
27
ANSYS programının bu oumlzelliklerinden dolayı programı kullanmaya karar verdik
Ansys programının oumlncellikle akışkan mekaniği ve dinamiğinde kullanılan iki ayrı
boumlluumlmuuml bulunmaktadır Bu boumlluumlmler Fluent ve CFX boumlluumlmleridir Bizim
kullandığımız boumlluumlm ise ANSYS CFX boumlluumlmuumlduumlr
33 MEVCUT FAN UumlZERİNDE YAPILAN ANALİZLER
ANSY projesinde oumlncelikle CFX kısmını kullanıldı Ccediluumlnkuuml ANSYS programında
CFX ve Fluent programı hesaplamalı akışkanlar dinamiği iccedilin kullanılmaktadır Ancak
ANSYS CFX turbo makinalar iccedilin kullanıldığından oumlnceden de goumlsterildiği gibi bir
nod alırken huumlcrelerin orta noktalarından nod hesabı yaptığı iccedilin verdiği değerler fan
analizi iccedilin daha iyi bir yakınsama goumlsterir Bu sebeple ANSYS CFX kısmı kullanıldı
İlk olarak mevcut fan uumlzerinde ccedileşitli incelemeler yapıldı
Mevcut fan uumlzerinde 10 kanat var iken suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilok fazla olduğu saptandı
Bunun uumlzerine motorun akışını kolaylaştırma yoluna gidildi
Havayı oluklara daha iyi aktarabilecek kısım fanın kanat boyu olduğu iccedilin fanın
kanatlarının uzunluğunda değişiklik yapılmasına karar verildi
Fandan ccedilekilen debi miktarı ve tork değerlerini tam alabilmek ve mevcut fanın
verimini oumllccedilebilmek iccedilin oumlncelikle esas oumllccediluumllerine goumlre ccedilizilen fan ANSYS
programına aktarıldı File gt Import gt Design Moduler şeklinde SolidWorksrsquo ten
ANSYS programına aktarıldı
Şekil 19 SolidWorksrsquo ten İmport Etmek
28
Fanın ccedilevresinde akış hacmi oluşturmak iccedilin katı modelin ccedilevresindeki hava
modellenir
331 Geometri
Oluşturulan akış hacminde havanın giriş ve ccedilıkış kısımları İnlet-Outlet şeklinde
belirtilir
Analys tools komutlarından xy duumlzleminde halka oluşturulur
Burada modeling kısmı 3 boyutlu işlem yapacağı zaman seccedililen kısımdır
Aşağıdaki şekilde de goumlruumlleceği uumlzere
Şekil 20 Akış Alanı Belirleme
Burada exturude komutuyla birlikte oluşturulacak akış hacminin kaccedil mm
uzatılacağı belirtilir Hepsini bir buumltuumln haline getirmemek iccedilin lsquovar olanla
birleştirilsin mirsquo sorusuna hayır denilir
Daha sonra ccedilevresine yayılan boşluk iccedilin Outlet tanımlaması yapılır
Bu işlemleri gerccedilekleştirdikten sonra kesit gerekir İlk oumlnce plane (duumlzlem)
belirlenir Bunun iccedilin hangi duumlzlemi seccedililecek ise (oumlrneğin xy) onu seccedilip plane
tıklanır Plane boumllgesinden ne kadar uzakta olacağı belirlenir Biz de değer 34 mmrsquo
dir Ccediluumlnkuuml kanatların boyu 31 mm olduğundan mesh atamada sorun ccedilıkmaması
29
iccedilin 34 mm uzaklıkta bir plane atanır Bu Planersquoi slice komutuyla keserek 3 farklı
boumllge oluşturulmuş olur
Akışkan hacmini oluşturmak iccedilin dolu olan kısımlar belirlenip ona goumlre hareket
edilir Bunun iccedilinde milin iccedilini dolu kabul edilir
Akışkan hacmi iccedilin yapılan bir diğer işlem ise oluşturulan hacimden fanın hacmini
booelangt substrack komutları ile akışkan hacminin bulunmasıdır
Mevcut fanın uumlzerine sağ tıklanarak ve suppress body komutu seccedililir Boumlylelikle
fanı gizleyerek sadece akışkan hacmi goumlruumlluumlr
Daha sonra oluşan parccedilaların arasında boşluk olmaması iccedilin ve bağlantı sağlamak
iccedilin part kısımlarını seccedililerek sağ tıklanır from new part seccedililir
Şekil 21 Slice Komutu ile Boumllgelere Ayırma
30
Şekil 22 Parccedilalar Arası Bağlantının Sağlandığı FromNew Part Boumlluumlmuuml
Mesh kısmını suumlruumlkleyip project schematic boumlluumlme bırakılır Bu boumlluumlmde geometri
onaylanır ve en altta bulunan meshrsquoe tıklanır
332 Sayısal Ağ Oluşturma (Mesh)
Şekil 23 Mesh oluşturma
31
Şekil 24 Mesh Geometrisi
Sonlu sayıda hacimle ccedilalışıldığından sonlu sayıda hacime boumllmek gerekir Sonlu
sayıda hacime boumlluumlnen kısımlar farklı farklı olabilir
Bu huumlcreler kapsadığı alanın oumlzelliklerini yansıtır Bunların ccedilevresindeki nodlar
bunların ortalaması ile belli bir oumlzelliğe sahip olmuş olur
Bu huumlcrelerin arttırılması yani ayrıştırmaların ccediloğaltılması ne kadar fazla olursa o
kadar yakınsama olur ve ccediloumlzuumlm iyileşir
Ancak sayısal ağ ccedilok fazla attırıldığında ccediloumlzuumlm suumlresi ccedilok fazla artacağından
ekonomik değildir
Bu sebepten dolayı mesh ( ayrıştırma) atarken akışkanın en fazla değişim
goumlstereceği kısımlarda daha fazla sayısal ağ oluşturulur Boumlylelikle daha iyi bir
yakınsama elde edilir Akışkanın değişim goumlstereceği yerler genellikle yuumlzeylerle
temas edilen kısımlardır Mevcut fanın analizin de orta kısımlarda pek fazla
değişiklik olmaz Bu nedenle sınırlara yakın kısımlara daha fazla ağ oluşturulur
Detail of Mesh kısmından hangi kısımlarda ne kadar buumlyuumlkluumlkte mesh
atılabileceğine bakılır
32
Detail of Mesh kısmından Phsics preference kısmı seccedililerek CFDrsquoi seccedililir Solver
Preference kısmından ise CFXrsquoi seccedilip devam edilir
Analiz yaparken belirlenmesi gereken kısımlar vardır Bunun iccedilin diğer kısımlar
seccedililerek hide body seccedililerek kapatılır ve select all body seccedililerek kanatlara isim
verilir
Şekil 25 Mesh İsimlendirme
Akışkanın girişine inlet ccedilıkışına outlet denilir
Mesh atımında minimum yakalayacağı huumlcreler ile maksimum yakalayacağı
huumlcrelerin milimetre hesabı oumlnemlidir Bu yuumlzden kanadın kalınlığı 25 mm olduğu
iccedilin 2 mmrsquo den az olan huumlcre belirlenir Maksimum 15 mmrsquo den buumlyuumlk huumlcreler
olması duumlşuumlnuumllerek analizin yakınsaması sağlandı
Meshrsquoi tıklayıp oradan insert size kısmın da bulunan isimlerde kanatlar seccedililir
Kanatlara maksimum 3 mm buumlyuumlkluumlk seccedililir Devamında ise kanatları hide face
komutuyla gizlenir ve geriye kalan kısımlar iccedilin sizing iccedilin yine 3 mm verilir
Daha sonra kanat ve ccedilevresine ccedilizilen akış hacmi seccedililerek tekrar size kısmından
buumltuumlnuumlne 8 mm verilir Bu kısım iccedilin mesh atanır Yuumlzeyler seccedililerek Preview
Surface Mesh on Selected Bodies denilir ve mesh işlemi tamamlanmış olur
33
Şekil 26 Meshrsquo in Goumlsterimi
Ancak mesh işleminde silindirik yuumlzeylerde sweep komutuyla daha kolay mesh
atılabileceği iccedilin istenen yuumlzey iccedilin sağ tıklayıp İnsertgt Method gtSweep Number
Divs komutlarından kaccedil sıra mesh atılacağı belirlenir 20 sıra vererek mesh atıldı
Suumlpuumlrme işlemi ile mesh atarken hangi yuumlzeyi kaynak olarak alınacağı da
boumlylelikle belirlenmiş olur
Mesh sayfasını kapatıp daha sonrasında workbench kısmında meshin uumlzerine cfx
kısmını bırakılır
Mesh setupgt solutiongt results dan sonuccedillar elde edilir
Daha sonra geometry design da motorun kapağına uygun bir sınır belirlenerek
analiz yapılır
Geometriyi duumlzenlenerek CFXrsquo e aktarılır
Daha oumlncesinde de bahsedildiği uumlzere ANSYS de CFX kullanıldı CFX
kullanılmasının bir diğer sebebi de CFXrsquo in fan konusunda ANSYSlsquo in mesh
kısmından daha bağımsız ve daha hassas olmasıdır
Yapılan isimlendirmeler tekrar kontrol edilir Her farklı işlev iccedilin farklı
isimlendirme yapmak ccedilok oumlnemlidir boumlylece havanın nereden girip ne şekilde
ccedilıkacağını isimlendirmelerden goumlruumllebilir Ve bu isimlendirmeler iccedilin ayrı ayrı kod
yazılır
34
333 Sınır Şartları
Şekil 27 Sınır Şartlarının Belirlenmiş Hali
ANSYS setup kısmında Insert gt Solver gt Output Control komutları seccedililerek code
yazılır MassFlow ()inlet gt Torque_z()kanatlar olarak giriş kısmının kuumltlesel
debisi iccedilin komut yazılır
Ayrıca Insert gt Material kısmından sıcaklığı 25reg basıncı 1 atm entalpi değerini 0
olarak şartları belirlenir
Malzemenin kapak kısmı ccedilelik olarak belirlenir
Solver Control kısmından high resuluiton seccedililerek ccediloumlzuumlmuumln kalitesi arttırılır
Solver Control kısmından Residual Target artık tipini RMS olarak ve onun
yakınsama sınırı 10-5 belirlenir Rms elemanların karelerinin koumlkuumlnuuml alarak
ortalamasını alan youmlntemdir
Yine Solver Control kısmından minimum iterasyonu 1 maksimum İterasyonu ise
500 verilir
İnlet kısmı belirlenirken Boundary Type ( sınır şartları) opening olarak seccedililir
Opening verilmesindeki amaccedil akışkanların iccedileriden girip dışarıya ccedilıkışlarının
sağlanmasıdır Aksi halde ccediloumlzuumlmuumln yakınsamasın da sorunlar oluşabilir Opening
şartında ayrıca akışkan daha ccedilabuk toparlanır ve analiz daha kolaylaşır
Flow Direction komutunda normal sınır şartları belirlenir
Suumlreklilik şartı olarak da Fluid Mass Fluxrsquou seccedililir Bunun yanında sınır kontuumlruuml
iccedilin bağıl basınccedil ayarlarını seccedililir Aynı şekilde outlet iccedilin de aynı ayarlar yapılır
35
Domaine basılıp kapak kısımları ve motor kısımları seccedililir Bu dış kısımları duvar
olarak belirlenir ve duvar hareket edemeyeceğinden No Slip Wall seccedileneği olarak
belirtilir Duvarları suumlrtuumlnmesiz olduğu varsayılıyor
Fan ve kanatlar kısmında Boundry Type olarak Wall olarak belirleyip Frame type
gt rotating (doumlnuumlyor) belirtilir
Ccediloumlzuumlm metodu olarak RNG k-euro modeli kullanılır
Şekil 28 Setup Koşulların Belirlenmesi
334 Ccediloumlzuumlm - Sonuccedillar
Setup kısmını kapatılarak solution ekranı ccedilift tıklanarak ccedilıkan ekran da RUN seccedililerek
ccediloumlzme işlemi başlatılmış olur
Ccediloumlzme işlemi bittiğinde results kısmından sonuccedillar goumlruumlntuumllenebilir
36
Şekil 29 Akışın Youmlnelişi
Şekil 30 Debi Sonucu
37
34 YENİ FAN TASARIMI
341 Fan Tasarımı İccedilin Kabuller
Havanın sıkıştırılamaz olduğunu kabul edildi Havanın sıkıştırılmaz olduğu
varsayılarak yoğunluğu değişmez ve 12 kgm3 olarak kabul edilir
Ccediloumlzuumlmde suumlrtuumlnmeler ve ısı kayıpları ihmal edilir Ccediluumlnkuuml bu değerlerin
hesaplanması ccedilok uzun suumlreceği iccedilin ccediloumlzuumlm youmlntemi iccedilin ekonomik olmaz
Gerccedilekle arasında ccedilok buumlyuumlk bir fark olmayacağı varsayılmıştır
Verimi arttırmak iccedilin orijinal fanın analizinden elde edilen tork değeri duumlşuumlk
tutulmaya ccedilalışılmıştır
Motorun tek bir youmlne doumlneceği duumlşuumlnuumllmuumlştuumlr
342 Fan Tasarım Parametreleri
Bir fan tasarımında belli başlı kriterleri ele alabilmek iccedilin mevcut fan uumlzerinden
değerler bulundu
Tablo 7 Mevcut Fanın Oumlzellikleri
Devir Sayısı ( ddk) r hub (mm) rtip (mm)
1498 25 77
Radyal hız hesaplandığında w= 15687 radsn bulunmuştur r hub diye isimlendirilen
kısım fanın giriş accedilısı iccedilin gerekli olan kanadın başlangıcı ile milin merkezi arasındaki
uzaklıktır r tip ise fan kanadının bitiş noktası ile mil merkezi arasındaki uzaklığın
yarıccedilap cinsinden ifadesi olmaktadır
38
Fan kanat tasarımında oumlnemli olan w (accedilısal hız)hızının kanatlara ne kadar dik
gelebildiğidir Bu kanat hacmine ne kadar iyi bir şekilde gelirse akışkan o denli iyi
akabilir ve kanat profili oluşur
U_hub= w (radsn) x r hub
U_tip = w x r tip
Beta = arctan(vu)
A_inlet= (r tip 1000)sup2π ndash r hub 1000)sup2π
Verim= (Q x P) (TxW)
V (akışın mutlak hızı)= Debi Alan
Tablo 8 Sonuccedil olarak elde edilen değerler
r_h (mm) 25 r_t (mm) 77 r_h (mm) 50 r_t (mm) 80
U_h (ms) 3927 U_t (ms) 1209516 U_h (ms) 7854 U_t (ms) 125664
A_in (m^2) 0016663 A_out (m^2)0012252
V_in (ms) 2350516 V_out 3196702
beta_h 5909726 beta_t 7900249 beta_h 678529 beta_t 7572755
giriş ccedilıkış
Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları
Bu değerlere goumlre BladeGende yeni bir kanat profili oluşturulur
r tip
r hub
Şekil 31 Fan Kanatlarının Accedilısı
39
Şekil 32 BladeGen Kanat Profili
Oluşturduğumuz bu geometriye daha oumlnceki boumlluumlmde bahsedilen fana yapılan adımlar
uygulandı (Yeni oluşturulan fanın geometrik deseni ektedir)
40
3421 Geometri
Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi
3422 Sayısal Ağ Oluşturma
Şekil 34 Yeni Fan Tasarımının Sayısal Ağ Oluşturulması
41
3423 Ccediloumlzuumlm
Şekil 35 Tasarımı Yapılan Fanın Verimi
Accumulated Time Step sayısı iterasyonu goumlstermektedir Daha fazla yakınsama iccedilin
daha fazla koşturulabilir
42
Şekil 36 Tasarımı Yapılan Fanın Torku
43
3423 Sonuccedillar
Şekil 37 Akışın Youmlnelişi
Bu kısımda verimi arttırabilmek iccedilin tork azaltılmaya ccedilalışıldı Boumlylece kanatlara
harcanan toplam guumlccedil azaltılarak iyileştirmeler yapıldı
44
Kanadın iş yapan kısmını arttırarak orijinal fanda kanadın suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilapı
154 mm iken yeni fan da 160 mmrsquoye ccedilıkarıldı
Kanatlar daha eğimli ama daha eksenel bir forma getirildi
Bu motorda toplam guumlccedil iccedilin 60 watt olduğunda yaklaşık 6 wattrsquo lık guumlccedil fan iccedilin
harcanıyordu Fanın verimliliği ccedilok oumlnemli olduğu iccedilin debiyi sabit tutulmaya
torku da duumlşuumlruumllmeye ccedilalışıldı
Tablo 9 ANSYSrsquo de Elde Edilen Deneyler
tork(Nm) w(radsn) m(kgs)
Orijinal Fan 00393645 15687 0048168
Yeni Fan 00043869 15687 0032261
Goumlruumllduumlğuuml gibi tork buumlyuumlk oranda duumlşmuumlş ancak onunla birlikte debi de biraz
duumlşmuumlştuumlr
343 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanması
Motorun arka ve oumln kısımlarına sırt sırta fan bağlayarak havanın akışını hızlandırma
ve soğutmayı arttırma işlemi amaccedillandı Gerccedilek boyutlarda uygulamadan oumlnce fanı
motor şeklini verilen kısım da tek başına analiz yapıldı Verimli bir sonuccedil alabilmek
iccedilin ikili fan deneyi yapıldı
3431 Geometri
Şekil 38 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Geometrisi
45
3432 Sayısal Ağ Oluşturma
Şekil 39 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Sayısal Ağ
Oluşturulması
Yapılan analiz de goumlzlemlenen sonuccedillar şunlardır
Bir motorun etrafında sınırlayıcı bir alan olmadığı iccedilin sınır şartları olarak setup
kısmında yine havayı 1 atm basınccedil olarak alınır Eğer sınırlayıcı bir alan olsaydı
oluklardan hava akışı doğrudan motorun arka kısmına gelecekti Ccedilıkış noktasına ise
kapak yerleştirildi giriş noktasında atmosfer ccedilıkışı ise kapak olarak sınırlandı
3433 Kod Ccediloumlzuumlmuuml
Debi ndash 000064 mᵌ sn olarak ccedilıktı Motorun hava ccedilıkış kısmına fan bağlamanın verimli
olmadığı sonucuna varıldı Oumlnceden oluşturulan oluklardaki 1cmrsquolik aralıklarla
havanın geniş bir alana gitmesi ccedilok zordur Ve bu akışı goumlnderebilmek iccedilin fazladan
basınccedil uygulanması gerekir Bu sebepler debinin duumlşmesine sebep olmuştur
46
Şekil 40 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Ccediloumlzuumlmuuml
47
BOumlLUumlM 4 SONUCcedilLAR
Verim= (Alınan Guumlccedil Verilen Guumlccedil)= (∆P x Q) (T x ὠ)
A_inlet = (r_tip)2 1000 - (r_hub)21000
A_outlet =( U_h1000)2 - (U-t1000)2
U= ὠ x r
Fan hesaplarıdan debi değeri ve tork değeri duumlşmuumlştuumlr Aşağıda yeni fanımızın verimi
yukarıdaki formuumlllere goumlre excelde hesaplanmıştır
tork(Nm) w(radsn) ṁ(kgm^3) verim deltap (Pa)
Orijinal Fan 00393645 15687 00391 60152783 95
Yeni Fan 00043869 15687 0039167 54068744
Tabloda da goumlruumllduumlğuuml uumlzere eski fanın oumlzelliklerine bakılarak hız uumlccedilgeni youmlntemiyle
oluşturulan yeni fan 540 verimli ccedilıkmıştır
Motorun oumln kısmın koyduğumuz fanda ise dar oluklardan buumlyuumlk bir hacime giriş
yaptığı iccedilin tek youmlnluuml analizde kuumltlesel debi negatif değerde ccedilıkmıştır
(Kuumltlesel debi) ṁ=ƍ( oumlzkuumltle) x A(alan) x V( akışkan hızı)=kgsn ndash Formuluumlnden
dolayı verimin hesaplanmasına gerek yoktur
48
BOumlLUumlM 5 EKLER
EK1- MEVCUT FAN
EK2- YENİ FAN
49
KAYNAKCcedilA
Baykal R 2011 Asenkron Motorlar Uumlzerine Enerjiİ Verimliliği Uygulanması
Yayın Tarihi 15032011
Ccedilalışkan M 2014 Eksenel Akışlı Fan Tasarımı Yuumlksek Lisans İstanbul Teknik
Uumlniversitesi TUumlRKİYE
Moavani S 2015 Sonlu Elemanlar Analizi Teorisi ve Ansys ile Uygulamalar
İstanbul
Onaygil S 2006 Enerji Verimliliği Kanunun Tanıtımı Yuumlksek Lisans
URL1 lthttpdeneysancomContentimagesdocumentshavalandirma-
4_39143832pdfgt Erişim Tarihi 12032016
URL2 lt httpwwweiegovtrgt Erişim Tarihi 20042016
URL3 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi
12052016
URL4 ltwwwtuumlikgovtrgt Erişim Tarihi 14052016
URL5 ltwwwemoorgtrekler364734147179187_ekpdfgt Erişim Tarihi 16052016
URL6 ltwwwinverter-plcnetmotoryıldız_uumlccedilgen_bağlantıhtmlgt Erişim Tarihi
18052016
URL7 ltwwweiegovtreie-webturkceenMotor_Verimliligi_Brosurupdfgt Erişim
Tarihi 20052016
URL8 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi
07062016
URL9 ltwwwfigescomtransysansys-nedirphpgt Erişim Tarihi 09062016
50
OumlZGECcedilMİŞLER
Elif CcedilİCcedilEK
Eyluumll 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Duumlzce Anadolu İmamhatip Lisesinde
tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi İlahiyat Fakuumlltesirsquoni kazandı 2012 yılında
Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine
başladı Halen eğitimine devam etmektedir
İletişim
apsuvaelifhotmailcom
Nesrin ALTUNBOĞA
Ağustos 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Haydarpaşa Teknik Okulları Raylı
Sistemler Teknolojileri Boumlluumlmuumlnuuml tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi
Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Boumlluumlmuumlnuuml kazandı Halen eğitimine
devam etmektedir
İletişim
naltunbogagmailcom
Rumeysa ALGUumlL
Ekim 1992rsquo de Konyarsquoda doğdu Lise oumlğrenimini Lafarge Aslan Ccedilimento Anadolu
Teknik Lisesirsquonde 2010 yılında tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi Teknoloji
Fakuumlltesi Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliğini kazandı 2013 yılında Teknoloji
Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine başladı Halen eğitimine devam
etmektedir
İletişim
rumeysaalgulgmailcom
51
52
6
Şekil 3 Talep Tarafında Elektrik Kullanımı
VERİMİN OumlNEMİ
Asenkron motorlarda ccedileşitli verimlilik sınıfları mevcuttur Avrupa Elektrik Makineleri
Uumlreticileri Komitesi (CEMEP) ve Avrupa Komisyonunun 28 Haziran 1999 tarihli
deklarasyonu motorları verim sınıflarına goumlre ayırmıştır Yuumlksek Verimli motorlar
(EFF1) verimi iyileştirilmiş motorlar (EFF2) ve duumlşuumlk verimli motorlar (EFF3)
CEMEP‟ in bu deklarasyonunu takiben motor uumlreticileri ile yaptığı goumlnuumllluuml anlaşmalar
ile duumlşuumlk verimli motor (EFF3) uumlretimini kısıtlama yoluna gitmiştir Bunun yanı sıra
Duumlnyada artan enerji talebi ile birlikte birccedilok uumllke goumlnuumllluuml ya da zorunlu olarak daha
yuumlksek verimli motor kullanımını sağlamaya ccedilalışmıştır (Onaygil 2006)
Verimlilik sınıflarına 2008 yılında yenilik getirilmiştir Bu yenilik IEC( Uluslararası
Elektronik Komisyonu) tarafından yayımlanmıştır CENELEC tarafından da 2009
yılında Avrupa normu haline gelmiştir 2010 yılında da TSE tarafından kabul
edilmiştir Bu yenilik verimlilik sınıflarına getirilen IE1 IE2 IE3 IE4 şeklinde olan
tanımlamalardır Bu tanımlamalarda IE1= EFF2 olup IE2=EFF1rsquo in karşılığıdır
IE1= STANDART VERİMLİ
IE2= YUumlKSEK VERİMLİ
IE3=CcedilOK YUumlKSEK VERİMLİ
IE4=SUumlPER YUumlKSEK CcedilOK VERİMLİ
Şeklinde sınıflandırılmıştır
AYDINLATMA19
DİĞER ELEKTRİK MOTORLARI
4
ASENKRON MOTORLAR
36
DİĞER3
ELEKTRONİK ALETLER
8
ISITMA15
EV GERECcedilLERİ15
7
2014 yılında TS- EN 60034-30 standardı doğrudan şebekeden beslenen motorlar ve değişken
hız suumlruumlcuumlluuml motorlar olmak uumlzere iki kısma ayrılmıştır Şebeke tarafından doğrudan beslenen
motorlar iccedilin verimlilik sınıflarını tayin eden başka bir standart koyulmuştur TS-EN 60034-
30-1 standardıdır Bu standart faklı olarak 012- 1000 kW guumlccedil aralığını kapsamakta ve IE4
verimlilik sınıfını da tanıtmaktadır Ayrıca 8 kutuplu motorlar da bu kapsama alınmıştır
Henuumlz TS- EN 60034- 30- 2 sınıfı yayınlanmamıştır
Şekil 4 TS-EN 60034-30-1 Standardına Goumlre Verimlilik Sınıfları
151 Mevzuat
Elektrik motorları hususunda ilk yasal duumlzenleme Avrupa Birliğinin Elektrik Motorları
ile İlgili Ccedilevreye Duyarlı Tasarım Gereklerine Dair EC6402009 sayılı tuumlzuumlğuumlduumlr
Beraberinde 4703 sayılı Uumlruumlnlere İlişkin Teknik Mevzuatın Hazırlanması ve
Uygulanmasına Dair Kanunun 14 uumlncuuml maddesine dayanılarak hazırlanan Enerji ile
İlgili Uumlruumlnlerin Ccedilevreye Duyarlı Tasarımına İlişkin Youmlnetmelik 2010 yılında
yuumlruumlrluumlğe girmiştir Daha sonra 2012 yılında EC6402009 referans alınarak
hazırlanan ve uyumlaştırılan SGM- 20122 Elektrik Motorları İle İlgili Ccedilevreye
Duyarlı Tasarım Gereklerine Dair Tebliğ yayımlanarak ulusal mevzuata
kazandırılmıştır
Bu tebliğ ile 2 4 6 kutuplu anma gerilimi en fazla 100 (UN) en fazla 1000 V olan
anma ccedilıkış guumlcuuml (PN) 075 kW ile 375 kW arasında olan ve suumlrekli ccedilalışacak şekilde
100
90
80
70 012 24 48 960
IE1 IE2 IE3 IE4
8
tasarlanmış tek hızlı 3 fazlı 50 Hz veya 5060 Hz sincap kafesli enduumlksiyon motorları
denetim kapsama alınmış bulunmaktadır
Bu tebliğde oumlnemli bir diğer husus ise uygulamaya youmlnelik olan zorunluluklardır
Onlar şunlardır IE1 sınıfı verimlilikte olan motorların piyasaya arz edilmesinin
yasaklanması ve diğer verimlilik sınıfına geccediliş suumlrecinin tanımlanmasıdır
Tablo 4 Başlıca Uumllkelerin Verimlilik Sınıfı Uygulama Tarihleri
BOumlLGE IE1 IE2 IE3
ABD - 1998 2011
AB - 2011 2015
PRC 2000 2011 2015
TUumlRKİYE - 2012 2015
Bunun dışında 01012015 tarihinden itibaren anma ccedilıkış guumlcuuml 75 kW ile 375 kW
arasında olan motorların veriminin IE3 verim seviyesinden duumlşuumlk olmayacağını veya
piyasaya arz edilen motorların IE2 verim seviyesini karşılayacak ve değişken hızlı
tahrikle teccedilhiz edilmesi gerektiğini bildirmektedir (URL5)
Tablo 5 Tuumlrkiyersquo de Zorunlu Uygulamaya Geccediliş Suumlreci
Sınıfı Zorunlu Yuumlruumlrluumlk
Tarihi
Accedilıklama (İstisnalar)
IE1 02042012 2 Nisan 2012 tarihinden itibaren piyasaya suumlruumllmesi
yasaklanmıştır
IE2 02042012 01012015 tarihine kadar kullanılabilecektir
IE3 01012015 Değişken hızlı tahrikle teccedilhiz edilmesi halinde IE2 verim
seviyesi kullanılabilecek (75 kW - 375 kW)
IE3 01012017 Değişken hızlı tahrikle teccedilhiz edilmesi halinde IE2 verim
seviyesi kullanılabilecek (075 kW - 375 kW)
9
16 MOTOR VERİMİNİ ETKİLEYEN FAKTOumlRLER
161 Verim
Bir elektrik motorunun bağlı bulunduğu şebekeden ccedilektiği enerjinin tamamı mekanik
enerjiye doumlnuumlşmez Elektrik motorunun milinden aldığı faydalı guumlccedil şebekeden ccedilektiği
guumlccedilten kayıp guumlccedillerin ccedilıkmış halidir
Asenkron motorun şebekeden ccedilektiği guumlcuumln yuumlzde kaccedilının motorun milinden mekanik
guumlccedil olarak alındığını verim goumlsterir
Verim= ((Alınan G ) (Verilen Guumlccedil))x100
ή= (PaPv)x100
Verilen guumlccedil ile alınan guumlccedil arasındaki fark toplam kayıplardır Asenkron motorlarda
kayıplar stator demir kaybı stator ve rotor bakır kayıpları ile rotorun suumlrtuumlnme ve
ruumlzgacircr kaybından ibarettir
DEMİR
KAYIPLARI
GOumlVDE
STATOR
DİRENCİ
ROTOR
DİRENCİ
RUumlZGAR
SUumlRTUumlNME
DİRENCİ
EK
KAYIPLA
Şekil 5 Motor Verimini Etkileyen Faktoumlrler
10
162 Kayıplar
Demir Kayıpları
Bakır Kayıpları
Suumlrtuumlnme Kayıpları
1621 Demir Kayıpları
Demir kayıpları stator ve rotor saccedillarında meydana gelen histerezis ve fuko
kayıplarıdır Bu kayıplar frekans ve manyetik enduumlksiyon ile oranlıdır
Stator demir kayıpları stator frekansı sabit olduğuna goumlre değişmemektedir Yalnız
rotor demir kayıpları rotor frekansı ile değişir Ancak boş ve yuumlkluuml ccedilalışmada rotor
frekansı ccedilok kuumlccediluumlktuumlr Bu sebeple rotor demir kayıpları ccedilok kuumlccediluumlk olur ve ihmal
edilebilir 0 halde bir asenkron motorun demir kayıpları stator demir kayıplarına
eşittir denebilir Stator frekansı sabit olduğundan demir kayıpları da buumltuumln yuumlkler iccedilin
sabittir
1622 Bakır Kayıpları
Asenkron motorlarda stator ve rotor omik direnccedillerinden dolayı I12R1 ve I2
2R2
değerinde bakır kayıpları meydana gelir Bakır kayıpları sargı direnccedilleri sabit
olduğuna goumlre yuumlk akımları I1 ve I2 lsquonin karesi ile değişir Şu halde bu kayıplar
yuumlkle değişen kayıplardır
Rotor ve stator bakır kayıplarını bulabilmek iccedilin akım ve direnccedillerin bilinmesi gerekir
Genel olarak bakır kayıpları motorun kısa devre deneyinden tuumlm olarak hesaplanır
1623 Ruumlzgar ve Suumlrtuumlnme Kayıpları
Asenkron motorlarda suumlrtuumlnme ve ruumlzgacircr kayıpları devir sayısı ile biraz değişirse
de bu değişim ccedilok az olduğu iccedilin sabit kabul edilebilir Suumlrtuumlnme ve ruumlzgacircr
kayıpları boş ccedilalışma deneyinde demir kayıpları ile birlikte bulunur Demir
kayıpları ile ruumlzgacircr ve suumlrtuumlnme kayıplarına sabit kayıplar denir
11
BOumlLUumlM 2 MATERYAL VE YOumlNTEM
21 ASENKRON MOTORLAR
Asenkron motorlar başlıca iki kısımdan oluşur
Hareket etmeyen kısım Stator
Doumlnme hareketi yapan kısım Rotor
Asenkron makineler motor olarak stator sargıları ile aldığı elektrik enerjisini
rotorundan doumlnme hareketi yaparak mekanik enerjiye ccedileviren ve generatoumlr olarak
rotorundan aldığı doumlnme hareketi mekanik enerjisini bazı koşullar altında stator
sargılarında elektrik enerjisine ccedileviren elektromekanik makinelerdir
Motor olarak birkaccedil Wattrsquotan 300 MW guumlcuumlne kadar uumlretilmektedir Generatoumlr olarak
az kullanılmakla beraber son zamanlarda ruumlzgacircr enerjisinden elektrik enerjisi elde
etmek amacı ile ruumlzgacircr tuumlrbini ile birlikte ccedilalışmaktadırlar
Stator sargı gerilimleri alccedilak gerilim 220Vdan orta gerilim 22kVa kadar
değişmektedir Doumlnme sayıları sabit değildir fakat doumlnme sayısı yuumlkle az değişir
Doumlnen diğer elektrik makinelerine kıyasla daha sağlam daha az bakım isteyen ve daha
ucuz makinelerdir Son yıllarda yarı iletken guumlccedil elektroniğindeki teknolojik
gelişmeler ile asenkron makinelerin kontroluuml kolayca yapılabilmektedir (Baykal
2011)
Şekil 6 Kuumlccediluumlk Guumlccedilluuml Uumlccedil fazlı Sincap Kafesli Asenkron Motorun Kesiti
12
22 ASENKRON MAKİNALARIN YAPISI
Asenkron makineler başlıca iki kısımdan oluşmaktadır Bunlar
Stator
Rotor
Şekil 7 Stator Saccedil Paketini Oluşturulmuş Farklı Tipte Statorlar
221 Stator
Stator Asenkron motorun duran kısmıdır 04 - 05 veya 08 mm kalınlığında silisyumlu
saccedillar oumlzel kalıplarla preste basılır ve paketlenir Stator saccedilları paketlenince uumlccedil fazlı
sargıların yerleştirileceği stator nuumlvesi elde edilir Bu nuumlve stator goumlvdesinin iccediline
sıkıca yerleştirilir Goumlvdeye motorun ayakları monte edilir Goumlvdeye motor kapaklan
takılır motor kapaklan ortalarındaki bilyeli yataklar statorun ortasında doumlnecek olan
rotora yataklık ederler
1Halkalı Duumlzen Kuumlccediluumlk ve orta guumlccedilteki makinelerde uygulanan bu konstruumlksiyon
şeklinde saccedil paket ya karkas dışında istiflenerek uzun saplamalarla kendi uumlzerine
sıkılır yada saccedil levhalar karkas iccedilinde istiflenir
2 Segmanlı Duumlzen Bu duumlzende saccedil paketi daima karkas tarafından gergin durumda
tutulur Segmanlı duumlzende saccedil paketi rijitli halkalı duumlzendekine oranla da az
olduğundan burada seccedililecek olan karkasın daha kuvvetli olması gerekir (Baykal
2011)
13
222 Rotor
Rotor Asenkron motorun doumlnen kısmıdır ve rotor saccedil paketi ile rotor sargılarından
oluşur Rotor saccedil paketi 05 mm‟lik silisyumlu saccedillardan yapılır Saccedilların yuumlzeyleri
ccedilok ince bir film tabakası ile yalıtılmıştır Saccedillar oumlzel kalıplarda pres altında oluk
dişler ve sıkıştırma cıvata delikleri oluşacak şekilde saccedil şeritlerden kesilerek ccedilıkartılır
Saccedillar bir araya getirilerek pres altında sıkıştırılır ve cıvatalarla bu halde kalması
sağlanır
Diğer doumlnen elektrik makinelerine goumlre stator ile rotor arasında kalan hava aralığı ccedilok
kuumlccediluumlktuumlr Motorun guumlcuumlne goumlre hava aralığının radyal boyu 05 - 1 - 3 mm kadar
olabilir Boumlylesine kuumlccediluumlk bir hava aralığı boşta ccedilalışma akımını kuumlccediluumlk tutmak iccedilin
yapılır Rotor olukları motorun elektrik karakteristiklerini etkileyen değişik biccedilimlerde
yapılır Rotor oluklarına rotor sargıları yerleştirilir
Şekil 8 Rotor Saccedil Paketini Oluşturan Değişik Rotor Saccedilları
Rotor sargıları uumlccedil fazlı olarak ya da sincap kafesli olarak yapılır Rotoru sargılı olan
ve sargı uccedilları doumlnen bilezik-sabit fırccedila ile dışarı ccedilıkartılan motorlara bilezikli asenkron
motor denir Sincap kafesli motorlarda rotor oluklarına bakır ccedilubuklar yerleştirilir Bu
ccedilubuklar her iki baştan dairesel halkalarla kısa devre edilerek sincap kafesine
benzeyen kendi uumlzerine kapatılmış bir sargı elde edilir Sincap kafesli motor sargısı
oumlzel kalıplarla rotor oyuklarına basınccedil altında aluumlminyum puumlskuumlrtuumllerek uumlretilir
Boumlylece uumlretilen rotor sincap kafesi aluumlminyumdan yapılmış olur
Sincap kafesli asenkron motorun rotorundan hiccedilbir uccedil ccedilıkmadığı iccedilin bu motorun
kontroluuml sadece statordaki elektrik uccedillarından yapılabilmektedir Oysa bilezikli
asenkron motorun rotor sargı uccedilları bilezik ve fırccedila sistemi ile dışarı ccedilıkarıldığından
14
bu motorun kontroluuml hem stator sargı uccedillarından ve hem de rotor sargı uccedillarından
yapılabilmektedir
Sincap kafesli motorun rotor sargısı buumlyuumlk motorlarda bakır ccedilubukların rotor
oluklarına yerleştirilmesi ve iki baştan kısa devre elde edilmesi ile oluşturulur Kuumlccediluumlk
motorlarda rotorun sincap kafesi aluumlminyum puumlskuumlrtme ve kalıplarla elde edilir
Rotoru sincap kafesli bir motorun sincap kafesi değişik biccedilimde oluklara yerleştirilir
Motorun oumlzellikle moment karakteristiğine istenilen oumlzelliği vermek iccedilin rotorda derin
oluklar ve ccedilift oluk kullanılır Birinci motora derin oluklu ya da derin ccedilubuklu motor
ve diğerine de ccedilift kafesli motor denir (Baykal 2011)
23 ASENKRON MOTORLARIN CcedilALIŞMA İLKESİ
Asenkron makinenin ccedilalıŞma ilkesi bir doumlner alanın varlığına dayanır Doumlner alan
senkron hız motor milinin hızı da rotor hızı olarak isimlendirilir Kayma da bu iki
hızın arasındaki fark olarak ifade edilmektedir
231 Doumlner Alan
Bir N-S mıknatısı ya da uumlzerinden akım geccedilen bir bobinin magnetik alanı N kutbundan
ccedilıkar ve S kutbuna girer Daimi mıknatıs ve doğru akım taşıyan bobinin manyetik
alanları mıknatıs ve bobin dışarıdan bir bobinle doumlnduumlruumlluumlrse bunların alanları da
beraber doumlner İşte bir mıknatısın doumlnduumlruumllmesi ile elde edilen alana doumlner alan denir
Uumlccedil fazlı asenkron motorun (enduumlksiyon motorun) statoruna birbirinden 120rsquoşer derece
faz farklı 3 faz sargısı yerleştirilmiştir En basit statorda her biri bir faza ait olmak
uumlzere 3 tane bobin bulunur Bir motor en az iki kutuplu olarak sarılabilir (Baykal
2011)
Şekil 9 Uumlccedil Faz bobininin 6 Oluklu Statora Yerleştirilişi
15
232 Senkron Hız
N-S kutuplarının saat ibresi youmlnuumlnde doumlnduumlğuuml goumlruumlluumlr uumlccedil fazlı alternatif akımdaki bir
periyotluk değişme N-S kutuplarının bir devir yapmasına sebep olur Alternatif akımın
frekansı 50 Hz ise saniyede 50 periyotluk bir değişme yapar Dolayısıyla statordaki
faz bobinlerinin meydana getirdiği N-S kutupları da saniyede 50 devirle doumlner Bu
dakikada 3000 devir eder Ccedilok fazlı bir stator sargısından aynı faz sayısında ccedilok fazlı
bir akım geccedilerse hava aralığında sabit genlikli bir doumlner alan oluşur Bu doumlner alanın
duran statora goumlre ns (n1) devir hızı şebeke frekansına doğru stator sargısının p ccedilift
kutup sayısına ters orantılıdır
1198991 = 601198911
119901
Senkron hız da denen doumlner alan hızı kutup sayısına goumlre buumlyuumlk basamaklar yaparak
değişir Asenkron motorlar ancak belli senkron hızlar iccedilin yapılabilir En fazla
kullanılan senkron hızlar 2 4 6 ve 8 kutup sayılarına ait olanlardır (Baykal 2011)
Tablo 6 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru
P
(Kutup Sayısı)
50 Hz 60 Hz
n1min-1 n1s-1 n1min-1 n1s-1
2 3000 50 3600 60
4 1500 25 1800 30
6 1000 1667 1200 20
8 750 125 900 15
16
233 Kayma
Senkron makine dışında buumltuumln diğer ccedilalışma tuumlrlerinde asenkron makinenin
ccedilalışabilmesi iccedilin rotor hızının doumlner alan hızından farklı olması gerekir Doumlner alanın
rotor uumlzerinden geccedilme hızına yani doumlner alan ile rotor hızı arasındaki cebirsel farka
kayma hızı n2 ve bu hızın doumlner alan hızına oranına kayma s denir Bu tanıma
dayanarak kayma devir hızına goumlre veya devir hızı kaymaya goumlre ifade edilebilir
n2 = n1 ndash n n = n1(1-s) 119904 = 1198992
1198991 =
1198991minus119899
1198991
Kayma oranlanmış bir buumlyuumlkluumlktuumlr ve ccediloğunlukla olarak ifade edilir Pozitif negatif
veya sıfır olabilir Oranlanmış rotor hızı n nı ile toplamı daima 1rsquoe eşittir Teorisel
olarak ndash infin ve +infin arasında değişebilir Durmada n = 0 ve s =1 dir Senkron ccedilalışmada
n = n1 ve s = 0 dır Bu iki sınır değer arasında asenkron makine motor olarak ccedilalışır
ve kayması daima pozitiftir Anma ccedilalışmasındaki değeri yuumlzde birkaccedil olup artan
anma guumlcuuml ile azalır ve kuumlccediluumlk guumlccedillerde yaklaşık 10 dan buumlyuumlk guumlccedillerde 1 in altına
duumlşer
Rotor doumlner alana goumlre ters youmlnde doumlnduumlğuumlnde elde edilen fren ccedilalışmada devir hızı
negatif ve kayma 1 den buumlyuumlktuumlr Rotor hızı doumlner alan hızını geccedilerse yani ngtn1 ise
kayma negatif olur (s lt 0) ve makine generatoumlr olarak ccedilalışmaya başlar (Baykal 2011)
Şekil 10 Standart Asenkron Motorların Anma Kayması ve Verimi
17
24 ASENKRON MOTOR CcedilEŞİTLERİ
Asenkron motorlar rotor yapılarına goumlre ikiye ayrılır
Sincap kafesli (Kısa devre rotorlu) Asenkron Motorlar
Bilezikli (Sargılı rotorlu) Asenkron Motorlar
241 Uumlccedil Fazlı Kısa Devre (Sincap Kafesli ) Asenkron Motorlar
Uumlccedil fazlı sincap kafesli motorun yapılısı basittir Az bakıma ihtiyaccedil goumlsterir Bu tip
motorun oumllccediluumlleri aynı guumlccedilteki başka tip motorların oumllccediluumllerinden kuumlccediluumlktuumlr Değişik
yuumlklerdeki hız reguumllasyonu ccedilok iyidir Fiyatının ucuzluğu yapılışının sağlamlığı ve
istenilen ccedilalışma oumlzelliğine sahip oluşu yuumlzuumlnden bu tip motorlar sanayide ccedilok
kullanılır
Rotorlar accedilılmış oluklara basınccedil altında erimiş aluumlminyum puumlskuumlrtuumllerek doldurulur
Rotorun her iki başındaki kısa devre halkalar da aluumlminyumdandır Ayrıca bu halkalar
uumlzerine kanatlar da bırakılarak rotor işletmede vantilasyon suretiyle soğutulması
sağlanır 250 kW guumlcuumlne kadar kısa devre kafesleri aluumlminyumdan yapılmış asenkron
motorlar mevcuttur
Buumlyuumlk guumlccedil istenilen işletmelerde kısa devre kafesi yuumlksek dikdoumlrtgen şeklinde bakır
ccedilubuklardan ve bunları rotorun her iki başında kısa devre eden bakır halkalardan
yapılır Rotorda kaccedil adet oluk varsa rotorun faz sayısı buna eşittir
Kısa devre kafesli asenkron motorun yol alma oumlzellikleri iyi değildir Ancak basit ve
ucuz olmaları nedeni ile yaygın biccedilimde kullanılmaktadır Yol almasını kolaylaştırmak
iccedilin yuumlksek ccedilubuklu veya ccedilift kafesli olarak yapılırlar (Baykal 2011)
Şekil 11 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru
18
242 Bilezikli (Sargılı rotorlu) AC Motorlar
Birccedilok sanayi yuumlklerinde uumlccedil fazlı değişik hızlı motora ihtiyaccedil duyulduğu yerler iccedilin
bilezikli asenkron motorlar geliştirilmiştir Bilezikli asenkron motorlara sargılı rotorlu
AC motor da denilmektedir Bu tip motorun statoru ile sargının yerleştirilmesi sincap
kafesli motorun aynıdır Rotor ccedilelik saccedillardan yapılmış silindirik bir goumlbektir 120
derece aralıklı uumlccedil adet tek fazlı kalıp sargısını yerleştirmek iccedilin rotor uumlzerine oyuklar
accedilılmıştır izoleli rotor bobinleri stator kutup sayısına eşit kutup sayısı elde edecek
şekilde gruplandırılmıştır Uumlccedil tek fazlı rotor sargısı aralarında yıldız bağlanarak ccedilıkış
uccedilları rotor mili uumlzerindeki uumlccedil bileziğe bağlanmıştır Bileziklere temas eden fırccedila uccedilları
hız kontroloumlruuml ayarlayıcısına bağlanır Fırccedilalar taşıyıcılar uumlzerindeki yayların basıncı
ile bileziklere sıkıca temas eder Doğru akım makinelerinde olduğu gibi youmln
değiştirmeye luumlzum olmadığı iccedilin fırccedila taşıyıcıları uygun bir durumda sıkıca tespit
edilmiştir
Bilezikli asenkron motorun rotorunda aynı statorunda olduğu gibi uumlccedil fazlı alternatif
akım sargısı vardır Stator 10 Kw guumlce kadar tek tabakalı orta guumlccedillerde ise iki tabakalı
sargılı yapılırlar Rotor ise tam oluklu veya kesirli oluklu sargılı olabilir Rotor sargı
uccedillarının bir tarafı bileziklere bağlanır Diğer tarafı ise kısa devre edilerek uumlccedil fazlı
sargının yıldız noktasını oluşturur Bilezikler uumlzerindeki fırccedila sistemi ile rotor
alternatif gerilim kaynağından ayrıca beslenir (Baykal 2011)
25 Elektrik Motorlarına Yıldız-Uumlccedilgen Yol Verme
Kalkış akımını duumlşuumlrmede en ekonomik youmlntemdir Uumlccedil kontaktoumlr ile bir zaman
roumllesinden oluşan kontaktoumlr kombinasyonudur Bu youmlntemle yol verebilmek iccedilin
motorun uumlccedilgen bağlı ccedilalışma gerilimi şebeke gerilimine eşit olmalıdır Oumlrneğin
uumllkemizde şebeke gerilimi 380 Volt olduğuna goumlre yıldız-uumlccedilgen yol verilecek motorun
etiketinde D380 V veya D380VY660V yazılı olmalıdır Volt elektrik motorlarında 2
ve 4 kutuplularda 3 kW (dacirchil) 6 kutuplularda 22 kW(dacirchil) den daha buumlyuumlk guumlccedilluuml
motorlar bu oumlzelliktedir Yani 380 V şebekede uumlccedilgen bağlı ccedilalıştırılırlar
Motora yıldız-uumlccedilgen yol verildiğinde direkt yol vermeye goumlre şebekeden ccedilekeceği
akım 3 katı azalır Yıldız-uumlccedilgen yol vermede amaccedil motoru kalkış suumlresince yıldız
19
bağlı ccedilalıştırmak ve kalkışını tamamlayan motoru hemen normal bağlantısı olan uumlccedilgen
bağlı olarak ccedilalıştırmaktır
Motor kalkış sırasında yıldız bağlı ccedilalıştırıldığından motor sargılarına uygulanan
gerilim U radic3 değerine motorun şebekeden ccedilektiği akım ise 13 değerine duumlşer
Motorun sargılarına uygunalan gerilim azaldığından momenti oumlnemli oumllccediluumlde kuumlccediluumlluumlr
Yıldız-uumlccedilgen yol vermenin kusursuz olması iccedilin motorun yuumlk momentinin yıldız
bağlamadaki motor momentinden buumlyuumlk olmaması ve yıldız bağlamadaki suumlrenin
uygun olması gerekir Bu geccediliş suumlresi ccedilok oumlnemlidir Motor yıldız bağlantıda iken
anma devir sayısına ulaşıldığı anda uumlccedilgen bağlantıya geccedililmesi ve fazla aralık
verilmemesi gerekir
Boumlyle olursa yıldızdan uumlccedilgen bağlantıya geccedilişteki uumlccedilgen kontaktoumlruumlnuumln kapamama
akımı kuumlccediluumlk ve yıldızdan uumlccedilgene geccediliş darbesiz olur Aksi halde uumlccedilgen bağlantıya
geccedilişte akımda geccedilici artışlar goumlruumlluumlr Bunun sonucu kontaktoumlruumln kontakları ani
yuumlksek ısı nedeniyle kaynak olabilir
Bir şebekede uumlccedilgen bağlı ccedilalışacak motor aynı şebekede yıldız bağlı (Y) olarak
ccedilalıştırılabilir Ancak bu durumda motorun guumlcuuml ve momenti duumlşer Bu oumlzellikten
yararlanarak asenkron motorların kalkış anında ccedilektikleri fazla akımı azaltmak iccedilin
yıldız-uumlccedilgen yol verme uygulanması yapılabilir
Şebekede yıldız bağlı ccedilalıştırılması gereken motor yanlışlıkla uumlccedilgen bağlı ccedilalıştırılırsa
sargılarına radic3 katı buumlyuumlk gerilim uygulanmış olur Gerilimdeki artış oranı kadar sargı
akımı buumlyuumlyeceğinden motor aşırı akım ccedileker ve kısa suumlrede artacak ısı sonucu
sargılar yanar
Onun iccedilin yıldız bağlı ccedilalışması gereken motor kesinlikle aynı şebekede uumlccedilgen bağlı
ccedilalıştırılmaz (URL6)
20
Şekil 12 Motora yıldız-uumlccedilgen yol verme
Şekil 13 Stator Sargı Uccedillarının Uumlccedilgen (D) Ve Yıldızı (Y) Bağlanması
Şekil 14 Asenkron Motora Yol Verme
21
26 FANLAR
261 Genel Bilgiler
Fanlar hava veya benzeri gazları basınccedillandırarak belirli bir akış yolu iccedilinde hareket
etmesini sağlayan turbo makinelerdir İyi bir fan istenilen performansı yerine
getirirken verimi yuumlksek enerjiyi daha az tuumlketen muumlmkuumln olduğunca guumlruumlltuumlsuumlz
ccedilalışan ve maliyeti duumlşuumlk olan fandır Fanların tahrik sistemlerinde elektrik motorları
kullanılmaktadır (URL3)
262 Fan Ccedileşitleri
Fanlar aşağıdaki gibi sınıflandırılmaktadır
Eksenel (aksiyel) fanlar
Radyal (santrifuumlj) fanlar
Karışık akışlı (eksenel-radyal) fanlar
Ccedilatı tuumlruuml fanlar
Karşıt akımlı fanlar (blower)
Vorteks ya da rejeneratif fanlar
Diğerleri
Elektrik motorlarında radyal fanlar kullanılmaktadır (URL8)
Bu kısımda projemiz iccedilin incelediğimiz 3 ccedileşit fanı accedilıklayacağız
2621 Eksenel Fanlar
Havanın fan ccedilarkı ile aynı eksende youmln değiştirmeden hareket ettiği fanlardır Yuumlksek
hava debileri ve duumlşuumlk basınccedil sınıfına sahip sistemler iccedilin uygun fanlardır Şekil 15
rsquode oklar akış youmlnuumlnuuml (simetri eksenine paralel) goumlstermektedir
22
Şekil 15 Akışın Simetri Ekseninde Hareket Etmesi
2622 Karışık Akışlı (Radyal-Eksenel) Fanlar
Havanın kanatlar uumlzerinden emmesine goumlre yaklaşık 45deg accedilı yaparak hareket ettiği
fanlardır Radyal fanlara goumlre hava debisi daha yuumlksektir
Eksenel fanlardan daha yuumlksek basınca dayanabilir
Fan eğrisi uumlzerinde kararsız boumllge yoktur
Karşı basıncın duumlşuumlk olduğu boumllgelerde motor aşırı akım ccedilekmez
Eksenel ve radyal fanlara goumlre verimleri duumlşuumlktuumlr (URL6)
Şekil 16 Karışık Akışlı Fan Uygulamaları
23
2623 Radyal (Santrifuumlj) Fanlar
Havanın fan ccedilarkını emmesine goumlre 90deg accedilı yaparak kanatlara teğet olarak terk ettiği
fanlardır
Radyal fanların avantajları aşağıdaki gibidir
Geniş bir uygulama aralığına sahiptir
Yuumlksek sıcaklık ve aşındırıcı ortam uygulamalarında kulanılır
Değişken akış direncine sahip yerlerde daha verimli ve daha sessiz ccedilalışma
olanakları vardır
Yapısal kararlılıkları yuumlksektir (URL6)
Radyal Duumlz Kanatlı Fanlar
Genellikle kendi kendini temizleme malzeme taşıma ve parccedilacık ve yağ yuumlkluuml havanın
uygun halde taşınması gibi durumlarda kullanılırlar ve bunun iccedilin duumlz kanatları vardır
Ccedilarkları basit bir yapıya sahiptir ve nispeten dar kanatları vardır
Elektrik motorlarında genellikle ccedilift youmlnluuml ccedilalışmaya uygun olması iccedilin radyal duumlz
kanat tipli bu fanlar seccedililiyor
Şekil 17 Radyal Duumlz Kanatlı Fanlara Oumlrnekler
24
BOumlLUumlM 3 BULGULAR VE TARTIŞMA
31 SONLU ELEMANLAR YOumlNTEMİ
Sonlu elemanlar youmlntemi muumlhendislik problemlerine kabul edilebilir yaklaşımlarla
ccediloumlzuumlm arayan sayısal youmlntemdir (Moavani 2015) Sonlu elemanlar youmlntemi diğer bir
ifade şekliyle fiziksel şeklin matematiksel ifadesidir Bu kurduğumuz siste sınırlara
ayırılabilen ve malzeme şartlarına uygun olan bir sistem olmalıdır
Sonlu eleman youmlntemindeki basamaklar
Yaklaşık Ccediloumlzuumlm Youmlntemi
Geometrik Şekil
Nod
Eleman
Mesh
Ayrıklaştırma
Şekil 18 Sonlu Eleman Modeli
Eleman
Nod
(Duumlğuumlm
noktaları)
25
Sonlu elemanlar youmlntemi matematik ve fizik biliminin buumltuumln alanlarında kullanılır
Gerilme Analizi
Akışkanlar Mekaniği
Isı İletimi
Dalga Yayılımı
Darbe Analizi
Aerodinamik vb alanlardır
Sonlu elemanlar youmlntemini kullanırken oumlncelikle şu soruların cevaplarını bulmalıyız
Dizayn amacımız nedir
Bu sistemi modellemek iccedilin gerekli olan bilgiler nelerdir
Bu dizayn iccedilin hangi kriterler gerekir
311 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Pozitif Youmlnleri
Geometrisi karışık cisimlerin incelenmesini kolaylaştırır Geometri basit kısımlara
ayrılıp burada ayrı veya daha hassas işlemler yapılabilir
Parccedilanın geometrisini değiştirmeye gerek kalmaz
Youmlntemde hem fiziksel hem matematiksel temeli vardır
Sonlu elemanlar youmlntemi iccedilin ccedilok farklı programlar bulunmaktadır (Ansys Marc
Nastran ) (Moavani 2015)
312 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Negatif Youmlnleri
Elde edilen sonuccedilların doğruluğu hangi sonlu youmlnteminin kullanıldığına bağlıdır
Ccedilıkacak durum oumlnceden tespit edilmeli ve ona goumlre bir ccediloumlzuumlm youmlntemi
kullanılmalıdır Bu yuumlzden oumlnceden iyi tesipt edilemezse doğru değer bulunamaz
ve doğru ccediloumlzuumlm iccedilin zaman kaybı olabilir
Doğru ccediloumlzuumlm iccedilin elemanın ayrıştırılması (mesh) atanması gerekir
Bu meshin iyi atılması gerekir yoksa ccediloumlzuumlmuumln yakınsamaları değişebilir
(Moavani 2015)
26
32 ANSYS PROGRAMI
ANSYS genel amaccedillı kullanılan sonlu elemanlar programıdır Ansys yazılımı
mukavemet titreşim akışkanlar mekaniği ısı transferi ve elektromanyetik alanlarının
birbiri ile olan interaksiyonunu simule eden yazılımdır
Boumlylelikle ANSYS uumlruumlnlerin prototipleri uumlretilmeden sanal ortamda test edilmelerine
olanak sağlar Ayrıca sanal ortamdaki 3 boyutlu simulasyonlar neticesinde yapıların
zayıf noktalarının tespiti ve iyileştirilmesi ile oumlmuumlr hesaplarının gerccedilekleştirilmesi ve
muhtemel problemlerin oumlngoumlruumllmesi muumlmkuumln olmaktadır
ANSYS yazılımı sadece ihtiyaccedil duyulan oumlzelliklerin alınmasına fırsat vererek ilave
edilebilen CAD ve FEA bağlantı modulleri ile masa uumlstuumlnde kullanılan diğer
muumlhendislik yazılımları ile entegre bir şekilde ccedilalışabilmektedir
ANSYS yazılımı hem dışarıdan CAD datalarını alabilmekte hem de iccedilindeki
preprocessing imkacircnları ile geometri oluşturulmasına izin vermektedir Yine aynı
preprocessr iccedilinde hesaplama iccedilin gerekli olan sonlu elemanlar modeli yani mesh de
oluşturulmaktadır Yuumlklerin tanımlanmasından sonra ve gerccedilekleştirilen analiz
neticesinde sonuccedillar sayısal ve grafiksel olarak elde edilebilir
ANSYS yazılımı ile oumlzellikle contact algoritmalarının ccedileşitliliği zamana bağımlı
yuumlkleme oumlzellikleri ve nonlinear malzeme modelleri sayesinde yuumlksek muumlhendislik
seviyedeki analizleri hızlı guumlvenilir ve pratik bir şekilde gerccedilekleştirilebilmektedir
ANSYS Workbench parametrik CAD sistemlerini eşsiz bir otomasyon ve performans
ile simulasyon teknolojilerini entegre eden bir platformdur ANSYS Workbenchrsquoin
guumlcuuml yılların bilgi birikimi ile arkasında duran ANSYS ccediloumlzuumlcuuml algoritmalarından gelir
Ayrıca ANSYS Workbenchrsquoin amacı sanal ortamda uumlruumlnuumln verifikasyonunu ve
iyileştirmesini sağlamaktır
Oumlzellikle PC ile uyumluluğun uumlst seviyede olabilmesi iccedilin yazılmış olan ANSYS
Workbench sadece bir arayuumlzden ileri bir ccedilalışma ortamındır ve ANSYS Workbench
ile herhangi bir ANSYS lisansına sahip herkes ccedilalışabilir Aynı alışılagelmiş ANSYS
arabiriminde olduğu gibi ANSYS Workbenchrsquode de kapasiteler sahip olunan lisansın
doğrultusunda sınırlıdır (URL9)
27
ANSYS programının bu oumlzelliklerinden dolayı programı kullanmaya karar verdik
Ansys programının oumlncellikle akışkan mekaniği ve dinamiğinde kullanılan iki ayrı
boumlluumlmuuml bulunmaktadır Bu boumlluumlmler Fluent ve CFX boumlluumlmleridir Bizim
kullandığımız boumlluumlm ise ANSYS CFX boumlluumlmuumlduumlr
33 MEVCUT FAN UumlZERİNDE YAPILAN ANALİZLER
ANSY projesinde oumlncelikle CFX kısmını kullanıldı Ccediluumlnkuuml ANSYS programında
CFX ve Fluent programı hesaplamalı akışkanlar dinamiği iccedilin kullanılmaktadır Ancak
ANSYS CFX turbo makinalar iccedilin kullanıldığından oumlnceden de goumlsterildiği gibi bir
nod alırken huumlcrelerin orta noktalarından nod hesabı yaptığı iccedilin verdiği değerler fan
analizi iccedilin daha iyi bir yakınsama goumlsterir Bu sebeple ANSYS CFX kısmı kullanıldı
İlk olarak mevcut fan uumlzerinde ccedileşitli incelemeler yapıldı
Mevcut fan uumlzerinde 10 kanat var iken suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilok fazla olduğu saptandı
Bunun uumlzerine motorun akışını kolaylaştırma yoluna gidildi
Havayı oluklara daha iyi aktarabilecek kısım fanın kanat boyu olduğu iccedilin fanın
kanatlarının uzunluğunda değişiklik yapılmasına karar verildi
Fandan ccedilekilen debi miktarı ve tork değerlerini tam alabilmek ve mevcut fanın
verimini oumllccedilebilmek iccedilin oumlncelikle esas oumllccediluumllerine goumlre ccedilizilen fan ANSYS
programına aktarıldı File gt Import gt Design Moduler şeklinde SolidWorksrsquo ten
ANSYS programına aktarıldı
Şekil 19 SolidWorksrsquo ten İmport Etmek
28
Fanın ccedilevresinde akış hacmi oluşturmak iccedilin katı modelin ccedilevresindeki hava
modellenir
331 Geometri
Oluşturulan akış hacminde havanın giriş ve ccedilıkış kısımları İnlet-Outlet şeklinde
belirtilir
Analys tools komutlarından xy duumlzleminde halka oluşturulur
Burada modeling kısmı 3 boyutlu işlem yapacağı zaman seccedililen kısımdır
Aşağıdaki şekilde de goumlruumlleceği uumlzere
Şekil 20 Akış Alanı Belirleme
Burada exturude komutuyla birlikte oluşturulacak akış hacminin kaccedil mm
uzatılacağı belirtilir Hepsini bir buumltuumln haline getirmemek iccedilin lsquovar olanla
birleştirilsin mirsquo sorusuna hayır denilir
Daha sonra ccedilevresine yayılan boşluk iccedilin Outlet tanımlaması yapılır
Bu işlemleri gerccedilekleştirdikten sonra kesit gerekir İlk oumlnce plane (duumlzlem)
belirlenir Bunun iccedilin hangi duumlzlemi seccedililecek ise (oumlrneğin xy) onu seccedilip plane
tıklanır Plane boumllgesinden ne kadar uzakta olacağı belirlenir Biz de değer 34 mmrsquo
dir Ccediluumlnkuuml kanatların boyu 31 mm olduğundan mesh atamada sorun ccedilıkmaması
29
iccedilin 34 mm uzaklıkta bir plane atanır Bu Planersquoi slice komutuyla keserek 3 farklı
boumllge oluşturulmuş olur
Akışkan hacmini oluşturmak iccedilin dolu olan kısımlar belirlenip ona goumlre hareket
edilir Bunun iccedilinde milin iccedilini dolu kabul edilir
Akışkan hacmi iccedilin yapılan bir diğer işlem ise oluşturulan hacimden fanın hacmini
booelangt substrack komutları ile akışkan hacminin bulunmasıdır
Mevcut fanın uumlzerine sağ tıklanarak ve suppress body komutu seccedililir Boumlylelikle
fanı gizleyerek sadece akışkan hacmi goumlruumlluumlr
Daha sonra oluşan parccedilaların arasında boşluk olmaması iccedilin ve bağlantı sağlamak
iccedilin part kısımlarını seccedililerek sağ tıklanır from new part seccedililir
Şekil 21 Slice Komutu ile Boumllgelere Ayırma
30
Şekil 22 Parccedilalar Arası Bağlantının Sağlandığı FromNew Part Boumlluumlmuuml
Mesh kısmını suumlruumlkleyip project schematic boumlluumlme bırakılır Bu boumlluumlmde geometri
onaylanır ve en altta bulunan meshrsquoe tıklanır
332 Sayısal Ağ Oluşturma (Mesh)
Şekil 23 Mesh oluşturma
31
Şekil 24 Mesh Geometrisi
Sonlu sayıda hacimle ccedilalışıldığından sonlu sayıda hacime boumllmek gerekir Sonlu
sayıda hacime boumlluumlnen kısımlar farklı farklı olabilir
Bu huumlcreler kapsadığı alanın oumlzelliklerini yansıtır Bunların ccedilevresindeki nodlar
bunların ortalaması ile belli bir oumlzelliğe sahip olmuş olur
Bu huumlcrelerin arttırılması yani ayrıştırmaların ccediloğaltılması ne kadar fazla olursa o
kadar yakınsama olur ve ccediloumlzuumlm iyileşir
Ancak sayısal ağ ccedilok fazla attırıldığında ccediloumlzuumlm suumlresi ccedilok fazla artacağından
ekonomik değildir
Bu sebepten dolayı mesh ( ayrıştırma) atarken akışkanın en fazla değişim
goumlstereceği kısımlarda daha fazla sayısal ağ oluşturulur Boumlylelikle daha iyi bir
yakınsama elde edilir Akışkanın değişim goumlstereceği yerler genellikle yuumlzeylerle
temas edilen kısımlardır Mevcut fanın analizin de orta kısımlarda pek fazla
değişiklik olmaz Bu nedenle sınırlara yakın kısımlara daha fazla ağ oluşturulur
Detail of Mesh kısmından hangi kısımlarda ne kadar buumlyuumlkluumlkte mesh
atılabileceğine bakılır
32
Detail of Mesh kısmından Phsics preference kısmı seccedililerek CFDrsquoi seccedililir Solver
Preference kısmından ise CFXrsquoi seccedilip devam edilir
Analiz yaparken belirlenmesi gereken kısımlar vardır Bunun iccedilin diğer kısımlar
seccedililerek hide body seccedililerek kapatılır ve select all body seccedililerek kanatlara isim
verilir
Şekil 25 Mesh İsimlendirme
Akışkanın girişine inlet ccedilıkışına outlet denilir
Mesh atımında minimum yakalayacağı huumlcreler ile maksimum yakalayacağı
huumlcrelerin milimetre hesabı oumlnemlidir Bu yuumlzden kanadın kalınlığı 25 mm olduğu
iccedilin 2 mmrsquo den az olan huumlcre belirlenir Maksimum 15 mmrsquo den buumlyuumlk huumlcreler
olması duumlşuumlnuumllerek analizin yakınsaması sağlandı
Meshrsquoi tıklayıp oradan insert size kısmın da bulunan isimlerde kanatlar seccedililir
Kanatlara maksimum 3 mm buumlyuumlkluumlk seccedililir Devamında ise kanatları hide face
komutuyla gizlenir ve geriye kalan kısımlar iccedilin sizing iccedilin yine 3 mm verilir
Daha sonra kanat ve ccedilevresine ccedilizilen akış hacmi seccedililerek tekrar size kısmından
buumltuumlnuumlne 8 mm verilir Bu kısım iccedilin mesh atanır Yuumlzeyler seccedililerek Preview
Surface Mesh on Selected Bodies denilir ve mesh işlemi tamamlanmış olur
33
Şekil 26 Meshrsquo in Goumlsterimi
Ancak mesh işleminde silindirik yuumlzeylerde sweep komutuyla daha kolay mesh
atılabileceği iccedilin istenen yuumlzey iccedilin sağ tıklayıp İnsertgt Method gtSweep Number
Divs komutlarından kaccedil sıra mesh atılacağı belirlenir 20 sıra vererek mesh atıldı
Suumlpuumlrme işlemi ile mesh atarken hangi yuumlzeyi kaynak olarak alınacağı da
boumlylelikle belirlenmiş olur
Mesh sayfasını kapatıp daha sonrasında workbench kısmında meshin uumlzerine cfx
kısmını bırakılır
Mesh setupgt solutiongt results dan sonuccedillar elde edilir
Daha sonra geometry design da motorun kapağına uygun bir sınır belirlenerek
analiz yapılır
Geometriyi duumlzenlenerek CFXrsquo e aktarılır
Daha oumlncesinde de bahsedildiği uumlzere ANSYS de CFX kullanıldı CFX
kullanılmasının bir diğer sebebi de CFXrsquo in fan konusunda ANSYSlsquo in mesh
kısmından daha bağımsız ve daha hassas olmasıdır
Yapılan isimlendirmeler tekrar kontrol edilir Her farklı işlev iccedilin farklı
isimlendirme yapmak ccedilok oumlnemlidir boumlylece havanın nereden girip ne şekilde
ccedilıkacağını isimlendirmelerden goumlruumllebilir Ve bu isimlendirmeler iccedilin ayrı ayrı kod
yazılır
34
333 Sınır Şartları
Şekil 27 Sınır Şartlarının Belirlenmiş Hali
ANSYS setup kısmında Insert gt Solver gt Output Control komutları seccedililerek code
yazılır MassFlow ()inlet gt Torque_z()kanatlar olarak giriş kısmının kuumltlesel
debisi iccedilin komut yazılır
Ayrıca Insert gt Material kısmından sıcaklığı 25reg basıncı 1 atm entalpi değerini 0
olarak şartları belirlenir
Malzemenin kapak kısmı ccedilelik olarak belirlenir
Solver Control kısmından high resuluiton seccedililerek ccediloumlzuumlmuumln kalitesi arttırılır
Solver Control kısmından Residual Target artık tipini RMS olarak ve onun
yakınsama sınırı 10-5 belirlenir Rms elemanların karelerinin koumlkuumlnuuml alarak
ortalamasını alan youmlntemdir
Yine Solver Control kısmından minimum iterasyonu 1 maksimum İterasyonu ise
500 verilir
İnlet kısmı belirlenirken Boundary Type ( sınır şartları) opening olarak seccedililir
Opening verilmesindeki amaccedil akışkanların iccedileriden girip dışarıya ccedilıkışlarının
sağlanmasıdır Aksi halde ccediloumlzuumlmuumln yakınsamasın da sorunlar oluşabilir Opening
şartında ayrıca akışkan daha ccedilabuk toparlanır ve analiz daha kolaylaşır
Flow Direction komutunda normal sınır şartları belirlenir
Suumlreklilik şartı olarak da Fluid Mass Fluxrsquou seccedililir Bunun yanında sınır kontuumlruuml
iccedilin bağıl basınccedil ayarlarını seccedililir Aynı şekilde outlet iccedilin de aynı ayarlar yapılır
35
Domaine basılıp kapak kısımları ve motor kısımları seccedililir Bu dış kısımları duvar
olarak belirlenir ve duvar hareket edemeyeceğinden No Slip Wall seccedileneği olarak
belirtilir Duvarları suumlrtuumlnmesiz olduğu varsayılıyor
Fan ve kanatlar kısmında Boundry Type olarak Wall olarak belirleyip Frame type
gt rotating (doumlnuumlyor) belirtilir
Ccediloumlzuumlm metodu olarak RNG k-euro modeli kullanılır
Şekil 28 Setup Koşulların Belirlenmesi
334 Ccediloumlzuumlm - Sonuccedillar
Setup kısmını kapatılarak solution ekranı ccedilift tıklanarak ccedilıkan ekran da RUN seccedililerek
ccediloumlzme işlemi başlatılmış olur
Ccediloumlzme işlemi bittiğinde results kısmından sonuccedillar goumlruumlntuumllenebilir
36
Şekil 29 Akışın Youmlnelişi
Şekil 30 Debi Sonucu
37
34 YENİ FAN TASARIMI
341 Fan Tasarımı İccedilin Kabuller
Havanın sıkıştırılamaz olduğunu kabul edildi Havanın sıkıştırılmaz olduğu
varsayılarak yoğunluğu değişmez ve 12 kgm3 olarak kabul edilir
Ccediloumlzuumlmde suumlrtuumlnmeler ve ısı kayıpları ihmal edilir Ccediluumlnkuuml bu değerlerin
hesaplanması ccedilok uzun suumlreceği iccedilin ccediloumlzuumlm youmlntemi iccedilin ekonomik olmaz
Gerccedilekle arasında ccedilok buumlyuumlk bir fark olmayacağı varsayılmıştır
Verimi arttırmak iccedilin orijinal fanın analizinden elde edilen tork değeri duumlşuumlk
tutulmaya ccedilalışılmıştır
Motorun tek bir youmlne doumlneceği duumlşuumlnuumllmuumlştuumlr
342 Fan Tasarım Parametreleri
Bir fan tasarımında belli başlı kriterleri ele alabilmek iccedilin mevcut fan uumlzerinden
değerler bulundu
Tablo 7 Mevcut Fanın Oumlzellikleri
Devir Sayısı ( ddk) r hub (mm) rtip (mm)
1498 25 77
Radyal hız hesaplandığında w= 15687 radsn bulunmuştur r hub diye isimlendirilen
kısım fanın giriş accedilısı iccedilin gerekli olan kanadın başlangıcı ile milin merkezi arasındaki
uzaklıktır r tip ise fan kanadının bitiş noktası ile mil merkezi arasındaki uzaklığın
yarıccedilap cinsinden ifadesi olmaktadır
38
Fan kanat tasarımında oumlnemli olan w (accedilısal hız)hızının kanatlara ne kadar dik
gelebildiğidir Bu kanat hacmine ne kadar iyi bir şekilde gelirse akışkan o denli iyi
akabilir ve kanat profili oluşur
U_hub= w (radsn) x r hub
U_tip = w x r tip
Beta = arctan(vu)
A_inlet= (r tip 1000)sup2π ndash r hub 1000)sup2π
Verim= (Q x P) (TxW)
V (akışın mutlak hızı)= Debi Alan
Tablo 8 Sonuccedil olarak elde edilen değerler
r_h (mm) 25 r_t (mm) 77 r_h (mm) 50 r_t (mm) 80
U_h (ms) 3927 U_t (ms) 1209516 U_h (ms) 7854 U_t (ms) 125664
A_in (m^2) 0016663 A_out (m^2)0012252
V_in (ms) 2350516 V_out 3196702
beta_h 5909726 beta_t 7900249 beta_h 678529 beta_t 7572755
giriş ccedilıkış
Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları
Bu değerlere goumlre BladeGende yeni bir kanat profili oluşturulur
r tip
r hub
Şekil 31 Fan Kanatlarının Accedilısı
39
Şekil 32 BladeGen Kanat Profili
Oluşturduğumuz bu geometriye daha oumlnceki boumlluumlmde bahsedilen fana yapılan adımlar
uygulandı (Yeni oluşturulan fanın geometrik deseni ektedir)
40
3421 Geometri
Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi
3422 Sayısal Ağ Oluşturma
Şekil 34 Yeni Fan Tasarımının Sayısal Ağ Oluşturulması
41
3423 Ccediloumlzuumlm
Şekil 35 Tasarımı Yapılan Fanın Verimi
Accumulated Time Step sayısı iterasyonu goumlstermektedir Daha fazla yakınsama iccedilin
daha fazla koşturulabilir
42
Şekil 36 Tasarımı Yapılan Fanın Torku
43
3423 Sonuccedillar
Şekil 37 Akışın Youmlnelişi
Bu kısımda verimi arttırabilmek iccedilin tork azaltılmaya ccedilalışıldı Boumlylece kanatlara
harcanan toplam guumlccedil azaltılarak iyileştirmeler yapıldı
44
Kanadın iş yapan kısmını arttırarak orijinal fanda kanadın suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilapı
154 mm iken yeni fan da 160 mmrsquoye ccedilıkarıldı
Kanatlar daha eğimli ama daha eksenel bir forma getirildi
Bu motorda toplam guumlccedil iccedilin 60 watt olduğunda yaklaşık 6 wattrsquo lık guumlccedil fan iccedilin
harcanıyordu Fanın verimliliği ccedilok oumlnemli olduğu iccedilin debiyi sabit tutulmaya
torku da duumlşuumlruumllmeye ccedilalışıldı
Tablo 9 ANSYSrsquo de Elde Edilen Deneyler
tork(Nm) w(radsn) m(kgs)
Orijinal Fan 00393645 15687 0048168
Yeni Fan 00043869 15687 0032261
Goumlruumllduumlğuuml gibi tork buumlyuumlk oranda duumlşmuumlş ancak onunla birlikte debi de biraz
duumlşmuumlştuumlr
343 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanması
Motorun arka ve oumln kısımlarına sırt sırta fan bağlayarak havanın akışını hızlandırma
ve soğutmayı arttırma işlemi amaccedillandı Gerccedilek boyutlarda uygulamadan oumlnce fanı
motor şeklini verilen kısım da tek başına analiz yapıldı Verimli bir sonuccedil alabilmek
iccedilin ikili fan deneyi yapıldı
3431 Geometri
Şekil 38 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Geometrisi
45
3432 Sayısal Ağ Oluşturma
Şekil 39 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Sayısal Ağ
Oluşturulması
Yapılan analiz de goumlzlemlenen sonuccedillar şunlardır
Bir motorun etrafında sınırlayıcı bir alan olmadığı iccedilin sınır şartları olarak setup
kısmında yine havayı 1 atm basınccedil olarak alınır Eğer sınırlayıcı bir alan olsaydı
oluklardan hava akışı doğrudan motorun arka kısmına gelecekti Ccedilıkış noktasına ise
kapak yerleştirildi giriş noktasında atmosfer ccedilıkışı ise kapak olarak sınırlandı
3433 Kod Ccediloumlzuumlmuuml
Debi ndash 000064 mᵌ sn olarak ccedilıktı Motorun hava ccedilıkış kısmına fan bağlamanın verimli
olmadığı sonucuna varıldı Oumlnceden oluşturulan oluklardaki 1cmrsquolik aralıklarla
havanın geniş bir alana gitmesi ccedilok zordur Ve bu akışı goumlnderebilmek iccedilin fazladan
basınccedil uygulanması gerekir Bu sebepler debinin duumlşmesine sebep olmuştur
46
Şekil 40 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Ccediloumlzuumlmuuml
47
BOumlLUumlM 4 SONUCcedilLAR
Verim= (Alınan Guumlccedil Verilen Guumlccedil)= (∆P x Q) (T x ὠ)
A_inlet = (r_tip)2 1000 - (r_hub)21000
A_outlet =( U_h1000)2 - (U-t1000)2
U= ὠ x r
Fan hesaplarıdan debi değeri ve tork değeri duumlşmuumlştuumlr Aşağıda yeni fanımızın verimi
yukarıdaki formuumlllere goumlre excelde hesaplanmıştır
tork(Nm) w(radsn) ṁ(kgm^3) verim deltap (Pa)
Orijinal Fan 00393645 15687 00391 60152783 95
Yeni Fan 00043869 15687 0039167 54068744
Tabloda da goumlruumllduumlğuuml uumlzere eski fanın oumlzelliklerine bakılarak hız uumlccedilgeni youmlntemiyle
oluşturulan yeni fan 540 verimli ccedilıkmıştır
Motorun oumln kısmın koyduğumuz fanda ise dar oluklardan buumlyuumlk bir hacime giriş
yaptığı iccedilin tek youmlnluuml analizde kuumltlesel debi negatif değerde ccedilıkmıştır
(Kuumltlesel debi) ṁ=ƍ( oumlzkuumltle) x A(alan) x V( akışkan hızı)=kgsn ndash Formuluumlnden
dolayı verimin hesaplanmasına gerek yoktur
48
BOumlLUumlM 5 EKLER
EK1- MEVCUT FAN
EK2- YENİ FAN
49
KAYNAKCcedilA
Baykal R 2011 Asenkron Motorlar Uumlzerine Enerjiİ Verimliliği Uygulanması
Yayın Tarihi 15032011
Ccedilalışkan M 2014 Eksenel Akışlı Fan Tasarımı Yuumlksek Lisans İstanbul Teknik
Uumlniversitesi TUumlRKİYE
Moavani S 2015 Sonlu Elemanlar Analizi Teorisi ve Ansys ile Uygulamalar
İstanbul
Onaygil S 2006 Enerji Verimliliği Kanunun Tanıtımı Yuumlksek Lisans
URL1 lthttpdeneysancomContentimagesdocumentshavalandirma-
4_39143832pdfgt Erişim Tarihi 12032016
URL2 lt httpwwweiegovtrgt Erişim Tarihi 20042016
URL3 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi
12052016
URL4 ltwwwtuumlikgovtrgt Erişim Tarihi 14052016
URL5 ltwwwemoorgtrekler364734147179187_ekpdfgt Erişim Tarihi 16052016
URL6 ltwwwinverter-plcnetmotoryıldız_uumlccedilgen_bağlantıhtmlgt Erişim Tarihi
18052016
URL7 ltwwweiegovtreie-webturkceenMotor_Verimliligi_Brosurupdfgt Erişim
Tarihi 20052016
URL8 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi
07062016
URL9 ltwwwfigescomtransysansys-nedirphpgt Erişim Tarihi 09062016
50
OumlZGECcedilMİŞLER
Elif CcedilİCcedilEK
Eyluumll 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Duumlzce Anadolu İmamhatip Lisesinde
tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi İlahiyat Fakuumlltesirsquoni kazandı 2012 yılında
Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine
başladı Halen eğitimine devam etmektedir
İletişim
apsuvaelifhotmailcom
Nesrin ALTUNBOĞA
Ağustos 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Haydarpaşa Teknik Okulları Raylı
Sistemler Teknolojileri Boumlluumlmuumlnuuml tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi
Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Boumlluumlmuumlnuuml kazandı Halen eğitimine
devam etmektedir
İletişim
naltunbogagmailcom
Rumeysa ALGUumlL
Ekim 1992rsquo de Konyarsquoda doğdu Lise oumlğrenimini Lafarge Aslan Ccedilimento Anadolu
Teknik Lisesirsquonde 2010 yılında tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi Teknoloji
Fakuumlltesi Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliğini kazandı 2013 yılında Teknoloji
Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine başladı Halen eğitimine devam
etmektedir
İletişim
rumeysaalgulgmailcom
51
52
7
2014 yılında TS- EN 60034-30 standardı doğrudan şebekeden beslenen motorlar ve değişken
hız suumlruumlcuumlluuml motorlar olmak uumlzere iki kısma ayrılmıştır Şebeke tarafından doğrudan beslenen
motorlar iccedilin verimlilik sınıflarını tayin eden başka bir standart koyulmuştur TS-EN 60034-
30-1 standardıdır Bu standart faklı olarak 012- 1000 kW guumlccedil aralığını kapsamakta ve IE4
verimlilik sınıfını da tanıtmaktadır Ayrıca 8 kutuplu motorlar da bu kapsama alınmıştır
Henuumlz TS- EN 60034- 30- 2 sınıfı yayınlanmamıştır
Şekil 4 TS-EN 60034-30-1 Standardına Goumlre Verimlilik Sınıfları
151 Mevzuat
Elektrik motorları hususunda ilk yasal duumlzenleme Avrupa Birliğinin Elektrik Motorları
ile İlgili Ccedilevreye Duyarlı Tasarım Gereklerine Dair EC6402009 sayılı tuumlzuumlğuumlduumlr
Beraberinde 4703 sayılı Uumlruumlnlere İlişkin Teknik Mevzuatın Hazırlanması ve
Uygulanmasına Dair Kanunun 14 uumlncuuml maddesine dayanılarak hazırlanan Enerji ile
İlgili Uumlruumlnlerin Ccedilevreye Duyarlı Tasarımına İlişkin Youmlnetmelik 2010 yılında
yuumlruumlrluumlğe girmiştir Daha sonra 2012 yılında EC6402009 referans alınarak
hazırlanan ve uyumlaştırılan SGM- 20122 Elektrik Motorları İle İlgili Ccedilevreye
Duyarlı Tasarım Gereklerine Dair Tebliğ yayımlanarak ulusal mevzuata
kazandırılmıştır
Bu tebliğ ile 2 4 6 kutuplu anma gerilimi en fazla 100 (UN) en fazla 1000 V olan
anma ccedilıkış guumlcuuml (PN) 075 kW ile 375 kW arasında olan ve suumlrekli ccedilalışacak şekilde
100
90
80
70 012 24 48 960
IE1 IE2 IE3 IE4
8
tasarlanmış tek hızlı 3 fazlı 50 Hz veya 5060 Hz sincap kafesli enduumlksiyon motorları
denetim kapsama alınmış bulunmaktadır
Bu tebliğde oumlnemli bir diğer husus ise uygulamaya youmlnelik olan zorunluluklardır
Onlar şunlardır IE1 sınıfı verimlilikte olan motorların piyasaya arz edilmesinin
yasaklanması ve diğer verimlilik sınıfına geccediliş suumlrecinin tanımlanmasıdır
Tablo 4 Başlıca Uumllkelerin Verimlilik Sınıfı Uygulama Tarihleri
BOumlLGE IE1 IE2 IE3
ABD - 1998 2011
AB - 2011 2015
PRC 2000 2011 2015
TUumlRKİYE - 2012 2015
Bunun dışında 01012015 tarihinden itibaren anma ccedilıkış guumlcuuml 75 kW ile 375 kW
arasında olan motorların veriminin IE3 verim seviyesinden duumlşuumlk olmayacağını veya
piyasaya arz edilen motorların IE2 verim seviyesini karşılayacak ve değişken hızlı
tahrikle teccedilhiz edilmesi gerektiğini bildirmektedir (URL5)
Tablo 5 Tuumlrkiyersquo de Zorunlu Uygulamaya Geccediliş Suumlreci
Sınıfı Zorunlu Yuumlruumlrluumlk
Tarihi
Accedilıklama (İstisnalar)
IE1 02042012 2 Nisan 2012 tarihinden itibaren piyasaya suumlruumllmesi
yasaklanmıştır
IE2 02042012 01012015 tarihine kadar kullanılabilecektir
IE3 01012015 Değişken hızlı tahrikle teccedilhiz edilmesi halinde IE2 verim
seviyesi kullanılabilecek (75 kW - 375 kW)
IE3 01012017 Değişken hızlı tahrikle teccedilhiz edilmesi halinde IE2 verim
seviyesi kullanılabilecek (075 kW - 375 kW)
9
16 MOTOR VERİMİNİ ETKİLEYEN FAKTOumlRLER
161 Verim
Bir elektrik motorunun bağlı bulunduğu şebekeden ccedilektiği enerjinin tamamı mekanik
enerjiye doumlnuumlşmez Elektrik motorunun milinden aldığı faydalı guumlccedil şebekeden ccedilektiği
guumlccedilten kayıp guumlccedillerin ccedilıkmış halidir
Asenkron motorun şebekeden ccedilektiği guumlcuumln yuumlzde kaccedilının motorun milinden mekanik
guumlccedil olarak alındığını verim goumlsterir
Verim= ((Alınan G ) (Verilen Guumlccedil))x100
ή= (PaPv)x100
Verilen guumlccedil ile alınan guumlccedil arasındaki fark toplam kayıplardır Asenkron motorlarda
kayıplar stator demir kaybı stator ve rotor bakır kayıpları ile rotorun suumlrtuumlnme ve
ruumlzgacircr kaybından ibarettir
DEMİR
KAYIPLARI
GOumlVDE
STATOR
DİRENCİ
ROTOR
DİRENCİ
RUumlZGAR
SUumlRTUumlNME
DİRENCİ
EK
KAYIPLA
Şekil 5 Motor Verimini Etkileyen Faktoumlrler
10
162 Kayıplar
Demir Kayıpları
Bakır Kayıpları
Suumlrtuumlnme Kayıpları
1621 Demir Kayıpları
Demir kayıpları stator ve rotor saccedillarında meydana gelen histerezis ve fuko
kayıplarıdır Bu kayıplar frekans ve manyetik enduumlksiyon ile oranlıdır
Stator demir kayıpları stator frekansı sabit olduğuna goumlre değişmemektedir Yalnız
rotor demir kayıpları rotor frekansı ile değişir Ancak boş ve yuumlkluuml ccedilalışmada rotor
frekansı ccedilok kuumlccediluumlktuumlr Bu sebeple rotor demir kayıpları ccedilok kuumlccediluumlk olur ve ihmal
edilebilir 0 halde bir asenkron motorun demir kayıpları stator demir kayıplarına
eşittir denebilir Stator frekansı sabit olduğundan demir kayıpları da buumltuumln yuumlkler iccedilin
sabittir
1622 Bakır Kayıpları
Asenkron motorlarda stator ve rotor omik direnccedillerinden dolayı I12R1 ve I2
2R2
değerinde bakır kayıpları meydana gelir Bakır kayıpları sargı direnccedilleri sabit
olduğuna goumlre yuumlk akımları I1 ve I2 lsquonin karesi ile değişir Şu halde bu kayıplar
yuumlkle değişen kayıplardır
Rotor ve stator bakır kayıplarını bulabilmek iccedilin akım ve direnccedillerin bilinmesi gerekir
Genel olarak bakır kayıpları motorun kısa devre deneyinden tuumlm olarak hesaplanır
1623 Ruumlzgar ve Suumlrtuumlnme Kayıpları
Asenkron motorlarda suumlrtuumlnme ve ruumlzgacircr kayıpları devir sayısı ile biraz değişirse
de bu değişim ccedilok az olduğu iccedilin sabit kabul edilebilir Suumlrtuumlnme ve ruumlzgacircr
kayıpları boş ccedilalışma deneyinde demir kayıpları ile birlikte bulunur Demir
kayıpları ile ruumlzgacircr ve suumlrtuumlnme kayıplarına sabit kayıplar denir
11
BOumlLUumlM 2 MATERYAL VE YOumlNTEM
21 ASENKRON MOTORLAR
Asenkron motorlar başlıca iki kısımdan oluşur
Hareket etmeyen kısım Stator
Doumlnme hareketi yapan kısım Rotor
Asenkron makineler motor olarak stator sargıları ile aldığı elektrik enerjisini
rotorundan doumlnme hareketi yaparak mekanik enerjiye ccedileviren ve generatoumlr olarak
rotorundan aldığı doumlnme hareketi mekanik enerjisini bazı koşullar altında stator
sargılarında elektrik enerjisine ccedileviren elektromekanik makinelerdir
Motor olarak birkaccedil Wattrsquotan 300 MW guumlcuumlne kadar uumlretilmektedir Generatoumlr olarak
az kullanılmakla beraber son zamanlarda ruumlzgacircr enerjisinden elektrik enerjisi elde
etmek amacı ile ruumlzgacircr tuumlrbini ile birlikte ccedilalışmaktadırlar
Stator sargı gerilimleri alccedilak gerilim 220Vdan orta gerilim 22kVa kadar
değişmektedir Doumlnme sayıları sabit değildir fakat doumlnme sayısı yuumlkle az değişir
Doumlnen diğer elektrik makinelerine kıyasla daha sağlam daha az bakım isteyen ve daha
ucuz makinelerdir Son yıllarda yarı iletken guumlccedil elektroniğindeki teknolojik
gelişmeler ile asenkron makinelerin kontroluuml kolayca yapılabilmektedir (Baykal
2011)
Şekil 6 Kuumlccediluumlk Guumlccedilluuml Uumlccedil fazlı Sincap Kafesli Asenkron Motorun Kesiti
12
22 ASENKRON MAKİNALARIN YAPISI
Asenkron makineler başlıca iki kısımdan oluşmaktadır Bunlar
Stator
Rotor
Şekil 7 Stator Saccedil Paketini Oluşturulmuş Farklı Tipte Statorlar
221 Stator
Stator Asenkron motorun duran kısmıdır 04 - 05 veya 08 mm kalınlığında silisyumlu
saccedillar oumlzel kalıplarla preste basılır ve paketlenir Stator saccedilları paketlenince uumlccedil fazlı
sargıların yerleştirileceği stator nuumlvesi elde edilir Bu nuumlve stator goumlvdesinin iccediline
sıkıca yerleştirilir Goumlvdeye motorun ayakları monte edilir Goumlvdeye motor kapaklan
takılır motor kapaklan ortalarındaki bilyeli yataklar statorun ortasında doumlnecek olan
rotora yataklık ederler
1Halkalı Duumlzen Kuumlccediluumlk ve orta guumlccedilteki makinelerde uygulanan bu konstruumlksiyon
şeklinde saccedil paket ya karkas dışında istiflenerek uzun saplamalarla kendi uumlzerine
sıkılır yada saccedil levhalar karkas iccedilinde istiflenir
2 Segmanlı Duumlzen Bu duumlzende saccedil paketi daima karkas tarafından gergin durumda
tutulur Segmanlı duumlzende saccedil paketi rijitli halkalı duumlzendekine oranla da az
olduğundan burada seccedililecek olan karkasın daha kuvvetli olması gerekir (Baykal
2011)
13
222 Rotor
Rotor Asenkron motorun doumlnen kısmıdır ve rotor saccedil paketi ile rotor sargılarından
oluşur Rotor saccedil paketi 05 mm‟lik silisyumlu saccedillardan yapılır Saccedilların yuumlzeyleri
ccedilok ince bir film tabakası ile yalıtılmıştır Saccedillar oumlzel kalıplarda pres altında oluk
dişler ve sıkıştırma cıvata delikleri oluşacak şekilde saccedil şeritlerden kesilerek ccedilıkartılır
Saccedillar bir araya getirilerek pres altında sıkıştırılır ve cıvatalarla bu halde kalması
sağlanır
Diğer doumlnen elektrik makinelerine goumlre stator ile rotor arasında kalan hava aralığı ccedilok
kuumlccediluumlktuumlr Motorun guumlcuumlne goumlre hava aralığının radyal boyu 05 - 1 - 3 mm kadar
olabilir Boumlylesine kuumlccediluumlk bir hava aralığı boşta ccedilalışma akımını kuumlccediluumlk tutmak iccedilin
yapılır Rotor olukları motorun elektrik karakteristiklerini etkileyen değişik biccedilimlerde
yapılır Rotor oluklarına rotor sargıları yerleştirilir
Şekil 8 Rotor Saccedil Paketini Oluşturan Değişik Rotor Saccedilları
Rotor sargıları uumlccedil fazlı olarak ya da sincap kafesli olarak yapılır Rotoru sargılı olan
ve sargı uccedilları doumlnen bilezik-sabit fırccedila ile dışarı ccedilıkartılan motorlara bilezikli asenkron
motor denir Sincap kafesli motorlarda rotor oluklarına bakır ccedilubuklar yerleştirilir Bu
ccedilubuklar her iki baştan dairesel halkalarla kısa devre edilerek sincap kafesine
benzeyen kendi uumlzerine kapatılmış bir sargı elde edilir Sincap kafesli motor sargısı
oumlzel kalıplarla rotor oyuklarına basınccedil altında aluumlminyum puumlskuumlrtuumllerek uumlretilir
Boumlylece uumlretilen rotor sincap kafesi aluumlminyumdan yapılmış olur
Sincap kafesli asenkron motorun rotorundan hiccedilbir uccedil ccedilıkmadığı iccedilin bu motorun
kontroluuml sadece statordaki elektrik uccedillarından yapılabilmektedir Oysa bilezikli
asenkron motorun rotor sargı uccedilları bilezik ve fırccedila sistemi ile dışarı ccedilıkarıldığından
14
bu motorun kontroluuml hem stator sargı uccedillarından ve hem de rotor sargı uccedillarından
yapılabilmektedir
Sincap kafesli motorun rotor sargısı buumlyuumlk motorlarda bakır ccedilubukların rotor
oluklarına yerleştirilmesi ve iki baştan kısa devre elde edilmesi ile oluşturulur Kuumlccediluumlk
motorlarda rotorun sincap kafesi aluumlminyum puumlskuumlrtme ve kalıplarla elde edilir
Rotoru sincap kafesli bir motorun sincap kafesi değişik biccedilimde oluklara yerleştirilir
Motorun oumlzellikle moment karakteristiğine istenilen oumlzelliği vermek iccedilin rotorda derin
oluklar ve ccedilift oluk kullanılır Birinci motora derin oluklu ya da derin ccedilubuklu motor
ve diğerine de ccedilift kafesli motor denir (Baykal 2011)
23 ASENKRON MOTORLARIN CcedilALIŞMA İLKESİ
Asenkron makinenin ccedilalıŞma ilkesi bir doumlner alanın varlığına dayanır Doumlner alan
senkron hız motor milinin hızı da rotor hızı olarak isimlendirilir Kayma da bu iki
hızın arasındaki fark olarak ifade edilmektedir
231 Doumlner Alan
Bir N-S mıknatısı ya da uumlzerinden akım geccedilen bir bobinin magnetik alanı N kutbundan
ccedilıkar ve S kutbuna girer Daimi mıknatıs ve doğru akım taşıyan bobinin manyetik
alanları mıknatıs ve bobin dışarıdan bir bobinle doumlnduumlruumlluumlrse bunların alanları da
beraber doumlner İşte bir mıknatısın doumlnduumlruumllmesi ile elde edilen alana doumlner alan denir
Uumlccedil fazlı asenkron motorun (enduumlksiyon motorun) statoruna birbirinden 120rsquoşer derece
faz farklı 3 faz sargısı yerleştirilmiştir En basit statorda her biri bir faza ait olmak
uumlzere 3 tane bobin bulunur Bir motor en az iki kutuplu olarak sarılabilir (Baykal
2011)
Şekil 9 Uumlccedil Faz bobininin 6 Oluklu Statora Yerleştirilişi
15
232 Senkron Hız
N-S kutuplarının saat ibresi youmlnuumlnde doumlnduumlğuuml goumlruumlluumlr uumlccedil fazlı alternatif akımdaki bir
periyotluk değişme N-S kutuplarının bir devir yapmasına sebep olur Alternatif akımın
frekansı 50 Hz ise saniyede 50 periyotluk bir değişme yapar Dolayısıyla statordaki
faz bobinlerinin meydana getirdiği N-S kutupları da saniyede 50 devirle doumlner Bu
dakikada 3000 devir eder Ccedilok fazlı bir stator sargısından aynı faz sayısında ccedilok fazlı
bir akım geccedilerse hava aralığında sabit genlikli bir doumlner alan oluşur Bu doumlner alanın
duran statora goumlre ns (n1) devir hızı şebeke frekansına doğru stator sargısının p ccedilift
kutup sayısına ters orantılıdır
1198991 = 601198911
119901
Senkron hız da denen doumlner alan hızı kutup sayısına goumlre buumlyuumlk basamaklar yaparak
değişir Asenkron motorlar ancak belli senkron hızlar iccedilin yapılabilir En fazla
kullanılan senkron hızlar 2 4 6 ve 8 kutup sayılarına ait olanlardır (Baykal 2011)
Tablo 6 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru
P
(Kutup Sayısı)
50 Hz 60 Hz
n1min-1 n1s-1 n1min-1 n1s-1
2 3000 50 3600 60
4 1500 25 1800 30
6 1000 1667 1200 20
8 750 125 900 15
16
233 Kayma
Senkron makine dışında buumltuumln diğer ccedilalışma tuumlrlerinde asenkron makinenin
ccedilalışabilmesi iccedilin rotor hızının doumlner alan hızından farklı olması gerekir Doumlner alanın
rotor uumlzerinden geccedilme hızına yani doumlner alan ile rotor hızı arasındaki cebirsel farka
kayma hızı n2 ve bu hızın doumlner alan hızına oranına kayma s denir Bu tanıma
dayanarak kayma devir hızına goumlre veya devir hızı kaymaya goumlre ifade edilebilir
n2 = n1 ndash n n = n1(1-s) 119904 = 1198992
1198991 =
1198991minus119899
1198991
Kayma oranlanmış bir buumlyuumlkluumlktuumlr ve ccediloğunlukla olarak ifade edilir Pozitif negatif
veya sıfır olabilir Oranlanmış rotor hızı n nı ile toplamı daima 1rsquoe eşittir Teorisel
olarak ndash infin ve +infin arasında değişebilir Durmada n = 0 ve s =1 dir Senkron ccedilalışmada
n = n1 ve s = 0 dır Bu iki sınır değer arasında asenkron makine motor olarak ccedilalışır
ve kayması daima pozitiftir Anma ccedilalışmasındaki değeri yuumlzde birkaccedil olup artan
anma guumlcuuml ile azalır ve kuumlccediluumlk guumlccedillerde yaklaşık 10 dan buumlyuumlk guumlccedillerde 1 in altına
duumlşer
Rotor doumlner alana goumlre ters youmlnde doumlnduumlğuumlnde elde edilen fren ccedilalışmada devir hızı
negatif ve kayma 1 den buumlyuumlktuumlr Rotor hızı doumlner alan hızını geccedilerse yani ngtn1 ise
kayma negatif olur (s lt 0) ve makine generatoumlr olarak ccedilalışmaya başlar (Baykal 2011)
Şekil 10 Standart Asenkron Motorların Anma Kayması ve Verimi
17
24 ASENKRON MOTOR CcedilEŞİTLERİ
Asenkron motorlar rotor yapılarına goumlre ikiye ayrılır
Sincap kafesli (Kısa devre rotorlu) Asenkron Motorlar
Bilezikli (Sargılı rotorlu) Asenkron Motorlar
241 Uumlccedil Fazlı Kısa Devre (Sincap Kafesli ) Asenkron Motorlar
Uumlccedil fazlı sincap kafesli motorun yapılısı basittir Az bakıma ihtiyaccedil goumlsterir Bu tip
motorun oumllccediluumlleri aynı guumlccedilteki başka tip motorların oumllccediluumllerinden kuumlccediluumlktuumlr Değişik
yuumlklerdeki hız reguumllasyonu ccedilok iyidir Fiyatının ucuzluğu yapılışının sağlamlığı ve
istenilen ccedilalışma oumlzelliğine sahip oluşu yuumlzuumlnden bu tip motorlar sanayide ccedilok
kullanılır
Rotorlar accedilılmış oluklara basınccedil altında erimiş aluumlminyum puumlskuumlrtuumllerek doldurulur
Rotorun her iki başındaki kısa devre halkalar da aluumlminyumdandır Ayrıca bu halkalar
uumlzerine kanatlar da bırakılarak rotor işletmede vantilasyon suretiyle soğutulması
sağlanır 250 kW guumlcuumlne kadar kısa devre kafesleri aluumlminyumdan yapılmış asenkron
motorlar mevcuttur
Buumlyuumlk guumlccedil istenilen işletmelerde kısa devre kafesi yuumlksek dikdoumlrtgen şeklinde bakır
ccedilubuklardan ve bunları rotorun her iki başında kısa devre eden bakır halkalardan
yapılır Rotorda kaccedil adet oluk varsa rotorun faz sayısı buna eşittir
Kısa devre kafesli asenkron motorun yol alma oumlzellikleri iyi değildir Ancak basit ve
ucuz olmaları nedeni ile yaygın biccedilimde kullanılmaktadır Yol almasını kolaylaştırmak
iccedilin yuumlksek ccedilubuklu veya ccedilift kafesli olarak yapılırlar (Baykal 2011)
Şekil 11 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru
18
242 Bilezikli (Sargılı rotorlu) AC Motorlar
Birccedilok sanayi yuumlklerinde uumlccedil fazlı değişik hızlı motora ihtiyaccedil duyulduğu yerler iccedilin
bilezikli asenkron motorlar geliştirilmiştir Bilezikli asenkron motorlara sargılı rotorlu
AC motor da denilmektedir Bu tip motorun statoru ile sargının yerleştirilmesi sincap
kafesli motorun aynıdır Rotor ccedilelik saccedillardan yapılmış silindirik bir goumlbektir 120
derece aralıklı uumlccedil adet tek fazlı kalıp sargısını yerleştirmek iccedilin rotor uumlzerine oyuklar
accedilılmıştır izoleli rotor bobinleri stator kutup sayısına eşit kutup sayısı elde edecek
şekilde gruplandırılmıştır Uumlccedil tek fazlı rotor sargısı aralarında yıldız bağlanarak ccedilıkış
uccedilları rotor mili uumlzerindeki uumlccedil bileziğe bağlanmıştır Bileziklere temas eden fırccedila uccedilları
hız kontroloumlruuml ayarlayıcısına bağlanır Fırccedilalar taşıyıcılar uumlzerindeki yayların basıncı
ile bileziklere sıkıca temas eder Doğru akım makinelerinde olduğu gibi youmln
değiştirmeye luumlzum olmadığı iccedilin fırccedila taşıyıcıları uygun bir durumda sıkıca tespit
edilmiştir
Bilezikli asenkron motorun rotorunda aynı statorunda olduğu gibi uumlccedil fazlı alternatif
akım sargısı vardır Stator 10 Kw guumlce kadar tek tabakalı orta guumlccedillerde ise iki tabakalı
sargılı yapılırlar Rotor ise tam oluklu veya kesirli oluklu sargılı olabilir Rotor sargı
uccedillarının bir tarafı bileziklere bağlanır Diğer tarafı ise kısa devre edilerek uumlccedil fazlı
sargının yıldız noktasını oluşturur Bilezikler uumlzerindeki fırccedila sistemi ile rotor
alternatif gerilim kaynağından ayrıca beslenir (Baykal 2011)
25 Elektrik Motorlarına Yıldız-Uumlccedilgen Yol Verme
Kalkış akımını duumlşuumlrmede en ekonomik youmlntemdir Uumlccedil kontaktoumlr ile bir zaman
roumllesinden oluşan kontaktoumlr kombinasyonudur Bu youmlntemle yol verebilmek iccedilin
motorun uumlccedilgen bağlı ccedilalışma gerilimi şebeke gerilimine eşit olmalıdır Oumlrneğin
uumllkemizde şebeke gerilimi 380 Volt olduğuna goumlre yıldız-uumlccedilgen yol verilecek motorun
etiketinde D380 V veya D380VY660V yazılı olmalıdır Volt elektrik motorlarında 2
ve 4 kutuplularda 3 kW (dacirchil) 6 kutuplularda 22 kW(dacirchil) den daha buumlyuumlk guumlccedilluuml
motorlar bu oumlzelliktedir Yani 380 V şebekede uumlccedilgen bağlı ccedilalıştırılırlar
Motora yıldız-uumlccedilgen yol verildiğinde direkt yol vermeye goumlre şebekeden ccedilekeceği
akım 3 katı azalır Yıldız-uumlccedilgen yol vermede amaccedil motoru kalkış suumlresince yıldız
19
bağlı ccedilalıştırmak ve kalkışını tamamlayan motoru hemen normal bağlantısı olan uumlccedilgen
bağlı olarak ccedilalıştırmaktır
Motor kalkış sırasında yıldız bağlı ccedilalıştırıldığından motor sargılarına uygulanan
gerilim U radic3 değerine motorun şebekeden ccedilektiği akım ise 13 değerine duumlşer
Motorun sargılarına uygunalan gerilim azaldığından momenti oumlnemli oumllccediluumlde kuumlccediluumlluumlr
Yıldız-uumlccedilgen yol vermenin kusursuz olması iccedilin motorun yuumlk momentinin yıldız
bağlamadaki motor momentinden buumlyuumlk olmaması ve yıldız bağlamadaki suumlrenin
uygun olması gerekir Bu geccediliş suumlresi ccedilok oumlnemlidir Motor yıldız bağlantıda iken
anma devir sayısına ulaşıldığı anda uumlccedilgen bağlantıya geccedililmesi ve fazla aralık
verilmemesi gerekir
Boumlyle olursa yıldızdan uumlccedilgen bağlantıya geccedilişteki uumlccedilgen kontaktoumlruumlnuumln kapamama
akımı kuumlccediluumlk ve yıldızdan uumlccedilgene geccediliş darbesiz olur Aksi halde uumlccedilgen bağlantıya
geccedilişte akımda geccedilici artışlar goumlruumlluumlr Bunun sonucu kontaktoumlruumln kontakları ani
yuumlksek ısı nedeniyle kaynak olabilir
Bir şebekede uumlccedilgen bağlı ccedilalışacak motor aynı şebekede yıldız bağlı (Y) olarak
ccedilalıştırılabilir Ancak bu durumda motorun guumlcuuml ve momenti duumlşer Bu oumlzellikten
yararlanarak asenkron motorların kalkış anında ccedilektikleri fazla akımı azaltmak iccedilin
yıldız-uumlccedilgen yol verme uygulanması yapılabilir
Şebekede yıldız bağlı ccedilalıştırılması gereken motor yanlışlıkla uumlccedilgen bağlı ccedilalıştırılırsa
sargılarına radic3 katı buumlyuumlk gerilim uygulanmış olur Gerilimdeki artış oranı kadar sargı
akımı buumlyuumlyeceğinden motor aşırı akım ccedileker ve kısa suumlrede artacak ısı sonucu
sargılar yanar
Onun iccedilin yıldız bağlı ccedilalışması gereken motor kesinlikle aynı şebekede uumlccedilgen bağlı
ccedilalıştırılmaz (URL6)
20
Şekil 12 Motora yıldız-uumlccedilgen yol verme
Şekil 13 Stator Sargı Uccedillarının Uumlccedilgen (D) Ve Yıldızı (Y) Bağlanması
Şekil 14 Asenkron Motora Yol Verme
21
26 FANLAR
261 Genel Bilgiler
Fanlar hava veya benzeri gazları basınccedillandırarak belirli bir akış yolu iccedilinde hareket
etmesini sağlayan turbo makinelerdir İyi bir fan istenilen performansı yerine
getirirken verimi yuumlksek enerjiyi daha az tuumlketen muumlmkuumln olduğunca guumlruumlltuumlsuumlz
ccedilalışan ve maliyeti duumlşuumlk olan fandır Fanların tahrik sistemlerinde elektrik motorları
kullanılmaktadır (URL3)
262 Fan Ccedileşitleri
Fanlar aşağıdaki gibi sınıflandırılmaktadır
Eksenel (aksiyel) fanlar
Radyal (santrifuumlj) fanlar
Karışık akışlı (eksenel-radyal) fanlar
Ccedilatı tuumlruuml fanlar
Karşıt akımlı fanlar (blower)
Vorteks ya da rejeneratif fanlar
Diğerleri
Elektrik motorlarında radyal fanlar kullanılmaktadır (URL8)
Bu kısımda projemiz iccedilin incelediğimiz 3 ccedileşit fanı accedilıklayacağız
2621 Eksenel Fanlar
Havanın fan ccedilarkı ile aynı eksende youmln değiştirmeden hareket ettiği fanlardır Yuumlksek
hava debileri ve duumlşuumlk basınccedil sınıfına sahip sistemler iccedilin uygun fanlardır Şekil 15
rsquode oklar akış youmlnuumlnuuml (simetri eksenine paralel) goumlstermektedir
22
Şekil 15 Akışın Simetri Ekseninde Hareket Etmesi
2622 Karışık Akışlı (Radyal-Eksenel) Fanlar
Havanın kanatlar uumlzerinden emmesine goumlre yaklaşık 45deg accedilı yaparak hareket ettiği
fanlardır Radyal fanlara goumlre hava debisi daha yuumlksektir
Eksenel fanlardan daha yuumlksek basınca dayanabilir
Fan eğrisi uumlzerinde kararsız boumllge yoktur
Karşı basıncın duumlşuumlk olduğu boumllgelerde motor aşırı akım ccedilekmez
Eksenel ve radyal fanlara goumlre verimleri duumlşuumlktuumlr (URL6)
Şekil 16 Karışık Akışlı Fan Uygulamaları
23
2623 Radyal (Santrifuumlj) Fanlar
Havanın fan ccedilarkını emmesine goumlre 90deg accedilı yaparak kanatlara teğet olarak terk ettiği
fanlardır
Radyal fanların avantajları aşağıdaki gibidir
Geniş bir uygulama aralığına sahiptir
Yuumlksek sıcaklık ve aşındırıcı ortam uygulamalarında kulanılır
Değişken akış direncine sahip yerlerde daha verimli ve daha sessiz ccedilalışma
olanakları vardır
Yapısal kararlılıkları yuumlksektir (URL6)
Radyal Duumlz Kanatlı Fanlar
Genellikle kendi kendini temizleme malzeme taşıma ve parccedilacık ve yağ yuumlkluuml havanın
uygun halde taşınması gibi durumlarda kullanılırlar ve bunun iccedilin duumlz kanatları vardır
Ccedilarkları basit bir yapıya sahiptir ve nispeten dar kanatları vardır
Elektrik motorlarında genellikle ccedilift youmlnluuml ccedilalışmaya uygun olması iccedilin radyal duumlz
kanat tipli bu fanlar seccedililiyor
Şekil 17 Radyal Duumlz Kanatlı Fanlara Oumlrnekler
24
BOumlLUumlM 3 BULGULAR VE TARTIŞMA
31 SONLU ELEMANLAR YOumlNTEMİ
Sonlu elemanlar youmlntemi muumlhendislik problemlerine kabul edilebilir yaklaşımlarla
ccediloumlzuumlm arayan sayısal youmlntemdir (Moavani 2015) Sonlu elemanlar youmlntemi diğer bir
ifade şekliyle fiziksel şeklin matematiksel ifadesidir Bu kurduğumuz siste sınırlara
ayırılabilen ve malzeme şartlarına uygun olan bir sistem olmalıdır
Sonlu eleman youmlntemindeki basamaklar
Yaklaşık Ccediloumlzuumlm Youmlntemi
Geometrik Şekil
Nod
Eleman
Mesh
Ayrıklaştırma
Şekil 18 Sonlu Eleman Modeli
Eleman
Nod
(Duumlğuumlm
noktaları)
25
Sonlu elemanlar youmlntemi matematik ve fizik biliminin buumltuumln alanlarında kullanılır
Gerilme Analizi
Akışkanlar Mekaniği
Isı İletimi
Dalga Yayılımı
Darbe Analizi
Aerodinamik vb alanlardır
Sonlu elemanlar youmlntemini kullanırken oumlncelikle şu soruların cevaplarını bulmalıyız
Dizayn amacımız nedir
Bu sistemi modellemek iccedilin gerekli olan bilgiler nelerdir
Bu dizayn iccedilin hangi kriterler gerekir
311 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Pozitif Youmlnleri
Geometrisi karışık cisimlerin incelenmesini kolaylaştırır Geometri basit kısımlara
ayrılıp burada ayrı veya daha hassas işlemler yapılabilir
Parccedilanın geometrisini değiştirmeye gerek kalmaz
Youmlntemde hem fiziksel hem matematiksel temeli vardır
Sonlu elemanlar youmlntemi iccedilin ccedilok farklı programlar bulunmaktadır (Ansys Marc
Nastran ) (Moavani 2015)
312 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Negatif Youmlnleri
Elde edilen sonuccedilların doğruluğu hangi sonlu youmlnteminin kullanıldığına bağlıdır
Ccedilıkacak durum oumlnceden tespit edilmeli ve ona goumlre bir ccediloumlzuumlm youmlntemi
kullanılmalıdır Bu yuumlzden oumlnceden iyi tesipt edilemezse doğru değer bulunamaz
ve doğru ccediloumlzuumlm iccedilin zaman kaybı olabilir
Doğru ccediloumlzuumlm iccedilin elemanın ayrıştırılması (mesh) atanması gerekir
Bu meshin iyi atılması gerekir yoksa ccediloumlzuumlmuumln yakınsamaları değişebilir
(Moavani 2015)
26
32 ANSYS PROGRAMI
ANSYS genel amaccedillı kullanılan sonlu elemanlar programıdır Ansys yazılımı
mukavemet titreşim akışkanlar mekaniği ısı transferi ve elektromanyetik alanlarının
birbiri ile olan interaksiyonunu simule eden yazılımdır
Boumlylelikle ANSYS uumlruumlnlerin prototipleri uumlretilmeden sanal ortamda test edilmelerine
olanak sağlar Ayrıca sanal ortamdaki 3 boyutlu simulasyonlar neticesinde yapıların
zayıf noktalarının tespiti ve iyileştirilmesi ile oumlmuumlr hesaplarının gerccedilekleştirilmesi ve
muhtemel problemlerin oumlngoumlruumllmesi muumlmkuumln olmaktadır
ANSYS yazılımı sadece ihtiyaccedil duyulan oumlzelliklerin alınmasına fırsat vererek ilave
edilebilen CAD ve FEA bağlantı modulleri ile masa uumlstuumlnde kullanılan diğer
muumlhendislik yazılımları ile entegre bir şekilde ccedilalışabilmektedir
ANSYS yazılımı hem dışarıdan CAD datalarını alabilmekte hem de iccedilindeki
preprocessing imkacircnları ile geometri oluşturulmasına izin vermektedir Yine aynı
preprocessr iccedilinde hesaplama iccedilin gerekli olan sonlu elemanlar modeli yani mesh de
oluşturulmaktadır Yuumlklerin tanımlanmasından sonra ve gerccedilekleştirilen analiz
neticesinde sonuccedillar sayısal ve grafiksel olarak elde edilebilir
ANSYS yazılımı ile oumlzellikle contact algoritmalarının ccedileşitliliği zamana bağımlı
yuumlkleme oumlzellikleri ve nonlinear malzeme modelleri sayesinde yuumlksek muumlhendislik
seviyedeki analizleri hızlı guumlvenilir ve pratik bir şekilde gerccedilekleştirilebilmektedir
ANSYS Workbench parametrik CAD sistemlerini eşsiz bir otomasyon ve performans
ile simulasyon teknolojilerini entegre eden bir platformdur ANSYS Workbenchrsquoin
guumlcuuml yılların bilgi birikimi ile arkasında duran ANSYS ccediloumlzuumlcuuml algoritmalarından gelir
Ayrıca ANSYS Workbenchrsquoin amacı sanal ortamda uumlruumlnuumln verifikasyonunu ve
iyileştirmesini sağlamaktır
Oumlzellikle PC ile uyumluluğun uumlst seviyede olabilmesi iccedilin yazılmış olan ANSYS
Workbench sadece bir arayuumlzden ileri bir ccedilalışma ortamındır ve ANSYS Workbench
ile herhangi bir ANSYS lisansına sahip herkes ccedilalışabilir Aynı alışılagelmiş ANSYS
arabiriminde olduğu gibi ANSYS Workbenchrsquode de kapasiteler sahip olunan lisansın
doğrultusunda sınırlıdır (URL9)
27
ANSYS programının bu oumlzelliklerinden dolayı programı kullanmaya karar verdik
Ansys programının oumlncellikle akışkan mekaniği ve dinamiğinde kullanılan iki ayrı
boumlluumlmuuml bulunmaktadır Bu boumlluumlmler Fluent ve CFX boumlluumlmleridir Bizim
kullandığımız boumlluumlm ise ANSYS CFX boumlluumlmuumlduumlr
33 MEVCUT FAN UumlZERİNDE YAPILAN ANALİZLER
ANSY projesinde oumlncelikle CFX kısmını kullanıldı Ccediluumlnkuuml ANSYS programında
CFX ve Fluent programı hesaplamalı akışkanlar dinamiği iccedilin kullanılmaktadır Ancak
ANSYS CFX turbo makinalar iccedilin kullanıldığından oumlnceden de goumlsterildiği gibi bir
nod alırken huumlcrelerin orta noktalarından nod hesabı yaptığı iccedilin verdiği değerler fan
analizi iccedilin daha iyi bir yakınsama goumlsterir Bu sebeple ANSYS CFX kısmı kullanıldı
İlk olarak mevcut fan uumlzerinde ccedileşitli incelemeler yapıldı
Mevcut fan uumlzerinde 10 kanat var iken suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilok fazla olduğu saptandı
Bunun uumlzerine motorun akışını kolaylaştırma yoluna gidildi
Havayı oluklara daha iyi aktarabilecek kısım fanın kanat boyu olduğu iccedilin fanın
kanatlarının uzunluğunda değişiklik yapılmasına karar verildi
Fandan ccedilekilen debi miktarı ve tork değerlerini tam alabilmek ve mevcut fanın
verimini oumllccedilebilmek iccedilin oumlncelikle esas oumllccediluumllerine goumlre ccedilizilen fan ANSYS
programına aktarıldı File gt Import gt Design Moduler şeklinde SolidWorksrsquo ten
ANSYS programına aktarıldı
Şekil 19 SolidWorksrsquo ten İmport Etmek
28
Fanın ccedilevresinde akış hacmi oluşturmak iccedilin katı modelin ccedilevresindeki hava
modellenir
331 Geometri
Oluşturulan akış hacminde havanın giriş ve ccedilıkış kısımları İnlet-Outlet şeklinde
belirtilir
Analys tools komutlarından xy duumlzleminde halka oluşturulur
Burada modeling kısmı 3 boyutlu işlem yapacağı zaman seccedililen kısımdır
Aşağıdaki şekilde de goumlruumlleceği uumlzere
Şekil 20 Akış Alanı Belirleme
Burada exturude komutuyla birlikte oluşturulacak akış hacminin kaccedil mm
uzatılacağı belirtilir Hepsini bir buumltuumln haline getirmemek iccedilin lsquovar olanla
birleştirilsin mirsquo sorusuna hayır denilir
Daha sonra ccedilevresine yayılan boşluk iccedilin Outlet tanımlaması yapılır
Bu işlemleri gerccedilekleştirdikten sonra kesit gerekir İlk oumlnce plane (duumlzlem)
belirlenir Bunun iccedilin hangi duumlzlemi seccedililecek ise (oumlrneğin xy) onu seccedilip plane
tıklanır Plane boumllgesinden ne kadar uzakta olacağı belirlenir Biz de değer 34 mmrsquo
dir Ccediluumlnkuuml kanatların boyu 31 mm olduğundan mesh atamada sorun ccedilıkmaması
29
iccedilin 34 mm uzaklıkta bir plane atanır Bu Planersquoi slice komutuyla keserek 3 farklı
boumllge oluşturulmuş olur
Akışkan hacmini oluşturmak iccedilin dolu olan kısımlar belirlenip ona goumlre hareket
edilir Bunun iccedilinde milin iccedilini dolu kabul edilir
Akışkan hacmi iccedilin yapılan bir diğer işlem ise oluşturulan hacimden fanın hacmini
booelangt substrack komutları ile akışkan hacminin bulunmasıdır
Mevcut fanın uumlzerine sağ tıklanarak ve suppress body komutu seccedililir Boumlylelikle
fanı gizleyerek sadece akışkan hacmi goumlruumlluumlr
Daha sonra oluşan parccedilaların arasında boşluk olmaması iccedilin ve bağlantı sağlamak
iccedilin part kısımlarını seccedililerek sağ tıklanır from new part seccedililir
Şekil 21 Slice Komutu ile Boumllgelere Ayırma
30
Şekil 22 Parccedilalar Arası Bağlantının Sağlandığı FromNew Part Boumlluumlmuuml
Mesh kısmını suumlruumlkleyip project schematic boumlluumlme bırakılır Bu boumlluumlmde geometri
onaylanır ve en altta bulunan meshrsquoe tıklanır
332 Sayısal Ağ Oluşturma (Mesh)
Şekil 23 Mesh oluşturma
31
Şekil 24 Mesh Geometrisi
Sonlu sayıda hacimle ccedilalışıldığından sonlu sayıda hacime boumllmek gerekir Sonlu
sayıda hacime boumlluumlnen kısımlar farklı farklı olabilir
Bu huumlcreler kapsadığı alanın oumlzelliklerini yansıtır Bunların ccedilevresindeki nodlar
bunların ortalaması ile belli bir oumlzelliğe sahip olmuş olur
Bu huumlcrelerin arttırılması yani ayrıştırmaların ccediloğaltılması ne kadar fazla olursa o
kadar yakınsama olur ve ccediloumlzuumlm iyileşir
Ancak sayısal ağ ccedilok fazla attırıldığında ccediloumlzuumlm suumlresi ccedilok fazla artacağından
ekonomik değildir
Bu sebepten dolayı mesh ( ayrıştırma) atarken akışkanın en fazla değişim
goumlstereceği kısımlarda daha fazla sayısal ağ oluşturulur Boumlylelikle daha iyi bir
yakınsama elde edilir Akışkanın değişim goumlstereceği yerler genellikle yuumlzeylerle
temas edilen kısımlardır Mevcut fanın analizin de orta kısımlarda pek fazla
değişiklik olmaz Bu nedenle sınırlara yakın kısımlara daha fazla ağ oluşturulur
Detail of Mesh kısmından hangi kısımlarda ne kadar buumlyuumlkluumlkte mesh
atılabileceğine bakılır
32
Detail of Mesh kısmından Phsics preference kısmı seccedililerek CFDrsquoi seccedililir Solver
Preference kısmından ise CFXrsquoi seccedilip devam edilir
Analiz yaparken belirlenmesi gereken kısımlar vardır Bunun iccedilin diğer kısımlar
seccedililerek hide body seccedililerek kapatılır ve select all body seccedililerek kanatlara isim
verilir
Şekil 25 Mesh İsimlendirme
Akışkanın girişine inlet ccedilıkışına outlet denilir
Mesh atımında minimum yakalayacağı huumlcreler ile maksimum yakalayacağı
huumlcrelerin milimetre hesabı oumlnemlidir Bu yuumlzden kanadın kalınlığı 25 mm olduğu
iccedilin 2 mmrsquo den az olan huumlcre belirlenir Maksimum 15 mmrsquo den buumlyuumlk huumlcreler
olması duumlşuumlnuumllerek analizin yakınsaması sağlandı
Meshrsquoi tıklayıp oradan insert size kısmın da bulunan isimlerde kanatlar seccedililir
Kanatlara maksimum 3 mm buumlyuumlkluumlk seccedililir Devamında ise kanatları hide face
komutuyla gizlenir ve geriye kalan kısımlar iccedilin sizing iccedilin yine 3 mm verilir
Daha sonra kanat ve ccedilevresine ccedilizilen akış hacmi seccedililerek tekrar size kısmından
buumltuumlnuumlne 8 mm verilir Bu kısım iccedilin mesh atanır Yuumlzeyler seccedililerek Preview
Surface Mesh on Selected Bodies denilir ve mesh işlemi tamamlanmış olur
33
Şekil 26 Meshrsquo in Goumlsterimi
Ancak mesh işleminde silindirik yuumlzeylerde sweep komutuyla daha kolay mesh
atılabileceği iccedilin istenen yuumlzey iccedilin sağ tıklayıp İnsertgt Method gtSweep Number
Divs komutlarından kaccedil sıra mesh atılacağı belirlenir 20 sıra vererek mesh atıldı
Suumlpuumlrme işlemi ile mesh atarken hangi yuumlzeyi kaynak olarak alınacağı da
boumlylelikle belirlenmiş olur
Mesh sayfasını kapatıp daha sonrasında workbench kısmında meshin uumlzerine cfx
kısmını bırakılır
Mesh setupgt solutiongt results dan sonuccedillar elde edilir
Daha sonra geometry design da motorun kapağına uygun bir sınır belirlenerek
analiz yapılır
Geometriyi duumlzenlenerek CFXrsquo e aktarılır
Daha oumlncesinde de bahsedildiği uumlzere ANSYS de CFX kullanıldı CFX
kullanılmasının bir diğer sebebi de CFXrsquo in fan konusunda ANSYSlsquo in mesh
kısmından daha bağımsız ve daha hassas olmasıdır
Yapılan isimlendirmeler tekrar kontrol edilir Her farklı işlev iccedilin farklı
isimlendirme yapmak ccedilok oumlnemlidir boumlylece havanın nereden girip ne şekilde
ccedilıkacağını isimlendirmelerden goumlruumllebilir Ve bu isimlendirmeler iccedilin ayrı ayrı kod
yazılır
34
333 Sınır Şartları
Şekil 27 Sınır Şartlarının Belirlenmiş Hali
ANSYS setup kısmında Insert gt Solver gt Output Control komutları seccedililerek code
yazılır MassFlow ()inlet gt Torque_z()kanatlar olarak giriş kısmının kuumltlesel
debisi iccedilin komut yazılır
Ayrıca Insert gt Material kısmından sıcaklığı 25reg basıncı 1 atm entalpi değerini 0
olarak şartları belirlenir
Malzemenin kapak kısmı ccedilelik olarak belirlenir
Solver Control kısmından high resuluiton seccedililerek ccediloumlzuumlmuumln kalitesi arttırılır
Solver Control kısmından Residual Target artık tipini RMS olarak ve onun
yakınsama sınırı 10-5 belirlenir Rms elemanların karelerinin koumlkuumlnuuml alarak
ortalamasını alan youmlntemdir
Yine Solver Control kısmından minimum iterasyonu 1 maksimum İterasyonu ise
500 verilir
İnlet kısmı belirlenirken Boundary Type ( sınır şartları) opening olarak seccedililir
Opening verilmesindeki amaccedil akışkanların iccedileriden girip dışarıya ccedilıkışlarının
sağlanmasıdır Aksi halde ccediloumlzuumlmuumln yakınsamasın da sorunlar oluşabilir Opening
şartında ayrıca akışkan daha ccedilabuk toparlanır ve analiz daha kolaylaşır
Flow Direction komutunda normal sınır şartları belirlenir
Suumlreklilik şartı olarak da Fluid Mass Fluxrsquou seccedililir Bunun yanında sınır kontuumlruuml
iccedilin bağıl basınccedil ayarlarını seccedililir Aynı şekilde outlet iccedilin de aynı ayarlar yapılır
35
Domaine basılıp kapak kısımları ve motor kısımları seccedililir Bu dış kısımları duvar
olarak belirlenir ve duvar hareket edemeyeceğinden No Slip Wall seccedileneği olarak
belirtilir Duvarları suumlrtuumlnmesiz olduğu varsayılıyor
Fan ve kanatlar kısmında Boundry Type olarak Wall olarak belirleyip Frame type
gt rotating (doumlnuumlyor) belirtilir
Ccediloumlzuumlm metodu olarak RNG k-euro modeli kullanılır
Şekil 28 Setup Koşulların Belirlenmesi
334 Ccediloumlzuumlm - Sonuccedillar
Setup kısmını kapatılarak solution ekranı ccedilift tıklanarak ccedilıkan ekran da RUN seccedililerek
ccediloumlzme işlemi başlatılmış olur
Ccediloumlzme işlemi bittiğinde results kısmından sonuccedillar goumlruumlntuumllenebilir
36
Şekil 29 Akışın Youmlnelişi
Şekil 30 Debi Sonucu
37
34 YENİ FAN TASARIMI
341 Fan Tasarımı İccedilin Kabuller
Havanın sıkıştırılamaz olduğunu kabul edildi Havanın sıkıştırılmaz olduğu
varsayılarak yoğunluğu değişmez ve 12 kgm3 olarak kabul edilir
Ccediloumlzuumlmde suumlrtuumlnmeler ve ısı kayıpları ihmal edilir Ccediluumlnkuuml bu değerlerin
hesaplanması ccedilok uzun suumlreceği iccedilin ccediloumlzuumlm youmlntemi iccedilin ekonomik olmaz
Gerccedilekle arasında ccedilok buumlyuumlk bir fark olmayacağı varsayılmıştır
Verimi arttırmak iccedilin orijinal fanın analizinden elde edilen tork değeri duumlşuumlk
tutulmaya ccedilalışılmıştır
Motorun tek bir youmlne doumlneceği duumlşuumlnuumllmuumlştuumlr
342 Fan Tasarım Parametreleri
Bir fan tasarımında belli başlı kriterleri ele alabilmek iccedilin mevcut fan uumlzerinden
değerler bulundu
Tablo 7 Mevcut Fanın Oumlzellikleri
Devir Sayısı ( ddk) r hub (mm) rtip (mm)
1498 25 77
Radyal hız hesaplandığında w= 15687 radsn bulunmuştur r hub diye isimlendirilen
kısım fanın giriş accedilısı iccedilin gerekli olan kanadın başlangıcı ile milin merkezi arasındaki
uzaklıktır r tip ise fan kanadının bitiş noktası ile mil merkezi arasındaki uzaklığın
yarıccedilap cinsinden ifadesi olmaktadır
38
Fan kanat tasarımında oumlnemli olan w (accedilısal hız)hızının kanatlara ne kadar dik
gelebildiğidir Bu kanat hacmine ne kadar iyi bir şekilde gelirse akışkan o denli iyi
akabilir ve kanat profili oluşur
U_hub= w (radsn) x r hub
U_tip = w x r tip
Beta = arctan(vu)
A_inlet= (r tip 1000)sup2π ndash r hub 1000)sup2π
Verim= (Q x P) (TxW)
V (akışın mutlak hızı)= Debi Alan
Tablo 8 Sonuccedil olarak elde edilen değerler
r_h (mm) 25 r_t (mm) 77 r_h (mm) 50 r_t (mm) 80
U_h (ms) 3927 U_t (ms) 1209516 U_h (ms) 7854 U_t (ms) 125664
A_in (m^2) 0016663 A_out (m^2)0012252
V_in (ms) 2350516 V_out 3196702
beta_h 5909726 beta_t 7900249 beta_h 678529 beta_t 7572755
giriş ccedilıkış
Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları
Bu değerlere goumlre BladeGende yeni bir kanat profili oluşturulur
r tip
r hub
Şekil 31 Fan Kanatlarının Accedilısı
39
Şekil 32 BladeGen Kanat Profili
Oluşturduğumuz bu geometriye daha oumlnceki boumlluumlmde bahsedilen fana yapılan adımlar
uygulandı (Yeni oluşturulan fanın geometrik deseni ektedir)
40
3421 Geometri
Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi
3422 Sayısal Ağ Oluşturma
Şekil 34 Yeni Fan Tasarımının Sayısal Ağ Oluşturulması
41
3423 Ccediloumlzuumlm
Şekil 35 Tasarımı Yapılan Fanın Verimi
Accumulated Time Step sayısı iterasyonu goumlstermektedir Daha fazla yakınsama iccedilin
daha fazla koşturulabilir
42
Şekil 36 Tasarımı Yapılan Fanın Torku
43
3423 Sonuccedillar
Şekil 37 Akışın Youmlnelişi
Bu kısımda verimi arttırabilmek iccedilin tork azaltılmaya ccedilalışıldı Boumlylece kanatlara
harcanan toplam guumlccedil azaltılarak iyileştirmeler yapıldı
44
Kanadın iş yapan kısmını arttırarak orijinal fanda kanadın suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilapı
154 mm iken yeni fan da 160 mmrsquoye ccedilıkarıldı
Kanatlar daha eğimli ama daha eksenel bir forma getirildi
Bu motorda toplam guumlccedil iccedilin 60 watt olduğunda yaklaşık 6 wattrsquo lık guumlccedil fan iccedilin
harcanıyordu Fanın verimliliği ccedilok oumlnemli olduğu iccedilin debiyi sabit tutulmaya
torku da duumlşuumlruumllmeye ccedilalışıldı
Tablo 9 ANSYSrsquo de Elde Edilen Deneyler
tork(Nm) w(radsn) m(kgs)
Orijinal Fan 00393645 15687 0048168
Yeni Fan 00043869 15687 0032261
Goumlruumllduumlğuuml gibi tork buumlyuumlk oranda duumlşmuumlş ancak onunla birlikte debi de biraz
duumlşmuumlştuumlr
343 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanması
Motorun arka ve oumln kısımlarına sırt sırta fan bağlayarak havanın akışını hızlandırma
ve soğutmayı arttırma işlemi amaccedillandı Gerccedilek boyutlarda uygulamadan oumlnce fanı
motor şeklini verilen kısım da tek başına analiz yapıldı Verimli bir sonuccedil alabilmek
iccedilin ikili fan deneyi yapıldı
3431 Geometri
Şekil 38 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Geometrisi
45
3432 Sayısal Ağ Oluşturma
Şekil 39 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Sayısal Ağ
Oluşturulması
Yapılan analiz de goumlzlemlenen sonuccedillar şunlardır
Bir motorun etrafında sınırlayıcı bir alan olmadığı iccedilin sınır şartları olarak setup
kısmında yine havayı 1 atm basınccedil olarak alınır Eğer sınırlayıcı bir alan olsaydı
oluklardan hava akışı doğrudan motorun arka kısmına gelecekti Ccedilıkış noktasına ise
kapak yerleştirildi giriş noktasında atmosfer ccedilıkışı ise kapak olarak sınırlandı
3433 Kod Ccediloumlzuumlmuuml
Debi ndash 000064 mᵌ sn olarak ccedilıktı Motorun hava ccedilıkış kısmına fan bağlamanın verimli
olmadığı sonucuna varıldı Oumlnceden oluşturulan oluklardaki 1cmrsquolik aralıklarla
havanın geniş bir alana gitmesi ccedilok zordur Ve bu akışı goumlnderebilmek iccedilin fazladan
basınccedil uygulanması gerekir Bu sebepler debinin duumlşmesine sebep olmuştur
46
Şekil 40 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Ccediloumlzuumlmuuml
47
BOumlLUumlM 4 SONUCcedilLAR
Verim= (Alınan Guumlccedil Verilen Guumlccedil)= (∆P x Q) (T x ὠ)
A_inlet = (r_tip)2 1000 - (r_hub)21000
A_outlet =( U_h1000)2 - (U-t1000)2
U= ὠ x r
Fan hesaplarıdan debi değeri ve tork değeri duumlşmuumlştuumlr Aşağıda yeni fanımızın verimi
yukarıdaki formuumlllere goumlre excelde hesaplanmıştır
tork(Nm) w(radsn) ṁ(kgm^3) verim deltap (Pa)
Orijinal Fan 00393645 15687 00391 60152783 95
Yeni Fan 00043869 15687 0039167 54068744
Tabloda da goumlruumllduumlğuuml uumlzere eski fanın oumlzelliklerine bakılarak hız uumlccedilgeni youmlntemiyle
oluşturulan yeni fan 540 verimli ccedilıkmıştır
Motorun oumln kısmın koyduğumuz fanda ise dar oluklardan buumlyuumlk bir hacime giriş
yaptığı iccedilin tek youmlnluuml analizde kuumltlesel debi negatif değerde ccedilıkmıştır
(Kuumltlesel debi) ṁ=ƍ( oumlzkuumltle) x A(alan) x V( akışkan hızı)=kgsn ndash Formuluumlnden
dolayı verimin hesaplanmasına gerek yoktur
48
BOumlLUumlM 5 EKLER
EK1- MEVCUT FAN
EK2- YENİ FAN
49
KAYNAKCcedilA
Baykal R 2011 Asenkron Motorlar Uumlzerine Enerjiİ Verimliliği Uygulanması
Yayın Tarihi 15032011
Ccedilalışkan M 2014 Eksenel Akışlı Fan Tasarımı Yuumlksek Lisans İstanbul Teknik
Uumlniversitesi TUumlRKİYE
Moavani S 2015 Sonlu Elemanlar Analizi Teorisi ve Ansys ile Uygulamalar
İstanbul
Onaygil S 2006 Enerji Verimliliği Kanunun Tanıtımı Yuumlksek Lisans
URL1 lthttpdeneysancomContentimagesdocumentshavalandirma-
4_39143832pdfgt Erişim Tarihi 12032016
URL2 lt httpwwweiegovtrgt Erişim Tarihi 20042016
URL3 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi
12052016
URL4 ltwwwtuumlikgovtrgt Erişim Tarihi 14052016
URL5 ltwwwemoorgtrekler364734147179187_ekpdfgt Erişim Tarihi 16052016
URL6 ltwwwinverter-plcnetmotoryıldız_uumlccedilgen_bağlantıhtmlgt Erişim Tarihi
18052016
URL7 ltwwweiegovtreie-webturkceenMotor_Verimliligi_Brosurupdfgt Erişim
Tarihi 20052016
URL8 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi
07062016
URL9 ltwwwfigescomtransysansys-nedirphpgt Erişim Tarihi 09062016
50
OumlZGECcedilMİŞLER
Elif CcedilİCcedilEK
Eyluumll 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Duumlzce Anadolu İmamhatip Lisesinde
tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi İlahiyat Fakuumlltesirsquoni kazandı 2012 yılında
Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine
başladı Halen eğitimine devam etmektedir
İletişim
apsuvaelifhotmailcom
Nesrin ALTUNBOĞA
Ağustos 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Haydarpaşa Teknik Okulları Raylı
Sistemler Teknolojileri Boumlluumlmuumlnuuml tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi
Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Boumlluumlmuumlnuuml kazandı Halen eğitimine
devam etmektedir
İletişim
naltunbogagmailcom
Rumeysa ALGUumlL
Ekim 1992rsquo de Konyarsquoda doğdu Lise oumlğrenimini Lafarge Aslan Ccedilimento Anadolu
Teknik Lisesirsquonde 2010 yılında tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi Teknoloji
Fakuumlltesi Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliğini kazandı 2013 yılında Teknoloji
Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine başladı Halen eğitimine devam
etmektedir
İletişim
rumeysaalgulgmailcom
51
52
8
tasarlanmış tek hızlı 3 fazlı 50 Hz veya 5060 Hz sincap kafesli enduumlksiyon motorları
denetim kapsama alınmış bulunmaktadır
Bu tebliğde oumlnemli bir diğer husus ise uygulamaya youmlnelik olan zorunluluklardır
Onlar şunlardır IE1 sınıfı verimlilikte olan motorların piyasaya arz edilmesinin
yasaklanması ve diğer verimlilik sınıfına geccediliş suumlrecinin tanımlanmasıdır
Tablo 4 Başlıca Uumllkelerin Verimlilik Sınıfı Uygulama Tarihleri
BOumlLGE IE1 IE2 IE3
ABD - 1998 2011
AB - 2011 2015
PRC 2000 2011 2015
TUumlRKİYE - 2012 2015
Bunun dışında 01012015 tarihinden itibaren anma ccedilıkış guumlcuuml 75 kW ile 375 kW
arasında olan motorların veriminin IE3 verim seviyesinden duumlşuumlk olmayacağını veya
piyasaya arz edilen motorların IE2 verim seviyesini karşılayacak ve değişken hızlı
tahrikle teccedilhiz edilmesi gerektiğini bildirmektedir (URL5)
Tablo 5 Tuumlrkiyersquo de Zorunlu Uygulamaya Geccediliş Suumlreci
Sınıfı Zorunlu Yuumlruumlrluumlk
Tarihi
Accedilıklama (İstisnalar)
IE1 02042012 2 Nisan 2012 tarihinden itibaren piyasaya suumlruumllmesi
yasaklanmıştır
IE2 02042012 01012015 tarihine kadar kullanılabilecektir
IE3 01012015 Değişken hızlı tahrikle teccedilhiz edilmesi halinde IE2 verim
seviyesi kullanılabilecek (75 kW - 375 kW)
IE3 01012017 Değişken hızlı tahrikle teccedilhiz edilmesi halinde IE2 verim
seviyesi kullanılabilecek (075 kW - 375 kW)
9
16 MOTOR VERİMİNİ ETKİLEYEN FAKTOumlRLER
161 Verim
Bir elektrik motorunun bağlı bulunduğu şebekeden ccedilektiği enerjinin tamamı mekanik
enerjiye doumlnuumlşmez Elektrik motorunun milinden aldığı faydalı guumlccedil şebekeden ccedilektiği
guumlccedilten kayıp guumlccedillerin ccedilıkmış halidir
Asenkron motorun şebekeden ccedilektiği guumlcuumln yuumlzde kaccedilının motorun milinden mekanik
guumlccedil olarak alındığını verim goumlsterir
Verim= ((Alınan G ) (Verilen Guumlccedil))x100
ή= (PaPv)x100
Verilen guumlccedil ile alınan guumlccedil arasındaki fark toplam kayıplardır Asenkron motorlarda
kayıplar stator demir kaybı stator ve rotor bakır kayıpları ile rotorun suumlrtuumlnme ve
ruumlzgacircr kaybından ibarettir
DEMİR
KAYIPLARI
GOumlVDE
STATOR
DİRENCİ
ROTOR
DİRENCİ
RUumlZGAR
SUumlRTUumlNME
DİRENCİ
EK
KAYIPLA
Şekil 5 Motor Verimini Etkileyen Faktoumlrler
10
162 Kayıplar
Demir Kayıpları
Bakır Kayıpları
Suumlrtuumlnme Kayıpları
1621 Demir Kayıpları
Demir kayıpları stator ve rotor saccedillarında meydana gelen histerezis ve fuko
kayıplarıdır Bu kayıplar frekans ve manyetik enduumlksiyon ile oranlıdır
Stator demir kayıpları stator frekansı sabit olduğuna goumlre değişmemektedir Yalnız
rotor demir kayıpları rotor frekansı ile değişir Ancak boş ve yuumlkluuml ccedilalışmada rotor
frekansı ccedilok kuumlccediluumlktuumlr Bu sebeple rotor demir kayıpları ccedilok kuumlccediluumlk olur ve ihmal
edilebilir 0 halde bir asenkron motorun demir kayıpları stator demir kayıplarına
eşittir denebilir Stator frekansı sabit olduğundan demir kayıpları da buumltuumln yuumlkler iccedilin
sabittir
1622 Bakır Kayıpları
Asenkron motorlarda stator ve rotor omik direnccedillerinden dolayı I12R1 ve I2
2R2
değerinde bakır kayıpları meydana gelir Bakır kayıpları sargı direnccedilleri sabit
olduğuna goumlre yuumlk akımları I1 ve I2 lsquonin karesi ile değişir Şu halde bu kayıplar
yuumlkle değişen kayıplardır
Rotor ve stator bakır kayıplarını bulabilmek iccedilin akım ve direnccedillerin bilinmesi gerekir
Genel olarak bakır kayıpları motorun kısa devre deneyinden tuumlm olarak hesaplanır
1623 Ruumlzgar ve Suumlrtuumlnme Kayıpları
Asenkron motorlarda suumlrtuumlnme ve ruumlzgacircr kayıpları devir sayısı ile biraz değişirse
de bu değişim ccedilok az olduğu iccedilin sabit kabul edilebilir Suumlrtuumlnme ve ruumlzgacircr
kayıpları boş ccedilalışma deneyinde demir kayıpları ile birlikte bulunur Demir
kayıpları ile ruumlzgacircr ve suumlrtuumlnme kayıplarına sabit kayıplar denir
11
BOumlLUumlM 2 MATERYAL VE YOumlNTEM
21 ASENKRON MOTORLAR
Asenkron motorlar başlıca iki kısımdan oluşur
Hareket etmeyen kısım Stator
Doumlnme hareketi yapan kısım Rotor
Asenkron makineler motor olarak stator sargıları ile aldığı elektrik enerjisini
rotorundan doumlnme hareketi yaparak mekanik enerjiye ccedileviren ve generatoumlr olarak
rotorundan aldığı doumlnme hareketi mekanik enerjisini bazı koşullar altında stator
sargılarında elektrik enerjisine ccedileviren elektromekanik makinelerdir
Motor olarak birkaccedil Wattrsquotan 300 MW guumlcuumlne kadar uumlretilmektedir Generatoumlr olarak
az kullanılmakla beraber son zamanlarda ruumlzgacircr enerjisinden elektrik enerjisi elde
etmek amacı ile ruumlzgacircr tuumlrbini ile birlikte ccedilalışmaktadırlar
Stator sargı gerilimleri alccedilak gerilim 220Vdan orta gerilim 22kVa kadar
değişmektedir Doumlnme sayıları sabit değildir fakat doumlnme sayısı yuumlkle az değişir
Doumlnen diğer elektrik makinelerine kıyasla daha sağlam daha az bakım isteyen ve daha
ucuz makinelerdir Son yıllarda yarı iletken guumlccedil elektroniğindeki teknolojik
gelişmeler ile asenkron makinelerin kontroluuml kolayca yapılabilmektedir (Baykal
2011)
Şekil 6 Kuumlccediluumlk Guumlccedilluuml Uumlccedil fazlı Sincap Kafesli Asenkron Motorun Kesiti
12
22 ASENKRON MAKİNALARIN YAPISI
Asenkron makineler başlıca iki kısımdan oluşmaktadır Bunlar
Stator
Rotor
Şekil 7 Stator Saccedil Paketini Oluşturulmuş Farklı Tipte Statorlar
221 Stator
Stator Asenkron motorun duran kısmıdır 04 - 05 veya 08 mm kalınlığında silisyumlu
saccedillar oumlzel kalıplarla preste basılır ve paketlenir Stator saccedilları paketlenince uumlccedil fazlı
sargıların yerleştirileceği stator nuumlvesi elde edilir Bu nuumlve stator goumlvdesinin iccediline
sıkıca yerleştirilir Goumlvdeye motorun ayakları monte edilir Goumlvdeye motor kapaklan
takılır motor kapaklan ortalarındaki bilyeli yataklar statorun ortasında doumlnecek olan
rotora yataklık ederler
1Halkalı Duumlzen Kuumlccediluumlk ve orta guumlccedilteki makinelerde uygulanan bu konstruumlksiyon
şeklinde saccedil paket ya karkas dışında istiflenerek uzun saplamalarla kendi uumlzerine
sıkılır yada saccedil levhalar karkas iccedilinde istiflenir
2 Segmanlı Duumlzen Bu duumlzende saccedil paketi daima karkas tarafından gergin durumda
tutulur Segmanlı duumlzende saccedil paketi rijitli halkalı duumlzendekine oranla da az
olduğundan burada seccedililecek olan karkasın daha kuvvetli olması gerekir (Baykal
2011)
13
222 Rotor
Rotor Asenkron motorun doumlnen kısmıdır ve rotor saccedil paketi ile rotor sargılarından
oluşur Rotor saccedil paketi 05 mm‟lik silisyumlu saccedillardan yapılır Saccedilların yuumlzeyleri
ccedilok ince bir film tabakası ile yalıtılmıştır Saccedillar oumlzel kalıplarda pres altında oluk
dişler ve sıkıştırma cıvata delikleri oluşacak şekilde saccedil şeritlerden kesilerek ccedilıkartılır
Saccedillar bir araya getirilerek pres altında sıkıştırılır ve cıvatalarla bu halde kalması
sağlanır
Diğer doumlnen elektrik makinelerine goumlre stator ile rotor arasında kalan hava aralığı ccedilok
kuumlccediluumlktuumlr Motorun guumlcuumlne goumlre hava aralığının radyal boyu 05 - 1 - 3 mm kadar
olabilir Boumlylesine kuumlccediluumlk bir hava aralığı boşta ccedilalışma akımını kuumlccediluumlk tutmak iccedilin
yapılır Rotor olukları motorun elektrik karakteristiklerini etkileyen değişik biccedilimlerde
yapılır Rotor oluklarına rotor sargıları yerleştirilir
Şekil 8 Rotor Saccedil Paketini Oluşturan Değişik Rotor Saccedilları
Rotor sargıları uumlccedil fazlı olarak ya da sincap kafesli olarak yapılır Rotoru sargılı olan
ve sargı uccedilları doumlnen bilezik-sabit fırccedila ile dışarı ccedilıkartılan motorlara bilezikli asenkron
motor denir Sincap kafesli motorlarda rotor oluklarına bakır ccedilubuklar yerleştirilir Bu
ccedilubuklar her iki baştan dairesel halkalarla kısa devre edilerek sincap kafesine
benzeyen kendi uumlzerine kapatılmış bir sargı elde edilir Sincap kafesli motor sargısı
oumlzel kalıplarla rotor oyuklarına basınccedil altında aluumlminyum puumlskuumlrtuumllerek uumlretilir
Boumlylece uumlretilen rotor sincap kafesi aluumlminyumdan yapılmış olur
Sincap kafesli asenkron motorun rotorundan hiccedilbir uccedil ccedilıkmadığı iccedilin bu motorun
kontroluuml sadece statordaki elektrik uccedillarından yapılabilmektedir Oysa bilezikli
asenkron motorun rotor sargı uccedilları bilezik ve fırccedila sistemi ile dışarı ccedilıkarıldığından
14
bu motorun kontroluuml hem stator sargı uccedillarından ve hem de rotor sargı uccedillarından
yapılabilmektedir
Sincap kafesli motorun rotor sargısı buumlyuumlk motorlarda bakır ccedilubukların rotor
oluklarına yerleştirilmesi ve iki baştan kısa devre elde edilmesi ile oluşturulur Kuumlccediluumlk
motorlarda rotorun sincap kafesi aluumlminyum puumlskuumlrtme ve kalıplarla elde edilir
Rotoru sincap kafesli bir motorun sincap kafesi değişik biccedilimde oluklara yerleştirilir
Motorun oumlzellikle moment karakteristiğine istenilen oumlzelliği vermek iccedilin rotorda derin
oluklar ve ccedilift oluk kullanılır Birinci motora derin oluklu ya da derin ccedilubuklu motor
ve diğerine de ccedilift kafesli motor denir (Baykal 2011)
23 ASENKRON MOTORLARIN CcedilALIŞMA İLKESİ
Asenkron makinenin ccedilalıŞma ilkesi bir doumlner alanın varlığına dayanır Doumlner alan
senkron hız motor milinin hızı da rotor hızı olarak isimlendirilir Kayma da bu iki
hızın arasındaki fark olarak ifade edilmektedir
231 Doumlner Alan
Bir N-S mıknatısı ya da uumlzerinden akım geccedilen bir bobinin magnetik alanı N kutbundan
ccedilıkar ve S kutbuna girer Daimi mıknatıs ve doğru akım taşıyan bobinin manyetik
alanları mıknatıs ve bobin dışarıdan bir bobinle doumlnduumlruumlluumlrse bunların alanları da
beraber doumlner İşte bir mıknatısın doumlnduumlruumllmesi ile elde edilen alana doumlner alan denir
Uumlccedil fazlı asenkron motorun (enduumlksiyon motorun) statoruna birbirinden 120rsquoşer derece
faz farklı 3 faz sargısı yerleştirilmiştir En basit statorda her biri bir faza ait olmak
uumlzere 3 tane bobin bulunur Bir motor en az iki kutuplu olarak sarılabilir (Baykal
2011)
Şekil 9 Uumlccedil Faz bobininin 6 Oluklu Statora Yerleştirilişi
15
232 Senkron Hız
N-S kutuplarının saat ibresi youmlnuumlnde doumlnduumlğuuml goumlruumlluumlr uumlccedil fazlı alternatif akımdaki bir
periyotluk değişme N-S kutuplarının bir devir yapmasına sebep olur Alternatif akımın
frekansı 50 Hz ise saniyede 50 periyotluk bir değişme yapar Dolayısıyla statordaki
faz bobinlerinin meydana getirdiği N-S kutupları da saniyede 50 devirle doumlner Bu
dakikada 3000 devir eder Ccedilok fazlı bir stator sargısından aynı faz sayısında ccedilok fazlı
bir akım geccedilerse hava aralığında sabit genlikli bir doumlner alan oluşur Bu doumlner alanın
duran statora goumlre ns (n1) devir hızı şebeke frekansına doğru stator sargısının p ccedilift
kutup sayısına ters orantılıdır
1198991 = 601198911
119901
Senkron hız da denen doumlner alan hızı kutup sayısına goumlre buumlyuumlk basamaklar yaparak
değişir Asenkron motorlar ancak belli senkron hızlar iccedilin yapılabilir En fazla
kullanılan senkron hızlar 2 4 6 ve 8 kutup sayılarına ait olanlardır (Baykal 2011)
Tablo 6 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru
P
(Kutup Sayısı)
50 Hz 60 Hz
n1min-1 n1s-1 n1min-1 n1s-1
2 3000 50 3600 60
4 1500 25 1800 30
6 1000 1667 1200 20
8 750 125 900 15
16
233 Kayma
Senkron makine dışında buumltuumln diğer ccedilalışma tuumlrlerinde asenkron makinenin
ccedilalışabilmesi iccedilin rotor hızının doumlner alan hızından farklı olması gerekir Doumlner alanın
rotor uumlzerinden geccedilme hızına yani doumlner alan ile rotor hızı arasındaki cebirsel farka
kayma hızı n2 ve bu hızın doumlner alan hızına oranına kayma s denir Bu tanıma
dayanarak kayma devir hızına goumlre veya devir hızı kaymaya goumlre ifade edilebilir
n2 = n1 ndash n n = n1(1-s) 119904 = 1198992
1198991 =
1198991minus119899
1198991
Kayma oranlanmış bir buumlyuumlkluumlktuumlr ve ccediloğunlukla olarak ifade edilir Pozitif negatif
veya sıfır olabilir Oranlanmış rotor hızı n nı ile toplamı daima 1rsquoe eşittir Teorisel
olarak ndash infin ve +infin arasında değişebilir Durmada n = 0 ve s =1 dir Senkron ccedilalışmada
n = n1 ve s = 0 dır Bu iki sınır değer arasında asenkron makine motor olarak ccedilalışır
ve kayması daima pozitiftir Anma ccedilalışmasındaki değeri yuumlzde birkaccedil olup artan
anma guumlcuuml ile azalır ve kuumlccediluumlk guumlccedillerde yaklaşık 10 dan buumlyuumlk guumlccedillerde 1 in altına
duumlşer
Rotor doumlner alana goumlre ters youmlnde doumlnduumlğuumlnde elde edilen fren ccedilalışmada devir hızı
negatif ve kayma 1 den buumlyuumlktuumlr Rotor hızı doumlner alan hızını geccedilerse yani ngtn1 ise
kayma negatif olur (s lt 0) ve makine generatoumlr olarak ccedilalışmaya başlar (Baykal 2011)
Şekil 10 Standart Asenkron Motorların Anma Kayması ve Verimi
17
24 ASENKRON MOTOR CcedilEŞİTLERİ
Asenkron motorlar rotor yapılarına goumlre ikiye ayrılır
Sincap kafesli (Kısa devre rotorlu) Asenkron Motorlar
Bilezikli (Sargılı rotorlu) Asenkron Motorlar
241 Uumlccedil Fazlı Kısa Devre (Sincap Kafesli ) Asenkron Motorlar
Uumlccedil fazlı sincap kafesli motorun yapılısı basittir Az bakıma ihtiyaccedil goumlsterir Bu tip
motorun oumllccediluumlleri aynı guumlccedilteki başka tip motorların oumllccediluumllerinden kuumlccediluumlktuumlr Değişik
yuumlklerdeki hız reguumllasyonu ccedilok iyidir Fiyatının ucuzluğu yapılışının sağlamlığı ve
istenilen ccedilalışma oumlzelliğine sahip oluşu yuumlzuumlnden bu tip motorlar sanayide ccedilok
kullanılır
Rotorlar accedilılmış oluklara basınccedil altında erimiş aluumlminyum puumlskuumlrtuumllerek doldurulur
Rotorun her iki başındaki kısa devre halkalar da aluumlminyumdandır Ayrıca bu halkalar
uumlzerine kanatlar da bırakılarak rotor işletmede vantilasyon suretiyle soğutulması
sağlanır 250 kW guumlcuumlne kadar kısa devre kafesleri aluumlminyumdan yapılmış asenkron
motorlar mevcuttur
Buumlyuumlk guumlccedil istenilen işletmelerde kısa devre kafesi yuumlksek dikdoumlrtgen şeklinde bakır
ccedilubuklardan ve bunları rotorun her iki başında kısa devre eden bakır halkalardan
yapılır Rotorda kaccedil adet oluk varsa rotorun faz sayısı buna eşittir
Kısa devre kafesli asenkron motorun yol alma oumlzellikleri iyi değildir Ancak basit ve
ucuz olmaları nedeni ile yaygın biccedilimde kullanılmaktadır Yol almasını kolaylaştırmak
iccedilin yuumlksek ccedilubuklu veya ccedilift kafesli olarak yapılırlar (Baykal 2011)
Şekil 11 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru
18
242 Bilezikli (Sargılı rotorlu) AC Motorlar
Birccedilok sanayi yuumlklerinde uumlccedil fazlı değişik hızlı motora ihtiyaccedil duyulduğu yerler iccedilin
bilezikli asenkron motorlar geliştirilmiştir Bilezikli asenkron motorlara sargılı rotorlu
AC motor da denilmektedir Bu tip motorun statoru ile sargının yerleştirilmesi sincap
kafesli motorun aynıdır Rotor ccedilelik saccedillardan yapılmış silindirik bir goumlbektir 120
derece aralıklı uumlccedil adet tek fazlı kalıp sargısını yerleştirmek iccedilin rotor uumlzerine oyuklar
accedilılmıştır izoleli rotor bobinleri stator kutup sayısına eşit kutup sayısı elde edecek
şekilde gruplandırılmıştır Uumlccedil tek fazlı rotor sargısı aralarında yıldız bağlanarak ccedilıkış
uccedilları rotor mili uumlzerindeki uumlccedil bileziğe bağlanmıştır Bileziklere temas eden fırccedila uccedilları
hız kontroloumlruuml ayarlayıcısına bağlanır Fırccedilalar taşıyıcılar uumlzerindeki yayların basıncı
ile bileziklere sıkıca temas eder Doğru akım makinelerinde olduğu gibi youmln
değiştirmeye luumlzum olmadığı iccedilin fırccedila taşıyıcıları uygun bir durumda sıkıca tespit
edilmiştir
Bilezikli asenkron motorun rotorunda aynı statorunda olduğu gibi uumlccedil fazlı alternatif
akım sargısı vardır Stator 10 Kw guumlce kadar tek tabakalı orta guumlccedillerde ise iki tabakalı
sargılı yapılırlar Rotor ise tam oluklu veya kesirli oluklu sargılı olabilir Rotor sargı
uccedillarının bir tarafı bileziklere bağlanır Diğer tarafı ise kısa devre edilerek uumlccedil fazlı
sargının yıldız noktasını oluşturur Bilezikler uumlzerindeki fırccedila sistemi ile rotor
alternatif gerilim kaynağından ayrıca beslenir (Baykal 2011)
25 Elektrik Motorlarına Yıldız-Uumlccedilgen Yol Verme
Kalkış akımını duumlşuumlrmede en ekonomik youmlntemdir Uumlccedil kontaktoumlr ile bir zaman
roumllesinden oluşan kontaktoumlr kombinasyonudur Bu youmlntemle yol verebilmek iccedilin
motorun uumlccedilgen bağlı ccedilalışma gerilimi şebeke gerilimine eşit olmalıdır Oumlrneğin
uumllkemizde şebeke gerilimi 380 Volt olduğuna goumlre yıldız-uumlccedilgen yol verilecek motorun
etiketinde D380 V veya D380VY660V yazılı olmalıdır Volt elektrik motorlarında 2
ve 4 kutuplularda 3 kW (dacirchil) 6 kutuplularda 22 kW(dacirchil) den daha buumlyuumlk guumlccedilluuml
motorlar bu oumlzelliktedir Yani 380 V şebekede uumlccedilgen bağlı ccedilalıştırılırlar
Motora yıldız-uumlccedilgen yol verildiğinde direkt yol vermeye goumlre şebekeden ccedilekeceği
akım 3 katı azalır Yıldız-uumlccedilgen yol vermede amaccedil motoru kalkış suumlresince yıldız
19
bağlı ccedilalıştırmak ve kalkışını tamamlayan motoru hemen normal bağlantısı olan uumlccedilgen
bağlı olarak ccedilalıştırmaktır
Motor kalkış sırasında yıldız bağlı ccedilalıştırıldığından motor sargılarına uygulanan
gerilim U radic3 değerine motorun şebekeden ccedilektiği akım ise 13 değerine duumlşer
Motorun sargılarına uygunalan gerilim azaldığından momenti oumlnemli oumllccediluumlde kuumlccediluumlluumlr
Yıldız-uumlccedilgen yol vermenin kusursuz olması iccedilin motorun yuumlk momentinin yıldız
bağlamadaki motor momentinden buumlyuumlk olmaması ve yıldız bağlamadaki suumlrenin
uygun olması gerekir Bu geccediliş suumlresi ccedilok oumlnemlidir Motor yıldız bağlantıda iken
anma devir sayısına ulaşıldığı anda uumlccedilgen bağlantıya geccedililmesi ve fazla aralık
verilmemesi gerekir
Boumlyle olursa yıldızdan uumlccedilgen bağlantıya geccedilişteki uumlccedilgen kontaktoumlruumlnuumln kapamama
akımı kuumlccediluumlk ve yıldızdan uumlccedilgene geccediliş darbesiz olur Aksi halde uumlccedilgen bağlantıya
geccedilişte akımda geccedilici artışlar goumlruumlluumlr Bunun sonucu kontaktoumlruumln kontakları ani
yuumlksek ısı nedeniyle kaynak olabilir
Bir şebekede uumlccedilgen bağlı ccedilalışacak motor aynı şebekede yıldız bağlı (Y) olarak
ccedilalıştırılabilir Ancak bu durumda motorun guumlcuuml ve momenti duumlşer Bu oumlzellikten
yararlanarak asenkron motorların kalkış anında ccedilektikleri fazla akımı azaltmak iccedilin
yıldız-uumlccedilgen yol verme uygulanması yapılabilir
Şebekede yıldız bağlı ccedilalıştırılması gereken motor yanlışlıkla uumlccedilgen bağlı ccedilalıştırılırsa
sargılarına radic3 katı buumlyuumlk gerilim uygulanmış olur Gerilimdeki artış oranı kadar sargı
akımı buumlyuumlyeceğinden motor aşırı akım ccedileker ve kısa suumlrede artacak ısı sonucu
sargılar yanar
Onun iccedilin yıldız bağlı ccedilalışması gereken motor kesinlikle aynı şebekede uumlccedilgen bağlı
ccedilalıştırılmaz (URL6)
20
Şekil 12 Motora yıldız-uumlccedilgen yol verme
Şekil 13 Stator Sargı Uccedillarının Uumlccedilgen (D) Ve Yıldızı (Y) Bağlanması
Şekil 14 Asenkron Motora Yol Verme
21
26 FANLAR
261 Genel Bilgiler
Fanlar hava veya benzeri gazları basınccedillandırarak belirli bir akış yolu iccedilinde hareket
etmesini sağlayan turbo makinelerdir İyi bir fan istenilen performansı yerine
getirirken verimi yuumlksek enerjiyi daha az tuumlketen muumlmkuumln olduğunca guumlruumlltuumlsuumlz
ccedilalışan ve maliyeti duumlşuumlk olan fandır Fanların tahrik sistemlerinde elektrik motorları
kullanılmaktadır (URL3)
262 Fan Ccedileşitleri
Fanlar aşağıdaki gibi sınıflandırılmaktadır
Eksenel (aksiyel) fanlar
Radyal (santrifuumlj) fanlar
Karışık akışlı (eksenel-radyal) fanlar
Ccedilatı tuumlruuml fanlar
Karşıt akımlı fanlar (blower)
Vorteks ya da rejeneratif fanlar
Diğerleri
Elektrik motorlarında radyal fanlar kullanılmaktadır (URL8)
Bu kısımda projemiz iccedilin incelediğimiz 3 ccedileşit fanı accedilıklayacağız
2621 Eksenel Fanlar
Havanın fan ccedilarkı ile aynı eksende youmln değiştirmeden hareket ettiği fanlardır Yuumlksek
hava debileri ve duumlşuumlk basınccedil sınıfına sahip sistemler iccedilin uygun fanlardır Şekil 15
rsquode oklar akış youmlnuumlnuuml (simetri eksenine paralel) goumlstermektedir
22
Şekil 15 Akışın Simetri Ekseninde Hareket Etmesi
2622 Karışık Akışlı (Radyal-Eksenel) Fanlar
Havanın kanatlar uumlzerinden emmesine goumlre yaklaşık 45deg accedilı yaparak hareket ettiği
fanlardır Radyal fanlara goumlre hava debisi daha yuumlksektir
Eksenel fanlardan daha yuumlksek basınca dayanabilir
Fan eğrisi uumlzerinde kararsız boumllge yoktur
Karşı basıncın duumlşuumlk olduğu boumllgelerde motor aşırı akım ccedilekmez
Eksenel ve radyal fanlara goumlre verimleri duumlşuumlktuumlr (URL6)
Şekil 16 Karışık Akışlı Fan Uygulamaları
23
2623 Radyal (Santrifuumlj) Fanlar
Havanın fan ccedilarkını emmesine goumlre 90deg accedilı yaparak kanatlara teğet olarak terk ettiği
fanlardır
Radyal fanların avantajları aşağıdaki gibidir
Geniş bir uygulama aralığına sahiptir
Yuumlksek sıcaklık ve aşındırıcı ortam uygulamalarında kulanılır
Değişken akış direncine sahip yerlerde daha verimli ve daha sessiz ccedilalışma
olanakları vardır
Yapısal kararlılıkları yuumlksektir (URL6)
Radyal Duumlz Kanatlı Fanlar
Genellikle kendi kendini temizleme malzeme taşıma ve parccedilacık ve yağ yuumlkluuml havanın
uygun halde taşınması gibi durumlarda kullanılırlar ve bunun iccedilin duumlz kanatları vardır
Ccedilarkları basit bir yapıya sahiptir ve nispeten dar kanatları vardır
Elektrik motorlarında genellikle ccedilift youmlnluuml ccedilalışmaya uygun olması iccedilin radyal duumlz
kanat tipli bu fanlar seccedililiyor
Şekil 17 Radyal Duumlz Kanatlı Fanlara Oumlrnekler
24
BOumlLUumlM 3 BULGULAR VE TARTIŞMA
31 SONLU ELEMANLAR YOumlNTEMİ
Sonlu elemanlar youmlntemi muumlhendislik problemlerine kabul edilebilir yaklaşımlarla
ccediloumlzuumlm arayan sayısal youmlntemdir (Moavani 2015) Sonlu elemanlar youmlntemi diğer bir
ifade şekliyle fiziksel şeklin matematiksel ifadesidir Bu kurduğumuz siste sınırlara
ayırılabilen ve malzeme şartlarına uygun olan bir sistem olmalıdır
Sonlu eleman youmlntemindeki basamaklar
Yaklaşık Ccediloumlzuumlm Youmlntemi
Geometrik Şekil
Nod
Eleman
Mesh
Ayrıklaştırma
Şekil 18 Sonlu Eleman Modeli
Eleman
Nod
(Duumlğuumlm
noktaları)
25
Sonlu elemanlar youmlntemi matematik ve fizik biliminin buumltuumln alanlarında kullanılır
Gerilme Analizi
Akışkanlar Mekaniği
Isı İletimi
Dalga Yayılımı
Darbe Analizi
Aerodinamik vb alanlardır
Sonlu elemanlar youmlntemini kullanırken oumlncelikle şu soruların cevaplarını bulmalıyız
Dizayn amacımız nedir
Bu sistemi modellemek iccedilin gerekli olan bilgiler nelerdir
Bu dizayn iccedilin hangi kriterler gerekir
311 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Pozitif Youmlnleri
Geometrisi karışık cisimlerin incelenmesini kolaylaştırır Geometri basit kısımlara
ayrılıp burada ayrı veya daha hassas işlemler yapılabilir
Parccedilanın geometrisini değiştirmeye gerek kalmaz
Youmlntemde hem fiziksel hem matematiksel temeli vardır
Sonlu elemanlar youmlntemi iccedilin ccedilok farklı programlar bulunmaktadır (Ansys Marc
Nastran ) (Moavani 2015)
312 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Negatif Youmlnleri
Elde edilen sonuccedilların doğruluğu hangi sonlu youmlnteminin kullanıldığına bağlıdır
Ccedilıkacak durum oumlnceden tespit edilmeli ve ona goumlre bir ccediloumlzuumlm youmlntemi
kullanılmalıdır Bu yuumlzden oumlnceden iyi tesipt edilemezse doğru değer bulunamaz
ve doğru ccediloumlzuumlm iccedilin zaman kaybı olabilir
Doğru ccediloumlzuumlm iccedilin elemanın ayrıştırılması (mesh) atanması gerekir
Bu meshin iyi atılması gerekir yoksa ccediloumlzuumlmuumln yakınsamaları değişebilir
(Moavani 2015)
26
32 ANSYS PROGRAMI
ANSYS genel amaccedillı kullanılan sonlu elemanlar programıdır Ansys yazılımı
mukavemet titreşim akışkanlar mekaniği ısı transferi ve elektromanyetik alanlarının
birbiri ile olan interaksiyonunu simule eden yazılımdır
Boumlylelikle ANSYS uumlruumlnlerin prototipleri uumlretilmeden sanal ortamda test edilmelerine
olanak sağlar Ayrıca sanal ortamdaki 3 boyutlu simulasyonlar neticesinde yapıların
zayıf noktalarının tespiti ve iyileştirilmesi ile oumlmuumlr hesaplarının gerccedilekleştirilmesi ve
muhtemel problemlerin oumlngoumlruumllmesi muumlmkuumln olmaktadır
ANSYS yazılımı sadece ihtiyaccedil duyulan oumlzelliklerin alınmasına fırsat vererek ilave
edilebilen CAD ve FEA bağlantı modulleri ile masa uumlstuumlnde kullanılan diğer
muumlhendislik yazılımları ile entegre bir şekilde ccedilalışabilmektedir
ANSYS yazılımı hem dışarıdan CAD datalarını alabilmekte hem de iccedilindeki
preprocessing imkacircnları ile geometri oluşturulmasına izin vermektedir Yine aynı
preprocessr iccedilinde hesaplama iccedilin gerekli olan sonlu elemanlar modeli yani mesh de
oluşturulmaktadır Yuumlklerin tanımlanmasından sonra ve gerccedilekleştirilen analiz
neticesinde sonuccedillar sayısal ve grafiksel olarak elde edilebilir
ANSYS yazılımı ile oumlzellikle contact algoritmalarının ccedileşitliliği zamana bağımlı
yuumlkleme oumlzellikleri ve nonlinear malzeme modelleri sayesinde yuumlksek muumlhendislik
seviyedeki analizleri hızlı guumlvenilir ve pratik bir şekilde gerccedilekleştirilebilmektedir
ANSYS Workbench parametrik CAD sistemlerini eşsiz bir otomasyon ve performans
ile simulasyon teknolojilerini entegre eden bir platformdur ANSYS Workbenchrsquoin
guumlcuuml yılların bilgi birikimi ile arkasında duran ANSYS ccediloumlzuumlcuuml algoritmalarından gelir
Ayrıca ANSYS Workbenchrsquoin amacı sanal ortamda uumlruumlnuumln verifikasyonunu ve
iyileştirmesini sağlamaktır
Oumlzellikle PC ile uyumluluğun uumlst seviyede olabilmesi iccedilin yazılmış olan ANSYS
Workbench sadece bir arayuumlzden ileri bir ccedilalışma ortamındır ve ANSYS Workbench
ile herhangi bir ANSYS lisansına sahip herkes ccedilalışabilir Aynı alışılagelmiş ANSYS
arabiriminde olduğu gibi ANSYS Workbenchrsquode de kapasiteler sahip olunan lisansın
doğrultusunda sınırlıdır (URL9)
27
ANSYS programının bu oumlzelliklerinden dolayı programı kullanmaya karar verdik
Ansys programının oumlncellikle akışkan mekaniği ve dinamiğinde kullanılan iki ayrı
boumlluumlmuuml bulunmaktadır Bu boumlluumlmler Fluent ve CFX boumlluumlmleridir Bizim
kullandığımız boumlluumlm ise ANSYS CFX boumlluumlmuumlduumlr
33 MEVCUT FAN UumlZERİNDE YAPILAN ANALİZLER
ANSY projesinde oumlncelikle CFX kısmını kullanıldı Ccediluumlnkuuml ANSYS programında
CFX ve Fluent programı hesaplamalı akışkanlar dinamiği iccedilin kullanılmaktadır Ancak
ANSYS CFX turbo makinalar iccedilin kullanıldığından oumlnceden de goumlsterildiği gibi bir
nod alırken huumlcrelerin orta noktalarından nod hesabı yaptığı iccedilin verdiği değerler fan
analizi iccedilin daha iyi bir yakınsama goumlsterir Bu sebeple ANSYS CFX kısmı kullanıldı
İlk olarak mevcut fan uumlzerinde ccedileşitli incelemeler yapıldı
Mevcut fan uumlzerinde 10 kanat var iken suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilok fazla olduğu saptandı
Bunun uumlzerine motorun akışını kolaylaştırma yoluna gidildi
Havayı oluklara daha iyi aktarabilecek kısım fanın kanat boyu olduğu iccedilin fanın
kanatlarının uzunluğunda değişiklik yapılmasına karar verildi
Fandan ccedilekilen debi miktarı ve tork değerlerini tam alabilmek ve mevcut fanın
verimini oumllccedilebilmek iccedilin oumlncelikle esas oumllccediluumllerine goumlre ccedilizilen fan ANSYS
programına aktarıldı File gt Import gt Design Moduler şeklinde SolidWorksrsquo ten
ANSYS programına aktarıldı
Şekil 19 SolidWorksrsquo ten İmport Etmek
28
Fanın ccedilevresinde akış hacmi oluşturmak iccedilin katı modelin ccedilevresindeki hava
modellenir
331 Geometri
Oluşturulan akış hacminde havanın giriş ve ccedilıkış kısımları İnlet-Outlet şeklinde
belirtilir
Analys tools komutlarından xy duumlzleminde halka oluşturulur
Burada modeling kısmı 3 boyutlu işlem yapacağı zaman seccedililen kısımdır
Aşağıdaki şekilde de goumlruumlleceği uumlzere
Şekil 20 Akış Alanı Belirleme
Burada exturude komutuyla birlikte oluşturulacak akış hacminin kaccedil mm
uzatılacağı belirtilir Hepsini bir buumltuumln haline getirmemek iccedilin lsquovar olanla
birleştirilsin mirsquo sorusuna hayır denilir
Daha sonra ccedilevresine yayılan boşluk iccedilin Outlet tanımlaması yapılır
Bu işlemleri gerccedilekleştirdikten sonra kesit gerekir İlk oumlnce plane (duumlzlem)
belirlenir Bunun iccedilin hangi duumlzlemi seccedililecek ise (oumlrneğin xy) onu seccedilip plane
tıklanır Plane boumllgesinden ne kadar uzakta olacağı belirlenir Biz de değer 34 mmrsquo
dir Ccediluumlnkuuml kanatların boyu 31 mm olduğundan mesh atamada sorun ccedilıkmaması
29
iccedilin 34 mm uzaklıkta bir plane atanır Bu Planersquoi slice komutuyla keserek 3 farklı
boumllge oluşturulmuş olur
Akışkan hacmini oluşturmak iccedilin dolu olan kısımlar belirlenip ona goumlre hareket
edilir Bunun iccedilinde milin iccedilini dolu kabul edilir
Akışkan hacmi iccedilin yapılan bir diğer işlem ise oluşturulan hacimden fanın hacmini
booelangt substrack komutları ile akışkan hacminin bulunmasıdır
Mevcut fanın uumlzerine sağ tıklanarak ve suppress body komutu seccedililir Boumlylelikle
fanı gizleyerek sadece akışkan hacmi goumlruumlluumlr
Daha sonra oluşan parccedilaların arasında boşluk olmaması iccedilin ve bağlantı sağlamak
iccedilin part kısımlarını seccedililerek sağ tıklanır from new part seccedililir
Şekil 21 Slice Komutu ile Boumllgelere Ayırma
30
Şekil 22 Parccedilalar Arası Bağlantının Sağlandığı FromNew Part Boumlluumlmuuml
Mesh kısmını suumlruumlkleyip project schematic boumlluumlme bırakılır Bu boumlluumlmde geometri
onaylanır ve en altta bulunan meshrsquoe tıklanır
332 Sayısal Ağ Oluşturma (Mesh)
Şekil 23 Mesh oluşturma
31
Şekil 24 Mesh Geometrisi
Sonlu sayıda hacimle ccedilalışıldığından sonlu sayıda hacime boumllmek gerekir Sonlu
sayıda hacime boumlluumlnen kısımlar farklı farklı olabilir
Bu huumlcreler kapsadığı alanın oumlzelliklerini yansıtır Bunların ccedilevresindeki nodlar
bunların ortalaması ile belli bir oumlzelliğe sahip olmuş olur
Bu huumlcrelerin arttırılması yani ayrıştırmaların ccediloğaltılması ne kadar fazla olursa o
kadar yakınsama olur ve ccediloumlzuumlm iyileşir
Ancak sayısal ağ ccedilok fazla attırıldığında ccediloumlzuumlm suumlresi ccedilok fazla artacağından
ekonomik değildir
Bu sebepten dolayı mesh ( ayrıştırma) atarken akışkanın en fazla değişim
goumlstereceği kısımlarda daha fazla sayısal ağ oluşturulur Boumlylelikle daha iyi bir
yakınsama elde edilir Akışkanın değişim goumlstereceği yerler genellikle yuumlzeylerle
temas edilen kısımlardır Mevcut fanın analizin de orta kısımlarda pek fazla
değişiklik olmaz Bu nedenle sınırlara yakın kısımlara daha fazla ağ oluşturulur
Detail of Mesh kısmından hangi kısımlarda ne kadar buumlyuumlkluumlkte mesh
atılabileceğine bakılır
32
Detail of Mesh kısmından Phsics preference kısmı seccedililerek CFDrsquoi seccedililir Solver
Preference kısmından ise CFXrsquoi seccedilip devam edilir
Analiz yaparken belirlenmesi gereken kısımlar vardır Bunun iccedilin diğer kısımlar
seccedililerek hide body seccedililerek kapatılır ve select all body seccedililerek kanatlara isim
verilir
Şekil 25 Mesh İsimlendirme
Akışkanın girişine inlet ccedilıkışına outlet denilir
Mesh atımında minimum yakalayacağı huumlcreler ile maksimum yakalayacağı
huumlcrelerin milimetre hesabı oumlnemlidir Bu yuumlzden kanadın kalınlığı 25 mm olduğu
iccedilin 2 mmrsquo den az olan huumlcre belirlenir Maksimum 15 mmrsquo den buumlyuumlk huumlcreler
olması duumlşuumlnuumllerek analizin yakınsaması sağlandı
Meshrsquoi tıklayıp oradan insert size kısmın da bulunan isimlerde kanatlar seccedililir
Kanatlara maksimum 3 mm buumlyuumlkluumlk seccedililir Devamında ise kanatları hide face
komutuyla gizlenir ve geriye kalan kısımlar iccedilin sizing iccedilin yine 3 mm verilir
Daha sonra kanat ve ccedilevresine ccedilizilen akış hacmi seccedililerek tekrar size kısmından
buumltuumlnuumlne 8 mm verilir Bu kısım iccedilin mesh atanır Yuumlzeyler seccedililerek Preview
Surface Mesh on Selected Bodies denilir ve mesh işlemi tamamlanmış olur
33
Şekil 26 Meshrsquo in Goumlsterimi
Ancak mesh işleminde silindirik yuumlzeylerde sweep komutuyla daha kolay mesh
atılabileceği iccedilin istenen yuumlzey iccedilin sağ tıklayıp İnsertgt Method gtSweep Number
Divs komutlarından kaccedil sıra mesh atılacağı belirlenir 20 sıra vererek mesh atıldı
Suumlpuumlrme işlemi ile mesh atarken hangi yuumlzeyi kaynak olarak alınacağı da
boumlylelikle belirlenmiş olur
Mesh sayfasını kapatıp daha sonrasında workbench kısmında meshin uumlzerine cfx
kısmını bırakılır
Mesh setupgt solutiongt results dan sonuccedillar elde edilir
Daha sonra geometry design da motorun kapağına uygun bir sınır belirlenerek
analiz yapılır
Geometriyi duumlzenlenerek CFXrsquo e aktarılır
Daha oumlncesinde de bahsedildiği uumlzere ANSYS de CFX kullanıldı CFX
kullanılmasının bir diğer sebebi de CFXrsquo in fan konusunda ANSYSlsquo in mesh
kısmından daha bağımsız ve daha hassas olmasıdır
Yapılan isimlendirmeler tekrar kontrol edilir Her farklı işlev iccedilin farklı
isimlendirme yapmak ccedilok oumlnemlidir boumlylece havanın nereden girip ne şekilde
ccedilıkacağını isimlendirmelerden goumlruumllebilir Ve bu isimlendirmeler iccedilin ayrı ayrı kod
yazılır
34
333 Sınır Şartları
Şekil 27 Sınır Şartlarının Belirlenmiş Hali
ANSYS setup kısmında Insert gt Solver gt Output Control komutları seccedililerek code
yazılır MassFlow ()inlet gt Torque_z()kanatlar olarak giriş kısmının kuumltlesel
debisi iccedilin komut yazılır
Ayrıca Insert gt Material kısmından sıcaklığı 25reg basıncı 1 atm entalpi değerini 0
olarak şartları belirlenir
Malzemenin kapak kısmı ccedilelik olarak belirlenir
Solver Control kısmından high resuluiton seccedililerek ccediloumlzuumlmuumln kalitesi arttırılır
Solver Control kısmından Residual Target artık tipini RMS olarak ve onun
yakınsama sınırı 10-5 belirlenir Rms elemanların karelerinin koumlkuumlnuuml alarak
ortalamasını alan youmlntemdir
Yine Solver Control kısmından minimum iterasyonu 1 maksimum İterasyonu ise
500 verilir
İnlet kısmı belirlenirken Boundary Type ( sınır şartları) opening olarak seccedililir
Opening verilmesindeki amaccedil akışkanların iccedileriden girip dışarıya ccedilıkışlarının
sağlanmasıdır Aksi halde ccediloumlzuumlmuumln yakınsamasın da sorunlar oluşabilir Opening
şartında ayrıca akışkan daha ccedilabuk toparlanır ve analiz daha kolaylaşır
Flow Direction komutunda normal sınır şartları belirlenir
Suumlreklilik şartı olarak da Fluid Mass Fluxrsquou seccedililir Bunun yanında sınır kontuumlruuml
iccedilin bağıl basınccedil ayarlarını seccedililir Aynı şekilde outlet iccedilin de aynı ayarlar yapılır
35
Domaine basılıp kapak kısımları ve motor kısımları seccedililir Bu dış kısımları duvar
olarak belirlenir ve duvar hareket edemeyeceğinden No Slip Wall seccedileneği olarak
belirtilir Duvarları suumlrtuumlnmesiz olduğu varsayılıyor
Fan ve kanatlar kısmında Boundry Type olarak Wall olarak belirleyip Frame type
gt rotating (doumlnuumlyor) belirtilir
Ccediloumlzuumlm metodu olarak RNG k-euro modeli kullanılır
Şekil 28 Setup Koşulların Belirlenmesi
334 Ccediloumlzuumlm - Sonuccedillar
Setup kısmını kapatılarak solution ekranı ccedilift tıklanarak ccedilıkan ekran da RUN seccedililerek
ccediloumlzme işlemi başlatılmış olur
Ccediloumlzme işlemi bittiğinde results kısmından sonuccedillar goumlruumlntuumllenebilir
36
Şekil 29 Akışın Youmlnelişi
Şekil 30 Debi Sonucu
37
34 YENİ FAN TASARIMI
341 Fan Tasarımı İccedilin Kabuller
Havanın sıkıştırılamaz olduğunu kabul edildi Havanın sıkıştırılmaz olduğu
varsayılarak yoğunluğu değişmez ve 12 kgm3 olarak kabul edilir
Ccediloumlzuumlmde suumlrtuumlnmeler ve ısı kayıpları ihmal edilir Ccediluumlnkuuml bu değerlerin
hesaplanması ccedilok uzun suumlreceği iccedilin ccediloumlzuumlm youmlntemi iccedilin ekonomik olmaz
Gerccedilekle arasında ccedilok buumlyuumlk bir fark olmayacağı varsayılmıştır
Verimi arttırmak iccedilin orijinal fanın analizinden elde edilen tork değeri duumlşuumlk
tutulmaya ccedilalışılmıştır
Motorun tek bir youmlne doumlneceği duumlşuumlnuumllmuumlştuumlr
342 Fan Tasarım Parametreleri
Bir fan tasarımında belli başlı kriterleri ele alabilmek iccedilin mevcut fan uumlzerinden
değerler bulundu
Tablo 7 Mevcut Fanın Oumlzellikleri
Devir Sayısı ( ddk) r hub (mm) rtip (mm)
1498 25 77
Radyal hız hesaplandığında w= 15687 radsn bulunmuştur r hub diye isimlendirilen
kısım fanın giriş accedilısı iccedilin gerekli olan kanadın başlangıcı ile milin merkezi arasındaki
uzaklıktır r tip ise fan kanadının bitiş noktası ile mil merkezi arasındaki uzaklığın
yarıccedilap cinsinden ifadesi olmaktadır
38
Fan kanat tasarımında oumlnemli olan w (accedilısal hız)hızının kanatlara ne kadar dik
gelebildiğidir Bu kanat hacmine ne kadar iyi bir şekilde gelirse akışkan o denli iyi
akabilir ve kanat profili oluşur
U_hub= w (radsn) x r hub
U_tip = w x r tip
Beta = arctan(vu)
A_inlet= (r tip 1000)sup2π ndash r hub 1000)sup2π
Verim= (Q x P) (TxW)
V (akışın mutlak hızı)= Debi Alan
Tablo 8 Sonuccedil olarak elde edilen değerler
r_h (mm) 25 r_t (mm) 77 r_h (mm) 50 r_t (mm) 80
U_h (ms) 3927 U_t (ms) 1209516 U_h (ms) 7854 U_t (ms) 125664
A_in (m^2) 0016663 A_out (m^2)0012252
V_in (ms) 2350516 V_out 3196702
beta_h 5909726 beta_t 7900249 beta_h 678529 beta_t 7572755
giriş ccedilıkış
Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları
Bu değerlere goumlre BladeGende yeni bir kanat profili oluşturulur
r tip
r hub
Şekil 31 Fan Kanatlarının Accedilısı
39
Şekil 32 BladeGen Kanat Profili
Oluşturduğumuz bu geometriye daha oumlnceki boumlluumlmde bahsedilen fana yapılan adımlar
uygulandı (Yeni oluşturulan fanın geometrik deseni ektedir)
40
3421 Geometri
Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi
3422 Sayısal Ağ Oluşturma
Şekil 34 Yeni Fan Tasarımının Sayısal Ağ Oluşturulması
41
3423 Ccediloumlzuumlm
Şekil 35 Tasarımı Yapılan Fanın Verimi
Accumulated Time Step sayısı iterasyonu goumlstermektedir Daha fazla yakınsama iccedilin
daha fazla koşturulabilir
42
Şekil 36 Tasarımı Yapılan Fanın Torku
43
3423 Sonuccedillar
Şekil 37 Akışın Youmlnelişi
Bu kısımda verimi arttırabilmek iccedilin tork azaltılmaya ccedilalışıldı Boumlylece kanatlara
harcanan toplam guumlccedil azaltılarak iyileştirmeler yapıldı
44
Kanadın iş yapan kısmını arttırarak orijinal fanda kanadın suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilapı
154 mm iken yeni fan da 160 mmrsquoye ccedilıkarıldı
Kanatlar daha eğimli ama daha eksenel bir forma getirildi
Bu motorda toplam guumlccedil iccedilin 60 watt olduğunda yaklaşık 6 wattrsquo lık guumlccedil fan iccedilin
harcanıyordu Fanın verimliliği ccedilok oumlnemli olduğu iccedilin debiyi sabit tutulmaya
torku da duumlşuumlruumllmeye ccedilalışıldı
Tablo 9 ANSYSrsquo de Elde Edilen Deneyler
tork(Nm) w(radsn) m(kgs)
Orijinal Fan 00393645 15687 0048168
Yeni Fan 00043869 15687 0032261
Goumlruumllduumlğuuml gibi tork buumlyuumlk oranda duumlşmuumlş ancak onunla birlikte debi de biraz
duumlşmuumlştuumlr
343 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanması
Motorun arka ve oumln kısımlarına sırt sırta fan bağlayarak havanın akışını hızlandırma
ve soğutmayı arttırma işlemi amaccedillandı Gerccedilek boyutlarda uygulamadan oumlnce fanı
motor şeklini verilen kısım da tek başına analiz yapıldı Verimli bir sonuccedil alabilmek
iccedilin ikili fan deneyi yapıldı
3431 Geometri
Şekil 38 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Geometrisi
45
3432 Sayısal Ağ Oluşturma
Şekil 39 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Sayısal Ağ
Oluşturulması
Yapılan analiz de goumlzlemlenen sonuccedillar şunlardır
Bir motorun etrafında sınırlayıcı bir alan olmadığı iccedilin sınır şartları olarak setup
kısmında yine havayı 1 atm basınccedil olarak alınır Eğer sınırlayıcı bir alan olsaydı
oluklardan hava akışı doğrudan motorun arka kısmına gelecekti Ccedilıkış noktasına ise
kapak yerleştirildi giriş noktasında atmosfer ccedilıkışı ise kapak olarak sınırlandı
3433 Kod Ccediloumlzuumlmuuml
Debi ndash 000064 mᵌ sn olarak ccedilıktı Motorun hava ccedilıkış kısmına fan bağlamanın verimli
olmadığı sonucuna varıldı Oumlnceden oluşturulan oluklardaki 1cmrsquolik aralıklarla
havanın geniş bir alana gitmesi ccedilok zordur Ve bu akışı goumlnderebilmek iccedilin fazladan
basınccedil uygulanması gerekir Bu sebepler debinin duumlşmesine sebep olmuştur
46
Şekil 40 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Ccediloumlzuumlmuuml
47
BOumlLUumlM 4 SONUCcedilLAR
Verim= (Alınan Guumlccedil Verilen Guumlccedil)= (∆P x Q) (T x ὠ)
A_inlet = (r_tip)2 1000 - (r_hub)21000
A_outlet =( U_h1000)2 - (U-t1000)2
U= ὠ x r
Fan hesaplarıdan debi değeri ve tork değeri duumlşmuumlştuumlr Aşağıda yeni fanımızın verimi
yukarıdaki formuumlllere goumlre excelde hesaplanmıştır
tork(Nm) w(radsn) ṁ(kgm^3) verim deltap (Pa)
Orijinal Fan 00393645 15687 00391 60152783 95
Yeni Fan 00043869 15687 0039167 54068744
Tabloda da goumlruumllduumlğuuml uumlzere eski fanın oumlzelliklerine bakılarak hız uumlccedilgeni youmlntemiyle
oluşturulan yeni fan 540 verimli ccedilıkmıştır
Motorun oumln kısmın koyduğumuz fanda ise dar oluklardan buumlyuumlk bir hacime giriş
yaptığı iccedilin tek youmlnluuml analizde kuumltlesel debi negatif değerde ccedilıkmıştır
(Kuumltlesel debi) ṁ=ƍ( oumlzkuumltle) x A(alan) x V( akışkan hızı)=kgsn ndash Formuluumlnden
dolayı verimin hesaplanmasına gerek yoktur
48
BOumlLUumlM 5 EKLER
EK1- MEVCUT FAN
EK2- YENİ FAN
49
KAYNAKCcedilA
Baykal R 2011 Asenkron Motorlar Uumlzerine Enerjiİ Verimliliği Uygulanması
Yayın Tarihi 15032011
Ccedilalışkan M 2014 Eksenel Akışlı Fan Tasarımı Yuumlksek Lisans İstanbul Teknik
Uumlniversitesi TUumlRKİYE
Moavani S 2015 Sonlu Elemanlar Analizi Teorisi ve Ansys ile Uygulamalar
İstanbul
Onaygil S 2006 Enerji Verimliliği Kanunun Tanıtımı Yuumlksek Lisans
URL1 lthttpdeneysancomContentimagesdocumentshavalandirma-
4_39143832pdfgt Erişim Tarihi 12032016
URL2 lt httpwwweiegovtrgt Erişim Tarihi 20042016
URL3 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi
12052016
URL4 ltwwwtuumlikgovtrgt Erişim Tarihi 14052016
URL5 ltwwwemoorgtrekler364734147179187_ekpdfgt Erişim Tarihi 16052016
URL6 ltwwwinverter-plcnetmotoryıldız_uumlccedilgen_bağlantıhtmlgt Erişim Tarihi
18052016
URL7 ltwwweiegovtreie-webturkceenMotor_Verimliligi_Brosurupdfgt Erişim
Tarihi 20052016
URL8 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi
07062016
URL9 ltwwwfigescomtransysansys-nedirphpgt Erişim Tarihi 09062016
50
OumlZGECcedilMİŞLER
Elif CcedilİCcedilEK
Eyluumll 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Duumlzce Anadolu İmamhatip Lisesinde
tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi İlahiyat Fakuumlltesirsquoni kazandı 2012 yılında
Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine
başladı Halen eğitimine devam etmektedir
İletişim
apsuvaelifhotmailcom
Nesrin ALTUNBOĞA
Ağustos 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Haydarpaşa Teknik Okulları Raylı
Sistemler Teknolojileri Boumlluumlmuumlnuuml tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi
Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Boumlluumlmuumlnuuml kazandı Halen eğitimine
devam etmektedir
İletişim
naltunbogagmailcom
Rumeysa ALGUumlL
Ekim 1992rsquo de Konyarsquoda doğdu Lise oumlğrenimini Lafarge Aslan Ccedilimento Anadolu
Teknik Lisesirsquonde 2010 yılında tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi Teknoloji
Fakuumlltesi Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliğini kazandı 2013 yılında Teknoloji
Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine başladı Halen eğitimine devam
etmektedir
İletişim
rumeysaalgulgmailcom
51
52
9
16 MOTOR VERİMİNİ ETKİLEYEN FAKTOumlRLER
161 Verim
Bir elektrik motorunun bağlı bulunduğu şebekeden ccedilektiği enerjinin tamamı mekanik
enerjiye doumlnuumlşmez Elektrik motorunun milinden aldığı faydalı guumlccedil şebekeden ccedilektiği
guumlccedilten kayıp guumlccedillerin ccedilıkmış halidir
Asenkron motorun şebekeden ccedilektiği guumlcuumln yuumlzde kaccedilının motorun milinden mekanik
guumlccedil olarak alındığını verim goumlsterir
Verim= ((Alınan G ) (Verilen Guumlccedil))x100
ή= (PaPv)x100
Verilen guumlccedil ile alınan guumlccedil arasındaki fark toplam kayıplardır Asenkron motorlarda
kayıplar stator demir kaybı stator ve rotor bakır kayıpları ile rotorun suumlrtuumlnme ve
ruumlzgacircr kaybından ibarettir
DEMİR
KAYIPLARI
GOumlVDE
STATOR
DİRENCİ
ROTOR
DİRENCİ
RUumlZGAR
SUumlRTUumlNME
DİRENCİ
EK
KAYIPLA
Şekil 5 Motor Verimini Etkileyen Faktoumlrler
10
162 Kayıplar
Demir Kayıpları
Bakır Kayıpları
Suumlrtuumlnme Kayıpları
1621 Demir Kayıpları
Demir kayıpları stator ve rotor saccedillarında meydana gelen histerezis ve fuko
kayıplarıdır Bu kayıplar frekans ve manyetik enduumlksiyon ile oranlıdır
Stator demir kayıpları stator frekansı sabit olduğuna goumlre değişmemektedir Yalnız
rotor demir kayıpları rotor frekansı ile değişir Ancak boş ve yuumlkluuml ccedilalışmada rotor
frekansı ccedilok kuumlccediluumlktuumlr Bu sebeple rotor demir kayıpları ccedilok kuumlccediluumlk olur ve ihmal
edilebilir 0 halde bir asenkron motorun demir kayıpları stator demir kayıplarına
eşittir denebilir Stator frekansı sabit olduğundan demir kayıpları da buumltuumln yuumlkler iccedilin
sabittir
1622 Bakır Kayıpları
Asenkron motorlarda stator ve rotor omik direnccedillerinden dolayı I12R1 ve I2
2R2
değerinde bakır kayıpları meydana gelir Bakır kayıpları sargı direnccedilleri sabit
olduğuna goumlre yuumlk akımları I1 ve I2 lsquonin karesi ile değişir Şu halde bu kayıplar
yuumlkle değişen kayıplardır
Rotor ve stator bakır kayıplarını bulabilmek iccedilin akım ve direnccedillerin bilinmesi gerekir
Genel olarak bakır kayıpları motorun kısa devre deneyinden tuumlm olarak hesaplanır
1623 Ruumlzgar ve Suumlrtuumlnme Kayıpları
Asenkron motorlarda suumlrtuumlnme ve ruumlzgacircr kayıpları devir sayısı ile biraz değişirse
de bu değişim ccedilok az olduğu iccedilin sabit kabul edilebilir Suumlrtuumlnme ve ruumlzgacircr
kayıpları boş ccedilalışma deneyinde demir kayıpları ile birlikte bulunur Demir
kayıpları ile ruumlzgacircr ve suumlrtuumlnme kayıplarına sabit kayıplar denir
11
BOumlLUumlM 2 MATERYAL VE YOumlNTEM
21 ASENKRON MOTORLAR
Asenkron motorlar başlıca iki kısımdan oluşur
Hareket etmeyen kısım Stator
Doumlnme hareketi yapan kısım Rotor
Asenkron makineler motor olarak stator sargıları ile aldığı elektrik enerjisini
rotorundan doumlnme hareketi yaparak mekanik enerjiye ccedileviren ve generatoumlr olarak
rotorundan aldığı doumlnme hareketi mekanik enerjisini bazı koşullar altında stator
sargılarında elektrik enerjisine ccedileviren elektromekanik makinelerdir
Motor olarak birkaccedil Wattrsquotan 300 MW guumlcuumlne kadar uumlretilmektedir Generatoumlr olarak
az kullanılmakla beraber son zamanlarda ruumlzgacircr enerjisinden elektrik enerjisi elde
etmek amacı ile ruumlzgacircr tuumlrbini ile birlikte ccedilalışmaktadırlar
Stator sargı gerilimleri alccedilak gerilim 220Vdan orta gerilim 22kVa kadar
değişmektedir Doumlnme sayıları sabit değildir fakat doumlnme sayısı yuumlkle az değişir
Doumlnen diğer elektrik makinelerine kıyasla daha sağlam daha az bakım isteyen ve daha
ucuz makinelerdir Son yıllarda yarı iletken guumlccedil elektroniğindeki teknolojik
gelişmeler ile asenkron makinelerin kontroluuml kolayca yapılabilmektedir (Baykal
2011)
Şekil 6 Kuumlccediluumlk Guumlccedilluuml Uumlccedil fazlı Sincap Kafesli Asenkron Motorun Kesiti
12
22 ASENKRON MAKİNALARIN YAPISI
Asenkron makineler başlıca iki kısımdan oluşmaktadır Bunlar
Stator
Rotor
Şekil 7 Stator Saccedil Paketini Oluşturulmuş Farklı Tipte Statorlar
221 Stator
Stator Asenkron motorun duran kısmıdır 04 - 05 veya 08 mm kalınlığında silisyumlu
saccedillar oumlzel kalıplarla preste basılır ve paketlenir Stator saccedilları paketlenince uumlccedil fazlı
sargıların yerleştirileceği stator nuumlvesi elde edilir Bu nuumlve stator goumlvdesinin iccediline
sıkıca yerleştirilir Goumlvdeye motorun ayakları monte edilir Goumlvdeye motor kapaklan
takılır motor kapaklan ortalarındaki bilyeli yataklar statorun ortasında doumlnecek olan
rotora yataklık ederler
1Halkalı Duumlzen Kuumlccediluumlk ve orta guumlccedilteki makinelerde uygulanan bu konstruumlksiyon
şeklinde saccedil paket ya karkas dışında istiflenerek uzun saplamalarla kendi uumlzerine
sıkılır yada saccedil levhalar karkas iccedilinde istiflenir
2 Segmanlı Duumlzen Bu duumlzende saccedil paketi daima karkas tarafından gergin durumda
tutulur Segmanlı duumlzende saccedil paketi rijitli halkalı duumlzendekine oranla da az
olduğundan burada seccedililecek olan karkasın daha kuvvetli olması gerekir (Baykal
2011)
13
222 Rotor
Rotor Asenkron motorun doumlnen kısmıdır ve rotor saccedil paketi ile rotor sargılarından
oluşur Rotor saccedil paketi 05 mm‟lik silisyumlu saccedillardan yapılır Saccedilların yuumlzeyleri
ccedilok ince bir film tabakası ile yalıtılmıştır Saccedillar oumlzel kalıplarda pres altında oluk
dişler ve sıkıştırma cıvata delikleri oluşacak şekilde saccedil şeritlerden kesilerek ccedilıkartılır
Saccedillar bir araya getirilerek pres altında sıkıştırılır ve cıvatalarla bu halde kalması
sağlanır
Diğer doumlnen elektrik makinelerine goumlre stator ile rotor arasında kalan hava aralığı ccedilok
kuumlccediluumlktuumlr Motorun guumlcuumlne goumlre hava aralığının radyal boyu 05 - 1 - 3 mm kadar
olabilir Boumlylesine kuumlccediluumlk bir hava aralığı boşta ccedilalışma akımını kuumlccediluumlk tutmak iccedilin
yapılır Rotor olukları motorun elektrik karakteristiklerini etkileyen değişik biccedilimlerde
yapılır Rotor oluklarına rotor sargıları yerleştirilir
Şekil 8 Rotor Saccedil Paketini Oluşturan Değişik Rotor Saccedilları
Rotor sargıları uumlccedil fazlı olarak ya da sincap kafesli olarak yapılır Rotoru sargılı olan
ve sargı uccedilları doumlnen bilezik-sabit fırccedila ile dışarı ccedilıkartılan motorlara bilezikli asenkron
motor denir Sincap kafesli motorlarda rotor oluklarına bakır ccedilubuklar yerleştirilir Bu
ccedilubuklar her iki baştan dairesel halkalarla kısa devre edilerek sincap kafesine
benzeyen kendi uumlzerine kapatılmış bir sargı elde edilir Sincap kafesli motor sargısı
oumlzel kalıplarla rotor oyuklarına basınccedil altında aluumlminyum puumlskuumlrtuumllerek uumlretilir
Boumlylece uumlretilen rotor sincap kafesi aluumlminyumdan yapılmış olur
Sincap kafesli asenkron motorun rotorundan hiccedilbir uccedil ccedilıkmadığı iccedilin bu motorun
kontroluuml sadece statordaki elektrik uccedillarından yapılabilmektedir Oysa bilezikli
asenkron motorun rotor sargı uccedilları bilezik ve fırccedila sistemi ile dışarı ccedilıkarıldığından
14
bu motorun kontroluuml hem stator sargı uccedillarından ve hem de rotor sargı uccedillarından
yapılabilmektedir
Sincap kafesli motorun rotor sargısı buumlyuumlk motorlarda bakır ccedilubukların rotor
oluklarına yerleştirilmesi ve iki baştan kısa devre elde edilmesi ile oluşturulur Kuumlccediluumlk
motorlarda rotorun sincap kafesi aluumlminyum puumlskuumlrtme ve kalıplarla elde edilir
Rotoru sincap kafesli bir motorun sincap kafesi değişik biccedilimde oluklara yerleştirilir
Motorun oumlzellikle moment karakteristiğine istenilen oumlzelliği vermek iccedilin rotorda derin
oluklar ve ccedilift oluk kullanılır Birinci motora derin oluklu ya da derin ccedilubuklu motor
ve diğerine de ccedilift kafesli motor denir (Baykal 2011)
23 ASENKRON MOTORLARIN CcedilALIŞMA İLKESİ
Asenkron makinenin ccedilalıŞma ilkesi bir doumlner alanın varlığına dayanır Doumlner alan
senkron hız motor milinin hızı da rotor hızı olarak isimlendirilir Kayma da bu iki
hızın arasındaki fark olarak ifade edilmektedir
231 Doumlner Alan
Bir N-S mıknatısı ya da uumlzerinden akım geccedilen bir bobinin magnetik alanı N kutbundan
ccedilıkar ve S kutbuna girer Daimi mıknatıs ve doğru akım taşıyan bobinin manyetik
alanları mıknatıs ve bobin dışarıdan bir bobinle doumlnduumlruumlluumlrse bunların alanları da
beraber doumlner İşte bir mıknatısın doumlnduumlruumllmesi ile elde edilen alana doumlner alan denir
Uumlccedil fazlı asenkron motorun (enduumlksiyon motorun) statoruna birbirinden 120rsquoşer derece
faz farklı 3 faz sargısı yerleştirilmiştir En basit statorda her biri bir faza ait olmak
uumlzere 3 tane bobin bulunur Bir motor en az iki kutuplu olarak sarılabilir (Baykal
2011)
Şekil 9 Uumlccedil Faz bobininin 6 Oluklu Statora Yerleştirilişi
15
232 Senkron Hız
N-S kutuplarının saat ibresi youmlnuumlnde doumlnduumlğuuml goumlruumlluumlr uumlccedil fazlı alternatif akımdaki bir
periyotluk değişme N-S kutuplarının bir devir yapmasına sebep olur Alternatif akımın
frekansı 50 Hz ise saniyede 50 periyotluk bir değişme yapar Dolayısıyla statordaki
faz bobinlerinin meydana getirdiği N-S kutupları da saniyede 50 devirle doumlner Bu
dakikada 3000 devir eder Ccedilok fazlı bir stator sargısından aynı faz sayısında ccedilok fazlı
bir akım geccedilerse hava aralığında sabit genlikli bir doumlner alan oluşur Bu doumlner alanın
duran statora goumlre ns (n1) devir hızı şebeke frekansına doğru stator sargısının p ccedilift
kutup sayısına ters orantılıdır
1198991 = 601198911
119901
Senkron hız da denen doumlner alan hızı kutup sayısına goumlre buumlyuumlk basamaklar yaparak
değişir Asenkron motorlar ancak belli senkron hızlar iccedilin yapılabilir En fazla
kullanılan senkron hızlar 2 4 6 ve 8 kutup sayılarına ait olanlardır (Baykal 2011)
Tablo 6 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru
P
(Kutup Sayısı)
50 Hz 60 Hz
n1min-1 n1s-1 n1min-1 n1s-1
2 3000 50 3600 60
4 1500 25 1800 30
6 1000 1667 1200 20
8 750 125 900 15
16
233 Kayma
Senkron makine dışında buumltuumln diğer ccedilalışma tuumlrlerinde asenkron makinenin
ccedilalışabilmesi iccedilin rotor hızının doumlner alan hızından farklı olması gerekir Doumlner alanın
rotor uumlzerinden geccedilme hızına yani doumlner alan ile rotor hızı arasındaki cebirsel farka
kayma hızı n2 ve bu hızın doumlner alan hızına oranına kayma s denir Bu tanıma
dayanarak kayma devir hızına goumlre veya devir hızı kaymaya goumlre ifade edilebilir
n2 = n1 ndash n n = n1(1-s) 119904 = 1198992
1198991 =
1198991minus119899
1198991
Kayma oranlanmış bir buumlyuumlkluumlktuumlr ve ccediloğunlukla olarak ifade edilir Pozitif negatif
veya sıfır olabilir Oranlanmış rotor hızı n nı ile toplamı daima 1rsquoe eşittir Teorisel
olarak ndash infin ve +infin arasında değişebilir Durmada n = 0 ve s =1 dir Senkron ccedilalışmada
n = n1 ve s = 0 dır Bu iki sınır değer arasında asenkron makine motor olarak ccedilalışır
ve kayması daima pozitiftir Anma ccedilalışmasındaki değeri yuumlzde birkaccedil olup artan
anma guumlcuuml ile azalır ve kuumlccediluumlk guumlccedillerde yaklaşık 10 dan buumlyuumlk guumlccedillerde 1 in altına
duumlşer
Rotor doumlner alana goumlre ters youmlnde doumlnduumlğuumlnde elde edilen fren ccedilalışmada devir hızı
negatif ve kayma 1 den buumlyuumlktuumlr Rotor hızı doumlner alan hızını geccedilerse yani ngtn1 ise
kayma negatif olur (s lt 0) ve makine generatoumlr olarak ccedilalışmaya başlar (Baykal 2011)
Şekil 10 Standart Asenkron Motorların Anma Kayması ve Verimi
17
24 ASENKRON MOTOR CcedilEŞİTLERİ
Asenkron motorlar rotor yapılarına goumlre ikiye ayrılır
Sincap kafesli (Kısa devre rotorlu) Asenkron Motorlar
Bilezikli (Sargılı rotorlu) Asenkron Motorlar
241 Uumlccedil Fazlı Kısa Devre (Sincap Kafesli ) Asenkron Motorlar
Uumlccedil fazlı sincap kafesli motorun yapılısı basittir Az bakıma ihtiyaccedil goumlsterir Bu tip
motorun oumllccediluumlleri aynı guumlccedilteki başka tip motorların oumllccediluumllerinden kuumlccediluumlktuumlr Değişik
yuumlklerdeki hız reguumllasyonu ccedilok iyidir Fiyatının ucuzluğu yapılışının sağlamlığı ve
istenilen ccedilalışma oumlzelliğine sahip oluşu yuumlzuumlnden bu tip motorlar sanayide ccedilok
kullanılır
Rotorlar accedilılmış oluklara basınccedil altında erimiş aluumlminyum puumlskuumlrtuumllerek doldurulur
Rotorun her iki başındaki kısa devre halkalar da aluumlminyumdandır Ayrıca bu halkalar
uumlzerine kanatlar da bırakılarak rotor işletmede vantilasyon suretiyle soğutulması
sağlanır 250 kW guumlcuumlne kadar kısa devre kafesleri aluumlminyumdan yapılmış asenkron
motorlar mevcuttur
Buumlyuumlk guumlccedil istenilen işletmelerde kısa devre kafesi yuumlksek dikdoumlrtgen şeklinde bakır
ccedilubuklardan ve bunları rotorun her iki başında kısa devre eden bakır halkalardan
yapılır Rotorda kaccedil adet oluk varsa rotorun faz sayısı buna eşittir
Kısa devre kafesli asenkron motorun yol alma oumlzellikleri iyi değildir Ancak basit ve
ucuz olmaları nedeni ile yaygın biccedilimde kullanılmaktadır Yol almasını kolaylaştırmak
iccedilin yuumlksek ccedilubuklu veya ccedilift kafesli olarak yapılırlar (Baykal 2011)
Şekil 11 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru
18
242 Bilezikli (Sargılı rotorlu) AC Motorlar
Birccedilok sanayi yuumlklerinde uumlccedil fazlı değişik hızlı motora ihtiyaccedil duyulduğu yerler iccedilin
bilezikli asenkron motorlar geliştirilmiştir Bilezikli asenkron motorlara sargılı rotorlu
AC motor da denilmektedir Bu tip motorun statoru ile sargının yerleştirilmesi sincap
kafesli motorun aynıdır Rotor ccedilelik saccedillardan yapılmış silindirik bir goumlbektir 120
derece aralıklı uumlccedil adet tek fazlı kalıp sargısını yerleştirmek iccedilin rotor uumlzerine oyuklar
accedilılmıştır izoleli rotor bobinleri stator kutup sayısına eşit kutup sayısı elde edecek
şekilde gruplandırılmıştır Uumlccedil tek fazlı rotor sargısı aralarında yıldız bağlanarak ccedilıkış
uccedilları rotor mili uumlzerindeki uumlccedil bileziğe bağlanmıştır Bileziklere temas eden fırccedila uccedilları
hız kontroloumlruuml ayarlayıcısına bağlanır Fırccedilalar taşıyıcılar uumlzerindeki yayların basıncı
ile bileziklere sıkıca temas eder Doğru akım makinelerinde olduğu gibi youmln
değiştirmeye luumlzum olmadığı iccedilin fırccedila taşıyıcıları uygun bir durumda sıkıca tespit
edilmiştir
Bilezikli asenkron motorun rotorunda aynı statorunda olduğu gibi uumlccedil fazlı alternatif
akım sargısı vardır Stator 10 Kw guumlce kadar tek tabakalı orta guumlccedillerde ise iki tabakalı
sargılı yapılırlar Rotor ise tam oluklu veya kesirli oluklu sargılı olabilir Rotor sargı
uccedillarının bir tarafı bileziklere bağlanır Diğer tarafı ise kısa devre edilerek uumlccedil fazlı
sargının yıldız noktasını oluşturur Bilezikler uumlzerindeki fırccedila sistemi ile rotor
alternatif gerilim kaynağından ayrıca beslenir (Baykal 2011)
25 Elektrik Motorlarına Yıldız-Uumlccedilgen Yol Verme
Kalkış akımını duumlşuumlrmede en ekonomik youmlntemdir Uumlccedil kontaktoumlr ile bir zaman
roumllesinden oluşan kontaktoumlr kombinasyonudur Bu youmlntemle yol verebilmek iccedilin
motorun uumlccedilgen bağlı ccedilalışma gerilimi şebeke gerilimine eşit olmalıdır Oumlrneğin
uumllkemizde şebeke gerilimi 380 Volt olduğuna goumlre yıldız-uumlccedilgen yol verilecek motorun
etiketinde D380 V veya D380VY660V yazılı olmalıdır Volt elektrik motorlarında 2
ve 4 kutuplularda 3 kW (dacirchil) 6 kutuplularda 22 kW(dacirchil) den daha buumlyuumlk guumlccedilluuml
motorlar bu oumlzelliktedir Yani 380 V şebekede uumlccedilgen bağlı ccedilalıştırılırlar
Motora yıldız-uumlccedilgen yol verildiğinde direkt yol vermeye goumlre şebekeden ccedilekeceği
akım 3 katı azalır Yıldız-uumlccedilgen yol vermede amaccedil motoru kalkış suumlresince yıldız
19
bağlı ccedilalıştırmak ve kalkışını tamamlayan motoru hemen normal bağlantısı olan uumlccedilgen
bağlı olarak ccedilalıştırmaktır
Motor kalkış sırasında yıldız bağlı ccedilalıştırıldığından motor sargılarına uygulanan
gerilim U radic3 değerine motorun şebekeden ccedilektiği akım ise 13 değerine duumlşer
Motorun sargılarına uygunalan gerilim azaldığından momenti oumlnemli oumllccediluumlde kuumlccediluumlluumlr
Yıldız-uumlccedilgen yol vermenin kusursuz olması iccedilin motorun yuumlk momentinin yıldız
bağlamadaki motor momentinden buumlyuumlk olmaması ve yıldız bağlamadaki suumlrenin
uygun olması gerekir Bu geccediliş suumlresi ccedilok oumlnemlidir Motor yıldız bağlantıda iken
anma devir sayısına ulaşıldığı anda uumlccedilgen bağlantıya geccedililmesi ve fazla aralık
verilmemesi gerekir
Boumlyle olursa yıldızdan uumlccedilgen bağlantıya geccedilişteki uumlccedilgen kontaktoumlruumlnuumln kapamama
akımı kuumlccediluumlk ve yıldızdan uumlccedilgene geccediliş darbesiz olur Aksi halde uumlccedilgen bağlantıya
geccedilişte akımda geccedilici artışlar goumlruumlluumlr Bunun sonucu kontaktoumlruumln kontakları ani
yuumlksek ısı nedeniyle kaynak olabilir
Bir şebekede uumlccedilgen bağlı ccedilalışacak motor aynı şebekede yıldız bağlı (Y) olarak
ccedilalıştırılabilir Ancak bu durumda motorun guumlcuuml ve momenti duumlşer Bu oumlzellikten
yararlanarak asenkron motorların kalkış anında ccedilektikleri fazla akımı azaltmak iccedilin
yıldız-uumlccedilgen yol verme uygulanması yapılabilir
Şebekede yıldız bağlı ccedilalıştırılması gereken motor yanlışlıkla uumlccedilgen bağlı ccedilalıştırılırsa
sargılarına radic3 katı buumlyuumlk gerilim uygulanmış olur Gerilimdeki artış oranı kadar sargı
akımı buumlyuumlyeceğinden motor aşırı akım ccedileker ve kısa suumlrede artacak ısı sonucu
sargılar yanar
Onun iccedilin yıldız bağlı ccedilalışması gereken motor kesinlikle aynı şebekede uumlccedilgen bağlı
ccedilalıştırılmaz (URL6)
20
Şekil 12 Motora yıldız-uumlccedilgen yol verme
Şekil 13 Stator Sargı Uccedillarının Uumlccedilgen (D) Ve Yıldızı (Y) Bağlanması
Şekil 14 Asenkron Motora Yol Verme
21
26 FANLAR
261 Genel Bilgiler
Fanlar hava veya benzeri gazları basınccedillandırarak belirli bir akış yolu iccedilinde hareket
etmesini sağlayan turbo makinelerdir İyi bir fan istenilen performansı yerine
getirirken verimi yuumlksek enerjiyi daha az tuumlketen muumlmkuumln olduğunca guumlruumlltuumlsuumlz
ccedilalışan ve maliyeti duumlşuumlk olan fandır Fanların tahrik sistemlerinde elektrik motorları
kullanılmaktadır (URL3)
262 Fan Ccedileşitleri
Fanlar aşağıdaki gibi sınıflandırılmaktadır
Eksenel (aksiyel) fanlar
Radyal (santrifuumlj) fanlar
Karışık akışlı (eksenel-radyal) fanlar
Ccedilatı tuumlruuml fanlar
Karşıt akımlı fanlar (blower)
Vorteks ya da rejeneratif fanlar
Diğerleri
Elektrik motorlarında radyal fanlar kullanılmaktadır (URL8)
Bu kısımda projemiz iccedilin incelediğimiz 3 ccedileşit fanı accedilıklayacağız
2621 Eksenel Fanlar
Havanın fan ccedilarkı ile aynı eksende youmln değiştirmeden hareket ettiği fanlardır Yuumlksek
hava debileri ve duumlşuumlk basınccedil sınıfına sahip sistemler iccedilin uygun fanlardır Şekil 15
rsquode oklar akış youmlnuumlnuuml (simetri eksenine paralel) goumlstermektedir
22
Şekil 15 Akışın Simetri Ekseninde Hareket Etmesi
2622 Karışık Akışlı (Radyal-Eksenel) Fanlar
Havanın kanatlar uumlzerinden emmesine goumlre yaklaşık 45deg accedilı yaparak hareket ettiği
fanlardır Radyal fanlara goumlre hava debisi daha yuumlksektir
Eksenel fanlardan daha yuumlksek basınca dayanabilir
Fan eğrisi uumlzerinde kararsız boumllge yoktur
Karşı basıncın duumlşuumlk olduğu boumllgelerde motor aşırı akım ccedilekmez
Eksenel ve radyal fanlara goumlre verimleri duumlşuumlktuumlr (URL6)
Şekil 16 Karışık Akışlı Fan Uygulamaları
23
2623 Radyal (Santrifuumlj) Fanlar
Havanın fan ccedilarkını emmesine goumlre 90deg accedilı yaparak kanatlara teğet olarak terk ettiği
fanlardır
Radyal fanların avantajları aşağıdaki gibidir
Geniş bir uygulama aralığına sahiptir
Yuumlksek sıcaklık ve aşındırıcı ortam uygulamalarında kulanılır
Değişken akış direncine sahip yerlerde daha verimli ve daha sessiz ccedilalışma
olanakları vardır
Yapısal kararlılıkları yuumlksektir (URL6)
Radyal Duumlz Kanatlı Fanlar
Genellikle kendi kendini temizleme malzeme taşıma ve parccedilacık ve yağ yuumlkluuml havanın
uygun halde taşınması gibi durumlarda kullanılırlar ve bunun iccedilin duumlz kanatları vardır
Ccedilarkları basit bir yapıya sahiptir ve nispeten dar kanatları vardır
Elektrik motorlarında genellikle ccedilift youmlnluuml ccedilalışmaya uygun olması iccedilin radyal duumlz
kanat tipli bu fanlar seccedililiyor
Şekil 17 Radyal Duumlz Kanatlı Fanlara Oumlrnekler
24
BOumlLUumlM 3 BULGULAR VE TARTIŞMA
31 SONLU ELEMANLAR YOumlNTEMİ
Sonlu elemanlar youmlntemi muumlhendislik problemlerine kabul edilebilir yaklaşımlarla
ccediloumlzuumlm arayan sayısal youmlntemdir (Moavani 2015) Sonlu elemanlar youmlntemi diğer bir
ifade şekliyle fiziksel şeklin matematiksel ifadesidir Bu kurduğumuz siste sınırlara
ayırılabilen ve malzeme şartlarına uygun olan bir sistem olmalıdır
Sonlu eleman youmlntemindeki basamaklar
Yaklaşık Ccediloumlzuumlm Youmlntemi
Geometrik Şekil
Nod
Eleman
Mesh
Ayrıklaştırma
Şekil 18 Sonlu Eleman Modeli
Eleman
Nod
(Duumlğuumlm
noktaları)
25
Sonlu elemanlar youmlntemi matematik ve fizik biliminin buumltuumln alanlarında kullanılır
Gerilme Analizi
Akışkanlar Mekaniği
Isı İletimi
Dalga Yayılımı
Darbe Analizi
Aerodinamik vb alanlardır
Sonlu elemanlar youmlntemini kullanırken oumlncelikle şu soruların cevaplarını bulmalıyız
Dizayn amacımız nedir
Bu sistemi modellemek iccedilin gerekli olan bilgiler nelerdir
Bu dizayn iccedilin hangi kriterler gerekir
311 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Pozitif Youmlnleri
Geometrisi karışık cisimlerin incelenmesini kolaylaştırır Geometri basit kısımlara
ayrılıp burada ayrı veya daha hassas işlemler yapılabilir
Parccedilanın geometrisini değiştirmeye gerek kalmaz
Youmlntemde hem fiziksel hem matematiksel temeli vardır
Sonlu elemanlar youmlntemi iccedilin ccedilok farklı programlar bulunmaktadır (Ansys Marc
Nastran ) (Moavani 2015)
312 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Negatif Youmlnleri
Elde edilen sonuccedilların doğruluğu hangi sonlu youmlnteminin kullanıldığına bağlıdır
Ccedilıkacak durum oumlnceden tespit edilmeli ve ona goumlre bir ccediloumlzuumlm youmlntemi
kullanılmalıdır Bu yuumlzden oumlnceden iyi tesipt edilemezse doğru değer bulunamaz
ve doğru ccediloumlzuumlm iccedilin zaman kaybı olabilir
Doğru ccediloumlzuumlm iccedilin elemanın ayrıştırılması (mesh) atanması gerekir
Bu meshin iyi atılması gerekir yoksa ccediloumlzuumlmuumln yakınsamaları değişebilir
(Moavani 2015)
26
32 ANSYS PROGRAMI
ANSYS genel amaccedillı kullanılan sonlu elemanlar programıdır Ansys yazılımı
mukavemet titreşim akışkanlar mekaniği ısı transferi ve elektromanyetik alanlarının
birbiri ile olan interaksiyonunu simule eden yazılımdır
Boumlylelikle ANSYS uumlruumlnlerin prototipleri uumlretilmeden sanal ortamda test edilmelerine
olanak sağlar Ayrıca sanal ortamdaki 3 boyutlu simulasyonlar neticesinde yapıların
zayıf noktalarının tespiti ve iyileştirilmesi ile oumlmuumlr hesaplarının gerccedilekleştirilmesi ve
muhtemel problemlerin oumlngoumlruumllmesi muumlmkuumln olmaktadır
ANSYS yazılımı sadece ihtiyaccedil duyulan oumlzelliklerin alınmasına fırsat vererek ilave
edilebilen CAD ve FEA bağlantı modulleri ile masa uumlstuumlnde kullanılan diğer
muumlhendislik yazılımları ile entegre bir şekilde ccedilalışabilmektedir
ANSYS yazılımı hem dışarıdan CAD datalarını alabilmekte hem de iccedilindeki
preprocessing imkacircnları ile geometri oluşturulmasına izin vermektedir Yine aynı
preprocessr iccedilinde hesaplama iccedilin gerekli olan sonlu elemanlar modeli yani mesh de
oluşturulmaktadır Yuumlklerin tanımlanmasından sonra ve gerccedilekleştirilen analiz
neticesinde sonuccedillar sayısal ve grafiksel olarak elde edilebilir
ANSYS yazılımı ile oumlzellikle contact algoritmalarının ccedileşitliliği zamana bağımlı
yuumlkleme oumlzellikleri ve nonlinear malzeme modelleri sayesinde yuumlksek muumlhendislik
seviyedeki analizleri hızlı guumlvenilir ve pratik bir şekilde gerccedilekleştirilebilmektedir
ANSYS Workbench parametrik CAD sistemlerini eşsiz bir otomasyon ve performans
ile simulasyon teknolojilerini entegre eden bir platformdur ANSYS Workbenchrsquoin
guumlcuuml yılların bilgi birikimi ile arkasında duran ANSYS ccediloumlzuumlcuuml algoritmalarından gelir
Ayrıca ANSYS Workbenchrsquoin amacı sanal ortamda uumlruumlnuumln verifikasyonunu ve
iyileştirmesini sağlamaktır
Oumlzellikle PC ile uyumluluğun uumlst seviyede olabilmesi iccedilin yazılmış olan ANSYS
Workbench sadece bir arayuumlzden ileri bir ccedilalışma ortamındır ve ANSYS Workbench
ile herhangi bir ANSYS lisansına sahip herkes ccedilalışabilir Aynı alışılagelmiş ANSYS
arabiriminde olduğu gibi ANSYS Workbenchrsquode de kapasiteler sahip olunan lisansın
doğrultusunda sınırlıdır (URL9)
27
ANSYS programının bu oumlzelliklerinden dolayı programı kullanmaya karar verdik
Ansys programının oumlncellikle akışkan mekaniği ve dinamiğinde kullanılan iki ayrı
boumlluumlmuuml bulunmaktadır Bu boumlluumlmler Fluent ve CFX boumlluumlmleridir Bizim
kullandığımız boumlluumlm ise ANSYS CFX boumlluumlmuumlduumlr
33 MEVCUT FAN UumlZERİNDE YAPILAN ANALİZLER
ANSY projesinde oumlncelikle CFX kısmını kullanıldı Ccediluumlnkuuml ANSYS programında
CFX ve Fluent programı hesaplamalı akışkanlar dinamiği iccedilin kullanılmaktadır Ancak
ANSYS CFX turbo makinalar iccedilin kullanıldığından oumlnceden de goumlsterildiği gibi bir
nod alırken huumlcrelerin orta noktalarından nod hesabı yaptığı iccedilin verdiği değerler fan
analizi iccedilin daha iyi bir yakınsama goumlsterir Bu sebeple ANSYS CFX kısmı kullanıldı
İlk olarak mevcut fan uumlzerinde ccedileşitli incelemeler yapıldı
Mevcut fan uumlzerinde 10 kanat var iken suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilok fazla olduğu saptandı
Bunun uumlzerine motorun akışını kolaylaştırma yoluna gidildi
Havayı oluklara daha iyi aktarabilecek kısım fanın kanat boyu olduğu iccedilin fanın
kanatlarının uzunluğunda değişiklik yapılmasına karar verildi
Fandan ccedilekilen debi miktarı ve tork değerlerini tam alabilmek ve mevcut fanın
verimini oumllccedilebilmek iccedilin oumlncelikle esas oumllccediluumllerine goumlre ccedilizilen fan ANSYS
programına aktarıldı File gt Import gt Design Moduler şeklinde SolidWorksrsquo ten
ANSYS programına aktarıldı
Şekil 19 SolidWorksrsquo ten İmport Etmek
28
Fanın ccedilevresinde akış hacmi oluşturmak iccedilin katı modelin ccedilevresindeki hava
modellenir
331 Geometri
Oluşturulan akış hacminde havanın giriş ve ccedilıkış kısımları İnlet-Outlet şeklinde
belirtilir
Analys tools komutlarından xy duumlzleminde halka oluşturulur
Burada modeling kısmı 3 boyutlu işlem yapacağı zaman seccedililen kısımdır
Aşağıdaki şekilde de goumlruumlleceği uumlzere
Şekil 20 Akış Alanı Belirleme
Burada exturude komutuyla birlikte oluşturulacak akış hacminin kaccedil mm
uzatılacağı belirtilir Hepsini bir buumltuumln haline getirmemek iccedilin lsquovar olanla
birleştirilsin mirsquo sorusuna hayır denilir
Daha sonra ccedilevresine yayılan boşluk iccedilin Outlet tanımlaması yapılır
Bu işlemleri gerccedilekleştirdikten sonra kesit gerekir İlk oumlnce plane (duumlzlem)
belirlenir Bunun iccedilin hangi duumlzlemi seccedililecek ise (oumlrneğin xy) onu seccedilip plane
tıklanır Plane boumllgesinden ne kadar uzakta olacağı belirlenir Biz de değer 34 mmrsquo
dir Ccediluumlnkuuml kanatların boyu 31 mm olduğundan mesh atamada sorun ccedilıkmaması
29
iccedilin 34 mm uzaklıkta bir plane atanır Bu Planersquoi slice komutuyla keserek 3 farklı
boumllge oluşturulmuş olur
Akışkan hacmini oluşturmak iccedilin dolu olan kısımlar belirlenip ona goumlre hareket
edilir Bunun iccedilinde milin iccedilini dolu kabul edilir
Akışkan hacmi iccedilin yapılan bir diğer işlem ise oluşturulan hacimden fanın hacmini
booelangt substrack komutları ile akışkan hacminin bulunmasıdır
Mevcut fanın uumlzerine sağ tıklanarak ve suppress body komutu seccedililir Boumlylelikle
fanı gizleyerek sadece akışkan hacmi goumlruumlluumlr
Daha sonra oluşan parccedilaların arasında boşluk olmaması iccedilin ve bağlantı sağlamak
iccedilin part kısımlarını seccedililerek sağ tıklanır from new part seccedililir
Şekil 21 Slice Komutu ile Boumllgelere Ayırma
30
Şekil 22 Parccedilalar Arası Bağlantının Sağlandığı FromNew Part Boumlluumlmuuml
Mesh kısmını suumlruumlkleyip project schematic boumlluumlme bırakılır Bu boumlluumlmde geometri
onaylanır ve en altta bulunan meshrsquoe tıklanır
332 Sayısal Ağ Oluşturma (Mesh)
Şekil 23 Mesh oluşturma
31
Şekil 24 Mesh Geometrisi
Sonlu sayıda hacimle ccedilalışıldığından sonlu sayıda hacime boumllmek gerekir Sonlu
sayıda hacime boumlluumlnen kısımlar farklı farklı olabilir
Bu huumlcreler kapsadığı alanın oumlzelliklerini yansıtır Bunların ccedilevresindeki nodlar
bunların ortalaması ile belli bir oumlzelliğe sahip olmuş olur
Bu huumlcrelerin arttırılması yani ayrıştırmaların ccediloğaltılması ne kadar fazla olursa o
kadar yakınsama olur ve ccediloumlzuumlm iyileşir
Ancak sayısal ağ ccedilok fazla attırıldığında ccediloumlzuumlm suumlresi ccedilok fazla artacağından
ekonomik değildir
Bu sebepten dolayı mesh ( ayrıştırma) atarken akışkanın en fazla değişim
goumlstereceği kısımlarda daha fazla sayısal ağ oluşturulur Boumlylelikle daha iyi bir
yakınsama elde edilir Akışkanın değişim goumlstereceği yerler genellikle yuumlzeylerle
temas edilen kısımlardır Mevcut fanın analizin de orta kısımlarda pek fazla
değişiklik olmaz Bu nedenle sınırlara yakın kısımlara daha fazla ağ oluşturulur
Detail of Mesh kısmından hangi kısımlarda ne kadar buumlyuumlkluumlkte mesh
atılabileceğine bakılır
32
Detail of Mesh kısmından Phsics preference kısmı seccedililerek CFDrsquoi seccedililir Solver
Preference kısmından ise CFXrsquoi seccedilip devam edilir
Analiz yaparken belirlenmesi gereken kısımlar vardır Bunun iccedilin diğer kısımlar
seccedililerek hide body seccedililerek kapatılır ve select all body seccedililerek kanatlara isim
verilir
Şekil 25 Mesh İsimlendirme
Akışkanın girişine inlet ccedilıkışına outlet denilir
Mesh atımında minimum yakalayacağı huumlcreler ile maksimum yakalayacağı
huumlcrelerin milimetre hesabı oumlnemlidir Bu yuumlzden kanadın kalınlığı 25 mm olduğu
iccedilin 2 mmrsquo den az olan huumlcre belirlenir Maksimum 15 mmrsquo den buumlyuumlk huumlcreler
olması duumlşuumlnuumllerek analizin yakınsaması sağlandı
Meshrsquoi tıklayıp oradan insert size kısmın da bulunan isimlerde kanatlar seccedililir
Kanatlara maksimum 3 mm buumlyuumlkluumlk seccedililir Devamında ise kanatları hide face
komutuyla gizlenir ve geriye kalan kısımlar iccedilin sizing iccedilin yine 3 mm verilir
Daha sonra kanat ve ccedilevresine ccedilizilen akış hacmi seccedililerek tekrar size kısmından
buumltuumlnuumlne 8 mm verilir Bu kısım iccedilin mesh atanır Yuumlzeyler seccedililerek Preview
Surface Mesh on Selected Bodies denilir ve mesh işlemi tamamlanmış olur
33
Şekil 26 Meshrsquo in Goumlsterimi
Ancak mesh işleminde silindirik yuumlzeylerde sweep komutuyla daha kolay mesh
atılabileceği iccedilin istenen yuumlzey iccedilin sağ tıklayıp İnsertgt Method gtSweep Number
Divs komutlarından kaccedil sıra mesh atılacağı belirlenir 20 sıra vererek mesh atıldı
Suumlpuumlrme işlemi ile mesh atarken hangi yuumlzeyi kaynak olarak alınacağı da
boumlylelikle belirlenmiş olur
Mesh sayfasını kapatıp daha sonrasında workbench kısmında meshin uumlzerine cfx
kısmını bırakılır
Mesh setupgt solutiongt results dan sonuccedillar elde edilir
Daha sonra geometry design da motorun kapağına uygun bir sınır belirlenerek
analiz yapılır
Geometriyi duumlzenlenerek CFXrsquo e aktarılır
Daha oumlncesinde de bahsedildiği uumlzere ANSYS de CFX kullanıldı CFX
kullanılmasının bir diğer sebebi de CFXrsquo in fan konusunda ANSYSlsquo in mesh
kısmından daha bağımsız ve daha hassas olmasıdır
Yapılan isimlendirmeler tekrar kontrol edilir Her farklı işlev iccedilin farklı
isimlendirme yapmak ccedilok oumlnemlidir boumlylece havanın nereden girip ne şekilde
ccedilıkacağını isimlendirmelerden goumlruumllebilir Ve bu isimlendirmeler iccedilin ayrı ayrı kod
yazılır
34
333 Sınır Şartları
Şekil 27 Sınır Şartlarının Belirlenmiş Hali
ANSYS setup kısmında Insert gt Solver gt Output Control komutları seccedililerek code
yazılır MassFlow ()inlet gt Torque_z()kanatlar olarak giriş kısmının kuumltlesel
debisi iccedilin komut yazılır
Ayrıca Insert gt Material kısmından sıcaklığı 25reg basıncı 1 atm entalpi değerini 0
olarak şartları belirlenir
Malzemenin kapak kısmı ccedilelik olarak belirlenir
Solver Control kısmından high resuluiton seccedililerek ccediloumlzuumlmuumln kalitesi arttırılır
Solver Control kısmından Residual Target artık tipini RMS olarak ve onun
yakınsama sınırı 10-5 belirlenir Rms elemanların karelerinin koumlkuumlnuuml alarak
ortalamasını alan youmlntemdir
Yine Solver Control kısmından minimum iterasyonu 1 maksimum İterasyonu ise
500 verilir
İnlet kısmı belirlenirken Boundary Type ( sınır şartları) opening olarak seccedililir
Opening verilmesindeki amaccedil akışkanların iccedileriden girip dışarıya ccedilıkışlarının
sağlanmasıdır Aksi halde ccediloumlzuumlmuumln yakınsamasın da sorunlar oluşabilir Opening
şartında ayrıca akışkan daha ccedilabuk toparlanır ve analiz daha kolaylaşır
Flow Direction komutunda normal sınır şartları belirlenir
Suumlreklilik şartı olarak da Fluid Mass Fluxrsquou seccedililir Bunun yanında sınır kontuumlruuml
iccedilin bağıl basınccedil ayarlarını seccedililir Aynı şekilde outlet iccedilin de aynı ayarlar yapılır
35
Domaine basılıp kapak kısımları ve motor kısımları seccedililir Bu dış kısımları duvar
olarak belirlenir ve duvar hareket edemeyeceğinden No Slip Wall seccedileneği olarak
belirtilir Duvarları suumlrtuumlnmesiz olduğu varsayılıyor
Fan ve kanatlar kısmında Boundry Type olarak Wall olarak belirleyip Frame type
gt rotating (doumlnuumlyor) belirtilir
Ccediloumlzuumlm metodu olarak RNG k-euro modeli kullanılır
Şekil 28 Setup Koşulların Belirlenmesi
334 Ccediloumlzuumlm - Sonuccedillar
Setup kısmını kapatılarak solution ekranı ccedilift tıklanarak ccedilıkan ekran da RUN seccedililerek
ccediloumlzme işlemi başlatılmış olur
Ccediloumlzme işlemi bittiğinde results kısmından sonuccedillar goumlruumlntuumllenebilir
36
Şekil 29 Akışın Youmlnelişi
Şekil 30 Debi Sonucu
37
34 YENİ FAN TASARIMI
341 Fan Tasarımı İccedilin Kabuller
Havanın sıkıştırılamaz olduğunu kabul edildi Havanın sıkıştırılmaz olduğu
varsayılarak yoğunluğu değişmez ve 12 kgm3 olarak kabul edilir
Ccediloumlzuumlmde suumlrtuumlnmeler ve ısı kayıpları ihmal edilir Ccediluumlnkuuml bu değerlerin
hesaplanması ccedilok uzun suumlreceği iccedilin ccediloumlzuumlm youmlntemi iccedilin ekonomik olmaz
Gerccedilekle arasında ccedilok buumlyuumlk bir fark olmayacağı varsayılmıştır
Verimi arttırmak iccedilin orijinal fanın analizinden elde edilen tork değeri duumlşuumlk
tutulmaya ccedilalışılmıştır
Motorun tek bir youmlne doumlneceği duumlşuumlnuumllmuumlştuumlr
342 Fan Tasarım Parametreleri
Bir fan tasarımında belli başlı kriterleri ele alabilmek iccedilin mevcut fan uumlzerinden
değerler bulundu
Tablo 7 Mevcut Fanın Oumlzellikleri
Devir Sayısı ( ddk) r hub (mm) rtip (mm)
1498 25 77
Radyal hız hesaplandığında w= 15687 radsn bulunmuştur r hub diye isimlendirilen
kısım fanın giriş accedilısı iccedilin gerekli olan kanadın başlangıcı ile milin merkezi arasındaki
uzaklıktır r tip ise fan kanadının bitiş noktası ile mil merkezi arasındaki uzaklığın
yarıccedilap cinsinden ifadesi olmaktadır
38
Fan kanat tasarımında oumlnemli olan w (accedilısal hız)hızının kanatlara ne kadar dik
gelebildiğidir Bu kanat hacmine ne kadar iyi bir şekilde gelirse akışkan o denli iyi
akabilir ve kanat profili oluşur
U_hub= w (radsn) x r hub
U_tip = w x r tip
Beta = arctan(vu)
A_inlet= (r tip 1000)sup2π ndash r hub 1000)sup2π
Verim= (Q x P) (TxW)
V (akışın mutlak hızı)= Debi Alan
Tablo 8 Sonuccedil olarak elde edilen değerler
r_h (mm) 25 r_t (mm) 77 r_h (mm) 50 r_t (mm) 80
U_h (ms) 3927 U_t (ms) 1209516 U_h (ms) 7854 U_t (ms) 125664
A_in (m^2) 0016663 A_out (m^2)0012252
V_in (ms) 2350516 V_out 3196702
beta_h 5909726 beta_t 7900249 beta_h 678529 beta_t 7572755
giriş ccedilıkış
Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları
Bu değerlere goumlre BladeGende yeni bir kanat profili oluşturulur
r tip
r hub
Şekil 31 Fan Kanatlarının Accedilısı
39
Şekil 32 BladeGen Kanat Profili
Oluşturduğumuz bu geometriye daha oumlnceki boumlluumlmde bahsedilen fana yapılan adımlar
uygulandı (Yeni oluşturulan fanın geometrik deseni ektedir)
40
3421 Geometri
Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi
3422 Sayısal Ağ Oluşturma
Şekil 34 Yeni Fan Tasarımının Sayısal Ağ Oluşturulması
41
3423 Ccediloumlzuumlm
Şekil 35 Tasarımı Yapılan Fanın Verimi
Accumulated Time Step sayısı iterasyonu goumlstermektedir Daha fazla yakınsama iccedilin
daha fazla koşturulabilir
42
Şekil 36 Tasarımı Yapılan Fanın Torku
43
3423 Sonuccedillar
Şekil 37 Akışın Youmlnelişi
Bu kısımda verimi arttırabilmek iccedilin tork azaltılmaya ccedilalışıldı Boumlylece kanatlara
harcanan toplam guumlccedil azaltılarak iyileştirmeler yapıldı
44
Kanadın iş yapan kısmını arttırarak orijinal fanda kanadın suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilapı
154 mm iken yeni fan da 160 mmrsquoye ccedilıkarıldı
Kanatlar daha eğimli ama daha eksenel bir forma getirildi
Bu motorda toplam guumlccedil iccedilin 60 watt olduğunda yaklaşık 6 wattrsquo lık guumlccedil fan iccedilin
harcanıyordu Fanın verimliliği ccedilok oumlnemli olduğu iccedilin debiyi sabit tutulmaya
torku da duumlşuumlruumllmeye ccedilalışıldı
Tablo 9 ANSYSrsquo de Elde Edilen Deneyler
tork(Nm) w(radsn) m(kgs)
Orijinal Fan 00393645 15687 0048168
Yeni Fan 00043869 15687 0032261
Goumlruumllduumlğuuml gibi tork buumlyuumlk oranda duumlşmuumlş ancak onunla birlikte debi de biraz
duumlşmuumlştuumlr
343 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanması
Motorun arka ve oumln kısımlarına sırt sırta fan bağlayarak havanın akışını hızlandırma
ve soğutmayı arttırma işlemi amaccedillandı Gerccedilek boyutlarda uygulamadan oumlnce fanı
motor şeklini verilen kısım da tek başına analiz yapıldı Verimli bir sonuccedil alabilmek
iccedilin ikili fan deneyi yapıldı
3431 Geometri
Şekil 38 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Geometrisi
45
3432 Sayısal Ağ Oluşturma
Şekil 39 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Sayısal Ağ
Oluşturulması
Yapılan analiz de goumlzlemlenen sonuccedillar şunlardır
Bir motorun etrafında sınırlayıcı bir alan olmadığı iccedilin sınır şartları olarak setup
kısmında yine havayı 1 atm basınccedil olarak alınır Eğer sınırlayıcı bir alan olsaydı
oluklardan hava akışı doğrudan motorun arka kısmına gelecekti Ccedilıkış noktasına ise
kapak yerleştirildi giriş noktasında atmosfer ccedilıkışı ise kapak olarak sınırlandı
3433 Kod Ccediloumlzuumlmuuml
Debi ndash 000064 mᵌ sn olarak ccedilıktı Motorun hava ccedilıkış kısmına fan bağlamanın verimli
olmadığı sonucuna varıldı Oumlnceden oluşturulan oluklardaki 1cmrsquolik aralıklarla
havanın geniş bir alana gitmesi ccedilok zordur Ve bu akışı goumlnderebilmek iccedilin fazladan
basınccedil uygulanması gerekir Bu sebepler debinin duumlşmesine sebep olmuştur
46
Şekil 40 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Ccediloumlzuumlmuuml
47
BOumlLUumlM 4 SONUCcedilLAR
Verim= (Alınan Guumlccedil Verilen Guumlccedil)= (∆P x Q) (T x ὠ)
A_inlet = (r_tip)2 1000 - (r_hub)21000
A_outlet =( U_h1000)2 - (U-t1000)2
U= ὠ x r
Fan hesaplarıdan debi değeri ve tork değeri duumlşmuumlştuumlr Aşağıda yeni fanımızın verimi
yukarıdaki formuumlllere goumlre excelde hesaplanmıştır
tork(Nm) w(radsn) ṁ(kgm^3) verim deltap (Pa)
Orijinal Fan 00393645 15687 00391 60152783 95
Yeni Fan 00043869 15687 0039167 54068744
Tabloda da goumlruumllduumlğuuml uumlzere eski fanın oumlzelliklerine bakılarak hız uumlccedilgeni youmlntemiyle
oluşturulan yeni fan 540 verimli ccedilıkmıştır
Motorun oumln kısmın koyduğumuz fanda ise dar oluklardan buumlyuumlk bir hacime giriş
yaptığı iccedilin tek youmlnluuml analizde kuumltlesel debi negatif değerde ccedilıkmıştır
(Kuumltlesel debi) ṁ=ƍ( oumlzkuumltle) x A(alan) x V( akışkan hızı)=kgsn ndash Formuluumlnden
dolayı verimin hesaplanmasına gerek yoktur
48
BOumlLUumlM 5 EKLER
EK1- MEVCUT FAN
EK2- YENİ FAN
49
KAYNAKCcedilA
Baykal R 2011 Asenkron Motorlar Uumlzerine Enerjiİ Verimliliği Uygulanması
Yayın Tarihi 15032011
Ccedilalışkan M 2014 Eksenel Akışlı Fan Tasarımı Yuumlksek Lisans İstanbul Teknik
Uumlniversitesi TUumlRKİYE
Moavani S 2015 Sonlu Elemanlar Analizi Teorisi ve Ansys ile Uygulamalar
İstanbul
Onaygil S 2006 Enerji Verimliliği Kanunun Tanıtımı Yuumlksek Lisans
URL1 lthttpdeneysancomContentimagesdocumentshavalandirma-
4_39143832pdfgt Erişim Tarihi 12032016
URL2 lt httpwwweiegovtrgt Erişim Tarihi 20042016
URL3 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi
12052016
URL4 ltwwwtuumlikgovtrgt Erişim Tarihi 14052016
URL5 ltwwwemoorgtrekler364734147179187_ekpdfgt Erişim Tarihi 16052016
URL6 ltwwwinverter-plcnetmotoryıldız_uumlccedilgen_bağlantıhtmlgt Erişim Tarihi
18052016
URL7 ltwwweiegovtreie-webturkceenMotor_Verimliligi_Brosurupdfgt Erişim
Tarihi 20052016
URL8 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi
07062016
URL9 ltwwwfigescomtransysansys-nedirphpgt Erişim Tarihi 09062016
50
OumlZGECcedilMİŞLER
Elif CcedilİCcedilEK
Eyluumll 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Duumlzce Anadolu İmamhatip Lisesinde
tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi İlahiyat Fakuumlltesirsquoni kazandı 2012 yılında
Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine
başladı Halen eğitimine devam etmektedir
İletişim
apsuvaelifhotmailcom
Nesrin ALTUNBOĞA
Ağustos 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Haydarpaşa Teknik Okulları Raylı
Sistemler Teknolojileri Boumlluumlmuumlnuuml tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi
Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Boumlluumlmuumlnuuml kazandı Halen eğitimine
devam etmektedir
İletişim
naltunbogagmailcom
Rumeysa ALGUumlL
Ekim 1992rsquo de Konyarsquoda doğdu Lise oumlğrenimini Lafarge Aslan Ccedilimento Anadolu
Teknik Lisesirsquonde 2010 yılında tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi Teknoloji
Fakuumlltesi Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliğini kazandı 2013 yılında Teknoloji
Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine başladı Halen eğitimine devam
etmektedir
İletişim
rumeysaalgulgmailcom
51
52
10
162 Kayıplar
Demir Kayıpları
Bakır Kayıpları
Suumlrtuumlnme Kayıpları
1621 Demir Kayıpları
Demir kayıpları stator ve rotor saccedillarında meydana gelen histerezis ve fuko
kayıplarıdır Bu kayıplar frekans ve manyetik enduumlksiyon ile oranlıdır
Stator demir kayıpları stator frekansı sabit olduğuna goumlre değişmemektedir Yalnız
rotor demir kayıpları rotor frekansı ile değişir Ancak boş ve yuumlkluuml ccedilalışmada rotor
frekansı ccedilok kuumlccediluumlktuumlr Bu sebeple rotor demir kayıpları ccedilok kuumlccediluumlk olur ve ihmal
edilebilir 0 halde bir asenkron motorun demir kayıpları stator demir kayıplarına
eşittir denebilir Stator frekansı sabit olduğundan demir kayıpları da buumltuumln yuumlkler iccedilin
sabittir
1622 Bakır Kayıpları
Asenkron motorlarda stator ve rotor omik direnccedillerinden dolayı I12R1 ve I2
2R2
değerinde bakır kayıpları meydana gelir Bakır kayıpları sargı direnccedilleri sabit
olduğuna goumlre yuumlk akımları I1 ve I2 lsquonin karesi ile değişir Şu halde bu kayıplar
yuumlkle değişen kayıplardır
Rotor ve stator bakır kayıplarını bulabilmek iccedilin akım ve direnccedillerin bilinmesi gerekir
Genel olarak bakır kayıpları motorun kısa devre deneyinden tuumlm olarak hesaplanır
1623 Ruumlzgar ve Suumlrtuumlnme Kayıpları
Asenkron motorlarda suumlrtuumlnme ve ruumlzgacircr kayıpları devir sayısı ile biraz değişirse
de bu değişim ccedilok az olduğu iccedilin sabit kabul edilebilir Suumlrtuumlnme ve ruumlzgacircr
kayıpları boş ccedilalışma deneyinde demir kayıpları ile birlikte bulunur Demir
kayıpları ile ruumlzgacircr ve suumlrtuumlnme kayıplarına sabit kayıplar denir
11
BOumlLUumlM 2 MATERYAL VE YOumlNTEM
21 ASENKRON MOTORLAR
Asenkron motorlar başlıca iki kısımdan oluşur
Hareket etmeyen kısım Stator
Doumlnme hareketi yapan kısım Rotor
Asenkron makineler motor olarak stator sargıları ile aldığı elektrik enerjisini
rotorundan doumlnme hareketi yaparak mekanik enerjiye ccedileviren ve generatoumlr olarak
rotorundan aldığı doumlnme hareketi mekanik enerjisini bazı koşullar altında stator
sargılarında elektrik enerjisine ccedileviren elektromekanik makinelerdir
Motor olarak birkaccedil Wattrsquotan 300 MW guumlcuumlne kadar uumlretilmektedir Generatoumlr olarak
az kullanılmakla beraber son zamanlarda ruumlzgacircr enerjisinden elektrik enerjisi elde
etmek amacı ile ruumlzgacircr tuumlrbini ile birlikte ccedilalışmaktadırlar
Stator sargı gerilimleri alccedilak gerilim 220Vdan orta gerilim 22kVa kadar
değişmektedir Doumlnme sayıları sabit değildir fakat doumlnme sayısı yuumlkle az değişir
Doumlnen diğer elektrik makinelerine kıyasla daha sağlam daha az bakım isteyen ve daha
ucuz makinelerdir Son yıllarda yarı iletken guumlccedil elektroniğindeki teknolojik
gelişmeler ile asenkron makinelerin kontroluuml kolayca yapılabilmektedir (Baykal
2011)
Şekil 6 Kuumlccediluumlk Guumlccedilluuml Uumlccedil fazlı Sincap Kafesli Asenkron Motorun Kesiti
12
22 ASENKRON MAKİNALARIN YAPISI
Asenkron makineler başlıca iki kısımdan oluşmaktadır Bunlar
Stator
Rotor
Şekil 7 Stator Saccedil Paketini Oluşturulmuş Farklı Tipte Statorlar
221 Stator
Stator Asenkron motorun duran kısmıdır 04 - 05 veya 08 mm kalınlığında silisyumlu
saccedillar oumlzel kalıplarla preste basılır ve paketlenir Stator saccedilları paketlenince uumlccedil fazlı
sargıların yerleştirileceği stator nuumlvesi elde edilir Bu nuumlve stator goumlvdesinin iccediline
sıkıca yerleştirilir Goumlvdeye motorun ayakları monte edilir Goumlvdeye motor kapaklan
takılır motor kapaklan ortalarındaki bilyeli yataklar statorun ortasında doumlnecek olan
rotora yataklık ederler
1Halkalı Duumlzen Kuumlccediluumlk ve orta guumlccedilteki makinelerde uygulanan bu konstruumlksiyon
şeklinde saccedil paket ya karkas dışında istiflenerek uzun saplamalarla kendi uumlzerine
sıkılır yada saccedil levhalar karkas iccedilinde istiflenir
2 Segmanlı Duumlzen Bu duumlzende saccedil paketi daima karkas tarafından gergin durumda
tutulur Segmanlı duumlzende saccedil paketi rijitli halkalı duumlzendekine oranla da az
olduğundan burada seccedililecek olan karkasın daha kuvvetli olması gerekir (Baykal
2011)
13
222 Rotor
Rotor Asenkron motorun doumlnen kısmıdır ve rotor saccedil paketi ile rotor sargılarından
oluşur Rotor saccedil paketi 05 mm‟lik silisyumlu saccedillardan yapılır Saccedilların yuumlzeyleri
ccedilok ince bir film tabakası ile yalıtılmıştır Saccedillar oumlzel kalıplarda pres altında oluk
dişler ve sıkıştırma cıvata delikleri oluşacak şekilde saccedil şeritlerden kesilerek ccedilıkartılır
Saccedillar bir araya getirilerek pres altında sıkıştırılır ve cıvatalarla bu halde kalması
sağlanır
Diğer doumlnen elektrik makinelerine goumlre stator ile rotor arasında kalan hava aralığı ccedilok
kuumlccediluumlktuumlr Motorun guumlcuumlne goumlre hava aralığının radyal boyu 05 - 1 - 3 mm kadar
olabilir Boumlylesine kuumlccediluumlk bir hava aralığı boşta ccedilalışma akımını kuumlccediluumlk tutmak iccedilin
yapılır Rotor olukları motorun elektrik karakteristiklerini etkileyen değişik biccedilimlerde
yapılır Rotor oluklarına rotor sargıları yerleştirilir
Şekil 8 Rotor Saccedil Paketini Oluşturan Değişik Rotor Saccedilları
Rotor sargıları uumlccedil fazlı olarak ya da sincap kafesli olarak yapılır Rotoru sargılı olan
ve sargı uccedilları doumlnen bilezik-sabit fırccedila ile dışarı ccedilıkartılan motorlara bilezikli asenkron
motor denir Sincap kafesli motorlarda rotor oluklarına bakır ccedilubuklar yerleştirilir Bu
ccedilubuklar her iki baştan dairesel halkalarla kısa devre edilerek sincap kafesine
benzeyen kendi uumlzerine kapatılmış bir sargı elde edilir Sincap kafesli motor sargısı
oumlzel kalıplarla rotor oyuklarına basınccedil altında aluumlminyum puumlskuumlrtuumllerek uumlretilir
Boumlylece uumlretilen rotor sincap kafesi aluumlminyumdan yapılmış olur
Sincap kafesli asenkron motorun rotorundan hiccedilbir uccedil ccedilıkmadığı iccedilin bu motorun
kontroluuml sadece statordaki elektrik uccedillarından yapılabilmektedir Oysa bilezikli
asenkron motorun rotor sargı uccedilları bilezik ve fırccedila sistemi ile dışarı ccedilıkarıldığından
14
bu motorun kontroluuml hem stator sargı uccedillarından ve hem de rotor sargı uccedillarından
yapılabilmektedir
Sincap kafesli motorun rotor sargısı buumlyuumlk motorlarda bakır ccedilubukların rotor
oluklarına yerleştirilmesi ve iki baştan kısa devre elde edilmesi ile oluşturulur Kuumlccediluumlk
motorlarda rotorun sincap kafesi aluumlminyum puumlskuumlrtme ve kalıplarla elde edilir
Rotoru sincap kafesli bir motorun sincap kafesi değişik biccedilimde oluklara yerleştirilir
Motorun oumlzellikle moment karakteristiğine istenilen oumlzelliği vermek iccedilin rotorda derin
oluklar ve ccedilift oluk kullanılır Birinci motora derin oluklu ya da derin ccedilubuklu motor
ve diğerine de ccedilift kafesli motor denir (Baykal 2011)
23 ASENKRON MOTORLARIN CcedilALIŞMA İLKESİ
Asenkron makinenin ccedilalıŞma ilkesi bir doumlner alanın varlığına dayanır Doumlner alan
senkron hız motor milinin hızı da rotor hızı olarak isimlendirilir Kayma da bu iki
hızın arasındaki fark olarak ifade edilmektedir
231 Doumlner Alan
Bir N-S mıknatısı ya da uumlzerinden akım geccedilen bir bobinin magnetik alanı N kutbundan
ccedilıkar ve S kutbuna girer Daimi mıknatıs ve doğru akım taşıyan bobinin manyetik
alanları mıknatıs ve bobin dışarıdan bir bobinle doumlnduumlruumlluumlrse bunların alanları da
beraber doumlner İşte bir mıknatısın doumlnduumlruumllmesi ile elde edilen alana doumlner alan denir
Uumlccedil fazlı asenkron motorun (enduumlksiyon motorun) statoruna birbirinden 120rsquoşer derece
faz farklı 3 faz sargısı yerleştirilmiştir En basit statorda her biri bir faza ait olmak
uumlzere 3 tane bobin bulunur Bir motor en az iki kutuplu olarak sarılabilir (Baykal
2011)
Şekil 9 Uumlccedil Faz bobininin 6 Oluklu Statora Yerleştirilişi
15
232 Senkron Hız
N-S kutuplarının saat ibresi youmlnuumlnde doumlnduumlğuuml goumlruumlluumlr uumlccedil fazlı alternatif akımdaki bir
periyotluk değişme N-S kutuplarının bir devir yapmasına sebep olur Alternatif akımın
frekansı 50 Hz ise saniyede 50 periyotluk bir değişme yapar Dolayısıyla statordaki
faz bobinlerinin meydana getirdiği N-S kutupları da saniyede 50 devirle doumlner Bu
dakikada 3000 devir eder Ccedilok fazlı bir stator sargısından aynı faz sayısında ccedilok fazlı
bir akım geccedilerse hava aralığında sabit genlikli bir doumlner alan oluşur Bu doumlner alanın
duran statora goumlre ns (n1) devir hızı şebeke frekansına doğru stator sargısının p ccedilift
kutup sayısına ters orantılıdır
1198991 = 601198911
119901
Senkron hız da denen doumlner alan hızı kutup sayısına goumlre buumlyuumlk basamaklar yaparak
değişir Asenkron motorlar ancak belli senkron hızlar iccedilin yapılabilir En fazla
kullanılan senkron hızlar 2 4 6 ve 8 kutup sayılarına ait olanlardır (Baykal 2011)
Tablo 6 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru
P
(Kutup Sayısı)
50 Hz 60 Hz
n1min-1 n1s-1 n1min-1 n1s-1
2 3000 50 3600 60
4 1500 25 1800 30
6 1000 1667 1200 20
8 750 125 900 15
16
233 Kayma
Senkron makine dışında buumltuumln diğer ccedilalışma tuumlrlerinde asenkron makinenin
ccedilalışabilmesi iccedilin rotor hızının doumlner alan hızından farklı olması gerekir Doumlner alanın
rotor uumlzerinden geccedilme hızına yani doumlner alan ile rotor hızı arasındaki cebirsel farka
kayma hızı n2 ve bu hızın doumlner alan hızına oranına kayma s denir Bu tanıma
dayanarak kayma devir hızına goumlre veya devir hızı kaymaya goumlre ifade edilebilir
n2 = n1 ndash n n = n1(1-s) 119904 = 1198992
1198991 =
1198991minus119899
1198991
Kayma oranlanmış bir buumlyuumlkluumlktuumlr ve ccediloğunlukla olarak ifade edilir Pozitif negatif
veya sıfır olabilir Oranlanmış rotor hızı n nı ile toplamı daima 1rsquoe eşittir Teorisel
olarak ndash infin ve +infin arasında değişebilir Durmada n = 0 ve s =1 dir Senkron ccedilalışmada
n = n1 ve s = 0 dır Bu iki sınır değer arasında asenkron makine motor olarak ccedilalışır
ve kayması daima pozitiftir Anma ccedilalışmasındaki değeri yuumlzde birkaccedil olup artan
anma guumlcuuml ile azalır ve kuumlccediluumlk guumlccedillerde yaklaşık 10 dan buumlyuumlk guumlccedillerde 1 in altına
duumlşer
Rotor doumlner alana goumlre ters youmlnde doumlnduumlğuumlnde elde edilen fren ccedilalışmada devir hızı
negatif ve kayma 1 den buumlyuumlktuumlr Rotor hızı doumlner alan hızını geccedilerse yani ngtn1 ise
kayma negatif olur (s lt 0) ve makine generatoumlr olarak ccedilalışmaya başlar (Baykal 2011)
Şekil 10 Standart Asenkron Motorların Anma Kayması ve Verimi
17
24 ASENKRON MOTOR CcedilEŞİTLERİ
Asenkron motorlar rotor yapılarına goumlre ikiye ayrılır
Sincap kafesli (Kısa devre rotorlu) Asenkron Motorlar
Bilezikli (Sargılı rotorlu) Asenkron Motorlar
241 Uumlccedil Fazlı Kısa Devre (Sincap Kafesli ) Asenkron Motorlar
Uumlccedil fazlı sincap kafesli motorun yapılısı basittir Az bakıma ihtiyaccedil goumlsterir Bu tip
motorun oumllccediluumlleri aynı guumlccedilteki başka tip motorların oumllccediluumllerinden kuumlccediluumlktuumlr Değişik
yuumlklerdeki hız reguumllasyonu ccedilok iyidir Fiyatının ucuzluğu yapılışının sağlamlığı ve
istenilen ccedilalışma oumlzelliğine sahip oluşu yuumlzuumlnden bu tip motorlar sanayide ccedilok
kullanılır
Rotorlar accedilılmış oluklara basınccedil altında erimiş aluumlminyum puumlskuumlrtuumllerek doldurulur
Rotorun her iki başındaki kısa devre halkalar da aluumlminyumdandır Ayrıca bu halkalar
uumlzerine kanatlar da bırakılarak rotor işletmede vantilasyon suretiyle soğutulması
sağlanır 250 kW guumlcuumlne kadar kısa devre kafesleri aluumlminyumdan yapılmış asenkron
motorlar mevcuttur
Buumlyuumlk guumlccedil istenilen işletmelerde kısa devre kafesi yuumlksek dikdoumlrtgen şeklinde bakır
ccedilubuklardan ve bunları rotorun her iki başında kısa devre eden bakır halkalardan
yapılır Rotorda kaccedil adet oluk varsa rotorun faz sayısı buna eşittir
Kısa devre kafesli asenkron motorun yol alma oumlzellikleri iyi değildir Ancak basit ve
ucuz olmaları nedeni ile yaygın biccedilimde kullanılmaktadır Yol almasını kolaylaştırmak
iccedilin yuumlksek ccedilubuklu veya ccedilift kafesli olarak yapılırlar (Baykal 2011)
Şekil 11 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru
18
242 Bilezikli (Sargılı rotorlu) AC Motorlar
Birccedilok sanayi yuumlklerinde uumlccedil fazlı değişik hızlı motora ihtiyaccedil duyulduğu yerler iccedilin
bilezikli asenkron motorlar geliştirilmiştir Bilezikli asenkron motorlara sargılı rotorlu
AC motor da denilmektedir Bu tip motorun statoru ile sargının yerleştirilmesi sincap
kafesli motorun aynıdır Rotor ccedilelik saccedillardan yapılmış silindirik bir goumlbektir 120
derece aralıklı uumlccedil adet tek fazlı kalıp sargısını yerleştirmek iccedilin rotor uumlzerine oyuklar
accedilılmıştır izoleli rotor bobinleri stator kutup sayısına eşit kutup sayısı elde edecek
şekilde gruplandırılmıştır Uumlccedil tek fazlı rotor sargısı aralarında yıldız bağlanarak ccedilıkış
uccedilları rotor mili uumlzerindeki uumlccedil bileziğe bağlanmıştır Bileziklere temas eden fırccedila uccedilları
hız kontroloumlruuml ayarlayıcısına bağlanır Fırccedilalar taşıyıcılar uumlzerindeki yayların basıncı
ile bileziklere sıkıca temas eder Doğru akım makinelerinde olduğu gibi youmln
değiştirmeye luumlzum olmadığı iccedilin fırccedila taşıyıcıları uygun bir durumda sıkıca tespit
edilmiştir
Bilezikli asenkron motorun rotorunda aynı statorunda olduğu gibi uumlccedil fazlı alternatif
akım sargısı vardır Stator 10 Kw guumlce kadar tek tabakalı orta guumlccedillerde ise iki tabakalı
sargılı yapılırlar Rotor ise tam oluklu veya kesirli oluklu sargılı olabilir Rotor sargı
uccedillarının bir tarafı bileziklere bağlanır Diğer tarafı ise kısa devre edilerek uumlccedil fazlı
sargının yıldız noktasını oluşturur Bilezikler uumlzerindeki fırccedila sistemi ile rotor
alternatif gerilim kaynağından ayrıca beslenir (Baykal 2011)
25 Elektrik Motorlarına Yıldız-Uumlccedilgen Yol Verme
Kalkış akımını duumlşuumlrmede en ekonomik youmlntemdir Uumlccedil kontaktoumlr ile bir zaman
roumllesinden oluşan kontaktoumlr kombinasyonudur Bu youmlntemle yol verebilmek iccedilin
motorun uumlccedilgen bağlı ccedilalışma gerilimi şebeke gerilimine eşit olmalıdır Oumlrneğin
uumllkemizde şebeke gerilimi 380 Volt olduğuna goumlre yıldız-uumlccedilgen yol verilecek motorun
etiketinde D380 V veya D380VY660V yazılı olmalıdır Volt elektrik motorlarında 2
ve 4 kutuplularda 3 kW (dacirchil) 6 kutuplularda 22 kW(dacirchil) den daha buumlyuumlk guumlccedilluuml
motorlar bu oumlzelliktedir Yani 380 V şebekede uumlccedilgen bağlı ccedilalıştırılırlar
Motora yıldız-uumlccedilgen yol verildiğinde direkt yol vermeye goumlre şebekeden ccedilekeceği
akım 3 katı azalır Yıldız-uumlccedilgen yol vermede amaccedil motoru kalkış suumlresince yıldız
19
bağlı ccedilalıştırmak ve kalkışını tamamlayan motoru hemen normal bağlantısı olan uumlccedilgen
bağlı olarak ccedilalıştırmaktır
Motor kalkış sırasında yıldız bağlı ccedilalıştırıldığından motor sargılarına uygulanan
gerilim U radic3 değerine motorun şebekeden ccedilektiği akım ise 13 değerine duumlşer
Motorun sargılarına uygunalan gerilim azaldığından momenti oumlnemli oumllccediluumlde kuumlccediluumlluumlr
Yıldız-uumlccedilgen yol vermenin kusursuz olması iccedilin motorun yuumlk momentinin yıldız
bağlamadaki motor momentinden buumlyuumlk olmaması ve yıldız bağlamadaki suumlrenin
uygun olması gerekir Bu geccediliş suumlresi ccedilok oumlnemlidir Motor yıldız bağlantıda iken
anma devir sayısına ulaşıldığı anda uumlccedilgen bağlantıya geccedililmesi ve fazla aralık
verilmemesi gerekir
Boumlyle olursa yıldızdan uumlccedilgen bağlantıya geccedilişteki uumlccedilgen kontaktoumlruumlnuumln kapamama
akımı kuumlccediluumlk ve yıldızdan uumlccedilgene geccediliş darbesiz olur Aksi halde uumlccedilgen bağlantıya
geccedilişte akımda geccedilici artışlar goumlruumlluumlr Bunun sonucu kontaktoumlruumln kontakları ani
yuumlksek ısı nedeniyle kaynak olabilir
Bir şebekede uumlccedilgen bağlı ccedilalışacak motor aynı şebekede yıldız bağlı (Y) olarak
ccedilalıştırılabilir Ancak bu durumda motorun guumlcuuml ve momenti duumlşer Bu oumlzellikten
yararlanarak asenkron motorların kalkış anında ccedilektikleri fazla akımı azaltmak iccedilin
yıldız-uumlccedilgen yol verme uygulanması yapılabilir
Şebekede yıldız bağlı ccedilalıştırılması gereken motor yanlışlıkla uumlccedilgen bağlı ccedilalıştırılırsa
sargılarına radic3 katı buumlyuumlk gerilim uygulanmış olur Gerilimdeki artış oranı kadar sargı
akımı buumlyuumlyeceğinden motor aşırı akım ccedileker ve kısa suumlrede artacak ısı sonucu
sargılar yanar
Onun iccedilin yıldız bağlı ccedilalışması gereken motor kesinlikle aynı şebekede uumlccedilgen bağlı
ccedilalıştırılmaz (URL6)
20
Şekil 12 Motora yıldız-uumlccedilgen yol verme
Şekil 13 Stator Sargı Uccedillarının Uumlccedilgen (D) Ve Yıldızı (Y) Bağlanması
Şekil 14 Asenkron Motora Yol Verme
21
26 FANLAR
261 Genel Bilgiler
Fanlar hava veya benzeri gazları basınccedillandırarak belirli bir akış yolu iccedilinde hareket
etmesini sağlayan turbo makinelerdir İyi bir fan istenilen performansı yerine
getirirken verimi yuumlksek enerjiyi daha az tuumlketen muumlmkuumln olduğunca guumlruumlltuumlsuumlz
ccedilalışan ve maliyeti duumlşuumlk olan fandır Fanların tahrik sistemlerinde elektrik motorları
kullanılmaktadır (URL3)
262 Fan Ccedileşitleri
Fanlar aşağıdaki gibi sınıflandırılmaktadır
Eksenel (aksiyel) fanlar
Radyal (santrifuumlj) fanlar
Karışık akışlı (eksenel-radyal) fanlar
Ccedilatı tuumlruuml fanlar
Karşıt akımlı fanlar (blower)
Vorteks ya da rejeneratif fanlar
Diğerleri
Elektrik motorlarında radyal fanlar kullanılmaktadır (URL8)
Bu kısımda projemiz iccedilin incelediğimiz 3 ccedileşit fanı accedilıklayacağız
2621 Eksenel Fanlar
Havanın fan ccedilarkı ile aynı eksende youmln değiştirmeden hareket ettiği fanlardır Yuumlksek
hava debileri ve duumlşuumlk basınccedil sınıfına sahip sistemler iccedilin uygun fanlardır Şekil 15
rsquode oklar akış youmlnuumlnuuml (simetri eksenine paralel) goumlstermektedir
22
Şekil 15 Akışın Simetri Ekseninde Hareket Etmesi
2622 Karışık Akışlı (Radyal-Eksenel) Fanlar
Havanın kanatlar uumlzerinden emmesine goumlre yaklaşık 45deg accedilı yaparak hareket ettiği
fanlardır Radyal fanlara goumlre hava debisi daha yuumlksektir
Eksenel fanlardan daha yuumlksek basınca dayanabilir
Fan eğrisi uumlzerinde kararsız boumllge yoktur
Karşı basıncın duumlşuumlk olduğu boumllgelerde motor aşırı akım ccedilekmez
Eksenel ve radyal fanlara goumlre verimleri duumlşuumlktuumlr (URL6)
Şekil 16 Karışık Akışlı Fan Uygulamaları
23
2623 Radyal (Santrifuumlj) Fanlar
Havanın fan ccedilarkını emmesine goumlre 90deg accedilı yaparak kanatlara teğet olarak terk ettiği
fanlardır
Radyal fanların avantajları aşağıdaki gibidir
Geniş bir uygulama aralığına sahiptir
Yuumlksek sıcaklık ve aşındırıcı ortam uygulamalarında kulanılır
Değişken akış direncine sahip yerlerde daha verimli ve daha sessiz ccedilalışma
olanakları vardır
Yapısal kararlılıkları yuumlksektir (URL6)
Radyal Duumlz Kanatlı Fanlar
Genellikle kendi kendini temizleme malzeme taşıma ve parccedilacık ve yağ yuumlkluuml havanın
uygun halde taşınması gibi durumlarda kullanılırlar ve bunun iccedilin duumlz kanatları vardır
Ccedilarkları basit bir yapıya sahiptir ve nispeten dar kanatları vardır
Elektrik motorlarında genellikle ccedilift youmlnluuml ccedilalışmaya uygun olması iccedilin radyal duumlz
kanat tipli bu fanlar seccedililiyor
Şekil 17 Radyal Duumlz Kanatlı Fanlara Oumlrnekler
24
BOumlLUumlM 3 BULGULAR VE TARTIŞMA
31 SONLU ELEMANLAR YOumlNTEMİ
Sonlu elemanlar youmlntemi muumlhendislik problemlerine kabul edilebilir yaklaşımlarla
ccediloumlzuumlm arayan sayısal youmlntemdir (Moavani 2015) Sonlu elemanlar youmlntemi diğer bir
ifade şekliyle fiziksel şeklin matematiksel ifadesidir Bu kurduğumuz siste sınırlara
ayırılabilen ve malzeme şartlarına uygun olan bir sistem olmalıdır
Sonlu eleman youmlntemindeki basamaklar
Yaklaşık Ccediloumlzuumlm Youmlntemi
Geometrik Şekil
Nod
Eleman
Mesh
Ayrıklaştırma
Şekil 18 Sonlu Eleman Modeli
Eleman
Nod
(Duumlğuumlm
noktaları)
25
Sonlu elemanlar youmlntemi matematik ve fizik biliminin buumltuumln alanlarında kullanılır
Gerilme Analizi
Akışkanlar Mekaniği
Isı İletimi
Dalga Yayılımı
Darbe Analizi
Aerodinamik vb alanlardır
Sonlu elemanlar youmlntemini kullanırken oumlncelikle şu soruların cevaplarını bulmalıyız
Dizayn amacımız nedir
Bu sistemi modellemek iccedilin gerekli olan bilgiler nelerdir
Bu dizayn iccedilin hangi kriterler gerekir
311 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Pozitif Youmlnleri
Geometrisi karışık cisimlerin incelenmesini kolaylaştırır Geometri basit kısımlara
ayrılıp burada ayrı veya daha hassas işlemler yapılabilir
Parccedilanın geometrisini değiştirmeye gerek kalmaz
Youmlntemde hem fiziksel hem matematiksel temeli vardır
Sonlu elemanlar youmlntemi iccedilin ccedilok farklı programlar bulunmaktadır (Ansys Marc
Nastran ) (Moavani 2015)
312 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Negatif Youmlnleri
Elde edilen sonuccedilların doğruluğu hangi sonlu youmlnteminin kullanıldığına bağlıdır
Ccedilıkacak durum oumlnceden tespit edilmeli ve ona goumlre bir ccediloumlzuumlm youmlntemi
kullanılmalıdır Bu yuumlzden oumlnceden iyi tesipt edilemezse doğru değer bulunamaz
ve doğru ccediloumlzuumlm iccedilin zaman kaybı olabilir
Doğru ccediloumlzuumlm iccedilin elemanın ayrıştırılması (mesh) atanması gerekir
Bu meshin iyi atılması gerekir yoksa ccediloumlzuumlmuumln yakınsamaları değişebilir
(Moavani 2015)
26
32 ANSYS PROGRAMI
ANSYS genel amaccedillı kullanılan sonlu elemanlar programıdır Ansys yazılımı
mukavemet titreşim akışkanlar mekaniği ısı transferi ve elektromanyetik alanlarının
birbiri ile olan interaksiyonunu simule eden yazılımdır
Boumlylelikle ANSYS uumlruumlnlerin prototipleri uumlretilmeden sanal ortamda test edilmelerine
olanak sağlar Ayrıca sanal ortamdaki 3 boyutlu simulasyonlar neticesinde yapıların
zayıf noktalarının tespiti ve iyileştirilmesi ile oumlmuumlr hesaplarının gerccedilekleştirilmesi ve
muhtemel problemlerin oumlngoumlruumllmesi muumlmkuumln olmaktadır
ANSYS yazılımı sadece ihtiyaccedil duyulan oumlzelliklerin alınmasına fırsat vererek ilave
edilebilen CAD ve FEA bağlantı modulleri ile masa uumlstuumlnde kullanılan diğer
muumlhendislik yazılımları ile entegre bir şekilde ccedilalışabilmektedir
ANSYS yazılımı hem dışarıdan CAD datalarını alabilmekte hem de iccedilindeki
preprocessing imkacircnları ile geometri oluşturulmasına izin vermektedir Yine aynı
preprocessr iccedilinde hesaplama iccedilin gerekli olan sonlu elemanlar modeli yani mesh de
oluşturulmaktadır Yuumlklerin tanımlanmasından sonra ve gerccedilekleştirilen analiz
neticesinde sonuccedillar sayısal ve grafiksel olarak elde edilebilir
ANSYS yazılımı ile oumlzellikle contact algoritmalarının ccedileşitliliği zamana bağımlı
yuumlkleme oumlzellikleri ve nonlinear malzeme modelleri sayesinde yuumlksek muumlhendislik
seviyedeki analizleri hızlı guumlvenilir ve pratik bir şekilde gerccedilekleştirilebilmektedir
ANSYS Workbench parametrik CAD sistemlerini eşsiz bir otomasyon ve performans
ile simulasyon teknolojilerini entegre eden bir platformdur ANSYS Workbenchrsquoin
guumlcuuml yılların bilgi birikimi ile arkasında duran ANSYS ccediloumlzuumlcuuml algoritmalarından gelir
Ayrıca ANSYS Workbenchrsquoin amacı sanal ortamda uumlruumlnuumln verifikasyonunu ve
iyileştirmesini sağlamaktır
Oumlzellikle PC ile uyumluluğun uumlst seviyede olabilmesi iccedilin yazılmış olan ANSYS
Workbench sadece bir arayuumlzden ileri bir ccedilalışma ortamındır ve ANSYS Workbench
ile herhangi bir ANSYS lisansına sahip herkes ccedilalışabilir Aynı alışılagelmiş ANSYS
arabiriminde olduğu gibi ANSYS Workbenchrsquode de kapasiteler sahip olunan lisansın
doğrultusunda sınırlıdır (URL9)
27
ANSYS programının bu oumlzelliklerinden dolayı programı kullanmaya karar verdik
Ansys programının oumlncellikle akışkan mekaniği ve dinamiğinde kullanılan iki ayrı
boumlluumlmuuml bulunmaktadır Bu boumlluumlmler Fluent ve CFX boumlluumlmleridir Bizim
kullandığımız boumlluumlm ise ANSYS CFX boumlluumlmuumlduumlr
33 MEVCUT FAN UumlZERİNDE YAPILAN ANALİZLER
ANSY projesinde oumlncelikle CFX kısmını kullanıldı Ccediluumlnkuuml ANSYS programında
CFX ve Fluent programı hesaplamalı akışkanlar dinamiği iccedilin kullanılmaktadır Ancak
ANSYS CFX turbo makinalar iccedilin kullanıldığından oumlnceden de goumlsterildiği gibi bir
nod alırken huumlcrelerin orta noktalarından nod hesabı yaptığı iccedilin verdiği değerler fan
analizi iccedilin daha iyi bir yakınsama goumlsterir Bu sebeple ANSYS CFX kısmı kullanıldı
İlk olarak mevcut fan uumlzerinde ccedileşitli incelemeler yapıldı
Mevcut fan uumlzerinde 10 kanat var iken suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilok fazla olduğu saptandı
Bunun uumlzerine motorun akışını kolaylaştırma yoluna gidildi
Havayı oluklara daha iyi aktarabilecek kısım fanın kanat boyu olduğu iccedilin fanın
kanatlarının uzunluğunda değişiklik yapılmasına karar verildi
Fandan ccedilekilen debi miktarı ve tork değerlerini tam alabilmek ve mevcut fanın
verimini oumllccedilebilmek iccedilin oumlncelikle esas oumllccediluumllerine goumlre ccedilizilen fan ANSYS
programına aktarıldı File gt Import gt Design Moduler şeklinde SolidWorksrsquo ten
ANSYS programına aktarıldı
Şekil 19 SolidWorksrsquo ten İmport Etmek
28
Fanın ccedilevresinde akış hacmi oluşturmak iccedilin katı modelin ccedilevresindeki hava
modellenir
331 Geometri
Oluşturulan akış hacminde havanın giriş ve ccedilıkış kısımları İnlet-Outlet şeklinde
belirtilir
Analys tools komutlarından xy duumlzleminde halka oluşturulur
Burada modeling kısmı 3 boyutlu işlem yapacağı zaman seccedililen kısımdır
Aşağıdaki şekilde de goumlruumlleceği uumlzere
Şekil 20 Akış Alanı Belirleme
Burada exturude komutuyla birlikte oluşturulacak akış hacminin kaccedil mm
uzatılacağı belirtilir Hepsini bir buumltuumln haline getirmemek iccedilin lsquovar olanla
birleştirilsin mirsquo sorusuna hayır denilir
Daha sonra ccedilevresine yayılan boşluk iccedilin Outlet tanımlaması yapılır
Bu işlemleri gerccedilekleştirdikten sonra kesit gerekir İlk oumlnce plane (duumlzlem)
belirlenir Bunun iccedilin hangi duumlzlemi seccedililecek ise (oumlrneğin xy) onu seccedilip plane
tıklanır Plane boumllgesinden ne kadar uzakta olacağı belirlenir Biz de değer 34 mmrsquo
dir Ccediluumlnkuuml kanatların boyu 31 mm olduğundan mesh atamada sorun ccedilıkmaması
29
iccedilin 34 mm uzaklıkta bir plane atanır Bu Planersquoi slice komutuyla keserek 3 farklı
boumllge oluşturulmuş olur
Akışkan hacmini oluşturmak iccedilin dolu olan kısımlar belirlenip ona goumlre hareket
edilir Bunun iccedilinde milin iccedilini dolu kabul edilir
Akışkan hacmi iccedilin yapılan bir diğer işlem ise oluşturulan hacimden fanın hacmini
booelangt substrack komutları ile akışkan hacminin bulunmasıdır
Mevcut fanın uumlzerine sağ tıklanarak ve suppress body komutu seccedililir Boumlylelikle
fanı gizleyerek sadece akışkan hacmi goumlruumlluumlr
Daha sonra oluşan parccedilaların arasında boşluk olmaması iccedilin ve bağlantı sağlamak
iccedilin part kısımlarını seccedililerek sağ tıklanır from new part seccedililir
Şekil 21 Slice Komutu ile Boumllgelere Ayırma
30
Şekil 22 Parccedilalar Arası Bağlantının Sağlandığı FromNew Part Boumlluumlmuuml
Mesh kısmını suumlruumlkleyip project schematic boumlluumlme bırakılır Bu boumlluumlmde geometri
onaylanır ve en altta bulunan meshrsquoe tıklanır
332 Sayısal Ağ Oluşturma (Mesh)
Şekil 23 Mesh oluşturma
31
Şekil 24 Mesh Geometrisi
Sonlu sayıda hacimle ccedilalışıldığından sonlu sayıda hacime boumllmek gerekir Sonlu
sayıda hacime boumlluumlnen kısımlar farklı farklı olabilir
Bu huumlcreler kapsadığı alanın oumlzelliklerini yansıtır Bunların ccedilevresindeki nodlar
bunların ortalaması ile belli bir oumlzelliğe sahip olmuş olur
Bu huumlcrelerin arttırılması yani ayrıştırmaların ccediloğaltılması ne kadar fazla olursa o
kadar yakınsama olur ve ccediloumlzuumlm iyileşir
Ancak sayısal ağ ccedilok fazla attırıldığında ccediloumlzuumlm suumlresi ccedilok fazla artacağından
ekonomik değildir
Bu sebepten dolayı mesh ( ayrıştırma) atarken akışkanın en fazla değişim
goumlstereceği kısımlarda daha fazla sayısal ağ oluşturulur Boumlylelikle daha iyi bir
yakınsama elde edilir Akışkanın değişim goumlstereceği yerler genellikle yuumlzeylerle
temas edilen kısımlardır Mevcut fanın analizin de orta kısımlarda pek fazla
değişiklik olmaz Bu nedenle sınırlara yakın kısımlara daha fazla ağ oluşturulur
Detail of Mesh kısmından hangi kısımlarda ne kadar buumlyuumlkluumlkte mesh
atılabileceğine bakılır
32
Detail of Mesh kısmından Phsics preference kısmı seccedililerek CFDrsquoi seccedililir Solver
Preference kısmından ise CFXrsquoi seccedilip devam edilir
Analiz yaparken belirlenmesi gereken kısımlar vardır Bunun iccedilin diğer kısımlar
seccedililerek hide body seccedililerek kapatılır ve select all body seccedililerek kanatlara isim
verilir
Şekil 25 Mesh İsimlendirme
Akışkanın girişine inlet ccedilıkışına outlet denilir
Mesh atımında minimum yakalayacağı huumlcreler ile maksimum yakalayacağı
huumlcrelerin milimetre hesabı oumlnemlidir Bu yuumlzden kanadın kalınlığı 25 mm olduğu
iccedilin 2 mmrsquo den az olan huumlcre belirlenir Maksimum 15 mmrsquo den buumlyuumlk huumlcreler
olması duumlşuumlnuumllerek analizin yakınsaması sağlandı
Meshrsquoi tıklayıp oradan insert size kısmın da bulunan isimlerde kanatlar seccedililir
Kanatlara maksimum 3 mm buumlyuumlkluumlk seccedililir Devamında ise kanatları hide face
komutuyla gizlenir ve geriye kalan kısımlar iccedilin sizing iccedilin yine 3 mm verilir
Daha sonra kanat ve ccedilevresine ccedilizilen akış hacmi seccedililerek tekrar size kısmından
buumltuumlnuumlne 8 mm verilir Bu kısım iccedilin mesh atanır Yuumlzeyler seccedililerek Preview
Surface Mesh on Selected Bodies denilir ve mesh işlemi tamamlanmış olur
33
Şekil 26 Meshrsquo in Goumlsterimi
Ancak mesh işleminde silindirik yuumlzeylerde sweep komutuyla daha kolay mesh
atılabileceği iccedilin istenen yuumlzey iccedilin sağ tıklayıp İnsertgt Method gtSweep Number
Divs komutlarından kaccedil sıra mesh atılacağı belirlenir 20 sıra vererek mesh atıldı
Suumlpuumlrme işlemi ile mesh atarken hangi yuumlzeyi kaynak olarak alınacağı da
boumlylelikle belirlenmiş olur
Mesh sayfasını kapatıp daha sonrasında workbench kısmında meshin uumlzerine cfx
kısmını bırakılır
Mesh setupgt solutiongt results dan sonuccedillar elde edilir
Daha sonra geometry design da motorun kapağına uygun bir sınır belirlenerek
analiz yapılır
Geometriyi duumlzenlenerek CFXrsquo e aktarılır
Daha oumlncesinde de bahsedildiği uumlzere ANSYS de CFX kullanıldı CFX
kullanılmasının bir diğer sebebi de CFXrsquo in fan konusunda ANSYSlsquo in mesh
kısmından daha bağımsız ve daha hassas olmasıdır
Yapılan isimlendirmeler tekrar kontrol edilir Her farklı işlev iccedilin farklı
isimlendirme yapmak ccedilok oumlnemlidir boumlylece havanın nereden girip ne şekilde
ccedilıkacağını isimlendirmelerden goumlruumllebilir Ve bu isimlendirmeler iccedilin ayrı ayrı kod
yazılır
34
333 Sınır Şartları
Şekil 27 Sınır Şartlarının Belirlenmiş Hali
ANSYS setup kısmında Insert gt Solver gt Output Control komutları seccedililerek code
yazılır MassFlow ()inlet gt Torque_z()kanatlar olarak giriş kısmının kuumltlesel
debisi iccedilin komut yazılır
Ayrıca Insert gt Material kısmından sıcaklığı 25reg basıncı 1 atm entalpi değerini 0
olarak şartları belirlenir
Malzemenin kapak kısmı ccedilelik olarak belirlenir
Solver Control kısmından high resuluiton seccedililerek ccediloumlzuumlmuumln kalitesi arttırılır
Solver Control kısmından Residual Target artık tipini RMS olarak ve onun
yakınsama sınırı 10-5 belirlenir Rms elemanların karelerinin koumlkuumlnuuml alarak
ortalamasını alan youmlntemdir
Yine Solver Control kısmından minimum iterasyonu 1 maksimum İterasyonu ise
500 verilir
İnlet kısmı belirlenirken Boundary Type ( sınır şartları) opening olarak seccedililir
Opening verilmesindeki amaccedil akışkanların iccedileriden girip dışarıya ccedilıkışlarının
sağlanmasıdır Aksi halde ccediloumlzuumlmuumln yakınsamasın da sorunlar oluşabilir Opening
şartında ayrıca akışkan daha ccedilabuk toparlanır ve analiz daha kolaylaşır
Flow Direction komutunda normal sınır şartları belirlenir
Suumlreklilik şartı olarak da Fluid Mass Fluxrsquou seccedililir Bunun yanında sınır kontuumlruuml
iccedilin bağıl basınccedil ayarlarını seccedililir Aynı şekilde outlet iccedilin de aynı ayarlar yapılır
35
Domaine basılıp kapak kısımları ve motor kısımları seccedililir Bu dış kısımları duvar
olarak belirlenir ve duvar hareket edemeyeceğinden No Slip Wall seccedileneği olarak
belirtilir Duvarları suumlrtuumlnmesiz olduğu varsayılıyor
Fan ve kanatlar kısmında Boundry Type olarak Wall olarak belirleyip Frame type
gt rotating (doumlnuumlyor) belirtilir
Ccediloumlzuumlm metodu olarak RNG k-euro modeli kullanılır
Şekil 28 Setup Koşulların Belirlenmesi
334 Ccediloumlzuumlm - Sonuccedillar
Setup kısmını kapatılarak solution ekranı ccedilift tıklanarak ccedilıkan ekran da RUN seccedililerek
ccediloumlzme işlemi başlatılmış olur
Ccediloumlzme işlemi bittiğinde results kısmından sonuccedillar goumlruumlntuumllenebilir
36
Şekil 29 Akışın Youmlnelişi
Şekil 30 Debi Sonucu
37
34 YENİ FAN TASARIMI
341 Fan Tasarımı İccedilin Kabuller
Havanın sıkıştırılamaz olduğunu kabul edildi Havanın sıkıştırılmaz olduğu
varsayılarak yoğunluğu değişmez ve 12 kgm3 olarak kabul edilir
Ccediloumlzuumlmde suumlrtuumlnmeler ve ısı kayıpları ihmal edilir Ccediluumlnkuuml bu değerlerin
hesaplanması ccedilok uzun suumlreceği iccedilin ccediloumlzuumlm youmlntemi iccedilin ekonomik olmaz
Gerccedilekle arasında ccedilok buumlyuumlk bir fark olmayacağı varsayılmıştır
Verimi arttırmak iccedilin orijinal fanın analizinden elde edilen tork değeri duumlşuumlk
tutulmaya ccedilalışılmıştır
Motorun tek bir youmlne doumlneceği duumlşuumlnuumllmuumlştuumlr
342 Fan Tasarım Parametreleri
Bir fan tasarımında belli başlı kriterleri ele alabilmek iccedilin mevcut fan uumlzerinden
değerler bulundu
Tablo 7 Mevcut Fanın Oumlzellikleri
Devir Sayısı ( ddk) r hub (mm) rtip (mm)
1498 25 77
Radyal hız hesaplandığında w= 15687 radsn bulunmuştur r hub diye isimlendirilen
kısım fanın giriş accedilısı iccedilin gerekli olan kanadın başlangıcı ile milin merkezi arasındaki
uzaklıktır r tip ise fan kanadının bitiş noktası ile mil merkezi arasındaki uzaklığın
yarıccedilap cinsinden ifadesi olmaktadır
38
Fan kanat tasarımında oumlnemli olan w (accedilısal hız)hızının kanatlara ne kadar dik
gelebildiğidir Bu kanat hacmine ne kadar iyi bir şekilde gelirse akışkan o denli iyi
akabilir ve kanat profili oluşur
U_hub= w (radsn) x r hub
U_tip = w x r tip
Beta = arctan(vu)
A_inlet= (r tip 1000)sup2π ndash r hub 1000)sup2π
Verim= (Q x P) (TxW)
V (akışın mutlak hızı)= Debi Alan
Tablo 8 Sonuccedil olarak elde edilen değerler
r_h (mm) 25 r_t (mm) 77 r_h (mm) 50 r_t (mm) 80
U_h (ms) 3927 U_t (ms) 1209516 U_h (ms) 7854 U_t (ms) 125664
A_in (m^2) 0016663 A_out (m^2)0012252
V_in (ms) 2350516 V_out 3196702
beta_h 5909726 beta_t 7900249 beta_h 678529 beta_t 7572755
giriş ccedilıkış
Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları
Bu değerlere goumlre BladeGende yeni bir kanat profili oluşturulur
r tip
r hub
Şekil 31 Fan Kanatlarının Accedilısı
39
Şekil 32 BladeGen Kanat Profili
Oluşturduğumuz bu geometriye daha oumlnceki boumlluumlmde bahsedilen fana yapılan adımlar
uygulandı (Yeni oluşturulan fanın geometrik deseni ektedir)
40
3421 Geometri
Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi
3422 Sayısal Ağ Oluşturma
Şekil 34 Yeni Fan Tasarımının Sayısal Ağ Oluşturulması
41
3423 Ccediloumlzuumlm
Şekil 35 Tasarımı Yapılan Fanın Verimi
Accumulated Time Step sayısı iterasyonu goumlstermektedir Daha fazla yakınsama iccedilin
daha fazla koşturulabilir
42
Şekil 36 Tasarımı Yapılan Fanın Torku
43
3423 Sonuccedillar
Şekil 37 Akışın Youmlnelişi
Bu kısımda verimi arttırabilmek iccedilin tork azaltılmaya ccedilalışıldı Boumlylece kanatlara
harcanan toplam guumlccedil azaltılarak iyileştirmeler yapıldı
44
Kanadın iş yapan kısmını arttırarak orijinal fanda kanadın suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilapı
154 mm iken yeni fan da 160 mmrsquoye ccedilıkarıldı
Kanatlar daha eğimli ama daha eksenel bir forma getirildi
Bu motorda toplam guumlccedil iccedilin 60 watt olduğunda yaklaşık 6 wattrsquo lık guumlccedil fan iccedilin
harcanıyordu Fanın verimliliği ccedilok oumlnemli olduğu iccedilin debiyi sabit tutulmaya
torku da duumlşuumlruumllmeye ccedilalışıldı
Tablo 9 ANSYSrsquo de Elde Edilen Deneyler
tork(Nm) w(radsn) m(kgs)
Orijinal Fan 00393645 15687 0048168
Yeni Fan 00043869 15687 0032261
Goumlruumllduumlğuuml gibi tork buumlyuumlk oranda duumlşmuumlş ancak onunla birlikte debi de biraz
duumlşmuumlştuumlr
343 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanması
Motorun arka ve oumln kısımlarına sırt sırta fan bağlayarak havanın akışını hızlandırma
ve soğutmayı arttırma işlemi amaccedillandı Gerccedilek boyutlarda uygulamadan oumlnce fanı
motor şeklini verilen kısım da tek başına analiz yapıldı Verimli bir sonuccedil alabilmek
iccedilin ikili fan deneyi yapıldı
3431 Geometri
Şekil 38 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Geometrisi
45
3432 Sayısal Ağ Oluşturma
Şekil 39 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Sayısal Ağ
Oluşturulması
Yapılan analiz de goumlzlemlenen sonuccedillar şunlardır
Bir motorun etrafında sınırlayıcı bir alan olmadığı iccedilin sınır şartları olarak setup
kısmında yine havayı 1 atm basınccedil olarak alınır Eğer sınırlayıcı bir alan olsaydı
oluklardan hava akışı doğrudan motorun arka kısmına gelecekti Ccedilıkış noktasına ise
kapak yerleştirildi giriş noktasında atmosfer ccedilıkışı ise kapak olarak sınırlandı
3433 Kod Ccediloumlzuumlmuuml
Debi ndash 000064 mᵌ sn olarak ccedilıktı Motorun hava ccedilıkış kısmına fan bağlamanın verimli
olmadığı sonucuna varıldı Oumlnceden oluşturulan oluklardaki 1cmrsquolik aralıklarla
havanın geniş bir alana gitmesi ccedilok zordur Ve bu akışı goumlnderebilmek iccedilin fazladan
basınccedil uygulanması gerekir Bu sebepler debinin duumlşmesine sebep olmuştur
46
Şekil 40 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Ccediloumlzuumlmuuml
47
BOumlLUumlM 4 SONUCcedilLAR
Verim= (Alınan Guumlccedil Verilen Guumlccedil)= (∆P x Q) (T x ὠ)
A_inlet = (r_tip)2 1000 - (r_hub)21000
A_outlet =( U_h1000)2 - (U-t1000)2
U= ὠ x r
Fan hesaplarıdan debi değeri ve tork değeri duumlşmuumlştuumlr Aşağıda yeni fanımızın verimi
yukarıdaki formuumlllere goumlre excelde hesaplanmıştır
tork(Nm) w(radsn) ṁ(kgm^3) verim deltap (Pa)
Orijinal Fan 00393645 15687 00391 60152783 95
Yeni Fan 00043869 15687 0039167 54068744
Tabloda da goumlruumllduumlğuuml uumlzere eski fanın oumlzelliklerine bakılarak hız uumlccedilgeni youmlntemiyle
oluşturulan yeni fan 540 verimli ccedilıkmıştır
Motorun oumln kısmın koyduğumuz fanda ise dar oluklardan buumlyuumlk bir hacime giriş
yaptığı iccedilin tek youmlnluuml analizde kuumltlesel debi negatif değerde ccedilıkmıştır
(Kuumltlesel debi) ṁ=ƍ( oumlzkuumltle) x A(alan) x V( akışkan hızı)=kgsn ndash Formuluumlnden
dolayı verimin hesaplanmasına gerek yoktur
48
BOumlLUumlM 5 EKLER
EK1- MEVCUT FAN
EK2- YENİ FAN
49
KAYNAKCcedilA
Baykal R 2011 Asenkron Motorlar Uumlzerine Enerjiİ Verimliliği Uygulanması
Yayın Tarihi 15032011
Ccedilalışkan M 2014 Eksenel Akışlı Fan Tasarımı Yuumlksek Lisans İstanbul Teknik
Uumlniversitesi TUumlRKİYE
Moavani S 2015 Sonlu Elemanlar Analizi Teorisi ve Ansys ile Uygulamalar
İstanbul
Onaygil S 2006 Enerji Verimliliği Kanunun Tanıtımı Yuumlksek Lisans
URL1 lthttpdeneysancomContentimagesdocumentshavalandirma-
4_39143832pdfgt Erişim Tarihi 12032016
URL2 lt httpwwweiegovtrgt Erişim Tarihi 20042016
URL3 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi
12052016
URL4 ltwwwtuumlikgovtrgt Erişim Tarihi 14052016
URL5 ltwwwemoorgtrekler364734147179187_ekpdfgt Erişim Tarihi 16052016
URL6 ltwwwinverter-plcnetmotoryıldız_uumlccedilgen_bağlantıhtmlgt Erişim Tarihi
18052016
URL7 ltwwweiegovtreie-webturkceenMotor_Verimliligi_Brosurupdfgt Erişim
Tarihi 20052016
URL8 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi
07062016
URL9 ltwwwfigescomtransysansys-nedirphpgt Erişim Tarihi 09062016
50
OumlZGECcedilMİŞLER
Elif CcedilİCcedilEK
Eyluumll 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Duumlzce Anadolu İmamhatip Lisesinde
tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi İlahiyat Fakuumlltesirsquoni kazandı 2012 yılında
Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine
başladı Halen eğitimine devam etmektedir
İletişim
apsuvaelifhotmailcom
Nesrin ALTUNBOĞA
Ağustos 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Haydarpaşa Teknik Okulları Raylı
Sistemler Teknolojileri Boumlluumlmuumlnuuml tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi
Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Boumlluumlmuumlnuuml kazandı Halen eğitimine
devam etmektedir
İletişim
naltunbogagmailcom
Rumeysa ALGUumlL
Ekim 1992rsquo de Konyarsquoda doğdu Lise oumlğrenimini Lafarge Aslan Ccedilimento Anadolu
Teknik Lisesirsquonde 2010 yılında tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi Teknoloji
Fakuumlltesi Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliğini kazandı 2013 yılında Teknoloji
Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine başladı Halen eğitimine devam
etmektedir
İletişim
rumeysaalgulgmailcom
51
52
11
BOumlLUumlM 2 MATERYAL VE YOumlNTEM
21 ASENKRON MOTORLAR
Asenkron motorlar başlıca iki kısımdan oluşur
Hareket etmeyen kısım Stator
Doumlnme hareketi yapan kısım Rotor
Asenkron makineler motor olarak stator sargıları ile aldığı elektrik enerjisini
rotorundan doumlnme hareketi yaparak mekanik enerjiye ccedileviren ve generatoumlr olarak
rotorundan aldığı doumlnme hareketi mekanik enerjisini bazı koşullar altında stator
sargılarında elektrik enerjisine ccedileviren elektromekanik makinelerdir
Motor olarak birkaccedil Wattrsquotan 300 MW guumlcuumlne kadar uumlretilmektedir Generatoumlr olarak
az kullanılmakla beraber son zamanlarda ruumlzgacircr enerjisinden elektrik enerjisi elde
etmek amacı ile ruumlzgacircr tuumlrbini ile birlikte ccedilalışmaktadırlar
Stator sargı gerilimleri alccedilak gerilim 220Vdan orta gerilim 22kVa kadar
değişmektedir Doumlnme sayıları sabit değildir fakat doumlnme sayısı yuumlkle az değişir
Doumlnen diğer elektrik makinelerine kıyasla daha sağlam daha az bakım isteyen ve daha
ucuz makinelerdir Son yıllarda yarı iletken guumlccedil elektroniğindeki teknolojik
gelişmeler ile asenkron makinelerin kontroluuml kolayca yapılabilmektedir (Baykal
2011)
Şekil 6 Kuumlccediluumlk Guumlccedilluuml Uumlccedil fazlı Sincap Kafesli Asenkron Motorun Kesiti
12
22 ASENKRON MAKİNALARIN YAPISI
Asenkron makineler başlıca iki kısımdan oluşmaktadır Bunlar
Stator
Rotor
Şekil 7 Stator Saccedil Paketini Oluşturulmuş Farklı Tipte Statorlar
221 Stator
Stator Asenkron motorun duran kısmıdır 04 - 05 veya 08 mm kalınlığında silisyumlu
saccedillar oumlzel kalıplarla preste basılır ve paketlenir Stator saccedilları paketlenince uumlccedil fazlı
sargıların yerleştirileceği stator nuumlvesi elde edilir Bu nuumlve stator goumlvdesinin iccediline
sıkıca yerleştirilir Goumlvdeye motorun ayakları monte edilir Goumlvdeye motor kapaklan
takılır motor kapaklan ortalarındaki bilyeli yataklar statorun ortasında doumlnecek olan
rotora yataklık ederler
1Halkalı Duumlzen Kuumlccediluumlk ve orta guumlccedilteki makinelerde uygulanan bu konstruumlksiyon
şeklinde saccedil paket ya karkas dışında istiflenerek uzun saplamalarla kendi uumlzerine
sıkılır yada saccedil levhalar karkas iccedilinde istiflenir
2 Segmanlı Duumlzen Bu duumlzende saccedil paketi daima karkas tarafından gergin durumda
tutulur Segmanlı duumlzende saccedil paketi rijitli halkalı duumlzendekine oranla da az
olduğundan burada seccedililecek olan karkasın daha kuvvetli olması gerekir (Baykal
2011)
13
222 Rotor
Rotor Asenkron motorun doumlnen kısmıdır ve rotor saccedil paketi ile rotor sargılarından
oluşur Rotor saccedil paketi 05 mm‟lik silisyumlu saccedillardan yapılır Saccedilların yuumlzeyleri
ccedilok ince bir film tabakası ile yalıtılmıştır Saccedillar oumlzel kalıplarda pres altında oluk
dişler ve sıkıştırma cıvata delikleri oluşacak şekilde saccedil şeritlerden kesilerek ccedilıkartılır
Saccedillar bir araya getirilerek pres altında sıkıştırılır ve cıvatalarla bu halde kalması
sağlanır
Diğer doumlnen elektrik makinelerine goumlre stator ile rotor arasında kalan hava aralığı ccedilok
kuumlccediluumlktuumlr Motorun guumlcuumlne goumlre hava aralığının radyal boyu 05 - 1 - 3 mm kadar
olabilir Boumlylesine kuumlccediluumlk bir hava aralığı boşta ccedilalışma akımını kuumlccediluumlk tutmak iccedilin
yapılır Rotor olukları motorun elektrik karakteristiklerini etkileyen değişik biccedilimlerde
yapılır Rotor oluklarına rotor sargıları yerleştirilir
Şekil 8 Rotor Saccedil Paketini Oluşturan Değişik Rotor Saccedilları
Rotor sargıları uumlccedil fazlı olarak ya da sincap kafesli olarak yapılır Rotoru sargılı olan
ve sargı uccedilları doumlnen bilezik-sabit fırccedila ile dışarı ccedilıkartılan motorlara bilezikli asenkron
motor denir Sincap kafesli motorlarda rotor oluklarına bakır ccedilubuklar yerleştirilir Bu
ccedilubuklar her iki baştan dairesel halkalarla kısa devre edilerek sincap kafesine
benzeyen kendi uumlzerine kapatılmış bir sargı elde edilir Sincap kafesli motor sargısı
oumlzel kalıplarla rotor oyuklarına basınccedil altında aluumlminyum puumlskuumlrtuumllerek uumlretilir
Boumlylece uumlretilen rotor sincap kafesi aluumlminyumdan yapılmış olur
Sincap kafesli asenkron motorun rotorundan hiccedilbir uccedil ccedilıkmadığı iccedilin bu motorun
kontroluuml sadece statordaki elektrik uccedillarından yapılabilmektedir Oysa bilezikli
asenkron motorun rotor sargı uccedilları bilezik ve fırccedila sistemi ile dışarı ccedilıkarıldığından
14
bu motorun kontroluuml hem stator sargı uccedillarından ve hem de rotor sargı uccedillarından
yapılabilmektedir
Sincap kafesli motorun rotor sargısı buumlyuumlk motorlarda bakır ccedilubukların rotor
oluklarına yerleştirilmesi ve iki baştan kısa devre elde edilmesi ile oluşturulur Kuumlccediluumlk
motorlarda rotorun sincap kafesi aluumlminyum puumlskuumlrtme ve kalıplarla elde edilir
Rotoru sincap kafesli bir motorun sincap kafesi değişik biccedilimde oluklara yerleştirilir
Motorun oumlzellikle moment karakteristiğine istenilen oumlzelliği vermek iccedilin rotorda derin
oluklar ve ccedilift oluk kullanılır Birinci motora derin oluklu ya da derin ccedilubuklu motor
ve diğerine de ccedilift kafesli motor denir (Baykal 2011)
23 ASENKRON MOTORLARIN CcedilALIŞMA İLKESİ
Asenkron makinenin ccedilalıŞma ilkesi bir doumlner alanın varlığına dayanır Doumlner alan
senkron hız motor milinin hızı da rotor hızı olarak isimlendirilir Kayma da bu iki
hızın arasındaki fark olarak ifade edilmektedir
231 Doumlner Alan
Bir N-S mıknatısı ya da uumlzerinden akım geccedilen bir bobinin magnetik alanı N kutbundan
ccedilıkar ve S kutbuna girer Daimi mıknatıs ve doğru akım taşıyan bobinin manyetik
alanları mıknatıs ve bobin dışarıdan bir bobinle doumlnduumlruumlluumlrse bunların alanları da
beraber doumlner İşte bir mıknatısın doumlnduumlruumllmesi ile elde edilen alana doumlner alan denir
Uumlccedil fazlı asenkron motorun (enduumlksiyon motorun) statoruna birbirinden 120rsquoşer derece
faz farklı 3 faz sargısı yerleştirilmiştir En basit statorda her biri bir faza ait olmak
uumlzere 3 tane bobin bulunur Bir motor en az iki kutuplu olarak sarılabilir (Baykal
2011)
Şekil 9 Uumlccedil Faz bobininin 6 Oluklu Statora Yerleştirilişi
15
232 Senkron Hız
N-S kutuplarının saat ibresi youmlnuumlnde doumlnduumlğuuml goumlruumlluumlr uumlccedil fazlı alternatif akımdaki bir
periyotluk değişme N-S kutuplarının bir devir yapmasına sebep olur Alternatif akımın
frekansı 50 Hz ise saniyede 50 periyotluk bir değişme yapar Dolayısıyla statordaki
faz bobinlerinin meydana getirdiği N-S kutupları da saniyede 50 devirle doumlner Bu
dakikada 3000 devir eder Ccedilok fazlı bir stator sargısından aynı faz sayısında ccedilok fazlı
bir akım geccedilerse hava aralığında sabit genlikli bir doumlner alan oluşur Bu doumlner alanın
duran statora goumlre ns (n1) devir hızı şebeke frekansına doğru stator sargısının p ccedilift
kutup sayısına ters orantılıdır
1198991 = 601198911
119901
Senkron hız da denen doumlner alan hızı kutup sayısına goumlre buumlyuumlk basamaklar yaparak
değişir Asenkron motorlar ancak belli senkron hızlar iccedilin yapılabilir En fazla
kullanılan senkron hızlar 2 4 6 ve 8 kutup sayılarına ait olanlardır (Baykal 2011)
Tablo 6 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru
P
(Kutup Sayısı)
50 Hz 60 Hz
n1min-1 n1s-1 n1min-1 n1s-1
2 3000 50 3600 60
4 1500 25 1800 30
6 1000 1667 1200 20
8 750 125 900 15
16
233 Kayma
Senkron makine dışında buumltuumln diğer ccedilalışma tuumlrlerinde asenkron makinenin
ccedilalışabilmesi iccedilin rotor hızının doumlner alan hızından farklı olması gerekir Doumlner alanın
rotor uumlzerinden geccedilme hızına yani doumlner alan ile rotor hızı arasındaki cebirsel farka
kayma hızı n2 ve bu hızın doumlner alan hızına oranına kayma s denir Bu tanıma
dayanarak kayma devir hızına goumlre veya devir hızı kaymaya goumlre ifade edilebilir
n2 = n1 ndash n n = n1(1-s) 119904 = 1198992
1198991 =
1198991minus119899
1198991
Kayma oranlanmış bir buumlyuumlkluumlktuumlr ve ccediloğunlukla olarak ifade edilir Pozitif negatif
veya sıfır olabilir Oranlanmış rotor hızı n nı ile toplamı daima 1rsquoe eşittir Teorisel
olarak ndash infin ve +infin arasında değişebilir Durmada n = 0 ve s =1 dir Senkron ccedilalışmada
n = n1 ve s = 0 dır Bu iki sınır değer arasında asenkron makine motor olarak ccedilalışır
ve kayması daima pozitiftir Anma ccedilalışmasındaki değeri yuumlzde birkaccedil olup artan
anma guumlcuuml ile azalır ve kuumlccediluumlk guumlccedillerde yaklaşık 10 dan buumlyuumlk guumlccedillerde 1 in altına
duumlşer
Rotor doumlner alana goumlre ters youmlnde doumlnduumlğuumlnde elde edilen fren ccedilalışmada devir hızı
negatif ve kayma 1 den buumlyuumlktuumlr Rotor hızı doumlner alan hızını geccedilerse yani ngtn1 ise
kayma negatif olur (s lt 0) ve makine generatoumlr olarak ccedilalışmaya başlar (Baykal 2011)
Şekil 10 Standart Asenkron Motorların Anma Kayması ve Verimi
17
24 ASENKRON MOTOR CcedilEŞİTLERİ
Asenkron motorlar rotor yapılarına goumlre ikiye ayrılır
Sincap kafesli (Kısa devre rotorlu) Asenkron Motorlar
Bilezikli (Sargılı rotorlu) Asenkron Motorlar
241 Uumlccedil Fazlı Kısa Devre (Sincap Kafesli ) Asenkron Motorlar
Uumlccedil fazlı sincap kafesli motorun yapılısı basittir Az bakıma ihtiyaccedil goumlsterir Bu tip
motorun oumllccediluumlleri aynı guumlccedilteki başka tip motorların oumllccediluumllerinden kuumlccediluumlktuumlr Değişik
yuumlklerdeki hız reguumllasyonu ccedilok iyidir Fiyatının ucuzluğu yapılışının sağlamlığı ve
istenilen ccedilalışma oumlzelliğine sahip oluşu yuumlzuumlnden bu tip motorlar sanayide ccedilok
kullanılır
Rotorlar accedilılmış oluklara basınccedil altında erimiş aluumlminyum puumlskuumlrtuumllerek doldurulur
Rotorun her iki başındaki kısa devre halkalar da aluumlminyumdandır Ayrıca bu halkalar
uumlzerine kanatlar da bırakılarak rotor işletmede vantilasyon suretiyle soğutulması
sağlanır 250 kW guumlcuumlne kadar kısa devre kafesleri aluumlminyumdan yapılmış asenkron
motorlar mevcuttur
Buumlyuumlk guumlccedil istenilen işletmelerde kısa devre kafesi yuumlksek dikdoumlrtgen şeklinde bakır
ccedilubuklardan ve bunları rotorun her iki başında kısa devre eden bakır halkalardan
yapılır Rotorda kaccedil adet oluk varsa rotorun faz sayısı buna eşittir
Kısa devre kafesli asenkron motorun yol alma oumlzellikleri iyi değildir Ancak basit ve
ucuz olmaları nedeni ile yaygın biccedilimde kullanılmaktadır Yol almasını kolaylaştırmak
iccedilin yuumlksek ccedilubuklu veya ccedilift kafesli olarak yapılırlar (Baykal 2011)
Şekil 11 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru
18
242 Bilezikli (Sargılı rotorlu) AC Motorlar
Birccedilok sanayi yuumlklerinde uumlccedil fazlı değişik hızlı motora ihtiyaccedil duyulduğu yerler iccedilin
bilezikli asenkron motorlar geliştirilmiştir Bilezikli asenkron motorlara sargılı rotorlu
AC motor da denilmektedir Bu tip motorun statoru ile sargının yerleştirilmesi sincap
kafesli motorun aynıdır Rotor ccedilelik saccedillardan yapılmış silindirik bir goumlbektir 120
derece aralıklı uumlccedil adet tek fazlı kalıp sargısını yerleştirmek iccedilin rotor uumlzerine oyuklar
accedilılmıştır izoleli rotor bobinleri stator kutup sayısına eşit kutup sayısı elde edecek
şekilde gruplandırılmıştır Uumlccedil tek fazlı rotor sargısı aralarında yıldız bağlanarak ccedilıkış
uccedilları rotor mili uumlzerindeki uumlccedil bileziğe bağlanmıştır Bileziklere temas eden fırccedila uccedilları
hız kontroloumlruuml ayarlayıcısına bağlanır Fırccedilalar taşıyıcılar uumlzerindeki yayların basıncı
ile bileziklere sıkıca temas eder Doğru akım makinelerinde olduğu gibi youmln
değiştirmeye luumlzum olmadığı iccedilin fırccedila taşıyıcıları uygun bir durumda sıkıca tespit
edilmiştir
Bilezikli asenkron motorun rotorunda aynı statorunda olduğu gibi uumlccedil fazlı alternatif
akım sargısı vardır Stator 10 Kw guumlce kadar tek tabakalı orta guumlccedillerde ise iki tabakalı
sargılı yapılırlar Rotor ise tam oluklu veya kesirli oluklu sargılı olabilir Rotor sargı
uccedillarının bir tarafı bileziklere bağlanır Diğer tarafı ise kısa devre edilerek uumlccedil fazlı
sargının yıldız noktasını oluşturur Bilezikler uumlzerindeki fırccedila sistemi ile rotor
alternatif gerilim kaynağından ayrıca beslenir (Baykal 2011)
25 Elektrik Motorlarına Yıldız-Uumlccedilgen Yol Verme
Kalkış akımını duumlşuumlrmede en ekonomik youmlntemdir Uumlccedil kontaktoumlr ile bir zaman
roumllesinden oluşan kontaktoumlr kombinasyonudur Bu youmlntemle yol verebilmek iccedilin
motorun uumlccedilgen bağlı ccedilalışma gerilimi şebeke gerilimine eşit olmalıdır Oumlrneğin
uumllkemizde şebeke gerilimi 380 Volt olduğuna goumlre yıldız-uumlccedilgen yol verilecek motorun
etiketinde D380 V veya D380VY660V yazılı olmalıdır Volt elektrik motorlarında 2
ve 4 kutuplularda 3 kW (dacirchil) 6 kutuplularda 22 kW(dacirchil) den daha buumlyuumlk guumlccedilluuml
motorlar bu oumlzelliktedir Yani 380 V şebekede uumlccedilgen bağlı ccedilalıştırılırlar
Motora yıldız-uumlccedilgen yol verildiğinde direkt yol vermeye goumlre şebekeden ccedilekeceği
akım 3 katı azalır Yıldız-uumlccedilgen yol vermede amaccedil motoru kalkış suumlresince yıldız
19
bağlı ccedilalıştırmak ve kalkışını tamamlayan motoru hemen normal bağlantısı olan uumlccedilgen
bağlı olarak ccedilalıştırmaktır
Motor kalkış sırasında yıldız bağlı ccedilalıştırıldığından motor sargılarına uygulanan
gerilim U radic3 değerine motorun şebekeden ccedilektiği akım ise 13 değerine duumlşer
Motorun sargılarına uygunalan gerilim azaldığından momenti oumlnemli oumllccediluumlde kuumlccediluumlluumlr
Yıldız-uumlccedilgen yol vermenin kusursuz olması iccedilin motorun yuumlk momentinin yıldız
bağlamadaki motor momentinden buumlyuumlk olmaması ve yıldız bağlamadaki suumlrenin
uygun olması gerekir Bu geccediliş suumlresi ccedilok oumlnemlidir Motor yıldız bağlantıda iken
anma devir sayısına ulaşıldığı anda uumlccedilgen bağlantıya geccedililmesi ve fazla aralık
verilmemesi gerekir
Boumlyle olursa yıldızdan uumlccedilgen bağlantıya geccedilişteki uumlccedilgen kontaktoumlruumlnuumln kapamama
akımı kuumlccediluumlk ve yıldızdan uumlccedilgene geccediliş darbesiz olur Aksi halde uumlccedilgen bağlantıya
geccedilişte akımda geccedilici artışlar goumlruumlluumlr Bunun sonucu kontaktoumlruumln kontakları ani
yuumlksek ısı nedeniyle kaynak olabilir
Bir şebekede uumlccedilgen bağlı ccedilalışacak motor aynı şebekede yıldız bağlı (Y) olarak
ccedilalıştırılabilir Ancak bu durumda motorun guumlcuuml ve momenti duumlşer Bu oumlzellikten
yararlanarak asenkron motorların kalkış anında ccedilektikleri fazla akımı azaltmak iccedilin
yıldız-uumlccedilgen yol verme uygulanması yapılabilir
Şebekede yıldız bağlı ccedilalıştırılması gereken motor yanlışlıkla uumlccedilgen bağlı ccedilalıştırılırsa
sargılarına radic3 katı buumlyuumlk gerilim uygulanmış olur Gerilimdeki artış oranı kadar sargı
akımı buumlyuumlyeceğinden motor aşırı akım ccedileker ve kısa suumlrede artacak ısı sonucu
sargılar yanar
Onun iccedilin yıldız bağlı ccedilalışması gereken motor kesinlikle aynı şebekede uumlccedilgen bağlı
ccedilalıştırılmaz (URL6)
20
Şekil 12 Motora yıldız-uumlccedilgen yol verme
Şekil 13 Stator Sargı Uccedillarının Uumlccedilgen (D) Ve Yıldızı (Y) Bağlanması
Şekil 14 Asenkron Motora Yol Verme
21
26 FANLAR
261 Genel Bilgiler
Fanlar hava veya benzeri gazları basınccedillandırarak belirli bir akış yolu iccedilinde hareket
etmesini sağlayan turbo makinelerdir İyi bir fan istenilen performansı yerine
getirirken verimi yuumlksek enerjiyi daha az tuumlketen muumlmkuumln olduğunca guumlruumlltuumlsuumlz
ccedilalışan ve maliyeti duumlşuumlk olan fandır Fanların tahrik sistemlerinde elektrik motorları
kullanılmaktadır (URL3)
262 Fan Ccedileşitleri
Fanlar aşağıdaki gibi sınıflandırılmaktadır
Eksenel (aksiyel) fanlar
Radyal (santrifuumlj) fanlar
Karışık akışlı (eksenel-radyal) fanlar
Ccedilatı tuumlruuml fanlar
Karşıt akımlı fanlar (blower)
Vorteks ya da rejeneratif fanlar
Diğerleri
Elektrik motorlarında radyal fanlar kullanılmaktadır (URL8)
Bu kısımda projemiz iccedilin incelediğimiz 3 ccedileşit fanı accedilıklayacağız
2621 Eksenel Fanlar
Havanın fan ccedilarkı ile aynı eksende youmln değiştirmeden hareket ettiği fanlardır Yuumlksek
hava debileri ve duumlşuumlk basınccedil sınıfına sahip sistemler iccedilin uygun fanlardır Şekil 15
rsquode oklar akış youmlnuumlnuuml (simetri eksenine paralel) goumlstermektedir
22
Şekil 15 Akışın Simetri Ekseninde Hareket Etmesi
2622 Karışık Akışlı (Radyal-Eksenel) Fanlar
Havanın kanatlar uumlzerinden emmesine goumlre yaklaşık 45deg accedilı yaparak hareket ettiği
fanlardır Radyal fanlara goumlre hava debisi daha yuumlksektir
Eksenel fanlardan daha yuumlksek basınca dayanabilir
Fan eğrisi uumlzerinde kararsız boumllge yoktur
Karşı basıncın duumlşuumlk olduğu boumllgelerde motor aşırı akım ccedilekmez
Eksenel ve radyal fanlara goumlre verimleri duumlşuumlktuumlr (URL6)
Şekil 16 Karışık Akışlı Fan Uygulamaları
23
2623 Radyal (Santrifuumlj) Fanlar
Havanın fan ccedilarkını emmesine goumlre 90deg accedilı yaparak kanatlara teğet olarak terk ettiği
fanlardır
Radyal fanların avantajları aşağıdaki gibidir
Geniş bir uygulama aralığına sahiptir
Yuumlksek sıcaklık ve aşındırıcı ortam uygulamalarında kulanılır
Değişken akış direncine sahip yerlerde daha verimli ve daha sessiz ccedilalışma
olanakları vardır
Yapısal kararlılıkları yuumlksektir (URL6)
Radyal Duumlz Kanatlı Fanlar
Genellikle kendi kendini temizleme malzeme taşıma ve parccedilacık ve yağ yuumlkluuml havanın
uygun halde taşınması gibi durumlarda kullanılırlar ve bunun iccedilin duumlz kanatları vardır
Ccedilarkları basit bir yapıya sahiptir ve nispeten dar kanatları vardır
Elektrik motorlarında genellikle ccedilift youmlnluuml ccedilalışmaya uygun olması iccedilin radyal duumlz
kanat tipli bu fanlar seccedililiyor
Şekil 17 Radyal Duumlz Kanatlı Fanlara Oumlrnekler
24
BOumlLUumlM 3 BULGULAR VE TARTIŞMA
31 SONLU ELEMANLAR YOumlNTEMİ
Sonlu elemanlar youmlntemi muumlhendislik problemlerine kabul edilebilir yaklaşımlarla
ccediloumlzuumlm arayan sayısal youmlntemdir (Moavani 2015) Sonlu elemanlar youmlntemi diğer bir
ifade şekliyle fiziksel şeklin matematiksel ifadesidir Bu kurduğumuz siste sınırlara
ayırılabilen ve malzeme şartlarına uygun olan bir sistem olmalıdır
Sonlu eleman youmlntemindeki basamaklar
Yaklaşık Ccediloumlzuumlm Youmlntemi
Geometrik Şekil
Nod
Eleman
Mesh
Ayrıklaştırma
Şekil 18 Sonlu Eleman Modeli
Eleman
Nod
(Duumlğuumlm
noktaları)
25
Sonlu elemanlar youmlntemi matematik ve fizik biliminin buumltuumln alanlarında kullanılır
Gerilme Analizi
Akışkanlar Mekaniği
Isı İletimi
Dalga Yayılımı
Darbe Analizi
Aerodinamik vb alanlardır
Sonlu elemanlar youmlntemini kullanırken oumlncelikle şu soruların cevaplarını bulmalıyız
Dizayn amacımız nedir
Bu sistemi modellemek iccedilin gerekli olan bilgiler nelerdir
Bu dizayn iccedilin hangi kriterler gerekir
311 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Pozitif Youmlnleri
Geometrisi karışık cisimlerin incelenmesini kolaylaştırır Geometri basit kısımlara
ayrılıp burada ayrı veya daha hassas işlemler yapılabilir
Parccedilanın geometrisini değiştirmeye gerek kalmaz
Youmlntemde hem fiziksel hem matematiksel temeli vardır
Sonlu elemanlar youmlntemi iccedilin ccedilok farklı programlar bulunmaktadır (Ansys Marc
Nastran ) (Moavani 2015)
312 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Negatif Youmlnleri
Elde edilen sonuccedilların doğruluğu hangi sonlu youmlnteminin kullanıldığına bağlıdır
Ccedilıkacak durum oumlnceden tespit edilmeli ve ona goumlre bir ccediloumlzuumlm youmlntemi
kullanılmalıdır Bu yuumlzden oumlnceden iyi tesipt edilemezse doğru değer bulunamaz
ve doğru ccediloumlzuumlm iccedilin zaman kaybı olabilir
Doğru ccediloumlzuumlm iccedilin elemanın ayrıştırılması (mesh) atanması gerekir
Bu meshin iyi atılması gerekir yoksa ccediloumlzuumlmuumln yakınsamaları değişebilir
(Moavani 2015)
26
32 ANSYS PROGRAMI
ANSYS genel amaccedillı kullanılan sonlu elemanlar programıdır Ansys yazılımı
mukavemet titreşim akışkanlar mekaniği ısı transferi ve elektromanyetik alanlarının
birbiri ile olan interaksiyonunu simule eden yazılımdır
Boumlylelikle ANSYS uumlruumlnlerin prototipleri uumlretilmeden sanal ortamda test edilmelerine
olanak sağlar Ayrıca sanal ortamdaki 3 boyutlu simulasyonlar neticesinde yapıların
zayıf noktalarının tespiti ve iyileştirilmesi ile oumlmuumlr hesaplarının gerccedilekleştirilmesi ve
muhtemel problemlerin oumlngoumlruumllmesi muumlmkuumln olmaktadır
ANSYS yazılımı sadece ihtiyaccedil duyulan oumlzelliklerin alınmasına fırsat vererek ilave
edilebilen CAD ve FEA bağlantı modulleri ile masa uumlstuumlnde kullanılan diğer
muumlhendislik yazılımları ile entegre bir şekilde ccedilalışabilmektedir
ANSYS yazılımı hem dışarıdan CAD datalarını alabilmekte hem de iccedilindeki
preprocessing imkacircnları ile geometri oluşturulmasına izin vermektedir Yine aynı
preprocessr iccedilinde hesaplama iccedilin gerekli olan sonlu elemanlar modeli yani mesh de
oluşturulmaktadır Yuumlklerin tanımlanmasından sonra ve gerccedilekleştirilen analiz
neticesinde sonuccedillar sayısal ve grafiksel olarak elde edilebilir
ANSYS yazılımı ile oumlzellikle contact algoritmalarının ccedileşitliliği zamana bağımlı
yuumlkleme oumlzellikleri ve nonlinear malzeme modelleri sayesinde yuumlksek muumlhendislik
seviyedeki analizleri hızlı guumlvenilir ve pratik bir şekilde gerccedilekleştirilebilmektedir
ANSYS Workbench parametrik CAD sistemlerini eşsiz bir otomasyon ve performans
ile simulasyon teknolojilerini entegre eden bir platformdur ANSYS Workbenchrsquoin
guumlcuuml yılların bilgi birikimi ile arkasında duran ANSYS ccediloumlzuumlcuuml algoritmalarından gelir
Ayrıca ANSYS Workbenchrsquoin amacı sanal ortamda uumlruumlnuumln verifikasyonunu ve
iyileştirmesini sağlamaktır
Oumlzellikle PC ile uyumluluğun uumlst seviyede olabilmesi iccedilin yazılmış olan ANSYS
Workbench sadece bir arayuumlzden ileri bir ccedilalışma ortamındır ve ANSYS Workbench
ile herhangi bir ANSYS lisansına sahip herkes ccedilalışabilir Aynı alışılagelmiş ANSYS
arabiriminde olduğu gibi ANSYS Workbenchrsquode de kapasiteler sahip olunan lisansın
doğrultusunda sınırlıdır (URL9)
27
ANSYS programının bu oumlzelliklerinden dolayı programı kullanmaya karar verdik
Ansys programının oumlncellikle akışkan mekaniği ve dinamiğinde kullanılan iki ayrı
boumlluumlmuuml bulunmaktadır Bu boumlluumlmler Fluent ve CFX boumlluumlmleridir Bizim
kullandığımız boumlluumlm ise ANSYS CFX boumlluumlmuumlduumlr
33 MEVCUT FAN UumlZERİNDE YAPILAN ANALİZLER
ANSY projesinde oumlncelikle CFX kısmını kullanıldı Ccediluumlnkuuml ANSYS programında
CFX ve Fluent programı hesaplamalı akışkanlar dinamiği iccedilin kullanılmaktadır Ancak
ANSYS CFX turbo makinalar iccedilin kullanıldığından oumlnceden de goumlsterildiği gibi bir
nod alırken huumlcrelerin orta noktalarından nod hesabı yaptığı iccedilin verdiği değerler fan
analizi iccedilin daha iyi bir yakınsama goumlsterir Bu sebeple ANSYS CFX kısmı kullanıldı
İlk olarak mevcut fan uumlzerinde ccedileşitli incelemeler yapıldı
Mevcut fan uumlzerinde 10 kanat var iken suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilok fazla olduğu saptandı
Bunun uumlzerine motorun akışını kolaylaştırma yoluna gidildi
Havayı oluklara daha iyi aktarabilecek kısım fanın kanat boyu olduğu iccedilin fanın
kanatlarının uzunluğunda değişiklik yapılmasına karar verildi
Fandan ccedilekilen debi miktarı ve tork değerlerini tam alabilmek ve mevcut fanın
verimini oumllccedilebilmek iccedilin oumlncelikle esas oumllccediluumllerine goumlre ccedilizilen fan ANSYS
programına aktarıldı File gt Import gt Design Moduler şeklinde SolidWorksrsquo ten
ANSYS programına aktarıldı
Şekil 19 SolidWorksrsquo ten İmport Etmek
28
Fanın ccedilevresinde akış hacmi oluşturmak iccedilin katı modelin ccedilevresindeki hava
modellenir
331 Geometri
Oluşturulan akış hacminde havanın giriş ve ccedilıkış kısımları İnlet-Outlet şeklinde
belirtilir
Analys tools komutlarından xy duumlzleminde halka oluşturulur
Burada modeling kısmı 3 boyutlu işlem yapacağı zaman seccedililen kısımdır
Aşağıdaki şekilde de goumlruumlleceği uumlzere
Şekil 20 Akış Alanı Belirleme
Burada exturude komutuyla birlikte oluşturulacak akış hacminin kaccedil mm
uzatılacağı belirtilir Hepsini bir buumltuumln haline getirmemek iccedilin lsquovar olanla
birleştirilsin mirsquo sorusuna hayır denilir
Daha sonra ccedilevresine yayılan boşluk iccedilin Outlet tanımlaması yapılır
Bu işlemleri gerccedilekleştirdikten sonra kesit gerekir İlk oumlnce plane (duumlzlem)
belirlenir Bunun iccedilin hangi duumlzlemi seccedililecek ise (oumlrneğin xy) onu seccedilip plane
tıklanır Plane boumllgesinden ne kadar uzakta olacağı belirlenir Biz de değer 34 mmrsquo
dir Ccediluumlnkuuml kanatların boyu 31 mm olduğundan mesh atamada sorun ccedilıkmaması
29
iccedilin 34 mm uzaklıkta bir plane atanır Bu Planersquoi slice komutuyla keserek 3 farklı
boumllge oluşturulmuş olur
Akışkan hacmini oluşturmak iccedilin dolu olan kısımlar belirlenip ona goumlre hareket
edilir Bunun iccedilinde milin iccedilini dolu kabul edilir
Akışkan hacmi iccedilin yapılan bir diğer işlem ise oluşturulan hacimden fanın hacmini
booelangt substrack komutları ile akışkan hacminin bulunmasıdır
Mevcut fanın uumlzerine sağ tıklanarak ve suppress body komutu seccedililir Boumlylelikle
fanı gizleyerek sadece akışkan hacmi goumlruumlluumlr
Daha sonra oluşan parccedilaların arasında boşluk olmaması iccedilin ve bağlantı sağlamak
iccedilin part kısımlarını seccedililerek sağ tıklanır from new part seccedililir
Şekil 21 Slice Komutu ile Boumllgelere Ayırma
30
Şekil 22 Parccedilalar Arası Bağlantının Sağlandığı FromNew Part Boumlluumlmuuml
Mesh kısmını suumlruumlkleyip project schematic boumlluumlme bırakılır Bu boumlluumlmde geometri
onaylanır ve en altta bulunan meshrsquoe tıklanır
332 Sayısal Ağ Oluşturma (Mesh)
Şekil 23 Mesh oluşturma
31
Şekil 24 Mesh Geometrisi
Sonlu sayıda hacimle ccedilalışıldığından sonlu sayıda hacime boumllmek gerekir Sonlu
sayıda hacime boumlluumlnen kısımlar farklı farklı olabilir
Bu huumlcreler kapsadığı alanın oumlzelliklerini yansıtır Bunların ccedilevresindeki nodlar
bunların ortalaması ile belli bir oumlzelliğe sahip olmuş olur
Bu huumlcrelerin arttırılması yani ayrıştırmaların ccediloğaltılması ne kadar fazla olursa o
kadar yakınsama olur ve ccediloumlzuumlm iyileşir
Ancak sayısal ağ ccedilok fazla attırıldığında ccediloumlzuumlm suumlresi ccedilok fazla artacağından
ekonomik değildir
Bu sebepten dolayı mesh ( ayrıştırma) atarken akışkanın en fazla değişim
goumlstereceği kısımlarda daha fazla sayısal ağ oluşturulur Boumlylelikle daha iyi bir
yakınsama elde edilir Akışkanın değişim goumlstereceği yerler genellikle yuumlzeylerle
temas edilen kısımlardır Mevcut fanın analizin de orta kısımlarda pek fazla
değişiklik olmaz Bu nedenle sınırlara yakın kısımlara daha fazla ağ oluşturulur
Detail of Mesh kısmından hangi kısımlarda ne kadar buumlyuumlkluumlkte mesh
atılabileceğine bakılır
32
Detail of Mesh kısmından Phsics preference kısmı seccedililerek CFDrsquoi seccedililir Solver
Preference kısmından ise CFXrsquoi seccedilip devam edilir
Analiz yaparken belirlenmesi gereken kısımlar vardır Bunun iccedilin diğer kısımlar
seccedililerek hide body seccedililerek kapatılır ve select all body seccedililerek kanatlara isim
verilir
Şekil 25 Mesh İsimlendirme
Akışkanın girişine inlet ccedilıkışına outlet denilir
Mesh atımında minimum yakalayacağı huumlcreler ile maksimum yakalayacağı
huumlcrelerin milimetre hesabı oumlnemlidir Bu yuumlzden kanadın kalınlığı 25 mm olduğu
iccedilin 2 mmrsquo den az olan huumlcre belirlenir Maksimum 15 mmrsquo den buumlyuumlk huumlcreler
olması duumlşuumlnuumllerek analizin yakınsaması sağlandı
Meshrsquoi tıklayıp oradan insert size kısmın da bulunan isimlerde kanatlar seccedililir
Kanatlara maksimum 3 mm buumlyuumlkluumlk seccedililir Devamında ise kanatları hide face
komutuyla gizlenir ve geriye kalan kısımlar iccedilin sizing iccedilin yine 3 mm verilir
Daha sonra kanat ve ccedilevresine ccedilizilen akış hacmi seccedililerek tekrar size kısmından
buumltuumlnuumlne 8 mm verilir Bu kısım iccedilin mesh atanır Yuumlzeyler seccedililerek Preview
Surface Mesh on Selected Bodies denilir ve mesh işlemi tamamlanmış olur
33
Şekil 26 Meshrsquo in Goumlsterimi
Ancak mesh işleminde silindirik yuumlzeylerde sweep komutuyla daha kolay mesh
atılabileceği iccedilin istenen yuumlzey iccedilin sağ tıklayıp İnsertgt Method gtSweep Number
Divs komutlarından kaccedil sıra mesh atılacağı belirlenir 20 sıra vererek mesh atıldı
Suumlpuumlrme işlemi ile mesh atarken hangi yuumlzeyi kaynak olarak alınacağı da
boumlylelikle belirlenmiş olur
Mesh sayfasını kapatıp daha sonrasında workbench kısmında meshin uumlzerine cfx
kısmını bırakılır
Mesh setupgt solutiongt results dan sonuccedillar elde edilir
Daha sonra geometry design da motorun kapağına uygun bir sınır belirlenerek
analiz yapılır
Geometriyi duumlzenlenerek CFXrsquo e aktarılır
Daha oumlncesinde de bahsedildiği uumlzere ANSYS de CFX kullanıldı CFX
kullanılmasının bir diğer sebebi de CFXrsquo in fan konusunda ANSYSlsquo in mesh
kısmından daha bağımsız ve daha hassas olmasıdır
Yapılan isimlendirmeler tekrar kontrol edilir Her farklı işlev iccedilin farklı
isimlendirme yapmak ccedilok oumlnemlidir boumlylece havanın nereden girip ne şekilde
ccedilıkacağını isimlendirmelerden goumlruumllebilir Ve bu isimlendirmeler iccedilin ayrı ayrı kod
yazılır
34
333 Sınır Şartları
Şekil 27 Sınır Şartlarının Belirlenmiş Hali
ANSYS setup kısmında Insert gt Solver gt Output Control komutları seccedililerek code
yazılır MassFlow ()inlet gt Torque_z()kanatlar olarak giriş kısmının kuumltlesel
debisi iccedilin komut yazılır
Ayrıca Insert gt Material kısmından sıcaklığı 25reg basıncı 1 atm entalpi değerini 0
olarak şartları belirlenir
Malzemenin kapak kısmı ccedilelik olarak belirlenir
Solver Control kısmından high resuluiton seccedililerek ccediloumlzuumlmuumln kalitesi arttırılır
Solver Control kısmından Residual Target artık tipini RMS olarak ve onun
yakınsama sınırı 10-5 belirlenir Rms elemanların karelerinin koumlkuumlnuuml alarak
ortalamasını alan youmlntemdir
Yine Solver Control kısmından minimum iterasyonu 1 maksimum İterasyonu ise
500 verilir
İnlet kısmı belirlenirken Boundary Type ( sınır şartları) opening olarak seccedililir
Opening verilmesindeki amaccedil akışkanların iccedileriden girip dışarıya ccedilıkışlarının
sağlanmasıdır Aksi halde ccediloumlzuumlmuumln yakınsamasın da sorunlar oluşabilir Opening
şartında ayrıca akışkan daha ccedilabuk toparlanır ve analiz daha kolaylaşır
Flow Direction komutunda normal sınır şartları belirlenir
Suumlreklilik şartı olarak da Fluid Mass Fluxrsquou seccedililir Bunun yanında sınır kontuumlruuml
iccedilin bağıl basınccedil ayarlarını seccedililir Aynı şekilde outlet iccedilin de aynı ayarlar yapılır
35
Domaine basılıp kapak kısımları ve motor kısımları seccedililir Bu dış kısımları duvar
olarak belirlenir ve duvar hareket edemeyeceğinden No Slip Wall seccedileneği olarak
belirtilir Duvarları suumlrtuumlnmesiz olduğu varsayılıyor
Fan ve kanatlar kısmında Boundry Type olarak Wall olarak belirleyip Frame type
gt rotating (doumlnuumlyor) belirtilir
Ccediloumlzuumlm metodu olarak RNG k-euro modeli kullanılır
Şekil 28 Setup Koşulların Belirlenmesi
334 Ccediloumlzuumlm - Sonuccedillar
Setup kısmını kapatılarak solution ekranı ccedilift tıklanarak ccedilıkan ekran da RUN seccedililerek
ccediloumlzme işlemi başlatılmış olur
Ccediloumlzme işlemi bittiğinde results kısmından sonuccedillar goumlruumlntuumllenebilir
36
Şekil 29 Akışın Youmlnelişi
Şekil 30 Debi Sonucu
37
34 YENİ FAN TASARIMI
341 Fan Tasarımı İccedilin Kabuller
Havanın sıkıştırılamaz olduğunu kabul edildi Havanın sıkıştırılmaz olduğu
varsayılarak yoğunluğu değişmez ve 12 kgm3 olarak kabul edilir
Ccediloumlzuumlmde suumlrtuumlnmeler ve ısı kayıpları ihmal edilir Ccediluumlnkuuml bu değerlerin
hesaplanması ccedilok uzun suumlreceği iccedilin ccediloumlzuumlm youmlntemi iccedilin ekonomik olmaz
Gerccedilekle arasında ccedilok buumlyuumlk bir fark olmayacağı varsayılmıştır
Verimi arttırmak iccedilin orijinal fanın analizinden elde edilen tork değeri duumlşuumlk
tutulmaya ccedilalışılmıştır
Motorun tek bir youmlne doumlneceği duumlşuumlnuumllmuumlştuumlr
342 Fan Tasarım Parametreleri
Bir fan tasarımında belli başlı kriterleri ele alabilmek iccedilin mevcut fan uumlzerinden
değerler bulundu
Tablo 7 Mevcut Fanın Oumlzellikleri
Devir Sayısı ( ddk) r hub (mm) rtip (mm)
1498 25 77
Radyal hız hesaplandığında w= 15687 radsn bulunmuştur r hub diye isimlendirilen
kısım fanın giriş accedilısı iccedilin gerekli olan kanadın başlangıcı ile milin merkezi arasındaki
uzaklıktır r tip ise fan kanadının bitiş noktası ile mil merkezi arasındaki uzaklığın
yarıccedilap cinsinden ifadesi olmaktadır
38
Fan kanat tasarımında oumlnemli olan w (accedilısal hız)hızının kanatlara ne kadar dik
gelebildiğidir Bu kanat hacmine ne kadar iyi bir şekilde gelirse akışkan o denli iyi
akabilir ve kanat profili oluşur
U_hub= w (radsn) x r hub
U_tip = w x r tip
Beta = arctan(vu)
A_inlet= (r tip 1000)sup2π ndash r hub 1000)sup2π
Verim= (Q x P) (TxW)
V (akışın mutlak hızı)= Debi Alan
Tablo 8 Sonuccedil olarak elde edilen değerler
r_h (mm) 25 r_t (mm) 77 r_h (mm) 50 r_t (mm) 80
U_h (ms) 3927 U_t (ms) 1209516 U_h (ms) 7854 U_t (ms) 125664
A_in (m^2) 0016663 A_out (m^2)0012252
V_in (ms) 2350516 V_out 3196702
beta_h 5909726 beta_t 7900249 beta_h 678529 beta_t 7572755
giriş ccedilıkış
Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları
Bu değerlere goumlre BladeGende yeni bir kanat profili oluşturulur
r tip
r hub
Şekil 31 Fan Kanatlarının Accedilısı
39
Şekil 32 BladeGen Kanat Profili
Oluşturduğumuz bu geometriye daha oumlnceki boumlluumlmde bahsedilen fana yapılan adımlar
uygulandı (Yeni oluşturulan fanın geometrik deseni ektedir)
40
3421 Geometri
Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi
3422 Sayısal Ağ Oluşturma
Şekil 34 Yeni Fan Tasarımının Sayısal Ağ Oluşturulması
41
3423 Ccediloumlzuumlm
Şekil 35 Tasarımı Yapılan Fanın Verimi
Accumulated Time Step sayısı iterasyonu goumlstermektedir Daha fazla yakınsama iccedilin
daha fazla koşturulabilir
42
Şekil 36 Tasarımı Yapılan Fanın Torku
43
3423 Sonuccedillar
Şekil 37 Akışın Youmlnelişi
Bu kısımda verimi arttırabilmek iccedilin tork azaltılmaya ccedilalışıldı Boumlylece kanatlara
harcanan toplam guumlccedil azaltılarak iyileştirmeler yapıldı
44
Kanadın iş yapan kısmını arttırarak orijinal fanda kanadın suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilapı
154 mm iken yeni fan da 160 mmrsquoye ccedilıkarıldı
Kanatlar daha eğimli ama daha eksenel bir forma getirildi
Bu motorda toplam guumlccedil iccedilin 60 watt olduğunda yaklaşık 6 wattrsquo lık guumlccedil fan iccedilin
harcanıyordu Fanın verimliliği ccedilok oumlnemli olduğu iccedilin debiyi sabit tutulmaya
torku da duumlşuumlruumllmeye ccedilalışıldı
Tablo 9 ANSYSrsquo de Elde Edilen Deneyler
tork(Nm) w(radsn) m(kgs)
Orijinal Fan 00393645 15687 0048168
Yeni Fan 00043869 15687 0032261
Goumlruumllduumlğuuml gibi tork buumlyuumlk oranda duumlşmuumlş ancak onunla birlikte debi de biraz
duumlşmuumlştuumlr
343 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanması
Motorun arka ve oumln kısımlarına sırt sırta fan bağlayarak havanın akışını hızlandırma
ve soğutmayı arttırma işlemi amaccedillandı Gerccedilek boyutlarda uygulamadan oumlnce fanı
motor şeklini verilen kısım da tek başına analiz yapıldı Verimli bir sonuccedil alabilmek
iccedilin ikili fan deneyi yapıldı
3431 Geometri
Şekil 38 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Geometrisi
45
3432 Sayısal Ağ Oluşturma
Şekil 39 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Sayısal Ağ
Oluşturulması
Yapılan analiz de goumlzlemlenen sonuccedillar şunlardır
Bir motorun etrafında sınırlayıcı bir alan olmadığı iccedilin sınır şartları olarak setup
kısmında yine havayı 1 atm basınccedil olarak alınır Eğer sınırlayıcı bir alan olsaydı
oluklardan hava akışı doğrudan motorun arka kısmına gelecekti Ccedilıkış noktasına ise
kapak yerleştirildi giriş noktasında atmosfer ccedilıkışı ise kapak olarak sınırlandı
3433 Kod Ccediloumlzuumlmuuml
Debi ndash 000064 mᵌ sn olarak ccedilıktı Motorun hava ccedilıkış kısmına fan bağlamanın verimli
olmadığı sonucuna varıldı Oumlnceden oluşturulan oluklardaki 1cmrsquolik aralıklarla
havanın geniş bir alana gitmesi ccedilok zordur Ve bu akışı goumlnderebilmek iccedilin fazladan
basınccedil uygulanması gerekir Bu sebepler debinin duumlşmesine sebep olmuştur
46
Şekil 40 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Ccediloumlzuumlmuuml
47
BOumlLUumlM 4 SONUCcedilLAR
Verim= (Alınan Guumlccedil Verilen Guumlccedil)= (∆P x Q) (T x ὠ)
A_inlet = (r_tip)2 1000 - (r_hub)21000
A_outlet =( U_h1000)2 - (U-t1000)2
U= ὠ x r
Fan hesaplarıdan debi değeri ve tork değeri duumlşmuumlştuumlr Aşağıda yeni fanımızın verimi
yukarıdaki formuumlllere goumlre excelde hesaplanmıştır
tork(Nm) w(radsn) ṁ(kgm^3) verim deltap (Pa)
Orijinal Fan 00393645 15687 00391 60152783 95
Yeni Fan 00043869 15687 0039167 54068744
Tabloda da goumlruumllduumlğuuml uumlzere eski fanın oumlzelliklerine bakılarak hız uumlccedilgeni youmlntemiyle
oluşturulan yeni fan 540 verimli ccedilıkmıştır
Motorun oumln kısmın koyduğumuz fanda ise dar oluklardan buumlyuumlk bir hacime giriş
yaptığı iccedilin tek youmlnluuml analizde kuumltlesel debi negatif değerde ccedilıkmıştır
(Kuumltlesel debi) ṁ=ƍ( oumlzkuumltle) x A(alan) x V( akışkan hızı)=kgsn ndash Formuluumlnden
dolayı verimin hesaplanmasına gerek yoktur
48
BOumlLUumlM 5 EKLER
EK1- MEVCUT FAN
EK2- YENİ FAN
49
KAYNAKCcedilA
Baykal R 2011 Asenkron Motorlar Uumlzerine Enerjiİ Verimliliği Uygulanması
Yayın Tarihi 15032011
Ccedilalışkan M 2014 Eksenel Akışlı Fan Tasarımı Yuumlksek Lisans İstanbul Teknik
Uumlniversitesi TUumlRKİYE
Moavani S 2015 Sonlu Elemanlar Analizi Teorisi ve Ansys ile Uygulamalar
İstanbul
Onaygil S 2006 Enerji Verimliliği Kanunun Tanıtımı Yuumlksek Lisans
URL1 lthttpdeneysancomContentimagesdocumentshavalandirma-
4_39143832pdfgt Erişim Tarihi 12032016
URL2 lt httpwwweiegovtrgt Erişim Tarihi 20042016
URL3 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi
12052016
URL4 ltwwwtuumlikgovtrgt Erişim Tarihi 14052016
URL5 ltwwwemoorgtrekler364734147179187_ekpdfgt Erişim Tarihi 16052016
URL6 ltwwwinverter-plcnetmotoryıldız_uumlccedilgen_bağlantıhtmlgt Erişim Tarihi
18052016
URL7 ltwwweiegovtreie-webturkceenMotor_Verimliligi_Brosurupdfgt Erişim
Tarihi 20052016
URL8 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi
07062016
URL9 ltwwwfigescomtransysansys-nedirphpgt Erişim Tarihi 09062016
50
OumlZGECcedilMİŞLER
Elif CcedilİCcedilEK
Eyluumll 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Duumlzce Anadolu İmamhatip Lisesinde
tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi İlahiyat Fakuumlltesirsquoni kazandı 2012 yılında
Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine
başladı Halen eğitimine devam etmektedir
İletişim
apsuvaelifhotmailcom
Nesrin ALTUNBOĞA
Ağustos 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Haydarpaşa Teknik Okulları Raylı
Sistemler Teknolojileri Boumlluumlmuumlnuuml tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi
Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Boumlluumlmuumlnuuml kazandı Halen eğitimine
devam etmektedir
İletişim
naltunbogagmailcom
Rumeysa ALGUumlL
Ekim 1992rsquo de Konyarsquoda doğdu Lise oumlğrenimini Lafarge Aslan Ccedilimento Anadolu
Teknik Lisesirsquonde 2010 yılında tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi Teknoloji
Fakuumlltesi Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliğini kazandı 2013 yılında Teknoloji
Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine başladı Halen eğitimine devam
etmektedir
İletişim
rumeysaalgulgmailcom
51
52
12
22 ASENKRON MAKİNALARIN YAPISI
Asenkron makineler başlıca iki kısımdan oluşmaktadır Bunlar
Stator
Rotor
Şekil 7 Stator Saccedil Paketini Oluşturulmuş Farklı Tipte Statorlar
221 Stator
Stator Asenkron motorun duran kısmıdır 04 - 05 veya 08 mm kalınlığında silisyumlu
saccedillar oumlzel kalıplarla preste basılır ve paketlenir Stator saccedilları paketlenince uumlccedil fazlı
sargıların yerleştirileceği stator nuumlvesi elde edilir Bu nuumlve stator goumlvdesinin iccediline
sıkıca yerleştirilir Goumlvdeye motorun ayakları monte edilir Goumlvdeye motor kapaklan
takılır motor kapaklan ortalarındaki bilyeli yataklar statorun ortasında doumlnecek olan
rotora yataklık ederler
1Halkalı Duumlzen Kuumlccediluumlk ve orta guumlccedilteki makinelerde uygulanan bu konstruumlksiyon
şeklinde saccedil paket ya karkas dışında istiflenerek uzun saplamalarla kendi uumlzerine
sıkılır yada saccedil levhalar karkas iccedilinde istiflenir
2 Segmanlı Duumlzen Bu duumlzende saccedil paketi daima karkas tarafından gergin durumda
tutulur Segmanlı duumlzende saccedil paketi rijitli halkalı duumlzendekine oranla da az
olduğundan burada seccedililecek olan karkasın daha kuvvetli olması gerekir (Baykal
2011)
13
222 Rotor
Rotor Asenkron motorun doumlnen kısmıdır ve rotor saccedil paketi ile rotor sargılarından
oluşur Rotor saccedil paketi 05 mm‟lik silisyumlu saccedillardan yapılır Saccedilların yuumlzeyleri
ccedilok ince bir film tabakası ile yalıtılmıştır Saccedillar oumlzel kalıplarda pres altında oluk
dişler ve sıkıştırma cıvata delikleri oluşacak şekilde saccedil şeritlerden kesilerek ccedilıkartılır
Saccedillar bir araya getirilerek pres altında sıkıştırılır ve cıvatalarla bu halde kalması
sağlanır
Diğer doumlnen elektrik makinelerine goumlre stator ile rotor arasında kalan hava aralığı ccedilok
kuumlccediluumlktuumlr Motorun guumlcuumlne goumlre hava aralığının radyal boyu 05 - 1 - 3 mm kadar
olabilir Boumlylesine kuumlccediluumlk bir hava aralığı boşta ccedilalışma akımını kuumlccediluumlk tutmak iccedilin
yapılır Rotor olukları motorun elektrik karakteristiklerini etkileyen değişik biccedilimlerde
yapılır Rotor oluklarına rotor sargıları yerleştirilir
Şekil 8 Rotor Saccedil Paketini Oluşturan Değişik Rotor Saccedilları
Rotor sargıları uumlccedil fazlı olarak ya da sincap kafesli olarak yapılır Rotoru sargılı olan
ve sargı uccedilları doumlnen bilezik-sabit fırccedila ile dışarı ccedilıkartılan motorlara bilezikli asenkron
motor denir Sincap kafesli motorlarda rotor oluklarına bakır ccedilubuklar yerleştirilir Bu
ccedilubuklar her iki baştan dairesel halkalarla kısa devre edilerek sincap kafesine
benzeyen kendi uumlzerine kapatılmış bir sargı elde edilir Sincap kafesli motor sargısı
oumlzel kalıplarla rotor oyuklarına basınccedil altında aluumlminyum puumlskuumlrtuumllerek uumlretilir
Boumlylece uumlretilen rotor sincap kafesi aluumlminyumdan yapılmış olur
Sincap kafesli asenkron motorun rotorundan hiccedilbir uccedil ccedilıkmadığı iccedilin bu motorun
kontroluuml sadece statordaki elektrik uccedillarından yapılabilmektedir Oysa bilezikli
asenkron motorun rotor sargı uccedilları bilezik ve fırccedila sistemi ile dışarı ccedilıkarıldığından
14
bu motorun kontroluuml hem stator sargı uccedillarından ve hem de rotor sargı uccedillarından
yapılabilmektedir
Sincap kafesli motorun rotor sargısı buumlyuumlk motorlarda bakır ccedilubukların rotor
oluklarına yerleştirilmesi ve iki baştan kısa devre elde edilmesi ile oluşturulur Kuumlccediluumlk
motorlarda rotorun sincap kafesi aluumlminyum puumlskuumlrtme ve kalıplarla elde edilir
Rotoru sincap kafesli bir motorun sincap kafesi değişik biccedilimde oluklara yerleştirilir
Motorun oumlzellikle moment karakteristiğine istenilen oumlzelliği vermek iccedilin rotorda derin
oluklar ve ccedilift oluk kullanılır Birinci motora derin oluklu ya da derin ccedilubuklu motor
ve diğerine de ccedilift kafesli motor denir (Baykal 2011)
23 ASENKRON MOTORLARIN CcedilALIŞMA İLKESİ
Asenkron makinenin ccedilalıŞma ilkesi bir doumlner alanın varlığına dayanır Doumlner alan
senkron hız motor milinin hızı da rotor hızı olarak isimlendirilir Kayma da bu iki
hızın arasındaki fark olarak ifade edilmektedir
231 Doumlner Alan
Bir N-S mıknatısı ya da uumlzerinden akım geccedilen bir bobinin magnetik alanı N kutbundan
ccedilıkar ve S kutbuna girer Daimi mıknatıs ve doğru akım taşıyan bobinin manyetik
alanları mıknatıs ve bobin dışarıdan bir bobinle doumlnduumlruumlluumlrse bunların alanları da
beraber doumlner İşte bir mıknatısın doumlnduumlruumllmesi ile elde edilen alana doumlner alan denir
Uumlccedil fazlı asenkron motorun (enduumlksiyon motorun) statoruna birbirinden 120rsquoşer derece
faz farklı 3 faz sargısı yerleştirilmiştir En basit statorda her biri bir faza ait olmak
uumlzere 3 tane bobin bulunur Bir motor en az iki kutuplu olarak sarılabilir (Baykal
2011)
Şekil 9 Uumlccedil Faz bobininin 6 Oluklu Statora Yerleştirilişi
15
232 Senkron Hız
N-S kutuplarının saat ibresi youmlnuumlnde doumlnduumlğuuml goumlruumlluumlr uumlccedil fazlı alternatif akımdaki bir
periyotluk değişme N-S kutuplarının bir devir yapmasına sebep olur Alternatif akımın
frekansı 50 Hz ise saniyede 50 periyotluk bir değişme yapar Dolayısıyla statordaki
faz bobinlerinin meydana getirdiği N-S kutupları da saniyede 50 devirle doumlner Bu
dakikada 3000 devir eder Ccedilok fazlı bir stator sargısından aynı faz sayısında ccedilok fazlı
bir akım geccedilerse hava aralığında sabit genlikli bir doumlner alan oluşur Bu doumlner alanın
duran statora goumlre ns (n1) devir hızı şebeke frekansına doğru stator sargısının p ccedilift
kutup sayısına ters orantılıdır
1198991 = 601198911
119901
Senkron hız da denen doumlner alan hızı kutup sayısına goumlre buumlyuumlk basamaklar yaparak
değişir Asenkron motorlar ancak belli senkron hızlar iccedilin yapılabilir En fazla
kullanılan senkron hızlar 2 4 6 ve 8 kutup sayılarına ait olanlardır (Baykal 2011)
Tablo 6 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru
P
(Kutup Sayısı)
50 Hz 60 Hz
n1min-1 n1s-1 n1min-1 n1s-1
2 3000 50 3600 60
4 1500 25 1800 30
6 1000 1667 1200 20
8 750 125 900 15
16
233 Kayma
Senkron makine dışında buumltuumln diğer ccedilalışma tuumlrlerinde asenkron makinenin
ccedilalışabilmesi iccedilin rotor hızının doumlner alan hızından farklı olması gerekir Doumlner alanın
rotor uumlzerinden geccedilme hızına yani doumlner alan ile rotor hızı arasındaki cebirsel farka
kayma hızı n2 ve bu hızın doumlner alan hızına oranına kayma s denir Bu tanıma
dayanarak kayma devir hızına goumlre veya devir hızı kaymaya goumlre ifade edilebilir
n2 = n1 ndash n n = n1(1-s) 119904 = 1198992
1198991 =
1198991minus119899
1198991
Kayma oranlanmış bir buumlyuumlkluumlktuumlr ve ccediloğunlukla olarak ifade edilir Pozitif negatif
veya sıfır olabilir Oranlanmış rotor hızı n nı ile toplamı daima 1rsquoe eşittir Teorisel
olarak ndash infin ve +infin arasında değişebilir Durmada n = 0 ve s =1 dir Senkron ccedilalışmada
n = n1 ve s = 0 dır Bu iki sınır değer arasında asenkron makine motor olarak ccedilalışır
ve kayması daima pozitiftir Anma ccedilalışmasındaki değeri yuumlzde birkaccedil olup artan
anma guumlcuuml ile azalır ve kuumlccediluumlk guumlccedillerde yaklaşık 10 dan buumlyuumlk guumlccedillerde 1 in altına
duumlşer
Rotor doumlner alana goumlre ters youmlnde doumlnduumlğuumlnde elde edilen fren ccedilalışmada devir hızı
negatif ve kayma 1 den buumlyuumlktuumlr Rotor hızı doumlner alan hızını geccedilerse yani ngtn1 ise
kayma negatif olur (s lt 0) ve makine generatoumlr olarak ccedilalışmaya başlar (Baykal 2011)
Şekil 10 Standart Asenkron Motorların Anma Kayması ve Verimi
17
24 ASENKRON MOTOR CcedilEŞİTLERİ
Asenkron motorlar rotor yapılarına goumlre ikiye ayrılır
Sincap kafesli (Kısa devre rotorlu) Asenkron Motorlar
Bilezikli (Sargılı rotorlu) Asenkron Motorlar
241 Uumlccedil Fazlı Kısa Devre (Sincap Kafesli ) Asenkron Motorlar
Uumlccedil fazlı sincap kafesli motorun yapılısı basittir Az bakıma ihtiyaccedil goumlsterir Bu tip
motorun oumllccediluumlleri aynı guumlccedilteki başka tip motorların oumllccediluumllerinden kuumlccediluumlktuumlr Değişik
yuumlklerdeki hız reguumllasyonu ccedilok iyidir Fiyatının ucuzluğu yapılışının sağlamlığı ve
istenilen ccedilalışma oumlzelliğine sahip oluşu yuumlzuumlnden bu tip motorlar sanayide ccedilok
kullanılır
Rotorlar accedilılmış oluklara basınccedil altında erimiş aluumlminyum puumlskuumlrtuumllerek doldurulur
Rotorun her iki başındaki kısa devre halkalar da aluumlminyumdandır Ayrıca bu halkalar
uumlzerine kanatlar da bırakılarak rotor işletmede vantilasyon suretiyle soğutulması
sağlanır 250 kW guumlcuumlne kadar kısa devre kafesleri aluumlminyumdan yapılmış asenkron
motorlar mevcuttur
Buumlyuumlk guumlccedil istenilen işletmelerde kısa devre kafesi yuumlksek dikdoumlrtgen şeklinde bakır
ccedilubuklardan ve bunları rotorun her iki başında kısa devre eden bakır halkalardan
yapılır Rotorda kaccedil adet oluk varsa rotorun faz sayısı buna eşittir
Kısa devre kafesli asenkron motorun yol alma oumlzellikleri iyi değildir Ancak basit ve
ucuz olmaları nedeni ile yaygın biccedilimde kullanılmaktadır Yol almasını kolaylaştırmak
iccedilin yuumlksek ccedilubuklu veya ccedilift kafesli olarak yapılırlar (Baykal 2011)
Şekil 11 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru
18
242 Bilezikli (Sargılı rotorlu) AC Motorlar
Birccedilok sanayi yuumlklerinde uumlccedil fazlı değişik hızlı motora ihtiyaccedil duyulduğu yerler iccedilin
bilezikli asenkron motorlar geliştirilmiştir Bilezikli asenkron motorlara sargılı rotorlu
AC motor da denilmektedir Bu tip motorun statoru ile sargının yerleştirilmesi sincap
kafesli motorun aynıdır Rotor ccedilelik saccedillardan yapılmış silindirik bir goumlbektir 120
derece aralıklı uumlccedil adet tek fazlı kalıp sargısını yerleştirmek iccedilin rotor uumlzerine oyuklar
accedilılmıştır izoleli rotor bobinleri stator kutup sayısına eşit kutup sayısı elde edecek
şekilde gruplandırılmıştır Uumlccedil tek fazlı rotor sargısı aralarında yıldız bağlanarak ccedilıkış
uccedilları rotor mili uumlzerindeki uumlccedil bileziğe bağlanmıştır Bileziklere temas eden fırccedila uccedilları
hız kontroloumlruuml ayarlayıcısına bağlanır Fırccedilalar taşıyıcılar uumlzerindeki yayların basıncı
ile bileziklere sıkıca temas eder Doğru akım makinelerinde olduğu gibi youmln
değiştirmeye luumlzum olmadığı iccedilin fırccedila taşıyıcıları uygun bir durumda sıkıca tespit
edilmiştir
Bilezikli asenkron motorun rotorunda aynı statorunda olduğu gibi uumlccedil fazlı alternatif
akım sargısı vardır Stator 10 Kw guumlce kadar tek tabakalı orta guumlccedillerde ise iki tabakalı
sargılı yapılırlar Rotor ise tam oluklu veya kesirli oluklu sargılı olabilir Rotor sargı
uccedillarının bir tarafı bileziklere bağlanır Diğer tarafı ise kısa devre edilerek uumlccedil fazlı
sargının yıldız noktasını oluşturur Bilezikler uumlzerindeki fırccedila sistemi ile rotor
alternatif gerilim kaynağından ayrıca beslenir (Baykal 2011)
25 Elektrik Motorlarına Yıldız-Uumlccedilgen Yol Verme
Kalkış akımını duumlşuumlrmede en ekonomik youmlntemdir Uumlccedil kontaktoumlr ile bir zaman
roumllesinden oluşan kontaktoumlr kombinasyonudur Bu youmlntemle yol verebilmek iccedilin
motorun uumlccedilgen bağlı ccedilalışma gerilimi şebeke gerilimine eşit olmalıdır Oumlrneğin
uumllkemizde şebeke gerilimi 380 Volt olduğuna goumlre yıldız-uumlccedilgen yol verilecek motorun
etiketinde D380 V veya D380VY660V yazılı olmalıdır Volt elektrik motorlarında 2
ve 4 kutuplularda 3 kW (dacirchil) 6 kutuplularda 22 kW(dacirchil) den daha buumlyuumlk guumlccedilluuml
motorlar bu oumlzelliktedir Yani 380 V şebekede uumlccedilgen bağlı ccedilalıştırılırlar
Motora yıldız-uumlccedilgen yol verildiğinde direkt yol vermeye goumlre şebekeden ccedilekeceği
akım 3 katı azalır Yıldız-uumlccedilgen yol vermede amaccedil motoru kalkış suumlresince yıldız
19
bağlı ccedilalıştırmak ve kalkışını tamamlayan motoru hemen normal bağlantısı olan uumlccedilgen
bağlı olarak ccedilalıştırmaktır
Motor kalkış sırasında yıldız bağlı ccedilalıştırıldığından motor sargılarına uygulanan
gerilim U radic3 değerine motorun şebekeden ccedilektiği akım ise 13 değerine duumlşer
Motorun sargılarına uygunalan gerilim azaldığından momenti oumlnemli oumllccediluumlde kuumlccediluumlluumlr
Yıldız-uumlccedilgen yol vermenin kusursuz olması iccedilin motorun yuumlk momentinin yıldız
bağlamadaki motor momentinden buumlyuumlk olmaması ve yıldız bağlamadaki suumlrenin
uygun olması gerekir Bu geccediliş suumlresi ccedilok oumlnemlidir Motor yıldız bağlantıda iken
anma devir sayısına ulaşıldığı anda uumlccedilgen bağlantıya geccedililmesi ve fazla aralık
verilmemesi gerekir
Boumlyle olursa yıldızdan uumlccedilgen bağlantıya geccedilişteki uumlccedilgen kontaktoumlruumlnuumln kapamama
akımı kuumlccediluumlk ve yıldızdan uumlccedilgene geccediliş darbesiz olur Aksi halde uumlccedilgen bağlantıya
geccedilişte akımda geccedilici artışlar goumlruumlluumlr Bunun sonucu kontaktoumlruumln kontakları ani
yuumlksek ısı nedeniyle kaynak olabilir
Bir şebekede uumlccedilgen bağlı ccedilalışacak motor aynı şebekede yıldız bağlı (Y) olarak
ccedilalıştırılabilir Ancak bu durumda motorun guumlcuuml ve momenti duumlşer Bu oumlzellikten
yararlanarak asenkron motorların kalkış anında ccedilektikleri fazla akımı azaltmak iccedilin
yıldız-uumlccedilgen yol verme uygulanması yapılabilir
Şebekede yıldız bağlı ccedilalıştırılması gereken motor yanlışlıkla uumlccedilgen bağlı ccedilalıştırılırsa
sargılarına radic3 katı buumlyuumlk gerilim uygulanmış olur Gerilimdeki artış oranı kadar sargı
akımı buumlyuumlyeceğinden motor aşırı akım ccedileker ve kısa suumlrede artacak ısı sonucu
sargılar yanar
Onun iccedilin yıldız bağlı ccedilalışması gereken motor kesinlikle aynı şebekede uumlccedilgen bağlı
ccedilalıştırılmaz (URL6)
20
Şekil 12 Motora yıldız-uumlccedilgen yol verme
Şekil 13 Stator Sargı Uccedillarının Uumlccedilgen (D) Ve Yıldızı (Y) Bağlanması
Şekil 14 Asenkron Motora Yol Verme
21
26 FANLAR
261 Genel Bilgiler
Fanlar hava veya benzeri gazları basınccedillandırarak belirli bir akış yolu iccedilinde hareket
etmesini sağlayan turbo makinelerdir İyi bir fan istenilen performansı yerine
getirirken verimi yuumlksek enerjiyi daha az tuumlketen muumlmkuumln olduğunca guumlruumlltuumlsuumlz
ccedilalışan ve maliyeti duumlşuumlk olan fandır Fanların tahrik sistemlerinde elektrik motorları
kullanılmaktadır (URL3)
262 Fan Ccedileşitleri
Fanlar aşağıdaki gibi sınıflandırılmaktadır
Eksenel (aksiyel) fanlar
Radyal (santrifuumlj) fanlar
Karışık akışlı (eksenel-radyal) fanlar
Ccedilatı tuumlruuml fanlar
Karşıt akımlı fanlar (blower)
Vorteks ya da rejeneratif fanlar
Diğerleri
Elektrik motorlarında radyal fanlar kullanılmaktadır (URL8)
Bu kısımda projemiz iccedilin incelediğimiz 3 ccedileşit fanı accedilıklayacağız
2621 Eksenel Fanlar
Havanın fan ccedilarkı ile aynı eksende youmln değiştirmeden hareket ettiği fanlardır Yuumlksek
hava debileri ve duumlşuumlk basınccedil sınıfına sahip sistemler iccedilin uygun fanlardır Şekil 15
rsquode oklar akış youmlnuumlnuuml (simetri eksenine paralel) goumlstermektedir
22
Şekil 15 Akışın Simetri Ekseninde Hareket Etmesi
2622 Karışık Akışlı (Radyal-Eksenel) Fanlar
Havanın kanatlar uumlzerinden emmesine goumlre yaklaşık 45deg accedilı yaparak hareket ettiği
fanlardır Radyal fanlara goumlre hava debisi daha yuumlksektir
Eksenel fanlardan daha yuumlksek basınca dayanabilir
Fan eğrisi uumlzerinde kararsız boumllge yoktur
Karşı basıncın duumlşuumlk olduğu boumllgelerde motor aşırı akım ccedilekmez
Eksenel ve radyal fanlara goumlre verimleri duumlşuumlktuumlr (URL6)
Şekil 16 Karışık Akışlı Fan Uygulamaları
23
2623 Radyal (Santrifuumlj) Fanlar
Havanın fan ccedilarkını emmesine goumlre 90deg accedilı yaparak kanatlara teğet olarak terk ettiği
fanlardır
Radyal fanların avantajları aşağıdaki gibidir
Geniş bir uygulama aralığına sahiptir
Yuumlksek sıcaklık ve aşındırıcı ortam uygulamalarında kulanılır
Değişken akış direncine sahip yerlerde daha verimli ve daha sessiz ccedilalışma
olanakları vardır
Yapısal kararlılıkları yuumlksektir (URL6)
Radyal Duumlz Kanatlı Fanlar
Genellikle kendi kendini temizleme malzeme taşıma ve parccedilacık ve yağ yuumlkluuml havanın
uygun halde taşınması gibi durumlarda kullanılırlar ve bunun iccedilin duumlz kanatları vardır
Ccedilarkları basit bir yapıya sahiptir ve nispeten dar kanatları vardır
Elektrik motorlarında genellikle ccedilift youmlnluuml ccedilalışmaya uygun olması iccedilin radyal duumlz
kanat tipli bu fanlar seccedililiyor
Şekil 17 Radyal Duumlz Kanatlı Fanlara Oumlrnekler
24
BOumlLUumlM 3 BULGULAR VE TARTIŞMA
31 SONLU ELEMANLAR YOumlNTEMİ
Sonlu elemanlar youmlntemi muumlhendislik problemlerine kabul edilebilir yaklaşımlarla
ccediloumlzuumlm arayan sayısal youmlntemdir (Moavani 2015) Sonlu elemanlar youmlntemi diğer bir
ifade şekliyle fiziksel şeklin matematiksel ifadesidir Bu kurduğumuz siste sınırlara
ayırılabilen ve malzeme şartlarına uygun olan bir sistem olmalıdır
Sonlu eleman youmlntemindeki basamaklar
Yaklaşık Ccediloumlzuumlm Youmlntemi
Geometrik Şekil
Nod
Eleman
Mesh
Ayrıklaştırma
Şekil 18 Sonlu Eleman Modeli
Eleman
Nod
(Duumlğuumlm
noktaları)
25
Sonlu elemanlar youmlntemi matematik ve fizik biliminin buumltuumln alanlarında kullanılır
Gerilme Analizi
Akışkanlar Mekaniği
Isı İletimi
Dalga Yayılımı
Darbe Analizi
Aerodinamik vb alanlardır
Sonlu elemanlar youmlntemini kullanırken oumlncelikle şu soruların cevaplarını bulmalıyız
Dizayn amacımız nedir
Bu sistemi modellemek iccedilin gerekli olan bilgiler nelerdir
Bu dizayn iccedilin hangi kriterler gerekir
311 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Pozitif Youmlnleri
Geometrisi karışık cisimlerin incelenmesini kolaylaştırır Geometri basit kısımlara
ayrılıp burada ayrı veya daha hassas işlemler yapılabilir
Parccedilanın geometrisini değiştirmeye gerek kalmaz
Youmlntemde hem fiziksel hem matematiksel temeli vardır
Sonlu elemanlar youmlntemi iccedilin ccedilok farklı programlar bulunmaktadır (Ansys Marc
Nastran ) (Moavani 2015)
312 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Negatif Youmlnleri
Elde edilen sonuccedilların doğruluğu hangi sonlu youmlnteminin kullanıldığına bağlıdır
Ccedilıkacak durum oumlnceden tespit edilmeli ve ona goumlre bir ccediloumlzuumlm youmlntemi
kullanılmalıdır Bu yuumlzden oumlnceden iyi tesipt edilemezse doğru değer bulunamaz
ve doğru ccediloumlzuumlm iccedilin zaman kaybı olabilir
Doğru ccediloumlzuumlm iccedilin elemanın ayrıştırılması (mesh) atanması gerekir
Bu meshin iyi atılması gerekir yoksa ccediloumlzuumlmuumln yakınsamaları değişebilir
(Moavani 2015)
26
32 ANSYS PROGRAMI
ANSYS genel amaccedillı kullanılan sonlu elemanlar programıdır Ansys yazılımı
mukavemet titreşim akışkanlar mekaniği ısı transferi ve elektromanyetik alanlarının
birbiri ile olan interaksiyonunu simule eden yazılımdır
Boumlylelikle ANSYS uumlruumlnlerin prototipleri uumlretilmeden sanal ortamda test edilmelerine
olanak sağlar Ayrıca sanal ortamdaki 3 boyutlu simulasyonlar neticesinde yapıların
zayıf noktalarının tespiti ve iyileştirilmesi ile oumlmuumlr hesaplarının gerccedilekleştirilmesi ve
muhtemel problemlerin oumlngoumlruumllmesi muumlmkuumln olmaktadır
ANSYS yazılımı sadece ihtiyaccedil duyulan oumlzelliklerin alınmasına fırsat vererek ilave
edilebilen CAD ve FEA bağlantı modulleri ile masa uumlstuumlnde kullanılan diğer
muumlhendislik yazılımları ile entegre bir şekilde ccedilalışabilmektedir
ANSYS yazılımı hem dışarıdan CAD datalarını alabilmekte hem de iccedilindeki
preprocessing imkacircnları ile geometri oluşturulmasına izin vermektedir Yine aynı
preprocessr iccedilinde hesaplama iccedilin gerekli olan sonlu elemanlar modeli yani mesh de
oluşturulmaktadır Yuumlklerin tanımlanmasından sonra ve gerccedilekleştirilen analiz
neticesinde sonuccedillar sayısal ve grafiksel olarak elde edilebilir
ANSYS yazılımı ile oumlzellikle contact algoritmalarının ccedileşitliliği zamana bağımlı
yuumlkleme oumlzellikleri ve nonlinear malzeme modelleri sayesinde yuumlksek muumlhendislik
seviyedeki analizleri hızlı guumlvenilir ve pratik bir şekilde gerccedilekleştirilebilmektedir
ANSYS Workbench parametrik CAD sistemlerini eşsiz bir otomasyon ve performans
ile simulasyon teknolojilerini entegre eden bir platformdur ANSYS Workbenchrsquoin
guumlcuuml yılların bilgi birikimi ile arkasında duran ANSYS ccediloumlzuumlcuuml algoritmalarından gelir
Ayrıca ANSYS Workbenchrsquoin amacı sanal ortamda uumlruumlnuumln verifikasyonunu ve
iyileştirmesini sağlamaktır
Oumlzellikle PC ile uyumluluğun uumlst seviyede olabilmesi iccedilin yazılmış olan ANSYS
Workbench sadece bir arayuumlzden ileri bir ccedilalışma ortamındır ve ANSYS Workbench
ile herhangi bir ANSYS lisansına sahip herkes ccedilalışabilir Aynı alışılagelmiş ANSYS
arabiriminde olduğu gibi ANSYS Workbenchrsquode de kapasiteler sahip olunan lisansın
doğrultusunda sınırlıdır (URL9)
27
ANSYS programının bu oumlzelliklerinden dolayı programı kullanmaya karar verdik
Ansys programının oumlncellikle akışkan mekaniği ve dinamiğinde kullanılan iki ayrı
boumlluumlmuuml bulunmaktadır Bu boumlluumlmler Fluent ve CFX boumlluumlmleridir Bizim
kullandığımız boumlluumlm ise ANSYS CFX boumlluumlmuumlduumlr
33 MEVCUT FAN UumlZERİNDE YAPILAN ANALİZLER
ANSY projesinde oumlncelikle CFX kısmını kullanıldı Ccediluumlnkuuml ANSYS programında
CFX ve Fluent programı hesaplamalı akışkanlar dinamiği iccedilin kullanılmaktadır Ancak
ANSYS CFX turbo makinalar iccedilin kullanıldığından oumlnceden de goumlsterildiği gibi bir
nod alırken huumlcrelerin orta noktalarından nod hesabı yaptığı iccedilin verdiği değerler fan
analizi iccedilin daha iyi bir yakınsama goumlsterir Bu sebeple ANSYS CFX kısmı kullanıldı
İlk olarak mevcut fan uumlzerinde ccedileşitli incelemeler yapıldı
Mevcut fan uumlzerinde 10 kanat var iken suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilok fazla olduğu saptandı
Bunun uumlzerine motorun akışını kolaylaştırma yoluna gidildi
Havayı oluklara daha iyi aktarabilecek kısım fanın kanat boyu olduğu iccedilin fanın
kanatlarının uzunluğunda değişiklik yapılmasına karar verildi
Fandan ccedilekilen debi miktarı ve tork değerlerini tam alabilmek ve mevcut fanın
verimini oumllccedilebilmek iccedilin oumlncelikle esas oumllccediluumllerine goumlre ccedilizilen fan ANSYS
programına aktarıldı File gt Import gt Design Moduler şeklinde SolidWorksrsquo ten
ANSYS programına aktarıldı
Şekil 19 SolidWorksrsquo ten İmport Etmek
28
Fanın ccedilevresinde akış hacmi oluşturmak iccedilin katı modelin ccedilevresindeki hava
modellenir
331 Geometri
Oluşturulan akış hacminde havanın giriş ve ccedilıkış kısımları İnlet-Outlet şeklinde
belirtilir
Analys tools komutlarından xy duumlzleminde halka oluşturulur
Burada modeling kısmı 3 boyutlu işlem yapacağı zaman seccedililen kısımdır
Aşağıdaki şekilde de goumlruumlleceği uumlzere
Şekil 20 Akış Alanı Belirleme
Burada exturude komutuyla birlikte oluşturulacak akış hacminin kaccedil mm
uzatılacağı belirtilir Hepsini bir buumltuumln haline getirmemek iccedilin lsquovar olanla
birleştirilsin mirsquo sorusuna hayır denilir
Daha sonra ccedilevresine yayılan boşluk iccedilin Outlet tanımlaması yapılır
Bu işlemleri gerccedilekleştirdikten sonra kesit gerekir İlk oumlnce plane (duumlzlem)
belirlenir Bunun iccedilin hangi duumlzlemi seccedililecek ise (oumlrneğin xy) onu seccedilip plane
tıklanır Plane boumllgesinden ne kadar uzakta olacağı belirlenir Biz de değer 34 mmrsquo
dir Ccediluumlnkuuml kanatların boyu 31 mm olduğundan mesh atamada sorun ccedilıkmaması
29
iccedilin 34 mm uzaklıkta bir plane atanır Bu Planersquoi slice komutuyla keserek 3 farklı
boumllge oluşturulmuş olur
Akışkan hacmini oluşturmak iccedilin dolu olan kısımlar belirlenip ona goumlre hareket
edilir Bunun iccedilinde milin iccedilini dolu kabul edilir
Akışkan hacmi iccedilin yapılan bir diğer işlem ise oluşturulan hacimden fanın hacmini
booelangt substrack komutları ile akışkan hacminin bulunmasıdır
Mevcut fanın uumlzerine sağ tıklanarak ve suppress body komutu seccedililir Boumlylelikle
fanı gizleyerek sadece akışkan hacmi goumlruumlluumlr
Daha sonra oluşan parccedilaların arasında boşluk olmaması iccedilin ve bağlantı sağlamak
iccedilin part kısımlarını seccedililerek sağ tıklanır from new part seccedililir
Şekil 21 Slice Komutu ile Boumllgelere Ayırma
30
Şekil 22 Parccedilalar Arası Bağlantının Sağlandığı FromNew Part Boumlluumlmuuml
Mesh kısmını suumlruumlkleyip project schematic boumlluumlme bırakılır Bu boumlluumlmde geometri
onaylanır ve en altta bulunan meshrsquoe tıklanır
332 Sayısal Ağ Oluşturma (Mesh)
Şekil 23 Mesh oluşturma
31
Şekil 24 Mesh Geometrisi
Sonlu sayıda hacimle ccedilalışıldığından sonlu sayıda hacime boumllmek gerekir Sonlu
sayıda hacime boumlluumlnen kısımlar farklı farklı olabilir
Bu huumlcreler kapsadığı alanın oumlzelliklerini yansıtır Bunların ccedilevresindeki nodlar
bunların ortalaması ile belli bir oumlzelliğe sahip olmuş olur
Bu huumlcrelerin arttırılması yani ayrıştırmaların ccediloğaltılması ne kadar fazla olursa o
kadar yakınsama olur ve ccediloumlzuumlm iyileşir
Ancak sayısal ağ ccedilok fazla attırıldığında ccediloumlzuumlm suumlresi ccedilok fazla artacağından
ekonomik değildir
Bu sebepten dolayı mesh ( ayrıştırma) atarken akışkanın en fazla değişim
goumlstereceği kısımlarda daha fazla sayısal ağ oluşturulur Boumlylelikle daha iyi bir
yakınsama elde edilir Akışkanın değişim goumlstereceği yerler genellikle yuumlzeylerle
temas edilen kısımlardır Mevcut fanın analizin de orta kısımlarda pek fazla
değişiklik olmaz Bu nedenle sınırlara yakın kısımlara daha fazla ağ oluşturulur
Detail of Mesh kısmından hangi kısımlarda ne kadar buumlyuumlkluumlkte mesh
atılabileceğine bakılır
32
Detail of Mesh kısmından Phsics preference kısmı seccedililerek CFDrsquoi seccedililir Solver
Preference kısmından ise CFXrsquoi seccedilip devam edilir
Analiz yaparken belirlenmesi gereken kısımlar vardır Bunun iccedilin diğer kısımlar
seccedililerek hide body seccedililerek kapatılır ve select all body seccedililerek kanatlara isim
verilir
Şekil 25 Mesh İsimlendirme
Akışkanın girişine inlet ccedilıkışına outlet denilir
Mesh atımında minimum yakalayacağı huumlcreler ile maksimum yakalayacağı
huumlcrelerin milimetre hesabı oumlnemlidir Bu yuumlzden kanadın kalınlığı 25 mm olduğu
iccedilin 2 mmrsquo den az olan huumlcre belirlenir Maksimum 15 mmrsquo den buumlyuumlk huumlcreler
olması duumlşuumlnuumllerek analizin yakınsaması sağlandı
Meshrsquoi tıklayıp oradan insert size kısmın da bulunan isimlerde kanatlar seccedililir
Kanatlara maksimum 3 mm buumlyuumlkluumlk seccedililir Devamında ise kanatları hide face
komutuyla gizlenir ve geriye kalan kısımlar iccedilin sizing iccedilin yine 3 mm verilir
Daha sonra kanat ve ccedilevresine ccedilizilen akış hacmi seccedililerek tekrar size kısmından
buumltuumlnuumlne 8 mm verilir Bu kısım iccedilin mesh atanır Yuumlzeyler seccedililerek Preview
Surface Mesh on Selected Bodies denilir ve mesh işlemi tamamlanmış olur
33
Şekil 26 Meshrsquo in Goumlsterimi
Ancak mesh işleminde silindirik yuumlzeylerde sweep komutuyla daha kolay mesh
atılabileceği iccedilin istenen yuumlzey iccedilin sağ tıklayıp İnsertgt Method gtSweep Number
Divs komutlarından kaccedil sıra mesh atılacağı belirlenir 20 sıra vererek mesh atıldı
Suumlpuumlrme işlemi ile mesh atarken hangi yuumlzeyi kaynak olarak alınacağı da
boumlylelikle belirlenmiş olur
Mesh sayfasını kapatıp daha sonrasında workbench kısmında meshin uumlzerine cfx
kısmını bırakılır
Mesh setupgt solutiongt results dan sonuccedillar elde edilir
Daha sonra geometry design da motorun kapağına uygun bir sınır belirlenerek
analiz yapılır
Geometriyi duumlzenlenerek CFXrsquo e aktarılır
Daha oumlncesinde de bahsedildiği uumlzere ANSYS de CFX kullanıldı CFX
kullanılmasının bir diğer sebebi de CFXrsquo in fan konusunda ANSYSlsquo in mesh
kısmından daha bağımsız ve daha hassas olmasıdır
Yapılan isimlendirmeler tekrar kontrol edilir Her farklı işlev iccedilin farklı
isimlendirme yapmak ccedilok oumlnemlidir boumlylece havanın nereden girip ne şekilde
ccedilıkacağını isimlendirmelerden goumlruumllebilir Ve bu isimlendirmeler iccedilin ayrı ayrı kod
yazılır
34
333 Sınır Şartları
Şekil 27 Sınır Şartlarının Belirlenmiş Hali
ANSYS setup kısmında Insert gt Solver gt Output Control komutları seccedililerek code
yazılır MassFlow ()inlet gt Torque_z()kanatlar olarak giriş kısmının kuumltlesel
debisi iccedilin komut yazılır
Ayrıca Insert gt Material kısmından sıcaklığı 25reg basıncı 1 atm entalpi değerini 0
olarak şartları belirlenir
Malzemenin kapak kısmı ccedilelik olarak belirlenir
Solver Control kısmından high resuluiton seccedililerek ccediloumlzuumlmuumln kalitesi arttırılır
Solver Control kısmından Residual Target artık tipini RMS olarak ve onun
yakınsama sınırı 10-5 belirlenir Rms elemanların karelerinin koumlkuumlnuuml alarak
ortalamasını alan youmlntemdir
Yine Solver Control kısmından minimum iterasyonu 1 maksimum İterasyonu ise
500 verilir
İnlet kısmı belirlenirken Boundary Type ( sınır şartları) opening olarak seccedililir
Opening verilmesindeki amaccedil akışkanların iccedileriden girip dışarıya ccedilıkışlarının
sağlanmasıdır Aksi halde ccediloumlzuumlmuumln yakınsamasın da sorunlar oluşabilir Opening
şartında ayrıca akışkan daha ccedilabuk toparlanır ve analiz daha kolaylaşır
Flow Direction komutunda normal sınır şartları belirlenir
Suumlreklilik şartı olarak da Fluid Mass Fluxrsquou seccedililir Bunun yanında sınır kontuumlruuml
iccedilin bağıl basınccedil ayarlarını seccedililir Aynı şekilde outlet iccedilin de aynı ayarlar yapılır
35
Domaine basılıp kapak kısımları ve motor kısımları seccedililir Bu dış kısımları duvar
olarak belirlenir ve duvar hareket edemeyeceğinden No Slip Wall seccedileneği olarak
belirtilir Duvarları suumlrtuumlnmesiz olduğu varsayılıyor
Fan ve kanatlar kısmında Boundry Type olarak Wall olarak belirleyip Frame type
gt rotating (doumlnuumlyor) belirtilir
Ccediloumlzuumlm metodu olarak RNG k-euro modeli kullanılır
Şekil 28 Setup Koşulların Belirlenmesi
334 Ccediloumlzuumlm - Sonuccedillar
Setup kısmını kapatılarak solution ekranı ccedilift tıklanarak ccedilıkan ekran da RUN seccedililerek
ccediloumlzme işlemi başlatılmış olur
Ccediloumlzme işlemi bittiğinde results kısmından sonuccedillar goumlruumlntuumllenebilir
36
Şekil 29 Akışın Youmlnelişi
Şekil 30 Debi Sonucu
37
34 YENİ FAN TASARIMI
341 Fan Tasarımı İccedilin Kabuller
Havanın sıkıştırılamaz olduğunu kabul edildi Havanın sıkıştırılmaz olduğu
varsayılarak yoğunluğu değişmez ve 12 kgm3 olarak kabul edilir
Ccediloumlzuumlmde suumlrtuumlnmeler ve ısı kayıpları ihmal edilir Ccediluumlnkuuml bu değerlerin
hesaplanması ccedilok uzun suumlreceği iccedilin ccediloumlzuumlm youmlntemi iccedilin ekonomik olmaz
Gerccedilekle arasında ccedilok buumlyuumlk bir fark olmayacağı varsayılmıştır
Verimi arttırmak iccedilin orijinal fanın analizinden elde edilen tork değeri duumlşuumlk
tutulmaya ccedilalışılmıştır
Motorun tek bir youmlne doumlneceği duumlşuumlnuumllmuumlştuumlr
342 Fan Tasarım Parametreleri
Bir fan tasarımında belli başlı kriterleri ele alabilmek iccedilin mevcut fan uumlzerinden
değerler bulundu
Tablo 7 Mevcut Fanın Oumlzellikleri
Devir Sayısı ( ddk) r hub (mm) rtip (mm)
1498 25 77
Radyal hız hesaplandığında w= 15687 radsn bulunmuştur r hub diye isimlendirilen
kısım fanın giriş accedilısı iccedilin gerekli olan kanadın başlangıcı ile milin merkezi arasındaki
uzaklıktır r tip ise fan kanadının bitiş noktası ile mil merkezi arasındaki uzaklığın
yarıccedilap cinsinden ifadesi olmaktadır
38
Fan kanat tasarımında oumlnemli olan w (accedilısal hız)hızının kanatlara ne kadar dik
gelebildiğidir Bu kanat hacmine ne kadar iyi bir şekilde gelirse akışkan o denli iyi
akabilir ve kanat profili oluşur
U_hub= w (radsn) x r hub
U_tip = w x r tip
Beta = arctan(vu)
A_inlet= (r tip 1000)sup2π ndash r hub 1000)sup2π
Verim= (Q x P) (TxW)
V (akışın mutlak hızı)= Debi Alan
Tablo 8 Sonuccedil olarak elde edilen değerler
r_h (mm) 25 r_t (mm) 77 r_h (mm) 50 r_t (mm) 80
U_h (ms) 3927 U_t (ms) 1209516 U_h (ms) 7854 U_t (ms) 125664
A_in (m^2) 0016663 A_out (m^2)0012252
V_in (ms) 2350516 V_out 3196702
beta_h 5909726 beta_t 7900249 beta_h 678529 beta_t 7572755
giriş ccedilıkış
Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları
Bu değerlere goumlre BladeGende yeni bir kanat profili oluşturulur
r tip
r hub
Şekil 31 Fan Kanatlarının Accedilısı
39
Şekil 32 BladeGen Kanat Profili
Oluşturduğumuz bu geometriye daha oumlnceki boumlluumlmde bahsedilen fana yapılan adımlar
uygulandı (Yeni oluşturulan fanın geometrik deseni ektedir)
40
3421 Geometri
Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi
3422 Sayısal Ağ Oluşturma
Şekil 34 Yeni Fan Tasarımının Sayısal Ağ Oluşturulması
41
3423 Ccediloumlzuumlm
Şekil 35 Tasarımı Yapılan Fanın Verimi
Accumulated Time Step sayısı iterasyonu goumlstermektedir Daha fazla yakınsama iccedilin
daha fazla koşturulabilir
42
Şekil 36 Tasarımı Yapılan Fanın Torku
43
3423 Sonuccedillar
Şekil 37 Akışın Youmlnelişi
Bu kısımda verimi arttırabilmek iccedilin tork azaltılmaya ccedilalışıldı Boumlylece kanatlara
harcanan toplam guumlccedil azaltılarak iyileştirmeler yapıldı
44
Kanadın iş yapan kısmını arttırarak orijinal fanda kanadın suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilapı
154 mm iken yeni fan da 160 mmrsquoye ccedilıkarıldı
Kanatlar daha eğimli ama daha eksenel bir forma getirildi
Bu motorda toplam guumlccedil iccedilin 60 watt olduğunda yaklaşık 6 wattrsquo lık guumlccedil fan iccedilin
harcanıyordu Fanın verimliliği ccedilok oumlnemli olduğu iccedilin debiyi sabit tutulmaya
torku da duumlşuumlruumllmeye ccedilalışıldı
Tablo 9 ANSYSrsquo de Elde Edilen Deneyler
tork(Nm) w(radsn) m(kgs)
Orijinal Fan 00393645 15687 0048168
Yeni Fan 00043869 15687 0032261
Goumlruumllduumlğuuml gibi tork buumlyuumlk oranda duumlşmuumlş ancak onunla birlikte debi de biraz
duumlşmuumlştuumlr
343 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanması
Motorun arka ve oumln kısımlarına sırt sırta fan bağlayarak havanın akışını hızlandırma
ve soğutmayı arttırma işlemi amaccedillandı Gerccedilek boyutlarda uygulamadan oumlnce fanı
motor şeklini verilen kısım da tek başına analiz yapıldı Verimli bir sonuccedil alabilmek
iccedilin ikili fan deneyi yapıldı
3431 Geometri
Şekil 38 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Geometrisi
45
3432 Sayısal Ağ Oluşturma
Şekil 39 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Sayısal Ağ
Oluşturulması
Yapılan analiz de goumlzlemlenen sonuccedillar şunlardır
Bir motorun etrafında sınırlayıcı bir alan olmadığı iccedilin sınır şartları olarak setup
kısmında yine havayı 1 atm basınccedil olarak alınır Eğer sınırlayıcı bir alan olsaydı
oluklardan hava akışı doğrudan motorun arka kısmına gelecekti Ccedilıkış noktasına ise
kapak yerleştirildi giriş noktasında atmosfer ccedilıkışı ise kapak olarak sınırlandı
3433 Kod Ccediloumlzuumlmuuml
Debi ndash 000064 mᵌ sn olarak ccedilıktı Motorun hava ccedilıkış kısmına fan bağlamanın verimli
olmadığı sonucuna varıldı Oumlnceden oluşturulan oluklardaki 1cmrsquolik aralıklarla
havanın geniş bir alana gitmesi ccedilok zordur Ve bu akışı goumlnderebilmek iccedilin fazladan
basınccedil uygulanması gerekir Bu sebepler debinin duumlşmesine sebep olmuştur
46
Şekil 40 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Ccediloumlzuumlmuuml
47
BOumlLUumlM 4 SONUCcedilLAR
Verim= (Alınan Guumlccedil Verilen Guumlccedil)= (∆P x Q) (T x ὠ)
A_inlet = (r_tip)2 1000 - (r_hub)21000
A_outlet =( U_h1000)2 - (U-t1000)2
U= ὠ x r
Fan hesaplarıdan debi değeri ve tork değeri duumlşmuumlştuumlr Aşağıda yeni fanımızın verimi
yukarıdaki formuumlllere goumlre excelde hesaplanmıştır
tork(Nm) w(radsn) ṁ(kgm^3) verim deltap (Pa)
Orijinal Fan 00393645 15687 00391 60152783 95
Yeni Fan 00043869 15687 0039167 54068744
Tabloda da goumlruumllduumlğuuml uumlzere eski fanın oumlzelliklerine bakılarak hız uumlccedilgeni youmlntemiyle
oluşturulan yeni fan 540 verimli ccedilıkmıştır
Motorun oumln kısmın koyduğumuz fanda ise dar oluklardan buumlyuumlk bir hacime giriş
yaptığı iccedilin tek youmlnluuml analizde kuumltlesel debi negatif değerde ccedilıkmıştır
(Kuumltlesel debi) ṁ=ƍ( oumlzkuumltle) x A(alan) x V( akışkan hızı)=kgsn ndash Formuluumlnden
dolayı verimin hesaplanmasına gerek yoktur
48
BOumlLUumlM 5 EKLER
EK1- MEVCUT FAN
EK2- YENİ FAN
49
KAYNAKCcedilA
Baykal R 2011 Asenkron Motorlar Uumlzerine Enerjiİ Verimliliği Uygulanması
Yayın Tarihi 15032011
Ccedilalışkan M 2014 Eksenel Akışlı Fan Tasarımı Yuumlksek Lisans İstanbul Teknik
Uumlniversitesi TUumlRKİYE
Moavani S 2015 Sonlu Elemanlar Analizi Teorisi ve Ansys ile Uygulamalar
İstanbul
Onaygil S 2006 Enerji Verimliliği Kanunun Tanıtımı Yuumlksek Lisans
URL1 lthttpdeneysancomContentimagesdocumentshavalandirma-
4_39143832pdfgt Erişim Tarihi 12032016
URL2 lt httpwwweiegovtrgt Erişim Tarihi 20042016
URL3 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi
12052016
URL4 ltwwwtuumlikgovtrgt Erişim Tarihi 14052016
URL5 ltwwwemoorgtrekler364734147179187_ekpdfgt Erişim Tarihi 16052016
URL6 ltwwwinverter-plcnetmotoryıldız_uumlccedilgen_bağlantıhtmlgt Erişim Tarihi
18052016
URL7 ltwwweiegovtreie-webturkceenMotor_Verimliligi_Brosurupdfgt Erişim
Tarihi 20052016
URL8 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi
07062016
URL9 ltwwwfigescomtransysansys-nedirphpgt Erişim Tarihi 09062016
50
OumlZGECcedilMİŞLER
Elif CcedilİCcedilEK
Eyluumll 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Duumlzce Anadolu İmamhatip Lisesinde
tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi İlahiyat Fakuumlltesirsquoni kazandı 2012 yılında
Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine
başladı Halen eğitimine devam etmektedir
İletişim
apsuvaelifhotmailcom
Nesrin ALTUNBOĞA
Ağustos 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Haydarpaşa Teknik Okulları Raylı
Sistemler Teknolojileri Boumlluumlmuumlnuuml tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi
Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Boumlluumlmuumlnuuml kazandı Halen eğitimine
devam etmektedir
İletişim
naltunbogagmailcom
Rumeysa ALGUumlL
Ekim 1992rsquo de Konyarsquoda doğdu Lise oumlğrenimini Lafarge Aslan Ccedilimento Anadolu
Teknik Lisesirsquonde 2010 yılında tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi Teknoloji
Fakuumlltesi Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliğini kazandı 2013 yılında Teknoloji
Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine başladı Halen eğitimine devam
etmektedir
İletişim
rumeysaalgulgmailcom
51
52
13
222 Rotor
Rotor Asenkron motorun doumlnen kısmıdır ve rotor saccedil paketi ile rotor sargılarından
oluşur Rotor saccedil paketi 05 mm‟lik silisyumlu saccedillardan yapılır Saccedilların yuumlzeyleri
ccedilok ince bir film tabakası ile yalıtılmıştır Saccedillar oumlzel kalıplarda pres altında oluk
dişler ve sıkıştırma cıvata delikleri oluşacak şekilde saccedil şeritlerden kesilerek ccedilıkartılır
Saccedillar bir araya getirilerek pres altında sıkıştırılır ve cıvatalarla bu halde kalması
sağlanır
Diğer doumlnen elektrik makinelerine goumlre stator ile rotor arasında kalan hava aralığı ccedilok
kuumlccediluumlktuumlr Motorun guumlcuumlne goumlre hava aralığının radyal boyu 05 - 1 - 3 mm kadar
olabilir Boumlylesine kuumlccediluumlk bir hava aralığı boşta ccedilalışma akımını kuumlccediluumlk tutmak iccedilin
yapılır Rotor olukları motorun elektrik karakteristiklerini etkileyen değişik biccedilimlerde
yapılır Rotor oluklarına rotor sargıları yerleştirilir
Şekil 8 Rotor Saccedil Paketini Oluşturan Değişik Rotor Saccedilları
Rotor sargıları uumlccedil fazlı olarak ya da sincap kafesli olarak yapılır Rotoru sargılı olan
ve sargı uccedilları doumlnen bilezik-sabit fırccedila ile dışarı ccedilıkartılan motorlara bilezikli asenkron
motor denir Sincap kafesli motorlarda rotor oluklarına bakır ccedilubuklar yerleştirilir Bu
ccedilubuklar her iki baştan dairesel halkalarla kısa devre edilerek sincap kafesine
benzeyen kendi uumlzerine kapatılmış bir sargı elde edilir Sincap kafesli motor sargısı
oumlzel kalıplarla rotor oyuklarına basınccedil altında aluumlminyum puumlskuumlrtuumllerek uumlretilir
Boumlylece uumlretilen rotor sincap kafesi aluumlminyumdan yapılmış olur
Sincap kafesli asenkron motorun rotorundan hiccedilbir uccedil ccedilıkmadığı iccedilin bu motorun
kontroluuml sadece statordaki elektrik uccedillarından yapılabilmektedir Oysa bilezikli
asenkron motorun rotor sargı uccedilları bilezik ve fırccedila sistemi ile dışarı ccedilıkarıldığından
14
bu motorun kontroluuml hem stator sargı uccedillarından ve hem de rotor sargı uccedillarından
yapılabilmektedir
Sincap kafesli motorun rotor sargısı buumlyuumlk motorlarda bakır ccedilubukların rotor
oluklarına yerleştirilmesi ve iki baştan kısa devre elde edilmesi ile oluşturulur Kuumlccediluumlk
motorlarda rotorun sincap kafesi aluumlminyum puumlskuumlrtme ve kalıplarla elde edilir
Rotoru sincap kafesli bir motorun sincap kafesi değişik biccedilimde oluklara yerleştirilir
Motorun oumlzellikle moment karakteristiğine istenilen oumlzelliği vermek iccedilin rotorda derin
oluklar ve ccedilift oluk kullanılır Birinci motora derin oluklu ya da derin ccedilubuklu motor
ve diğerine de ccedilift kafesli motor denir (Baykal 2011)
23 ASENKRON MOTORLARIN CcedilALIŞMA İLKESİ
Asenkron makinenin ccedilalıŞma ilkesi bir doumlner alanın varlığına dayanır Doumlner alan
senkron hız motor milinin hızı da rotor hızı olarak isimlendirilir Kayma da bu iki
hızın arasındaki fark olarak ifade edilmektedir
231 Doumlner Alan
Bir N-S mıknatısı ya da uumlzerinden akım geccedilen bir bobinin magnetik alanı N kutbundan
ccedilıkar ve S kutbuna girer Daimi mıknatıs ve doğru akım taşıyan bobinin manyetik
alanları mıknatıs ve bobin dışarıdan bir bobinle doumlnduumlruumlluumlrse bunların alanları da
beraber doumlner İşte bir mıknatısın doumlnduumlruumllmesi ile elde edilen alana doumlner alan denir
Uumlccedil fazlı asenkron motorun (enduumlksiyon motorun) statoruna birbirinden 120rsquoşer derece
faz farklı 3 faz sargısı yerleştirilmiştir En basit statorda her biri bir faza ait olmak
uumlzere 3 tane bobin bulunur Bir motor en az iki kutuplu olarak sarılabilir (Baykal
2011)
Şekil 9 Uumlccedil Faz bobininin 6 Oluklu Statora Yerleştirilişi
15
232 Senkron Hız
N-S kutuplarının saat ibresi youmlnuumlnde doumlnduumlğuuml goumlruumlluumlr uumlccedil fazlı alternatif akımdaki bir
periyotluk değişme N-S kutuplarının bir devir yapmasına sebep olur Alternatif akımın
frekansı 50 Hz ise saniyede 50 periyotluk bir değişme yapar Dolayısıyla statordaki
faz bobinlerinin meydana getirdiği N-S kutupları da saniyede 50 devirle doumlner Bu
dakikada 3000 devir eder Ccedilok fazlı bir stator sargısından aynı faz sayısında ccedilok fazlı
bir akım geccedilerse hava aralığında sabit genlikli bir doumlner alan oluşur Bu doumlner alanın
duran statora goumlre ns (n1) devir hızı şebeke frekansına doğru stator sargısının p ccedilift
kutup sayısına ters orantılıdır
1198991 = 601198911
119901
Senkron hız da denen doumlner alan hızı kutup sayısına goumlre buumlyuumlk basamaklar yaparak
değişir Asenkron motorlar ancak belli senkron hızlar iccedilin yapılabilir En fazla
kullanılan senkron hızlar 2 4 6 ve 8 kutup sayılarına ait olanlardır (Baykal 2011)
Tablo 6 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru
P
(Kutup Sayısı)
50 Hz 60 Hz
n1min-1 n1s-1 n1min-1 n1s-1
2 3000 50 3600 60
4 1500 25 1800 30
6 1000 1667 1200 20
8 750 125 900 15
16
233 Kayma
Senkron makine dışında buumltuumln diğer ccedilalışma tuumlrlerinde asenkron makinenin
ccedilalışabilmesi iccedilin rotor hızının doumlner alan hızından farklı olması gerekir Doumlner alanın
rotor uumlzerinden geccedilme hızına yani doumlner alan ile rotor hızı arasındaki cebirsel farka
kayma hızı n2 ve bu hızın doumlner alan hızına oranına kayma s denir Bu tanıma
dayanarak kayma devir hızına goumlre veya devir hızı kaymaya goumlre ifade edilebilir
n2 = n1 ndash n n = n1(1-s) 119904 = 1198992
1198991 =
1198991minus119899
1198991
Kayma oranlanmış bir buumlyuumlkluumlktuumlr ve ccediloğunlukla olarak ifade edilir Pozitif negatif
veya sıfır olabilir Oranlanmış rotor hızı n nı ile toplamı daima 1rsquoe eşittir Teorisel
olarak ndash infin ve +infin arasında değişebilir Durmada n = 0 ve s =1 dir Senkron ccedilalışmada
n = n1 ve s = 0 dır Bu iki sınır değer arasında asenkron makine motor olarak ccedilalışır
ve kayması daima pozitiftir Anma ccedilalışmasındaki değeri yuumlzde birkaccedil olup artan
anma guumlcuuml ile azalır ve kuumlccediluumlk guumlccedillerde yaklaşık 10 dan buumlyuumlk guumlccedillerde 1 in altına
duumlşer
Rotor doumlner alana goumlre ters youmlnde doumlnduumlğuumlnde elde edilen fren ccedilalışmada devir hızı
negatif ve kayma 1 den buumlyuumlktuumlr Rotor hızı doumlner alan hızını geccedilerse yani ngtn1 ise
kayma negatif olur (s lt 0) ve makine generatoumlr olarak ccedilalışmaya başlar (Baykal 2011)
Şekil 10 Standart Asenkron Motorların Anma Kayması ve Verimi
17
24 ASENKRON MOTOR CcedilEŞİTLERİ
Asenkron motorlar rotor yapılarına goumlre ikiye ayrılır
Sincap kafesli (Kısa devre rotorlu) Asenkron Motorlar
Bilezikli (Sargılı rotorlu) Asenkron Motorlar
241 Uumlccedil Fazlı Kısa Devre (Sincap Kafesli ) Asenkron Motorlar
Uumlccedil fazlı sincap kafesli motorun yapılısı basittir Az bakıma ihtiyaccedil goumlsterir Bu tip
motorun oumllccediluumlleri aynı guumlccedilteki başka tip motorların oumllccediluumllerinden kuumlccediluumlktuumlr Değişik
yuumlklerdeki hız reguumllasyonu ccedilok iyidir Fiyatının ucuzluğu yapılışının sağlamlığı ve
istenilen ccedilalışma oumlzelliğine sahip oluşu yuumlzuumlnden bu tip motorlar sanayide ccedilok
kullanılır
Rotorlar accedilılmış oluklara basınccedil altında erimiş aluumlminyum puumlskuumlrtuumllerek doldurulur
Rotorun her iki başındaki kısa devre halkalar da aluumlminyumdandır Ayrıca bu halkalar
uumlzerine kanatlar da bırakılarak rotor işletmede vantilasyon suretiyle soğutulması
sağlanır 250 kW guumlcuumlne kadar kısa devre kafesleri aluumlminyumdan yapılmış asenkron
motorlar mevcuttur
Buumlyuumlk guumlccedil istenilen işletmelerde kısa devre kafesi yuumlksek dikdoumlrtgen şeklinde bakır
ccedilubuklardan ve bunları rotorun her iki başında kısa devre eden bakır halkalardan
yapılır Rotorda kaccedil adet oluk varsa rotorun faz sayısı buna eşittir
Kısa devre kafesli asenkron motorun yol alma oumlzellikleri iyi değildir Ancak basit ve
ucuz olmaları nedeni ile yaygın biccedilimde kullanılmaktadır Yol almasını kolaylaştırmak
iccedilin yuumlksek ccedilubuklu veya ccedilift kafesli olarak yapılırlar (Baykal 2011)
Şekil 11 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru
18
242 Bilezikli (Sargılı rotorlu) AC Motorlar
Birccedilok sanayi yuumlklerinde uumlccedil fazlı değişik hızlı motora ihtiyaccedil duyulduğu yerler iccedilin
bilezikli asenkron motorlar geliştirilmiştir Bilezikli asenkron motorlara sargılı rotorlu
AC motor da denilmektedir Bu tip motorun statoru ile sargının yerleştirilmesi sincap
kafesli motorun aynıdır Rotor ccedilelik saccedillardan yapılmış silindirik bir goumlbektir 120
derece aralıklı uumlccedil adet tek fazlı kalıp sargısını yerleştirmek iccedilin rotor uumlzerine oyuklar
accedilılmıştır izoleli rotor bobinleri stator kutup sayısına eşit kutup sayısı elde edecek
şekilde gruplandırılmıştır Uumlccedil tek fazlı rotor sargısı aralarında yıldız bağlanarak ccedilıkış
uccedilları rotor mili uumlzerindeki uumlccedil bileziğe bağlanmıştır Bileziklere temas eden fırccedila uccedilları
hız kontroloumlruuml ayarlayıcısına bağlanır Fırccedilalar taşıyıcılar uumlzerindeki yayların basıncı
ile bileziklere sıkıca temas eder Doğru akım makinelerinde olduğu gibi youmln
değiştirmeye luumlzum olmadığı iccedilin fırccedila taşıyıcıları uygun bir durumda sıkıca tespit
edilmiştir
Bilezikli asenkron motorun rotorunda aynı statorunda olduğu gibi uumlccedil fazlı alternatif
akım sargısı vardır Stator 10 Kw guumlce kadar tek tabakalı orta guumlccedillerde ise iki tabakalı
sargılı yapılırlar Rotor ise tam oluklu veya kesirli oluklu sargılı olabilir Rotor sargı
uccedillarının bir tarafı bileziklere bağlanır Diğer tarafı ise kısa devre edilerek uumlccedil fazlı
sargının yıldız noktasını oluşturur Bilezikler uumlzerindeki fırccedila sistemi ile rotor
alternatif gerilim kaynağından ayrıca beslenir (Baykal 2011)
25 Elektrik Motorlarına Yıldız-Uumlccedilgen Yol Verme
Kalkış akımını duumlşuumlrmede en ekonomik youmlntemdir Uumlccedil kontaktoumlr ile bir zaman
roumllesinden oluşan kontaktoumlr kombinasyonudur Bu youmlntemle yol verebilmek iccedilin
motorun uumlccedilgen bağlı ccedilalışma gerilimi şebeke gerilimine eşit olmalıdır Oumlrneğin
uumllkemizde şebeke gerilimi 380 Volt olduğuna goumlre yıldız-uumlccedilgen yol verilecek motorun
etiketinde D380 V veya D380VY660V yazılı olmalıdır Volt elektrik motorlarında 2
ve 4 kutuplularda 3 kW (dacirchil) 6 kutuplularda 22 kW(dacirchil) den daha buumlyuumlk guumlccedilluuml
motorlar bu oumlzelliktedir Yani 380 V şebekede uumlccedilgen bağlı ccedilalıştırılırlar
Motora yıldız-uumlccedilgen yol verildiğinde direkt yol vermeye goumlre şebekeden ccedilekeceği
akım 3 katı azalır Yıldız-uumlccedilgen yol vermede amaccedil motoru kalkış suumlresince yıldız
19
bağlı ccedilalıştırmak ve kalkışını tamamlayan motoru hemen normal bağlantısı olan uumlccedilgen
bağlı olarak ccedilalıştırmaktır
Motor kalkış sırasında yıldız bağlı ccedilalıştırıldığından motor sargılarına uygulanan
gerilim U radic3 değerine motorun şebekeden ccedilektiği akım ise 13 değerine duumlşer
Motorun sargılarına uygunalan gerilim azaldığından momenti oumlnemli oumllccediluumlde kuumlccediluumlluumlr
Yıldız-uumlccedilgen yol vermenin kusursuz olması iccedilin motorun yuumlk momentinin yıldız
bağlamadaki motor momentinden buumlyuumlk olmaması ve yıldız bağlamadaki suumlrenin
uygun olması gerekir Bu geccediliş suumlresi ccedilok oumlnemlidir Motor yıldız bağlantıda iken
anma devir sayısına ulaşıldığı anda uumlccedilgen bağlantıya geccedililmesi ve fazla aralık
verilmemesi gerekir
Boumlyle olursa yıldızdan uumlccedilgen bağlantıya geccedilişteki uumlccedilgen kontaktoumlruumlnuumln kapamama
akımı kuumlccediluumlk ve yıldızdan uumlccedilgene geccediliş darbesiz olur Aksi halde uumlccedilgen bağlantıya
geccedilişte akımda geccedilici artışlar goumlruumlluumlr Bunun sonucu kontaktoumlruumln kontakları ani
yuumlksek ısı nedeniyle kaynak olabilir
Bir şebekede uumlccedilgen bağlı ccedilalışacak motor aynı şebekede yıldız bağlı (Y) olarak
ccedilalıştırılabilir Ancak bu durumda motorun guumlcuuml ve momenti duumlşer Bu oumlzellikten
yararlanarak asenkron motorların kalkış anında ccedilektikleri fazla akımı azaltmak iccedilin
yıldız-uumlccedilgen yol verme uygulanması yapılabilir
Şebekede yıldız bağlı ccedilalıştırılması gereken motor yanlışlıkla uumlccedilgen bağlı ccedilalıştırılırsa
sargılarına radic3 katı buumlyuumlk gerilim uygulanmış olur Gerilimdeki artış oranı kadar sargı
akımı buumlyuumlyeceğinden motor aşırı akım ccedileker ve kısa suumlrede artacak ısı sonucu
sargılar yanar
Onun iccedilin yıldız bağlı ccedilalışması gereken motor kesinlikle aynı şebekede uumlccedilgen bağlı
ccedilalıştırılmaz (URL6)
20
Şekil 12 Motora yıldız-uumlccedilgen yol verme
Şekil 13 Stator Sargı Uccedillarının Uumlccedilgen (D) Ve Yıldızı (Y) Bağlanması
Şekil 14 Asenkron Motora Yol Verme
21
26 FANLAR
261 Genel Bilgiler
Fanlar hava veya benzeri gazları basınccedillandırarak belirli bir akış yolu iccedilinde hareket
etmesini sağlayan turbo makinelerdir İyi bir fan istenilen performansı yerine
getirirken verimi yuumlksek enerjiyi daha az tuumlketen muumlmkuumln olduğunca guumlruumlltuumlsuumlz
ccedilalışan ve maliyeti duumlşuumlk olan fandır Fanların tahrik sistemlerinde elektrik motorları
kullanılmaktadır (URL3)
262 Fan Ccedileşitleri
Fanlar aşağıdaki gibi sınıflandırılmaktadır
Eksenel (aksiyel) fanlar
Radyal (santrifuumlj) fanlar
Karışık akışlı (eksenel-radyal) fanlar
Ccedilatı tuumlruuml fanlar
Karşıt akımlı fanlar (blower)
Vorteks ya da rejeneratif fanlar
Diğerleri
Elektrik motorlarında radyal fanlar kullanılmaktadır (URL8)
Bu kısımda projemiz iccedilin incelediğimiz 3 ccedileşit fanı accedilıklayacağız
2621 Eksenel Fanlar
Havanın fan ccedilarkı ile aynı eksende youmln değiştirmeden hareket ettiği fanlardır Yuumlksek
hava debileri ve duumlşuumlk basınccedil sınıfına sahip sistemler iccedilin uygun fanlardır Şekil 15
rsquode oklar akış youmlnuumlnuuml (simetri eksenine paralel) goumlstermektedir
22
Şekil 15 Akışın Simetri Ekseninde Hareket Etmesi
2622 Karışık Akışlı (Radyal-Eksenel) Fanlar
Havanın kanatlar uumlzerinden emmesine goumlre yaklaşık 45deg accedilı yaparak hareket ettiği
fanlardır Radyal fanlara goumlre hava debisi daha yuumlksektir
Eksenel fanlardan daha yuumlksek basınca dayanabilir
Fan eğrisi uumlzerinde kararsız boumllge yoktur
Karşı basıncın duumlşuumlk olduğu boumllgelerde motor aşırı akım ccedilekmez
Eksenel ve radyal fanlara goumlre verimleri duumlşuumlktuumlr (URL6)
Şekil 16 Karışık Akışlı Fan Uygulamaları
23
2623 Radyal (Santrifuumlj) Fanlar
Havanın fan ccedilarkını emmesine goumlre 90deg accedilı yaparak kanatlara teğet olarak terk ettiği
fanlardır
Radyal fanların avantajları aşağıdaki gibidir
Geniş bir uygulama aralığına sahiptir
Yuumlksek sıcaklık ve aşındırıcı ortam uygulamalarında kulanılır
Değişken akış direncine sahip yerlerde daha verimli ve daha sessiz ccedilalışma
olanakları vardır
Yapısal kararlılıkları yuumlksektir (URL6)
Radyal Duumlz Kanatlı Fanlar
Genellikle kendi kendini temizleme malzeme taşıma ve parccedilacık ve yağ yuumlkluuml havanın
uygun halde taşınması gibi durumlarda kullanılırlar ve bunun iccedilin duumlz kanatları vardır
Ccedilarkları basit bir yapıya sahiptir ve nispeten dar kanatları vardır
Elektrik motorlarında genellikle ccedilift youmlnluuml ccedilalışmaya uygun olması iccedilin radyal duumlz
kanat tipli bu fanlar seccedililiyor
Şekil 17 Radyal Duumlz Kanatlı Fanlara Oumlrnekler
24
BOumlLUumlM 3 BULGULAR VE TARTIŞMA
31 SONLU ELEMANLAR YOumlNTEMİ
Sonlu elemanlar youmlntemi muumlhendislik problemlerine kabul edilebilir yaklaşımlarla
ccediloumlzuumlm arayan sayısal youmlntemdir (Moavani 2015) Sonlu elemanlar youmlntemi diğer bir
ifade şekliyle fiziksel şeklin matematiksel ifadesidir Bu kurduğumuz siste sınırlara
ayırılabilen ve malzeme şartlarına uygun olan bir sistem olmalıdır
Sonlu eleman youmlntemindeki basamaklar
Yaklaşık Ccediloumlzuumlm Youmlntemi
Geometrik Şekil
Nod
Eleman
Mesh
Ayrıklaştırma
Şekil 18 Sonlu Eleman Modeli
Eleman
Nod
(Duumlğuumlm
noktaları)
25
Sonlu elemanlar youmlntemi matematik ve fizik biliminin buumltuumln alanlarında kullanılır
Gerilme Analizi
Akışkanlar Mekaniği
Isı İletimi
Dalga Yayılımı
Darbe Analizi
Aerodinamik vb alanlardır
Sonlu elemanlar youmlntemini kullanırken oumlncelikle şu soruların cevaplarını bulmalıyız
Dizayn amacımız nedir
Bu sistemi modellemek iccedilin gerekli olan bilgiler nelerdir
Bu dizayn iccedilin hangi kriterler gerekir
311 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Pozitif Youmlnleri
Geometrisi karışık cisimlerin incelenmesini kolaylaştırır Geometri basit kısımlara
ayrılıp burada ayrı veya daha hassas işlemler yapılabilir
Parccedilanın geometrisini değiştirmeye gerek kalmaz
Youmlntemde hem fiziksel hem matematiksel temeli vardır
Sonlu elemanlar youmlntemi iccedilin ccedilok farklı programlar bulunmaktadır (Ansys Marc
Nastran ) (Moavani 2015)
312 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Negatif Youmlnleri
Elde edilen sonuccedilların doğruluğu hangi sonlu youmlnteminin kullanıldığına bağlıdır
Ccedilıkacak durum oumlnceden tespit edilmeli ve ona goumlre bir ccediloumlzuumlm youmlntemi
kullanılmalıdır Bu yuumlzden oumlnceden iyi tesipt edilemezse doğru değer bulunamaz
ve doğru ccediloumlzuumlm iccedilin zaman kaybı olabilir
Doğru ccediloumlzuumlm iccedilin elemanın ayrıştırılması (mesh) atanması gerekir
Bu meshin iyi atılması gerekir yoksa ccediloumlzuumlmuumln yakınsamaları değişebilir
(Moavani 2015)
26
32 ANSYS PROGRAMI
ANSYS genel amaccedillı kullanılan sonlu elemanlar programıdır Ansys yazılımı
mukavemet titreşim akışkanlar mekaniği ısı transferi ve elektromanyetik alanlarının
birbiri ile olan interaksiyonunu simule eden yazılımdır
Boumlylelikle ANSYS uumlruumlnlerin prototipleri uumlretilmeden sanal ortamda test edilmelerine
olanak sağlar Ayrıca sanal ortamdaki 3 boyutlu simulasyonlar neticesinde yapıların
zayıf noktalarının tespiti ve iyileştirilmesi ile oumlmuumlr hesaplarının gerccedilekleştirilmesi ve
muhtemel problemlerin oumlngoumlruumllmesi muumlmkuumln olmaktadır
ANSYS yazılımı sadece ihtiyaccedil duyulan oumlzelliklerin alınmasına fırsat vererek ilave
edilebilen CAD ve FEA bağlantı modulleri ile masa uumlstuumlnde kullanılan diğer
muumlhendislik yazılımları ile entegre bir şekilde ccedilalışabilmektedir
ANSYS yazılımı hem dışarıdan CAD datalarını alabilmekte hem de iccedilindeki
preprocessing imkacircnları ile geometri oluşturulmasına izin vermektedir Yine aynı
preprocessr iccedilinde hesaplama iccedilin gerekli olan sonlu elemanlar modeli yani mesh de
oluşturulmaktadır Yuumlklerin tanımlanmasından sonra ve gerccedilekleştirilen analiz
neticesinde sonuccedillar sayısal ve grafiksel olarak elde edilebilir
ANSYS yazılımı ile oumlzellikle contact algoritmalarının ccedileşitliliği zamana bağımlı
yuumlkleme oumlzellikleri ve nonlinear malzeme modelleri sayesinde yuumlksek muumlhendislik
seviyedeki analizleri hızlı guumlvenilir ve pratik bir şekilde gerccedilekleştirilebilmektedir
ANSYS Workbench parametrik CAD sistemlerini eşsiz bir otomasyon ve performans
ile simulasyon teknolojilerini entegre eden bir platformdur ANSYS Workbenchrsquoin
guumlcuuml yılların bilgi birikimi ile arkasında duran ANSYS ccediloumlzuumlcuuml algoritmalarından gelir
Ayrıca ANSYS Workbenchrsquoin amacı sanal ortamda uumlruumlnuumln verifikasyonunu ve
iyileştirmesini sağlamaktır
Oumlzellikle PC ile uyumluluğun uumlst seviyede olabilmesi iccedilin yazılmış olan ANSYS
Workbench sadece bir arayuumlzden ileri bir ccedilalışma ortamındır ve ANSYS Workbench
ile herhangi bir ANSYS lisansına sahip herkes ccedilalışabilir Aynı alışılagelmiş ANSYS
arabiriminde olduğu gibi ANSYS Workbenchrsquode de kapasiteler sahip olunan lisansın
doğrultusunda sınırlıdır (URL9)
27
ANSYS programının bu oumlzelliklerinden dolayı programı kullanmaya karar verdik
Ansys programının oumlncellikle akışkan mekaniği ve dinamiğinde kullanılan iki ayrı
boumlluumlmuuml bulunmaktadır Bu boumlluumlmler Fluent ve CFX boumlluumlmleridir Bizim
kullandığımız boumlluumlm ise ANSYS CFX boumlluumlmuumlduumlr
33 MEVCUT FAN UumlZERİNDE YAPILAN ANALİZLER
ANSY projesinde oumlncelikle CFX kısmını kullanıldı Ccediluumlnkuuml ANSYS programında
CFX ve Fluent programı hesaplamalı akışkanlar dinamiği iccedilin kullanılmaktadır Ancak
ANSYS CFX turbo makinalar iccedilin kullanıldığından oumlnceden de goumlsterildiği gibi bir
nod alırken huumlcrelerin orta noktalarından nod hesabı yaptığı iccedilin verdiği değerler fan
analizi iccedilin daha iyi bir yakınsama goumlsterir Bu sebeple ANSYS CFX kısmı kullanıldı
İlk olarak mevcut fan uumlzerinde ccedileşitli incelemeler yapıldı
Mevcut fan uumlzerinde 10 kanat var iken suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilok fazla olduğu saptandı
Bunun uumlzerine motorun akışını kolaylaştırma yoluna gidildi
Havayı oluklara daha iyi aktarabilecek kısım fanın kanat boyu olduğu iccedilin fanın
kanatlarının uzunluğunda değişiklik yapılmasına karar verildi
Fandan ccedilekilen debi miktarı ve tork değerlerini tam alabilmek ve mevcut fanın
verimini oumllccedilebilmek iccedilin oumlncelikle esas oumllccediluumllerine goumlre ccedilizilen fan ANSYS
programına aktarıldı File gt Import gt Design Moduler şeklinde SolidWorksrsquo ten
ANSYS programına aktarıldı
Şekil 19 SolidWorksrsquo ten İmport Etmek
28
Fanın ccedilevresinde akış hacmi oluşturmak iccedilin katı modelin ccedilevresindeki hava
modellenir
331 Geometri
Oluşturulan akış hacminde havanın giriş ve ccedilıkış kısımları İnlet-Outlet şeklinde
belirtilir
Analys tools komutlarından xy duumlzleminde halka oluşturulur
Burada modeling kısmı 3 boyutlu işlem yapacağı zaman seccedililen kısımdır
Aşağıdaki şekilde de goumlruumlleceği uumlzere
Şekil 20 Akış Alanı Belirleme
Burada exturude komutuyla birlikte oluşturulacak akış hacminin kaccedil mm
uzatılacağı belirtilir Hepsini bir buumltuumln haline getirmemek iccedilin lsquovar olanla
birleştirilsin mirsquo sorusuna hayır denilir
Daha sonra ccedilevresine yayılan boşluk iccedilin Outlet tanımlaması yapılır
Bu işlemleri gerccedilekleştirdikten sonra kesit gerekir İlk oumlnce plane (duumlzlem)
belirlenir Bunun iccedilin hangi duumlzlemi seccedililecek ise (oumlrneğin xy) onu seccedilip plane
tıklanır Plane boumllgesinden ne kadar uzakta olacağı belirlenir Biz de değer 34 mmrsquo
dir Ccediluumlnkuuml kanatların boyu 31 mm olduğundan mesh atamada sorun ccedilıkmaması
29
iccedilin 34 mm uzaklıkta bir plane atanır Bu Planersquoi slice komutuyla keserek 3 farklı
boumllge oluşturulmuş olur
Akışkan hacmini oluşturmak iccedilin dolu olan kısımlar belirlenip ona goumlre hareket
edilir Bunun iccedilinde milin iccedilini dolu kabul edilir
Akışkan hacmi iccedilin yapılan bir diğer işlem ise oluşturulan hacimden fanın hacmini
booelangt substrack komutları ile akışkan hacminin bulunmasıdır
Mevcut fanın uumlzerine sağ tıklanarak ve suppress body komutu seccedililir Boumlylelikle
fanı gizleyerek sadece akışkan hacmi goumlruumlluumlr
Daha sonra oluşan parccedilaların arasında boşluk olmaması iccedilin ve bağlantı sağlamak
iccedilin part kısımlarını seccedililerek sağ tıklanır from new part seccedililir
Şekil 21 Slice Komutu ile Boumllgelere Ayırma
30
Şekil 22 Parccedilalar Arası Bağlantının Sağlandığı FromNew Part Boumlluumlmuuml
Mesh kısmını suumlruumlkleyip project schematic boumlluumlme bırakılır Bu boumlluumlmde geometri
onaylanır ve en altta bulunan meshrsquoe tıklanır
332 Sayısal Ağ Oluşturma (Mesh)
Şekil 23 Mesh oluşturma
31
Şekil 24 Mesh Geometrisi
Sonlu sayıda hacimle ccedilalışıldığından sonlu sayıda hacime boumllmek gerekir Sonlu
sayıda hacime boumlluumlnen kısımlar farklı farklı olabilir
Bu huumlcreler kapsadığı alanın oumlzelliklerini yansıtır Bunların ccedilevresindeki nodlar
bunların ortalaması ile belli bir oumlzelliğe sahip olmuş olur
Bu huumlcrelerin arttırılması yani ayrıştırmaların ccediloğaltılması ne kadar fazla olursa o
kadar yakınsama olur ve ccediloumlzuumlm iyileşir
Ancak sayısal ağ ccedilok fazla attırıldığında ccediloumlzuumlm suumlresi ccedilok fazla artacağından
ekonomik değildir
Bu sebepten dolayı mesh ( ayrıştırma) atarken akışkanın en fazla değişim
goumlstereceği kısımlarda daha fazla sayısal ağ oluşturulur Boumlylelikle daha iyi bir
yakınsama elde edilir Akışkanın değişim goumlstereceği yerler genellikle yuumlzeylerle
temas edilen kısımlardır Mevcut fanın analizin de orta kısımlarda pek fazla
değişiklik olmaz Bu nedenle sınırlara yakın kısımlara daha fazla ağ oluşturulur
Detail of Mesh kısmından hangi kısımlarda ne kadar buumlyuumlkluumlkte mesh
atılabileceğine bakılır
32
Detail of Mesh kısmından Phsics preference kısmı seccedililerek CFDrsquoi seccedililir Solver
Preference kısmından ise CFXrsquoi seccedilip devam edilir
Analiz yaparken belirlenmesi gereken kısımlar vardır Bunun iccedilin diğer kısımlar
seccedililerek hide body seccedililerek kapatılır ve select all body seccedililerek kanatlara isim
verilir
Şekil 25 Mesh İsimlendirme
Akışkanın girişine inlet ccedilıkışına outlet denilir
Mesh atımında minimum yakalayacağı huumlcreler ile maksimum yakalayacağı
huumlcrelerin milimetre hesabı oumlnemlidir Bu yuumlzden kanadın kalınlığı 25 mm olduğu
iccedilin 2 mmrsquo den az olan huumlcre belirlenir Maksimum 15 mmrsquo den buumlyuumlk huumlcreler
olması duumlşuumlnuumllerek analizin yakınsaması sağlandı
Meshrsquoi tıklayıp oradan insert size kısmın da bulunan isimlerde kanatlar seccedililir
Kanatlara maksimum 3 mm buumlyuumlkluumlk seccedililir Devamında ise kanatları hide face
komutuyla gizlenir ve geriye kalan kısımlar iccedilin sizing iccedilin yine 3 mm verilir
Daha sonra kanat ve ccedilevresine ccedilizilen akış hacmi seccedililerek tekrar size kısmından
buumltuumlnuumlne 8 mm verilir Bu kısım iccedilin mesh atanır Yuumlzeyler seccedililerek Preview
Surface Mesh on Selected Bodies denilir ve mesh işlemi tamamlanmış olur
33
Şekil 26 Meshrsquo in Goumlsterimi
Ancak mesh işleminde silindirik yuumlzeylerde sweep komutuyla daha kolay mesh
atılabileceği iccedilin istenen yuumlzey iccedilin sağ tıklayıp İnsertgt Method gtSweep Number
Divs komutlarından kaccedil sıra mesh atılacağı belirlenir 20 sıra vererek mesh atıldı
Suumlpuumlrme işlemi ile mesh atarken hangi yuumlzeyi kaynak olarak alınacağı da
boumlylelikle belirlenmiş olur
Mesh sayfasını kapatıp daha sonrasında workbench kısmında meshin uumlzerine cfx
kısmını bırakılır
Mesh setupgt solutiongt results dan sonuccedillar elde edilir
Daha sonra geometry design da motorun kapağına uygun bir sınır belirlenerek
analiz yapılır
Geometriyi duumlzenlenerek CFXrsquo e aktarılır
Daha oumlncesinde de bahsedildiği uumlzere ANSYS de CFX kullanıldı CFX
kullanılmasının bir diğer sebebi de CFXrsquo in fan konusunda ANSYSlsquo in mesh
kısmından daha bağımsız ve daha hassas olmasıdır
Yapılan isimlendirmeler tekrar kontrol edilir Her farklı işlev iccedilin farklı
isimlendirme yapmak ccedilok oumlnemlidir boumlylece havanın nereden girip ne şekilde
ccedilıkacağını isimlendirmelerden goumlruumllebilir Ve bu isimlendirmeler iccedilin ayrı ayrı kod
yazılır
34
333 Sınır Şartları
Şekil 27 Sınır Şartlarının Belirlenmiş Hali
ANSYS setup kısmında Insert gt Solver gt Output Control komutları seccedililerek code
yazılır MassFlow ()inlet gt Torque_z()kanatlar olarak giriş kısmının kuumltlesel
debisi iccedilin komut yazılır
Ayrıca Insert gt Material kısmından sıcaklığı 25reg basıncı 1 atm entalpi değerini 0
olarak şartları belirlenir
Malzemenin kapak kısmı ccedilelik olarak belirlenir
Solver Control kısmından high resuluiton seccedililerek ccediloumlzuumlmuumln kalitesi arttırılır
Solver Control kısmından Residual Target artık tipini RMS olarak ve onun
yakınsama sınırı 10-5 belirlenir Rms elemanların karelerinin koumlkuumlnuuml alarak
ortalamasını alan youmlntemdir
Yine Solver Control kısmından minimum iterasyonu 1 maksimum İterasyonu ise
500 verilir
İnlet kısmı belirlenirken Boundary Type ( sınır şartları) opening olarak seccedililir
Opening verilmesindeki amaccedil akışkanların iccedileriden girip dışarıya ccedilıkışlarının
sağlanmasıdır Aksi halde ccediloumlzuumlmuumln yakınsamasın da sorunlar oluşabilir Opening
şartında ayrıca akışkan daha ccedilabuk toparlanır ve analiz daha kolaylaşır
Flow Direction komutunda normal sınır şartları belirlenir
Suumlreklilik şartı olarak da Fluid Mass Fluxrsquou seccedililir Bunun yanında sınır kontuumlruuml
iccedilin bağıl basınccedil ayarlarını seccedililir Aynı şekilde outlet iccedilin de aynı ayarlar yapılır
35
Domaine basılıp kapak kısımları ve motor kısımları seccedililir Bu dış kısımları duvar
olarak belirlenir ve duvar hareket edemeyeceğinden No Slip Wall seccedileneği olarak
belirtilir Duvarları suumlrtuumlnmesiz olduğu varsayılıyor
Fan ve kanatlar kısmında Boundry Type olarak Wall olarak belirleyip Frame type
gt rotating (doumlnuumlyor) belirtilir
Ccediloumlzuumlm metodu olarak RNG k-euro modeli kullanılır
Şekil 28 Setup Koşulların Belirlenmesi
334 Ccediloumlzuumlm - Sonuccedillar
Setup kısmını kapatılarak solution ekranı ccedilift tıklanarak ccedilıkan ekran da RUN seccedililerek
ccediloumlzme işlemi başlatılmış olur
Ccediloumlzme işlemi bittiğinde results kısmından sonuccedillar goumlruumlntuumllenebilir
36
Şekil 29 Akışın Youmlnelişi
Şekil 30 Debi Sonucu
37
34 YENİ FAN TASARIMI
341 Fan Tasarımı İccedilin Kabuller
Havanın sıkıştırılamaz olduğunu kabul edildi Havanın sıkıştırılmaz olduğu
varsayılarak yoğunluğu değişmez ve 12 kgm3 olarak kabul edilir
Ccediloumlzuumlmde suumlrtuumlnmeler ve ısı kayıpları ihmal edilir Ccediluumlnkuuml bu değerlerin
hesaplanması ccedilok uzun suumlreceği iccedilin ccediloumlzuumlm youmlntemi iccedilin ekonomik olmaz
Gerccedilekle arasında ccedilok buumlyuumlk bir fark olmayacağı varsayılmıştır
Verimi arttırmak iccedilin orijinal fanın analizinden elde edilen tork değeri duumlşuumlk
tutulmaya ccedilalışılmıştır
Motorun tek bir youmlne doumlneceği duumlşuumlnuumllmuumlştuumlr
342 Fan Tasarım Parametreleri
Bir fan tasarımında belli başlı kriterleri ele alabilmek iccedilin mevcut fan uumlzerinden
değerler bulundu
Tablo 7 Mevcut Fanın Oumlzellikleri
Devir Sayısı ( ddk) r hub (mm) rtip (mm)
1498 25 77
Radyal hız hesaplandığında w= 15687 radsn bulunmuştur r hub diye isimlendirilen
kısım fanın giriş accedilısı iccedilin gerekli olan kanadın başlangıcı ile milin merkezi arasındaki
uzaklıktır r tip ise fan kanadının bitiş noktası ile mil merkezi arasındaki uzaklığın
yarıccedilap cinsinden ifadesi olmaktadır
38
Fan kanat tasarımında oumlnemli olan w (accedilısal hız)hızının kanatlara ne kadar dik
gelebildiğidir Bu kanat hacmine ne kadar iyi bir şekilde gelirse akışkan o denli iyi
akabilir ve kanat profili oluşur
U_hub= w (radsn) x r hub
U_tip = w x r tip
Beta = arctan(vu)
A_inlet= (r tip 1000)sup2π ndash r hub 1000)sup2π
Verim= (Q x P) (TxW)
V (akışın mutlak hızı)= Debi Alan
Tablo 8 Sonuccedil olarak elde edilen değerler
r_h (mm) 25 r_t (mm) 77 r_h (mm) 50 r_t (mm) 80
U_h (ms) 3927 U_t (ms) 1209516 U_h (ms) 7854 U_t (ms) 125664
A_in (m^2) 0016663 A_out (m^2)0012252
V_in (ms) 2350516 V_out 3196702
beta_h 5909726 beta_t 7900249 beta_h 678529 beta_t 7572755
giriş ccedilıkış
Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları
Bu değerlere goumlre BladeGende yeni bir kanat profili oluşturulur
r tip
r hub
Şekil 31 Fan Kanatlarının Accedilısı
39
Şekil 32 BladeGen Kanat Profili
Oluşturduğumuz bu geometriye daha oumlnceki boumlluumlmde bahsedilen fana yapılan adımlar
uygulandı (Yeni oluşturulan fanın geometrik deseni ektedir)
40
3421 Geometri
Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi
3422 Sayısal Ağ Oluşturma
Şekil 34 Yeni Fan Tasarımının Sayısal Ağ Oluşturulması
41
3423 Ccediloumlzuumlm
Şekil 35 Tasarımı Yapılan Fanın Verimi
Accumulated Time Step sayısı iterasyonu goumlstermektedir Daha fazla yakınsama iccedilin
daha fazla koşturulabilir
42
Şekil 36 Tasarımı Yapılan Fanın Torku
43
3423 Sonuccedillar
Şekil 37 Akışın Youmlnelişi
Bu kısımda verimi arttırabilmek iccedilin tork azaltılmaya ccedilalışıldı Boumlylece kanatlara
harcanan toplam guumlccedil azaltılarak iyileştirmeler yapıldı
44
Kanadın iş yapan kısmını arttırarak orijinal fanda kanadın suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilapı
154 mm iken yeni fan da 160 mmrsquoye ccedilıkarıldı
Kanatlar daha eğimli ama daha eksenel bir forma getirildi
Bu motorda toplam guumlccedil iccedilin 60 watt olduğunda yaklaşık 6 wattrsquo lık guumlccedil fan iccedilin
harcanıyordu Fanın verimliliği ccedilok oumlnemli olduğu iccedilin debiyi sabit tutulmaya
torku da duumlşuumlruumllmeye ccedilalışıldı
Tablo 9 ANSYSrsquo de Elde Edilen Deneyler
tork(Nm) w(radsn) m(kgs)
Orijinal Fan 00393645 15687 0048168
Yeni Fan 00043869 15687 0032261
Goumlruumllduumlğuuml gibi tork buumlyuumlk oranda duumlşmuumlş ancak onunla birlikte debi de biraz
duumlşmuumlştuumlr
343 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanması
Motorun arka ve oumln kısımlarına sırt sırta fan bağlayarak havanın akışını hızlandırma
ve soğutmayı arttırma işlemi amaccedillandı Gerccedilek boyutlarda uygulamadan oumlnce fanı
motor şeklini verilen kısım da tek başına analiz yapıldı Verimli bir sonuccedil alabilmek
iccedilin ikili fan deneyi yapıldı
3431 Geometri
Şekil 38 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Geometrisi
45
3432 Sayısal Ağ Oluşturma
Şekil 39 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Sayısal Ağ
Oluşturulması
Yapılan analiz de goumlzlemlenen sonuccedillar şunlardır
Bir motorun etrafında sınırlayıcı bir alan olmadığı iccedilin sınır şartları olarak setup
kısmında yine havayı 1 atm basınccedil olarak alınır Eğer sınırlayıcı bir alan olsaydı
oluklardan hava akışı doğrudan motorun arka kısmına gelecekti Ccedilıkış noktasına ise
kapak yerleştirildi giriş noktasında atmosfer ccedilıkışı ise kapak olarak sınırlandı
3433 Kod Ccediloumlzuumlmuuml
Debi ndash 000064 mᵌ sn olarak ccedilıktı Motorun hava ccedilıkış kısmına fan bağlamanın verimli
olmadığı sonucuna varıldı Oumlnceden oluşturulan oluklardaki 1cmrsquolik aralıklarla
havanın geniş bir alana gitmesi ccedilok zordur Ve bu akışı goumlnderebilmek iccedilin fazladan
basınccedil uygulanması gerekir Bu sebepler debinin duumlşmesine sebep olmuştur
46
Şekil 40 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Ccediloumlzuumlmuuml
47
BOumlLUumlM 4 SONUCcedilLAR
Verim= (Alınan Guumlccedil Verilen Guumlccedil)= (∆P x Q) (T x ὠ)
A_inlet = (r_tip)2 1000 - (r_hub)21000
A_outlet =( U_h1000)2 - (U-t1000)2
U= ὠ x r
Fan hesaplarıdan debi değeri ve tork değeri duumlşmuumlştuumlr Aşağıda yeni fanımızın verimi
yukarıdaki formuumlllere goumlre excelde hesaplanmıştır
tork(Nm) w(radsn) ṁ(kgm^3) verim deltap (Pa)
Orijinal Fan 00393645 15687 00391 60152783 95
Yeni Fan 00043869 15687 0039167 54068744
Tabloda da goumlruumllduumlğuuml uumlzere eski fanın oumlzelliklerine bakılarak hız uumlccedilgeni youmlntemiyle
oluşturulan yeni fan 540 verimli ccedilıkmıştır
Motorun oumln kısmın koyduğumuz fanda ise dar oluklardan buumlyuumlk bir hacime giriş
yaptığı iccedilin tek youmlnluuml analizde kuumltlesel debi negatif değerde ccedilıkmıştır
(Kuumltlesel debi) ṁ=ƍ( oumlzkuumltle) x A(alan) x V( akışkan hızı)=kgsn ndash Formuluumlnden
dolayı verimin hesaplanmasına gerek yoktur
48
BOumlLUumlM 5 EKLER
EK1- MEVCUT FAN
EK2- YENİ FAN
49
KAYNAKCcedilA
Baykal R 2011 Asenkron Motorlar Uumlzerine Enerjiİ Verimliliği Uygulanması
Yayın Tarihi 15032011
Ccedilalışkan M 2014 Eksenel Akışlı Fan Tasarımı Yuumlksek Lisans İstanbul Teknik
Uumlniversitesi TUumlRKİYE
Moavani S 2015 Sonlu Elemanlar Analizi Teorisi ve Ansys ile Uygulamalar
İstanbul
Onaygil S 2006 Enerji Verimliliği Kanunun Tanıtımı Yuumlksek Lisans
URL1 lthttpdeneysancomContentimagesdocumentshavalandirma-
4_39143832pdfgt Erişim Tarihi 12032016
URL2 lt httpwwweiegovtrgt Erişim Tarihi 20042016
URL3 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi
12052016
URL4 ltwwwtuumlikgovtrgt Erişim Tarihi 14052016
URL5 ltwwwemoorgtrekler364734147179187_ekpdfgt Erişim Tarihi 16052016
URL6 ltwwwinverter-plcnetmotoryıldız_uumlccedilgen_bağlantıhtmlgt Erişim Tarihi
18052016
URL7 ltwwweiegovtreie-webturkceenMotor_Verimliligi_Brosurupdfgt Erişim
Tarihi 20052016
URL8 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi
07062016
URL9 ltwwwfigescomtransysansys-nedirphpgt Erişim Tarihi 09062016
50
OumlZGECcedilMİŞLER
Elif CcedilİCcedilEK
Eyluumll 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Duumlzce Anadolu İmamhatip Lisesinde
tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi İlahiyat Fakuumlltesirsquoni kazandı 2012 yılında
Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine
başladı Halen eğitimine devam etmektedir
İletişim
apsuvaelifhotmailcom
Nesrin ALTUNBOĞA
Ağustos 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Haydarpaşa Teknik Okulları Raylı
Sistemler Teknolojileri Boumlluumlmuumlnuuml tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi
Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Boumlluumlmuumlnuuml kazandı Halen eğitimine
devam etmektedir
İletişim
naltunbogagmailcom
Rumeysa ALGUumlL
Ekim 1992rsquo de Konyarsquoda doğdu Lise oumlğrenimini Lafarge Aslan Ccedilimento Anadolu
Teknik Lisesirsquonde 2010 yılında tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi Teknoloji
Fakuumlltesi Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliğini kazandı 2013 yılında Teknoloji
Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine başladı Halen eğitimine devam
etmektedir
İletişim
rumeysaalgulgmailcom
51
52
14
bu motorun kontroluuml hem stator sargı uccedillarından ve hem de rotor sargı uccedillarından
yapılabilmektedir
Sincap kafesli motorun rotor sargısı buumlyuumlk motorlarda bakır ccedilubukların rotor
oluklarına yerleştirilmesi ve iki baştan kısa devre elde edilmesi ile oluşturulur Kuumlccediluumlk
motorlarda rotorun sincap kafesi aluumlminyum puumlskuumlrtme ve kalıplarla elde edilir
Rotoru sincap kafesli bir motorun sincap kafesi değişik biccedilimde oluklara yerleştirilir
Motorun oumlzellikle moment karakteristiğine istenilen oumlzelliği vermek iccedilin rotorda derin
oluklar ve ccedilift oluk kullanılır Birinci motora derin oluklu ya da derin ccedilubuklu motor
ve diğerine de ccedilift kafesli motor denir (Baykal 2011)
23 ASENKRON MOTORLARIN CcedilALIŞMA İLKESİ
Asenkron makinenin ccedilalıŞma ilkesi bir doumlner alanın varlığına dayanır Doumlner alan
senkron hız motor milinin hızı da rotor hızı olarak isimlendirilir Kayma da bu iki
hızın arasındaki fark olarak ifade edilmektedir
231 Doumlner Alan
Bir N-S mıknatısı ya da uumlzerinden akım geccedilen bir bobinin magnetik alanı N kutbundan
ccedilıkar ve S kutbuna girer Daimi mıknatıs ve doğru akım taşıyan bobinin manyetik
alanları mıknatıs ve bobin dışarıdan bir bobinle doumlnduumlruumlluumlrse bunların alanları da
beraber doumlner İşte bir mıknatısın doumlnduumlruumllmesi ile elde edilen alana doumlner alan denir
Uumlccedil fazlı asenkron motorun (enduumlksiyon motorun) statoruna birbirinden 120rsquoşer derece
faz farklı 3 faz sargısı yerleştirilmiştir En basit statorda her biri bir faza ait olmak
uumlzere 3 tane bobin bulunur Bir motor en az iki kutuplu olarak sarılabilir (Baykal
2011)
Şekil 9 Uumlccedil Faz bobininin 6 Oluklu Statora Yerleştirilişi
15
232 Senkron Hız
N-S kutuplarının saat ibresi youmlnuumlnde doumlnduumlğuuml goumlruumlluumlr uumlccedil fazlı alternatif akımdaki bir
periyotluk değişme N-S kutuplarının bir devir yapmasına sebep olur Alternatif akımın
frekansı 50 Hz ise saniyede 50 periyotluk bir değişme yapar Dolayısıyla statordaki
faz bobinlerinin meydana getirdiği N-S kutupları da saniyede 50 devirle doumlner Bu
dakikada 3000 devir eder Ccedilok fazlı bir stator sargısından aynı faz sayısında ccedilok fazlı
bir akım geccedilerse hava aralığında sabit genlikli bir doumlner alan oluşur Bu doumlner alanın
duran statora goumlre ns (n1) devir hızı şebeke frekansına doğru stator sargısının p ccedilift
kutup sayısına ters orantılıdır
1198991 = 601198911
119901
Senkron hız da denen doumlner alan hızı kutup sayısına goumlre buumlyuumlk basamaklar yaparak
değişir Asenkron motorlar ancak belli senkron hızlar iccedilin yapılabilir En fazla
kullanılan senkron hızlar 2 4 6 ve 8 kutup sayılarına ait olanlardır (Baykal 2011)
Tablo 6 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru
P
(Kutup Sayısı)
50 Hz 60 Hz
n1min-1 n1s-1 n1min-1 n1s-1
2 3000 50 3600 60
4 1500 25 1800 30
6 1000 1667 1200 20
8 750 125 900 15
16
233 Kayma
Senkron makine dışında buumltuumln diğer ccedilalışma tuumlrlerinde asenkron makinenin
ccedilalışabilmesi iccedilin rotor hızının doumlner alan hızından farklı olması gerekir Doumlner alanın
rotor uumlzerinden geccedilme hızına yani doumlner alan ile rotor hızı arasındaki cebirsel farka
kayma hızı n2 ve bu hızın doumlner alan hızına oranına kayma s denir Bu tanıma
dayanarak kayma devir hızına goumlre veya devir hızı kaymaya goumlre ifade edilebilir
n2 = n1 ndash n n = n1(1-s) 119904 = 1198992
1198991 =
1198991minus119899
1198991
Kayma oranlanmış bir buumlyuumlkluumlktuumlr ve ccediloğunlukla olarak ifade edilir Pozitif negatif
veya sıfır olabilir Oranlanmış rotor hızı n nı ile toplamı daima 1rsquoe eşittir Teorisel
olarak ndash infin ve +infin arasında değişebilir Durmada n = 0 ve s =1 dir Senkron ccedilalışmada
n = n1 ve s = 0 dır Bu iki sınır değer arasında asenkron makine motor olarak ccedilalışır
ve kayması daima pozitiftir Anma ccedilalışmasındaki değeri yuumlzde birkaccedil olup artan
anma guumlcuuml ile azalır ve kuumlccediluumlk guumlccedillerde yaklaşık 10 dan buumlyuumlk guumlccedillerde 1 in altına
duumlşer
Rotor doumlner alana goumlre ters youmlnde doumlnduumlğuumlnde elde edilen fren ccedilalışmada devir hızı
negatif ve kayma 1 den buumlyuumlktuumlr Rotor hızı doumlner alan hızını geccedilerse yani ngtn1 ise
kayma negatif olur (s lt 0) ve makine generatoumlr olarak ccedilalışmaya başlar (Baykal 2011)
Şekil 10 Standart Asenkron Motorların Anma Kayması ve Verimi
17
24 ASENKRON MOTOR CcedilEŞİTLERİ
Asenkron motorlar rotor yapılarına goumlre ikiye ayrılır
Sincap kafesli (Kısa devre rotorlu) Asenkron Motorlar
Bilezikli (Sargılı rotorlu) Asenkron Motorlar
241 Uumlccedil Fazlı Kısa Devre (Sincap Kafesli ) Asenkron Motorlar
Uumlccedil fazlı sincap kafesli motorun yapılısı basittir Az bakıma ihtiyaccedil goumlsterir Bu tip
motorun oumllccediluumlleri aynı guumlccedilteki başka tip motorların oumllccediluumllerinden kuumlccediluumlktuumlr Değişik
yuumlklerdeki hız reguumllasyonu ccedilok iyidir Fiyatının ucuzluğu yapılışının sağlamlığı ve
istenilen ccedilalışma oumlzelliğine sahip oluşu yuumlzuumlnden bu tip motorlar sanayide ccedilok
kullanılır
Rotorlar accedilılmış oluklara basınccedil altında erimiş aluumlminyum puumlskuumlrtuumllerek doldurulur
Rotorun her iki başındaki kısa devre halkalar da aluumlminyumdandır Ayrıca bu halkalar
uumlzerine kanatlar da bırakılarak rotor işletmede vantilasyon suretiyle soğutulması
sağlanır 250 kW guumlcuumlne kadar kısa devre kafesleri aluumlminyumdan yapılmış asenkron
motorlar mevcuttur
Buumlyuumlk guumlccedil istenilen işletmelerde kısa devre kafesi yuumlksek dikdoumlrtgen şeklinde bakır
ccedilubuklardan ve bunları rotorun her iki başında kısa devre eden bakır halkalardan
yapılır Rotorda kaccedil adet oluk varsa rotorun faz sayısı buna eşittir
Kısa devre kafesli asenkron motorun yol alma oumlzellikleri iyi değildir Ancak basit ve
ucuz olmaları nedeni ile yaygın biccedilimde kullanılmaktadır Yol almasını kolaylaştırmak
iccedilin yuumlksek ccedilubuklu veya ccedilift kafesli olarak yapılırlar (Baykal 2011)
Şekil 11 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru
18
242 Bilezikli (Sargılı rotorlu) AC Motorlar
Birccedilok sanayi yuumlklerinde uumlccedil fazlı değişik hızlı motora ihtiyaccedil duyulduğu yerler iccedilin
bilezikli asenkron motorlar geliştirilmiştir Bilezikli asenkron motorlara sargılı rotorlu
AC motor da denilmektedir Bu tip motorun statoru ile sargının yerleştirilmesi sincap
kafesli motorun aynıdır Rotor ccedilelik saccedillardan yapılmış silindirik bir goumlbektir 120
derece aralıklı uumlccedil adet tek fazlı kalıp sargısını yerleştirmek iccedilin rotor uumlzerine oyuklar
accedilılmıştır izoleli rotor bobinleri stator kutup sayısına eşit kutup sayısı elde edecek
şekilde gruplandırılmıştır Uumlccedil tek fazlı rotor sargısı aralarında yıldız bağlanarak ccedilıkış
uccedilları rotor mili uumlzerindeki uumlccedil bileziğe bağlanmıştır Bileziklere temas eden fırccedila uccedilları
hız kontroloumlruuml ayarlayıcısına bağlanır Fırccedilalar taşıyıcılar uumlzerindeki yayların basıncı
ile bileziklere sıkıca temas eder Doğru akım makinelerinde olduğu gibi youmln
değiştirmeye luumlzum olmadığı iccedilin fırccedila taşıyıcıları uygun bir durumda sıkıca tespit
edilmiştir
Bilezikli asenkron motorun rotorunda aynı statorunda olduğu gibi uumlccedil fazlı alternatif
akım sargısı vardır Stator 10 Kw guumlce kadar tek tabakalı orta guumlccedillerde ise iki tabakalı
sargılı yapılırlar Rotor ise tam oluklu veya kesirli oluklu sargılı olabilir Rotor sargı
uccedillarının bir tarafı bileziklere bağlanır Diğer tarafı ise kısa devre edilerek uumlccedil fazlı
sargının yıldız noktasını oluşturur Bilezikler uumlzerindeki fırccedila sistemi ile rotor
alternatif gerilim kaynağından ayrıca beslenir (Baykal 2011)
25 Elektrik Motorlarına Yıldız-Uumlccedilgen Yol Verme
Kalkış akımını duumlşuumlrmede en ekonomik youmlntemdir Uumlccedil kontaktoumlr ile bir zaman
roumllesinden oluşan kontaktoumlr kombinasyonudur Bu youmlntemle yol verebilmek iccedilin
motorun uumlccedilgen bağlı ccedilalışma gerilimi şebeke gerilimine eşit olmalıdır Oumlrneğin
uumllkemizde şebeke gerilimi 380 Volt olduğuna goumlre yıldız-uumlccedilgen yol verilecek motorun
etiketinde D380 V veya D380VY660V yazılı olmalıdır Volt elektrik motorlarında 2
ve 4 kutuplularda 3 kW (dacirchil) 6 kutuplularda 22 kW(dacirchil) den daha buumlyuumlk guumlccedilluuml
motorlar bu oumlzelliktedir Yani 380 V şebekede uumlccedilgen bağlı ccedilalıştırılırlar
Motora yıldız-uumlccedilgen yol verildiğinde direkt yol vermeye goumlre şebekeden ccedilekeceği
akım 3 katı azalır Yıldız-uumlccedilgen yol vermede amaccedil motoru kalkış suumlresince yıldız
19
bağlı ccedilalıştırmak ve kalkışını tamamlayan motoru hemen normal bağlantısı olan uumlccedilgen
bağlı olarak ccedilalıştırmaktır
Motor kalkış sırasında yıldız bağlı ccedilalıştırıldığından motor sargılarına uygulanan
gerilim U radic3 değerine motorun şebekeden ccedilektiği akım ise 13 değerine duumlşer
Motorun sargılarına uygunalan gerilim azaldığından momenti oumlnemli oumllccediluumlde kuumlccediluumlluumlr
Yıldız-uumlccedilgen yol vermenin kusursuz olması iccedilin motorun yuumlk momentinin yıldız
bağlamadaki motor momentinden buumlyuumlk olmaması ve yıldız bağlamadaki suumlrenin
uygun olması gerekir Bu geccediliş suumlresi ccedilok oumlnemlidir Motor yıldız bağlantıda iken
anma devir sayısına ulaşıldığı anda uumlccedilgen bağlantıya geccedililmesi ve fazla aralık
verilmemesi gerekir
Boumlyle olursa yıldızdan uumlccedilgen bağlantıya geccedilişteki uumlccedilgen kontaktoumlruumlnuumln kapamama
akımı kuumlccediluumlk ve yıldızdan uumlccedilgene geccediliş darbesiz olur Aksi halde uumlccedilgen bağlantıya
geccedilişte akımda geccedilici artışlar goumlruumlluumlr Bunun sonucu kontaktoumlruumln kontakları ani
yuumlksek ısı nedeniyle kaynak olabilir
Bir şebekede uumlccedilgen bağlı ccedilalışacak motor aynı şebekede yıldız bağlı (Y) olarak
ccedilalıştırılabilir Ancak bu durumda motorun guumlcuuml ve momenti duumlşer Bu oumlzellikten
yararlanarak asenkron motorların kalkış anında ccedilektikleri fazla akımı azaltmak iccedilin
yıldız-uumlccedilgen yol verme uygulanması yapılabilir
Şebekede yıldız bağlı ccedilalıştırılması gereken motor yanlışlıkla uumlccedilgen bağlı ccedilalıştırılırsa
sargılarına radic3 katı buumlyuumlk gerilim uygulanmış olur Gerilimdeki artış oranı kadar sargı
akımı buumlyuumlyeceğinden motor aşırı akım ccedileker ve kısa suumlrede artacak ısı sonucu
sargılar yanar
Onun iccedilin yıldız bağlı ccedilalışması gereken motor kesinlikle aynı şebekede uumlccedilgen bağlı
ccedilalıştırılmaz (URL6)
20
Şekil 12 Motora yıldız-uumlccedilgen yol verme
Şekil 13 Stator Sargı Uccedillarının Uumlccedilgen (D) Ve Yıldızı (Y) Bağlanması
Şekil 14 Asenkron Motora Yol Verme
21
26 FANLAR
261 Genel Bilgiler
Fanlar hava veya benzeri gazları basınccedillandırarak belirli bir akış yolu iccedilinde hareket
etmesini sağlayan turbo makinelerdir İyi bir fan istenilen performansı yerine
getirirken verimi yuumlksek enerjiyi daha az tuumlketen muumlmkuumln olduğunca guumlruumlltuumlsuumlz
ccedilalışan ve maliyeti duumlşuumlk olan fandır Fanların tahrik sistemlerinde elektrik motorları
kullanılmaktadır (URL3)
262 Fan Ccedileşitleri
Fanlar aşağıdaki gibi sınıflandırılmaktadır
Eksenel (aksiyel) fanlar
Radyal (santrifuumlj) fanlar
Karışık akışlı (eksenel-radyal) fanlar
Ccedilatı tuumlruuml fanlar
Karşıt akımlı fanlar (blower)
Vorteks ya da rejeneratif fanlar
Diğerleri
Elektrik motorlarında radyal fanlar kullanılmaktadır (URL8)
Bu kısımda projemiz iccedilin incelediğimiz 3 ccedileşit fanı accedilıklayacağız
2621 Eksenel Fanlar
Havanın fan ccedilarkı ile aynı eksende youmln değiştirmeden hareket ettiği fanlardır Yuumlksek
hava debileri ve duumlşuumlk basınccedil sınıfına sahip sistemler iccedilin uygun fanlardır Şekil 15
rsquode oklar akış youmlnuumlnuuml (simetri eksenine paralel) goumlstermektedir
22
Şekil 15 Akışın Simetri Ekseninde Hareket Etmesi
2622 Karışık Akışlı (Radyal-Eksenel) Fanlar
Havanın kanatlar uumlzerinden emmesine goumlre yaklaşık 45deg accedilı yaparak hareket ettiği
fanlardır Radyal fanlara goumlre hava debisi daha yuumlksektir
Eksenel fanlardan daha yuumlksek basınca dayanabilir
Fan eğrisi uumlzerinde kararsız boumllge yoktur
Karşı basıncın duumlşuumlk olduğu boumllgelerde motor aşırı akım ccedilekmez
Eksenel ve radyal fanlara goumlre verimleri duumlşuumlktuumlr (URL6)
Şekil 16 Karışık Akışlı Fan Uygulamaları
23
2623 Radyal (Santrifuumlj) Fanlar
Havanın fan ccedilarkını emmesine goumlre 90deg accedilı yaparak kanatlara teğet olarak terk ettiği
fanlardır
Radyal fanların avantajları aşağıdaki gibidir
Geniş bir uygulama aralığına sahiptir
Yuumlksek sıcaklık ve aşındırıcı ortam uygulamalarında kulanılır
Değişken akış direncine sahip yerlerde daha verimli ve daha sessiz ccedilalışma
olanakları vardır
Yapısal kararlılıkları yuumlksektir (URL6)
Radyal Duumlz Kanatlı Fanlar
Genellikle kendi kendini temizleme malzeme taşıma ve parccedilacık ve yağ yuumlkluuml havanın
uygun halde taşınması gibi durumlarda kullanılırlar ve bunun iccedilin duumlz kanatları vardır
Ccedilarkları basit bir yapıya sahiptir ve nispeten dar kanatları vardır
Elektrik motorlarında genellikle ccedilift youmlnluuml ccedilalışmaya uygun olması iccedilin radyal duumlz
kanat tipli bu fanlar seccedililiyor
Şekil 17 Radyal Duumlz Kanatlı Fanlara Oumlrnekler
24
BOumlLUumlM 3 BULGULAR VE TARTIŞMA
31 SONLU ELEMANLAR YOumlNTEMİ
Sonlu elemanlar youmlntemi muumlhendislik problemlerine kabul edilebilir yaklaşımlarla
ccediloumlzuumlm arayan sayısal youmlntemdir (Moavani 2015) Sonlu elemanlar youmlntemi diğer bir
ifade şekliyle fiziksel şeklin matematiksel ifadesidir Bu kurduğumuz siste sınırlara
ayırılabilen ve malzeme şartlarına uygun olan bir sistem olmalıdır
Sonlu eleman youmlntemindeki basamaklar
Yaklaşık Ccediloumlzuumlm Youmlntemi
Geometrik Şekil
Nod
Eleman
Mesh
Ayrıklaştırma
Şekil 18 Sonlu Eleman Modeli
Eleman
Nod
(Duumlğuumlm
noktaları)
25
Sonlu elemanlar youmlntemi matematik ve fizik biliminin buumltuumln alanlarında kullanılır
Gerilme Analizi
Akışkanlar Mekaniği
Isı İletimi
Dalga Yayılımı
Darbe Analizi
Aerodinamik vb alanlardır
Sonlu elemanlar youmlntemini kullanırken oumlncelikle şu soruların cevaplarını bulmalıyız
Dizayn amacımız nedir
Bu sistemi modellemek iccedilin gerekli olan bilgiler nelerdir
Bu dizayn iccedilin hangi kriterler gerekir
311 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Pozitif Youmlnleri
Geometrisi karışık cisimlerin incelenmesini kolaylaştırır Geometri basit kısımlara
ayrılıp burada ayrı veya daha hassas işlemler yapılabilir
Parccedilanın geometrisini değiştirmeye gerek kalmaz
Youmlntemde hem fiziksel hem matematiksel temeli vardır
Sonlu elemanlar youmlntemi iccedilin ccedilok farklı programlar bulunmaktadır (Ansys Marc
Nastran ) (Moavani 2015)
312 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Negatif Youmlnleri
Elde edilen sonuccedilların doğruluğu hangi sonlu youmlnteminin kullanıldığına bağlıdır
Ccedilıkacak durum oumlnceden tespit edilmeli ve ona goumlre bir ccediloumlzuumlm youmlntemi
kullanılmalıdır Bu yuumlzden oumlnceden iyi tesipt edilemezse doğru değer bulunamaz
ve doğru ccediloumlzuumlm iccedilin zaman kaybı olabilir
Doğru ccediloumlzuumlm iccedilin elemanın ayrıştırılması (mesh) atanması gerekir
Bu meshin iyi atılması gerekir yoksa ccediloumlzuumlmuumln yakınsamaları değişebilir
(Moavani 2015)
26
32 ANSYS PROGRAMI
ANSYS genel amaccedillı kullanılan sonlu elemanlar programıdır Ansys yazılımı
mukavemet titreşim akışkanlar mekaniği ısı transferi ve elektromanyetik alanlarının
birbiri ile olan interaksiyonunu simule eden yazılımdır
Boumlylelikle ANSYS uumlruumlnlerin prototipleri uumlretilmeden sanal ortamda test edilmelerine
olanak sağlar Ayrıca sanal ortamdaki 3 boyutlu simulasyonlar neticesinde yapıların
zayıf noktalarının tespiti ve iyileştirilmesi ile oumlmuumlr hesaplarının gerccedilekleştirilmesi ve
muhtemel problemlerin oumlngoumlruumllmesi muumlmkuumln olmaktadır
ANSYS yazılımı sadece ihtiyaccedil duyulan oumlzelliklerin alınmasına fırsat vererek ilave
edilebilen CAD ve FEA bağlantı modulleri ile masa uumlstuumlnde kullanılan diğer
muumlhendislik yazılımları ile entegre bir şekilde ccedilalışabilmektedir
ANSYS yazılımı hem dışarıdan CAD datalarını alabilmekte hem de iccedilindeki
preprocessing imkacircnları ile geometri oluşturulmasına izin vermektedir Yine aynı
preprocessr iccedilinde hesaplama iccedilin gerekli olan sonlu elemanlar modeli yani mesh de
oluşturulmaktadır Yuumlklerin tanımlanmasından sonra ve gerccedilekleştirilen analiz
neticesinde sonuccedillar sayısal ve grafiksel olarak elde edilebilir
ANSYS yazılımı ile oumlzellikle contact algoritmalarının ccedileşitliliği zamana bağımlı
yuumlkleme oumlzellikleri ve nonlinear malzeme modelleri sayesinde yuumlksek muumlhendislik
seviyedeki analizleri hızlı guumlvenilir ve pratik bir şekilde gerccedilekleştirilebilmektedir
ANSYS Workbench parametrik CAD sistemlerini eşsiz bir otomasyon ve performans
ile simulasyon teknolojilerini entegre eden bir platformdur ANSYS Workbenchrsquoin
guumlcuuml yılların bilgi birikimi ile arkasında duran ANSYS ccediloumlzuumlcuuml algoritmalarından gelir
Ayrıca ANSYS Workbenchrsquoin amacı sanal ortamda uumlruumlnuumln verifikasyonunu ve
iyileştirmesini sağlamaktır
Oumlzellikle PC ile uyumluluğun uumlst seviyede olabilmesi iccedilin yazılmış olan ANSYS
Workbench sadece bir arayuumlzden ileri bir ccedilalışma ortamındır ve ANSYS Workbench
ile herhangi bir ANSYS lisansına sahip herkes ccedilalışabilir Aynı alışılagelmiş ANSYS
arabiriminde olduğu gibi ANSYS Workbenchrsquode de kapasiteler sahip olunan lisansın
doğrultusunda sınırlıdır (URL9)
27
ANSYS programının bu oumlzelliklerinden dolayı programı kullanmaya karar verdik
Ansys programının oumlncellikle akışkan mekaniği ve dinamiğinde kullanılan iki ayrı
boumlluumlmuuml bulunmaktadır Bu boumlluumlmler Fluent ve CFX boumlluumlmleridir Bizim
kullandığımız boumlluumlm ise ANSYS CFX boumlluumlmuumlduumlr
33 MEVCUT FAN UumlZERİNDE YAPILAN ANALİZLER
ANSY projesinde oumlncelikle CFX kısmını kullanıldı Ccediluumlnkuuml ANSYS programında
CFX ve Fluent programı hesaplamalı akışkanlar dinamiği iccedilin kullanılmaktadır Ancak
ANSYS CFX turbo makinalar iccedilin kullanıldığından oumlnceden de goumlsterildiği gibi bir
nod alırken huumlcrelerin orta noktalarından nod hesabı yaptığı iccedilin verdiği değerler fan
analizi iccedilin daha iyi bir yakınsama goumlsterir Bu sebeple ANSYS CFX kısmı kullanıldı
İlk olarak mevcut fan uumlzerinde ccedileşitli incelemeler yapıldı
Mevcut fan uumlzerinde 10 kanat var iken suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilok fazla olduğu saptandı
Bunun uumlzerine motorun akışını kolaylaştırma yoluna gidildi
Havayı oluklara daha iyi aktarabilecek kısım fanın kanat boyu olduğu iccedilin fanın
kanatlarının uzunluğunda değişiklik yapılmasına karar verildi
Fandan ccedilekilen debi miktarı ve tork değerlerini tam alabilmek ve mevcut fanın
verimini oumllccedilebilmek iccedilin oumlncelikle esas oumllccediluumllerine goumlre ccedilizilen fan ANSYS
programına aktarıldı File gt Import gt Design Moduler şeklinde SolidWorksrsquo ten
ANSYS programına aktarıldı
Şekil 19 SolidWorksrsquo ten İmport Etmek
28
Fanın ccedilevresinde akış hacmi oluşturmak iccedilin katı modelin ccedilevresindeki hava
modellenir
331 Geometri
Oluşturulan akış hacminde havanın giriş ve ccedilıkış kısımları İnlet-Outlet şeklinde
belirtilir
Analys tools komutlarından xy duumlzleminde halka oluşturulur
Burada modeling kısmı 3 boyutlu işlem yapacağı zaman seccedililen kısımdır
Aşağıdaki şekilde de goumlruumlleceği uumlzere
Şekil 20 Akış Alanı Belirleme
Burada exturude komutuyla birlikte oluşturulacak akış hacminin kaccedil mm
uzatılacağı belirtilir Hepsini bir buumltuumln haline getirmemek iccedilin lsquovar olanla
birleştirilsin mirsquo sorusuna hayır denilir
Daha sonra ccedilevresine yayılan boşluk iccedilin Outlet tanımlaması yapılır
Bu işlemleri gerccedilekleştirdikten sonra kesit gerekir İlk oumlnce plane (duumlzlem)
belirlenir Bunun iccedilin hangi duumlzlemi seccedililecek ise (oumlrneğin xy) onu seccedilip plane
tıklanır Plane boumllgesinden ne kadar uzakta olacağı belirlenir Biz de değer 34 mmrsquo
dir Ccediluumlnkuuml kanatların boyu 31 mm olduğundan mesh atamada sorun ccedilıkmaması
29
iccedilin 34 mm uzaklıkta bir plane atanır Bu Planersquoi slice komutuyla keserek 3 farklı
boumllge oluşturulmuş olur
Akışkan hacmini oluşturmak iccedilin dolu olan kısımlar belirlenip ona goumlre hareket
edilir Bunun iccedilinde milin iccedilini dolu kabul edilir
Akışkan hacmi iccedilin yapılan bir diğer işlem ise oluşturulan hacimden fanın hacmini
booelangt substrack komutları ile akışkan hacminin bulunmasıdır
Mevcut fanın uumlzerine sağ tıklanarak ve suppress body komutu seccedililir Boumlylelikle
fanı gizleyerek sadece akışkan hacmi goumlruumlluumlr
Daha sonra oluşan parccedilaların arasında boşluk olmaması iccedilin ve bağlantı sağlamak
iccedilin part kısımlarını seccedililerek sağ tıklanır from new part seccedililir
Şekil 21 Slice Komutu ile Boumllgelere Ayırma
30
Şekil 22 Parccedilalar Arası Bağlantının Sağlandığı FromNew Part Boumlluumlmuuml
Mesh kısmını suumlruumlkleyip project schematic boumlluumlme bırakılır Bu boumlluumlmde geometri
onaylanır ve en altta bulunan meshrsquoe tıklanır
332 Sayısal Ağ Oluşturma (Mesh)
Şekil 23 Mesh oluşturma
31
Şekil 24 Mesh Geometrisi
Sonlu sayıda hacimle ccedilalışıldığından sonlu sayıda hacime boumllmek gerekir Sonlu
sayıda hacime boumlluumlnen kısımlar farklı farklı olabilir
Bu huumlcreler kapsadığı alanın oumlzelliklerini yansıtır Bunların ccedilevresindeki nodlar
bunların ortalaması ile belli bir oumlzelliğe sahip olmuş olur
Bu huumlcrelerin arttırılması yani ayrıştırmaların ccediloğaltılması ne kadar fazla olursa o
kadar yakınsama olur ve ccediloumlzuumlm iyileşir
Ancak sayısal ağ ccedilok fazla attırıldığında ccediloumlzuumlm suumlresi ccedilok fazla artacağından
ekonomik değildir
Bu sebepten dolayı mesh ( ayrıştırma) atarken akışkanın en fazla değişim
goumlstereceği kısımlarda daha fazla sayısal ağ oluşturulur Boumlylelikle daha iyi bir
yakınsama elde edilir Akışkanın değişim goumlstereceği yerler genellikle yuumlzeylerle
temas edilen kısımlardır Mevcut fanın analizin de orta kısımlarda pek fazla
değişiklik olmaz Bu nedenle sınırlara yakın kısımlara daha fazla ağ oluşturulur
Detail of Mesh kısmından hangi kısımlarda ne kadar buumlyuumlkluumlkte mesh
atılabileceğine bakılır
32
Detail of Mesh kısmından Phsics preference kısmı seccedililerek CFDrsquoi seccedililir Solver
Preference kısmından ise CFXrsquoi seccedilip devam edilir
Analiz yaparken belirlenmesi gereken kısımlar vardır Bunun iccedilin diğer kısımlar
seccedililerek hide body seccedililerek kapatılır ve select all body seccedililerek kanatlara isim
verilir
Şekil 25 Mesh İsimlendirme
Akışkanın girişine inlet ccedilıkışına outlet denilir
Mesh atımında minimum yakalayacağı huumlcreler ile maksimum yakalayacağı
huumlcrelerin milimetre hesabı oumlnemlidir Bu yuumlzden kanadın kalınlığı 25 mm olduğu
iccedilin 2 mmrsquo den az olan huumlcre belirlenir Maksimum 15 mmrsquo den buumlyuumlk huumlcreler
olması duumlşuumlnuumllerek analizin yakınsaması sağlandı
Meshrsquoi tıklayıp oradan insert size kısmın da bulunan isimlerde kanatlar seccedililir
Kanatlara maksimum 3 mm buumlyuumlkluumlk seccedililir Devamında ise kanatları hide face
komutuyla gizlenir ve geriye kalan kısımlar iccedilin sizing iccedilin yine 3 mm verilir
Daha sonra kanat ve ccedilevresine ccedilizilen akış hacmi seccedililerek tekrar size kısmından
buumltuumlnuumlne 8 mm verilir Bu kısım iccedilin mesh atanır Yuumlzeyler seccedililerek Preview
Surface Mesh on Selected Bodies denilir ve mesh işlemi tamamlanmış olur
33
Şekil 26 Meshrsquo in Goumlsterimi
Ancak mesh işleminde silindirik yuumlzeylerde sweep komutuyla daha kolay mesh
atılabileceği iccedilin istenen yuumlzey iccedilin sağ tıklayıp İnsertgt Method gtSweep Number
Divs komutlarından kaccedil sıra mesh atılacağı belirlenir 20 sıra vererek mesh atıldı
Suumlpuumlrme işlemi ile mesh atarken hangi yuumlzeyi kaynak olarak alınacağı da
boumlylelikle belirlenmiş olur
Mesh sayfasını kapatıp daha sonrasında workbench kısmında meshin uumlzerine cfx
kısmını bırakılır
Mesh setupgt solutiongt results dan sonuccedillar elde edilir
Daha sonra geometry design da motorun kapağına uygun bir sınır belirlenerek
analiz yapılır
Geometriyi duumlzenlenerek CFXrsquo e aktarılır
Daha oumlncesinde de bahsedildiği uumlzere ANSYS de CFX kullanıldı CFX
kullanılmasının bir diğer sebebi de CFXrsquo in fan konusunda ANSYSlsquo in mesh
kısmından daha bağımsız ve daha hassas olmasıdır
Yapılan isimlendirmeler tekrar kontrol edilir Her farklı işlev iccedilin farklı
isimlendirme yapmak ccedilok oumlnemlidir boumlylece havanın nereden girip ne şekilde
ccedilıkacağını isimlendirmelerden goumlruumllebilir Ve bu isimlendirmeler iccedilin ayrı ayrı kod
yazılır
34
333 Sınır Şartları
Şekil 27 Sınır Şartlarının Belirlenmiş Hali
ANSYS setup kısmında Insert gt Solver gt Output Control komutları seccedililerek code
yazılır MassFlow ()inlet gt Torque_z()kanatlar olarak giriş kısmının kuumltlesel
debisi iccedilin komut yazılır
Ayrıca Insert gt Material kısmından sıcaklığı 25reg basıncı 1 atm entalpi değerini 0
olarak şartları belirlenir
Malzemenin kapak kısmı ccedilelik olarak belirlenir
Solver Control kısmından high resuluiton seccedililerek ccediloumlzuumlmuumln kalitesi arttırılır
Solver Control kısmından Residual Target artık tipini RMS olarak ve onun
yakınsama sınırı 10-5 belirlenir Rms elemanların karelerinin koumlkuumlnuuml alarak
ortalamasını alan youmlntemdir
Yine Solver Control kısmından minimum iterasyonu 1 maksimum İterasyonu ise
500 verilir
İnlet kısmı belirlenirken Boundary Type ( sınır şartları) opening olarak seccedililir
Opening verilmesindeki amaccedil akışkanların iccedileriden girip dışarıya ccedilıkışlarının
sağlanmasıdır Aksi halde ccediloumlzuumlmuumln yakınsamasın da sorunlar oluşabilir Opening
şartında ayrıca akışkan daha ccedilabuk toparlanır ve analiz daha kolaylaşır
Flow Direction komutunda normal sınır şartları belirlenir
Suumlreklilik şartı olarak da Fluid Mass Fluxrsquou seccedililir Bunun yanında sınır kontuumlruuml
iccedilin bağıl basınccedil ayarlarını seccedililir Aynı şekilde outlet iccedilin de aynı ayarlar yapılır
35
Domaine basılıp kapak kısımları ve motor kısımları seccedililir Bu dış kısımları duvar
olarak belirlenir ve duvar hareket edemeyeceğinden No Slip Wall seccedileneği olarak
belirtilir Duvarları suumlrtuumlnmesiz olduğu varsayılıyor
Fan ve kanatlar kısmında Boundry Type olarak Wall olarak belirleyip Frame type
gt rotating (doumlnuumlyor) belirtilir
Ccediloumlzuumlm metodu olarak RNG k-euro modeli kullanılır
Şekil 28 Setup Koşulların Belirlenmesi
334 Ccediloumlzuumlm - Sonuccedillar
Setup kısmını kapatılarak solution ekranı ccedilift tıklanarak ccedilıkan ekran da RUN seccedililerek
ccediloumlzme işlemi başlatılmış olur
Ccediloumlzme işlemi bittiğinde results kısmından sonuccedillar goumlruumlntuumllenebilir
36
Şekil 29 Akışın Youmlnelişi
Şekil 30 Debi Sonucu
37
34 YENİ FAN TASARIMI
341 Fan Tasarımı İccedilin Kabuller
Havanın sıkıştırılamaz olduğunu kabul edildi Havanın sıkıştırılmaz olduğu
varsayılarak yoğunluğu değişmez ve 12 kgm3 olarak kabul edilir
Ccediloumlzuumlmde suumlrtuumlnmeler ve ısı kayıpları ihmal edilir Ccediluumlnkuuml bu değerlerin
hesaplanması ccedilok uzun suumlreceği iccedilin ccediloumlzuumlm youmlntemi iccedilin ekonomik olmaz
Gerccedilekle arasında ccedilok buumlyuumlk bir fark olmayacağı varsayılmıştır
Verimi arttırmak iccedilin orijinal fanın analizinden elde edilen tork değeri duumlşuumlk
tutulmaya ccedilalışılmıştır
Motorun tek bir youmlne doumlneceği duumlşuumlnuumllmuumlştuumlr
342 Fan Tasarım Parametreleri
Bir fan tasarımında belli başlı kriterleri ele alabilmek iccedilin mevcut fan uumlzerinden
değerler bulundu
Tablo 7 Mevcut Fanın Oumlzellikleri
Devir Sayısı ( ddk) r hub (mm) rtip (mm)
1498 25 77
Radyal hız hesaplandığında w= 15687 radsn bulunmuştur r hub diye isimlendirilen
kısım fanın giriş accedilısı iccedilin gerekli olan kanadın başlangıcı ile milin merkezi arasındaki
uzaklıktır r tip ise fan kanadının bitiş noktası ile mil merkezi arasındaki uzaklığın
yarıccedilap cinsinden ifadesi olmaktadır
38
Fan kanat tasarımında oumlnemli olan w (accedilısal hız)hızının kanatlara ne kadar dik
gelebildiğidir Bu kanat hacmine ne kadar iyi bir şekilde gelirse akışkan o denli iyi
akabilir ve kanat profili oluşur
U_hub= w (radsn) x r hub
U_tip = w x r tip
Beta = arctan(vu)
A_inlet= (r tip 1000)sup2π ndash r hub 1000)sup2π
Verim= (Q x P) (TxW)
V (akışın mutlak hızı)= Debi Alan
Tablo 8 Sonuccedil olarak elde edilen değerler
r_h (mm) 25 r_t (mm) 77 r_h (mm) 50 r_t (mm) 80
U_h (ms) 3927 U_t (ms) 1209516 U_h (ms) 7854 U_t (ms) 125664
A_in (m^2) 0016663 A_out (m^2)0012252
V_in (ms) 2350516 V_out 3196702
beta_h 5909726 beta_t 7900249 beta_h 678529 beta_t 7572755
giriş ccedilıkış
Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları
Bu değerlere goumlre BladeGende yeni bir kanat profili oluşturulur
r tip
r hub
Şekil 31 Fan Kanatlarının Accedilısı
39
Şekil 32 BladeGen Kanat Profili
Oluşturduğumuz bu geometriye daha oumlnceki boumlluumlmde bahsedilen fana yapılan adımlar
uygulandı (Yeni oluşturulan fanın geometrik deseni ektedir)
40
3421 Geometri
Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi
3422 Sayısal Ağ Oluşturma
Şekil 34 Yeni Fan Tasarımının Sayısal Ağ Oluşturulması
41
3423 Ccediloumlzuumlm
Şekil 35 Tasarımı Yapılan Fanın Verimi
Accumulated Time Step sayısı iterasyonu goumlstermektedir Daha fazla yakınsama iccedilin
daha fazla koşturulabilir
42
Şekil 36 Tasarımı Yapılan Fanın Torku
43
3423 Sonuccedillar
Şekil 37 Akışın Youmlnelişi
Bu kısımda verimi arttırabilmek iccedilin tork azaltılmaya ccedilalışıldı Boumlylece kanatlara
harcanan toplam guumlccedil azaltılarak iyileştirmeler yapıldı
44
Kanadın iş yapan kısmını arttırarak orijinal fanda kanadın suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilapı
154 mm iken yeni fan da 160 mmrsquoye ccedilıkarıldı
Kanatlar daha eğimli ama daha eksenel bir forma getirildi
Bu motorda toplam guumlccedil iccedilin 60 watt olduğunda yaklaşık 6 wattrsquo lık guumlccedil fan iccedilin
harcanıyordu Fanın verimliliği ccedilok oumlnemli olduğu iccedilin debiyi sabit tutulmaya
torku da duumlşuumlruumllmeye ccedilalışıldı
Tablo 9 ANSYSrsquo de Elde Edilen Deneyler
tork(Nm) w(radsn) m(kgs)
Orijinal Fan 00393645 15687 0048168
Yeni Fan 00043869 15687 0032261
Goumlruumllduumlğuuml gibi tork buumlyuumlk oranda duumlşmuumlş ancak onunla birlikte debi de biraz
duumlşmuumlştuumlr
343 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanması
Motorun arka ve oumln kısımlarına sırt sırta fan bağlayarak havanın akışını hızlandırma
ve soğutmayı arttırma işlemi amaccedillandı Gerccedilek boyutlarda uygulamadan oumlnce fanı
motor şeklini verilen kısım da tek başına analiz yapıldı Verimli bir sonuccedil alabilmek
iccedilin ikili fan deneyi yapıldı
3431 Geometri
Şekil 38 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Geometrisi
45
3432 Sayısal Ağ Oluşturma
Şekil 39 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Sayısal Ağ
Oluşturulması
Yapılan analiz de goumlzlemlenen sonuccedillar şunlardır
Bir motorun etrafında sınırlayıcı bir alan olmadığı iccedilin sınır şartları olarak setup
kısmında yine havayı 1 atm basınccedil olarak alınır Eğer sınırlayıcı bir alan olsaydı
oluklardan hava akışı doğrudan motorun arka kısmına gelecekti Ccedilıkış noktasına ise
kapak yerleştirildi giriş noktasında atmosfer ccedilıkışı ise kapak olarak sınırlandı
3433 Kod Ccediloumlzuumlmuuml
Debi ndash 000064 mᵌ sn olarak ccedilıktı Motorun hava ccedilıkış kısmına fan bağlamanın verimli
olmadığı sonucuna varıldı Oumlnceden oluşturulan oluklardaki 1cmrsquolik aralıklarla
havanın geniş bir alana gitmesi ccedilok zordur Ve bu akışı goumlnderebilmek iccedilin fazladan
basınccedil uygulanması gerekir Bu sebepler debinin duumlşmesine sebep olmuştur
46
Şekil 40 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Ccediloumlzuumlmuuml
47
BOumlLUumlM 4 SONUCcedilLAR
Verim= (Alınan Guumlccedil Verilen Guumlccedil)= (∆P x Q) (T x ὠ)
A_inlet = (r_tip)2 1000 - (r_hub)21000
A_outlet =( U_h1000)2 - (U-t1000)2
U= ὠ x r
Fan hesaplarıdan debi değeri ve tork değeri duumlşmuumlştuumlr Aşağıda yeni fanımızın verimi
yukarıdaki formuumlllere goumlre excelde hesaplanmıştır
tork(Nm) w(radsn) ṁ(kgm^3) verim deltap (Pa)
Orijinal Fan 00393645 15687 00391 60152783 95
Yeni Fan 00043869 15687 0039167 54068744
Tabloda da goumlruumllduumlğuuml uumlzere eski fanın oumlzelliklerine bakılarak hız uumlccedilgeni youmlntemiyle
oluşturulan yeni fan 540 verimli ccedilıkmıştır
Motorun oumln kısmın koyduğumuz fanda ise dar oluklardan buumlyuumlk bir hacime giriş
yaptığı iccedilin tek youmlnluuml analizde kuumltlesel debi negatif değerde ccedilıkmıştır
(Kuumltlesel debi) ṁ=ƍ( oumlzkuumltle) x A(alan) x V( akışkan hızı)=kgsn ndash Formuluumlnden
dolayı verimin hesaplanmasına gerek yoktur
48
BOumlLUumlM 5 EKLER
EK1- MEVCUT FAN
EK2- YENİ FAN
49
KAYNAKCcedilA
Baykal R 2011 Asenkron Motorlar Uumlzerine Enerjiİ Verimliliği Uygulanması
Yayın Tarihi 15032011
Ccedilalışkan M 2014 Eksenel Akışlı Fan Tasarımı Yuumlksek Lisans İstanbul Teknik
Uumlniversitesi TUumlRKİYE
Moavani S 2015 Sonlu Elemanlar Analizi Teorisi ve Ansys ile Uygulamalar
İstanbul
Onaygil S 2006 Enerji Verimliliği Kanunun Tanıtımı Yuumlksek Lisans
URL1 lthttpdeneysancomContentimagesdocumentshavalandirma-
4_39143832pdfgt Erişim Tarihi 12032016
URL2 lt httpwwweiegovtrgt Erişim Tarihi 20042016
URL3 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi
12052016
URL4 ltwwwtuumlikgovtrgt Erişim Tarihi 14052016
URL5 ltwwwemoorgtrekler364734147179187_ekpdfgt Erişim Tarihi 16052016
URL6 ltwwwinverter-plcnetmotoryıldız_uumlccedilgen_bağlantıhtmlgt Erişim Tarihi
18052016
URL7 ltwwweiegovtreie-webturkceenMotor_Verimliligi_Brosurupdfgt Erişim
Tarihi 20052016
URL8 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi
07062016
URL9 ltwwwfigescomtransysansys-nedirphpgt Erişim Tarihi 09062016
50
OumlZGECcedilMİŞLER
Elif CcedilİCcedilEK
Eyluumll 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Duumlzce Anadolu İmamhatip Lisesinde
tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi İlahiyat Fakuumlltesirsquoni kazandı 2012 yılında
Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine
başladı Halen eğitimine devam etmektedir
İletişim
apsuvaelifhotmailcom
Nesrin ALTUNBOĞA
Ağustos 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Haydarpaşa Teknik Okulları Raylı
Sistemler Teknolojileri Boumlluumlmuumlnuuml tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi
Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Boumlluumlmuumlnuuml kazandı Halen eğitimine
devam etmektedir
İletişim
naltunbogagmailcom
Rumeysa ALGUumlL
Ekim 1992rsquo de Konyarsquoda doğdu Lise oumlğrenimini Lafarge Aslan Ccedilimento Anadolu
Teknik Lisesirsquonde 2010 yılında tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi Teknoloji
Fakuumlltesi Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliğini kazandı 2013 yılında Teknoloji
Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine başladı Halen eğitimine devam
etmektedir
İletişim
rumeysaalgulgmailcom
51
52
15
232 Senkron Hız
N-S kutuplarının saat ibresi youmlnuumlnde doumlnduumlğuuml goumlruumlluumlr uumlccedil fazlı alternatif akımdaki bir
periyotluk değişme N-S kutuplarının bir devir yapmasına sebep olur Alternatif akımın
frekansı 50 Hz ise saniyede 50 periyotluk bir değişme yapar Dolayısıyla statordaki
faz bobinlerinin meydana getirdiği N-S kutupları da saniyede 50 devirle doumlner Bu
dakikada 3000 devir eder Ccedilok fazlı bir stator sargısından aynı faz sayısında ccedilok fazlı
bir akım geccedilerse hava aralığında sabit genlikli bir doumlner alan oluşur Bu doumlner alanın
duran statora goumlre ns (n1) devir hızı şebeke frekansına doğru stator sargısının p ccedilift
kutup sayısına ters orantılıdır
1198991 = 601198911
119901
Senkron hız da denen doumlner alan hızı kutup sayısına goumlre buumlyuumlk basamaklar yaparak
değişir Asenkron motorlar ancak belli senkron hızlar iccedilin yapılabilir En fazla
kullanılan senkron hızlar 2 4 6 ve 8 kutup sayılarına ait olanlardır (Baykal 2011)
Tablo 6 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru
P
(Kutup Sayısı)
50 Hz 60 Hz
n1min-1 n1s-1 n1min-1 n1s-1
2 3000 50 3600 60
4 1500 25 1800 30
6 1000 1667 1200 20
8 750 125 900 15
16
233 Kayma
Senkron makine dışında buumltuumln diğer ccedilalışma tuumlrlerinde asenkron makinenin
ccedilalışabilmesi iccedilin rotor hızının doumlner alan hızından farklı olması gerekir Doumlner alanın
rotor uumlzerinden geccedilme hızına yani doumlner alan ile rotor hızı arasındaki cebirsel farka
kayma hızı n2 ve bu hızın doumlner alan hızına oranına kayma s denir Bu tanıma
dayanarak kayma devir hızına goumlre veya devir hızı kaymaya goumlre ifade edilebilir
n2 = n1 ndash n n = n1(1-s) 119904 = 1198992
1198991 =
1198991minus119899
1198991
Kayma oranlanmış bir buumlyuumlkluumlktuumlr ve ccediloğunlukla olarak ifade edilir Pozitif negatif
veya sıfır olabilir Oranlanmış rotor hızı n nı ile toplamı daima 1rsquoe eşittir Teorisel
olarak ndash infin ve +infin arasında değişebilir Durmada n = 0 ve s =1 dir Senkron ccedilalışmada
n = n1 ve s = 0 dır Bu iki sınır değer arasında asenkron makine motor olarak ccedilalışır
ve kayması daima pozitiftir Anma ccedilalışmasındaki değeri yuumlzde birkaccedil olup artan
anma guumlcuuml ile azalır ve kuumlccediluumlk guumlccedillerde yaklaşık 10 dan buumlyuumlk guumlccedillerde 1 in altına
duumlşer
Rotor doumlner alana goumlre ters youmlnde doumlnduumlğuumlnde elde edilen fren ccedilalışmada devir hızı
negatif ve kayma 1 den buumlyuumlktuumlr Rotor hızı doumlner alan hızını geccedilerse yani ngtn1 ise
kayma negatif olur (s lt 0) ve makine generatoumlr olarak ccedilalışmaya başlar (Baykal 2011)
Şekil 10 Standart Asenkron Motorların Anma Kayması ve Verimi
17
24 ASENKRON MOTOR CcedilEŞİTLERİ
Asenkron motorlar rotor yapılarına goumlre ikiye ayrılır
Sincap kafesli (Kısa devre rotorlu) Asenkron Motorlar
Bilezikli (Sargılı rotorlu) Asenkron Motorlar
241 Uumlccedil Fazlı Kısa Devre (Sincap Kafesli ) Asenkron Motorlar
Uumlccedil fazlı sincap kafesli motorun yapılısı basittir Az bakıma ihtiyaccedil goumlsterir Bu tip
motorun oumllccediluumlleri aynı guumlccedilteki başka tip motorların oumllccediluumllerinden kuumlccediluumlktuumlr Değişik
yuumlklerdeki hız reguumllasyonu ccedilok iyidir Fiyatının ucuzluğu yapılışının sağlamlığı ve
istenilen ccedilalışma oumlzelliğine sahip oluşu yuumlzuumlnden bu tip motorlar sanayide ccedilok
kullanılır
Rotorlar accedilılmış oluklara basınccedil altında erimiş aluumlminyum puumlskuumlrtuumllerek doldurulur
Rotorun her iki başındaki kısa devre halkalar da aluumlminyumdandır Ayrıca bu halkalar
uumlzerine kanatlar da bırakılarak rotor işletmede vantilasyon suretiyle soğutulması
sağlanır 250 kW guumlcuumlne kadar kısa devre kafesleri aluumlminyumdan yapılmış asenkron
motorlar mevcuttur
Buumlyuumlk guumlccedil istenilen işletmelerde kısa devre kafesi yuumlksek dikdoumlrtgen şeklinde bakır
ccedilubuklardan ve bunları rotorun her iki başında kısa devre eden bakır halkalardan
yapılır Rotorda kaccedil adet oluk varsa rotorun faz sayısı buna eşittir
Kısa devre kafesli asenkron motorun yol alma oumlzellikleri iyi değildir Ancak basit ve
ucuz olmaları nedeni ile yaygın biccedilimde kullanılmaktadır Yol almasını kolaylaştırmak
iccedilin yuumlksek ccedilubuklu veya ccedilift kafesli olarak yapılırlar (Baykal 2011)
Şekil 11 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru
18
242 Bilezikli (Sargılı rotorlu) AC Motorlar
Birccedilok sanayi yuumlklerinde uumlccedil fazlı değişik hızlı motora ihtiyaccedil duyulduğu yerler iccedilin
bilezikli asenkron motorlar geliştirilmiştir Bilezikli asenkron motorlara sargılı rotorlu
AC motor da denilmektedir Bu tip motorun statoru ile sargının yerleştirilmesi sincap
kafesli motorun aynıdır Rotor ccedilelik saccedillardan yapılmış silindirik bir goumlbektir 120
derece aralıklı uumlccedil adet tek fazlı kalıp sargısını yerleştirmek iccedilin rotor uumlzerine oyuklar
accedilılmıştır izoleli rotor bobinleri stator kutup sayısına eşit kutup sayısı elde edecek
şekilde gruplandırılmıştır Uumlccedil tek fazlı rotor sargısı aralarında yıldız bağlanarak ccedilıkış
uccedilları rotor mili uumlzerindeki uumlccedil bileziğe bağlanmıştır Bileziklere temas eden fırccedila uccedilları
hız kontroloumlruuml ayarlayıcısına bağlanır Fırccedilalar taşıyıcılar uumlzerindeki yayların basıncı
ile bileziklere sıkıca temas eder Doğru akım makinelerinde olduğu gibi youmln
değiştirmeye luumlzum olmadığı iccedilin fırccedila taşıyıcıları uygun bir durumda sıkıca tespit
edilmiştir
Bilezikli asenkron motorun rotorunda aynı statorunda olduğu gibi uumlccedil fazlı alternatif
akım sargısı vardır Stator 10 Kw guumlce kadar tek tabakalı orta guumlccedillerde ise iki tabakalı
sargılı yapılırlar Rotor ise tam oluklu veya kesirli oluklu sargılı olabilir Rotor sargı
uccedillarının bir tarafı bileziklere bağlanır Diğer tarafı ise kısa devre edilerek uumlccedil fazlı
sargının yıldız noktasını oluşturur Bilezikler uumlzerindeki fırccedila sistemi ile rotor
alternatif gerilim kaynağından ayrıca beslenir (Baykal 2011)
25 Elektrik Motorlarına Yıldız-Uumlccedilgen Yol Verme
Kalkış akımını duumlşuumlrmede en ekonomik youmlntemdir Uumlccedil kontaktoumlr ile bir zaman
roumllesinden oluşan kontaktoumlr kombinasyonudur Bu youmlntemle yol verebilmek iccedilin
motorun uumlccedilgen bağlı ccedilalışma gerilimi şebeke gerilimine eşit olmalıdır Oumlrneğin
uumllkemizde şebeke gerilimi 380 Volt olduğuna goumlre yıldız-uumlccedilgen yol verilecek motorun
etiketinde D380 V veya D380VY660V yazılı olmalıdır Volt elektrik motorlarında 2
ve 4 kutuplularda 3 kW (dacirchil) 6 kutuplularda 22 kW(dacirchil) den daha buumlyuumlk guumlccedilluuml
motorlar bu oumlzelliktedir Yani 380 V şebekede uumlccedilgen bağlı ccedilalıştırılırlar
Motora yıldız-uumlccedilgen yol verildiğinde direkt yol vermeye goumlre şebekeden ccedilekeceği
akım 3 katı azalır Yıldız-uumlccedilgen yol vermede amaccedil motoru kalkış suumlresince yıldız
19
bağlı ccedilalıştırmak ve kalkışını tamamlayan motoru hemen normal bağlantısı olan uumlccedilgen
bağlı olarak ccedilalıştırmaktır
Motor kalkış sırasında yıldız bağlı ccedilalıştırıldığından motor sargılarına uygulanan
gerilim U radic3 değerine motorun şebekeden ccedilektiği akım ise 13 değerine duumlşer
Motorun sargılarına uygunalan gerilim azaldığından momenti oumlnemli oumllccediluumlde kuumlccediluumlluumlr
Yıldız-uumlccedilgen yol vermenin kusursuz olması iccedilin motorun yuumlk momentinin yıldız
bağlamadaki motor momentinden buumlyuumlk olmaması ve yıldız bağlamadaki suumlrenin
uygun olması gerekir Bu geccediliş suumlresi ccedilok oumlnemlidir Motor yıldız bağlantıda iken
anma devir sayısına ulaşıldığı anda uumlccedilgen bağlantıya geccedililmesi ve fazla aralık
verilmemesi gerekir
Boumlyle olursa yıldızdan uumlccedilgen bağlantıya geccedilişteki uumlccedilgen kontaktoumlruumlnuumln kapamama
akımı kuumlccediluumlk ve yıldızdan uumlccedilgene geccediliş darbesiz olur Aksi halde uumlccedilgen bağlantıya
geccedilişte akımda geccedilici artışlar goumlruumlluumlr Bunun sonucu kontaktoumlruumln kontakları ani
yuumlksek ısı nedeniyle kaynak olabilir
Bir şebekede uumlccedilgen bağlı ccedilalışacak motor aynı şebekede yıldız bağlı (Y) olarak
ccedilalıştırılabilir Ancak bu durumda motorun guumlcuuml ve momenti duumlşer Bu oumlzellikten
yararlanarak asenkron motorların kalkış anında ccedilektikleri fazla akımı azaltmak iccedilin
yıldız-uumlccedilgen yol verme uygulanması yapılabilir
Şebekede yıldız bağlı ccedilalıştırılması gereken motor yanlışlıkla uumlccedilgen bağlı ccedilalıştırılırsa
sargılarına radic3 katı buumlyuumlk gerilim uygulanmış olur Gerilimdeki artış oranı kadar sargı
akımı buumlyuumlyeceğinden motor aşırı akım ccedileker ve kısa suumlrede artacak ısı sonucu
sargılar yanar
Onun iccedilin yıldız bağlı ccedilalışması gereken motor kesinlikle aynı şebekede uumlccedilgen bağlı
ccedilalıştırılmaz (URL6)
20
Şekil 12 Motora yıldız-uumlccedilgen yol verme
Şekil 13 Stator Sargı Uccedillarının Uumlccedilgen (D) Ve Yıldızı (Y) Bağlanması
Şekil 14 Asenkron Motora Yol Verme
21
26 FANLAR
261 Genel Bilgiler
Fanlar hava veya benzeri gazları basınccedillandırarak belirli bir akış yolu iccedilinde hareket
etmesini sağlayan turbo makinelerdir İyi bir fan istenilen performansı yerine
getirirken verimi yuumlksek enerjiyi daha az tuumlketen muumlmkuumln olduğunca guumlruumlltuumlsuumlz
ccedilalışan ve maliyeti duumlşuumlk olan fandır Fanların tahrik sistemlerinde elektrik motorları
kullanılmaktadır (URL3)
262 Fan Ccedileşitleri
Fanlar aşağıdaki gibi sınıflandırılmaktadır
Eksenel (aksiyel) fanlar
Radyal (santrifuumlj) fanlar
Karışık akışlı (eksenel-radyal) fanlar
Ccedilatı tuumlruuml fanlar
Karşıt akımlı fanlar (blower)
Vorteks ya da rejeneratif fanlar
Diğerleri
Elektrik motorlarında radyal fanlar kullanılmaktadır (URL8)
Bu kısımda projemiz iccedilin incelediğimiz 3 ccedileşit fanı accedilıklayacağız
2621 Eksenel Fanlar
Havanın fan ccedilarkı ile aynı eksende youmln değiştirmeden hareket ettiği fanlardır Yuumlksek
hava debileri ve duumlşuumlk basınccedil sınıfına sahip sistemler iccedilin uygun fanlardır Şekil 15
rsquode oklar akış youmlnuumlnuuml (simetri eksenine paralel) goumlstermektedir
22
Şekil 15 Akışın Simetri Ekseninde Hareket Etmesi
2622 Karışık Akışlı (Radyal-Eksenel) Fanlar
Havanın kanatlar uumlzerinden emmesine goumlre yaklaşık 45deg accedilı yaparak hareket ettiği
fanlardır Radyal fanlara goumlre hava debisi daha yuumlksektir
Eksenel fanlardan daha yuumlksek basınca dayanabilir
Fan eğrisi uumlzerinde kararsız boumllge yoktur
Karşı basıncın duumlşuumlk olduğu boumllgelerde motor aşırı akım ccedilekmez
Eksenel ve radyal fanlara goumlre verimleri duumlşuumlktuumlr (URL6)
Şekil 16 Karışık Akışlı Fan Uygulamaları
23
2623 Radyal (Santrifuumlj) Fanlar
Havanın fan ccedilarkını emmesine goumlre 90deg accedilı yaparak kanatlara teğet olarak terk ettiği
fanlardır
Radyal fanların avantajları aşağıdaki gibidir
Geniş bir uygulama aralığına sahiptir
Yuumlksek sıcaklık ve aşındırıcı ortam uygulamalarında kulanılır
Değişken akış direncine sahip yerlerde daha verimli ve daha sessiz ccedilalışma
olanakları vardır
Yapısal kararlılıkları yuumlksektir (URL6)
Radyal Duumlz Kanatlı Fanlar
Genellikle kendi kendini temizleme malzeme taşıma ve parccedilacık ve yağ yuumlkluuml havanın
uygun halde taşınması gibi durumlarda kullanılırlar ve bunun iccedilin duumlz kanatları vardır
Ccedilarkları basit bir yapıya sahiptir ve nispeten dar kanatları vardır
Elektrik motorlarında genellikle ccedilift youmlnluuml ccedilalışmaya uygun olması iccedilin radyal duumlz
kanat tipli bu fanlar seccedililiyor
Şekil 17 Radyal Duumlz Kanatlı Fanlara Oumlrnekler
24
BOumlLUumlM 3 BULGULAR VE TARTIŞMA
31 SONLU ELEMANLAR YOumlNTEMİ
Sonlu elemanlar youmlntemi muumlhendislik problemlerine kabul edilebilir yaklaşımlarla
ccediloumlzuumlm arayan sayısal youmlntemdir (Moavani 2015) Sonlu elemanlar youmlntemi diğer bir
ifade şekliyle fiziksel şeklin matematiksel ifadesidir Bu kurduğumuz siste sınırlara
ayırılabilen ve malzeme şartlarına uygun olan bir sistem olmalıdır
Sonlu eleman youmlntemindeki basamaklar
Yaklaşık Ccediloumlzuumlm Youmlntemi
Geometrik Şekil
Nod
Eleman
Mesh
Ayrıklaştırma
Şekil 18 Sonlu Eleman Modeli
Eleman
Nod
(Duumlğuumlm
noktaları)
25
Sonlu elemanlar youmlntemi matematik ve fizik biliminin buumltuumln alanlarında kullanılır
Gerilme Analizi
Akışkanlar Mekaniği
Isı İletimi
Dalga Yayılımı
Darbe Analizi
Aerodinamik vb alanlardır
Sonlu elemanlar youmlntemini kullanırken oumlncelikle şu soruların cevaplarını bulmalıyız
Dizayn amacımız nedir
Bu sistemi modellemek iccedilin gerekli olan bilgiler nelerdir
Bu dizayn iccedilin hangi kriterler gerekir
311 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Pozitif Youmlnleri
Geometrisi karışık cisimlerin incelenmesini kolaylaştırır Geometri basit kısımlara
ayrılıp burada ayrı veya daha hassas işlemler yapılabilir
Parccedilanın geometrisini değiştirmeye gerek kalmaz
Youmlntemde hem fiziksel hem matematiksel temeli vardır
Sonlu elemanlar youmlntemi iccedilin ccedilok farklı programlar bulunmaktadır (Ansys Marc
Nastran ) (Moavani 2015)
312 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Negatif Youmlnleri
Elde edilen sonuccedilların doğruluğu hangi sonlu youmlnteminin kullanıldığına bağlıdır
Ccedilıkacak durum oumlnceden tespit edilmeli ve ona goumlre bir ccediloumlzuumlm youmlntemi
kullanılmalıdır Bu yuumlzden oumlnceden iyi tesipt edilemezse doğru değer bulunamaz
ve doğru ccediloumlzuumlm iccedilin zaman kaybı olabilir
Doğru ccediloumlzuumlm iccedilin elemanın ayrıştırılması (mesh) atanması gerekir
Bu meshin iyi atılması gerekir yoksa ccediloumlzuumlmuumln yakınsamaları değişebilir
(Moavani 2015)
26
32 ANSYS PROGRAMI
ANSYS genel amaccedillı kullanılan sonlu elemanlar programıdır Ansys yazılımı
mukavemet titreşim akışkanlar mekaniği ısı transferi ve elektromanyetik alanlarının
birbiri ile olan interaksiyonunu simule eden yazılımdır
Boumlylelikle ANSYS uumlruumlnlerin prototipleri uumlretilmeden sanal ortamda test edilmelerine
olanak sağlar Ayrıca sanal ortamdaki 3 boyutlu simulasyonlar neticesinde yapıların
zayıf noktalarının tespiti ve iyileştirilmesi ile oumlmuumlr hesaplarının gerccedilekleştirilmesi ve
muhtemel problemlerin oumlngoumlruumllmesi muumlmkuumln olmaktadır
ANSYS yazılımı sadece ihtiyaccedil duyulan oumlzelliklerin alınmasına fırsat vererek ilave
edilebilen CAD ve FEA bağlantı modulleri ile masa uumlstuumlnde kullanılan diğer
muumlhendislik yazılımları ile entegre bir şekilde ccedilalışabilmektedir
ANSYS yazılımı hem dışarıdan CAD datalarını alabilmekte hem de iccedilindeki
preprocessing imkacircnları ile geometri oluşturulmasına izin vermektedir Yine aynı
preprocessr iccedilinde hesaplama iccedilin gerekli olan sonlu elemanlar modeli yani mesh de
oluşturulmaktadır Yuumlklerin tanımlanmasından sonra ve gerccedilekleştirilen analiz
neticesinde sonuccedillar sayısal ve grafiksel olarak elde edilebilir
ANSYS yazılımı ile oumlzellikle contact algoritmalarının ccedileşitliliği zamana bağımlı
yuumlkleme oumlzellikleri ve nonlinear malzeme modelleri sayesinde yuumlksek muumlhendislik
seviyedeki analizleri hızlı guumlvenilir ve pratik bir şekilde gerccedilekleştirilebilmektedir
ANSYS Workbench parametrik CAD sistemlerini eşsiz bir otomasyon ve performans
ile simulasyon teknolojilerini entegre eden bir platformdur ANSYS Workbenchrsquoin
guumlcuuml yılların bilgi birikimi ile arkasında duran ANSYS ccediloumlzuumlcuuml algoritmalarından gelir
Ayrıca ANSYS Workbenchrsquoin amacı sanal ortamda uumlruumlnuumln verifikasyonunu ve
iyileştirmesini sağlamaktır
Oumlzellikle PC ile uyumluluğun uumlst seviyede olabilmesi iccedilin yazılmış olan ANSYS
Workbench sadece bir arayuumlzden ileri bir ccedilalışma ortamındır ve ANSYS Workbench
ile herhangi bir ANSYS lisansına sahip herkes ccedilalışabilir Aynı alışılagelmiş ANSYS
arabiriminde olduğu gibi ANSYS Workbenchrsquode de kapasiteler sahip olunan lisansın
doğrultusunda sınırlıdır (URL9)
27
ANSYS programının bu oumlzelliklerinden dolayı programı kullanmaya karar verdik
Ansys programının oumlncellikle akışkan mekaniği ve dinamiğinde kullanılan iki ayrı
boumlluumlmuuml bulunmaktadır Bu boumlluumlmler Fluent ve CFX boumlluumlmleridir Bizim
kullandığımız boumlluumlm ise ANSYS CFX boumlluumlmuumlduumlr
33 MEVCUT FAN UumlZERİNDE YAPILAN ANALİZLER
ANSY projesinde oumlncelikle CFX kısmını kullanıldı Ccediluumlnkuuml ANSYS programında
CFX ve Fluent programı hesaplamalı akışkanlar dinamiği iccedilin kullanılmaktadır Ancak
ANSYS CFX turbo makinalar iccedilin kullanıldığından oumlnceden de goumlsterildiği gibi bir
nod alırken huumlcrelerin orta noktalarından nod hesabı yaptığı iccedilin verdiği değerler fan
analizi iccedilin daha iyi bir yakınsama goumlsterir Bu sebeple ANSYS CFX kısmı kullanıldı
İlk olarak mevcut fan uumlzerinde ccedileşitli incelemeler yapıldı
Mevcut fan uumlzerinde 10 kanat var iken suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilok fazla olduğu saptandı
Bunun uumlzerine motorun akışını kolaylaştırma yoluna gidildi
Havayı oluklara daha iyi aktarabilecek kısım fanın kanat boyu olduğu iccedilin fanın
kanatlarının uzunluğunda değişiklik yapılmasına karar verildi
Fandan ccedilekilen debi miktarı ve tork değerlerini tam alabilmek ve mevcut fanın
verimini oumllccedilebilmek iccedilin oumlncelikle esas oumllccediluumllerine goumlre ccedilizilen fan ANSYS
programına aktarıldı File gt Import gt Design Moduler şeklinde SolidWorksrsquo ten
ANSYS programına aktarıldı
Şekil 19 SolidWorksrsquo ten İmport Etmek
28
Fanın ccedilevresinde akış hacmi oluşturmak iccedilin katı modelin ccedilevresindeki hava
modellenir
331 Geometri
Oluşturulan akış hacminde havanın giriş ve ccedilıkış kısımları İnlet-Outlet şeklinde
belirtilir
Analys tools komutlarından xy duumlzleminde halka oluşturulur
Burada modeling kısmı 3 boyutlu işlem yapacağı zaman seccedililen kısımdır
Aşağıdaki şekilde de goumlruumlleceği uumlzere
Şekil 20 Akış Alanı Belirleme
Burada exturude komutuyla birlikte oluşturulacak akış hacminin kaccedil mm
uzatılacağı belirtilir Hepsini bir buumltuumln haline getirmemek iccedilin lsquovar olanla
birleştirilsin mirsquo sorusuna hayır denilir
Daha sonra ccedilevresine yayılan boşluk iccedilin Outlet tanımlaması yapılır
Bu işlemleri gerccedilekleştirdikten sonra kesit gerekir İlk oumlnce plane (duumlzlem)
belirlenir Bunun iccedilin hangi duumlzlemi seccedililecek ise (oumlrneğin xy) onu seccedilip plane
tıklanır Plane boumllgesinden ne kadar uzakta olacağı belirlenir Biz de değer 34 mmrsquo
dir Ccediluumlnkuuml kanatların boyu 31 mm olduğundan mesh atamada sorun ccedilıkmaması
29
iccedilin 34 mm uzaklıkta bir plane atanır Bu Planersquoi slice komutuyla keserek 3 farklı
boumllge oluşturulmuş olur
Akışkan hacmini oluşturmak iccedilin dolu olan kısımlar belirlenip ona goumlre hareket
edilir Bunun iccedilinde milin iccedilini dolu kabul edilir
Akışkan hacmi iccedilin yapılan bir diğer işlem ise oluşturulan hacimden fanın hacmini
booelangt substrack komutları ile akışkan hacminin bulunmasıdır
Mevcut fanın uumlzerine sağ tıklanarak ve suppress body komutu seccedililir Boumlylelikle
fanı gizleyerek sadece akışkan hacmi goumlruumlluumlr
Daha sonra oluşan parccedilaların arasında boşluk olmaması iccedilin ve bağlantı sağlamak
iccedilin part kısımlarını seccedililerek sağ tıklanır from new part seccedililir
Şekil 21 Slice Komutu ile Boumllgelere Ayırma
30
Şekil 22 Parccedilalar Arası Bağlantının Sağlandığı FromNew Part Boumlluumlmuuml
Mesh kısmını suumlruumlkleyip project schematic boumlluumlme bırakılır Bu boumlluumlmde geometri
onaylanır ve en altta bulunan meshrsquoe tıklanır
332 Sayısal Ağ Oluşturma (Mesh)
Şekil 23 Mesh oluşturma
31
Şekil 24 Mesh Geometrisi
Sonlu sayıda hacimle ccedilalışıldığından sonlu sayıda hacime boumllmek gerekir Sonlu
sayıda hacime boumlluumlnen kısımlar farklı farklı olabilir
Bu huumlcreler kapsadığı alanın oumlzelliklerini yansıtır Bunların ccedilevresindeki nodlar
bunların ortalaması ile belli bir oumlzelliğe sahip olmuş olur
Bu huumlcrelerin arttırılması yani ayrıştırmaların ccediloğaltılması ne kadar fazla olursa o
kadar yakınsama olur ve ccediloumlzuumlm iyileşir
Ancak sayısal ağ ccedilok fazla attırıldığında ccediloumlzuumlm suumlresi ccedilok fazla artacağından
ekonomik değildir
Bu sebepten dolayı mesh ( ayrıştırma) atarken akışkanın en fazla değişim
goumlstereceği kısımlarda daha fazla sayısal ağ oluşturulur Boumlylelikle daha iyi bir
yakınsama elde edilir Akışkanın değişim goumlstereceği yerler genellikle yuumlzeylerle
temas edilen kısımlardır Mevcut fanın analizin de orta kısımlarda pek fazla
değişiklik olmaz Bu nedenle sınırlara yakın kısımlara daha fazla ağ oluşturulur
Detail of Mesh kısmından hangi kısımlarda ne kadar buumlyuumlkluumlkte mesh
atılabileceğine bakılır
32
Detail of Mesh kısmından Phsics preference kısmı seccedililerek CFDrsquoi seccedililir Solver
Preference kısmından ise CFXrsquoi seccedilip devam edilir
Analiz yaparken belirlenmesi gereken kısımlar vardır Bunun iccedilin diğer kısımlar
seccedililerek hide body seccedililerek kapatılır ve select all body seccedililerek kanatlara isim
verilir
Şekil 25 Mesh İsimlendirme
Akışkanın girişine inlet ccedilıkışına outlet denilir
Mesh atımında minimum yakalayacağı huumlcreler ile maksimum yakalayacağı
huumlcrelerin milimetre hesabı oumlnemlidir Bu yuumlzden kanadın kalınlığı 25 mm olduğu
iccedilin 2 mmrsquo den az olan huumlcre belirlenir Maksimum 15 mmrsquo den buumlyuumlk huumlcreler
olması duumlşuumlnuumllerek analizin yakınsaması sağlandı
Meshrsquoi tıklayıp oradan insert size kısmın da bulunan isimlerde kanatlar seccedililir
Kanatlara maksimum 3 mm buumlyuumlkluumlk seccedililir Devamında ise kanatları hide face
komutuyla gizlenir ve geriye kalan kısımlar iccedilin sizing iccedilin yine 3 mm verilir
Daha sonra kanat ve ccedilevresine ccedilizilen akış hacmi seccedililerek tekrar size kısmından
buumltuumlnuumlne 8 mm verilir Bu kısım iccedilin mesh atanır Yuumlzeyler seccedililerek Preview
Surface Mesh on Selected Bodies denilir ve mesh işlemi tamamlanmış olur
33
Şekil 26 Meshrsquo in Goumlsterimi
Ancak mesh işleminde silindirik yuumlzeylerde sweep komutuyla daha kolay mesh
atılabileceği iccedilin istenen yuumlzey iccedilin sağ tıklayıp İnsertgt Method gtSweep Number
Divs komutlarından kaccedil sıra mesh atılacağı belirlenir 20 sıra vererek mesh atıldı
Suumlpuumlrme işlemi ile mesh atarken hangi yuumlzeyi kaynak olarak alınacağı da
boumlylelikle belirlenmiş olur
Mesh sayfasını kapatıp daha sonrasında workbench kısmında meshin uumlzerine cfx
kısmını bırakılır
Mesh setupgt solutiongt results dan sonuccedillar elde edilir
Daha sonra geometry design da motorun kapağına uygun bir sınır belirlenerek
analiz yapılır
Geometriyi duumlzenlenerek CFXrsquo e aktarılır
Daha oumlncesinde de bahsedildiği uumlzere ANSYS de CFX kullanıldı CFX
kullanılmasının bir diğer sebebi de CFXrsquo in fan konusunda ANSYSlsquo in mesh
kısmından daha bağımsız ve daha hassas olmasıdır
Yapılan isimlendirmeler tekrar kontrol edilir Her farklı işlev iccedilin farklı
isimlendirme yapmak ccedilok oumlnemlidir boumlylece havanın nereden girip ne şekilde
ccedilıkacağını isimlendirmelerden goumlruumllebilir Ve bu isimlendirmeler iccedilin ayrı ayrı kod
yazılır
34
333 Sınır Şartları
Şekil 27 Sınır Şartlarının Belirlenmiş Hali
ANSYS setup kısmında Insert gt Solver gt Output Control komutları seccedililerek code
yazılır MassFlow ()inlet gt Torque_z()kanatlar olarak giriş kısmının kuumltlesel
debisi iccedilin komut yazılır
Ayrıca Insert gt Material kısmından sıcaklığı 25reg basıncı 1 atm entalpi değerini 0
olarak şartları belirlenir
Malzemenin kapak kısmı ccedilelik olarak belirlenir
Solver Control kısmından high resuluiton seccedililerek ccediloumlzuumlmuumln kalitesi arttırılır
Solver Control kısmından Residual Target artık tipini RMS olarak ve onun
yakınsama sınırı 10-5 belirlenir Rms elemanların karelerinin koumlkuumlnuuml alarak
ortalamasını alan youmlntemdir
Yine Solver Control kısmından minimum iterasyonu 1 maksimum İterasyonu ise
500 verilir
İnlet kısmı belirlenirken Boundary Type ( sınır şartları) opening olarak seccedililir
Opening verilmesindeki amaccedil akışkanların iccedileriden girip dışarıya ccedilıkışlarının
sağlanmasıdır Aksi halde ccediloumlzuumlmuumln yakınsamasın da sorunlar oluşabilir Opening
şartında ayrıca akışkan daha ccedilabuk toparlanır ve analiz daha kolaylaşır
Flow Direction komutunda normal sınır şartları belirlenir
Suumlreklilik şartı olarak da Fluid Mass Fluxrsquou seccedililir Bunun yanında sınır kontuumlruuml
iccedilin bağıl basınccedil ayarlarını seccedililir Aynı şekilde outlet iccedilin de aynı ayarlar yapılır
35
Domaine basılıp kapak kısımları ve motor kısımları seccedililir Bu dış kısımları duvar
olarak belirlenir ve duvar hareket edemeyeceğinden No Slip Wall seccedileneği olarak
belirtilir Duvarları suumlrtuumlnmesiz olduğu varsayılıyor
Fan ve kanatlar kısmında Boundry Type olarak Wall olarak belirleyip Frame type
gt rotating (doumlnuumlyor) belirtilir
Ccediloumlzuumlm metodu olarak RNG k-euro modeli kullanılır
Şekil 28 Setup Koşulların Belirlenmesi
334 Ccediloumlzuumlm - Sonuccedillar
Setup kısmını kapatılarak solution ekranı ccedilift tıklanarak ccedilıkan ekran da RUN seccedililerek
ccediloumlzme işlemi başlatılmış olur
Ccediloumlzme işlemi bittiğinde results kısmından sonuccedillar goumlruumlntuumllenebilir
36
Şekil 29 Akışın Youmlnelişi
Şekil 30 Debi Sonucu
37
34 YENİ FAN TASARIMI
341 Fan Tasarımı İccedilin Kabuller
Havanın sıkıştırılamaz olduğunu kabul edildi Havanın sıkıştırılmaz olduğu
varsayılarak yoğunluğu değişmez ve 12 kgm3 olarak kabul edilir
Ccediloumlzuumlmde suumlrtuumlnmeler ve ısı kayıpları ihmal edilir Ccediluumlnkuuml bu değerlerin
hesaplanması ccedilok uzun suumlreceği iccedilin ccediloumlzuumlm youmlntemi iccedilin ekonomik olmaz
Gerccedilekle arasında ccedilok buumlyuumlk bir fark olmayacağı varsayılmıştır
Verimi arttırmak iccedilin orijinal fanın analizinden elde edilen tork değeri duumlşuumlk
tutulmaya ccedilalışılmıştır
Motorun tek bir youmlne doumlneceği duumlşuumlnuumllmuumlştuumlr
342 Fan Tasarım Parametreleri
Bir fan tasarımında belli başlı kriterleri ele alabilmek iccedilin mevcut fan uumlzerinden
değerler bulundu
Tablo 7 Mevcut Fanın Oumlzellikleri
Devir Sayısı ( ddk) r hub (mm) rtip (mm)
1498 25 77
Radyal hız hesaplandığında w= 15687 radsn bulunmuştur r hub diye isimlendirilen
kısım fanın giriş accedilısı iccedilin gerekli olan kanadın başlangıcı ile milin merkezi arasındaki
uzaklıktır r tip ise fan kanadının bitiş noktası ile mil merkezi arasındaki uzaklığın
yarıccedilap cinsinden ifadesi olmaktadır
38
Fan kanat tasarımında oumlnemli olan w (accedilısal hız)hızının kanatlara ne kadar dik
gelebildiğidir Bu kanat hacmine ne kadar iyi bir şekilde gelirse akışkan o denli iyi
akabilir ve kanat profili oluşur
U_hub= w (radsn) x r hub
U_tip = w x r tip
Beta = arctan(vu)
A_inlet= (r tip 1000)sup2π ndash r hub 1000)sup2π
Verim= (Q x P) (TxW)
V (akışın mutlak hızı)= Debi Alan
Tablo 8 Sonuccedil olarak elde edilen değerler
r_h (mm) 25 r_t (mm) 77 r_h (mm) 50 r_t (mm) 80
U_h (ms) 3927 U_t (ms) 1209516 U_h (ms) 7854 U_t (ms) 125664
A_in (m^2) 0016663 A_out (m^2)0012252
V_in (ms) 2350516 V_out 3196702
beta_h 5909726 beta_t 7900249 beta_h 678529 beta_t 7572755
giriş ccedilıkış
Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları
Bu değerlere goumlre BladeGende yeni bir kanat profili oluşturulur
r tip
r hub
Şekil 31 Fan Kanatlarının Accedilısı
39
Şekil 32 BladeGen Kanat Profili
Oluşturduğumuz bu geometriye daha oumlnceki boumlluumlmde bahsedilen fana yapılan adımlar
uygulandı (Yeni oluşturulan fanın geometrik deseni ektedir)
40
3421 Geometri
Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi
3422 Sayısal Ağ Oluşturma
Şekil 34 Yeni Fan Tasarımının Sayısal Ağ Oluşturulması
41
3423 Ccediloumlzuumlm
Şekil 35 Tasarımı Yapılan Fanın Verimi
Accumulated Time Step sayısı iterasyonu goumlstermektedir Daha fazla yakınsama iccedilin
daha fazla koşturulabilir
42
Şekil 36 Tasarımı Yapılan Fanın Torku
43
3423 Sonuccedillar
Şekil 37 Akışın Youmlnelişi
Bu kısımda verimi arttırabilmek iccedilin tork azaltılmaya ccedilalışıldı Boumlylece kanatlara
harcanan toplam guumlccedil azaltılarak iyileştirmeler yapıldı
44
Kanadın iş yapan kısmını arttırarak orijinal fanda kanadın suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilapı
154 mm iken yeni fan da 160 mmrsquoye ccedilıkarıldı
Kanatlar daha eğimli ama daha eksenel bir forma getirildi
Bu motorda toplam guumlccedil iccedilin 60 watt olduğunda yaklaşık 6 wattrsquo lık guumlccedil fan iccedilin
harcanıyordu Fanın verimliliği ccedilok oumlnemli olduğu iccedilin debiyi sabit tutulmaya
torku da duumlşuumlruumllmeye ccedilalışıldı
Tablo 9 ANSYSrsquo de Elde Edilen Deneyler
tork(Nm) w(radsn) m(kgs)
Orijinal Fan 00393645 15687 0048168
Yeni Fan 00043869 15687 0032261
Goumlruumllduumlğuuml gibi tork buumlyuumlk oranda duumlşmuumlş ancak onunla birlikte debi de biraz
duumlşmuumlştuumlr
343 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanması
Motorun arka ve oumln kısımlarına sırt sırta fan bağlayarak havanın akışını hızlandırma
ve soğutmayı arttırma işlemi amaccedillandı Gerccedilek boyutlarda uygulamadan oumlnce fanı
motor şeklini verilen kısım da tek başına analiz yapıldı Verimli bir sonuccedil alabilmek
iccedilin ikili fan deneyi yapıldı
3431 Geometri
Şekil 38 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Geometrisi
45
3432 Sayısal Ağ Oluşturma
Şekil 39 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Sayısal Ağ
Oluşturulması
Yapılan analiz de goumlzlemlenen sonuccedillar şunlardır
Bir motorun etrafında sınırlayıcı bir alan olmadığı iccedilin sınır şartları olarak setup
kısmında yine havayı 1 atm basınccedil olarak alınır Eğer sınırlayıcı bir alan olsaydı
oluklardan hava akışı doğrudan motorun arka kısmına gelecekti Ccedilıkış noktasına ise
kapak yerleştirildi giriş noktasında atmosfer ccedilıkışı ise kapak olarak sınırlandı
3433 Kod Ccediloumlzuumlmuuml
Debi ndash 000064 mᵌ sn olarak ccedilıktı Motorun hava ccedilıkış kısmına fan bağlamanın verimli
olmadığı sonucuna varıldı Oumlnceden oluşturulan oluklardaki 1cmrsquolik aralıklarla
havanın geniş bir alana gitmesi ccedilok zordur Ve bu akışı goumlnderebilmek iccedilin fazladan
basınccedil uygulanması gerekir Bu sebepler debinin duumlşmesine sebep olmuştur
46
Şekil 40 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Ccediloumlzuumlmuuml
47
BOumlLUumlM 4 SONUCcedilLAR
Verim= (Alınan Guumlccedil Verilen Guumlccedil)= (∆P x Q) (T x ὠ)
A_inlet = (r_tip)2 1000 - (r_hub)21000
A_outlet =( U_h1000)2 - (U-t1000)2
U= ὠ x r
Fan hesaplarıdan debi değeri ve tork değeri duumlşmuumlştuumlr Aşağıda yeni fanımızın verimi
yukarıdaki formuumlllere goumlre excelde hesaplanmıştır
tork(Nm) w(radsn) ṁ(kgm^3) verim deltap (Pa)
Orijinal Fan 00393645 15687 00391 60152783 95
Yeni Fan 00043869 15687 0039167 54068744
Tabloda da goumlruumllduumlğuuml uumlzere eski fanın oumlzelliklerine bakılarak hız uumlccedilgeni youmlntemiyle
oluşturulan yeni fan 540 verimli ccedilıkmıştır
Motorun oumln kısmın koyduğumuz fanda ise dar oluklardan buumlyuumlk bir hacime giriş
yaptığı iccedilin tek youmlnluuml analizde kuumltlesel debi negatif değerde ccedilıkmıştır
(Kuumltlesel debi) ṁ=ƍ( oumlzkuumltle) x A(alan) x V( akışkan hızı)=kgsn ndash Formuluumlnden
dolayı verimin hesaplanmasına gerek yoktur
48
BOumlLUumlM 5 EKLER
EK1- MEVCUT FAN
EK2- YENİ FAN
49
KAYNAKCcedilA
Baykal R 2011 Asenkron Motorlar Uumlzerine Enerjiİ Verimliliği Uygulanması
Yayın Tarihi 15032011
Ccedilalışkan M 2014 Eksenel Akışlı Fan Tasarımı Yuumlksek Lisans İstanbul Teknik
Uumlniversitesi TUumlRKİYE
Moavani S 2015 Sonlu Elemanlar Analizi Teorisi ve Ansys ile Uygulamalar
İstanbul
Onaygil S 2006 Enerji Verimliliği Kanunun Tanıtımı Yuumlksek Lisans
URL1 lthttpdeneysancomContentimagesdocumentshavalandirma-
4_39143832pdfgt Erişim Tarihi 12032016
URL2 lt httpwwweiegovtrgt Erişim Tarihi 20042016
URL3 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi
12052016
URL4 ltwwwtuumlikgovtrgt Erişim Tarihi 14052016
URL5 ltwwwemoorgtrekler364734147179187_ekpdfgt Erişim Tarihi 16052016
URL6 ltwwwinverter-plcnetmotoryıldız_uumlccedilgen_bağlantıhtmlgt Erişim Tarihi
18052016
URL7 ltwwweiegovtreie-webturkceenMotor_Verimliligi_Brosurupdfgt Erişim
Tarihi 20052016
URL8 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi
07062016
URL9 ltwwwfigescomtransysansys-nedirphpgt Erişim Tarihi 09062016
50
OumlZGECcedilMİŞLER
Elif CcedilİCcedilEK
Eyluumll 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Duumlzce Anadolu İmamhatip Lisesinde
tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi İlahiyat Fakuumlltesirsquoni kazandı 2012 yılında
Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine
başladı Halen eğitimine devam etmektedir
İletişim
apsuvaelifhotmailcom
Nesrin ALTUNBOĞA
Ağustos 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Haydarpaşa Teknik Okulları Raylı
Sistemler Teknolojileri Boumlluumlmuumlnuuml tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi
Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Boumlluumlmuumlnuuml kazandı Halen eğitimine
devam etmektedir
İletişim
naltunbogagmailcom
Rumeysa ALGUumlL
Ekim 1992rsquo de Konyarsquoda doğdu Lise oumlğrenimini Lafarge Aslan Ccedilimento Anadolu
Teknik Lisesirsquonde 2010 yılında tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi Teknoloji
Fakuumlltesi Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliğini kazandı 2013 yılında Teknoloji
Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine başladı Halen eğitimine devam
etmektedir
İletişim
rumeysaalgulgmailcom
51
52
16
233 Kayma
Senkron makine dışında buumltuumln diğer ccedilalışma tuumlrlerinde asenkron makinenin
ccedilalışabilmesi iccedilin rotor hızının doumlner alan hızından farklı olması gerekir Doumlner alanın
rotor uumlzerinden geccedilme hızına yani doumlner alan ile rotor hızı arasındaki cebirsel farka
kayma hızı n2 ve bu hızın doumlner alan hızına oranına kayma s denir Bu tanıma
dayanarak kayma devir hızına goumlre veya devir hızı kaymaya goumlre ifade edilebilir
n2 = n1 ndash n n = n1(1-s) 119904 = 1198992
1198991 =
1198991minus119899
1198991
Kayma oranlanmış bir buumlyuumlkluumlktuumlr ve ccediloğunlukla olarak ifade edilir Pozitif negatif
veya sıfır olabilir Oranlanmış rotor hızı n nı ile toplamı daima 1rsquoe eşittir Teorisel
olarak ndash infin ve +infin arasında değişebilir Durmada n = 0 ve s =1 dir Senkron ccedilalışmada
n = n1 ve s = 0 dır Bu iki sınır değer arasında asenkron makine motor olarak ccedilalışır
ve kayması daima pozitiftir Anma ccedilalışmasındaki değeri yuumlzde birkaccedil olup artan
anma guumlcuuml ile azalır ve kuumlccediluumlk guumlccedillerde yaklaşık 10 dan buumlyuumlk guumlccedillerde 1 in altına
duumlşer
Rotor doumlner alana goumlre ters youmlnde doumlnduumlğuumlnde elde edilen fren ccedilalışmada devir hızı
negatif ve kayma 1 den buumlyuumlktuumlr Rotor hızı doumlner alan hızını geccedilerse yani ngtn1 ise
kayma negatif olur (s lt 0) ve makine generatoumlr olarak ccedilalışmaya başlar (Baykal 2011)
Şekil 10 Standart Asenkron Motorların Anma Kayması ve Verimi
17
24 ASENKRON MOTOR CcedilEŞİTLERİ
Asenkron motorlar rotor yapılarına goumlre ikiye ayrılır
Sincap kafesli (Kısa devre rotorlu) Asenkron Motorlar
Bilezikli (Sargılı rotorlu) Asenkron Motorlar
241 Uumlccedil Fazlı Kısa Devre (Sincap Kafesli ) Asenkron Motorlar
Uumlccedil fazlı sincap kafesli motorun yapılısı basittir Az bakıma ihtiyaccedil goumlsterir Bu tip
motorun oumllccediluumlleri aynı guumlccedilteki başka tip motorların oumllccediluumllerinden kuumlccediluumlktuumlr Değişik
yuumlklerdeki hız reguumllasyonu ccedilok iyidir Fiyatının ucuzluğu yapılışının sağlamlığı ve
istenilen ccedilalışma oumlzelliğine sahip oluşu yuumlzuumlnden bu tip motorlar sanayide ccedilok
kullanılır
Rotorlar accedilılmış oluklara basınccedil altında erimiş aluumlminyum puumlskuumlrtuumllerek doldurulur
Rotorun her iki başındaki kısa devre halkalar da aluumlminyumdandır Ayrıca bu halkalar
uumlzerine kanatlar da bırakılarak rotor işletmede vantilasyon suretiyle soğutulması
sağlanır 250 kW guumlcuumlne kadar kısa devre kafesleri aluumlminyumdan yapılmış asenkron
motorlar mevcuttur
Buumlyuumlk guumlccedil istenilen işletmelerde kısa devre kafesi yuumlksek dikdoumlrtgen şeklinde bakır
ccedilubuklardan ve bunları rotorun her iki başında kısa devre eden bakır halkalardan
yapılır Rotorda kaccedil adet oluk varsa rotorun faz sayısı buna eşittir
Kısa devre kafesli asenkron motorun yol alma oumlzellikleri iyi değildir Ancak basit ve
ucuz olmaları nedeni ile yaygın biccedilimde kullanılmaktadır Yol almasını kolaylaştırmak
iccedilin yuumlksek ccedilubuklu veya ccedilift kafesli olarak yapılırlar (Baykal 2011)
Şekil 11 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru
18
242 Bilezikli (Sargılı rotorlu) AC Motorlar
Birccedilok sanayi yuumlklerinde uumlccedil fazlı değişik hızlı motora ihtiyaccedil duyulduğu yerler iccedilin
bilezikli asenkron motorlar geliştirilmiştir Bilezikli asenkron motorlara sargılı rotorlu
AC motor da denilmektedir Bu tip motorun statoru ile sargının yerleştirilmesi sincap
kafesli motorun aynıdır Rotor ccedilelik saccedillardan yapılmış silindirik bir goumlbektir 120
derece aralıklı uumlccedil adet tek fazlı kalıp sargısını yerleştirmek iccedilin rotor uumlzerine oyuklar
accedilılmıştır izoleli rotor bobinleri stator kutup sayısına eşit kutup sayısı elde edecek
şekilde gruplandırılmıştır Uumlccedil tek fazlı rotor sargısı aralarında yıldız bağlanarak ccedilıkış
uccedilları rotor mili uumlzerindeki uumlccedil bileziğe bağlanmıştır Bileziklere temas eden fırccedila uccedilları
hız kontroloumlruuml ayarlayıcısına bağlanır Fırccedilalar taşıyıcılar uumlzerindeki yayların basıncı
ile bileziklere sıkıca temas eder Doğru akım makinelerinde olduğu gibi youmln
değiştirmeye luumlzum olmadığı iccedilin fırccedila taşıyıcıları uygun bir durumda sıkıca tespit
edilmiştir
Bilezikli asenkron motorun rotorunda aynı statorunda olduğu gibi uumlccedil fazlı alternatif
akım sargısı vardır Stator 10 Kw guumlce kadar tek tabakalı orta guumlccedillerde ise iki tabakalı
sargılı yapılırlar Rotor ise tam oluklu veya kesirli oluklu sargılı olabilir Rotor sargı
uccedillarının bir tarafı bileziklere bağlanır Diğer tarafı ise kısa devre edilerek uumlccedil fazlı
sargının yıldız noktasını oluşturur Bilezikler uumlzerindeki fırccedila sistemi ile rotor
alternatif gerilim kaynağından ayrıca beslenir (Baykal 2011)
25 Elektrik Motorlarına Yıldız-Uumlccedilgen Yol Verme
Kalkış akımını duumlşuumlrmede en ekonomik youmlntemdir Uumlccedil kontaktoumlr ile bir zaman
roumllesinden oluşan kontaktoumlr kombinasyonudur Bu youmlntemle yol verebilmek iccedilin
motorun uumlccedilgen bağlı ccedilalışma gerilimi şebeke gerilimine eşit olmalıdır Oumlrneğin
uumllkemizde şebeke gerilimi 380 Volt olduğuna goumlre yıldız-uumlccedilgen yol verilecek motorun
etiketinde D380 V veya D380VY660V yazılı olmalıdır Volt elektrik motorlarında 2
ve 4 kutuplularda 3 kW (dacirchil) 6 kutuplularda 22 kW(dacirchil) den daha buumlyuumlk guumlccedilluuml
motorlar bu oumlzelliktedir Yani 380 V şebekede uumlccedilgen bağlı ccedilalıştırılırlar
Motora yıldız-uumlccedilgen yol verildiğinde direkt yol vermeye goumlre şebekeden ccedilekeceği
akım 3 katı azalır Yıldız-uumlccedilgen yol vermede amaccedil motoru kalkış suumlresince yıldız
19
bağlı ccedilalıştırmak ve kalkışını tamamlayan motoru hemen normal bağlantısı olan uumlccedilgen
bağlı olarak ccedilalıştırmaktır
Motor kalkış sırasında yıldız bağlı ccedilalıştırıldığından motor sargılarına uygulanan
gerilim U radic3 değerine motorun şebekeden ccedilektiği akım ise 13 değerine duumlşer
Motorun sargılarına uygunalan gerilim azaldığından momenti oumlnemli oumllccediluumlde kuumlccediluumlluumlr
Yıldız-uumlccedilgen yol vermenin kusursuz olması iccedilin motorun yuumlk momentinin yıldız
bağlamadaki motor momentinden buumlyuumlk olmaması ve yıldız bağlamadaki suumlrenin
uygun olması gerekir Bu geccediliş suumlresi ccedilok oumlnemlidir Motor yıldız bağlantıda iken
anma devir sayısına ulaşıldığı anda uumlccedilgen bağlantıya geccedililmesi ve fazla aralık
verilmemesi gerekir
Boumlyle olursa yıldızdan uumlccedilgen bağlantıya geccedilişteki uumlccedilgen kontaktoumlruumlnuumln kapamama
akımı kuumlccediluumlk ve yıldızdan uumlccedilgene geccediliş darbesiz olur Aksi halde uumlccedilgen bağlantıya
geccedilişte akımda geccedilici artışlar goumlruumlluumlr Bunun sonucu kontaktoumlruumln kontakları ani
yuumlksek ısı nedeniyle kaynak olabilir
Bir şebekede uumlccedilgen bağlı ccedilalışacak motor aynı şebekede yıldız bağlı (Y) olarak
ccedilalıştırılabilir Ancak bu durumda motorun guumlcuuml ve momenti duumlşer Bu oumlzellikten
yararlanarak asenkron motorların kalkış anında ccedilektikleri fazla akımı azaltmak iccedilin
yıldız-uumlccedilgen yol verme uygulanması yapılabilir
Şebekede yıldız bağlı ccedilalıştırılması gereken motor yanlışlıkla uumlccedilgen bağlı ccedilalıştırılırsa
sargılarına radic3 katı buumlyuumlk gerilim uygulanmış olur Gerilimdeki artış oranı kadar sargı
akımı buumlyuumlyeceğinden motor aşırı akım ccedileker ve kısa suumlrede artacak ısı sonucu
sargılar yanar
Onun iccedilin yıldız bağlı ccedilalışması gereken motor kesinlikle aynı şebekede uumlccedilgen bağlı
ccedilalıştırılmaz (URL6)
20
Şekil 12 Motora yıldız-uumlccedilgen yol verme
Şekil 13 Stator Sargı Uccedillarının Uumlccedilgen (D) Ve Yıldızı (Y) Bağlanması
Şekil 14 Asenkron Motora Yol Verme
21
26 FANLAR
261 Genel Bilgiler
Fanlar hava veya benzeri gazları basınccedillandırarak belirli bir akış yolu iccedilinde hareket
etmesini sağlayan turbo makinelerdir İyi bir fan istenilen performansı yerine
getirirken verimi yuumlksek enerjiyi daha az tuumlketen muumlmkuumln olduğunca guumlruumlltuumlsuumlz
ccedilalışan ve maliyeti duumlşuumlk olan fandır Fanların tahrik sistemlerinde elektrik motorları
kullanılmaktadır (URL3)
262 Fan Ccedileşitleri
Fanlar aşağıdaki gibi sınıflandırılmaktadır
Eksenel (aksiyel) fanlar
Radyal (santrifuumlj) fanlar
Karışık akışlı (eksenel-radyal) fanlar
Ccedilatı tuumlruuml fanlar
Karşıt akımlı fanlar (blower)
Vorteks ya da rejeneratif fanlar
Diğerleri
Elektrik motorlarında radyal fanlar kullanılmaktadır (URL8)
Bu kısımda projemiz iccedilin incelediğimiz 3 ccedileşit fanı accedilıklayacağız
2621 Eksenel Fanlar
Havanın fan ccedilarkı ile aynı eksende youmln değiştirmeden hareket ettiği fanlardır Yuumlksek
hava debileri ve duumlşuumlk basınccedil sınıfına sahip sistemler iccedilin uygun fanlardır Şekil 15
rsquode oklar akış youmlnuumlnuuml (simetri eksenine paralel) goumlstermektedir
22
Şekil 15 Akışın Simetri Ekseninde Hareket Etmesi
2622 Karışık Akışlı (Radyal-Eksenel) Fanlar
Havanın kanatlar uumlzerinden emmesine goumlre yaklaşık 45deg accedilı yaparak hareket ettiği
fanlardır Radyal fanlara goumlre hava debisi daha yuumlksektir
Eksenel fanlardan daha yuumlksek basınca dayanabilir
Fan eğrisi uumlzerinde kararsız boumllge yoktur
Karşı basıncın duumlşuumlk olduğu boumllgelerde motor aşırı akım ccedilekmez
Eksenel ve radyal fanlara goumlre verimleri duumlşuumlktuumlr (URL6)
Şekil 16 Karışık Akışlı Fan Uygulamaları
23
2623 Radyal (Santrifuumlj) Fanlar
Havanın fan ccedilarkını emmesine goumlre 90deg accedilı yaparak kanatlara teğet olarak terk ettiği
fanlardır
Radyal fanların avantajları aşağıdaki gibidir
Geniş bir uygulama aralığına sahiptir
Yuumlksek sıcaklık ve aşındırıcı ortam uygulamalarında kulanılır
Değişken akış direncine sahip yerlerde daha verimli ve daha sessiz ccedilalışma
olanakları vardır
Yapısal kararlılıkları yuumlksektir (URL6)
Radyal Duumlz Kanatlı Fanlar
Genellikle kendi kendini temizleme malzeme taşıma ve parccedilacık ve yağ yuumlkluuml havanın
uygun halde taşınması gibi durumlarda kullanılırlar ve bunun iccedilin duumlz kanatları vardır
Ccedilarkları basit bir yapıya sahiptir ve nispeten dar kanatları vardır
Elektrik motorlarında genellikle ccedilift youmlnluuml ccedilalışmaya uygun olması iccedilin radyal duumlz
kanat tipli bu fanlar seccedililiyor
Şekil 17 Radyal Duumlz Kanatlı Fanlara Oumlrnekler
24
BOumlLUumlM 3 BULGULAR VE TARTIŞMA
31 SONLU ELEMANLAR YOumlNTEMİ
Sonlu elemanlar youmlntemi muumlhendislik problemlerine kabul edilebilir yaklaşımlarla
ccediloumlzuumlm arayan sayısal youmlntemdir (Moavani 2015) Sonlu elemanlar youmlntemi diğer bir
ifade şekliyle fiziksel şeklin matematiksel ifadesidir Bu kurduğumuz siste sınırlara
ayırılabilen ve malzeme şartlarına uygun olan bir sistem olmalıdır
Sonlu eleman youmlntemindeki basamaklar
Yaklaşık Ccediloumlzuumlm Youmlntemi
Geometrik Şekil
Nod
Eleman
Mesh
Ayrıklaştırma
Şekil 18 Sonlu Eleman Modeli
Eleman
Nod
(Duumlğuumlm
noktaları)
25
Sonlu elemanlar youmlntemi matematik ve fizik biliminin buumltuumln alanlarında kullanılır
Gerilme Analizi
Akışkanlar Mekaniği
Isı İletimi
Dalga Yayılımı
Darbe Analizi
Aerodinamik vb alanlardır
Sonlu elemanlar youmlntemini kullanırken oumlncelikle şu soruların cevaplarını bulmalıyız
Dizayn amacımız nedir
Bu sistemi modellemek iccedilin gerekli olan bilgiler nelerdir
Bu dizayn iccedilin hangi kriterler gerekir
311 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Pozitif Youmlnleri
Geometrisi karışık cisimlerin incelenmesini kolaylaştırır Geometri basit kısımlara
ayrılıp burada ayrı veya daha hassas işlemler yapılabilir
Parccedilanın geometrisini değiştirmeye gerek kalmaz
Youmlntemde hem fiziksel hem matematiksel temeli vardır
Sonlu elemanlar youmlntemi iccedilin ccedilok farklı programlar bulunmaktadır (Ansys Marc
Nastran ) (Moavani 2015)
312 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Negatif Youmlnleri
Elde edilen sonuccedilların doğruluğu hangi sonlu youmlnteminin kullanıldığına bağlıdır
Ccedilıkacak durum oumlnceden tespit edilmeli ve ona goumlre bir ccediloumlzuumlm youmlntemi
kullanılmalıdır Bu yuumlzden oumlnceden iyi tesipt edilemezse doğru değer bulunamaz
ve doğru ccediloumlzuumlm iccedilin zaman kaybı olabilir
Doğru ccediloumlzuumlm iccedilin elemanın ayrıştırılması (mesh) atanması gerekir
Bu meshin iyi atılması gerekir yoksa ccediloumlzuumlmuumln yakınsamaları değişebilir
(Moavani 2015)
26
32 ANSYS PROGRAMI
ANSYS genel amaccedillı kullanılan sonlu elemanlar programıdır Ansys yazılımı
mukavemet titreşim akışkanlar mekaniği ısı transferi ve elektromanyetik alanlarının
birbiri ile olan interaksiyonunu simule eden yazılımdır
Boumlylelikle ANSYS uumlruumlnlerin prototipleri uumlretilmeden sanal ortamda test edilmelerine
olanak sağlar Ayrıca sanal ortamdaki 3 boyutlu simulasyonlar neticesinde yapıların
zayıf noktalarının tespiti ve iyileştirilmesi ile oumlmuumlr hesaplarının gerccedilekleştirilmesi ve
muhtemel problemlerin oumlngoumlruumllmesi muumlmkuumln olmaktadır
ANSYS yazılımı sadece ihtiyaccedil duyulan oumlzelliklerin alınmasına fırsat vererek ilave
edilebilen CAD ve FEA bağlantı modulleri ile masa uumlstuumlnde kullanılan diğer
muumlhendislik yazılımları ile entegre bir şekilde ccedilalışabilmektedir
ANSYS yazılımı hem dışarıdan CAD datalarını alabilmekte hem de iccedilindeki
preprocessing imkacircnları ile geometri oluşturulmasına izin vermektedir Yine aynı
preprocessr iccedilinde hesaplama iccedilin gerekli olan sonlu elemanlar modeli yani mesh de
oluşturulmaktadır Yuumlklerin tanımlanmasından sonra ve gerccedilekleştirilen analiz
neticesinde sonuccedillar sayısal ve grafiksel olarak elde edilebilir
ANSYS yazılımı ile oumlzellikle contact algoritmalarının ccedileşitliliği zamana bağımlı
yuumlkleme oumlzellikleri ve nonlinear malzeme modelleri sayesinde yuumlksek muumlhendislik
seviyedeki analizleri hızlı guumlvenilir ve pratik bir şekilde gerccedilekleştirilebilmektedir
ANSYS Workbench parametrik CAD sistemlerini eşsiz bir otomasyon ve performans
ile simulasyon teknolojilerini entegre eden bir platformdur ANSYS Workbenchrsquoin
guumlcuuml yılların bilgi birikimi ile arkasında duran ANSYS ccediloumlzuumlcuuml algoritmalarından gelir
Ayrıca ANSYS Workbenchrsquoin amacı sanal ortamda uumlruumlnuumln verifikasyonunu ve
iyileştirmesini sağlamaktır
Oumlzellikle PC ile uyumluluğun uumlst seviyede olabilmesi iccedilin yazılmış olan ANSYS
Workbench sadece bir arayuumlzden ileri bir ccedilalışma ortamındır ve ANSYS Workbench
ile herhangi bir ANSYS lisansına sahip herkes ccedilalışabilir Aynı alışılagelmiş ANSYS
arabiriminde olduğu gibi ANSYS Workbenchrsquode de kapasiteler sahip olunan lisansın
doğrultusunda sınırlıdır (URL9)
27
ANSYS programının bu oumlzelliklerinden dolayı programı kullanmaya karar verdik
Ansys programının oumlncellikle akışkan mekaniği ve dinamiğinde kullanılan iki ayrı
boumlluumlmuuml bulunmaktadır Bu boumlluumlmler Fluent ve CFX boumlluumlmleridir Bizim
kullandığımız boumlluumlm ise ANSYS CFX boumlluumlmuumlduumlr
33 MEVCUT FAN UumlZERİNDE YAPILAN ANALİZLER
ANSY projesinde oumlncelikle CFX kısmını kullanıldı Ccediluumlnkuuml ANSYS programında
CFX ve Fluent programı hesaplamalı akışkanlar dinamiği iccedilin kullanılmaktadır Ancak
ANSYS CFX turbo makinalar iccedilin kullanıldığından oumlnceden de goumlsterildiği gibi bir
nod alırken huumlcrelerin orta noktalarından nod hesabı yaptığı iccedilin verdiği değerler fan
analizi iccedilin daha iyi bir yakınsama goumlsterir Bu sebeple ANSYS CFX kısmı kullanıldı
İlk olarak mevcut fan uumlzerinde ccedileşitli incelemeler yapıldı
Mevcut fan uumlzerinde 10 kanat var iken suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilok fazla olduğu saptandı
Bunun uumlzerine motorun akışını kolaylaştırma yoluna gidildi
Havayı oluklara daha iyi aktarabilecek kısım fanın kanat boyu olduğu iccedilin fanın
kanatlarının uzunluğunda değişiklik yapılmasına karar verildi
Fandan ccedilekilen debi miktarı ve tork değerlerini tam alabilmek ve mevcut fanın
verimini oumllccedilebilmek iccedilin oumlncelikle esas oumllccediluumllerine goumlre ccedilizilen fan ANSYS
programına aktarıldı File gt Import gt Design Moduler şeklinde SolidWorksrsquo ten
ANSYS programına aktarıldı
Şekil 19 SolidWorksrsquo ten İmport Etmek
28
Fanın ccedilevresinde akış hacmi oluşturmak iccedilin katı modelin ccedilevresindeki hava
modellenir
331 Geometri
Oluşturulan akış hacminde havanın giriş ve ccedilıkış kısımları İnlet-Outlet şeklinde
belirtilir
Analys tools komutlarından xy duumlzleminde halka oluşturulur
Burada modeling kısmı 3 boyutlu işlem yapacağı zaman seccedililen kısımdır
Aşağıdaki şekilde de goumlruumlleceği uumlzere
Şekil 20 Akış Alanı Belirleme
Burada exturude komutuyla birlikte oluşturulacak akış hacminin kaccedil mm
uzatılacağı belirtilir Hepsini bir buumltuumln haline getirmemek iccedilin lsquovar olanla
birleştirilsin mirsquo sorusuna hayır denilir
Daha sonra ccedilevresine yayılan boşluk iccedilin Outlet tanımlaması yapılır
Bu işlemleri gerccedilekleştirdikten sonra kesit gerekir İlk oumlnce plane (duumlzlem)
belirlenir Bunun iccedilin hangi duumlzlemi seccedililecek ise (oumlrneğin xy) onu seccedilip plane
tıklanır Plane boumllgesinden ne kadar uzakta olacağı belirlenir Biz de değer 34 mmrsquo
dir Ccediluumlnkuuml kanatların boyu 31 mm olduğundan mesh atamada sorun ccedilıkmaması
29
iccedilin 34 mm uzaklıkta bir plane atanır Bu Planersquoi slice komutuyla keserek 3 farklı
boumllge oluşturulmuş olur
Akışkan hacmini oluşturmak iccedilin dolu olan kısımlar belirlenip ona goumlre hareket
edilir Bunun iccedilinde milin iccedilini dolu kabul edilir
Akışkan hacmi iccedilin yapılan bir diğer işlem ise oluşturulan hacimden fanın hacmini
booelangt substrack komutları ile akışkan hacminin bulunmasıdır
Mevcut fanın uumlzerine sağ tıklanarak ve suppress body komutu seccedililir Boumlylelikle
fanı gizleyerek sadece akışkan hacmi goumlruumlluumlr
Daha sonra oluşan parccedilaların arasında boşluk olmaması iccedilin ve bağlantı sağlamak
iccedilin part kısımlarını seccedililerek sağ tıklanır from new part seccedililir
Şekil 21 Slice Komutu ile Boumllgelere Ayırma
30
Şekil 22 Parccedilalar Arası Bağlantının Sağlandığı FromNew Part Boumlluumlmuuml
Mesh kısmını suumlruumlkleyip project schematic boumlluumlme bırakılır Bu boumlluumlmde geometri
onaylanır ve en altta bulunan meshrsquoe tıklanır
332 Sayısal Ağ Oluşturma (Mesh)
Şekil 23 Mesh oluşturma
31
Şekil 24 Mesh Geometrisi
Sonlu sayıda hacimle ccedilalışıldığından sonlu sayıda hacime boumllmek gerekir Sonlu
sayıda hacime boumlluumlnen kısımlar farklı farklı olabilir
Bu huumlcreler kapsadığı alanın oumlzelliklerini yansıtır Bunların ccedilevresindeki nodlar
bunların ortalaması ile belli bir oumlzelliğe sahip olmuş olur
Bu huumlcrelerin arttırılması yani ayrıştırmaların ccediloğaltılması ne kadar fazla olursa o
kadar yakınsama olur ve ccediloumlzuumlm iyileşir
Ancak sayısal ağ ccedilok fazla attırıldığında ccediloumlzuumlm suumlresi ccedilok fazla artacağından
ekonomik değildir
Bu sebepten dolayı mesh ( ayrıştırma) atarken akışkanın en fazla değişim
goumlstereceği kısımlarda daha fazla sayısal ağ oluşturulur Boumlylelikle daha iyi bir
yakınsama elde edilir Akışkanın değişim goumlstereceği yerler genellikle yuumlzeylerle
temas edilen kısımlardır Mevcut fanın analizin de orta kısımlarda pek fazla
değişiklik olmaz Bu nedenle sınırlara yakın kısımlara daha fazla ağ oluşturulur
Detail of Mesh kısmından hangi kısımlarda ne kadar buumlyuumlkluumlkte mesh
atılabileceğine bakılır
32
Detail of Mesh kısmından Phsics preference kısmı seccedililerek CFDrsquoi seccedililir Solver
Preference kısmından ise CFXrsquoi seccedilip devam edilir
Analiz yaparken belirlenmesi gereken kısımlar vardır Bunun iccedilin diğer kısımlar
seccedililerek hide body seccedililerek kapatılır ve select all body seccedililerek kanatlara isim
verilir
Şekil 25 Mesh İsimlendirme
Akışkanın girişine inlet ccedilıkışına outlet denilir
Mesh atımında minimum yakalayacağı huumlcreler ile maksimum yakalayacağı
huumlcrelerin milimetre hesabı oumlnemlidir Bu yuumlzden kanadın kalınlığı 25 mm olduğu
iccedilin 2 mmrsquo den az olan huumlcre belirlenir Maksimum 15 mmrsquo den buumlyuumlk huumlcreler
olması duumlşuumlnuumllerek analizin yakınsaması sağlandı
Meshrsquoi tıklayıp oradan insert size kısmın da bulunan isimlerde kanatlar seccedililir
Kanatlara maksimum 3 mm buumlyuumlkluumlk seccedililir Devamında ise kanatları hide face
komutuyla gizlenir ve geriye kalan kısımlar iccedilin sizing iccedilin yine 3 mm verilir
Daha sonra kanat ve ccedilevresine ccedilizilen akış hacmi seccedililerek tekrar size kısmından
buumltuumlnuumlne 8 mm verilir Bu kısım iccedilin mesh atanır Yuumlzeyler seccedililerek Preview
Surface Mesh on Selected Bodies denilir ve mesh işlemi tamamlanmış olur
33
Şekil 26 Meshrsquo in Goumlsterimi
Ancak mesh işleminde silindirik yuumlzeylerde sweep komutuyla daha kolay mesh
atılabileceği iccedilin istenen yuumlzey iccedilin sağ tıklayıp İnsertgt Method gtSweep Number
Divs komutlarından kaccedil sıra mesh atılacağı belirlenir 20 sıra vererek mesh atıldı
Suumlpuumlrme işlemi ile mesh atarken hangi yuumlzeyi kaynak olarak alınacağı da
boumlylelikle belirlenmiş olur
Mesh sayfasını kapatıp daha sonrasında workbench kısmında meshin uumlzerine cfx
kısmını bırakılır
Mesh setupgt solutiongt results dan sonuccedillar elde edilir
Daha sonra geometry design da motorun kapağına uygun bir sınır belirlenerek
analiz yapılır
Geometriyi duumlzenlenerek CFXrsquo e aktarılır
Daha oumlncesinde de bahsedildiği uumlzere ANSYS de CFX kullanıldı CFX
kullanılmasının bir diğer sebebi de CFXrsquo in fan konusunda ANSYSlsquo in mesh
kısmından daha bağımsız ve daha hassas olmasıdır
Yapılan isimlendirmeler tekrar kontrol edilir Her farklı işlev iccedilin farklı
isimlendirme yapmak ccedilok oumlnemlidir boumlylece havanın nereden girip ne şekilde
ccedilıkacağını isimlendirmelerden goumlruumllebilir Ve bu isimlendirmeler iccedilin ayrı ayrı kod
yazılır
34
333 Sınır Şartları
Şekil 27 Sınır Şartlarının Belirlenmiş Hali
ANSYS setup kısmında Insert gt Solver gt Output Control komutları seccedililerek code
yazılır MassFlow ()inlet gt Torque_z()kanatlar olarak giriş kısmının kuumltlesel
debisi iccedilin komut yazılır
Ayrıca Insert gt Material kısmından sıcaklığı 25reg basıncı 1 atm entalpi değerini 0
olarak şartları belirlenir
Malzemenin kapak kısmı ccedilelik olarak belirlenir
Solver Control kısmından high resuluiton seccedililerek ccediloumlzuumlmuumln kalitesi arttırılır
Solver Control kısmından Residual Target artık tipini RMS olarak ve onun
yakınsama sınırı 10-5 belirlenir Rms elemanların karelerinin koumlkuumlnuuml alarak
ortalamasını alan youmlntemdir
Yine Solver Control kısmından minimum iterasyonu 1 maksimum İterasyonu ise
500 verilir
İnlet kısmı belirlenirken Boundary Type ( sınır şartları) opening olarak seccedililir
Opening verilmesindeki amaccedil akışkanların iccedileriden girip dışarıya ccedilıkışlarının
sağlanmasıdır Aksi halde ccediloumlzuumlmuumln yakınsamasın da sorunlar oluşabilir Opening
şartında ayrıca akışkan daha ccedilabuk toparlanır ve analiz daha kolaylaşır
Flow Direction komutunda normal sınır şartları belirlenir
Suumlreklilik şartı olarak da Fluid Mass Fluxrsquou seccedililir Bunun yanında sınır kontuumlruuml
iccedilin bağıl basınccedil ayarlarını seccedililir Aynı şekilde outlet iccedilin de aynı ayarlar yapılır
35
Domaine basılıp kapak kısımları ve motor kısımları seccedililir Bu dış kısımları duvar
olarak belirlenir ve duvar hareket edemeyeceğinden No Slip Wall seccedileneği olarak
belirtilir Duvarları suumlrtuumlnmesiz olduğu varsayılıyor
Fan ve kanatlar kısmında Boundry Type olarak Wall olarak belirleyip Frame type
gt rotating (doumlnuumlyor) belirtilir
Ccediloumlzuumlm metodu olarak RNG k-euro modeli kullanılır
Şekil 28 Setup Koşulların Belirlenmesi
334 Ccediloumlzuumlm - Sonuccedillar
Setup kısmını kapatılarak solution ekranı ccedilift tıklanarak ccedilıkan ekran da RUN seccedililerek
ccediloumlzme işlemi başlatılmış olur
Ccediloumlzme işlemi bittiğinde results kısmından sonuccedillar goumlruumlntuumllenebilir
36
Şekil 29 Akışın Youmlnelişi
Şekil 30 Debi Sonucu
37
34 YENİ FAN TASARIMI
341 Fan Tasarımı İccedilin Kabuller
Havanın sıkıştırılamaz olduğunu kabul edildi Havanın sıkıştırılmaz olduğu
varsayılarak yoğunluğu değişmez ve 12 kgm3 olarak kabul edilir
Ccediloumlzuumlmde suumlrtuumlnmeler ve ısı kayıpları ihmal edilir Ccediluumlnkuuml bu değerlerin
hesaplanması ccedilok uzun suumlreceği iccedilin ccediloumlzuumlm youmlntemi iccedilin ekonomik olmaz
Gerccedilekle arasında ccedilok buumlyuumlk bir fark olmayacağı varsayılmıştır
Verimi arttırmak iccedilin orijinal fanın analizinden elde edilen tork değeri duumlşuumlk
tutulmaya ccedilalışılmıştır
Motorun tek bir youmlne doumlneceği duumlşuumlnuumllmuumlştuumlr
342 Fan Tasarım Parametreleri
Bir fan tasarımında belli başlı kriterleri ele alabilmek iccedilin mevcut fan uumlzerinden
değerler bulundu
Tablo 7 Mevcut Fanın Oumlzellikleri
Devir Sayısı ( ddk) r hub (mm) rtip (mm)
1498 25 77
Radyal hız hesaplandığında w= 15687 radsn bulunmuştur r hub diye isimlendirilen
kısım fanın giriş accedilısı iccedilin gerekli olan kanadın başlangıcı ile milin merkezi arasındaki
uzaklıktır r tip ise fan kanadının bitiş noktası ile mil merkezi arasındaki uzaklığın
yarıccedilap cinsinden ifadesi olmaktadır
38
Fan kanat tasarımında oumlnemli olan w (accedilısal hız)hızının kanatlara ne kadar dik
gelebildiğidir Bu kanat hacmine ne kadar iyi bir şekilde gelirse akışkan o denli iyi
akabilir ve kanat profili oluşur
U_hub= w (radsn) x r hub
U_tip = w x r tip
Beta = arctan(vu)
A_inlet= (r tip 1000)sup2π ndash r hub 1000)sup2π
Verim= (Q x P) (TxW)
V (akışın mutlak hızı)= Debi Alan
Tablo 8 Sonuccedil olarak elde edilen değerler
r_h (mm) 25 r_t (mm) 77 r_h (mm) 50 r_t (mm) 80
U_h (ms) 3927 U_t (ms) 1209516 U_h (ms) 7854 U_t (ms) 125664
A_in (m^2) 0016663 A_out (m^2)0012252
V_in (ms) 2350516 V_out 3196702
beta_h 5909726 beta_t 7900249 beta_h 678529 beta_t 7572755
giriş ccedilıkış
Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları
Bu değerlere goumlre BladeGende yeni bir kanat profili oluşturulur
r tip
r hub
Şekil 31 Fan Kanatlarının Accedilısı
39
Şekil 32 BladeGen Kanat Profili
Oluşturduğumuz bu geometriye daha oumlnceki boumlluumlmde bahsedilen fana yapılan adımlar
uygulandı (Yeni oluşturulan fanın geometrik deseni ektedir)
40
3421 Geometri
Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi
3422 Sayısal Ağ Oluşturma
Şekil 34 Yeni Fan Tasarımının Sayısal Ağ Oluşturulması
41
3423 Ccediloumlzuumlm
Şekil 35 Tasarımı Yapılan Fanın Verimi
Accumulated Time Step sayısı iterasyonu goumlstermektedir Daha fazla yakınsama iccedilin
daha fazla koşturulabilir
42
Şekil 36 Tasarımı Yapılan Fanın Torku
43
3423 Sonuccedillar
Şekil 37 Akışın Youmlnelişi
Bu kısımda verimi arttırabilmek iccedilin tork azaltılmaya ccedilalışıldı Boumlylece kanatlara
harcanan toplam guumlccedil azaltılarak iyileştirmeler yapıldı
44
Kanadın iş yapan kısmını arttırarak orijinal fanda kanadın suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilapı
154 mm iken yeni fan da 160 mmrsquoye ccedilıkarıldı
Kanatlar daha eğimli ama daha eksenel bir forma getirildi
Bu motorda toplam guumlccedil iccedilin 60 watt olduğunda yaklaşık 6 wattrsquo lık guumlccedil fan iccedilin
harcanıyordu Fanın verimliliği ccedilok oumlnemli olduğu iccedilin debiyi sabit tutulmaya
torku da duumlşuumlruumllmeye ccedilalışıldı
Tablo 9 ANSYSrsquo de Elde Edilen Deneyler
tork(Nm) w(radsn) m(kgs)
Orijinal Fan 00393645 15687 0048168
Yeni Fan 00043869 15687 0032261
Goumlruumllduumlğuuml gibi tork buumlyuumlk oranda duumlşmuumlş ancak onunla birlikte debi de biraz
duumlşmuumlştuumlr
343 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanması
Motorun arka ve oumln kısımlarına sırt sırta fan bağlayarak havanın akışını hızlandırma
ve soğutmayı arttırma işlemi amaccedillandı Gerccedilek boyutlarda uygulamadan oumlnce fanı
motor şeklini verilen kısım da tek başına analiz yapıldı Verimli bir sonuccedil alabilmek
iccedilin ikili fan deneyi yapıldı
3431 Geometri
Şekil 38 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Geometrisi
45
3432 Sayısal Ağ Oluşturma
Şekil 39 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Sayısal Ağ
Oluşturulması
Yapılan analiz de goumlzlemlenen sonuccedillar şunlardır
Bir motorun etrafında sınırlayıcı bir alan olmadığı iccedilin sınır şartları olarak setup
kısmında yine havayı 1 atm basınccedil olarak alınır Eğer sınırlayıcı bir alan olsaydı
oluklardan hava akışı doğrudan motorun arka kısmına gelecekti Ccedilıkış noktasına ise
kapak yerleştirildi giriş noktasında atmosfer ccedilıkışı ise kapak olarak sınırlandı
3433 Kod Ccediloumlzuumlmuuml
Debi ndash 000064 mᵌ sn olarak ccedilıktı Motorun hava ccedilıkış kısmına fan bağlamanın verimli
olmadığı sonucuna varıldı Oumlnceden oluşturulan oluklardaki 1cmrsquolik aralıklarla
havanın geniş bir alana gitmesi ccedilok zordur Ve bu akışı goumlnderebilmek iccedilin fazladan
basınccedil uygulanması gerekir Bu sebepler debinin duumlşmesine sebep olmuştur
46
Şekil 40 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Ccediloumlzuumlmuuml
47
BOumlLUumlM 4 SONUCcedilLAR
Verim= (Alınan Guumlccedil Verilen Guumlccedil)= (∆P x Q) (T x ὠ)
A_inlet = (r_tip)2 1000 - (r_hub)21000
A_outlet =( U_h1000)2 - (U-t1000)2
U= ὠ x r
Fan hesaplarıdan debi değeri ve tork değeri duumlşmuumlştuumlr Aşağıda yeni fanımızın verimi
yukarıdaki formuumlllere goumlre excelde hesaplanmıştır
tork(Nm) w(radsn) ṁ(kgm^3) verim deltap (Pa)
Orijinal Fan 00393645 15687 00391 60152783 95
Yeni Fan 00043869 15687 0039167 54068744
Tabloda da goumlruumllduumlğuuml uumlzere eski fanın oumlzelliklerine bakılarak hız uumlccedilgeni youmlntemiyle
oluşturulan yeni fan 540 verimli ccedilıkmıştır
Motorun oumln kısmın koyduğumuz fanda ise dar oluklardan buumlyuumlk bir hacime giriş
yaptığı iccedilin tek youmlnluuml analizde kuumltlesel debi negatif değerde ccedilıkmıştır
(Kuumltlesel debi) ṁ=ƍ( oumlzkuumltle) x A(alan) x V( akışkan hızı)=kgsn ndash Formuluumlnden
dolayı verimin hesaplanmasına gerek yoktur
48
BOumlLUumlM 5 EKLER
EK1- MEVCUT FAN
EK2- YENİ FAN
49
KAYNAKCcedilA
Baykal R 2011 Asenkron Motorlar Uumlzerine Enerjiİ Verimliliği Uygulanması
Yayın Tarihi 15032011
Ccedilalışkan M 2014 Eksenel Akışlı Fan Tasarımı Yuumlksek Lisans İstanbul Teknik
Uumlniversitesi TUumlRKİYE
Moavani S 2015 Sonlu Elemanlar Analizi Teorisi ve Ansys ile Uygulamalar
İstanbul
Onaygil S 2006 Enerji Verimliliği Kanunun Tanıtımı Yuumlksek Lisans
URL1 lthttpdeneysancomContentimagesdocumentshavalandirma-
4_39143832pdfgt Erişim Tarihi 12032016
URL2 lt httpwwweiegovtrgt Erişim Tarihi 20042016
URL3 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi
12052016
URL4 ltwwwtuumlikgovtrgt Erişim Tarihi 14052016
URL5 ltwwwemoorgtrekler364734147179187_ekpdfgt Erişim Tarihi 16052016
URL6 ltwwwinverter-plcnetmotoryıldız_uumlccedilgen_bağlantıhtmlgt Erişim Tarihi
18052016
URL7 ltwwweiegovtreie-webturkceenMotor_Verimliligi_Brosurupdfgt Erişim
Tarihi 20052016
URL8 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi
07062016
URL9 ltwwwfigescomtransysansys-nedirphpgt Erişim Tarihi 09062016
50
OumlZGECcedilMİŞLER
Elif CcedilİCcedilEK
Eyluumll 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Duumlzce Anadolu İmamhatip Lisesinde
tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi İlahiyat Fakuumlltesirsquoni kazandı 2012 yılında
Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine
başladı Halen eğitimine devam etmektedir
İletişim
apsuvaelifhotmailcom
Nesrin ALTUNBOĞA
Ağustos 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Haydarpaşa Teknik Okulları Raylı
Sistemler Teknolojileri Boumlluumlmuumlnuuml tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi
Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Boumlluumlmuumlnuuml kazandı Halen eğitimine
devam etmektedir
İletişim
naltunbogagmailcom
Rumeysa ALGUumlL
Ekim 1992rsquo de Konyarsquoda doğdu Lise oumlğrenimini Lafarge Aslan Ccedilimento Anadolu
Teknik Lisesirsquonde 2010 yılında tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi Teknoloji
Fakuumlltesi Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliğini kazandı 2013 yılında Teknoloji
Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine başladı Halen eğitimine devam
etmektedir
İletişim
rumeysaalgulgmailcom
51
52
17
24 ASENKRON MOTOR CcedilEŞİTLERİ
Asenkron motorlar rotor yapılarına goumlre ikiye ayrılır
Sincap kafesli (Kısa devre rotorlu) Asenkron Motorlar
Bilezikli (Sargılı rotorlu) Asenkron Motorlar
241 Uumlccedil Fazlı Kısa Devre (Sincap Kafesli ) Asenkron Motorlar
Uumlccedil fazlı sincap kafesli motorun yapılısı basittir Az bakıma ihtiyaccedil goumlsterir Bu tip
motorun oumllccediluumlleri aynı guumlccedilteki başka tip motorların oumllccediluumllerinden kuumlccediluumlktuumlr Değişik
yuumlklerdeki hız reguumllasyonu ccedilok iyidir Fiyatının ucuzluğu yapılışının sağlamlığı ve
istenilen ccedilalışma oumlzelliğine sahip oluşu yuumlzuumlnden bu tip motorlar sanayide ccedilok
kullanılır
Rotorlar accedilılmış oluklara basınccedil altında erimiş aluumlminyum puumlskuumlrtuumllerek doldurulur
Rotorun her iki başındaki kısa devre halkalar da aluumlminyumdandır Ayrıca bu halkalar
uumlzerine kanatlar da bırakılarak rotor işletmede vantilasyon suretiyle soğutulması
sağlanır 250 kW guumlcuumlne kadar kısa devre kafesleri aluumlminyumdan yapılmış asenkron
motorlar mevcuttur
Buumlyuumlk guumlccedil istenilen işletmelerde kısa devre kafesi yuumlksek dikdoumlrtgen şeklinde bakır
ccedilubuklardan ve bunları rotorun her iki başında kısa devre eden bakır halkalardan
yapılır Rotorda kaccedil adet oluk varsa rotorun faz sayısı buna eşittir
Kısa devre kafesli asenkron motorun yol alma oumlzellikleri iyi değildir Ancak basit ve
ucuz olmaları nedeni ile yaygın biccedilimde kullanılmaktadır Yol almasını kolaylaştırmak
iccedilin yuumlksek ccedilubuklu veya ccedilift kafesli olarak yapılırlar (Baykal 2011)
Şekil 11 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru
18
242 Bilezikli (Sargılı rotorlu) AC Motorlar
Birccedilok sanayi yuumlklerinde uumlccedil fazlı değişik hızlı motora ihtiyaccedil duyulduğu yerler iccedilin
bilezikli asenkron motorlar geliştirilmiştir Bilezikli asenkron motorlara sargılı rotorlu
AC motor da denilmektedir Bu tip motorun statoru ile sargının yerleştirilmesi sincap
kafesli motorun aynıdır Rotor ccedilelik saccedillardan yapılmış silindirik bir goumlbektir 120
derece aralıklı uumlccedil adet tek fazlı kalıp sargısını yerleştirmek iccedilin rotor uumlzerine oyuklar
accedilılmıştır izoleli rotor bobinleri stator kutup sayısına eşit kutup sayısı elde edecek
şekilde gruplandırılmıştır Uumlccedil tek fazlı rotor sargısı aralarında yıldız bağlanarak ccedilıkış
uccedilları rotor mili uumlzerindeki uumlccedil bileziğe bağlanmıştır Bileziklere temas eden fırccedila uccedilları
hız kontroloumlruuml ayarlayıcısına bağlanır Fırccedilalar taşıyıcılar uumlzerindeki yayların basıncı
ile bileziklere sıkıca temas eder Doğru akım makinelerinde olduğu gibi youmln
değiştirmeye luumlzum olmadığı iccedilin fırccedila taşıyıcıları uygun bir durumda sıkıca tespit
edilmiştir
Bilezikli asenkron motorun rotorunda aynı statorunda olduğu gibi uumlccedil fazlı alternatif
akım sargısı vardır Stator 10 Kw guumlce kadar tek tabakalı orta guumlccedillerde ise iki tabakalı
sargılı yapılırlar Rotor ise tam oluklu veya kesirli oluklu sargılı olabilir Rotor sargı
uccedillarının bir tarafı bileziklere bağlanır Diğer tarafı ise kısa devre edilerek uumlccedil fazlı
sargının yıldız noktasını oluşturur Bilezikler uumlzerindeki fırccedila sistemi ile rotor
alternatif gerilim kaynağından ayrıca beslenir (Baykal 2011)
25 Elektrik Motorlarına Yıldız-Uumlccedilgen Yol Verme
Kalkış akımını duumlşuumlrmede en ekonomik youmlntemdir Uumlccedil kontaktoumlr ile bir zaman
roumllesinden oluşan kontaktoumlr kombinasyonudur Bu youmlntemle yol verebilmek iccedilin
motorun uumlccedilgen bağlı ccedilalışma gerilimi şebeke gerilimine eşit olmalıdır Oumlrneğin
uumllkemizde şebeke gerilimi 380 Volt olduğuna goumlre yıldız-uumlccedilgen yol verilecek motorun
etiketinde D380 V veya D380VY660V yazılı olmalıdır Volt elektrik motorlarında 2
ve 4 kutuplularda 3 kW (dacirchil) 6 kutuplularda 22 kW(dacirchil) den daha buumlyuumlk guumlccedilluuml
motorlar bu oumlzelliktedir Yani 380 V şebekede uumlccedilgen bağlı ccedilalıştırılırlar
Motora yıldız-uumlccedilgen yol verildiğinde direkt yol vermeye goumlre şebekeden ccedilekeceği
akım 3 katı azalır Yıldız-uumlccedilgen yol vermede amaccedil motoru kalkış suumlresince yıldız
19
bağlı ccedilalıştırmak ve kalkışını tamamlayan motoru hemen normal bağlantısı olan uumlccedilgen
bağlı olarak ccedilalıştırmaktır
Motor kalkış sırasında yıldız bağlı ccedilalıştırıldığından motor sargılarına uygulanan
gerilim U radic3 değerine motorun şebekeden ccedilektiği akım ise 13 değerine duumlşer
Motorun sargılarına uygunalan gerilim azaldığından momenti oumlnemli oumllccediluumlde kuumlccediluumlluumlr
Yıldız-uumlccedilgen yol vermenin kusursuz olması iccedilin motorun yuumlk momentinin yıldız
bağlamadaki motor momentinden buumlyuumlk olmaması ve yıldız bağlamadaki suumlrenin
uygun olması gerekir Bu geccediliş suumlresi ccedilok oumlnemlidir Motor yıldız bağlantıda iken
anma devir sayısına ulaşıldığı anda uumlccedilgen bağlantıya geccedililmesi ve fazla aralık
verilmemesi gerekir
Boumlyle olursa yıldızdan uumlccedilgen bağlantıya geccedilişteki uumlccedilgen kontaktoumlruumlnuumln kapamama
akımı kuumlccediluumlk ve yıldızdan uumlccedilgene geccediliş darbesiz olur Aksi halde uumlccedilgen bağlantıya
geccedilişte akımda geccedilici artışlar goumlruumlluumlr Bunun sonucu kontaktoumlruumln kontakları ani
yuumlksek ısı nedeniyle kaynak olabilir
Bir şebekede uumlccedilgen bağlı ccedilalışacak motor aynı şebekede yıldız bağlı (Y) olarak
ccedilalıştırılabilir Ancak bu durumda motorun guumlcuuml ve momenti duumlşer Bu oumlzellikten
yararlanarak asenkron motorların kalkış anında ccedilektikleri fazla akımı azaltmak iccedilin
yıldız-uumlccedilgen yol verme uygulanması yapılabilir
Şebekede yıldız bağlı ccedilalıştırılması gereken motor yanlışlıkla uumlccedilgen bağlı ccedilalıştırılırsa
sargılarına radic3 katı buumlyuumlk gerilim uygulanmış olur Gerilimdeki artış oranı kadar sargı
akımı buumlyuumlyeceğinden motor aşırı akım ccedileker ve kısa suumlrede artacak ısı sonucu
sargılar yanar
Onun iccedilin yıldız bağlı ccedilalışması gereken motor kesinlikle aynı şebekede uumlccedilgen bağlı
ccedilalıştırılmaz (URL6)
20
Şekil 12 Motora yıldız-uumlccedilgen yol verme
Şekil 13 Stator Sargı Uccedillarının Uumlccedilgen (D) Ve Yıldızı (Y) Bağlanması
Şekil 14 Asenkron Motora Yol Verme
21
26 FANLAR
261 Genel Bilgiler
Fanlar hava veya benzeri gazları basınccedillandırarak belirli bir akış yolu iccedilinde hareket
etmesini sağlayan turbo makinelerdir İyi bir fan istenilen performansı yerine
getirirken verimi yuumlksek enerjiyi daha az tuumlketen muumlmkuumln olduğunca guumlruumlltuumlsuumlz
ccedilalışan ve maliyeti duumlşuumlk olan fandır Fanların tahrik sistemlerinde elektrik motorları
kullanılmaktadır (URL3)
262 Fan Ccedileşitleri
Fanlar aşağıdaki gibi sınıflandırılmaktadır
Eksenel (aksiyel) fanlar
Radyal (santrifuumlj) fanlar
Karışık akışlı (eksenel-radyal) fanlar
Ccedilatı tuumlruuml fanlar
Karşıt akımlı fanlar (blower)
Vorteks ya da rejeneratif fanlar
Diğerleri
Elektrik motorlarında radyal fanlar kullanılmaktadır (URL8)
Bu kısımda projemiz iccedilin incelediğimiz 3 ccedileşit fanı accedilıklayacağız
2621 Eksenel Fanlar
Havanın fan ccedilarkı ile aynı eksende youmln değiştirmeden hareket ettiği fanlardır Yuumlksek
hava debileri ve duumlşuumlk basınccedil sınıfına sahip sistemler iccedilin uygun fanlardır Şekil 15
rsquode oklar akış youmlnuumlnuuml (simetri eksenine paralel) goumlstermektedir
22
Şekil 15 Akışın Simetri Ekseninde Hareket Etmesi
2622 Karışık Akışlı (Radyal-Eksenel) Fanlar
Havanın kanatlar uumlzerinden emmesine goumlre yaklaşık 45deg accedilı yaparak hareket ettiği
fanlardır Radyal fanlara goumlre hava debisi daha yuumlksektir
Eksenel fanlardan daha yuumlksek basınca dayanabilir
Fan eğrisi uumlzerinde kararsız boumllge yoktur
Karşı basıncın duumlşuumlk olduğu boumllgelerde motor aşırı akım ccedilekmez
Eksenel ve radyal fanlara goumlre verimleri duumlşuumlktuumlr (URL6)
Şekil 16 Karışık Akışlı Fan Uygulamaları
23
2623 Radyal (Santrifuumlj) Fanlar
Havanın fan ccedilarkını emmesine goumlre 90deg accedilı yaparak kanatlara teğet olarak terk ettiği
fanlardır
Radyal fanların avantajları aşağıdaki gibidir
Geniş bir uygulama aralığına sahiptir
Yuumlksek sıcaklık ve aşındırıcı ortam uygulamalarında kulanılır
Değişken akış direncine sahip yerlerde daha verimli ve daha sessiz ccedilalışma
olanakları vardır
Yapısal kararlılıkları yuumlksektir (URL6)
Radyal Duumlz Kanatlı Fanlar
Genellikle kendi kendini temizleme malzeme taşıma ve parccedilacık ve yağ yuumlkluuml havanın
uygun halde taşınması gibi durumlarda kullanılırlar ve bunun iccedilin duumlz kanatları vardır
Ccedilarkları basit bir yapıya sahiptir ve nispeten dar kanatları vardır
Elektrik motorlarında genellikle ccedilift youmlnluuml ccedilalışmaya uygun olması iccedilin radyal duumlz
kanat tipli bu fanlar seccedililiyor
Şekil 17 Radyal Duumlz Kanatlı Fanlara Oumlrnekler
24
BOumlLUumlM 3 BULGULAR VE TARTIŞMA
31 SONLU ELEMANLAR YOumlNTEMİ
Sonlu elemanlar youmlntemi muumlhendislik problemlerine kabul edilebilir yaklaşımlarla
ccediloumlzuumlm arayan sayısal youmlntemdir (Moavani 2015) Sonlu elemanlar youmlntemi diğer bir
ifade şekliyle fiziksel şeklin matematiksel ifadesidir Bu kurduğumuz siste sınırlara
ayırılabilen ve malzeme şartlarına uygun olan bir sistem olmalıdır
Sonlu eleman youmlntemindeki basamaklar
Yaklaşık Ccediloumlzuumlm Youmlntemi
Geometrik Şekil
Nod
Eleman
Mesh
Ayrıklaştırma
Şekil 18 Sonlu Eleman Modeli
Eleman
Nod
(Duumlğuumlm
noktaları)
25
Sonlu elemanlar youmlntemi matematik ve fizik biliminin buumltuumln alanlarında kullanılır
Gerilme Analizi
Akışkanlar Mekaniği
Isı İletimi
Dalga Yayılımı
Darbe Analizi
Aerodinamik vb alanlardır
Sonlu elemanlar youmlntemini kullanırken oumlncelikle şu soruların cevaplarını bulmalıyız
Dizayn amacımız nedir
Bu sistemi modellemek iccedilin gerekli olan bilgiler nelerdir
Bu dizayn iccedilin hangi kriterler gerekir
311 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Pozitif Youmlnleri
Geometrisi karışık cisimlerin incelenmesini kolaylaştırır Geometri basit kısımlara
ayrılıp burada ayrı veya daha hassas işlemler yapılabilir
Parccedilanın geometrisini değiştirmeye gerek kalmaz
Youmlntemde hem fiziksel hem matematiksel temeli vardır
Sonlu elemanlar youmlntemi iccedilin ccedilok farklı programlar bulunmaktadır (Ansys Marc
Nastran ) (Moavani 2015)
312 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Negatif Youmlnleri
Elde edilen sonuccedilların doğruluğu hangi sonlu youmlnteminin kullanıldığına bağlıdır
Ccedilıkacak durum oumlnceden tespit edilmeli ve ona goumlre bir ccediloumlzuumlm youmlntemi
kullanılmalıdır Bu yuumlzden oumlnceden iyi tesipt edilemezse doğru değer bulunamaz
ve doğru ccediloumlzuumlm iccedilin zaman kaybı olabilir
Doğru ccediloumlzuumlm iccedilin elemanın ayrıştırılması (mesh) atanması gerekir
Bu meshin iyi atılması gerekir yoksa ccediloumlzuumlmuumln yakınsamaları değişebilir
(Moavani 2015)
26
32 ANSYS PROGRAMI
ANSYS genel amaccedillı kullanılan sonlu elemanlar programıdır Ansys yazılımı
mukavemet titreşim akışkanlar mekaniği ısı transferi ve elektromanyetik alanlarının
birbiri ile olan interaksiyonunu simule eden yazılımdır
Boumlylelikle ANSYS uumlruumlnlerin prototipleri uumlretilmeden sanal ortamda test edilmelerine
olanak sağlar Ayrıca sanal ortamdaki 3 boyutlu simulasyonlar neticesinde yapıların
zayıf noktalarının tespiti ve iyileştirilmesi ile oumlmuumlr hesaplarının gerccedilekleştirilmesi ve
muhtemel problemlerin oumlngoumlruumllmesi muumlmkuumln olmaktadır
ANSYS yazılımı sadece ihtiyaccedil duyulan oumlzelliklerin alınmasına fırsat vererek ilave
edilebilen CAD ve FEA bağlantı modulleri ile masa uumlstuumlnde kullanılan diğer
muumlhendislik yazılımları ile entegre bir şekilde ccedilalışabilmektedir
ANSYS yazılımı hem dışarıdan CAD datalarını alabilmekte hem de iccedilindeki
preprocessing imkacircnları ile geometri oluşturulmasına izin vermektedir Yine aynı
preprocessr iccedilinde hesaplama iccedilin gerekli olan sonlu elemanlar modeli yani mesh de
oluşturulmaktadır Yuumlklerin tanımlanmasından sonra ve gerccedilekleştirilen analiz
neticesinde sonuccedillar sayısal ve grafiksel olarak elde edilebilir
ANSYS yazılımı ile oumlzellikle contact algoritmalarının ccedileşitliliği zamana bağımlı
yuumlkleme oumlzellikleri ve nonlinear malzeme modelleri sayesinde yuumlksek muumlhendislik
seviyedeki analizleri hızlı guumlvenilir ve pratik bir şekilde gerccedilekleştirilebilmektedir
ANSYS Workbench parametrik CAD sistemlerini eşsiz bir otomasyon ve performans
ile simulasyon teknolojilerini entegre eden bir platformdur ANSYS Workbenchrsquoin
guumlcuuml yılların bilgi birikimi ile arkasında duran ANSYS ccediloumlzuumlcuuml algoritmalarından gelir
Ayrıca ANSYS Workbenchrsquoin amacı sanal ortamda uumlruumlnuumln verifikasyonunu ve
iyileştirmesini sağlamaktır
Oumlzellikle PC ile uyumluluğun uumlst seviyede olabilmesi iccedilin yazılmış olan ANSYS
Workbench sadece bir arayuumlzden ileri bir ccedilalışma ortamındır ve ANSYS Workbench
ile herhangi bir ANSYS lisansına sahip herkes ccedilalışabilir Aynı alışılagelmiş ANSYS
arabiriminde olduğu gibi ANSYS Workbenchrsquode de kapasiteler sahip olunan lisansın
doğrultusunda sınırlıdır (URL9)
27
ANSYS programının bu oumlzelliklerinden dolayı programı kullanmaya karar verdik
Ansys programının oumlncellikle akışkan mekaniği ve dinamiğinde kullanılan iki ayrı
boumlluumlmuuml bulunmaktadır Bu boumlluumlmler Fluent ve CFX boumlluumlmleridir Bizim
kullandığımız boumlluumlm ise ANSYS CFX boumlluumlmuumlduumlr
33 MEVCUT FAN UumlZERİNDE YAPILAN ANALİZLER
ANSY projesinde oumlncelikle CFX kısmını kullanıldı Ccediluumlnkuuml ANSYS programında
CFX ve Fluent programı hesaplamalı akışkanlar dinamiği iccedilin kullanılmaktadır Ancak
ANSYS CFX turbo makinalar iccedilin kullanıldığından oumlnceden de goumlsterildiği gibi bir
nod alırken huumlcrelerin orta noktalarından nod hesabı yaptığı iccedilin verdiği değerler fan
analizi iccedilin daha iyi bir yakınsama goumlsterir Bu sebeple ANSYS CFX kısmı kullanıldı
İlk olarak mevcut fan uumlzerinde ccedileşitli incelemeler yapıldı
Mevcut fan uumlzerinde 10 kanat var iken suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilok fazla olduğu saptandı
Bunun uumlzerine motorun akışını kolaylaştırma yoluna gidildi
Havayı oluklara daha iyi aktarabilecek kısım fanın kanat boyu olduğu iccedilin fanın
kanatlarının uzunluğunda değişiklik yapılmasına karar verildi
Fandan ccedilekilen debi miktarı ve tork değerlerini tam alabilmek ve mevcut fanın
verimini oumllccedilebilmek iccedilin oumlncelikle esas oumllccediluumllerine goumlre ccedilizilen fan ANSYS
programına aktarıldı File gt Import gt Design Moduler şeklinde SolidWorksrsquo ten
ANSYS programına aktarıldı
Şekil 19 SolidWorksrsquo ten İmport Etmek
28
Fanın ccedilevresinde akış hacmi oluşturmak iccedilin katı modelin ccedilevresindeki hava
modellenir
331 Geometri
Oluşturulan akış hacminde havanın giriş ve ccedilıkış kısımları İnlet-Outlet şeklinde
belirtilir
Analys tools komutlarından xy duumlzleminde halka oluşturulur
Burada modeling kısmı 3 boyutlu işlem yapacağı zaman seccedililen kısımdır
Aşağıdaki şekilde de goumlruumlleceği uumlzere
Şekil 20 Akış Alanı Belirleme
Burada exturude komutuyla birlikte oluşturulacak akış hacminin kaccedil mm
uzatılacağı belirtilir Hepsini bir buumltuumln haline getirmemek iccedilin lsquovar olanla
birleştirilsin mirsquo sorusuna hayır denilir
Daha sonra ccedilevresine yayılan boşluk iccedilin Outlet tanımlaması yapılır
Bu işlemleri gerccedilekleştirdikten sonra kesit gerekir İlk oumlnce plane (duumlzlem)
belirlenir Bunun iccedilin hangi duumlzlemi seccedililecek ise (oumlrneğin xy) onu seccedilip plane
tıklanır Plane boumllgesinden ne kadar uzakta olacağı belirlenir Biz de değer 34 mmrsquo
dir Ccediluumlnkuuml kanatların boyu 31 mm olduğundan mesh atamada sorun ccedilıkmaması
29
iccedilin 34 mm uzaklıkta bir plane atanır Bu Planersquoi slice komutuyla keserek 3 farklı
boumllge oluşturulmuş olur
Akışkan hacmini oluşturmak iccedilin dolu olan kısımlar belirlenip ona goumlre hareket
edilir Bunun iccedilinde milin iccedilini dolu kabul edilir
Akışkan hacmi iccedilin yapılan bir diğer işlem ise oluşturulan hacimden fanın hacmini
booelangt substrack komutları ile akışkan hacminin bulunmasıdır
Mevcut fanın uumlzerine sağ tıklanarak ve suppress body komutu seccedililir Boumlylelikle
fanı gizleyerek sadece akışkan hacmi goumlruumlluumlr
Daha sonra oluşan parccedilaların arasında boşluk olmaması iccedilin ve bağlantı sağlamak
iccedilin part kısımlarını seccedililerek sağ tıklanır from new part seccedililir
Şekil 21 Slice Komutu ile Boumllgelere Ayırma
30
Şekil 22 Parccedilalar Arası Bağlantının Sağlandığı FromNew Part Boumlluumlmuuml
Mesh kısmını suumlruumlkleyip project schematic boumlluumlme bırakılır Bu boumlluumlmde geometri
onaylanır ve en altta bulunan meshrsquoe tıklanır
332 Sayısal Ağ Oluşturma (Mesh)
Şekil 23 Mesh oluşturma
31
Şekil 24 Mesh Geometrisi
Sonlu sayıda hacimle ccedilalışıldığından sonlu sayıda hacime boumllmek gerekir Sonlu
sayıda hacime boumlluumlnen kısımlar farklı farklı olabilir
Bu huumlcreler kapsadığı alanın oumlzelliklerini yansıtır Bunların ccedilevresindeki nodlar
bunların ortalaması ile belli bir oumlzelliğe sahip olmuş olur
Bu huumlcrelerin arttırılması yani ayrıştırmaların ccediloğaltılması ne kadar fazla olursa o
kadar yakınsama olur ve ccediloumlzuumlm iyileşir
Ancak sayısal ağ ccedilok fazla attırıldığında ccediloumlzuumlm suumlresi ccedilok fazla artacağından
ekonomik değildir
Bu sebepten dolayı mesh ( ayrıştırma) atarken akışkanın en fazla değişim
goumlstereceği kısımlarda daha fazla sayısal ağ oluşturulur Boumlylelikle daha iyi bir
yakınsama elde edilir Akışkanın değişim goumlstereceği yerler genellikle yuumlzeylerle
temas edilen kısımlardır Mevcut fanın analizin de orta kısımlarda pek fazla
değişiklik olmaz Bu nedenle sınırlara yakın kısımlara daha fazla ağ oluşturulur
Detail of Mesh kısmından hangi kısımlarda ne kadar buumlyuumlkluumlkte mesh
atılabileceğine bakılır
32
Detail of Mesh kısmından Phsics preference kısmı seccedililerek CFDrsquoi seccedililir Solver
Preference kısmından ise CFXrsquoi seccedilip devam edilir
Analiz yaparken belirlenmesi gereken kısımlar vardır Bunun iccedilin diğer kısımlar
seccedililerek hide body seccedililerek kapatılır ve select all body seccedililerek kanatlara isim
verilir
Şekil 25 Mesh İsimlendirme
Akışkanın girişine inlet ccedilıkışına outlet denilir
Mesh atımında minimum yakalayacağı huumlcreler ile maksimum yakalayacağı
huumlcrelerin milimetre hesabı oumlnemlidir Bu yuumlzden kanadın kalınlığı 25 mm olduğu
iccedilin 2 mmrsquo den az olan huumlcre belirlenir Maksimum 15 mmrsquo den buumlyuumlk huumlcreler
olması duumlşuumlnuumllerek analizin yakınsaması sağlandı
Meshrsquoi tıklayıp oradan insert size kısmın da bulunan isimlerde kanatlar seccedililir
Kanatlara maksimum 3 mm buumlyuumlkluumlk seccedililir Devamında ise kanatları hide face
komutuyla gizlenir ve geriye kalan kısımlar iccedilin sizing iccedilin yine 3 mm verilir
Daha sonra kanat ve ccedilevresine ccedilizilen akış hacmi seccedililerek tekrar size kısmından
buumltuumlnuumlne 8 mm verilir Bu kısım iccedilin mesh atanır Yuumlzeyler seccedililerek Preview
Surface Mesh on Selected Bodies denilir ve mesh işlemi tamamlanmış olur
33
Şekil 26 Meshrsquo in Goumlsterimi
Ancak mesh işleminde silindirik yuumlzeylerde sweep komutuyla daha kolay mesh
atılabileceği iccedilin istenen yuumlzey iccedilin sağ tıklayıp İnsertgt Method gtSweep Number
Divs komutlarından kaccedil sıra mesh atılacağı belirlenir 20 sıra vererek mesh atıldı
Suumlpuumlrme işlemi ile mesh atarken hangi yuumlzeyi kaynak olarak alınacağı da
boumlylelikle belirlenmiş olur
Mesh sayfasını kapatıp daha sonrasında workbench kısmında meshin uumlzerine cfx
kısmını bırakılır
Mesh setupgt solutiongt results dan sonuccedillar elde edilir
Daha sonra geometry design da motorun kapağına uygun bir sınır belirlenerek
analiz yapılır
Geometriyi duumlzenlenerek CFXrsquo e aktarılır
Daha oumlncesinde de bahsedildiği uumlzere ANSYS de CFX kullanıldı CFX
kullanılmasının bir diğer sebebi de CFXrsquo in fan konusunda ANSYSlsquo in mesh
kısmından daha bağımsız ve daha hassas olmasıdır
Yapılan isimlendirmeler tekrar kontrol edilir Her farklı işlev iccedilin farklı
isimlendirme yapmak ccedilok oumlnemlidir boumlylece havanın nereden girip ne şekilde
ccedilıkacağını isimlendirmelerden goumlruumllebilir Ve bu isimlendirmeler iccedilin ayrı ayrı kod
yazılır
34
333 Sınır Şartları
Şekil 27 Sınır Şartlarının Belirlenmiş Hali
ANSYS setup kısmında Insert gt Solver gt Output Control komutları seccedililerek code
yazılır MassFlow ()inlet gt Torque_z()kanatlar olarak giriş kısmının kuumltlesel
debisi iccedilin komut yazılır
Ayrıca Insert gt Material kısmından sıcaklığı 25reg basıncı 1 atm entalpi değerini 0
olarak şartları belirlenir
Malzemenin kapak kısmı ccedilelik olarak belirlenir
Solver Control kısmından high resuluiton seccedililerek ccediloumlzuumlmuumln kalitesi arttırılır
Solver Control kısmından Residual Target artık tipini RMS olarak ve onun
yakınsama sınırı 10-5 belirlenir Rms elemanların karelerinin koumlkuumlnuuml alarak
ortalamasını alan youmlntemdir
Yine Solver Control kısmından minimum iterasyonu 1 maksimum İterasyonu ise
500 verilir
İnlet kısmı belirlenirken Boundary Type ( sınır şartları) opening olarak seccedililir
Opening verilmesindeki amaccedil akışkanların iccedileriden girip dışarıya ccedilıkışlarının
sağlanmasıdır Aksi halde ccediloumlzuumlmuumln yakınsamasın da sorunlar oluşabilir Opening
şartında ayrıca akışkan daha ccedilabuk toparlanır ve analiz daha kolaylaşır
Flow Direction komutunda normal sınır şartları belirlenir
Suumlreklilik şartı olarak da Fluid Mass Fluxrsquou seccedililir Bunun yanında sınır kontuumlruuml
iccedilin bağıl basınccedil ayarlarını seccedililir Aynı şekilde outlet iccedilin de aynı ayarlar yapılır
35
Domaine basılıp kapak kısımları ve motor kısımları seccedililir Bu dış kısımları duvar
olarak belirlenir ve duvar hareket edemeyeceğinden No Slip Wall seccedileneği olarak
belirtilir Duvarları suumlrtuumlnmesiz olduğu varsayılıyor
Fan ve kanatlar kısmında Boundry Type olarak Wall olarak belirleyip Frame type
gt rotating (doumlnuumlyor) belirtilir
Ccediloumlzuumlm metodu olarak RNG k-euro modeli kullanılır
Şekil 28 Setup Koşulların Belirlenmesi
334 Ccediloumlzuumlm - Sonuccedillar
Setup kısmını kapatılarak solution ekranı ccedilift tıklanarak ccedilıkan ekran da RUN seccedililerek
ccediloumlzme işlemi başlatılmış olur
Ccediloumlzme işlemi bittiğinde results kısmından sonuccedillar goumlruumlntuumllenebilir
36
Şekil 29 Akışın Youmlnelişi
Şekil 30 Debi Sonucu
37
34 YENİ FAN TASARIMI
341 Fan Tasarımı İccedilin Kabuller
Havanın sıkıştırılamaz olduğunu kabul edildi Havanın sıkıştırılmaz olduğu
varsayılarak yoğunluğu değişmez ve 12 kgm3 olarak kabul edilir
Ccediloumlzuumlmde suumlrtuumlnmeler ve ısı kayıpları ihmal edilir Ccediluumlnkuuml bu değerlerin
hesaplanması ccedilok uzun suumlreceği iccedilin ccediloumlzuumlm youmlntemi iccedilin ekonomik olmaz
Gerccedilekle arasında ccedilok buumlyuumlk bir fark olmayacağı varsayılmıştır
Verimi arttırmak iccedilin orijinal fanın analizinden elde edilen tork değeri duumlşuumlk
tutulmaya ccedilalışılmıştır
Motorun tek bir youmlne doumlneceği duumlşuumlnuumllmuumlştuumlr
342 Fan Tasarım Parametreleri
Bir fan tasarımında belli başlı kriterleri ele alabilmek iccedilin mevcut fan uumlzerinden
değerler bulundu
Tablo 7 Mevcut Fanın Oumlzellikleri
Devir Sayısı ( ddk) r hub (mm) rtip (mm)
1498 25 77
Radyal hız hesaplandığında w= 15687 radsn bulunmuştur r hub diye isimlendirilen
kısım fanın giriş accedilısı iccedilin gerekli olan kanadın başlangıcı ile milin merkezi arasındaki
uzaklıktır r tip ise fan kanadının bitiş noktası ile mil merkezi arasındaki uzaklığın
yarıccedilap cinsinden ifadesi olmaktadır
38
Fan kanat tasarımında oumlnemli olan w (accedilısal hız)hızının kanatlara ne kadar dik
gelebildiğidir Bu kanat hacmine ne kadar iyi bir şekilde gelirse akışkan o denli iyi
akabilir ve kanat profili oluşur
U_hub= w (radsn) x r hub
U_tip = w x r tip
Beta = arctan(vu)
A_inlet= (r tip 1000)sup2π ndash r hub 1000)sup2π
Verim= (Q x P) (TxW)
V (akışın mutlak hızı)= Debi Alan
Tablo 8 Sonuccedil olarak elde edilen değerler
r_h (mm) 25 r_t (mm) 77 r_h (mm) 50 r_t (mm) 80
U_h (ms) 3927 U_t (ms) 1209516 U_h (ms) 7854 U_t (ms) 125664
A_in (m^2) 0016663 A_out (m^2)0012252
V_in (ms) 2350516 V_out 3196702
beta_h 5909726 beta_t 7900249 beta_h 678529 beta_t 7572755
giriş ccedilıkış
Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları
Bu değerlere goumlre BladeGende yeni bir kanat profili oluşturulur
r tip
r hub
Şekil 31 Fan Kanatlarının Accedilısı
39
Şekil 32 BladeGen Kanat Profili
Oluşturduğumuz bu geometriye daha oumlnceki boumlluumlmde bahsedilen fana yapılan adımlar
uygulandı (Yeni oluşturulan fanın geometrik deseni ektedir)
40
3421 Geometri
Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi
3422 Sayısal Ağ Oluşturma
Şekil 34 Yeni Fan Tasarımının Sayısal Ağ Oluşturulması
41
3423 Ccediloumlzuumlm
Şekil 35 Tasarımı Yapılan Fanın Verimi
Accumulated Time Step sayısı iterasyonu goumlstermektedir Daha fazla yakınsama iccedilin
daha fazla koşturulabilir
42
Şekil 36 Tasarımı Yapılan Fanın Torku
43
3423 Sonuccedillar
Şekil 37 Akışın Youmlnelişi
Bu kısımda verimi arttırabilmek iccedilin tork azaltılmaya ccedilalışıldı Boumlylece kanatlara
harcanan toplam guumlccedil azaltılarak iyileştirmeler yapıldı
44
Kanadın iş yapan kısmını arttırarak orijinal fanda kanadın suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilapı
154 mm iken yeni fan da 160 mmrsquoye ccedilıkarıldı
Kanatlar daha eğimli ama daha eksenel bir forma getirildi
Bu motorda toplam guumlccedil iccedilin 60 watt olduğunda yaklaşık 6 wattrsquo lık guumlccedil fan iccedilin
harcanıyordu Fanın verimliliği ccedilok oumlnemli olduğu iccedilin debiyi sabit tutulmaya
torku da duumlşuumlruumllmeye ccedilalışıldı
Tablo 9 ANSYSrsquo de Elde Edilen Deneyler
tork(Nm) w(radsn) m(kgs)
Orijinal Fan 00393645 15687 0048168
Yeni Fan 00043869 15687 0032261
Goumlruumllduumlğuuml gibi tork buumlyuumlk oranda duumlşmuumlş ancak onunla birlikte debi de biraz
duumlşmuumlştuumlr
343 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanması
Motorun arka ve oumln kısımlarına sırt sırta fan bağlayarak havanın akışını hızlandırma
ve soğutmayı arttırma işlemi amaccedillandı Gerccedilek boyutlarda uygulamadan oumlnce fanı
motor şeklini verilen kısım da tek başına analiz yapıldı Verimli bir sonuccedil alabilmek
iccedilin ikili fan deneyi yapıldı
3431 Geometri
Şekil 38 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Geometrisi
45
3432 Sayısal Ağ Oluşturma
Şekil 39 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Sayısal Ağ
Oluşturulması
Yapılan analiz de goumlzlemlenen sonuccedillar şunlardır
Bir motorun etrafında sınırlayıcı bir alan olmadığı iccedilin sınır şartları olarak setup
kısmında yine havayı 1 atm basınccedil olarak alınır Eğer sınırlayıcı bir alan olsaydı
oluklardan hava akışı doğrudan motorun arka kısmına gelecekti Ccedilıkış noktasına ise
kapak yerleştirildi giriş noktasında atmosfer ccedilıkışı ise kapak olarak sınırlandı
3433 Kod Ccediloumlzuumlmuuml
Debi ndash 000064 mᵌ sn olarak ccedilıktı Motorun hava ccedilıkış kısmına fan bağlamanın verimli
olmadığı sonucuna varıldı Oumlnceden oluşturulan oluklardaki 1cmrsquolik aralıklarla
havanın geniş bir alana gitmesi ccedilok zordur Ve bu akışı goumlnderebilmek iccedilin fazladan
basınccedil uygulanması gerekir Bu sebepler debinin duumlşmesine sebep olmuştur
46
Şekil 40 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Ccediloumlzuumlmuuml
47
BOumlLUumlM 4 SONUCcedilLAR
Verim= (Alınan Guumlccedil Verilen Guumlccedil)= (∆P x Q) (T x ὠ)
A_inlet = (r_tip)2 1000 - (r_hub)21000
A_outlet =( U_h1000)2 - (U-t1000)2
U= ὠ x r
Fan hesaplarıdan debi değeri ve tork değeri duumlşmuumlştuumlr Aşağıda yeni fanımızın verimi
yukarıdaki formuumlllere goumlre excelde hesaplanmıştır
tork(Nm) w(radsn) ṁ(kgm^3) verim deltap (Pa)
Orijinal Fan 00393645 15687 00391 60152783 95
Yeni Fan 00043869 15687 0039167 54068744
Tabloda da goumlruumllduumlğuuml uumlzere eski fanın oumlzelliklerine bakılarak hız uumlccedilgeni youmlntemiyle
oluşturulan yeni fan 540 verimli ccedilıkmıştır
Motorun oumln kısmın koyduğumuz fanda ise dar oluklardan buumlyuumlk bir hacime giriş
yaptığı iccedilin tek youmlnluuml analizde kuumltlesel debi negatif değerde ccedilıkmıştır
(Kuumltlesel debi) ṁ=ƍ( oumlzkuumltle) x A(alan) x V( akışkan hızı)=kgsn ndash Formuluumlnden
dolayı verimin hesaplanmasına gerek yoktur
48
BOumlLUumlM 5 EKLER
EK1- MEVCUT FAN
EK2- YENİ FAN
49
KAYNAKCcedilA
Baykal R 2011 Asenkron Motorlar Uumlzerine Enerjiİ Verimliliği Uygulanması
Yayın Tarihi 15032011
Ccedilalışkan M 2014 Eksenel Akışlı Fan Tasarımı Yuumlksek Lisans İstanbul Teknik
Uumlniversitesi TUumlRKİYE
Moavani S 2015 Sonlu Elemanlar Analizi Teorisi ve Ansys ile Uygulamalar
İstanbul
Onaygil S 2006 Enerji Verimliliği Kanunun Tanıtımı Yuumlksek Lisans
URL1 lthttpdeneysancomContentimagesdocumentshavalandirma-
4_39143832pdfgt Erişim Tarihi 12032016
URL2 lt httpwwweiegovtrgt Erişim Tarihi 20042016
URL3 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi
12052016
URL4 ltwwwtuumlikgovtrgt Erişim Tarihi 14052016
URL5 ltwwwemoorgtrekler364734147179187_ekpdfgt Erişim Tarihi 16052016
URL6 ltwwwinverter-plcnetmotoryıldız_uumlccedilgen_bağlantıhtmlgt Erişim Tarihi
18052016
URL7 ltwwweiegovtreie-webturkceenMotor_Verimliligi_Brosurupdfgt Erişim
Tarihi 20052016
URL8 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi
07062016
URL9 ltwwwfigescomtransysansys-nedirphpgt Erişim Tarihi 09062016
50
OumlZGECcedilMİŞLER
Elif CcedilİCcedilEK
Eyluumll 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Duumlzce Anadolu İmamhatip Lisesinde
tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi İlahiyat Fakuumlltesirsquoni kazandı 2012 yılında
Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine
başladı Halen eğitimine devam etmektedir
İletişim
apsuvaelifhotmailcom
Nesrin ALTUNBOĞA
Ağustos 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Haydarpaşa Teknik Okulları Raylı
Sistemler Teknolojileri Boumlluumlmuumlnuuml tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi
Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Boumlluumlmuumlnuuml kazandı Halen eğitimine
devam etmektedir
İletişim
naltunbogagmailcom
Rumeysa ALGUumlL
Ekim 1992rsquo de Konyarsquoda doğdu Lise oumlğrenimini Lafarge Aslan Ccedilimento Anadolu
Teknik Lisesirsquonde 2010 yılında tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi Teknoloji
Fakuumlltesi Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliğini kazandı 2013 yılında Teknoloji
Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine başladı Halen eğitimine devam
etmektedir
İletişim
rumeysaalgulgmailcom
51
52
18
242 Bilezikli (Sargılı rotorlu) AC Motorlar
Birccedilok sanayi yuumlklerinde uumlccedil fazlı değişik hızlı motora ihtiyaccedil duyulduğu yerler iccedilin
bilezikli asenkron motorlar geliştirilmiştir Bilezikli asenkron motorlara sargılı rotorlu
AC motor da denilmektedir Bu tip motorun statoru ile sargının yerleştirilmesi sincap
kafesli motorun aynıdır Rotor ccedilelik saccedillardan yapılmış silindirik bir goumlbektir 120
derece aralıklı uumlccedil adet tek fazlı kalıp sargısını yerleştirmek iccedilin rotor uumlzerine oyuklar
accedilılmıştır izoleli rotor bobinleri stator kutup sayısına eşit kutup sayısı elde edecek
şekilde gruplandırılmıştır Uumlccedil tek fazlı rotor sargısı aralarında yıldız bağlanarak ccedilıkış
uccedilları rotor mili uumlzerindeki uumlccedil bileziğe bağlanmıştır Bileziklere temas eden fırccedila uccedilları
hız kontroloumlruuml ayarlayıcısına bağlanır Fırccedilalar taşıyıcılar uumlzerindeki yayların basıncı
ile bileziklere sıkıca temas eder Doğru akım makinelerinde olduğu gibi youmln
değiştirmeye luumlzum olmadığı iccedilin fırccedila taşıyıcıları uygun bir durumda sıkıca tespit
edilmiştir
Bilezikli asenkron motorun rotorunda aynı statorunda olduğu gibi uumlccedil fazlı alternatif
akım sargısı vardır Stator 10 Kw guumlce kadar tek tabakalı orta guumlccedillerde ise iki tabakalı
sargılı yapılırlar Rotor ise tam oluklu veya kesirli oluklu sargılı olabilir Rotor sargı
uccedillarının bir tarafı bileziklere bağlanır Diğer tarafı ise kısa devre edilerek uumlccedil fazlı
sargının yıldız noktasını oluşturur Bilezikler uumlzerindeki fırccedila sistemi ile rotor
alternatif gerilim kaynağından ayrıca beslenir (Baykal 2011)
25 Elektrik Motorlarına Yıldız-Uumlccedilgen Yol Verme
Kalkış akımını duumlşuumlrmede en ekonomik youmlntemdir Uumlccedil kontaktoumlr ile bir zaman
roumllesinden oluşan kontaktoumlr kombinasyonudur Bu youmlntemle yol verebilmek iccedilin
motorun uumlccedilgen bağlı ccedilalışma gerilimi şebeke gerilimine eşit olmalıdır Oumlrneğin
uumllkemizde şebeke gerilimi 380 Volt olduğuna goumlre yıldız-uumlccedilgen yol verilecek motorun
etiketinde D380 V veya D380VY660V yazılı olmalıdır Volt elektrik motorlarında 2
ve 4 kutuplularda 3 kW (dacirchil) 6 kutuplularda 22 kW(dacirchil) den daha buumlyuumlk guumlccedilluuml
motorlar bu oumlzelliktedir Yani 380 V şebekede uumlccedilgen bağlı ccedilalıştırılırlar
Motora yıldız-uumlccedilgen yol verildiğinde direkt yol vermeye goumlre şebekeden ccedilekeceği
akım 3 katı azalır Yıldız-uumlccedilgen yol vermede amaccedil motoru kalkış suumlresince yıldız
19
bağlı ccedilalıştırmak ve kalkışını tamamlayan motoru hemen normal bağlantısı olan uumlccedilgen
bağlı olarak ccedilalıştırmaktır
Motor kalkış sırasında yıldız bağlı ccedilalıştırıldığından motor sargılarına uygulanan
gerilim U radic3 değerine motorun şebekeden ccedilektiği akım ise 13 değerine duumlşer
Motorun sargılarına uygunalan gerilim azaldığından momenti oumlnemli oumllccediluumlde kuumlccediluumlluumlr
Yıldız-uumlccedilgen yol vermenin kusursuz olması iccedilin motorun yuumlk momentinin yıldız
bağlamadaki motor momentinden buumlyuumlk olmaması ve yıldız bağlamadaki suumlrenin
uygun olması gerekir Bu geccediliş suumlresi ccedilok oumlnemlidir Motor yıldız bağlantıda iken
anma devir sayısına ulaşıldığı anda uumlccedilgen bağlantıya geccedililmesi ve fazla aralık
verilmemesi gerekir
Boumlyle olursa yıldızdan uumlccedilgen bağlantıya geccedilişteki uumlccedilgen kontaktoumlruumlnuumln kapamama
akımı kuumlccediluumlk ve yıldızdan uumlccedilgene geccediliş darbesiz olur Aksi halde uumlccedilgen bağlantıya
geccedilişte akımda geccedilici artışlar goumlruumlluumlr Bunun sonucu kontaktoumlruumln kontakları ani
yuumlksek ısı nedeniyle kaynak olabilir
Bir şebekede uumlccedilgen bağlı ccedilalışacak motor aynı şebekede yıldız bağlı (Y) olarak
ccedilalıştırılabilir Ancak bu durumda motorun guumlcuuml ve momenti duumlşer Bu oumlzellikten
yararlanarak asenkron motorların kalkış anında ccedilektikleri fazla akımı azaltmak iccedilin
yıldız-uumlccedilgen yol verme uygulanması yapılabilir
Şebekede yıldız bağlı ccedilalıştırılması gereken motor yanlışlıkla uumlccedilgen bağlı ccedilalıştırılırsa
sargılarına radic3 katı buumlyuumlk gerilim uygulanmış olur Gerilimdeki artış oranı kadar sargı
akımı buumlyuumlyeceğinden motor aşırı akım ccedileker ve kısa suumlrede artacak ısı sonucu
sargılar yanar
Onun iccedilin yıldız bağlı ccedilalışması gereken motor kesinlikle aynı şebekede uumlccedilgen bağlı
ccedilalıştırılmaz (URL6)
20
Şekil 12 Motora yıldız-uumlccedilgen yol verme
Şekil 13 Stator Sargı Uccedillarının Uumlccedilgen (D) Ve Yıldızı (Y) Bağlanması
Şekil 14 Asenkron Motora Yol Verme
21
26 FANLAR
261 Genel Bilgiler
Fanlar hava veya benzeri gazları basınccedillandırarak belirli bir akış yolu iccedilinde hareket
etmesini sağlayan turbo makinelerdir İyi bir fan istenilen performansı yerine
getirirken verimi yuumlksek enerjiyi daha az tuumlketen muumlmkuumln olduğunca guumlruumlltuumlsuumlz
ccedilalışan ve maliyeti duumlşuumlk olan fandır Fanların tahrik sistemlerinde elektrik motorları
kullanılmaktadır (URL3)
262 Fan Ccedileşitleri
Fanlar aşağıdaki gibi sınıflandırılmaktadır
Eksenel (aksiyel) fanlar
Radyal (santrifuumlj) fanlar
Karışık akışlı (eksenel-radyal) fanlar
Ccedilatı tuumlruuml fanlar
Karşıt akımlı fanlar (blower)
Vorteks ya da rejeneratif fanlar
Diğerleri
Elektrik motorlarında radyal fanlar kullanılmaktadır (URL8)
Bu kısımda projemiz iccedilin incelediğimiz 3 ccedileşit fanı accedilıklayacağız
2621 Eksenel Fanlar
Havanın fan ccedilarkı ile aynı eksende youmln değiştirmeden hareket ettiği fanlardır Yuumlksek
hava debileri ve duumlşuumlk basınccedil sınıfına sahip sistemler iccedilin uygun fanlardır Şekil 15
rsquode oklar akış youmlnuumlnuuml (simetri eksenine paralel) goumlstermektedir
22
Şekil 15 Akışın Simetri Ekseninde Hareket Etmesi
2622 Karışık Akışlı (Radyal-Eksenel) Fanlar
Havanın kanatlar uumlzerinden emmesine goumlre yaklaşık 45deg accedilı yaparak hareket ettiği
fanlardır Radyal fanlara goumlre hava debisi daha yuumlksektir
Eksenel fanlardan daha yuumlksek basınca dayanabilir
Fan eğrisi uumlzerinde kararsız boumllge yoktur
Karşı basıncın duumlşuumlk olduğu boumllgelerde motor aşırı akım ccedilekmez
Eksenel ve radyal fanlara goumlre verimleri duumlşuumlktuumlr (URL6)
Şekil 16 Karışık Akışlı Fan Uygulamaları
23
2623 Radyal (Santrifuumlj) Fanlar
Havanın fan ccedilarkını emmesine goumlre 90deg accedilı yaparak kanatlara teğet olarak terk ettiği
fanlardır
Radyal fanların avantajları aşağıdaki gibidir
Geniş bir uygulama aralığına sahiptir
Yuumlksek sıcaklık ve aşındırıcı ortam uygulamalarında kulanılır
Değişken akış direncine sahip yerlerde daha verimli ve daha sessiz ccedilalışma
olanakları vardır
Yapısal kararlılıkları yuumlksektir (URL6)
Radyal Duumlz Kanatlı Fanlar
Genellikle kendi kendini temizleme malzeme taşıma ve parccedilacık ve yağ yuumlkluuml havanın
uygun halde taşınması gibi durumlarda kullanılırlar ve bunun iccedilin duumlz kanatları vardır
Ccedilarkları basit bir yapıya sahiptir ve nispeten dar kanatları vardır
Elektrik motorlarında genellikle ccedilift youmlnluuml ccedilalışmaya uygun olması iccedilin radyal duumlz
kanat tipli bu fanlar seccedililiyor
Şekil 17 Radyal Duumlz Kanatlı Fanlara Oumlrnekler
24
BOumlLUumlM 3 BULGULAR VE TARTIŞMA
31 SONLU ELEMANLAR YOumlNTEMİ
Sonlu elemanlar youmlntemi muumlhendislik problemlerine kabul edilebilir yaklaşımlarla
ccediloumlzuumlm arayan sayısal youmlntemdir (Moavani 2015) Sonlu elemanlar youmlntemi diğer bir
ifade şekliyle fiziksel şeklin matematiksel ifadesidir Bu kurduğumuz siste sınırlara
ayırılabilen ve malzeme şartlarına uygun olan bir sistem olmalıdır
Sonlu eleman youmlntemindeki basamaklar
Yaklaşık Ccediloumlzuumlm Youmlntemi
Geometrik Şekil
Nod
Eleman
Mesh
Ayrıklaştırma
Şekil 18 Sonlu Eleman Modeli
Eleman
Nod
(Duumlğuumlm
noktaları)
25
Sonlu elemanlar youmlntemi matematik ve fizik biliminin buumltuumln alanlarında kullanılır
Gerilme Analizi
Akışkanlar Mekaniği
Isı İletimi
Dalga Yayılımı
Darbe Analizi
Aerodinamik vb alanlardır
Sonlu elemanlar youmlntemini kullanırken oumlncelikle şu soruların cevaplarını bulmalıyız
Dizayn amacımız nedir
Bu sistemi modellemek iccedilin gerekli olan bilgiler nelerdir
Bu dizayn iccedilin hangi kriterler gerekir
311 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Pozitif Youmlnleri
Geometrisi karışık cisimlerin incelenmesini kolaylaştırır Geometri basit kısımlara
ayrılıp burada ayrı veya daha hassas işlemler yapılabilir
Parccedilanın geometrisini değiştirmeye gerek kalmaz
Youmlntemde hem fiziksel hem matematiksel temeli vardır
Sonlu elemanlar youmlntemi iccedilin ccedilok farklı programlar bulunmaktadır (Ansys Marc
Nastran ) (Moavani 2015)
312 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Negatif Youmlnleri
Elde edilen sonuccedilların doğruluğu hangi sonlu youmlnteminin kullanıldığına bağlıdır
Ccedilıkacak durum oumlnceden tespit edilmeli ve ona goumlre bir ccediloumlzuumlm youmlntemi
kullanılmalıdır Bu yuumlzden oumlnceden iyi tesipt edilemezse doğru değer bulunamaz
ve doğru ccediloumlzuumlm iccedilin zaman kaybı olabilir
Doğru ccediloumlzuumlm iccedilin elemanın ayrıştırılması (mesh) atanması gerekir
Bu meshin iyi atılması gerekir yoksa ccediloumlzuumlmuumln yakınsamaları değişebilir
(Moavani 2015)
26
32 ANSYS PROGRAMI
ANSYS genel amaccedillı kullanılan sonlu elemanlar programıdır Ansys yazılımı
mukavemet titreşim akışkanlar mekaniği ısı transferi ve elektromanyetik alanlarının
birbiri ile olan interaksiyonunu simule eden yazılımdır
Boumlylelikle ANSYS uumlruumlnlerin prototipleri uumlretilmeden sanal ortamda test edilmelerine
olanak sağlar Ayrıca sanal ortamdaki 3 boyutlu simulasyonlar neticesinde yapıların
zayıf noktalarının tespiti ve iyileştirilmesi ile oumlmuumlr hesaplarının gerccedilekleştirilmesi ve
muhtemel problemlerin oumlngoumlruumllmesi muumlmkuumln olmaktadır
ANSYS yazılımı sadece ihtiyaccedil duyulan oumlzelliklerin alınmasına fırsat vererek ilave
edilebilen CAD ve FEA bağlantı modulleri ile masa uumlstuumlnde kullanılan diğer
muumlhendislik yazılımları ile entegre bir şekilde ccedilalışabilmektedir
ANSYS yazılımı hem dışarıdan CAD datalarını alabilmekte hem de iccedilindeki
preprocessing imkacircnları ile geometri oluşturulmasına izin vermektedir Yine aynı
preprocessr iccedilinde hesaplama iccedilin gerekli olan sonlu elemanlar modeli yani mesh de
oluşturulmaktadır Yuumlklerin tanımlanmasından sonra ve gerccedilekleştirilen analiz
neticesinde sonuccedillar sayısal ve grafiksel olarak elde edilebilir
ANSYS yazılımı ile oumlzellikle contact algoritmalarının ccedileşitliliği zamana bağımlı
yuumlkleme oumlzellikleri ve nonlinear malzeme modelleri sayesinde yuumlksek muumlhendislik
seviyedeki analizleri hızlı guumlvenilir ve pratik bir şekilde gerccedilekleştirilebilmektedir
ANSYS Workbench parametrik CAD sistemlerini eşsiz bir otomasyon ve performans
ile simulasyon teknolojilerini entegre eden bir platformdur ANSYS Workbenchrsquoin
guumlcuuml yılların bilgi birikimi ile arkasında duran ANSYS ccediloumlzuumlcuuml algoritmalarından gelir
Ayrıca ANSYS Workbenchrsquoin amacı sanal ortamda uumlruumlnuumln verifikasyonunu ve
iyileştirmesini sağlamaktır
Oumlzellikle PC ile uyumluluğun uumlst seviyede olabilmesi iccedilin yazılmış olan ANSYS
Workbench sadece bir arayuumlzden ileri bir ccedilalışma ortamındır ve ANSYS Workbench
ile herhangi bir ANSYS lisansına sahip herkes ccedilalışabilir Aynı alışılagelmiş ANSYS
arabiriminde olduğu gibi ANSYS Workbenchrsquode de kapasiteler sahip olunan lisansın
doğrultusunda sınırlıdır (URL9)
27
ANSYS programının bu oumlzelliklerinden dolayı programı kullanmaya karar verdik
Ansys programının oumlncellikle akışkan mekaniği ve dinamiğinde kullanılan iki ayrı
boumlluumlmuuml bulunmaktadır Bu boumlluumlmler Fluent ve CFX boumlluumlmleridir Bizim
kullandığımız boumlluumlm ise ANSYS CFX boumlluumlmuumlduumlr
33 MEVCUT FAN UumlZERİNDE YAPILAN ANALİZLER
ANSY projesinde oumlncelikle CFX kısmını kullanıldı Ccediluumlnkuuml ANSYS programında
CFX ve Fluent programı hesaplamalı akışkanlar dinamiği iccedilin kullanılmaktadır Ancak
ANSYS CFX turbo makinalar iccedilin kullanıldığından oumlnceden de goumlsterildiği gibi bir
nod alırken huumlcrelerin orta noktalarından nod hesabı yaptığı iccedilin verdiği değerler fan
analizi iccedilin daha iyi bir yakınsama goumlsterir Bu sebeple ANSYS CFX kısmı kullanıldı
İlk olarak mevcut fan uumlzerinde ccedileşitli incelemeler yapıldı
Mevcut fan uumlzerinde 10 kanat var iken suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilok fazla olduğu saptandı
Bunun uumlzerine motorun akışını kolaylaştırma yoluna gidildi
Havayı oluklara daha iyi aktarabilecek kısım fanın kanat boyu olduğu iccedilin fanın
kanatlarının uzunluğunda değişiklik yapılmasına karar verildi
Fandan ccedilekilen debi miktarı ve tork değerlerini tam alabilmek ve mevcut fanın
verimini oumllccedilebilmek iccedilin oumlncelikle esas oumllccediluumllerine goumlre ccedilizilen fan ANSYS
programına aktarıldı File gt Import gt Design Moduler şeklinde SolidWorksrsquo ten
ANSYS programına aktarıldı
Şekil 19 SolidWorksrsquo ten İmport Etmek
28
Fanın ccedilevresinde akış hacmi oluşturmak iccedilin katı modelin ccedilevresindeki hava
modellenir
331 Geometri
Oluşturulan akış hacminde havanın giriş ve ccedilıkış kısımları İnlet-Outlet şeklinde
belirtilir
Analys tools komutlarından xy duumlzleminde halka oluşturulur
Burada modeling kısmı 3 boyutlu işlem yapacağı zaman seccedililen kısımdır
Aşağıdaki şekilde de goumlruumlleceği uumlzere
Şekil 20 Akış Alanı Belirleme
Burada exturude komutuyla birlikte oluşturulacak akış hacminin kaccedil mm
uzatılacağı belirtilir Hepsini bir buumltuumln haline getirmemek iccedilin lsquovar olanla
birleştirilsin mirsquo sorusuna hayır denilir
Daha sonra ccedilevresine yayılan boşluk iccedilin Outlet tanımlaması yapılır
Bu işlemleri gerccedilekleştirdikten sonra kesit gerekir İlk oumlnce plane (duumlzlem)
belirlenir Bunun iccedilin hangi duumlzlemi seccedililecek ise (oumlrneğin xy) onu seccedilip plane
tıklanır Plane boumllgesinden ne kadar uzakta olacağı belirlenir Biz de değer 34 mmrsquo
dir Ccediluumlnkuuml kanatların boyu 31 mm olduğundan mesh atamada sorun ccedilıkmaması
29
iccedilin 34 mm uzaklıkta bir plane atanır Bu Planersquoi slice komutuyla keserek 3 farklı
boumllge oluşturulmuş olur
Akışkan hacmini oluşturmak iccedilin dolu olan kısımlar belirlenip ona goumlre hareket
edilir Bunun iccedilinde milin iccedilini dolu kabul edilir
Akışkan hacmi iccedilin yapılan bir diğer işlem ise oluşturulan hacimden fanın hacmini
booelangt substrack komutları ile akışkan hacminin bulunmasıdır
Mevcut fanın uumlzerine sağ tıklanarak ve suppress body komutu seccedililir Boumlylelikle
fanı gizleyerek sadece akışkan hacmi goumlruumlluumlr
Daha sonra oluşan parccedilaların arasında boşluk olmaması iccedilin ve bağlantı sağlamak
iccedilin part kısımlarını seccedililerek sağ tıklanır from new part seccedililir
Şekil 21 Slice Komutu ile Boumllgelere Ayırma
30
Şekil 22 Parccedilalar Arası Bağlantının Sağlandığı FromNew Part Boumlluumlmuuml
Mesh kısmını suumlruumlkleyip project schematic boumlluumlme bırakılır Bu boumlluumlmde geometri
onaylanır ve en altta bulunan meshrsquoe tıklanır
332 Sayısal Ağ Oluşturma (Mesh)
Şekil 23 Mesh oluşturma
31
Şekil 24 Mesh Geometrisi
Sonlu sayıda hacimle ccedilalışıldığından sonlu sayıda hacime boumllmek gerekir Sonlu
sayıda hacime boumlluumlnen kısımlar farklı farklı olabilir
Bu huumlcreler kapsadığı alanın oumlzelliklerini yansıtır Bunların ccedilevresindeki nodlar
bunların ortalaması ile belli bir oumlzelliğe sahip olmuş olur
Bu huumlcrelerin arttırılması yani ayrıştırmaların ccediloğaltılması ne kadar fazla olursa o
kadar yakınsama olur ve ccediloumlzuumlm iyileşir
Ancak sayısal ağ ccedilok fazla attırıldığında ccediloumlzuumlm suumlresi ccedilok fazla artacağından
ekonomik değildir
Bu sebepten dolayı mesh ( ayrıştırma) atarken akışkanın en fazla değişim
goumlstereceği kısımlarda daha fazla sayısal ağ oluşturulur Boumlylelikle daha iyi bir
yakınsama elde edilir Akışkanın değişim goumlstereceği yerler genellikle yuumlzeylerle
temas edilen kısımlardır Mevcut fanın analizin de orta kısımlarda pek fazla
değişiklik olmaz Bu nedenle sınırlara yakın kısımlara daha fazla ağ oluşturulur
Detail of Mesh kısmından hangi kısımlarda ne kadar buumlyuumlkluumlkte mesh
atılabileceğine bakılır
32
Detail of Mesh kısmından Phsics preference kısmı seccedililerek CFDrsquoi seccedililir Solver
Preference kısmından ise CFXrsquoi seccedilip devam edilir
Analiz yaparken belirlenmesi gereken kısımlar vardır Bunun iccedilin diğer kısımlar
seccedililerek hide body seccedililerek kapatılır ve select all body seccedililerek kanatlara isim
verilir
Şekil 25 Mesh İsimlendirme
Akışkanın girişine inlet ccedilıkışına outlet denilir
Mesh atımında minimum yakalayacağı huumlcreler ile maksimum yakalayacağı
huumlcrelerin milimetre hesabı oumlnemlidir Bu yuumlzden kanadın kalınlığı 25 mm olduğu
iccedilin 2 mmrsquo den az olan huumlcre belirlenir Maksimum 15 mmrsquo den buumlyuumlk huumlcreler
olması duumlşuumlnuumllerek analizin yakınsaması sağlandı
Meshrsquoi tıklayıp oradan insert size kısmın da bulunan isimlerde kanatlar seccedililir
Kanatlara maksimum 3 mm buumlyuumlkluumlk seccedililir Devamında ise kanatları hide face
komutuyla gizlenir ve geriye kalan kısımlar iccedilin sizing iccedilin yine 3 mm verilir
Daha sonra kanat ve ccedilevresine ccedilizilen akış hacmi seccedililerek tekrar size kısmından
buumltuumlnuumlne 8 mm verilir Bu kısım iccedilin mesh atanır Yuumlzeyler seccedililerek Preview
Surface Mesh on Selected Bodies denilir ve mesh işlemi tamamlanmış olur
33
Şekil 26 Meshrsquo in Goumlsterimi
Ancak mesh işleminde silindirik yuumlzeylerde sweep komutuyla daha kolay mesh
atılabileceği iccedilin istenen yuumlzey iccedilin sağ tıklayıp İnsertgt Method gtSweep Number
Divs komutlarından kaccedil sıra mesh atılacağı belirlenir 20 sıra vererek mesh atıldı
Suumlpuumlrme işlemi ile mesh atarken hangi yuumlzeyi kaynak olarak alınacağı da
boumlylelikle belirlenmiş olur
Mesh sayfasını kapatıp daha sonrasında workbench kısmında meshin uumlzerine cfx
kısmını bırakılır
Mesh setupgt solutiongt results dan sonuccedillar elde edilir
Daha sonra geometry design da motorun kapağına uygun bir sınır belirlenerek
analiz yapılır
Geometriyi duumlzenlenerek CFXrsquo e aktarılır
Daha oumlncesinde de bahsedildiği uumlzere ANSYS de CFX kullanıldı CFX
kullanılmasının bir diğer sebebi de CFXrsquo in fan konusunda ANSYSlsquo in mesh
kısmından daha bağımsız ve daha hassas olmasıdır
Yapılan isimlendirmeler tekrar kontrol edilir Her farklı işlev iccedilin farklı
isimlendirme yapmak ccedilok oumlnemlidir boumlylece havanın nereden girip ne şekilde
ccedilıkacağını isimlendirmelerden goumlruumllebilir Ve bu isimlendirmeler iccedilin ayrı ayrı kod
yazılır
34
333 Sınır Şartları
Şekil 27 Sınır Şartlarının Belirlenmiş Hali
ANSYS setup kısmında Insert gt Solver gt Output Control komutları seccedililerek code
yazılır MassFlow ()inlet gt Torque_z()kanatlar olarak giriş kısmının kuumltlesel
debisi iccedilin komut yazılır
Ayrıca Insert gt Material kısmından sıcaklığı 25reg basıncı 1 atm entalpi değerini 0
olarak şartları belirlenir
Malzemenin kapak kısmı ccedilelik olarak belirlenir
Solver Control kısmından high resuluiton seccedililerek ccediloumlzuumlmuumln kalitesi arttırılır
Solver Control kısmından Residual Target artık tipini RMS olarak ve onun
yakınsama sınırı 10-5 belirlenir Rms elemanların karelerinin koumlkuumlnuuml alarak
ortalamasını alan youmlntemdir
Yine Solver Control kısmından minimum iterasyonu 1 maksimum İterasyonu ise
500 verilir
İnlet kısmı belirlenirken Boundary Type ( sınır şartları) opening olarak seccedililir
Opening verilmesindeki amaccedil akışkanların iccedileriden girip dışarıya ccedilıkışlarının
sağlanmasıdır Aksi halde ccediloumlzuumlmuumln yakınsamasın da sorunlar oluşabilir Opening
şartında ayrıca akışkan daha ccedilabuk toparlanır ve analiz daha kolaylaşır
Flow Direction komutunda normal sınır şartları belirlenir
Suumlreklilik şartı olarak da Fluid Mass Fluxrsquou seccedililir Bunun yanında sınır kontuumlruuml
iccedilin bağıl basınccedil ayarlarını seccedililir Aynı şekilde outlet iccedilin de aynı ayarlar yapılır
35
Domaine basılıp kapak kısımları ve motor kısımları seccedililir Bu dış kısımları duvar
olarak belirlenir ve duvar hareket edemeyeceğinden No Slip Wall seccedileneği olarak
belirtilir Duvarları suumlrtuumlnmesiz olduğu varsayılıyor
Fan ve kanatlar kısmında Boundry Type olarak Wall olarak belirleyip Frame type
gt rotating (doumlnuumlyor) belirtilir
Ccediloumlzuumlm metodu olarak RNG k-euro modeli kullanılır
Şekil 28 Setup Koşulların Belirlenmesi
334 Ccediloumlzuumlm - Sonuccedillar
Setup kısmını kapatılarak solution ekranı ccedilift tıklanarak ccedilıkan ekran da RUN seccedililerek
ccediloumlzme işlemi başlatılmış olur
Ccediloumlzme işlemi bittiğinde results kısmından sonuccedillar goumlruumlntuumllenebilir
36
Şekil 29 Akışın Youmlnelişi
Şekil 30 Debi Sonucu
37
34 YENİ FAN TASARIMI
341 Fan Tasarımı İccedilin Kabuller
Havanın sıkıştırılamaz olduğunu kabul edildi Havanın sıkıştırılmaz olduğu
varsayılarak yoğunluğu değişmez ve 12 kgm3 olarak kabul edilir
Ccediloumlzuumlmde suumlrtuumlnmeler ve ısı kayıpları ihmal edilir Ccediluumlnkuuml bu değerlerin
hesaplanması ccedilok uzun suumlreceği iccedilin ccediloumlzuumlm youmlntemi iccedilin ekonomik olmaz
Gerccedilekle arasında ccedilok buumlyuumlk bir fark olmayacağı varsayılmıştır
Verimi arttırmak iccedilin orijinal fanın analizinden elde edilen tork değeri duumlşuumlk
tutulmaya ccedilalışılmıştır
Motorun tek bir youmlne doumlneceği duumlşuumlnuumllmuumlştuumlr
342 Fan Tasarım Parametreleri
Bir fan tasarımında belli başlı kriterleri ele alabilmek iccedilin mevcut fan uumlzerinden
değerler bulundu
Tablo 7 Mevcut Fanın Oumlzellikleri
Devir Sayısı ( ddk) r hub (mm) rtip (mm)
1498 25 77
Radyal hız hesaplandığında w= 15687 radsn bulunmuştur r hub diye isimlendirilen
kısım fanın giriş accedilısı iccedilin gerekli olan kanadın başlangıcı ile milin merkezi arasındaki
uzaklıktır r tip ise fan kanadının bitiş noktası ile mil merkezi arasındaki uzaklığın
yarıccedilap cinsinden ifadesi olmaktadır
38
Fan kanat tasarımında oumlnemli olan w (accedilısal hız)hızının kanatlara ne kadar dik
gelebildiğidir Bu kanat hacmine ne kadar iyi bir şekilde gelirse akışkan o denli iyi
akabilir ve kanat profili oluşur
U_hub= w (radsn) x r hub
U_tip = w x r tip
Beta = arctan(vu)
A_inlet= (r tip 1000)sup2π ndash r hub 1000)sup2π
Verim= (Q x P) (TxW)
V (akışın mutlak hızı)= Debi Alan
Tablo 8 Sonuccedil olarak elde edilen değerler
r_h (mm) 25 r_t (mm) 77 r_h (mm) 50 r_t (mm) 80
U_h (ms) 3927 U_t (ms) 1209516 U_h (ms) 7854 U_t (ms) 125664
A_in (m^2) 0016663 A_out (m^2)0012252
V_in (ms) 2350516 V_out 3196702
beta_h 5909726 beta_t 7900249 beta_h 678529 beta_t 7572755
giriş ccedilıkış
Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları
Bu değerlere goumlre BladeGende yeni bir kanat profili oluşturulur
r tip
r hub
Şekil 31 Fan Kanatlarının Accedilısı
39
Şekil 32 BladeGen Kanat Profili
Oluşturduğumuz bu geometriye daha oumlnceki boumlluumlmde bahsedilen fana yapılan adımlar
uygulandı (Yeni oluşturulan fanın geometrik deseni ektedir)
40
3421 Geometri
Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi
3422 Sayısal Ağ Oluşturma
Şekil 34 Yeni Fan Tasarımının Sayısal Ağ Oluşturulması
41
3423 Ccediloumlzuumlm
Şekil 35 Tasarımı Yapılan Fanın Verimi
Accumulated Time Step sayısı iterasyonu goumlstermektedir Daha fazla yakınsama iccedilin
daha fazla koşturulabilir
42
Şekil 36 Tasarımı Yapılan Fanın Torku
43
3423 Sonuccedillar
Şekil 37 Akışın Youmlnelişi
Bu kısımda verimi arttırabilmek iccedilin tork azaltılmaya ccedilalışıldı Boumlylece kanatlara
harcanan toplam guumlccedil azaltılarak iyileştirmeler yapıldı
44
Kanadın iş yapan kısmını arttırarak orijinal fanda kanadın suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilapı
154 mm iken yeni fan da 160 mmrsquoye ccedilıkarıldı
Kanatlar daha eğimli ama daha eksenel bir forma getirildi
Bu motorda toplam guumlccedil iccedilin 60 watt olduğunda yaklaşık 6 wattrsquo lık guumlccedil fan iccedilin
harcanıyordu Fanın verimliliği ccedilok oumlnemli olduğu iccedilin debiyi sabit tutulmaya
torku da duumlşuumlruumllmeye ccedilalışıldı
Tablo 9 ANSYSrsquo de Elde Edilen Deneyler
tork(Nm) w(radsn) m(kgs)
Orijinal Fan 00393645 15687 0048168
Yeni Fan 00043869 15687 0032261
Goumlruumllduumlğuuml gibi tork buumlyuumlk oranda duumlşmuumlş ancak onunla birlikte debi de biraz
duumlşmuumlştuumlr
343 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanması
Motorun arka ve oumln kısımlarına sırt sırta fan bağlayarak havanın akışını hızlandırma
ve soğutmayı arttırma işlemi amaccedillandı Gerccedilek boyutlarda uygulamadan oumlnce fanı
motor şeklini verilen kısım da tek başına analiz yapıldı Verimli bir sonuccedil alabilmek
iccedilin ikili fan deneyi yapıldı
3431 Geometri
Şekil 38 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Geometrisi
45
3432 Sayısal Ağ Oluşturma
Şekil 39 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Sayısal Ağ
Oluşturulması
Yapılan analiz de goumlzlemlenen sonuccedillar şunlardır
Bir motorun etrafında sınırlayıcı bir alan olmadığı iccedilin sınır şartları olarak setup
kısmında yine havayı 1 atm basınccedil olarak alınır Eğer sınırlayıcı bir alan olsaydı
oluklardan hava akışı doğrudan motorun arka kısmına gelecekti Ccedilıkış noktasına ise
kapak yerleştirildi giriş noktasında atmosfer ccedilıkışı ise kapak olarak sınırlandı
3433 Kod Ccediloumlzuumlmuuml
Debi ndash 000064 mᵌ sn olarak ccedilıktı Motorun hava ccedilıkış kısmına fan bağlamanın verimli
olmadığı sonucuna varıldı Oumlnceden oluşturulan oluklardaki 1cmrsquolik aralıklarla
havanın geniş bir alana gitmesi ccedilok zordur Ve bu akışı goumlnderebilmek iccedilin fazladan
basınccedil uygulanması gerekir Bu sebepler debinin duumlşmesine sebep olmuştur
46
Şekil 40 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Ccediloumlzuumlmuuml
47
BOumlLUumlM 4 SONUCcedilLAR
Verim= (Alınan Guumlccedil Verilen Guumlccedil)= (∆P x Q) (T x ὠ)
A_inlet = (r_tip)2 1000 - (r_hub)21000
A_outlet =( U_h1000)2 - (U-t1000)2
U= ὠ x r
Fan hesaplarıdan debi değeri ve tork değeri duumlşmuumlştuumlr Aşağıda yeni fanımızın verimi
yukarıdaki formuumlllere goumlre excelde hesaplanmıştır
tork(Nm) w(radsn) ṁ(kgm^3) verim deltap (Pa)
Orijinal Fan 00393645 15687 00391 60152783 95
Yeni Fan 00043869 15687 0039167 54068744
Tabloda da goumlruumllduumlğuuml uumlzere eski fanın oumlzelliklerine bakılarak hız uumlccedilgeni youmlntemiyle
oluşturulan yeni fan 540 verimli ccedilıkmıştır
Motorun oumln kısmın koyduğumuz fanda ise dar oluklardan buumlyuumlk bir hacime giriş
yaptığı iccedilin tek youmlnluuml analizde kuumltlesel debi negatif değerde ccedilıkmıştır
(Kuumltlesel debi) ṁ=ƍ( oumlzkuumltle) x A(alan) x V( akışkan hızı)=kgsn ndash Formuluumlnden
dolayı verimin hesaplanmasına gerek yoktur
48
BOumlLUumlM 5 EKLER
EK1- MEVCUT FAN
EK2- YENİ FAN
49
KAYNAKCcedilA
Baykal R 2011 Asenkron Motorlar Uumlzerine Enerjiİ Verimliliği Uygulanması
Yayın Tarihi 15032011
Ccedilalışkan M 2014 Eksenel Akışlı Fan Tasarımı Yuumlksek Lisans İstanbul Teknik
Uumlniversitesi TUumlRKİYE
Moavani S 2015 Sonlu Elemanlar Analizi Teorisi ve Ansys ile Uygulamalar
İstanbul
Onaygil S 2006 Enerji Verimliliği Kanunun Tanıtımı Yuumlksek Lisans
URL1 lthttpdeneysancomContentimagesdocumentshavalandirma-
4_39143832pdfgt Erişim Tarihi 12032016
URL2 lt httpwwweiegovtrgt Erişim Tarihi 20042016
URL3 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi
12052016
URL4 ltwwwtuumlikgovtrgt Erişim Tarihi 14052016
URL5 ltwwwemoorgtrekler364734147179187_ekpdfgt Erişim Tarihi 16052016
URL6 ltwwwinverter-plcnetmotoryıldız_uumlccedilgen_bağlantıhtmlgt Erişim Tarihi
18052016
URL7 ltwwweiegovtreie-webturkceenMotor_Verimliligi_Brosurupdfgt Erişim
Tarihi 20052016
URL8 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi
07062016
URL9 ltwwwfigescomtransysansys-nedirphpgt Erişim Tarihi 09062016
50
OumlZGECcedilMİŞLER
Elif CcedilİCcedilEK
Eyluumll 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Duumlzce Anadolu İmamhatip Lisesinde
tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi İlahiyat Fakuumlltesirsquoni kazandı 2012 yılında
Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine
başladı Halen eğitimine devam etmektedir
İletişim
apsuvaelifhotmailcom
Nesrin ALTUNBOĞA
Ağustos 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Haydarpaşa Teknik Okulları Raylı
Sistemler Teknolojileri Boumlluumlmuumlnuuml tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi
Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Boumlluumlmuumlnuuml kazandı Halen eğitimine
devam etmektedir
İletişim
naltunbogagmailcom
Rumeysa ALGUumlL
Ekim 1992rsquo de Konyarsquoda doğdu Lise oumlğrenimini Lafarge Aslan Ccedilimento Anadolu
Teknik Lisesirsquonde 2010 yılında tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi Teknoloji
Fakuumlltesi Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliğini kazandı 2013 yılında Teknoloji
Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine başladı Halen eğitimine devam
etmektedir
İletişim
rumeysaalgulgmailcom
51
52
19
bağlı ccedilalıştırmak ve kalkışını tamamlayan motoru hemen normal bağlantısı olan uumlccedilgen
bağlı olarak ccedilalıştırmaktır
Motor kalkış sırasında yıldız bağlı ccedilalıştırıldığından motor sargılarına uygulanan
gerilim U radic3 değerine motorun şebekeden ccedilektiği akım ise 13 değerine duumlşer
Motorun sargılarına uygunalan gerilim azaldığından momenti oumlnemli oumllccediluumlde kuumlccediluumlluumlr
Yıldız-uumlccedilgen yol vermenin kusursuz olması iccedilin motorun yuumlk momentinin yıldız
bağlamadaki motor momentinden buumlyuumlk olmaması ve yıldız bağlamadaki suumlrenin
uygun olması gerekir Bu geccediliş suumlresi ccedilok oumlnemlidir Motor yıldız bağlantıda iken
anma devir sayısına ulaşıldığı anda uumlccedilgen bağlantıya geccedililmesi ve fazla aralık
verilmemesi gerekir
Boumlyle olursa yıldızdan uumlccedilgen bağlantıya geccedilişteki uumlccedilgen kontaktoumlruumlnuumln kapamama
akımı kuumlccediluumlk ve yıldızdan uumlccedilgene geccediliş darbesiz olur Aksi halde uumlccedilgen bağlantıya
geccedilişte akımda geccedilici artışlar goumlruumlluumlr Bunun sonucu kontaktoumlruumln kontakları ani
yuumlksek ısı nedeniyle kaynak olabilir
Bir şebekede uumlccedilgen bağlı ccedilalışacak motor aynı şebekede yıldız bağlı (Y) olarak
ccedilalıştırılabilir Ancak bu durumda motorun guumlcuuml ve momenti duumlşer Bu oumlzellikten
yararlanarak asenkron motorların kalkış anında ccedilektikleri fazla akımı azaltmak iccedilin
yıldız-uumlccedilgen yol verme uygulanması yapılabilir
Şebekede yıldız bağlı ccedilalıştırılması gereken motor yanlışlıkla uumlccedilgen bağlı ccedilalıştırılırsa
sargılarına radic3 katı buumlyuumlk gerilim uygulanmış olur Gerilimdeki artış oranı kadar sargı
akımı buumlyuumlyeceğinden motor aşırı akım ccedileker ve kısa suumlrede artacak ısı sonucu
sargılar yanar
Onun iccedilin yıldız bağlı ccedilalışması gereken motor kesinlikle aynı şebekede uumlccedilgen bağlı
ccedilalıştırılmaz (URL6)
20
Şekil 12 Motora yıldız-uumlccedilgen yol verme
Şekil 13 Stator Sargı Uccedillarının Uumlccedilgen (D) Ve Yıldızı (Y) Bağlanması
Şekil 14 Asenkron Motora Yol Verme
21
26 FANLAR
261 Genel Bilgiler
Fanlar hava veya benzeri gazları basınccedillandırarak belirli bir akış yolu iccedilinde hareket
etmesini sağlayan turbo makinelerdir İyi bir fan istenilen performansı yerine
getirirken verimi yuumlksek enerjiyi daha az tuumlketen muumlmkuumln olduğunca guumlruumlltuumlsuumlz
ccedilalışan ve maliyeti duumlşuumlk olan fandır Fanların tahrik sistemlerinde elektrik motorları
kullanılmaktadır (URL3)
262 Fan Ccedileşitleri
Fanlar aşağıdaki gibi sınıflandırılmaktadır
Eksenel (aksiyel) fanlar
Radyal (santrifuumlj) fanlar
Karışık akışlı (eksenel-radyal) fanlar
Ccedilatı tuumlruuml fanlar
Karşıt akımlı fanlar (blower)
Vorteks ya da rejeneratif fanlar
Diğerleri
Elektrik motorlarında radyal fanlar kullanılmaktadır (URL8)
Bu kısımda projemiz iccedilin incelediğimiz 3 ccedileşit fanı accedilıklayacağız
2621 Eksenel Fanlar
Havanın fan ccedilarkı ile aynı eksende youmln değiştirmeden hareket ettiği fanlardır Yuumlksek
hava debileri ve duumlşuumlk basınccedil sınıfına sahip sistemler iccedilin uygun fanlardır Şekil 15
rsquode oklar akış youmlnuumlnuuml (simetri eksenine paralel) goumlstermektedir
22
Şekil 15 Akışın Simetri Ekseninde Hareket Etmesi
2622 Karışık Akışlı (Radyal-Eksenel) Fanlar
Havanın kanatlar uumlzerinden emmesine goumlre yaklaşık 45deg accedilı yaparak hareket ettiği
fanlardır Radyal fanlara goumlre hava debisi daha yuumlksektir
Eksenel fanlardan daha yuumlksek basınca dayanabilir
Fan eğrisi uumlzerinde kararsız boumllge yoktur
Karşı basıncın duumlşuumlk olduğu boumllgelerde motor aşırı akım ccedilekmez
Eksenel ve radyal fanlara goumlre verimleri duumlşuumlktuumlr (URL6)
Şekil 16 Karışık Akışlı Fan Uygulamaları
23
2623 Radyal (Santrifuumlj) Fanlar
Havanın fan ccedilarkını emmesine goumlre 90deg accedilı yaparak kanatlara teğet olarak terk ettiği
fanlardır
Radyal fanların avantajları aşağıdaki gibidir
Geniş bir uygulama aralığına sahiptir
Yuumlksek sıcaklık ve aşındırıcı ortam uygulamalarında kulanılır
Değişken akış direncine sahip yerlerde daha verimli ve daha sessiz ccedilalışma
olanakları vardır
Yapısal kararlılıkları yuumlksektir (URL6)
Radyal Duumlz Kanatlı Fanlar
Genellikle kendi kendini temizleme malzeme taşıma ve parccedilacık ve yağ yuumlkluuml havanın
uygun halde taşınması gibi durumlarda kullanılırlar ve bunun iccedilin duumlz kanatları vardır
Ccedilarkları basit bir yapıya sahiptir ve nispeten dar kanatları vardır
Elektrik motorlarında genellikle ccedilift youmlnluuml ccedilalışmaya uygun olması iccedilin radyal duumlz
kanat tipli bu fanlar seccedililiyor
Şekil 17 Radyal Duumlz Kanatlı Fanlara Oumlrnekler
24
BOumlLUumlM 3 BULGULAR VE TARTIŞMA
31 SONLU ELEMANLAR YOumlNTEMİ
Sonlu elemanlar youmlntemi muumlhendislik problemlerine kabul edilebilir yaklaşımlarla
ccediloumlzuumlm arayan sayısal youmlntemdir (Moavani 2015) Sonlu elemanlar youmlntemi diğer bir
ifade şekliyle fiziksel şeklin matematiksel ifadesidir Bu kurduğumuz siste sınırlara
ayırılabilen ve malzeme şartlarına uygun olan bir sistem olmalıdır
Sonlu eleman youmlntemindeki basamaklar
Yaklaşık Ccediloumlzuumlm Youmlntemi
Geometrik Şekil
Nod
Eleman
Mesh
Ayrıklaştırma
Şekil 18 Sonlu Eleman Modeli
Eleman
Nod
(Duumlğuumlm
noktaları)
25
Sonlu elemanlar youmlntemi matematik ve fizik biliminin buumltuumln alanlarında kullanılır
Gerilme Analizi
Akışkanlar Mekaniği
Isı İletimi
Dalga Yayılımı
Darbe Analizi
Aerodinamik vb alanlardır
Sonlu elemanlar youmlntemini kullanırken oumlncelikle şu soruların cevaplarını bulmalıyız
Dizayn amacımız nedir
Bu sistemi modellemek iccedilin gerekli olan bilgiler nelerdir
Bu dizayn iccedilin hangi kriterler gerekir
311 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Pozitif Youmlnleri
Geometrisi karışık cisimlerin incelenmesini kolaylaştırır Geometri basit kısımlara
ayrılıp burada ayrı veya daha hassas işlemler yapılabilir
Parccedilanın geometrisini değiştirmeye gerek kalmaz
Youmlntemde hem fiziksel hem matematiksel temeli vardır
Sonlu elemanlar youmlntemi iccedilin ccedilok farklı programlar bulunmaktadır (Ansys Marc
Nastran ) (Moavani 2015)
312 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Negatif Youmlnleri
Elde edilen sonuccedilların doğruluğu hangi sonlu youmlnteminin kullanıldığına bağlıdır
Ccedilıkacak durum oumlnceden tespit edilmeli ve ona goumlre bir ccediloumlzuumlm youmlntemi
kullanılmalıdır Bu yuumlzden oumlnceden iyi tesipt edilemezse doğru değer bulunamaz
ve doğru ccediloumlzuumlm iccedilin zaman kaybı olabilir
Doğru ccediloumlzuumlm iccedilin elemanın ayrıştırılması (mesh) atanması gerekir
Bu meshin iyi atılması gerekir yoksa ccediloumlzuumlmuumln yakınsamaları değişebilir
(Moavani 2015)
26
32 ANSYS PROGRAMI
ANSYS genel amaccedillı kullanılan sonlu elemanlar programıdır Ansys yazılımı
mukavemet titreşim akışkanlar mekaniği ısı transferi ve elektromanyetik alanlarının
birbiri ile olan interaksiyonunu simule eden yazılımdır
Boumlylelikle ANSYS uumlruumlnlerin prototipleri uumlretilmeden sanal ortamda test edilmelerine
olanak sağlar Ayrıca sanal ortamdaki 3 boyutlu simulasyonlar neticesinde yapıların
zayıf noktalarının tespiti ve iyileştirilmesi ile oumlmuumlr hesaplarının gerccedilekleştirilmesi ve
muhtemel problemlerin oumlngoumlruumllmesi muumlmkuumln olmaktadır
ANSYS yazılımı sadece ihtiyaccedil duyulan oumlzelliklerin alınmasına fırsat vererek ilave
edilebilen CAD ve FEA bağlantı modulleri ile masa uumlstuumlnde kullanılan diğer
muumlhendislik yazılımları ile entegre bir şekilde ccedilalışabilmektedir
ANSYS yazılımı hem dışarıdan CAD datalarını alabilmekte hem de iccedilindeki
preprocessing imkacircnları ile geometri oluşturulmasına izin vermektedir Yine aynı
preprocessr iccedilinde hesaplama iccedilin gerekli olan sonlu elemanlar modeli yani mesh de
oluşturulmaktadır Yuumlklerin tanımlanmasından sonra ve gerccedilekleştirilen analiz
neticesinde sonuccedillar sayısal ve grafiksel olarak elde edilebilir
ANSYS yazılımı ile oumlzellikle contact algoritmalarının ccedileşitliliği zamana bağımlı
yuumlkleme oumlzellikleri ve nonlinear malzeme modelleri sayesinde yuumlksek muumlhendislik
seviyedeki analizleri hızlı guumlvenilir ve pratik bir şekilde gerccedilekleştirilebilmektedir
ANSYS Workbench parametrik CAD sistemlerini eşsiz bir otomasyon ve performans
ile simulasyon teknolojilerini entegre eden bir platformdur ANSYS Workbenchrsquoin
guumlcuuml yılların bilgi birikimi ile arkasında duran ANSYS ccediloumlzuumlcuuml algoritmalarından gelir
Ayrıca ANSYS Workbenchrsquoin amacı sanal ortamda uumlruumlnuumln verifikasyonunu ve
iyileştirmesini sağlamaktır
Oumlzellikle PC ile uyumluluğun uumlst seviyede olabilmesi iccedilin yazılmış olan ANSYS
Workbench sadece bir arayuumlzden ileri bir ccedilalışma ortamındır ve ANSYS Workbench
ile herhangi bir ANSYS lisansına sahip herkes ccedilalışabilir Aynı alışılagelmiş ANSYS
arabiriminde olduğu gibi ANSYS Workbenchrsquode de kapasiteler sahip olunan lisansın
doğrultusunda sınırlıdır (URL9)
27
ANSYS programının bu oumlzelliklerinden dolayı programı kullanmaya karar verdik
Ansys programının oumlncellikle akışkan mekaniği ve dinamiğinde kullanılan iki ayrı
boumlluumlmuuml bulunmaktadır Bu boumlluumlmler Fluent ve CFX boumlluumlmleridir Bizim
kullandığımız boumlluumlm ise ANSYS CFX boumlluumlmuumlduumlr
33 MEVCUT FAN UumlZERİNDE YAPILAN ANALİZLER
ANSY projesinde oumlncelikle CFX kısmını kullanıldı Ccediluumlnkuuml ANSYS programında
CFX ve Fluent programı hesaplamalı akışkanlar dinamiği iccedilin kullanılmaktadır Ancak
ANSYS CFX turbo makinalar iccedilin kullanıldığından oumlnceden de goumlsterildiği gibi bir
nod alırken huumlcrelerin orta noktalarından nod hesabı yaptığı iccedilin verdiği değerler fan
analizi iccedilin daha iyi bir yakınsama goumlsterir Bu sebeple ANSYS CFX kısmı kullanıldı
İlk olarak mevcut fan uumlzerinde ccedileşitli incelemeler yapıldı
Mevcut fan uumlzerinde 10 kanat var iken suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilok fazla olduğu saptandı
Bunun uumlzerine motorun akışını kolaylaştırma yoluna gidildi
Havayı oluklara daha iyi aktarabilecek kısım fanın kanat boyu olduğu iccedilin fanın
kanatlarının uzunluğunda değişiklik yapılmasına karar verildi
Fandan ccedilekilen debi miktarı ve tork değerlerini tam alabilmek ve mevcut fanın
verimini oumllccedilebilmek iccedilin oumlncelikle esas oumllccediluumllerine goumlre ccedilizilen fan ANSYS
programına aktarıldı File gt Import gt Design Moduler şeklinde SolidWorksrsquo ten
ANSYS programına aktarıldı
Şekil 19 SolidWorksrsquo ten İmport Etmek
28
Fanın ccedilevresinde akış hacmi oluşturmak iccedilin katı modelin ccedilevresindeki hava
modellenir
331 Geometri
Oluşturulan akış hacminde havanın giriş ve ccedilıkış kısımları İnlet-Outlet şeklinde
belirtilir
Analys tools komutlarından xy duumlzleminde halka oluşturulur
Burada modeling kısmı 3 boyutlu işlem yapacağı zaman seccedililen kısımdır
Aşağıdaki şekilde de goumlruumlleceği uumlzere
Şekil 20 Akış Alanı Belirleme
Burada exturude komutuyla birlikte oluşturulacak akış hacminin kaccedil mm
uzatılacağı belirtilir Hepsini bir buumltuumln haline getirmemek iccedilin lsquovar olanla
birleştirilsin mirsquo sorusuna hayır denilir
Daha sonra ccedilevresine yayılan boşluk iccedilin Outlet tanımlaması yapılır
Bu işlemleri gerccedilekleştirdikten sonra kesit gerekir İlk oumlnce plane (duumlzlem)
belirlenir Bunun iccedilin hangi duumlzlemi seccedililecek ise (oumlrneğin xy) onu seccedilip plane
tıklanır Plane boumllgesinden ne kadar uzakta olacağı belirlenir Biz de değer 34 mmrsquo
dir Ccediluumlnkuuml kanatların boyu 31 mm olduğundan mesh atamada sorun ccedilıkmaması
29
iccedilin 34 mm uzaklıkta bir plane atanır Bu Planersquoi slice komutuyla keserek 3 farklı
boumllge oluşturulmuş olur
Akışkan hacmini oluşturmak iccedilin dolu olan kısımlar belirlenip ona goumlre hareket
edilir Bunun iccedilinde milin iccedilini dolu kabul edilir
Akışkan hacmi iccedilin yapılan bir diğer işlem ise oluşturulan hacimden fanın hacmini
booelangt substrack komutları ile akışkan hacminin bulunmasıdır
Mevcut fanın uumlzerine sağ tıklanarak ve suppress body komutu seccedililir Boumlylelikle
fanı gizleyerek sadece akışkan hacmi goumlruumlluumlr
Daha sonra oluşan parccedilaların arasında boşluk olmaması iccedilin ve bağlantı sağlamak
iccedilin part kısımlarını seccedililerek sağ tıklanır from new part seccedililir
Şekil 21 Slice Komutu ile Boumllgelere Ayırma
30
Şekil 22 Parccedilalar Arası Bağlantının Sağlandığı FromNew Part Boumlluumlmuuml
Mesh kısmını suumlruumlkleyip project schematic boumlluumlme bırakılır Bu boumlluumlmde geometri
onaylanır ve en altta bulunan meshrsquoe tıklanır
332 Sayısal Ağ Oluşturma (Mesh)
Şekil 23 Mesh oluşturma
31
Şekil 24 Mesh Geometrisi
Sonlu sayıda hacimle ccedilalışıldığından sonlu sayıda hacime boumllmek gerekir Sonlu
sayıda hacime boumlluumlnen kısımlar farklı farklı olabilir
Bu huumlcreler kapsadığı alanın oumlzelliklerini yansıtır Bunların ccedilevresindeki nodlar
bunların ortalaması ile belli bir oumlzelliğe sahip olmuş olur
Bu huumlcrelerin arttırılması yani ayrıştırmaların ccediloğaltılması ne kadar fazla olursa o
kadar yakınsama olur ve ccediloumlzuumlm iyileşir
Ancak sayısal ağ ccedilok fazla attırıldığında ccediloumlzuumlm suumlresi ccedilok fazla artacağından
ekonomik değildir
Bu sebepten dolayı mesh ( ayrıştırma) atarken akışkanın en fazla değişim
goumlstereceği kısımlarda daha fazla sayısal ağ oluşturulur Boumlylelikle daha iyi bir
yakınsama elde edilir Akışkanın değişim goumlstereceği yerler genellikle yuumlzeylerle
temas edilen kısımlardır Mevcut fanın analizin de orta kısımlarda pek fazla
değişiklik olmaz Bu nedenle sınırlara yakın kısımlara daha fazla ağ oluşturulur
Detail of Mesh kısmından hangi kısımlarda ne kadar buumlyuumlkluumlkte mesh
atılabileceğine bakılır
32
Detail of Mesh kısmından Phsics preference kısmı seccedililerek CFDrsquoi seccedililir Solver
Preference kısmından ise CFXrsquoi seccedilip devam edilir
Analiz yaparken belirlenmesi gereken kısımlar vardır Bunun iccedilin diğer kısımlar
seccedililerek hide body seccedililerek kapatılır ve select all body seccedililerek kanatlara isim
verilir
Şekil 25 Mesh İsimlendirme
Akışkanın girişine inlet ccedilıkışına outlet denilir
Mesh atımında minimum yakalayacağı huumlcreler ile maksimum yakalayacağı
huumlcrelerin milimetre hesabı oumlnemlidir Bu yuumlzden kanadın kalınlığı 25 mm olduğu
iccedilin 2 mmrsquo den az olan huumlcre belirlenir Maksimum 15 mmrsquo den buumlyuumlk huumlcreler
olması duumlşuumlnuumllerek analizin yakınsaması sağlandı
Meshrsquoi tıklayıp oradan insert size kısmın da bulunan isimlerde kanatlar seccedililir
Kanatlara maksimum 3 mm buumlyuumlkluumlk seccedililir Devamında ise kanatları hide face
komutuyla gizlenir ve geriye kalan kısımlar iccedilin sizing iccedilin yine 3 mm verilir
Daha sonra kanat ve ccedilevresine ccedilizilen akış hacmi seccedililerek tekrar size kısmından
buumltuumlnuumlne 8 mm verilir Bu kısım iccedilin mesh atanır Yuumlzeyler seccedililerek Preview
Surface Mesh on Selected Bodies denilir ve mesh işlemi tamamlanmış olur
33
Şekil 26 Meshrsquo in Goumlsterimi
Ancak mesh işleminde silindirik yuumlzeylerde sweep komutuyla daha kolay mesh
atılabileceği iccedilin istenen yuumlzey iccedilin sağ tıklayıp İnsertgt Method gtSweep Number
Divs komutlarından kaccedil sıra mesh atılacağı belirlenir 20 sıra vererek mesh atıldı
Suumlpuumlrme işlemi ile mesh atarken hangi yuumlzeyi kaynak olarak alınacağı da
boumlylelikle belirlenmiş olur
Mesh sayfasını kapatıp daha sonrasında workbench kısmında meshin uumlzerine cfx
kısmını bırakılır
Mesh setupgt solutiongt results dan sonuccedillar elde edilir
Daha sonra geometry design da motorun kapağına uygun bir sınır belirlenerek
analiz yapılır
Geometriyi duumlzenlenerek CFXrsquo e aktarılır
Daha oumlncesinde de bahsedildiği uumlzere ANSYS de CFX kullanıldı CFX
kullanılmasının bir diğer sebebi de CFXrsquo in fan konusunda ANSYSlsquo in mesh
kısmından daha bağımsız ve daha hassas olmasıdır
Yapılan isimlendirmeler tekrar kontrol edilir Her farklı işlev iccedilin farklı
isimlendirme yapmak ccedilok oumlnemlidir boumlylece havanın nereden girip ne şekilde
ccedilıkacağını isimlendirmelerden goumlruumllebilir Ve bu isimlendirmeler iccedilin ayrı ayrı kod
yazılır
34
333 Sınır Şartları
Şekil 27 Sınır Şartlarının Belirlenmiş Hali
ANSYS setup kısmında Insert gt Solver gt Output Control komutları seccedililerek code
yazılır MassFlow ()inlet gt Torque_z()kanatlar olarak giriş kısmının kuumltlesel
debisi iccedilin komut yazılır
Ayrıca Insert gt Material kısmından sıcaklığı 25reg basıncı 1 atm entalpi değerini 0
olarak şartları belirlenir
Malzemenin kapak kısmı ccedilelik olarak belirlenir
Solver Control kısmından high resuluiton seccedililerek ccediloumlzuumlmuumln kalitesi arttırılır
Solver Control kısmından Residual Target artık tipini RMS olarak ve onun
yakınsama sınırı 10-5 belirlenir Rms elemanların karelerinin koumlkuumlnuuml alarak
ortalamasını alan youmlntemdir
Yine Solver Control kısmından minimum iterasyonu 1 maksimum İterasyonu ise
500 verilir
İnlet kısmı belirlenirken Boundary Type ( sınır şartları) opening olarak seccedililir
Opening verilmesindeki amaccedil akışkanların iccedileriden girip dışarıya ccedilıkışlarının
sağlanmasıdır Aksi halde ccediloumlzuumlmuumln yakınsamasın da sorunlar oluşabilir Opening
şartında ayrıca akışkan daha ccedilabuk toparlanır ve analiz daha kolaylaşır
Flow Direction komutunda normal sınır şartları belirlenir
Suumlreklilik şartı olarak da Fluid Mass Fluxrsquou seccedililir Bunun yanında sınır kontuumlruuml
iccedilin bağıl basınccedil ayarlarını seccedililir Aynı şekilde outlet iccedilin de aynı ayarlar yapılır
35
Domaine basılıp kapak kısımları ve motor kısımları seccedililir Bu dış kısımları duvar
olarak belirlenir ve duvar hareket edemeyeceğinden No Slip Wall seccedileneği olarak
belirtilir Duvarları suumlrtuumlnmesiz olduğu varsayılıyor
Fan ve kanatlar kısmında Boundry Type olarak Wall olarak belirleyip Frame type
gt rotating (doumlnuumlyor) belirtilir
Ccediloumlzuumlm metodu olarak RNG k-euro modeli kullanılır
Şekil 28 Setup Koşulların Belirlenmesi
334 Ccediloumlzuumlm - Sonuccedillar
Setup kısmını kapatılarak solution ekranı ccedilift tıklanarak ccedilıkan ekran da RUN seccedililerek
ccediloumlzme işlemi başlatılmış olur
Ccediloumlzme işlemi bittiğinde results kısmından sonuccedillar goumlruumlntuumllenebilir
36
Şekil 29 Akışın Youmlnelişi
Şekil 30 Debi Sonucu
37
34 YENİ FAN TASARIMI
341 Fan Tasarımı İccedilin Kabuller
Havanın sıkıştırılamaz olduğunu kabul edildi Havanın sıkıştırılmaz olduğu
varsayılarak yoğunluğu değişmez ve 12 kgm3 olarak kabul edilir
Ccediloumlzuumlmde suumlrtuumlnmeler ve ısı kayıpları ihmal edilir Ccediluumlnkuuml bu değerlerin
hesaplanması ccedilok uzun suumlreceği iccedilin ccediloumlzuumlm youmlntemi iccedilin ekonomik olmaz
Gerccedilekle arasında ccedilok buumlyuumlk bir fark olmayacağı varsayılmıştır
Verimi arttırmak iccedilin orijinal fanın analizinden elde edilen tork değeri duumlşuumlk
tutulmaya ccedilalışılmıştır
Motorun tek bir youmlne doumlneceği duumlşuumlnuumllmuumlştuumlr
342 Fan Tasarım Parametreleri
Bir fan tasarımında belli başlı kriterleri ele alabilmek iccedilin mevcut fan uumlzerinden
değerler bulundu
Tablo 7 Mevcut Fanın Oumlzellikleri
Devir Sayısı ( ddk) r hub (mm) rtip (mm)
1498 25 77
Radyal hız hesaplandığında w= 15687 radsn bulunmuştur r hub diye isimlendirilen
kısım fanın giriş accedilısı iccedilin gerekli olan kanadın başlangıcı ile milin merkezi arasındaki
uzaklıktır r tip ise fan kanadının bitiş noktası ile mil merkezi arasındaki uzaklığın
yarıccedilap cinsinden ifadesi olmaktadır
38
Fan kanat tasarımında oumlnemli olan w (accedilısal hız)hızının kanatlara ne kadar dik
gelebildiğidir Bu kanat hacmine ne kadar iyi bir şekilde gelirse akışkan o denli iyi
akabilir ve kanat profili oluşur
U_hub= w (radsn) x r hub
U_tip = w x r tip
Beta = arctan(vu)
A_inlet= (r tip 1000)sup2π ndash r hub 1000)sup2π
Verim= (Q x P) (TxW)
V (akışın mutlak hızı)= Debi Alan
Tablo 8 Sonuccedil olarak elde edilen değerler
r_h (mm) 25 r_t (mm) 77 r_h (mm) 50 r_t (mm) 80
U_h (ms) 3927 U_t (ms) 1209516 U_h (ms) 7854 U_t (ms) 125664
A_in (m^2) 0016663 A_out (m^2)0012252
V_in (ms) 2350516 V_out 3196702
beta_h 5909726 beta_t 7900249 beta_h 678529 beta_t 7572755
giriş ccedilıkış
Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları
Bu değerlere goumlre BladeGende yeni bir kanat profili oluşturulur
r tip
r hub
Şekil 31 Fan Kanatlarının Accedilısı
39
Şekil 32 BladeGen Kanat Profili
Oluşturduğumuz bu geometriye daha oumlnceki boumlluumlmde bahsedilen fana yapılan adımlar
uygulandı (Yeni oluşturulan fanın geometrik deseni ektedir)
40
3421 Geometri
Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi
3422 Sayısal Ağ Oluşturma
Şekil 34 Yeni Fan Tasarımının Sayısal Ağ Oluşturulması
41
3423 Ccediloumlzuumlm
Şekil 35 Tasarımı Yapılan Fanın Verimi
Accumulated Time Step sayısı iterasyonu goumlstermektedir Daha fazla yakınsama iccedilin
daha fazla koşturulabilir
42
Şekil 36 Tasarımı Yapılan Fanın Torku
43
3423 Sonuccedillar
Şekil 37 Akışın Youmlnelişi
Bu kısımda verimi arttırabilmek iccedilin tork azaltılmaya ccedilalışıldı Boumlylece kanatlara
harcanan toplam guumlccedil azaltılarak iyileştirmeler yapıldı
44
Kanadın iş yapan kısmını arttırarak orijinal fanda kanadın suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilapı
154 mm iken yeni fan da 160 mmrsquoye ccedilıkarıldı
Kanatlar daha eğimli ama daha eksenel bir forma getirildi
Bu motorda toplam guumlccedil iccedilin 60 watt olduğunda yaklaşık 6 wattrsquo lık guumlccedil fan iccedilin
harcanıyordu Fanın verimliliği ccedilok oumlnemli olduğu iccedilin debiyi sabit tutulmaya
torku da duumlşuumlruumllmeye ccedilalışıldı
Tablo 9 ANSYSrsquo de Elde Edilen Deneyler
tork(Nm) w(radsn) m(kgs)
Orijinal Fan 00393645 15687 0048168
Yeni Fan 00043869 15687 0032261
Goumlruumllduumlğuuml gibi tork buumlyuumlk oranda duumlşmuumlş ancak onunla birlikte debi de biraz
duumlşmuumlştuumlr
343 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanması
Motorun arka ve oumln kısımlarına sırt sırta fan bağlayarak havanın akışını hızlandırma
ve soğutmayı arttırma işlemi amaccedillandı Gerccedilek boyutlarda uygulamadan oumlnce fanı
motor şeklini verilen kısım da tek başına analiz yapıldı Verimli bir sonuccedil alabilmek
iccedilin ikili fan deneyi yapıldı
3431 Geometri
Şekil 38 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Geometrisi
45
3432 Sayısal Ağ Oluşturma
Şekil 39 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Sayısal Ağ
Oluşturulması
Yapılan analiz de goumlzlemlenen sonuccedillar şunlardır
Bir motorun etrafında sınırlayıcı bir alan olmadığı iccedilin sınır şartları olarak setup
kısmında yine havayı 1 atm basınccedil olarak alınır Eğer sınırlayıcı bir alan olsaydı
oluklardan hava akışı doğrudan motorun arka kısmına gelecekti Ccedilıkış noktasına ise
kapak yerleştirildi giriş noktasında atmosfer ccedilıkışı ise kapak olarak sınırlandı
3433 Kod Ccediloumlzuumlmuuml
Debi ndash 000064 mᵌ sn olarak ccedilıktı Motorun hava ccedilıkış kısmına fan bağlamanın verimli
olmadığı sonucuna varıldı Oumlnceden oluşturulan oluklardaki 1cmrsquolik aralıklarla
havanın geniş bir alana gitmesi ccedilok zordur Ve bu akışı goumlnderebilmek iccedilin fazladan
basınccedil uygulanması gerekir Bu sebepler debinin duumlşmesine sebep olmuştur
46
Şekil 40 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Ccediloumlzuumlmuuml
47
BOumlLUumlM 4 SONUCcedilLAR
Verim= (Alınan Guumlccedil Verilen Guumlccedil)= (∆P x Q) (T x ὠ)
A_inlet = (r_tip)2 1000 - (r_hub)21000
A_outlet =( U_h1000)2 - (U-t1000)2
U= ὠ x r
Fan hesaplarıdan debi değeri ve tork değeri duumlşmuumlştuumlr Aşağıda yeni fanımızın verimi
yukarıdaki formuumlllere goumlre excelde hesaplanmıştır
tork(Nm) w(radsn) ṁ(kgm^3) verim deltap (Pa)
Orijinal Fan 00393645 15687 00391 60152783 95
Yeni Fan 00043869 15687 0039167 54068744
Tabloda da goumlruumllduumlğuuml uumlzere eski fanın oumlzelliklerine bakılarak hız uumlccedilgeni youmlntemiyle
oluşturulan yeni fan 540 verimli ccedilıkmıştır
Motorun oumln kısmın koyduğumuz fanda ise dar oluklardan buumlyuumlk bir hacime giriş
yaptığı iccedilin tek youmlnluuml analizde kuumltlesel debi negatif değerde ccedilıkmıştır
(Kuumltlesel debi) ṁ=ƍ( oumlzkuumltle) x A(alan) x V( akışkan hızı)=kgsn ndash Formuluumlnden
dolayı verimin hesaplanmasına gerek yoktur
48
BOumlLUumlM 5 EKLER
EK1- MEVCUT FAN
EK2- YENİ FAN
49
KAYNAKCcedilA
Baykal R 2011 Asenkron Motorlar Uumlzerine Enerjiİ Verimliliği Uygulanması
Yayın Tarihi 15032011
Ccedilalışkan M 2014 Eksenel Akışlı Fan Tasarımı Yuumlksek Lisans İstanbul Teknik
Uumlniversitesi TUumlRKİYE
Moavani S 2015 Sonlu Elemanlar Analizi Teorisi ve Ansys ile Uygulamalar
İstanbul
Onaygil S 2006 Enerji Verimliliği Kanunun Tanıtımı Yuumlksek Lisans
URL1 lthttpdeneysancomContentimagesdocumentshavalandirma-
4_39143832pdfgt Erişim Tarihi 12032016
URL2 lt httpwwweiegovtrgt Erişim Tarihi 20042016
URL3 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi
12052016
URL4 ltwwwtuumlikgovtrgt Erişim Tarihi 14052016
URL5 ltwwwemoorgtrekler364734147179187_ekpdfgt Erişim Tarihi 16052016
URL6 ltwwwinverter-plcnetmotoryıldız_uumlccedilgen_bağlantıhtmlgt Erişim Tarihi
18052016
URL7 ltwwweiegovtreie-webturkceenMotor_Verimliligi_Brosurupdfgt Erişim
Tarihi 20052016
URL8 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi
07062016
URL9 ltwwwfigescomtransysansys-nedirphpgt Erişim Tarihi 09062016
50
OumlZGECcedilMİŞLER
Elif CcedilİCcedilEK
Eyluumll 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Duumlzce Anadolu İmamhatip Lisesinde
tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi İlahiyat Fakuumlltesirsquoni kazandı 2012 yılında
Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine
başladı Halen eğitimine devam etmektedir
İletişim
apsuvaelifhotmailcom
Nesrin ALTUNBOĞA
Ağustos 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Haydarpaşa Teknik Okulları Raylı
Sistemler Teknolojileri Boumlluumlmuumlnuuml tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi
Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Boumlluumlmuumlnuuml kazandı Halen eğitimine
devam etmektedir
İletişim
naltunbogagmailcom
Rumeysa ALGUumlL
Ekim 1992rsquo de Konyarsquoda doğdu Lise oumlğrenimini Lafarge Aslan Ccedilimento Anadolu
Teknik Lisesirsquonde 2010 yılında tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi Teknoloji
Fakuumlltesi Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliğini kazandı 2013 yılında Teknoloji
Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine başladı Halen eğitimine devam
etmektedir
İletişim
rumeysaalgulgmailcom
51
52
20
Şekil 12 Motora yıldız-uumlccedilgen yol verme
Şekil 13 Stator Sargı Uccedillarının Uumlccedilgen (D) Ve Yıldızı (Y) Bağlanması
Şekil 14 Asenkron Motora Yol Verme
21
26 FANLAR
261 Genel Bilgiler
Fanlar hava veya benzeri gazları basınccedillandırarak belirli bir akış yolu iccedilinde hareket
etmesini sağlayan turbo makinelerdir İyi bir fan istenilen performansı yerine
getirirken verimi yuumlksek enerjiyi daha az tuumlketen muumlmkuumln olduğunca guumlruumlltuumlsuumlz
ccedilalışan ve maliyeti duumlşuumlk olan fandır Fanların tahrik sistemlerinde elektrik motorları
kullanılmaktadır (URL3)
262 Fan Ccedileşitleri
Fanlar aşağıdaki gibi sınıflandırılmaktadır
Eksenel (aksiyel) fanlar
Radyal (santrifuumlj) fanlar
Karışık akışlı (eksenel-radyal) fanlar
Ccedilatı tuumlruuml fanlar
Karşıt akımlı fanlar (blower)
Vorteks ya da rejeneratif fanlar
Diğerleri
Elektrik motorlarında radyal fanlar kullanılmaktadır (URL8)
Bu kısımda projemiz iccedilin incelediğimiz 3 ccedileşit fanı accedilıklayacağız
2621 Eksenel Fanlar
Havanın fan ccedilarkı ile aynı eksende youmln değiştirmeden hareket ettiği fanlardır Yuumlksek
hava debileri ve duumlşuumlk basınccedil sınıfına sahip sistemler iccedilin uygun fanlardır Şekil 15
rsquode oklar akış youmlnuumlnuuml (simetri eksenine paralel) goumlstermektedir
22
Şekil 15 Akışın Simetri Ekseninde Hareket Etmesi
2622 Karışık Akışlı (Radyal-Eksenel) Fanlar
Havanın kanatlar uumlzerinden emmesine goumlre yaklaşık 45deg accedilı yaparak hareket ettiği
fanlardır Radyal fanlara goumlre hava debisi daha yuumlksektir
Eksenel fanlardan daha yuumlksek basınca dayanabilir
Fan eğrisi uumlzerinde kararsız boumllge yoktur
Karşı basıncın duumlşuumlk olduğu boumllgelerde motor aşırı akım ccedilekmez
Eksenel ve radyal fanlara goumlre verimleri duumlşuumlktuumlr (URL6)
Şekil 16 Karışık Akışlı Fan Uygulamaları
23
2623 Radyal (Santrifuumlj) Fanlar
Havanın fan ccedilarkını emmesine goumlre 90deg accedilı yaparak kanatlara teğet olarak terk ettiği
fanlardır
Radyal fanların avantajları aşağıdaki gibidir
Geniş bir uygulama aralığına sahiptir
Yuumlksek sıcaklık ve aşındırıcı ortam uygulamalarında kulanılır
Değişken akış direncine sahip yerlerde daha verimli ve daha sessiz ccedilalışma
olanakları vardır
Yapısal kararlılıkları yuumlksektir (URL6)
Radyal Duumlz Kanatlı Fanlar
Genellikle kendi kendini temizleme malzeme taşıma ve parccedilacık ve yağ yuumlkluuml havanın
uygun halde taşınması gibi durumlarda kullanılırlar ve bunun iccedilin duumlz kanatları vardır
Ccedilarkları basit bir yapıya sahiptir ve nispeten dar kanatları vardır
Elektrik motorlarında genellikle ccedilift youmlnluuml ccedilalışmaya uygun olması iccedilin radyal duumlz
kanat tipli bu fanlar seccedililiyor
Şekil 17 Radyal Duumlz Kanatlı Fanlara Oumlrnekler
24
BOumlLUumlM 3 BULGULAR VE TARTIŞMA
31 SONLU ELEMANLAR YOumlNTEMİ
Sonlu elemanlar youmlntemi muumlhendislik problemlerine kabul edilebilir yaklaşımlarla
ccediloumlzuumlm arayan sayısal youmlntemdir (Moavani 2015) Sonlu elemanlar youmlntemi diğer bir
ifade şekliyle fiziksel şeklin matematiksel ifadesidir Bu kurduğumuz siste sınırlara
ayırılabilen ve malzeme şartlarına uygun olan bir sistem olmalıdır
Sonlu eleman youmlntemindeki basamaklar
Yaklaşık Ccediloumlzuumlm Youmlntemi
Geometrik Şekil
Nod
Eleman
Mesh
Ayrıklaştırma
Şekil 18 Sonlu Eleman Modeli
Eleman
Nod
(Duumlğuumlm
noktaları)
25
Sonlu elemanlar youmlntemi matematik ve fizik biliminin buumltuumln alanlarında kullanılır
Gerilme Analizi
Akışkanlar Mekaniği
Isı İletimi
Dalga Yayılımı
Darbe Analizi
Aerodinamik vb alanlardır
Sonlu elemanlar youmlntemini kullanırken oumlncelikle şu soruların cevaplarını bulmalıyız
Dizayn amacımız nedir
Bu sistemi modellemek iccedilin gerekli olan bilgiler nelerdir
Bu dizayn iccedilin hangi kriterler gerekir
311 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Pozitif Youmlnleri
Geometrisi karışık cisimlerin incelenmesini kolaylaştırır Geometri basit kısımlara
ayrılıp burada ayrı veya daha hassas işlemler yapılabilir
Parccedilanın geometrisini değiştirmeye gerek kalmaz
Youmlntemde hem fiziksel hem matematiksel temeli vardır
Sonlu elemanlar youmlntemi iccedilin ccedilok farklı programlar bulunmaktadır (Ansys Marc
Nastran ) (Moavani 2015)
312 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Negatif Youmlnleri
Elde edilen sonuccedilların doğruluğu hangi sonlu youmlnteminin kullanıldığına bağlıdır
Ccedilıkacak durum oumlnceden tespit edilmeli ve ona goumlre bir ccediloumlzuumlm youmlntemi
kullanılmalıdır Bu yuumlzden oumlnceden iyi tesipt edilemezse doğru değer bulunamaz
ve doğru ccediloumlzuumlm iccedilin zaman kaybı olabilir
Doğru ccediloumlzuumlm iccedilin elemanın ayrıştırılması (mesh) atanması gerekir
Bu meshin iyi atılması gerekir yoksa ccediloumlzuumlmuumln yakınsamaları değişebilir
(Moavani 2015)
26
32 ANSYS PROGRAMI
ANSYS genel amaccedillı kullanılan sonlu elemanlar programıdır Ansys yazılımı
mukavemet titreşim akışkanlar mekaniği ısı transferi ve elektromanyetik alanlarının
birbiri ile olan interaksiyonunu simule eden yazılımdır
Boumlylelikle ANSYS uumlruumlnlerin prototipleri uumlretilmeden sanal ortamda test edilmelerine
olanak sağlar Ayrıca sanal ortamdaki 3 boyutlu simulasyonlar neticesinde yapıların
zayıf noktalarının tespiti ve iyileştirilmesi ile oumlmuumlr hesaplarının gerccedilekleştirilmesi ve
muhtemel problemlerin oumlngoumlruumllmesi muumlmkuumln olmaktadır
ANSYS yazılımı sadece ihtiyaccedil duyulan oumlzelliklerin alınmasına fırsat vererek ilave
edilebilen CAD ve FEA bağlantı modulleri ile masa uumlstuumlnde kullanılan diğer
muumlhendislik yazılımları ile entegre bir şekilde ccedilalışabilmektedir
ANSYS yazılımı hem dışarıdan CAD datalarını alabilmekte hem de iccedilindeki
preprocessing imkacircnları ile geometri oluşturulmasına izin vermektedir Yine aynı
preprocessr iccedilinde hesaplama iccedilin gerekli olan sonlu elemanlar modeli yani mesh de
oluşturulmaktadır Yuumlklerin tanımlanmasından sonra ve gerccedilekleştirilen analiz
neticesinde sonuccedillar sayısal ve grafiksel olarak elde edilebilir
ANSYS yazılımı ile oumlzellikle contact algoritmalarının ccedileşitliliği zamana bağımlı
yuumlkleme oumlzellikleri ve nonlinear malzeme modelleri sayesinde yuumlksek muumlhendislik
seviyedeki analizleri hızlı guumlvenilir ve pratik bir şekilde gerccedilekleştirilebilmektedir
ANSYS Workbench parametrik CAD sistemlerini eşsiz bir otomasyon ve performans
ile simulasyon teknolojilerini entegre eden bir platformdur ANSYS Workbenchrsquoin
guumlcuuml yılların bilgi birikimi ile arkasında duran ANSYS ccediloumlzuumlcuuml algoritmalarından gelir
Ayrıca ANSYS Workbenchrsquoin amacı sanal ortamda uumlruumlnuumln verifikasyonunu ve
iyileştirmesini sağlamaktır
Oumlzellikle PC ile uyumluluğun uumlst seviyede olabilmesi iccedilin yazılmış olan ANSYS
Workbench sadece bir arayuumlzden ileri bir ccedilalışma ortamındır ve ANSYS Workbench
ile herhangi bir ANSYS lisansına sahip herkes ccedilalışabilir Aynı alışılagelmiş ANSYS
arabiriminde olduğu gibi ANSYS Workbenchrsquode de kapasiteler sahip olunan lisansın
doğrultusunda sınırlıdır (URL9)
27
ANSYS programının bu oumlzelliklerinden dolayı programı kullanmaya karar verdik
Ansys programının oumlncellikle akışkan mekaniği ve dinamiğinde kullanılan iki ayrı
boumlluumlmuuml bulunmaktadır Bu boumlluumlmler Fluent ve CFX boumlluumlmleridir Bizim
kullandığımız boumlluumlm ise ANSYS CFX boumlluumlmuumlduumlr
33 MEVCUT FAN UumlZERİNDE YAPILAN ANALİZLER
ANSY projesinde oumlncelikle CFX kısmını kullanıldı Ccediluumlnkuuml ANSYS programında
CFX ve Fluent programı hesaplamalı akışkanlar dinamiği iccedilin kullanılmaktadır Ancak
ANSYS CFX turbo makinalar iccedilin kullanıldığından oumlnceden de goumlsterildiği gibi bir
nod alırken huumlcrelerin orta noktalarından nod hesabı yaptığı iccedilin verdiği değerler fan
analizi iccedilin daha iyi bir yakınsama goumlsterir Bu sebeple ANSYS CFX kısmı kullanıldı
İlk olarak mevcut fan uumlzerinde ccedileşitli incelemeler yapıldı
Mevcut fan uumlzerinde 10 kanat var iken suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilok fazla olduğu saptandı
Bunun uumlzerine motorun akışını kolaylaştırma yoluna gidildi
Havayı oluklara daha iyi aktarabilecek kısım fanın kanat boyu olduğu iccedilin fanın
kanatlarının uzunluğunda değişiklik yapılmasına karar verildi
Fandan ccedilekilen debi miktarı ve tork değerlerini tam alabilmek ve mevcut fanın
verimini oumllccedilebilmek iccedilin oumlncelikle esas oumllccediluumllerine goumlre ccedilizilen fan ANSYS
programına aktarıldı File gt Import gt Design Moduler şeklinde SolidWorksrsquo ten
ANSYS programına aktarıldı
Şekil 19 SolidWorksrsquo ten İmport Etmek
28
Fanın ccedilevresinde akış hacmi oluşturmak iccedilin katı modelin ccedilevresindeki hava
modellenir
331 Geometri
Oluşturulan akış hacminde havanın giriş ve ccedilıkış kısımları İnlet-Outlet şeklinde
belirtilir
Analys tools komutlarından xy duumlzleminde halka oluşturulur
Burada modeling kısmı 3 boyutlu işlem yapacağı zaman seccedililen kısımdır
Aşağıdaki şekilde de goumlruumlleceği uumlzere
Şekil 20 Akış Alanı Belirleme
Burada exturude komutuyla birlikte oluşturulacak akış hacminin kaccedil mm
uzatılacağı belirtilir Hepsini bir buumltuumln haline getirmemek iccedilin lsquovar olanla
birleştirilsin mirsquo sorusuna hayır denilir
Daha sonra ccedilevresine yayılan boşluk iccedilin Outlet tanımlaması yapılır
Bu işlemleri gerccedilekleştirdikten sonra kesit gerekir İlk oumlnce plane (duumlzlem)
belirlenir Bunun iccedilin hangi duumlzlemi seccedililecek ise (oumlrneğin xy) onu seccedilip plane
tıklanır Plane boumllgesinden ne kadar uzakta olacağı belirlenir Biz de değer 34 mmrsquo
dir Ccediluumlnkuuml kanatların boyu 31 mm olduğundan mesh atamada sorun ccedilıkmaması
29
iccedilin 34 mm uzaklıkta bir plane atanır Bu Planersquoi slice komutuyla keserek 3 farklı
boumllge oluşturulmuş olur
Akışkan hacmini oluşturmak iccedilin dolu olan kısımlar belirlenip ona goumlre hareket
edilir Bunun iccedilinde milin iccedilini dolu kabul edilir
Akışkan hacmi iccedilin yapılan bir diğer işlem ise oluşturulan hacimden fanın hacmini
booelangt substrack komutları ile akışkan hacminin bulunmasıdır
Mevcut fanın uumlzerine sağ tıklanarak ve suppress body komutu seccedililir Boumlylelikle
fanı gizleyerek sadece akışkan hacmi goumlruumlluumlr
Daha sonra oluşan parccedilaların arasında boşluk olmaması iccedilin ve bağlantı sağlamak
iccedilin part kısımlarını seccedililerek sağ tıklanır from new part seccedililir
Şekil 21 Slice Komutu ile Boumllgelere Ayırma
30
Şekil 22 Parccedilalar Arası Bağlantının Sağlandığı FromNew Part Boumlluumlmuuml
Mesh kısmını suumlruumlkleyip project schematic boumlluumlme bırakılır Bu boumlluumlmde geometri
onaylanır ve en altta bulunan meshrsquoe tıklanır
332 Sayısal Ağ Oluşturma (Mesh)
Şekil 23 Mesh oluşturma
31
Şekil 24 Mesh Geometrisi
Sonlu sayıda hacimle ccedilalışıldığından sonlu sayıda hacime boumllmek gerekir Sonlu
sayıda hacime boumlluumlnen kısımlar farklı farklı olabilir
Bu huumlcreler kapsadığı alanın oumlzelliklerini yansıtır Bunların ccedilevresindeki nodlar
bunların ortalaması ile belli bir oumlzelliğe sahip olmuş olur
Bu huumlcrelerin arttırılması yani ayrıştırmaların ccediloğaltılması ne kadar fazla olursa o
kadar yakınsama olur ve ccediloumlzuumlm iyileşir
Ancak sayısal ağ ccedilok fazla attırıldığında ccediloumlzuumlm suumlresi ccedilok fazla artacağından
ekonomik değildir
Bu sebepten dolayı mesh ( ayrıştırma) atarken akışkanın en fazla değişim
goumlstereceği kısımlarda daha fazla sayısal ağ oluşturulur Boumlylelikle daha iyi bir
yakınsama elde edilir Akışkanın değişim goumlstereceği yerler genellikle yuumlzeylerle
temas edilen kısımlardır Mevcut fanın analizin de orta kısımlarda pek fazla
değişiklik olmaz Bu nedenle sınırlara yakın kısımlara daha fazla ağ oluşturulur
Detail of Mesh kısmından hangi kısımlarda ne kadar buumlyuumlkluumlkte mesh
atılabileceğine bakılır
32
Detail of Mesh kısmından Phsics preference kısmı seccedililerek CFDrsquoi seccedililir Solver
Preference kısmından ise CFXrsquoi seccedilip devam edilir
Analiz yaparken belirlenmesi gereken kısımlar vardır Bunun iccedilin diğer kısımlar
seccedililerek hide body seccedililerek kapatılır ve select all body seccedililerek kanatlara isim
verilir
Şekil 25 Mesh İsimlendirme
Akışkanın girişine inlet ccedilıkışına outlet denilir
Mesh atımında minimum yakalayacağı huumlcreler ile maksimum yakalayacağı
huumlcrelerin milimetre hesabı oumlnemlidir Bu yuumlzden kanadın kalınlığı 25 mm olduğu
iccedilin 2 mmrsquo den az olan huumlcre belirlenir Maksimum 15 mmrsquo den buumlyuumlk huumlcreler
olması duumlşuumlnuumllerek analizin yakınsaması sağlandı
Meshrsquoi tıklayıp oradan insert size kısmın da bulunan isimlerde kanatlar seccedililir
Kanatlara maksimum 3 mm buumlyuumlkluumlk seccedililir Devamında ise kanatları hide face
komutuyla gizlenir ve geriye kalan kısımlar iccedilin sizing iccedilin yine 3 mm verilir
Daha sonra kanat ve ccedilevresine ccedilizilen akış hacmi seccedililerek tekrar size kısmından
buumltuumlnuumlne 8 mm verilir Bu kısım iccedilin mesh atanır Yuumlzeyler seccedililerek Preview
Surface Mesh on Selected Bodies denilir ve mesh işlemi tamamlanmış olur
33
Şekil 26 Meshrsquo in Goumlsterimi
Ancak mesh işleminde silindirik yuumlzeylerde sweep komutuyla daha kolay mesh
atılabileceği iccedilin istenen yuumlzey iccedilin sağ tıklayıp İnsertgt Method gtSweep Number
Divs komutlarından kaccedil sıra mesh atılacağı belirlenir 20 sıra vererek mesh atıldı
Suumlpuumlrme işlemi ile mesh atarken hangi yuumlzeyi kaynak olarak alınacağı da
boumlylelikle belirlenmiş olur
Mesh sayfasını kapatıp daha sonrasında workbench kısmında meshin uumlzerine cfx
kısmını bırakılır
Mesh setupgt solutiongt results dan sonuccedillar elde edilir
Daha sonra geometry design da motorun kapağına uygun bir sınır belirlenerek
analiz yapılır
Geometriyi duumlzenlenerek CFXrsquo e aktarılır
Daha oumlncesinde de bahsedildiği uumlzere ANSYS de CFX kullanıldı CFX
kullanılmasının bir diğer sebebi de CFXrsquo in fan konusunda ANSYSlsquo in mesh
kısmından daha bağımsız ve daha hassas olmasıdır
Yapılan isimlendirmeler tekrar kontrol edilir Her farklı işlev iccedilin farklı
isimlendirme yapmak ccedilok oumlnemlidir boumlylece havanın nereden girip ne şekilde
ccedilıkacağını isimlendirmelerden goumlruumllebilir Ve bu isimlendirmeler iccedilin ayrı ayrı kod
yazılır
34
333 Sınır Şartları
Şekil 27 Sınır Şartlarının Belirlenmiş Hali
ANSYS setup kısmında Insert gt Solver gt Output Control komutları seccedililerek code
yazılır MassFlow ()inlet gt Torque_z()kanatlar olarak giriş kısmının kuumltlesel
debisi iccedilin komut yazılır
Ayrıca Insert gt Material kısmından sıcaklığı 25reg basıncı 1 atm entalpi değerini 0
olarak şartları belirlenir
Malzemenin kapak kısmı ccedilelik olarak belirlenir
Solver Control kısmından high resuluiton seccedililerek ccediloumlzuumlmuumln kalitesi arttırılır
Solver Control kısmından Residual Target artık tipini RMS olarak ve onun
yakınsama sınırı 10-5 belirlenir Rms elemanların karelerinin koumlkuumlnuuml alarak
ortalamasını alan youmlntemdir
Yine Solver Control kısmından minimum iterasyonu 1 maksimum İterasyonu ise
500 verilir
İnlet kısmı belirlenirken Boundary Type ( sınır şartları) opening olarak seccedililir
Opening verilmesindeki amaccedil akışkanların iccedileriden girip dışarıya ccedilıkışlarının
sağlanmasıdır Aksi halde ccediloumlzuumlmuumln yakınsamasın da sorunlar oluşabilir Opening
şartında ayrıca akışkan daha ccedilabuk toparlanır ve analiz daha kolaylaşır
Flow Direction komutunda normal sınır şartları belirlenir
Suumlreklilik şartı olarak da Fluid Mass Fluxrsquou seccedililir Bunun yanında sınır kontuumlruuml
iccedilin bağıl basınccedil ayarlarını seccedililir Aynı şekilde outlet iccedilin de aynı ayarlar yapılır
35
Domaine basılıp kapak kısımları ve motor kısımları seccedililir Bu dış kısımları duvar
olarak belirlenir ve duvar hareket edemeyeceğinden No Slip Wall seccedileneği olarak
belirtilir Duvarları suumlrtuumlnmesiz olduğu varsayılıyor
Fan ve kanatlar kısmında Boundry Type olarak Wall olarak belirleyip Frame type
gt rotating (doumlnuumlyor) belirtilir
Ccediloumlzuumlm metodu olarak RNG k-euro modeli kullanılır
Şekil 28 Setup Koşulların Belirlenmesi
334 Ccediloumlzuumlm - Sonuccedillar
Setup kısmını kapatılarak solution ekranı ccedilift tıklanarak ccedilıkan ekran da RUN seccedililerek
ccediloumlzme işlemi başlatılmış olur
Ccediloumlzme işlemi bittiğinde results kısmından sonuccedillar goumlruumlntuumllenebilir
36
Şekil 29 Akışın Youmlnelişi
Şekil 30 Debi Sonucu
37
34 YENİ FAN TASARIMI
341 Fan Tasarımı İccedilin Kabuller
Havanın sıkıştırılamaz olduğunu kabul edildi Havanın sıkıştırılmaz olduğu
varsayılarak yoğunluğu değişmez ve 12 kgm3 olarak kabul edilir
Ccediloumlzuumlmde suumlrtuumlnmeler ve ısı kayıpları ihmal edilir Ccediluumlnkuuml bu değerlerin
hesaplanması ccedilok uzun suumlreceği iccedilin ccediloumlzuumlm youmlntemi iccedilin ekonomik olmaz
Gerccedilekle arasında ccedilok buumlyuumlk bir fark olmayacağı varsayılmıştır
Verimi arttırmak iccedilin orijinal fanın analizinden elde edilen tork değeri duumlşuumlk
tutulmaya ccedilalışılmıştır
Motorun tek bir youmlne doumlneceği duumlşuumlnuumllmuumlştuumlr
342 Fan Tasarım Parametreleri
Bir fan tasarımında belli başlı kriterleri ele alabilmek iccedilin mevcut fan uumlzerinden
değerler bulundu
Tablo 7 Mevcut Fanın Oumlzellikleri
Devir Sayısı ( ddk) r hub (mm) rtip (mm)
1498 25 77
Radyal hız hesaplandığında w= 15687 radsn bulunmuştur r hub diye isimlendirilen
kısım fanın giriş accedilısı iccedilin gerekli olan kanadın başlangıcı ile milin merkezi arasındaki
uzaklıktır r tip ise fan kanadının bitiş noktası ile mil merkezi arasındaki uzaklığın
yarıccedilap cinsinden ifadesi olmaktadır
38
Fan kanat tasarımında oumlnemli olan w (accedilısal hız)hızının kanatlara ne kadar dik
gelebildiğidir Bu kanat hacmine ne kadar iyi bir şekilde gelirse akışkan o denli iyi
akabilir ve kanat profili oluşur
U_hub= w (radsn) x r hub
U_tip = w x r tip
Beta = arctan(vu)
A_inlet= (r tip 1000)sup2π ndash r hub 1000)sup2π
Verim= (Q x P) (TxW)
V (akışın mutlak hızı)= Debi Alan
Tablo 8 Sonuccedil olarak elde edilen değerler
r_h (mm) 25 r_t (mm) 77 r_h (mm) 50 r_t (mm) 80
U_h (ms) 3927 U_t (ms) 1209516 U_h (ms) 7854 U_t (ms) 125664
A_in (m^2) 0016663 A_out (m^2)0012252
V_in (ms) 2350516 V_out 3196702
beta_h 5909726 beta_t 7900249 beta_h 678529 beta_t 7572755
giriş ccedilıkış
Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları
Bu değerlere goumlre BladeGende yeni bir kanat profili oluşturulur
r tip
r hub
Şekil 31 Fan Kanatlarının Accedilısı
39
Şekil 32 BladeGen Kanat Profili
Oluşturduğumuz bu geometriye daha oumlnceki boumlluumlmde bahsedilen fana yapılan adımlar
uygulandı (Yeni oluşturulan fanın geometrik deseni ektedir)
40
3421 Geometri
Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi
3422 Sayısal Ağ Oluşturma
Şekil 34 Yeni Fan Tasarımının Sayısal Ağ Oluşturulması
41
3423 Ccediloumlzuumlm
Şekil 35 Tasarımı Yapılan Fanın Verimi
Accumulated Time Step sayısı iterasyonu goumlstermektedir Daha fazla yakınsama iccedilin
daha fazla koşturulabilir
42
Şekil 36 Tasarımı Yapılan Fanın Torku
43
3423 Sonuccedillar
Şekil 37 Akışın Youmlnelişi
Bu kısımda verimi arttırabilmek iccedilin tork azaltılmaya ccedilalışıldı Boumlylece kanatlara
harcanan toplam guumlccedil azaltılarak iyileştirmeler yapıldı
44
Kanadın iş yapan kısmını arttırarak orijinal fanda kanadın suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilapı
154 mm iken yeni fan da 160 mmrsquoye ccedilıkarıldı
Kanatlar daha eğimli ama daha eksenel bir forma getirildi
Bu motorda toplam guumlccedil iccedilin 60 watt olduğunda yaklaşık 6 wattrsquo lık guumlccedil fan iccedilin
harcanıyordu Fanın verimliliği ccedilok oumlnemli olduğu iccedilin debiyi sabit tutulmaya
torku da duumlşuumlruumllmeye ccedilalışıldı
Tablo 9 ANSYSrsquo de Elde Edilen Deneyler
tork(Nm) w(radsn) m(kgs)
Orijinal Fan 00393645 15687 0048168
Yeni Fan 00043869 15687 0032261
Goumlruumllduumlğuuml gibi tork buumlyuumlk oranda duumlşmuumlş ancak onunla birlikte debi de biraz
duumlşmuumlştuumlr
343 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanması
Motorun arka ve oumln kısımlarına sırt sırta fan bağlayarak havanın akışını hızlandırma
ve soğutmayı arttırma işlemi amaccedillandı Gerccedilek boyutlarda uygulamadan oumlnce fanı
motor şeklini verilen kısım da tek başına analiz yapıldı Verimli bir sonuccedil alabilmek
iccedilin ikili fan deneyi yapıldı
3431 Geometri
Şekil 38 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Geometrisi
45
3432 Sayısal Ağ Oluşturma
Şekil 39 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Sayısal Ağ
Oluşturulması
Yapılan analiz de goumlzlemlenen sonuccedillar şunlardır
Bir motorun etrafında sınırlayıcı bir alan olmadığı iccedilin sınır şartları olarak setup
kısmında yine havayı 1 atm basınccedil olarak alınır Eğer sınırlayıcı bir alan olsaydı
oluklardan hava akışı doğrudan motorun arka kısmına gelecekti Ccedilıkış noktasına ise
kapak yerleştirildi giriş noktasında atmosfer ccedilıkışı ise kapak olarak sınırlandı
3433 Kod Ccediloumlzuumlmuuml
Debi ndash 000064 mᵌ sn olarak ccedilıktı Motorun hava ccedilıkış kısmına fan bağlamanın verimli
olmadığı sonucuna varıldı Oumlnceden oluşturulan oluklardaki 1cmrsquolik aralıklarla
havanın geniş bir alana gitmesi ccedilok zordur Ve bu akışı goumlnderebilmek iccedilin fazladan
basınccedil uygulanması gerekir Bu sebepler debinin duumlşmesine sebep olmuştur
46
Şekil 40 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Ccediloumlzuumlmuuml
47
BOumlLUumlM 4 SONUCcedilLAR
Verim= (Alınan Guumlccedil Verilen Guumlccedil)= (∆P x Q) (T x ὠ)
A_inlet = (r_tip)2 1000 - (r_hub)21000
A_outlet =( U_h1000)2 - (U-t1000)2
U= ὠ x r
Fan hesaplarıdan debi değeri ve tork değeri duumlşmuumlştuumlr Aşağıda yeni fanımızın verimi
yukarıdaki formuumlllere goumlre excelde hesaplanmıştır
tork(Nm) w(radsn) ṁ(kgm^3) verim deltap (Pa)
Orijinal Fan 00393645 15687 00391 60152783 95
Yeni Fan 00043869 15687 0039167 54068744
Tabloda da goumlruumllduumlğuuml uumlzere eski fanın oumlzelliklerine bakılarak hız uumlccedilgeni youmlntemiyle
oluşturulan yeni fan 540 verimli ccedilıkmıştır
Motorun oumln kısmın koyduğumuz fanda ise dar oluklardan buumlyuumlk bir hacime giriş
yaptığı iccedilin tek youmlnluuml analizde kuumltlesel debi negatif değerde ccedilıkmıştır
(Kuumltlesel debi) ṁ=ƍ( oumlzkuumltle) x A(alan) x V( akışkan hızı)=kgsn ndash Formuluumlnden
dolayı verimin hesaplanmasına gerek yoktur
48
BOumlLUumlM 5 EKLER
EK1- MEVCUT FAN
EK2- YENİ FAN
49
KAYNAKCcedilA
Baykal R 2011 Asenkron Motorlar Uumlzerine Enerjiİ Verimliliği Uygulanması
Yayın Tarihi 15032011
Ccedilalışkan M 2014 Eksenel Akışlı Fan Tasarımı Yuumlksek Lisans İstanbul Teknik
Uumlniversitesi TUumlRKİYE
Moavani S 2015 Sonlu Elemanlar Analizi Teorisi ve Ansys ile Uygulamalar
İstanbul
Onaygil S 2006 Enerji Verimliliği Kanunun Tanıtımı Yuumlksek Lisans
URL1 lthttpdeneysancomContentimagesdocumentshavalandirma-
4_39143832pdfgt Erişim Tarihi 12032016
URL2 lt httpwwweiegovtrgt Erişim Tarihi 20042016
URL3 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi
12052016
URL4 ltwwwtuumlikgovtrgt Erişim Tarihi 14052016
URL5 ltwwwemoorgtrekler364734147179187_ekpdfgt Erişim Tarihi 16052016
URL6 ltwwwinverter-plcnetmotoryıldız_uumlccedilgen_bağlantıhtmlgt Erişim Tarihi
18052016
URL7 ltwwweiegovtreie-webturkceenMotor_Verimliligi_Brosurupdfgt Erişim
Tarihi 20052016
URL8 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi
07062016
URL9 ltwwwfigescomtransysansys-nedirphpgt Erişim Tarihi 09062016
50
OumlZGECcedilMİŞLER
Elif CcedilİCcedilEK
Eyluumll 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Duumlzce Anadolu İmamhatip Lisesinde
tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi İlahiyat Fakuumlltesirsquoni kazandı 2012 yılında
Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine
başladı Halen eğitimine devam etmektedir
İletişim
apsuvaelifhotmailcom
Nesrin ALTUNBOĞA
Ağustos 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Haydarpaşa Teknik Okulları Raylı
Sistemler Teknolojileri Boumlluumlmuumlnuuml tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi
Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Boumlluumlmuumlnuuml kazandı Halen eğitimine
devam etmektedir
İletişim
naltunbogagmailcom
Rumeysa ALGUumlL
Ekim 1992rsquo de Konyarsquoda doğdu Lise oumlğrenimini Lafarge Aslan Ccedilimento Anadolu
Teknik Lisesirsquonde 2010 yılında tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi Teknoloji
Fakuumlltesi Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliğini kazandı 2013 yılında Teknoloji
Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine başladı Halen eğitimine devam
etmektedir
İletişim
rumeysaalgulgmailcom
51
52
21
26 FANLAR
261 Genel Bilgiler
Fanlar hava veya benzeri gazları basınccedillandırarak belirli bir akış yolu iccedilinde hareket
etmesini sağlayan turbo makinelerdir İyi bir fan istenilen performansı yerine
getirirken verimi yuumlksek enerjiyi daha az tuumlketen muumlmkuumln olduğunca guumlruumlltuumlsuumlz
ccedilalışan ve maliyeti duumlşuumlk olan fandır Fanların tahrik sistemlerinde elektrik motorları
kullanılmaktadır (URL3)
262 Fan Ccedileşitleri
Fanlar aşağıdaki gibi sınıflandırılmaktadır
Eksenel (aksiyel) fanlar
Radyal (santrifuumlj) fanlar
Karışık akışlı (eksenel-radyal) fanlar
Ccedilatı tuumlruuml fanlar
Karşıt akımlı fanlar (blower)
Vorteks ya da rejeneratif fanlar
Diğerleri
Elektrik motorlarında radyal fanlar kullanılmaktadır (URL8)
Bu kısımda projemiz iccedilin incelediğimiz 3 ccedileşit fanı accedilıklayacağız
2621 Eksenel Fanlar
Havanın fan ccedilarkı ile aynı eksende youmln değiştirmeden hareket ettiği fanlardır Yuumlksek
hava debileri ve duumlşuumlk basınccedil sınıfına sahip sistemler iccedilin uygun fanlardır Şekil 15
rsquode oklar akış youmlnuumlnuuml (simetri eksenine paralel) goumlstermektedir
22
Şekil 15 Akışın Simetri Ekseninde Hareket Etmesi
2622 Karışık Akışlı (Radyal-Eksenel) Fanlar
Havanın kanatlar uumlzerinden emmesine goumlre yaklaşık 45deg accedilı yaparak hareket ettiği
fanlardır Radyal fanlara goumlre hava debisi daha yuumlksektir
Eksenel fanlardan daha yuumlksek basınca dayanabilir
Fan eğrisi uumlzerinde kararsız boumllge yoktur
Karşı basıncın duumlşuumlk olduğu boumllgelerde motor aşırı akım ccedilekmez
Eksenel ve radyal fanlara goumlre verimleri duumlşuumlktuumlr (URL6)
Şekil 16 Karışık Akışlı Fan Uygulamaları
23
2623 Radyal (Santrifuumlj) Fanlar
Havanın fan ccedilarkını emmesine goumlre 90deg accedilı yaparak kanatlara teğet olarak terk ettiği
fanlardır
Radyal fanların avantajları aşağıdaki gibidir
Geniş bir uygulama aralığına sahiptir
Yuumlksek sıcaklık ve aşındırıcı ortam uygulamalarında kulanılır
Değişken akış direncine sahip yerlerde daha verimli ve daha sessiz ccedilalışma
olanakları vardır
Yapısal kararlılıkları yuumlksektir (URL6)
Radyal Duumlz Kanatlı Fanlar
Genellikle kendi kendini temizleme malzeme taşıma ve parccedilacık ve yağ yuumlkluuml havanın
uygun halde taşınması gibi durumlarda kullanılırlar ve bunun iccedilin duumlz kanatları vardır
Ccedilarkları basit bir yapıya sahiptir ve nispeten dar kanatları vardır
Elektrik motorlarında genellikle ccedilift youmlnluuml ccedilalışmaya uygun olması iccedilin radyal duumlz
kanat tipli bu fanlar seccedililiyor
Şekil 17 Radyal Duumlz Kanatlı Fanlara Oumlrnekler
24
BOumlLUumlM 3 BULGULAR VE TARTIŞMA
31 SONLU ELEMANLAR YOumlNTEMİ
Sonlu elemanlar youmlntemi muumlhendislik problemlerine kabul edilebilir yaklaşımlarla
ccediloumlzuumlm arayan sayısal youmlntemdir (Moavani 2015) Sonlu elemanlar youmlntemi diğer bir
ifade şekliyle fiziksel şeklin matematiksel ifadesidir Bu kurduğumuz siste sınırlara
ayırılabilen ve malzeme şartlarına uygun olan bir sistem olmalıdır
Sonlu eleman youmlntemindeki basamaklar
Yaklaşık Ccediloumlzuumlm Youmlntemi
Geometrik Şekil
Nod
Eleman
Mesh
Ayrıklaştırma
Şekil 18 Sonlu Eleman Modeli
Eleman
Nod
(Duumlğuumlm
noktaları)
25
Sonlu elemanlar youmlntemi matematik ve fizik biliminin buumltuumln alanlarında kullanılır
Gerilme Analizi
Akışkanlar Mekaniği
Isı İletimi
Dalga Yayılımı
Darbe Analizi
Aerodinamik vb alanlardır
Sonlu elemanlar youmlntemini kullanırken oumlncelikle şu soruların cevaplarını bulmalıyız
Dizayn amacımız nedir
Bu sistemi modellemek iccedilin gerekli olan bilgiler nelerdir
Bu dizayn iccedilin hangi kriterler gerekir
311 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Pozitif Youmlnleri
Geometrisi karışık cisimlerin incelenmesini kolaylaştırır Geometri basit kısımlara
ayrılıp burada ayrı veya daha hassas işlemler yapılabilir
Parccedilanın geometrisini değiştirmeye gerek kalmaz
Youmlntemde hem fiziksel hem matematiksel temeli vardır
Sonlu elemanlar youmlntemi iccedilin ccedilok farklı programlar bulunmaktadır (Ansys Marc
Nastran ) (Moavani 2015)
312 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Negatif Youmlnleri
Elde edilen sonuccedilların doğruluğu hangi sonlu youmlnteminin kullanıldığına bağlıdır
Ccedilıkacak durum oumlnceden tespit edilmeli ve ona goumlre bir ccediloumlzuumlm youmlntemi
kullanılmalıdır Bu yuumlzden oumlnceden iyi tesipt edilemezse doğru değer bulunamaz
ve doğru ccediloumlzuumlm iccedilin zaman kaybı olabilir
Doğru ccediloumlzuumlm iccedilin elemanın ayrıştırılması (mesh) atanması gerekir
Bu meshin iyi atılması gerekir yoksa ccediloumlzuumlmuumln yakınsamaları değişebilir
(Moavani 2015)
26
32 ANSYS PROGRAMI
ANSYS genel amaccedillı kullanılan sonlu elemanlar programıdır Ansys yazılımı
mukavemet titreşim akışkanlar mekaniği ısı transferi ve elektromanyetik alanlarının
birbiri ile olan interaksiyonunu simule eden yazılımdır
Boumlylelikle ANSYS uumlruumlnlerin prototipleri uumlretilmeden sanal ortamda test edilmelerine
olanak sağlar Ayrıca sanal ortamdaki 3 boyutlu simulasyonlar neticesinde yapıların
zayıf noktalarının tespiti ve iyileştirilmesi ile oumlmuumlr hesaplarının gerccedilekleştirilmesi ve
muhtemel problemlerin oumlngoumlruumllmesi muumlmkuumln olmaktadır
ANSYS yazılımı sadece ihtiyaccedil duyulan oumlzelliklerin alınmasına fırsat vererek ilave
edilebilen CAD ve FEA bağlantı modulleri ile masa uumlstuumlnde kullanılan diğer
muumlhendislik yazılımları ile entegre bir şekilde ccedilalışabilmektedir
ANSYS yazılımı hem dışarıdan CAD datalarını alabilmekte hem de iccedilindeki
preprocessing imkacircnları ile geometri oluşturulmasına izin vermektedir Yine aynı
preprocessr iccedilinde hesaplama iccedilin gerekli olan sonlu elemanlar modeli yani mesh de
oluşturulmaktadır Yuumlklerin tanımlanmasından sonra ve gerccedilekleştirilen analiz
neticesinde sonuccedillar sayısal ve grafiksel olarak elde edilebilir
ANSYS yazılımı ile oumlzellikle contact algoritmalarının ccedileşitliliği zamana bağımlı
yuumlkleme oumlzellikleri ve nonlinear malzeme modelleri sayesinde yuumlksek muumlhendislik
seviyedeki analizleri hızlı guumlvenilir ve pratik bir şekilde gerccedilekleştirilebilmektedir
ANSYS Workbench parametrik CAD sistemlerini eşsiz bir otomasyon ve performans
ile simulasyon teknolojilerini entegre eden bir platformdur ANSYS Workbenchrsquoin
guumlcuuml yılların bilgi birikimi ile arkasında duran ANSYS ccediloumlzuumlcuuml algoritmalarından gelir
Ayrıca ANSYS Workbenchrsquoin amacı sanal ortamda uumlruumlnuumln verifikasyonunu ve
iyileştirmesini sağlamaktır
Oumlzellikle PC ile uyumluluğun uumlst seviyede olabilmesi iccedilin yazılmış olan ANSYS
Workbench sadece bir arayuumlzden ileri bir ccedilalışma ortamındır ve ANSYS Workbench
ile herhangi bir ANSYS lisansına sahip herkes ccedilalışabilir Aynı alışılagelmiş ANSYS
arabiriminde olduğu gibi ANSYS Workbenchrsquode de kapasiteler sahip olunan lisansın
doğrultusunda sınırlıdır (URL9)
27
ANSYS programının bu oumlzelliklerinden dolayı programı kullanmaya karar verdik
Ansys programının oumlncellikle akışkan mekaniği ve dinamiğinde kullanılan iki ayrı
boumlluumlmuuml bulunmaktadır Bu boumlluumlmler Fluent ve CFX boumlluumlmleridir Bizim
kullandığımız boumlluumlm ise ANSYS CFX boumlluumlmuumlduumlr
33 MEVCUT FAN UumlZERİNDE YAPILAN ANALİZLER
ANSY projesinde oumlncelikle CFX kısmını kullanıldı Ccediluumlnkuuml ANSYS programında
CFX ve Fluent programı hesaplamalı akışkanlar dinamiği iccedilin kullanılmaktadır Ancak
ANSYS CFX turbo makinalar iccedilin kullanıldığından oumlnceden de goumlsterildiği gibi bir
nod alırken huumlcrelerin orta noktalarından nod hesabı yaptığı iccedilin verdiği değerler fan
analizi iccedilin daha iyi bir yakınsama goumlsterir Bu sebeple ANSYS CFX kısmı kullanıldı
İlk olarak mevcut fan uumlzerinde ccedileşitli incelemeler yapıldı
Mevcut fan uumlzerinde 10 kanat var iken suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilok fazla olduğu saptandı
Bunun uumlzerine motorun akışını kolaylaştırma yoluna gidildi
Havayı oluklara daha iyi aktarabilecek kısım fanın kanat boyu olduğu iccedilin fanın
kanatlarının uzunluğunda değişiklik yapılmasına karar verildi
Fandan ccedilekilen debi miktarı ve tork değerlerini tam alabilmek ve mevcut fanın
verimini oumllccedilebilmek iccedilin oumlncelikle esas oumllccediluumllerine goumlre ccedilizilen fan ANSYS
programına aktarıldı File gt Import gt Design Moduler şeklinde SolidWorksrsquo ten
ANSYS programına aktarıldı
Şekil 19 SolidWorksrsquo ten İmport Etmek
28
Fanın ccedilevresinde akış hacmi oluşturmak iccedilin katı modelin ccedilevresindeki hava
modellenir
331 Geometri
Oluşturulan akış hacminde havanın giriş ve ccedilıkış kısımları İnlet-Outlet şeklinde
belirtilir
Analys tools komutlarından xy duumlzleminde halka oluşturulur
Burada modeling kısmı 3 boyutlu işlem yapacağı zaman seccedililen kısımdır
Aşağıdaki şekilde de goumlruumlleceği uumlzere
Şekil 20 Akış Alanı Belirleme
Burada exturude komutuyla birlikte oluşturulacak akış hacminin kaccedil mm
uzatılacağı belirtilir Hepsini bir buumltuumln haline getirmemek iccedilin lsquovar olanla
birleştirilsin mirsquo sorusuna hayır denilir
Daha sonra ccedilevresine yayılan boşluk iccedilin Outlet tanımlaması yapılır
Bu işlemleri gerccedilekleştirdikten sonra kesit gerekir İlk oumlnce plane (duumlzlem)
belirlenir Bunun iccedilin hangi duumlzlemi seccedililecek ise (oumlrneğin xy) onu seccedilip plane
tıklanır Plane boumllgesinden ne kadar uzakta olacağı belirlenir Biz de değer 34 mmrsquo
dir Ccediluumlnkuuml kanatların boyu 31 mm olduğundan mesh atamada sorun ccedilıkmaması
29
iccedilin 34 mm uzaklıkta bir plane atanır Bu Planersquoi slice komutuyla keserek 3 farklı
boumllge oluşturulmuş olur
Akışkan hacmini oluşturmak iccedilin dolu olan kısımlar belirlenip ona goumlre hareket
edilir Bunun iccedilinde milin iccedilini dolu kabul edilir
Akışkan hacmi iccedilin yapılan bir diğer işlem ise oluşturulan hacimden fanın hacmini
booelangt substrack komutları ile akışkan hacminin bulunmasıdır
Mevcut fanın uumlzerine sağ tıklanarak ve suppress body komutu seccedililir Boumlylelikle
fanı gizleyerek sadece akışkan hacmi goumlruumlluumlr
Daha sonra oluşan parccedilaların arasında boşluk olmaması iccedilin ve bağlantı sağlamak
iccedilin part kısımlarını seccedililerek sağ tıklanır from new part seccedililir
Şekil 21 Slice Komutu ile Boumllgelere Ayırma
30
Şekil 22 Parccedilalar Arası Bağlantının Sağlandığı FromNew Part Boumlluumlmuuml
Mesh kısmını suumlruumlkleyip project schematic boumlluumlme bırakılır Bu boumlluumlmde geometri
onaylanır ve en altta bulunan meshrsquoe tıklanır
332 Sayısal Ağ Oluşturma (Mesh)
Şekil 23 Mesh oluşturma
31
Şekil 24 Mesh Geometrisi
Sonlu sayıda hacimle ccedilalışıldığından sonlu sayıda hacime boumllmek gerekir Sonlu
sayıda hacime boumlluumlnen kısımlar farklı farklı olabilir
Bu huumlcreler kapsadığı alanın oumlzelliklerini yansıtır Bunların ccedilevresindeki nodlar
bunların ortalaması ile belli bir oumlzelliğe sahip olmuş olur
Bu huumlcrelerin arttırılması yani ayrıştırmaların ccediloğaltılması ne kadar fazla olursa o
kadar yakınsama olur ve ccediloumlzuumlm iyileşir
Ancak sayısal ağ ccedilok fazla attırıldığında ccediloumlzuumlm suumlresi ccedilok fazla artacağından
ekonomik değildir
Bu sebepten dolayı mesh ( ayrıştırma) atarken akışkanın en fazla değişim
goumlstereceği kısımlarda daha fazla sayısal ağ oluşturulur Boumlylelikle daha iyi bir
yakınsama elde edilir Akışkanın değişim goumlstereceği yerler genellikle yuumlzeylerle
temas edilen kısımlardır Mevcut fanın analizin de orta kısımlarda pek fazla
değişiklik olmaz Bu nedenle sınırlara yakın kısımlara daha fazla ağ oluşturulur
Detail of Mesh kısmından hangi kısımlarda ne kadar buumlyuumlkluumlkte mesh
atılabileceğine bakılır
32
Detail of Mesh kısmından Phsics preference kısmı seccedililerek CFDrsquoi seccedililir Solver
Preference kısmından ise CFXrsquoi seccedilip devam edilir
Analiz yaparken belirlenmesi gereken kısımlar vardır Bunun iccedilin diğer kısımlar
seccedililerek hide body seccedililerek kapatılır ve select all body seccedililerek kanatlara isim
verilir
Şekil 25 Mesh İsimlendirme
Akışkanın girişine inlet ccedilıkışına outlet denilir
Mesh atımında minimum yakalayacağı huumlcreler ile maksimum yakalayacağı
huumlcrelerin milimetre hesabı oumlnemlidir Bu yuumlzden kanadın kalınlığı 25 mm olduğu
iccedilin 2 mmrsquo den az olan huumlcre belirlenir Maksimum 15 mmrsquo den buumlyuumlk huumlcreler
olması duumlşuumlnuumllerek analizin yakınsaması sağlandı
Meshrsquoi tıklayıp oradan insert size kısmın da bulunan isimlerde kanatlar seccedililir
Kanatlara maksimum 3 mm buumlyuumlkluumlk seccedililir Devamında ise kanatları hide face
komutuyla gizlenir ve geriye kalan kısımlar iccedilin sizing iccedilin yine 3 mm verilir
Daha sonra kanat ve ccedilevresine ccedilizilen akış hacmi seccedililerek tekrar size kısmından
buumltuumlnuumlne 8 mm verilir Bu kısım iccedilin mesh atanır Yuumlzeyler seccedililerek Preview
Surface Mesh on Selected Bodies denilir ve mesh işlemi tamamlanmış olur
33
Şekil 26 Meshrsquo in Goumlsterimi
Ancak mesh işleminde silindirik yuumlzeylerde sweep komutuyla daha kolay mesh
atılabileceği iccedilin istenen yuumlzey iccedilin sağ tıklayıp İnsertgt Method gtSweep Number
Divs komutlarından kaccedil sıra mesh atılacağı belirlenir 20 sıra vererek mesh atıldı
Suumlpuumlrme işlemi ile mesh atarken hangi yuumlzeyi kaynak olarak alınacağı da
boumlylelikle belirlenmiş olur
Mesh sayfasını kapatıp daha sonrasında workbench kısmında meshin uumlzerine cfx
kısmını bırakılır
Mesh setupgt solutiongt results dan sonuccedillar elde edilir
Daha sonra geometry design da motorun kapağına uygun bir sınır belirlenerek
analiz yapılır
Geometriyi duumlzenlenerek CFXrsquo e aktarılır
Daha oumlncesinde de bahsedildiği uumlzere ANSYS de CFX kullanıldı CFX
kullanılmasının bir diğer sebebi de CFXrsquo in fan konusunda ANSYSlsquo in mesh
kısmından daha bağımsız ve daha hassas olmasıdır
Yapılan isimlendirmeler tekrar kontrol edilir Her farklı işlev iccedilin farklı
isimlendirme yapmak ccedilok oumlnemlidir boumlylece havanın nereden girip ne şekilde
ccedilıkacağını isimlendirmelerden goumlruumllebilir Ve bu isimlendirmeler iccedilin ayrı ayrı kod
yazılır
34
333 Sınır Şartları
Şekil 27 Sınır Şartlarının Belirlenmiş Hali
ANSYS setup kısmında Insert gt Solver gt Output Control komutları seccedililerek code
yazılır MassFlow ()inlet gt Torque_z()kanatlar olarak giriş kısmının kuumltlesel
debisi iccedilin komut yazılır
Ayrıca Insert gt Material kısmından sıcaklığı 25reg basıncı 1 atm entalpi değerini 0
olarak şartları belirlenir
Malzemenin kapak kısmı ccedilelik olarak belirlenir
Solver Control kısmından high resuluiton seccedililerek ccediloumlzuumlmuumln kalitesi arttırılır
Solver Control kısmından Residual Target artık tipini RMS olarak ve onun
yakınsama sınırı 10-5 belirlenir Rms elemanların karelerinin koumlkuumlnuuml alarak
ortalamasını alan youmlntemdir
Yine Solver Control kısmından minimum iterasyonu 1 maksimum İterasyonu ise
500 verilir
İnlet kısmı belirlenirken Boundary Type ( sınır şartları) opening olarak seccedililir
Opening verilmesindeki amaccedil akışkanların iccedileriden girip dışarıya ccedilıkışlarının
sağlanmasıdır Aksi halde ccediloumlzuumlmuumln yakınsamasın da sorunlar oluşabilir Opening
şartında ayrıca akışkan daha ccedilabuk toparlanır ve analiz daha kolaylaşır
Flow Direction komutunda normal sınır şartları belirlenir
Suumlreklilik şartı olarak da Fluid Mass Fluxrsquou seccedililir Bunun yanında sınır kontuumlruuml
iccedilin bağıl basınccedil ayarlarını seccedililir Aynı şekilde outlet iccedilin de aynı ayarlar yapılır
35
Domaine basılıp kapak kısımları ve motor kısımları seccedililir Bu dış kısımları duvar
olarak belirlenir ve duvar hareket edemeyeceğinden No Slip Wall seccedileneği olarak
belirtilir Duvarları suumlrtuumlnmesiz olduğu varsayılıyor
Fan ve kanatlar kısmında Boundry Type olarak Wall olarak belirleyip Frame type
gt rotating (doumlnuumlyor) belirtilir
Ccediloumlzuumlm metodu olarak RNG k-euro modeli kullanılır
Şekil 28 Setup Koşulların Belirlenmesi
334 Ccediloumlzuumlm - Sonuccedillar
Setup kısmını kapatılarak solution ekranı ccedilift tıklanarak ccedilıkan ekran da RUN seccedililerek
ccediloumlzme işlemi başlatılmış olur
Ccediloumlzme işlemi bittiğinde results kısmından sonuccedillar goumlruumlntuumllenebilir
36
Şekil 29 Akışın Youmlnelişi
Şekil 30 Debi Sonucu
37
34 YENİ FAN TASARIMI
341 Fan Tasarımı İccedilin Kabuller
Havanın sıkıştırılamaz olduğunu kabul edildi Havanın sıkıştırılmaz olduğu
varsayılarak yoğunluğu değişmez ve 12 kgm3 olarak kabul edilir
Ccediloumlzuumlmde suumlrtuumlnmeler ve ısı kayıpları ihmal edilir Ccediluumlnkuuml bu değerlerin
hesaplanması ccedilok uzun suumlreceği iccedilin ccediloumlzuumlm youmlntemi iccedilin ekonomik olmaz
Gerccedilekle arasında ccedilok buumlyuumlk bir fark olmayacağı varsayılmıştır
Verimi arttırmak iccedilin orijinal fanın analizinden elde edilen tork değeri duumlşuumlk
tutulmaya ccedilalışılmıştır
Motorun tek bir youmlne doumlneceği duumlşuumlnuumllmuumlştuumlr
342 Fan Tasarım Parametreleri
Bir fan tasarımında belli başlı kriterleri ele alabilmek iccedilin mevcut fan uumlzerinden
değerler bulundu
Tablo 7 Mevcut Fanın Oumlzellikleri
Devir Sayısı ( ddk) r hub (mm) rtip (mm)
1498 25 77
Radyal hız hesaplandığında w= 15687 radsn bulunmuştur r hub diye isimlendirilen
kısım fanın giriş accedilısı iccedilin gerekli olan kanadın başlangıcı ile milin merkezi arasındaki
uzaklıktır r tip ise fan kanadının bitiş noktası ile mil merkezi arasındaki uzaklığın
yarıccedilap cinsinden ifadesi olmaktadır
38
Fan kanat tasarımında oumlnemli olan w (accedilısal hız)hızının kanatlara ne kadar dik
gelebildiğidir Bu kanat hacmine ne kadar iyi bir şekilde gelirse akışkan o denli iyi
akabilir ve kanat profili oluşur
U_hub= w (radsn) x r hub
U_tip = w x r tip
Beta = arctan(vu)
A_inlet= (r tip 1000)sup2π ndash r hub 1000)sup2π
Verim= (Q x P) (TxW)
V (akışın mutlak hızı)= Debi Alan
Tablo 8 Sonuccedil olarak elde edilen değerler
r_h (mm) 25 r_t (mm) 77 r_h (mm) 50 r_t (mm) 80
U_h (ms) 3927 U_t (ms) 1209516 U_h (ms) 7854 U_t (ms) 125664
A_in (m^2) 0016663 A_out (m^2)0012252
V_in (ms) 2350516 V_out 3196702
beta_h 5909726 beta_t 7900249 beta_h 678529 beta_t 7572755
giriş ccedilıkış
Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları
Bu değerlere goumlre BladeGende yeni bir kanat profili oluşturulur
r tip
r hub
Şekil 31 Fan Kanatlarının Accedilısı
39
Şekil 32 BladeGen Kanat Profili
Oluşturduğumuz bu geometriye daha oumlnceki boumlluumlmde bahsedilen fana yapılan adımlar
uygulandı (Yeni oluşturulan fanın geometrik deseni ektedir)
40
3421 Geometri
Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi
3422 Sayısal Ağ Oluşturma
Şekil 34 Yeni Fan Tasarımının Sayısal Ağ Oluşturulması
41
3423 Ccediloumlzuumlm
Şekil 35 Tasarımı Yapılan Fanın Verimi
Accumulated Time Step sayısı iterasyonu goumlstermektedir Daha fazla yakınsama iccedilin
daha fazla koşturulabilir
42
Şekil 36 Tasarımı Yapılan Fanın Torku
43
3423 Sonuccedillar
Şekil 37 Akışın Youmlnelişi
Bu kısımda verimi arttırabilmek iccedilin tork azaltılmaya ccedilalışıldı Boumlylece kanatlara
harcanan toplam guumlccedil azaltılarak iyileştirmeler yapıldı
44
Kanadın iş yapan kısmını arttırarak orijinal fanda kanadın suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilapı
154 mm iken yeni fan da 160 mmrsquoye ccedilıkarıldı
Kanatlar daha eğimli ama daha eksenel bir forma getirildi
Bu motorda toplam guumlccedil iccedilin 60 watt olduğunda yaklaşık 6 wattrsquo lık guumlccedil fan iccedilin
harcanıyordu Fanın verimliliği ccedilok oumlnemli olduğu iccedilin debiyi sabit tutulmaya
torku da duumlşuumlruumllmeye ccedilalışıldı
Tablo 9 ANSYSrsquo de Elde Edilen Deneyler
tork(Nm) w(radsn) m(kgs)
Orijinal Fan 00393645 15687 0048168
Yeni Fan 00043869 15687 0032261
Goumlruumllduumlğuuml gibi tork buumlyuumlk oranda duumlşmuumlş ancak onunla birlikte debi de biraz
duumlşmuumlştuumlr
343 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanması
Motorun arka ve oumln kısımlarına sırt sırta fan bağlayarak havanın akışını hızlandırma
ve soğutmayı arttırma işlemi amaccedillandı Gerccedilek boyutlarda uygulamadan oumlnce fanı
motor şeklini verilen kısım da tek başına analiz yapıldı Verimli bir sonuccedil alabilmek
iccedilin ikili fan deneyi yapıldı
3431 Geometri
Şekil 38 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Geometrisi
45
3432 Sayısal Ağ Oluşturma
Şekil 39 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Sayısal Ağ
Oluşturulması
Yapılan analiz de goumlzlemlenen sonuccedillar şunlardır
Bir motorun etrafında sınırlayıcı bir alan olmadığı iccedilin sınır şartları olarak setup
kısmında yine havayı 1 atm basınccedil olarak alınır Eğer sınırlayıcı bir alan olsaydı
oluklardan hava akışı doğrudan motorun arka kısmına gelecekti Ccedilıkış noktasına ise
kapak yerleştirildi giriş noktasında atmosfer ccedilıkışı ise kapak olarak sınırlandı
3433 Kod Ccediloumlzuumlmuuml
Debi ndash 000064 mᵌ sn olarak ccedilıktı Motorun hava ccedilıkış kısmına fan bağlamanın verimli
olmadığı sonucuna varıldı Oumlnceden oluşturulan oluklardaki 1cmrsquolik aralıklarla
havanın geniş bir alana gitmesi ccedilok zordur Ve bu akışı goumlnderebilmek iccedilin fazladan
basınccedil uygulanması gerekir Bu sebepler debinin duumlşmesine sebep olmuştur
46
Şekil 40 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Ccediloumlzuumlmuuml
47
BOumlLUumlM 4 SONUCcedilLAR
Verim= (Alınan Guumlccedil Verilen Guumlccedil)= (∆P x Q) (T x ὠ)
A_inlet = (r_tip)2 1000 - (r_hub)21000
A_outlet =( U_h1000)2 - (U-t1000)2
U= ὠ x r
Fan hesaplarıdan debi değeri ve tork değeri duumlşmuumlştuumlr Aşağıda yeni fanımızın verimi
yukarıdaki formuumlllere goumlre excelde hesaplanmıştır
tork(Nm) w(radsn) ṁ(kgm^3) verim deltap (Pa)
Orijinal Fan 00393645 15687 00391 60152783 95
Yeni Fan 00043869 15687 0039167 54068744
Tabloda da goumlruumllduumlğuuml uumlzere eski fanın oumlzelliklerine bakılarak hız uumlccedilgeni youmlntemiyle
oluşturulan yeni fan 540 verimli ccedilıkmıştır
Motorun oumln kısmın koyduğumuz fanda ise dar oluklardan buumlyuumlk bir hacime giriş
yaptığı iccedilin tek youmlnluuml analizde kuumltlesel debi negatif değerde ccedilıkmıştır
(Kuumltlesel debi) ṁ=ƍ( oumlzkuumltle) x A(alan) x V( akışkan hızı)=kgsn ndash Formuluumlnden
dolayı verimin hesaplanmasına gerek yoktur
48
BOumlLUumlM 5 EKLER
EK1- MEVCUT FAN
EK2- YENİ FAN
49
KAYNAKCcedilA
Baykal R 2011 Asenkron Motorlar Uumlzerine Enerjiİ Verimliliği Uygulanması
Yayın Tarihi 15032011
Ccedilalışkan M 2014 Eksenel Akışlı Fan Tasarımı Yuumlksek Lisans İstanbul Teknik
Uumlniversitesi TUumlRKİYE
Moavani S 2015 Sonlu Elemanlar Analizi Teorisi ve Ansys ile Uygulamalar
İstanbul
Onaygil S 2006 Enerji Verimliliği Kanunun Tanıtımı Yuumlksek Lisans
URL1 lthttpdeneysancomContentimagesdocumentshavalandirma-
4_39143832pdfgt Erişim Tarihi 12032016
URL2 lt httpwwweiegovtrgt Erişim Tarihi 20042016
URL3 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi
12052016
URL4 ltwwwtuumlikgovtrgt Erişim Tarihi 14052016
URL5 ltwwwemoorgtrekler364734147179187_ekpdfgt Erişim Tarihi 16052016
URL6 ltwwwinverter-plcnetmotoryıldız_uumlccedilgen_bağlantıhtmlgt Erişim Tarihi
18052016
URL7 ltwwweiegovtreie-webturkceenMotor_Verimliligi_Brosurupdfgt Erişim
Tarihi 20052016
URL8 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi
07062016
URL9 ltwwwfigescomtransysansys-nedirphpgt Erişim Tarihi 09062016
50
OumlZGECcedilMİŞLER
Elif CcedilİCcedilEK
Eyluumll 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Duumlzce Anadolu İmamhatip Lisesinde
tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi İlahiyat Fakuumlltesirsquoni kazandı 2012 yılında
Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine
başladı Halen eğitimine devam etmektedir
İletişim
apsuvaelifhotmailcom
Nesrin ALTUNBOĞA
Ağustos 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Haydarpaşa Teknik Okulları Raylı
Sistemler Teknolojileri Boumlluumlmuumlnuuml tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi
Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Boumlluumlmuumlnuuml kazandı Halen eğitimine
devam etmektedir
İletişim
naltunbogagmailcom
Rumeysa ALGUumlL
Ekim 1992rsquo de Konyarsquoda doğdu Lise oumlğrenimini Lafarge Aslan Ccedilimento Anadolu
Teknik Lisesirsquonde 2010 yılında tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi Teknoloji
Fakuumlltesi Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliğini kazandı 2013 yılında Teknoloji
Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine başladı Halen eğitimine devam
etmektedir
İletişim
rumeysaalgulgmailcom
51
52
22
Şekil 15 Akışın Simetri Ekseninde Hareket Etmesi
2622 Karışık Akışlı (Radyal-Eksenel) Fanlar
Havanın kanatlar uumlzerinden emmesine goumlre yaklaşık 45deg accedilı yaparak hareket ettiği
fanlardır Radyal fanlara goumlre hava debisi daha yuumlksektir
Eksenel fanlardan daha yuumlksek basınca dayanabilir
Fan eğrisi uumlzerinde kararsız boumllge yoktur
Karşı basıncın duumlşuumlk olduğu boumllgelerde motor aşırı akım ccedilekmez
Eksenel ve radyal fanlara goumlre verimleri duumlşuumlktuumlr (URL6)
Şekil 16 Karışık Akışlı Fan Uygulamaları
23
2623 Radyal (Santrifuumlj) Fanlar
Havanın fan ccedilarkını emmesine goumlre 90deg accedilı yaparak kanatlara teğet olarak terk ettiği
fanlardır
Radyal fanların avantajları aşağıdaki gibidir
Geniş bir uygulama aralığına sahiptir
Yuumlksek sıcaklık ve aşındırıcı ortam uygulamalarında kulanılır
Değişken akış direncine sahip yerlerde daha verimli ve daha sessiz ccedilalışma
olanakları vardır
Yapısal kararlılıkları yuumlksektir (URL6)
Radyal Duumlz Kanatlı Fanlar
Genellikle kendi kendini temizleme malzeme taşıma ve parccedilacık ve yağ yuumlkluuml havanın
uygun halde taşınması gibi durumlarda kullanılırlar ve bunun iccedilin duumlz kanatları vardır
Ccedilarkları basit bir yapıya sahiptir ve nispeten dar kanatları vardır
Elektrik motorlarında genellikle ccedilift youmlnluuml ccedilalışmaya uygun olması iccedilin radyal duumlz
kanat tipli bu fanlar seccedililiyor
Şekil 17 Radyal Duumlz Kanatlı Fanlara Oumlrnekler
24
BOumlLUumlM 3 BULGULAR VE TARTIŞMA
31 SONLU ELEMANLAR YOumlNTEMİ
Sonlu elemanlar youmlntemi muumlhendislik problemlerine kabul edilebilir yaklaşımlarla
ccediloumlzuumlm arayan sayısal youmlntemdir (Moavani 2015) Sonlu elemanlar youmlntemi diğer bir
ifade şekliyle fiziksel şeklin matematiksel ifadesidir Bu kurduğumuz siste sınırlara
ayırılabilen ve malzeme şartlarına uygun olan bir sistem olmalıdır
Sonlu eleman youmlntemindeki basamaklar
Yaklaşık Ccediloumlzuumlm Youmlntemi
Geometrik Şekil
Nod
Eleman
Mesh
Ayrıklaştırma
Şekil 18 Sonlu Eleman Modeli
Eleman
Nod
(Duumlğuumlm
noktaları)
25
Sonlu elemanlar youmlntemi matematik ve fizik biliminin buumltuumln alanlarında kullanılır
Gerilme Analizi
Akışkanlar Mekaniği
Isı İletimi
Dalga Yayılımı
Darbe Analizi
Aerodinamik vb alanlardır
Sonlu elemanlar youmlntemini kullanırken oumlncelikle şu soruların cevaplarını bulmalıyız
Dizayn amacımız nedir
Bu sistemi modellemek iccedilin gerekli olan bilgiler nelerdir
Bu dizayn iccedilin hangi kriterler gerekir
311 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Pozitif Youmlnleri
Geometrisi karışık cisimlerin incelenmesini kolaylaştırır Geometri basit kısımlara
ayrılıp burada ayrı veya daha hassas işlemler yapılabilir
Parccedilanın geometrisini değiştirmeye gerek kalmaz
Youmlntemde hem fiziksel hem matematiksel temeli vardır
Sonlu elemanlar youmlntemi iccedilin ccedilok farklı programlar bulunmaktadır (Ansys Marc
Nastran ) (Moavani 2015)
312 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Negatif Youmlnleri
Elde edilen sonuccedilların doğruluğu hangi sonlu youmlnteminin kullanıldığına bağlıdır
Ccedilıkacak durum oumlnceden tespit edilmeli ve ona goumlre bir ccediloumlzuumlm youmlntemi
kullanılmalıdır Bu yuumlzden oumlnceden iyi tesipt edilemezse doğru değer bulunamaz
ve doğru ccediloumlzuumlm iccedilin zaman kaybı olabilir
Doğru ccediloumlzuumlm iccedilin elemanın ayrıştırılması (mesh) atanması gerekir
Bu meshin iyi atılması gerekir yoksa ccediloumlzuumlmuumln yakınsamaları değişebilir
(Moavani 2015)
26
32 ANSYS PROGRAMI
ANSYS genel amaccedillı kullanılan sonlu elemanlar programıdır Ansys yazılımı
mukavemet titreşim akışkanlar mekaniği ısı transferi ve elektromanyetik alanlarının
birbiri ile olan interaksiyonunu simule eden yazılımdır
Boumlylelikle ANSYS uumlruumlnlerin prototipleri uumlretilmeden sanal ortamda test edilmelerine
olanak sağlar Ayrıca sanal ortamdaki 3 boyutlu simulasyonlar neticesinde yapıların
zayıf noktalarının tespiti ve iyileştirilmesi ile oumlmuumlr hesaplarının gerccedilekleştirilmesi ve
muhtemel problemlerin oumlngoumlruumllmesi muumlmkuumln olmaktadır
ANSYS yazılımı sadece ihtiyaccedil duyulan oumlzelliklerin alınmasına fırsat vererek ilave
edilebilen CAD ve FEA bağlantı modulleri ile masa uumlstuumlnde kullanılan diğer
muumlhendislik yazılımları ile entegre bir şekilde ccedilalışabilmektedir
ANSYS yazılımı hem dışarıdan CAD datalarını alabilmekte hem de iccedilindeki
preprocessing imkacircnları ile geometri oluşturulmasına izin vermektedir Yine aynı
preprocessr iccedilinde hesaplama iccedilin gerekli olan sonlu elemanlar modeli yani mesh de
oluşturulmaktadır Yuumlklerin tanımlanmasından sonra ve gerccedilekleştirilen analiz
neticesinde sonuccedillar sayısal ve grafiksel olarak elde edilebilir
ANSYS yazılımı ile oumlzellikle contact algoritmalarının ccedileşitliliği zamana bağımlı
yuumlkleme oumlzellikleri ve nonlinear malzeme modelleri sayesinde yuumlksek muumlhendislik
seviyedeki analizleri hızlı guumlvenilir ve pratik bir şekilde gerccedilekleştirilebilmektedir
ANSYS Workbench parametrik CAD sistemlerini eşsiz bir otomasyon ve performans
ile simulasyon teknolojilerini entegre eden bir platformdur ANSYS Workbenchrsquoin
guumlcuuml yılların bilgi birikimi ile arkasında duran ANSYS ccediloumlzuumlcuuml algoritmalarından gelir
Ayrıca ANSYS Workbenchrsquoin amacı sanal ortamda uumlruumlnuumln verifikasyonunu ve
iyileştirmesini sağlamaktır
Oumlzellikle PC ile uyumluluğun uumlst seviyede olabilmesi iccedilin yazılmış olan ANSYS
Workbench sadece bir arayuumlzden ileri bir ccedilalışma ortamındır ve ANSYS Workbench
ile herhangi bir ANSYS lisansına sahip herkes ccedilalışabilir Aynı alışılagelmiş ANSYS
arabiriminde olduğu gibi ANSYS Workbenchrsquode de kapasiteler sahip olunan lisansın
doğrultusunda sınırlıdır (URL9)
27
ANSYS programının bu oumlzelliklerinden dolayı programı kullanmaya karar verdik
Ansys programının oumlncellikle akışkan mekaniği ve dinamiğinde kullanılan iki ayrı
boumlluumlmuuml bulunmaktadır Bu boumlluumlmler Fluent ve CFX boumlluumlmleridir Bizim
kullandığımız boumlluumlm ise ANSYS CFX boumlluumlmuumlduumlr
33 MEVCUT FAN UumlZERİNDE YAPILAN ANALİZLER
ANSY projesinde oumlncelikle CFX kısmını kullanıldı Ccediluumlnkuuml ANSYS programında
CFX ve Fluent programı hesaplamalı akışkanlar dinamiği iccedilin kullanılmaktadır Ancak
ANSYS CFX turbo makinalar iccedilin kullanıldığından oumlnceden de goumlsterildiği gibi bir
nod alırken huumlcrelerin orta noktalarından nod hesabı yaptığı iccedilin verdiği değerler fan
analizi iccedilin daha iyi bir yakınsama goumlsterir Bu sebeple ANSYS CFX kısmı kullanıldı
İlk olarak mevcut fan uumlzerinde ccedileşitli incelemeler yapıldı
Mevcut fan uumlzerinde 10 kanat var iken suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilok fazla olduğu saptandı
Bunun uumlzerine motorun akışını kolaylaştırma yoluna gidildi
Havayı oluklara daha iyi aktarabilecek kısım fanın kanat boyu olduğu iccedilin fanın
kanatlarının uzunluğunda değişiklik yapılmasına karar verildi
Fandan ccedilekilen debi miktarı ve tork değerlerini tam alabilmek ve mevcut fanın
verimini oumllccedilebilmek iccedilin oumlncelikle esas oumllccediluumllerine goumlre ccedilizilen fan ANSYS
programına aktarıldı File gt Import gt Design Moduler şeklinde SolidWorksrsquo ten
ANSYS programına aktarıldı
Şekil 19 SolidWorksrsquo ten İmport Etmek
28
Fanın ccedilevresinde akış hacmi oluşturmak iccedilin katı modelin ccedilevresindeki hava
modellenir
331 Geometri
Oluşturulan akış hacminde havanın giriş ve ccedilıkış kısımları İnlet-Outlet şeklinde
belirtilir
Analys tools komutlarından xy duumlzleminde halka oluşturulur
Burada modeling kısmı 3 boyutlu işlem yapacağı zaman seccedililen kısımdır
Aşağıdaki şekilde de goumlruumlleceği uumlzere
Şekil 20 Akış Alanı Belirleme
Burada exturude komutuyla birlikte oluşturulacak akış hacminin kaccedil mm
uzatılacağı belirtilir Hepsini bir buumltuumln haline getirmemek iccedilin lsquovar olanla
birleştirilsin mirsquo sorusuna hayır denilir
Daha sonra ccedilevresine yayılan boşluk iccedilin Outlet tanımlaması yapılır
Bu işlemleri gerccedilekleştirdikten sonra kesit gerekir İlk oumlnce plane (duumlzlem)
belirlenir Bunun iccedilin hangi duumlzlemi seccedililecek ise (oumlrneğin xy) onu seccedilip plane
tıklanır Plane boumllgesinden ne kadar uzakta olacağı belirlenir Biz de değer 34 mmrsquo
dir Ccediluumlnkuuml kanatların boyu 31 mm olduğundan mesh atamada sorun ccedilıkmaması
29
iccedilin 34 mm uzaklıkta bir plane atanır Bu Planersquoi slice komutuyla keserek 3 farklı
boumllge oluşturulmuş olur
Akışkan hacmini oluşturmak iccedilin dolu olan kısımlar belirlenip ona goumlre hareket
edilir Bunun iccedilinde milin iccedilini dolu kabul edilir
Akışkan hacmi iccedilin yapılan bir diğer işlem ise oluşturulan hacimden fanın hacmini
booelangt substrack komutları ile akışkan hacminin bulunmasıdır
Mevcut fanın uumlzerine sağ tıklanarak ve suppress body komutu seccedililir Boumlylelikle
fanı gizleyerek sadece akışkan hacmi goumlruumlluumlr
Daha sonra oluşan parccedilaların arasında boşluk olmaması iccedilin ve bağlantı sağlamak
iccedilin part kısımlarını seccedililerek sağ tıklanır from new part seccedililir
Şekil 21 Slice Komutu ile Boumllgelere Ayırma
30
Şekil 22 Parccedilalar Arası Bağlantının Sağlandığı FromNew Part Boumlluumlmuuml
Mesh kısmını suumlruumlkleyip project schematic boumlluumlme bırakılır Bu boumlluumlmde geometri
onaylanır ve en altta bulunan meshrsquoe tıklanır
332 Sayısal Ağ Oluşturma (Mesh)
Şekil 23 Mesh oluşturma
31
Şekil 24 Mesh Geometrisi
Sonlu sayıda hacimle ccedilalışıldığından sonlu sayıda hacime boumllmek gerekir Sonlu
sayıda hacime boumlluumlnen kısımlar farklı farklı olabilir
Bu huumlcreler kapsadığı alanın oumlzelliklerini yansıtır Bunların ccedilevresindeki nodlar
bunların ortalaması ile belli bir oumlzelliğe sahip olmuş olur
Bu huumlcrelerin arttırılması yani ayrıştırmaların ccediloğaltılması ne kadar fazla olursa o
kadar yakınsama olur ve ccediloumlzuumlm iyileşir
Ancak sayısal ağ ccedilok fazla attırıldığında ccediloumlzuumlm suumlresi ccedilok fazla artacağından
ekonomik değildir
Bu sebepten dolayı mesh ( ayrıştırma) atarken akışkanın en fazla değişim
goumlstereceği kısımlarda daha fazla sayısal ağ oluşturulur Boumlylelikle daha iyi bir
yakınsama elde edilir Akışkanın değişim goumlstereceği yerler genellikle yuumlzeylerle
temas edilen kısımlardır Mevcut fanın analizin de orta kısımlarda pek fazla
değişiklik olmaz Bu nedenle sınırlara yakın kısımlara daha fazla ağ oluşturulur
Detail of Mesh kısmından hangi kısımlarda ne kadar buumlyuumlkluumlkte mesh
atılabileceğine bakılır
32
Detail of Mesh kısmından Phsics preference kısmı seccedililerek CFDrsquoi seccedililir Solver
Preference kısmından ise CFXrsquoi seccedilip devam edilir
Analiz yaparken belirlenmesi gereken kısımlar vardır Bunun iccedilin diğer kısımlar
seccedililerek hide body seccedililerek kapatılır ve select all body seccedililerek kanatlara isim
verilir
Şekil 25 Mesh İsimlendirme
Akışkanın girişine inlet ccedilıkışına outlet denilir
Mesh atımında minimum yakalayacağı huumlcreler ile maksimum yakalayacağı
huumlcrelerin milimetre hesabı oumlnemlidir Bu yuumlzden kanadın kalınlığı 25 mm olduğu
iccedilin 2 mmrsquo den az olan huumlcre belirlenir Maksimum 15 mmrsquo den buumlyuumlk huumlcreler
olması duumlşuumlnuumllerek analizin yakınsaması sağlandı
Meshrsquoi tıklayıp oradan insert size kısmın da bulunan isimlerde kanatlar seccedililir
Kanatlara maksimum 3 mm buumlyuumlkluumlk seccedililir Devamında ise kanatları hide face
komutuyla gizlenir ve geriye kalan kısımlar iccedilin sizing iccedilin yine 3 mm verilir
Daha sonra kanat ve ccedilevresine ccedilizilen akış hacmi seccedililerek tekrar size kısmından
buumltuumlnuumlne 8 mm verilir Bu kısım iccedilin mesh atanır Yuumlzeyler seccedililerek Preview
Surface Mesh on Selected Bodies denilir ve mesh işlemi tamamlanmış olur
33
Şekil 26 Meshrsquo in Goumlsterimi
Ancak mesh işleminde silindirik yuumlzeylerde sweep komutuyla daha kolay mesh
atılabileceği iccedilin istenen yuumlzey iccedilin sağ tıklayıp İnsertgt Method gtSweep Number
Divs komutlarından kaccedil sıra mesh atılacağı belirlenir 20 sıra vererek mesh atıldı
Suumlpuumlrme işlemi ile mesh atarken hangi yuumlzeyi kaynak olarak alınacağı da
boumlylelikle belirlenmiş olur
Mesh sayfasını kapatıp daha sonrasında workbench kısmında meshin uumlzerine cfx
kısmını bırakılır
Mesh setupgt solutiongt results dan sonuccedillar elde edilir
Daha sonra geometry design da motorun kapağına uygun bir sınır belirlenerek
analiz yapılır
Geometriyi duumlzenlenerek CFXrsquo e aktarılır
Daha oumlncesinde de bahsedildiği uumlzere ANSYS de CFX kullanıldı CFX
kullanılmasının bir diğer sebebi de CFXrsquo in fan konusunda ANSYSlsquo in mesh
kısmından daha bağımsız ve daha hassas olmasıdır
Yapılan isimlendirmeler tekrar kontrol edilir Her farklı işlev iccedilin farklı
isimlendirme yapmak ccedilok oumlnemlidir boumlylece havanın nereden girip ne şekilde
ccedilıkacağını isimlendirmelerden goumlruumllebilir Ve bu isimlendirmeler iccedilin ayrı ayrı kod
yazılır
34
333 Sınır Şartları
Şekil 27 Sınır Şartlarının Belirlenmiş Hali
ANSYS setup kısmında Insert gt Solver gt Output Control komutları seccedililerek code
yazılır MassFlow ()inlet gt Torque_z()kanatlar olarak giriş kısmının kuumltlesel
debisi iccedilin komut yazılır
Ayrıca Insert gt Material kısmından sıcaklığı 25reg basıncı 1 atm entalpi değerini 0
olarak şartları belirlenir
Malzemenin kapak kısmı ccedilelik olarak belirlenir
Solver Control kısmından high resuluiton seccedililerek ccediloumlzuumlmuumln kalitesi arttırılır
Solver Control kısmından Residual Target artık tipini RMS olarak ve onun
yakınsama sınırı 10-5 belirlenir Rms elemanların karelerinin koumlkuumlnuuml alarak
ortalamasını alan youmlntemdir
Yine Solver Control kısmından minimum iterasyonu 1 maksimum İterasyonu ise
500 verilir
İnlet kısmı belirlenirken Boundary Type ( sınır şartları) opening olarak seccedililir
Opening verilmesindeki amaccedil akışkanların iccedileriden girip dışarıya ccedilıkışlarının
sağlanmasıdır Aksi halde ccediloumlzuumlmuumln yakınsamasın da sorunlar oluşabilir Opening
şartında ayrıca akışkan daha ccedilabuk toparlanır ve analiz daha kolaylaşır
Flow Direction komutunda normal sınır şartları belirlenir
Suumlreklilik şartı olarak da Fluid Mass Fluxrsquou seccedililir Bunun yanında sınır kontuumlruuml
iccedilin bağıl basınccedil ayarlarını seccedililir Aynı şekilde outlet iccedilin de aynı ayarlar yapılır
35
Domaine basılıp kapak kısımları ve motor kısımları seccedililir Bu dış kısımları duvar
olarak belirlenir ve duvar hareket edemeyeceğinden No Slip Wall seccedileneği olarak
belirtilir Duvarları suumlrtuumlnmesiz olduğu varsayılıyor
Fan ve kanatlar kısmında Boundry Type olarak Wall olarak belirleyip Frame type
gt rotating (doumlnuumlyor) belirtilir
Ccediloumlzuumlm metodu olarak RNG k-euro modeli kullanılır
Şekil 28 Setup Koşulların Belirlenmesi
334 Ccediloumlzuumlm - Sonuccedillar
Setup kısmını kapatılarak solution ekranı ccedilift tıklanarak ccedilıkan ekran da RUN seccedililerek
ccediloumlzme işlemi başlatılmış olur
Ccediloumlzme işlemi bittiğinde results kısmından sonuccedillar goumlruumlntuumllenebilir
36
Şekil 29 Akışın Youmlnelişi
Şekil 30 Debi Sonucu
37
34 YENİ FAN TASARIMI
341 Fan Tasarımı İccedilin Kabuller
Havanın sıkıştırılamaz olduğunu kabul edildi Havanın sıkıştırılmaz olduğu
varsayılarak yoğunluğu değişmez ve 12 kgm3 olarak kabul edilir
Ccediloumlzuumlmde suumlrtuumlnmeler ve ısı kayıpları ihmal edilir Ccediluumlnkuuml bu değerlerin
hesaplanması ccedilok uzun suumlreceği iccedilin ccediloumlzuumlm youmlntemi iccedilin ekonomik olmaz
Gerccedilekle arasında ccedilok buumlyuumlk bir fark olmayacağı varsayılmıştır
Verimi arttırmak iccedilin orijinal fanın analizinden elde edilen tork değeri duumlşuumlk
tutulmaya ccedilalışılmıştır
Motorun tek bir youmlne doumlneceği duumlşuumlnuumllmuumlştuumlr
342 Fan Tasarım Parametreleri
Bir fan tasarımında belli başlı kriterleri ele alabilmek iccedilin mevcut fan uumlzerinden
değerler bulundu
Tablo 7 Mevcut Fanın Oumlzellikleri
Devir Sayısı ( ddk) r hub (mm) rtip (mm)
1498 25 77
Radyal hız hesaplandığında w= 15687 radsn bulunmuştur r hub diye isimlendirilen
kısım fanın giriş accedilısı iccedilin gerekli olan kanadın başlangıcı ile milin merkezi arasındaki
uzaklıktır r tip ise fan kanadının bitiş noktası ile mil merkezi arasındaki uzaklığın
yarıccedilap cinsinden ifadesi olmaktadır
38
Fan kanat tasarımında oumlnemli olan w (accedilısal hız)hızının kanatlara ne kadar dik
gelebildiğidir Bu kanat hacmine ne kadar iyi bir şekilde gelirse akışkan o denli iyi
akabilir ve kanat profili oluşur
U_hub= w (radsn) x r hub
U_tip = w x r tip
Beta = arctan(vu)
A_inlet= (r tip 1000)sup2π ndash r hub 1000)sup2π
Verim= (Q x P) (TxW)
V (akışın mutlak hızı)= Debi Alan
Tablo 8 Sonuccedil olarak elde edilen değerler
r_h (mm) 25 r_t (mm) 77 r_h (mm) 50 r_t (mm) 80
U_h (ms) 3927 U_t (ms) 1209516 U_h (ms) 7854 U_t (ms) 125664
A_in (m^2) 0016663 A_out (m^2)0012252
V_in (ms) 2350516 V_out 3196702
beta_h 5909726 beta_t 7900249 beta_h 678529 beta_t 7572755
giriş ccedilıkış
Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları
Bu değerlere goumlre BladeGende yeni bir kanat profili oluşturulur
r tip
r hub
Şekil 31 Fan Kanatlarının Accedilısı
39
Şekil 32 BladeGen Kanat Profili
Oluşturduğumuz bu geometriye daha oumlnceki boumlluumlmde bahsedilen fana yapılan adımlar
uygulandı (Yeni oluşturulan fanın geometrik deseni ektedir)
40
3421 Geometri
Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi
3422 Sayısal Ağ Oluşturma
Şekil 34 Yeni Fan Tasarımının Sayısal Ağ Oluşturulması
41
3423 Ccediloumlzuumlm
Şekil 35 Tasarımı Yapılan Fanın Verimi
Accumulated Time Step sayısı iterasyonu goumlstermektedir Daha fazla yakınsama iccedilin
daha fazla koşturulabilir
42
Şekil 36 Tasarımı Yapılan Fanın Torku
43
3423 Sonuccedillar
Şekil 37 Akışın Youmlnelişi
Bu kısımda verimi arttırabilmek iccedilin tork azaltılmaya ccedilalışıldı Boumlylece kanatlara
harcanan toplam guumlccedil azaltılarak iyileştirmeler yapıldı
44
Kanadın iş yapan kısmını arttırarak orijinal fanda kanadın suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilapı
154 mm iken yeni fan da 160 mmrsquoye ccedilıkarıldı
Kanatlar daha eğimli ama daha eksenel bir forma getirildi
Bu motorda toplam guumlccedil iccedilin 60 watt olduğunda yaklaşık 6 wattrsquo lık guumlccedil fan iccedilin
harcanıyordu Fanın verimliliği ccedilok oumlnemli olduğu iccedilin debiyi sabit tutulmaya
torku da duumlşuumlruumllmeye ccedilalışıldı
Tablo 9 ANSYSrsquo de Elde Edilen Deneyler
tork(Nm) w(radsn) m(kgs)
Orijinal Fan 00393645 15687 0048168
Yeni Fan 00043869 15687 0032261
Goumlruumllduumlğuuml gibi tork buumlyuumlk oranda duumlşmuumlş ancak onunla birlikte debi de biraz
duumlşmuumlştuumlr
343 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanması
Motorun arka ve oumln kısımlarına sırt sırta fan bağlayarak havanın akışını hızlandırma
ve soğutmayı arttırma işlemi amaccedillandı Gerccedilek boyutlarda uygulamadan oumlnce fanı
motor şeklini verilen kısım da tek başına analiz yapıldı Verimli bir sonuccedil alabilmek
iccedilin ikili fan deneyi yapıldı
3431 Geometri
Şekil 38 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Geometrisi
45
3432 Sayısal Ağ Oluşturma
Şekil 39 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Sayısal Ağ
Oluşturulması
Yapılan analiz de goumlzlemlenen sonuccedillar şunlardır
Bir motorun etrafında sınırlayıcı bir alan olmadığı iccedilin sınır şartları olarak setup
kısmında yine havayı 1 atm basınccedil olarak alınır Eğer sınırlayıcı bir alan olsaydı
oluklardan hava akışı doğrudan motorun arka kısmına gelecekti Ccedilıkış noktasına ise
kapak yerleştirildi giriş noktasında atmosfer ccedilıkışı ise kapak olarak sınırlandı
3433 Kod Ccediloumlzuumlmuuml
Debi ndash 000064 mᵌ sn olarak ccedilıktı Motorun hava ccedilıkış kısmına fan bağlamanın verimli
olmadığı sonucuna varıldı Oumlnceden oluşturulan oluklardaki 1cmrsquolik aralıklarla
havanın geniş bir alana gitmesi ccedilok zordur Ve bu akışı goumlnderebilmek iccedilin fazladan
basınccedil uygulanması gerekir Bu sebepler debinin duumlşmesine sebep olmuştur
46
Şekil 40 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Ccediloumlzuumlmuuml
47
BOumlLUumlM 4 SONUCcedilLAR
Verim= (Alınan Guumlccedil Verilen Guumlccedil)= (∆P x Q) (T x ὠ)
A_inlet = (r_tip)2 1000 - (r_hub)21000
A_outlet =( U_h1000)2 - (U-t1000)2
U= ὠ x r
Fan hesaplarıdan debi değeri ve tork değeri duumlşmuumlştuumlr Aşağıda yeni fanımızın verimi
yukarıdaki formuumlllere goumlre excelde hesaplanmıştır
tork(Nm) w(radsn) ṁ(kgm^3) verim deltap (Pa)
Orijinal Fan 00393645 15687 00391 60152783 95
Yeni Fan 00043869 15687 0039167 54068744
Tabloda da goumlruumllduumlğuuml uumlzere eski fanın oumlzelliklerine bakılarak hız uumlccedilgeni youmlntemiyle
oluşturulan yeni fan 540 verimli ccedilıkmıştır
Motorun oumln kısmın koyduğumuz fanda ise dar oluklardan buumlyuumlk bir hacime giriş
yaptığı iccedilin tek youmlnluuml analizde kuumltlesel debi negatif değerde ccedilıkmıştır
(Kuumltlesel debi) ṁ=ƍ( oumlzkuumltle) x A(alan) x V( akışkan hızı)=kgsn ndash Formuluumlnden
dolayı verimin hesaplanmasına gerek yoktur
48
BOumlLUumlM 5 EKLER
EK1- MEVCUT FAN
EK2- YENİ FAN
49
KAYNAKCcedilA
Baykal R 2011 Asenkron Motorlar Uumlzerine Enerjiİ Verimliliği Uygulanması
Yayın Tarihi 15032011
Ccedilalışkan M 2014 Eksenel Akışlı Fan Tasarımı Yuumlksek Lisans İstanbul Teknik
Uumlniversitesi TUumlRKİYE
Moavani S 2015 Sonlu Elemanlar Analizi Teorisi ve Ansys ile Uygulamalar
İstanbul
Onaygil S 2006 Enerji Verimliliği Kanunun Tanıtımı Yuumlksek Lisans
URL1 lthttpdeneysancomContentimagesdocumentshavalandirma-
4_39143832pdfgt Erişim Tarihi 12032016
URL2 lt httpwwweiegovtrgt Erişim Tarihi 20042016
URL3 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi
12052016
URL4 ltwwwtuumlikgovtrgt Erişim Tarihi 14052016
URL5 ltwwwemoorgtrekler364734147179187_ekpdfgt Erişim Tarihi 16052016
URL6 ltwwwinverter-plcnetmotoryıldız_uumlccedilgen_bağlantıhtmlgt Erişim Tarihi
18052016
URL7 ltwwweiegovtreie-webturkceenMotor_Verimliligi_Brosurupdfgt Erişim
Tarihi 20052016
URL8 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi
07062016
URL9 ltwwwfigescomtransysansys-nedirphpgt Erişim Tarihi 09062016
50
OumlZGECcedilMİŞLER
Elif CcedilİCcedilEK
Eyluumll 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Duumlzce Anadolu İmamhatip Lisesinde
tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi İlahiyat Fakuumlltesirsquoni kazandı 2012 yılında
Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine
başladı Halen eğitimine devam etmektedir
İletişim
apsuvaelifhotmailcom
Nesrin ALTUNBOĞA
Ağustos 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Haydarpaşa Teknik Okulları Raylı
Sistemler Teknolojileri Boumlluumlmuumlnuuml tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi
Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Boumlluumlmuumlnuuml kazandı Halen eğitimine
devam etmektedir
İletişim
naltunbogagmailcom
Rumeysa ALGUumlL
Ekim 1992rsquo de Konyarsquoda doğdu Lise oumlğrenimini Lafarge Aslan Ccedilimento Anadolu
Teknik Lisesirsquonde 2010 yılında tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi Teknoloji
Fakuumlltesi Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliğini kazandı 2013 yılında Teknoloji
Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine başladı Halen eğitimine devam
etmektedir
İletişim
rumeysaalgulgmailcom
51
52
23
2623 Radyal (Santrifuumlj) Fanlar
Havanın fan ccedilarkını emmesine goumlre 90deg accedilı yaparak kanatlara teğet olarak terk ettiği
fanlardır
Radyal fanların avantajları aşağıdaki gibidir
Geniş bir uygulama aralığına sahiptir
Yuumlksek sıcaklık ve aşındırıcı ortam uygulamalarında kulanılır
Değişken akış direncine sahip yerlerde daha verimli ve daha sessiz ccedilalışma
olanakları vardır
Yapısal kararlılıkları yuumlksektir (URL6)
Radyal Duumlz Kanatlı Fanlar
Genellikle kendi kendini temizleme malzeme taşıma ve parccedilacık ve yağ yuumlkluuml havanın
uygun halde taşınması gibi durumlarda kullanılırlar ve bunun iccedilin duumlz kanatları vardır
Ccedilarkları basit bir yapıya sahiptir ve nispeten dar kanatları vardır
Elektrik motorlarında genellikle ccedilift youmlnluuml ccedilalışmaya uygun olması iccedilin radyal duumlz
kanat tipli bu fanlar seccedililiyor
Şekil 17 Radyal Duumlz Kanatlı Fanlara Oumlrnekler
24
BOumlLUumlM 3 BULGULAR VE TARTIŞMA
31 SONLU ELEMANLAR YOumlNTEMİ
Sonlu elemanlar youmlntemi muumlhendislik problemlerine kabul edilebilir yaklaşımlarla
ccediloumlzuumlm arayan sayısal youmlntemdir (Moavani 2015) Sonlu elemanlar youmlntemi diğer bir
ifade şekliyle fiziksel şeklin matematiksel ifadesidir Bu kurduğumuz siste sınırlara
ayırılabilen ve malzeme şartlarına uygun olan bir sistem olmalıdır
Sonlu eleman youmlntemindeki basamaklar
Yaklaşık Ccediloumlzuumlm Youmlntemi
Geometrik Şekil
Nod
Eleman
Mesh
Ayrıklaştırma
Şekil 18 Sonlu Eleman Modeli
Eleman
Nod
(Duumlğuumlm
noktaları)
25
Sonlu elemanlar youmlntemi matematik ve fizik biliminin buumltuumln alanlarında kullanılır
Gerilme Analizi
Akışkanlar Mekaniği
Isı İletimi
Dalga Yayılımı
Darbe Analizi
Aerodinamik vb alanlardır
Sonlu elemanlar youmlntemini kullanırken oumlncelikle şu soruların cevaplarını bulmalıyız
Dizayn amacımız nedir
Bu sistemi modellemek iccedilin gerekli olan bilgiler nelerdir
Bu dizayn iccedilin hangi kriterler gerekir
311 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Pozitif Youmlnleri
Geometrisi karışık cisimlerin incelenmesini kolaylaştırır Geometri basit kısımlara
ayrılıp burada ayrı veya daha hassas işlemler yapılabilir
Parccedilanın geometrisini değiştirmeye gerek kalmaz
Youmlntemde hem fiziksel hem matematiksel temeli vardır
Sonlu elemanlar youmlntemi iccedilin ccedilok farklı programlar bulunmaktadır (Ansys Marc
Nastran ) (Moavani 2015)
312 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Negatif Youmlnleri
Elde edilen sonuccedilların doğruluğu hangi sonlu youmlnteminin kullanıldığına bağlıdır
Ccedilıkacak durum oumlnceden tespit edilmeli ve ona goumlre bir ccediloumlzuumlm youmlntemi
kullanılmalıdır Bu yuumlzden oumlnceden iyi tesipt edilemezse doğru değer bulunamaz
ve doğru ccediloumlzuumlm iccedilin zaman kaybı olabilir
Doğru ccediloumlzuumlm iccedilin elemanın ayrıştırılması (mesh) atanması gerekir
Bu meshin iyi atılması gerekir yoksa ccediloumlzuumlmuumln yakınsamaları değişebilir
(Moavani 2015)
26
32 ANSYS PROGRAMI
ANSYS genel amaccedillı kullanılan sonlu elemanlar programıdır Ansys yazılımı
mukavemet titreşim akışkanlar mekaniği ısı transferi ve elektromanyetik alanlarının
birbiri ile olan interaksiyonunu simule eden yazılımdır
Boumlylelikle ANSYS uumlruumlnlerin prototipleri uumlretilmeden sanal ortamda test edilmelerine
olanak sağlar Ayrıca sanal ortamdaki 3 boyutlu simulasyonlar neticesinde yapıların
zayıf noktalarının tespiti ve iyileştirilmesi ile oumlmuumlr hesaplarının gerccedilekleştirilmesi ve
muhtemel problemlerin oumlngoumlruumllmesi muumlmkuumln olmaktadır
ANSYS yazılımı sadece ihtiyaccedil duyulan oumlzelliklerin alınmasına fırsat vererek ilave
edilebilen CAD ve FEA bağlantı modulleri ile masa uumlstuumlnde kullanılan diğer
muumlhendislik yazılımları ile entegre bir şekilde ccedilalışabilmektedir
ANSYS yazılımı hem dışarıdan CAD datalarını alabilmekte hem de iccedilindeki
preprocessing imkacircnları ile geometri oluşturulmasına izin vermektedir Yine aynı
preprocessr iccedilinde hesaplama iccedilin gerekli olan sonlu elemanlar modeli yani mesh de
oluşturulmaktadır Yuumlklerin tanımlanmasından sonra ve gerccedilekleştirilen analiz
neticesinde sonuccedillar sayısal ve grafiksel olarak elde edilebilir
ANSYS yazılımı ile oumlzellikle contact algoritmalarının ccedileşitliliği zamana bağımlı
yuumlkleme oumlzellikleri ve nonlinear malzeme modelleri sayesinde yuumlksek muumlhendislik
seviyedeki analizleri hızlı guumlvenilir ve pratik bir şekilde gerccedilekleştirilebilmektedir
ANSYS Workbench parametrik CAD sistemlerini eşsiz bir otomasyon ve performans
ile simulasyon teknolojilerini entegre eden bir platformdur ANSYS Workbenchrsquoin
guumlcuuml yılların bilgi birikimi ile arkasında duran ANSYS ccediloumlzuumlcuuml algoritmalarından gelir
Ayrıca ANSYS Workbenchrsquoin amacı sanal ortamda uumlruumlnuumln verifikasyonunu ve
iyileştirmesini sağlamaktır
Oumlzellikle PC ile uyumluluğun uumlst seviyede olabilmesi iccedilin yazılmış olan ANSYS
Workbench sadece bir arayuumlzden ileri bir ccedilalışma ortamındır ve ANSYS Workbench
ile herhangi bir ANSYS lisansına sahip herkes ccedilalışabilir Aynı alışılagelmiş ANSYS
arabiriminde olduğu gibi ANSYS Workbenchrsquode de kapasiteler sahip olunan lisansın
doğrultusunda sınırlıdır (URL9)
27
ANSYS programının bu oumlzelliklerinden dolayı programı kullanmaya karar verdik
Ansys programının oumlncellikle akışkan mekaniği ve dinamiğinde kullanılan iki ayrı
boumlluumlmuuml bulunmaktadır Bu boumlluumlmler Fluent ve CFX boumlluumlmleridir Bizim
kullandığımız boumlluumlm ise ANSYS CFX boumlluumlmuumlduumlr
33 MEVCUT FAN UumlZERİNDE YAPILAN ANALİZLER
ANSY projesinde oumlncelikle CFX kısmını kullanıldı Ccediluumlnkuuml ANSYS programında
CFX ve Fluent programı hesaplamalı akışkanlar dinamiği iccedilin kullanılmaktadır Ancak
ANSYS CFX turbo makinalar iccedilin kullanıldığından oumlnceden de goumlsterildiği gibi bir
nod alırken huumlcrelerin orta noktalarından nod hesabı yaptığı iccedilin verdiği değerler fan
analizi iccedilin daha iyi bir yakınsama goumlsterir Bu sebeple ANSYS CFX kısmı kullanıldı
İlk olarak mevcut fan uumlzerinde ccedileşitli incelemeler yapıldı
Mevcut fan uumlzerinde 10 kanat var iken suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilok fazla olduğu saptandı
Bunun uumlzerine motorun akışını kolaylaştırma yoluna gidildi
Havayı oluklara daha iyi aktarabilecek kısım fanın kanat boyu olduğu iccedilin fanın
kanatlarının uzunluğunda değişiklik yapılmasına karar verildi
Fandan ccedilekilen debi miktarı ve tork değerlerini tam alabilmek ve mevcut fanın
verimini oumllccedilebilmek iccedilin oumlncelikle esas oumllccediluumllerine goumlre ccedilizilen fan ANSYS
programına aktarıldı File gt Import gt Design Moduler şeklinde SolidWorksrsquo ten
ANSYS programına aktarıldı
Şekil 19 SolidWorksrsquo ten İmport Etmek
28
Fanın ccedilevresinde akış hacmi oluşturmak iccedilin katı modelin ccedilevresindeki hava
modellenir
331 Geometri
Oluşturulan akış hacminde havanın giriş ve ccedilıkış kısımları İnlet-Outlet şeklinde
belirtilir
Analys tools komutlarından xy duumlzleminde halka oluşturulur
Burada modeling kısmı 3 boyutlu işlem yapacağı zaman seccedililen kısımdır
Aşağıdaki şekilde de goumlruumlleceği uumlzere
Şekil 20 Akış Alanı Belirleme
Burada exturude komutuyla birlikte oluşturulacak akış hacminin kaccedil mm
uzatılacağı belirtilir Hepsini bir buumltuumln haline getirmemek iccedilin lsquovar olanla
birleştirilsin mirsquo sorusuna hayır denilir
Daha sonra ccedilevresine yayılan boşluk iccedilin Outlet tanımlaması yapılır
Bu işlemleri gerccedilekleştirdikten sonra kesit gerekir İlk oumlnce plane (duumlzlem)
belirlenir Bunun iccedilin hangi duumlzlemi seccedililecek ise (oumlrneğin xy) onu seccedilip plane
tıklanır Plane boumllgesinden ne kadar uzakta olacağı belirlenir Biz de değer 34 mmrsquo
dir Ccediluumlnkuuml kanatların boyu 31 mm olduğundan mesh atamada sorun ccedilıkmaması
29
iccedilin 34 mm uzaklıkta bir plane atanır Bu Planersquoi slice komutuyla keserek 3 farklı
boumllge oluşturulmuş olur
Akışkan hacmini oluşturmak iccedilin dolu olan kısımlar belirlenip ona goumlre hareket
edilir Bunun iccedilinde milin iccedilini dolu kabul edilir
Akışkan hacmi iccedilin yapılan bir diğer işlem ise oluşturulan hacimden fanın hacmini
booelangt substrack komutları ile akışkan hacminin bulunmasıdır
Mevcut fanın uumlzerine sağ tıklanarak ve suppress body komutu seccedililir Boumlylelikle
fanı gizleyerek sadece akışkan hacmi goumlruumlluumlr
Daha sonra oluşan parccedilaların arasında boşluk olmaması iccedilin ve bağlantı sağlamak
iccedilin part kısımlarını seccedililerek sağ tıklanır from new part seccedililir
Şekil 21 Slice Komutu ile Boumllgelere Ayırma
30
Şekil 22 Parccedilalar Arası Bağlantının Sağlandığı FromNew Part Boumlluumlmuuml
Mesh kısmını suumlruumlkleyip project schematic boumlluumlme bırakılır Bu boumlluumlmde geometri
onaylanır ve en altta bulunan meshrsquoe tıklanır
332 Sayısal Ağ Oluşturma (Mesh)
Şekil 23 Mesh oluşturma
31
Şekil 24 Mesh Geometrisi
Sonlu sayıda hacimle ccedilalışıldığından sonlu sayıda hacime boumllmek gerekir Sonlu
sayıda hacime boumlluumlnen kısımlar farklı farklı olabilir
Bu huumlcreler kapsadığı alanın oumlzelliklerini yansıtır Bunların ccedilevresindeki nodlar
bunların ortalaması ile belli bir oumlzelliğe sahip olmuş olur
Bu huumlcrelerin arttırılması yani ayrıştırmaların ccediloğaltılması ne kadar fazla olursa o
kadar yakınsama olur ve ccediloumlzuumlm iyileşir
Ancak sayısal ağ ccedilok fazla attırıldığında ccediloumlzuumlm suumlresi ccedilok fazla artacağından
ekonomik değildir
Bu sebepten dolayı mesh ( ayrıştırma) atarken akışkanın en fazla değişim
goumlstereceği kısımlarda daha fazla sayısal ağ oluşturulur Boumlylelikle daha iyi bir
yakınsama elde edilir Akışkanın değişim goumlstereceği yerler genellikle yuumlzeylerle
temas edilen kısımlardır Mevcut fanın analizin de orta kısımlarda pek fazla
değişiklik olmaz Bu nedenle sınırlara yakın kısımlara daha fazla ağ oluşturulur
Detail of Mesh kısmından hangi kısımlarda ne kadar buumlyuumlkluumlkte mesh
atılabileceğine bakılır
32
Detail of Mesh kısmından Phsics preference kısmı seccedililerek CFDrsquoi seccedililir Solver
Preference kısmından ise CFXrsquoi seccedilip devam edilir
Analiz yaparken belirlenmesi gereken kısımlar vardır Bunun iccedilin diğer kısımlar
seccedililerek hide body seccedililerek kapatılır ve select all body seccedililerek kanatlara isim
verilir
Şekil 25 Mesh İsimlendirme
Akışkanın girişine inlet ccedilıkışına outlet denilir
Mesh atımında minimum yakalayacağı huumlcreler ile maksimum yakalayacağı
huumlcrelerin milimetre hesabı oumlnemlidir Bu yuumlzden kanadın kalınlığı 25 mm olduğu
iccedilin 2 mmrsquo den az olan huumlcre belirlenir Maksimum 15 mmrsquo den buumlyuumlk huumlcreler
olması duumlşuumlnuumllerek analizin yakınsaması sağlandı
Meshrsquoi tıklayıp oradan insert size kısmın da bulunan isimlerde kanatlar seccedililir
Kanatlara maksimum 3 mm buumlyuumlkluumlk seccedililir Devamında ise kanatları hide face
komutuyla gizlenir ve geriye kalan kısımlar iccedilin sizing iccedilin yine 3 mm verilir
Daha sonra kanat ve ccedilevresine ccedilizilen akış hacmi seccedililerek tekrar size kısmından
buumltuumlnuumlne 8 mm verilir Bu kısım iccedilin mesh atanır Yuumlzeyler seccedililerek Preview
Surface Mesh on Selected Bodies denilir ve mesh işlemi tamamlanmış olur
33
Şekil 26 Meshrsquo in Goumlsterimi
Ancak mesh işleminde silindirik yuumlzeylerde sweep komutuyla daha kolay mesh
atılabileceği iccedilin istenen yuumlzey iccedilin sağ tıklayıp İnsertgt Method gtSweep Number
Divs komutlarından kaccedil sıra mesh atılacağı belirlenir 20 sıra vererek mesh atıldı
Suumlpuumlrme işlemi ile mesh atarken hangi yuumlzeyi kaynak olarak alınacağı da
boumlylelikle belirlenmiş olur
Mesh sayfasını kapatıp daha sonrasında workbench kısmında meshin uumlzerine cfx
kısmını bırakılır
Mesh setupgt solutiongt results dan sonuccedillar elde edilir
Daha sonra geometry design da motorun kapağına uygun bir sınır belirlenerek
analiz yapılır
Geometriyi duumlzenlenerek CFXrsquo e aktarılır
Daha oumlncesinde de bahsedildiği uumlzere ANSYS de CFX kullanıldı CFX
kullanılmasının bir diğer sebebi de CFXrsquo in fan konusunda ANSYSlsquo in mesh
kısmından daha bağımsız ve daha hassas olmasıdır
Yapılan isimlendirmeler tekrar kontrol edilir Her farklı işlev iccedilin farklı
isimlendirme yapmak ccedilok oumlnemlidir boumlylece havanın nereden girip ne şekilde
ccedilıkacağını isimlendirmelerden goumlruumllebilir Ve bu isimlendirmeler iccedilin ayrı ayrı kod
yazılır
34
333 Sınır Şartları
Şekil 27 Sınır Şartlarının Belirlenmiş Hali
ANSYS setup kısmında Insert gt Solver gt Output Control komutları seccedililerek code
yazılır MassFlow ()inlet gt Torque_z()kanatlar olarak giriş kısmının kuumltlesel
debisi iccedilin komut yazılır
Ayrıca Insert gt Material kısmından sıcaklığı 25reg basıncı 1 atm entalpi değerini 0
olarak şartları belirlenir
Malzemenin kapak kısmı ccedilelik olarak belirlenir
Solver Control kısmından high resuluiton seccedililerek ccediloumlzuumlmuumln kalitesi arttırılır
Solver Control kısmından Residual Target artık tipini RMS olarak ve onun
yakınsama sınırı 10-5 belirlenir Rms elemanların karelerinin koumlkuumlnuuml alarak
ortalamasını alan youmlntemdir
Yine Solver Control kısmından minimum iterasyonu 1 maksimum İterasyonu ise
500 verilir
İnlet kısmı belirlenirken Boundary Type ( sınır şartları) opening olarak seccedililir
Opening verilmesindeki amaccedil akışkanların iccedileriden girip dışarıya ccedilıkışlarının
sağlanmasıdır Aksi halde ccediloumlzuumlmuumln yakınsamasın da sorunlar oluşabilir Opening
şartında ayrıca akışkan daha ccedilabuk toparlanır ve analiz daha kolaylaşır
Flow Direction komutunda normal sınır şartları belirlenir
Suumlreklilik şartı olarak da Fluid Mass Fluxrsquou seccedililir Bunun yanında sınır kontuumlruuml
iccedilin bağıl basınccedil ayarlarını seccedililir Aynı şekilde outlet iccedilin de aynı ayarlar yapılır
35
Domaine basılıp kapak kısımları ve motor kısımları seccedililir Bu dış kısımları duvar
olarak belirlenir ve duvar hareket edemeyeceğinden No Slip Wall seccedileneği olarak
belirtilir Duvarları suumlrtuumlnmesiz olduğu varsayılıyor
Fan ve kanatlar kısmında Boundry Type olarak Wall olarak belirleyip Frame type
gt rotating (doumlnuumlyor) belirtilir
Ccediloumlzuumlm metodu olarak RNG k-euro modeli kullanılır
Şekil 28 Setup Koşulların Belirlenmesi
334 Ccediloumlzuumlm - Sonuccedillar
Setup kısmını kapatılarak solution ekranı ccedilift tıklanarak ccedilıkan ekran da RUN seccedililerek
ccediloumlzme işlemi başlatılmış olur
Ccediloumlzme işlemi bittiğinde results kısmından sonuccedillar goumlruumlntuumllenebilir
36
Şekil 29 Akışın Youmlnelişi
Şekil 30 Debi Sonucu
37
34 YENİ FAN TASARIMI
341 Fan Tasarımı İccedilin Kabuller
Havanın sıkıştırılamaz olduğunu kabul edildi Havanın sıkıştırılmaz olduğu
varsayılarak yoğunluğu değişmez ve 12 kgm3 olarak kabul edilir
Ccediloumlzuumlmde suumlrtuumlnmeler ve ısı kayıpları ihmal edilir Ccediluumlnkuuml bu değerlerin
hesaplanması ccedilok uzun suumlreceği iccedilin ccediloumlzuumlm youmlntemi iccedilin ekonomik olmaz
Gerccedilekle arasında ccedilok buumlyuumlk bir fark olmayacağı varsayılmıştır
Verimi arttırmak iccedilin orijinal fanın analizinden elde edilen tork değeri duumlşuumlk
tutulmaya ccedilalışılmıştır
Motorun tek bir youmlne doumlneceği duumlşuumlnuumllmuumlştuumlr
342 Fan Tasarım Parametreleri
Bir fan tasarımında belli başlı kriterleri ele alabilmek iccedilin mevcut fan uumlzerinden
değerler bulundu
Tablo 7 Mevcut Fanın Oumlzellikleri
Devir Sayısı ( ddk) r hub (mm) rtip (mm)
1498 25 77
Radyal hız hesaplandığında w= 15687 radsn bulunmuştur r hub diye isimlendirilen
kısım fanın giriş accedilısı iccedilin gerekli olan kanadın başlangıcı ile milin merkezi arasındaki
uzaklıktır r tip ise fan kanadının bitiş noktası ile mil merkezi arasındaki uzaklığın
yarıccedilap cinsinden ifadesi olmaktadır
38
Fan kanat tasarımında oumlnemli olan w (accedilısal hız)hızının kanatlara ne kadar dik
gelebildiğidir Bu kanat hacmine ne kadar iyi bir şekilde gelirse akışkan o denli iyi
akabilir ve kanat profili oluşur
U_hub= w (radsn) x r hub
U_tip = w x r tip
Beta = arctan(vu)
A_inlet= (r tip 1000)sup2π ndash r hub 1000)sup2π
Verim= (Q x P) (TxW)
V (akışın mutlak hızı)= Debi Alan
Tablo 8 Sonuccedil olarak elde edilen değerler
r_h (mm) 25 r_t (mm) 77 r_h (mm) 50 r_t (mm) 80
U_h (ms) 3927 U_t (ms) 1209516 U_h (ms) 7854 U_t (ms) 125664
A_in (m^2) 0016663 A_out (m^2)0012252
V_in (ms) 2350516 V_out 3196702
beta_h 5909726 beta_t 7900249 beta_h 678529 beta_t 7572755
giriş ccedilıkış
Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları
Bu değerlere goumlre BladeGende yeni bir kanat profili oluşturulur
r tip
r hub
Şekil 31 Fan Kanatlarının Accedilısı
39
Şekil 32 BladeGen Kanat Profili
Oluşturduğumuz bu geometriye daha oumlnceki boumlluumlmde bahsedilen fana yapılan adımlar
uygulandı (Yeni oluşturulan fanın geometrik deseni ektedir)
40
3421 Geometri
Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi
3422 Sayısal Ağ Oluşturma
Şekil 34 Yeni Fan Tasarımının Sayısal Ağ Oluşturulması
41
3423 Ccediloumlzuumlm
Şekil 35 Tasarımı Yapılan Fanın Verimi
Accumulated Time Step sayısı iterasyonu goumlstermektedir Daha fazla yakınsama iccedilin
daha fazla koşturulabilir
42
Şekil 36 Tasarımı Yapılan Fanın Torku
43
3423 Sonuccedillar
Şekil 37 Akışın Youmlnelişi
Bu kısımda verimi arttırabilmek iccedilin tork azaltılmaya ccedilalışıldı Boumlylece kanatlara
harcanan toplam guumlccedil azaltılarak iyileştirmeler yapıldı
44
Kanadın iş yapan kısmını arttırarak orijinal fanda kanadın suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilapı
154 mm iken yeni fan da 160 mmrsquoye ccedilıkarıldı
Kanatlar daha eğimli ama daha eksenel bir forma getirildi
Bu motorda toplam guumlccedil iccedilin 60 watt olduğunda yaklaşık 6 wattrsquo lık guumlccedil fan iccedilin
harcanıyordu Fanın verimliliği ccedilok oumlnemli olduğu iccedilin debiyi sabit tutulmaya
torku da duumlşuumlruumllmeye ccedilalışıldı
Tablo 9 ANSYSrsquo de Elde Edilen Deneyler
tork(Nm) w(radsn) m(kgs)
Orijinal Fan 00393645 15687 0048168
Yeni Fan 00043869 15687 0032261
Goumlruumllduumlğuuml gibi tork buumlyuumlk oranda duumlşmuumlş ancak onunla birlikte debi de biraz
duumlşmuumlştuumlr
343 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanması
Motorun arka ve oumln kısımlarına sırt sırta fan bağlayarak havanın akışını hızlandırma
ve soğutmayı arttırma işlemi amaccedillandı Gerccedilek boyutlarda uygulamadan oumlnce fanı
motor şeklini verilen kısım da tek başına analiz yapıldı Verimli bir sonuccedil alabilmek
iccedilin ikili fan deneyi yapıldı
3431 Geometri
Şekil 38 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Geometrisi
45
3432 Sayısal Ağ Oluşturma
Şekil 39 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Sayısal Ağ
Oluşturulması
Yapılan analiz de goumlzlemlenen sonuccedillar şunlardır
Bir motorun etrafında sınırlayıcı bir alan olmadığı iccedilin sınır şartları olarak setup
kısmında yine havayı 1 atm basınccedil olarak alınır Eğer sınırlayıcı bir alan olsaydı
oluklardan hava akışı doğrudan motorun arka kısmına gelecekti Ccedilıkış noktasına ise
kapak yerleştirildi giriş noktasında atmosfer ccedilıkışı ise kapak olarak sınırlandı
3433 Kod Ccediloumlzuumlmuuml
Debi ndash 000064 mᵌ sn olarak ccedilıktı Motorun hava ccedilıkış kısmına fan bağlamanın verimli
olmadığı sonucuna varıldı Oumlnceden oluşturulan oluklardaki 1cmrsquolik aralıklarla
havanın geniş bir alana gitmesi ccedilok zordur Ve bu akışı goumlnderebilmek iccedilin fazladan
basınccedil uygulanması gerekir Bu sebepler debinin duumlşmesine sebep olmuştur
46
Şekil 40 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Ccediloumlzuumlmuuml
47
BOumlLUumlM 4 SONUCcedilLAR
Verim= (Alınan Guumlccedil Verilen Guumlccedil)= (∆P x Q) (T x ὠ)
A_inlet = (r_tip)2 1000 - (r_hub)21000
A_outlet =( U_h1000)2 - (U-t1000)2
U= ὠ x r
Fan hesaplarıdan debi değeri ve tork değeri duumlşmuumlştuumlr Aşağıda yeni fanımızın verimi
yukarıdaki formuumlllere goumlre excelde hesaplanmıştır
tork(Nm) w(radsn) ṁ(kgm^3) verim deltap (Pa)
Orijinal Fan 00393645 15687 00391 60152783 95
Yeni Fan 00043869 15687 0039167 54068744
Tabloda da goumlruumllduumlğuuml uumlzere eski fanın oumlzelliklerine bakılarak hız uumlccedilgeni youmlntemiyle
oluşturulan yeni fan 540 verimli ccedilıkmıştır
Motorun oumln kısmın koyduğumuz fanda ise dar oluklardan buumlyuumlk bir hacime giriş
yaptığı iccedilin tek youmlnluuml analizde kuumltlesel debi negatif değerde ccedilıkmıştır
(Kuumltlesel debi) ṁ=ƍ( oumlzkuumltle) x A(alan) x V( akışkan hızı)=kgsn ndash Formuluumlnden
dolayı verimin hesaplanmasına gerek yoktur
48
BOumlLUumlM 5 EKLER
EK1- MEVCUT FAN
EK2- YENİ FAN
49
KAYNAKCcedilA
Baykal R 2011 Asenkron Motorlar Uumlzerine Enerjiİ Verimliliği Uygulanması
Yayın Tarihi 15032011
Ccedilalışkan M 2014 Eksenel Akışlı Fan Tasarımı Yuumlksek Lisans İstanbul Teknik
Uumlniversitesi TUumlRKİYE
Moavani S 2015 Sonlu Elemanlar Analizi Teorisi ve Ansys ile Uygulamalar
İstanbul
Onaygil S 2006 Enerji Verimliliği Kanunun Tanıtımı Yuumlksek Lisans
URL1 lthttpdeneysancomContentimagesdocumentshavalandirma-
4_39143832pdfgt Erişim Tarihi 12032016
URL2 lt httpwwweiegovtrgt Erişim Tarihi 20042016
URL3 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi
12052016
URL4 ltwwwtuumlikgovtrgt Erişim Tarihi 14052016
URL5 ltwwwemoorgtrekler364734147179187_ekpdfgt Erişim Tarihi 16052016
URL6 ltwwwinverter-plcnetmotoryıldız_uumlccedilgen_bağlantıhtmlgt Erişim Tarihi
18052016
URL7 ltwwweiegovtreie-webturkceenMotor_Verimliligi_Brosurupdfgt Erişim
Tarihi 20052016
URL8 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi
07062016
URL9 ltwwwfigescomtransysansys-nedirphpgt Erişim Tarihi 09062016
50
OumlZGECcedilMİŞLER
Elif CcedilİCcedilEK
Eyluumll 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Duumlzce Anadolu İmamhatip Lisesinde
tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi İlahiyat Fakuumlltesirsquoni kazandı 2012 yılında
Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine
başladı Halen eğitimine devam etmektedir
İletişim
apsuvaelifhotmailcom
Nesrin ALTUNBOĞA
Ağustos 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Haydarpaşa Teknik Okulları Raylı
Sistemler Teknolojileri Boumlluumlmuumlnuuml tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi
Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Boumlluumlmuumlnuuml kazandı Halen eğitimine
devam etmektedir
İletişim
naltunbogagmailcom
Rumeysa ALGUumlL
Ekim 1992rsquo de Konyarsquoda doğdu Lise oumlğrenimini Lafarge Aslan Ccedilimento Anadolu
Teknik Lisesirsquonde 2010 yılında tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi Teknoloji
Fakuumlltesi Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliğini kazandı 2013 yılında Teknoloji
Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine başladı Halen eğitimine devam
etmektedir
İletişim
rumeysaalgulgmailcom
51
52
24
BOumlLUumlM 3 BULGULAR VE TARTIŞMA
31 SONLU ELEMANLAR YOumlNTEMİ
Sonlu elemanlar youmlntemi muumlhendislik problemlerine kabul edilebilir yaklaşımlarla
ccediloumlzuumlm arayan sayısal youmlntemdir (Moavani 2015) Sonlu elemanlar youmlntemi diğer bir
ifade şekliyle fiziksel şeklin matematiksel ifadesidir Bu kurduğumuz siste sınırlara
ayırılabilen ve malzeme şartlarına uygun olan bir sistem olmalıdır
Sonlu eleman youmlntemindeki basamaklar
Yaklaşık Ccediloumlzuumlm Youmlntemi
Geometrik Şekil
Nod
Eleman
Mesh
Ayrıklaştırma
Şekil 18 Sonlu Eleman Modeli
Eleman
Nod
(Duumlğuumlm
noktaları)
25
Sonlu elemanlar youmlntemi matematik ve fizik biliminin buumltuumln alanlarında kullanılır
Gerilme Analizi
Akışkanlar Mekaniği
Isı İletimi
Dalga Yayılımı
Darbe Analizi
Aerodinamik vb alanlardır
Sonlu elemanlar youmlntemini kullanırken oumlncelikle şu soruların cevaplarını bulmalıyız
Dizayn amacımız nedir
Bu sistemi modellemek iccedilin gerekli olan bilgiler nelerdir
Bu dizayn iccedilin hangi kriterler gerekir
311 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Pozitif Youmlnleri
Geometrisi karışık cisimlerin incelenmesini kolaylaştırır Geometri basit kısımlara
ayrılıp burada ayrı veya daha hassas işlemler yapılabilir
Parccedilanın geometrisini değiştirmeye gerek kalmaz
Youmlntemde hem fiziksel hem matematiksel temeli vardır
Sonlu elemanlar youmlntemi iccedilin ccedilok farklı programlar bulunmaktadır (Ansys Marc
Nastran ) (Moavani 2015)
312 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Negatif Youmlnleri
Elde edilen sonuccedilların doğruluğu hangi sonlu youmlnteminin kullanıldığına bağlıdır
Ccedilıkacak durum oumlnceden tespit edilmeli ve ona goumlre bir ccediloumlzuumlm youmlntemi
kullanılmalıdır Bu yuumlzden oumlnceden iyi tesipt edilemezse doğru değer bulunamaz
ve doğru ccediloumlzuumlm iccedilin zaman kaybı olabilir
Doğru ccediloumlzuumlm iccedilin elemanın ayrıştırılması (mesh) atanması gerekir
Bu meshin iyi atılması gerekir yoksa ccediloumlzuumlmuumln yakınsamaları değişebilir
(Moavani 2015)
26
32 ANSYS PROGRAMI
ANSYS genel amaccedillı kullanılan sonlu elemanlar programıdır Ansys yazılımı
mukavemet titreşim akışkanlar mekaniği ısı transferi ve elektromanyetik alanlarının
birbiri ile olan interaksiyonunu simule eden yazılımdır
Boumlylelikle ANSYS uumlruumlnlerin prototipleri uumlretilmeden sanal ortamda test edilmelerine
olanak sağlar Ayrıca sanal ortamdaki 3 boyutlu simulasyonlar neticesinde yapıların
zayıf noktalarının tespiti ve iyileştirilmesi ile oumlmuumlr hesaplarının gerccedilekleştirilmesi ve
muhtemel problemlerin oumlngoumlruumllmesi muumlmkuumln olmaktadır
ANSYS yazılımı sadece ihtiyaccedil duyulan oumlzelliklerin alınmasına fırsat vererek ilave
edilebilen CAD ve FEA bağlantı modulleri ile masa uumlstuumlnde kullanılan diğer
muumlhendislik yazılımları ile entegre bir şekilde ccedilalışabilmektedir
ANSYS yazılımı hem dışarıdan CAD datalarını alabilmekte hem de iccedilindeki
preprocessing imkacircnları ile geometri oluşturulmasına izin vermektedir Yine aynı
preprocessr iccedilinde hesaplama iccedilin gerekli olan sonlu elemanlar modeli yani mesh de
oluşturulmaktadır Yuumlklerin tanımlanmasından sonra ve gerccedilekleştirilen analiz
neticesinde sonuccedillar sayısal ve grafiksel olarak elde edilebilir
ANSYS yazılımı ile oumlzellikle contact algoritmalarının ccedileşitliliği zamana bağımlı
yuumlkleme oumlzellikleri ve nonlinear malzeme modelleri sayesinde yuumlksek muumlhendislik
seviyedeki analizleri hızlı guumlvenilir ve pratik bir şekilde gerccedilekleştirilebilmektedir
ANSYS Workbench parametrik CAD sistemlerini eşsiz bir otomasyon ve performans
ile simulasyon teknolojilerini entegre eden bir platformdur ANSYS Workbenchrsquoin
guumlcuuml yılların bilgi birikimi ile arkasında duran ANSYS ccediloumlzuumlcuuml algoritmalarından gelir
Ayrıca ANSYS Workbenchrsquoin amacı sanal ortamda uumlruumlnuumln verifikasyonunu ve
iyileştirmesini sağlamaktır
Oumlzellikle PC ile uyumluluğun uumlst seviyede olabilmesi iccedilin yazılmış olan ANSYS
Workbench sadece bir arayuumlzden ileri bir ccedilalışma ortamındır ve ANSYS Workbench
ile herhangi bir ANSYS lisansına sahip herkes ccedilalışabilir Aynı alışılagelmiş ANSYS
arabiriminde olduğu gibi ANSYS Workbenchrsquode de kapasiteler sahip olunan lisansın
doğrultusunda sınırlıdır (URL9)
27
ANSYS programının bu oumlzelliklerinden dolayı programı kullanmaya karar verdik
Ansys programının oumlncellikle akışkan mekaniği ve dinamiğinde kullanılan iki ayrı
boumlluumlmuuml bulunmaktadır Bu boumlluumlmler Fluent ve CFX boumlluumlmleridir Bizim
kullandığımız boumlluumlm ise ANSYS CFX boumlluumlmuumlduumlr
33 MEVCUT FAN UumlZERİNDE YAPILAN ANALİZLER
ANSY projesinde oumlncelikle CFX kısmını kullanıldı Ccediluumlnkuuml ANSYS programında
CFX ve Fluent programı hesaplamalı akışkanlar dinamiği iccedilin kullanılmaktadır Ancak
ANSYS CFX turbo makinalar iccedilin kullanıldığından oumlnceden de goumlsterildiği gibi bir
nod alırken huumlcrelerin orta noktalarından nod hesabı yaptığı iccedilin verdiği değerler fan
analizi iccedilin daha iyi bir yakınsama goumlsterir Bu sebeple ANSYS CFX kısmı kullanıldı
İlk olarak mevcut fan uumlzerinde ccedileşitli incelemeler yapıldı
Mevcut fan uumlzerinde 10 kanat var iken suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilok fazla olduğu saptandı
Bunun uumlzerine motorun akışını kolaylaştırma yoluna gidildi
Havayı oluklara daha iyi aktarabilecek kısım fanın kanat boyu olduğu iccedilin fanın
kanatlarının uzunluğunda değişiklik yapılmasına karar verildi
Fandan ccedilekilen debi miktarı ve tork değerlerini tam alabilmek ve mevcut fanın
verimini oumllccedilebilmek iccedilin oumlncelikle esas oumllccediluumllerine goumlre ccedilizilen fan ANSYS
programına aktarıldı File gt Import gt Design Moduler şeklinde SolidWorksrsquo ten
ANSYS programına aktarıldı
Şekil 19 SolidWorksrsquo ten İmport Etmek
28
Fanın ccedilevresinde akış hacmi oluşturmak iccedilin katı modelin ccedilevresindeki hava
modellenir
331 Geometri
Oluşturulan akış hacminde havanın giriş ve ccedilıkış kısımları İnlet-Outlet şeklinde
belirtilir
Analys tools komutlarından xy duumlzleminde halka oluşturulur
Burada modeling kısmı 3 boyutlu işlem yapacağı zaman seccedililen kısımdır
Aşağıdaki şekilde de goumlruumlleceği uumlzere
Şekil 20 Akış Alanı Belirleme
Burada exturude komutuyla birlikte oluşturulacak akış hacminin kaccedil mm
uzatılacağı belirtilir Hepsini bir buumltuumln haline getirmemek iccedilin lsquovar olanla
birleştirilsin mirsquo sorusuna hayır denilir
Daha sonra ccedilevresine yayılan boşluk iccedilin Outlet tanımlaması yapılır
Bu işlemleri gerccedilekleştirdikten sonra kesit gerekir İlk oumlnce plane (duumlzlem)
belirlenir Bunun iccedilin hangi duumlzlemi seccedililecek ise (oumlrneğin xy) onu seccedilip plane
tıklanır Plane boumllgesinden ne kadar uzakta olacağı belirlenir Biz de değer 34 mmrsquo
dir Ccediluumlnkuuml kanatların boyu 31 mm olduğundan mesh atamada sorun ccedilıkmaması
29
iccedilin 34 mm uzaklıkta bir plane atanır Bu Planersquoi slice komutuyla keserek 3 farklı
boumllge oluşturulmuş olur
Akışkan hacmini oluşturmak iccedilin dolu olan kısımlar belirlenip ona goumlre hareket
edilir Bunun iccedilinde milin iccedilini dolu kabul edilir
Akışkan hacmi iccedilin yapılan bir diğer işlem ise oluşturulan hacimden fanın hacmini
booelangt substrack komutları ile akışkan hacminin bulunmasıdır
Mevcut fanın uumlzerine sağ tıklanarak ve suppress body komutu seccedililir Boumlylelikle
fanı gizleyerek sadece akışkan hacmi goumlruumlluumlr
Daha sonra oluşan parccedilaların arasında boşluk olmaması iccedilin ve bağlantı sağlamak
iccedilin part kısımlarını seccedililerek sağ tıklanır from new part seccedililir
Şekil 21 Slice Komutu ile Boumllgelere Ayırma
30
Şekil 22 Parccedilalar Arası Bağlantının Sağlandığı FromNew Part Boumlluumlmuuml
Mesh kısmını suumlruumlkleyip project schematic boumlluumlme bırakılır Bu boumlluumlmde geometri
onaylanır ve en altta bulunan meshrsquoe tıklanır
332 Sayısal Ağ Oluşturma (Mesh)
Şekil 23 Mesh oluşturma
31
Şekil 24 Mesh Geometrisi
Sonlu sayıda hacimle ccedilalışıldığından sonlu sayıda hacime boumllmek gerekir Sonlu
sayıda hacime boumlluumlnen kısımlar farklı farklı olabilir
Bu huumlcreler kapsadığı alanın oumlzelliklerini yansıtır Bunların ccedilevresindeki nodlar
bunların ortalaması ile belli bir oumlzelliğe sahip olmuş olur
Bu huumlcrelerin arttırılması yani ayrıştırmaların ccediloğaltılması ne kadar fazla olursa o
kadar yakınsama olur ve ccediloumlzuumlm iyileşir
Ancak sayısal ağ ccedilok fazla attırıldığında ccediloumlzuumlm suumlresi ccedilok fazla artacağından
ekonomik değildir
Bu sebepten dolayı mesh ( ayrıştırma) atarken akışkanın en fazla değişim
goumlstereceği kısımlarda daha fazla sayısal ağ oluşturulur Boumlylelikle daha iyi bir
yakınsama elde edilir Akışkanın değişim goumlstereceği yerler genellikle yuumlzeylerle
temas edilen kısımlardır Mevcut fanın analizin de orta kısımlarda pek fazla
değişiklik olmaz Bu nedenle sınırlara yakın kısımlara daha fazla ağ oluşturulur
Detail of Mesh kısmından hangi kısımlarda ne kadar buumlyuumlkluumlkte mesh
atılabileceğine bakılır
32
Detail of Mesh kısmından Phsics preference kısmı seccedililerek CFDrsquoi seccedililir Solver
Preference kısmından ise CFXrsquoi seccedilip devam edilir
Analiz yaparken belirlenmesi gereken kısımlar vardır Bunun iccedilin diğer kısımlar
seccedililerek hide body seccedililerek kapatılır ve select all body seccedililerek kanatlara isim
verilir
Şekil 25 Mesh İsimlendirme
Akışkanın girişine inlet ccedilıkışına outlet denilir
Mesh atımında minimum yakalayacağı huumlcreler ile maksimum yakalayacağı
huumlcrelerin milimetre hesabı oumlnemlidir Bu yuumlzden kanadın kalınlığı 25 mm olduğu
iccedilin 2 mmrsquo den az olan huumlcre belirlenir Maksimum 15 mmrsquo den buumlyuumlk huumlcreler
olması duumlşuumlnuumllerek analizin yakınsaması sağlandı
Meshrsquoi tıklayıp oradan insert size kısmın da bulunan isimlerde kanatlar seccedililir
Kanatlara maksimum 3 mm buumlyuumlkluumlk seccedililir Devamında ise kanatları hide face
komutuyla gizlenir ve geriye kalan kısımlar iccedilin sizing iccedilin yine 3 mm verilir
Daha sonra kanat ve ccedilevresine ccedilizilen akış hacmi seccedililerek tekrar size kısmından
buumltuumlnuumlne 8 mm verilir Bu kısım iccedilin mesh atanır Yuumlzeyler seccedililerek Preview
Surface Mesh on Selected Bodies denilir ve mesh işlemi tamamlanmış olur
33
Şekil 26 Meshrsquo in Goumlsterimi
Ancak mesh işleminde silindirik yuumlzeylerde sweep komutuyla daha kolay mesh
atılabileceği iccedilin istenen yuumlzey iccedilin sağ tıklayıp İnsertgt Method gtSweep Number
Divs komutlarından kaccedil sıra mesh atılacağı belirlenir 20 sıra vererek mesh atıldı
Suumlpuumlrme işlemi ile mesh atarken hangi yuumlzeyi kaynak olarak alınacağı da
boumlylelikle belirlenmiş olur
Mesh sayfasını kapatıp daha sonrasında workbench kısmında meshin uumlzerine cfx
kısmını bırakılır
Mesh setupgt solutiongt results dan sonuccedillar elde edilir
Daha sonra geometry design da motorun kapağına uygun bir sınır belirlenerek
analiz yapılır
Geometriyi duumlzenlenerek CFXrsquo e aktarılır
Daha oumlncesinde de bahsedildiği uumlzere ANSYS de CFX kullanıldı CFX
kullanılmasının bir diğer sebebi de CFXrsquo in fan konusunda ANSYSlsquo in mesh
kısmından daha bağımsız ve daha hassas olmasıdır
Yapılan isimlendirmeler tekrar kontrol edilir Her farklı işlev iccedilin farklı
isimlendirme yapmak ccedilok oumlnemlidir boumlylece havanın nereden girip ne şekilde
ccedilıkacağını isimlendirmelerden goumlruumllebilir Ve bu isimlendirmeler iccedilin ayrı ayrı kod
yazılır
34
333 Sınır Şartları
Şekil 27 Sınır Şartlarının Belirlenmiş Hali
ANSYS setup kısmında Insert gt Solver gt Output Control komutları seccedililerek code
yazılır MassFlow ()inlet gt Torque_z()kanatlar olarak giriş kısmının kuumltlesel
debisi iccedilin komut yazılır
Ayrıca Insert gt Material kısmından sıcaklığı 25reg basıncı 1 atm entalpi değerini 0
olarak şartları belirlenir
Malzemenin kapak kısmı ccedilelik olarak belirlenir
Solver Control kısmından high resuluiton seccedililerek ccediloumlzuumlmuumln kalitesi arttırılır
Solver Control kısmından Residual Target artık tipini RMS olarak ve onun
yakınsama sınırı 10-5 belirlenir Rms elemanların karelerinin koumlkuumlnuuml alarak
ortalamasını alan youmlntemdir
Yine Solver Control kısmından minimum iterasyonu 1 maksimum İterasyonu ise
500 verilir
İnlet kısmı belirlenirken Boundary Type ( sınır şartları) opening olarak seccedililir
Opening verilmesindeki amaccedil akışkanların iccedileriden girip dışarıya ccedilıkışlarının
sağlanmasıdır Aksi halde ccediloumlzuumlmuumln yakınsamasın da sorunlar oluşabilir Opening
şartında ayrıca akışkan daha ccedilabuk toparlanır ve analiz daha kolaylaşır
Flow Direction komutunda normal sınır şartları belirlenir
Suumlreklilik şartı olarak da Fluid Mass Fluxrsquou seccedililir Bunun yanında sınır kontuumlruuml
iccedilin bağıl basınccedil ayarlarını seccedililir Aynı şekilde outlet iccedilin de aynı ayarlar yapılır
35
Domaine basılıp kapak kısımları ve motor kısımları seccedililir Bu dış kısımları duvar
olarak belirlenir ve duvar hareket edemeyeceğinden No Slip Wall seccedileneği olarak
belirtilir Duvarları suumlrtuumlnmesiz olduğu varsayılıyor
Fan ve kanatlar kısmında Boundry Type olarak Wall olarak belirleyip Frame type
gt rotating (doumlnuumlyor) belirtilir
Ccediloumlzuumlm metodu olarak RNG k-euro modeli kullanılır
Şekil 28 Setup Koşulların Belirlenmesi
334 Ccediloumlzuumlm - Sonuccedillar
Setup kısmını kapatılarak solution ekranı ccedilift tıklanarak ccedilıkan ekran da RUN seccedililerek
ccediloumlzme işlemi başlatılmış olur
Ccediloumlzme işlemi bittiğinde results kısmından sonuccedillar goumlruumlntuumllenebilir
36
Şekil 29 Akışın Youmlnelişi
Şekil 30 Debi Sonucu
37
34 YENİ FAN TASARIMI
341 Fan Tasarımı İccedilin Kabuller
Havanın sıkıştırılamaz olduğunu kabul edildi Havanın sıkıştırılmaz olduğu
varsayılarak yoğunluğu değişmez ve 12 kgm3 olarak kabul edilir
Ccediloumlzuumlmde suumlrtuumlnmeler ve ısı kayıpları ihmal edilir Ccediluumlnkuuml bu değerlerin
hesaplanması ccedilok uzun suumlreceği iccedilin ccediloumlzuumlm youmlntemi iccedilin ekonomik olmaz
Gerccedilekle arasında ccedilok buumlyuumlk bir fark olmayacağı varsayılmıştır
Verimi arttırmak iccedilin orijinal fanın analizinden elde edilen tork değeri duumlşuumlk
tutulmaya ccedilalışılmıştır
Motorun tek bir youmlne doumlneceği duumlşuumlnuumllmuumlştuumlr
342 Fan Tasarım Parametreleri
Bir fan tasarımında belli başlı kriterleri ele alabilmek iccedilin mevcut fan uumlzerinden
değerler bulundu
Tablo 7 Mevcut Fanın Oumlzellikleri
Devir Sayısı ( ddk) r hub (mm) rtip (mm)
1498 25 77
Radyal hız hesaplandığında w= 15687 radsn bulunmuştur r hub diye isimlendirilen
kısım fanın giriş accedilısı iccedilin gerekli olan kanadın başlangıcı ile milin merkezi arasındaki
uzaklıktır r tip ise fan kanadının bitiş noktası ile mil merkezi arasındaki uzaklığın
yarıccedilap cinsinden ifadesi olmaktadır
38
Fan kanat tasarımında oumlnemli olan w (accedilısal hız)hızının kanatlara ne kadar dik
gelebildiğidir Bu kanat hacmine ne kadar iyi bir şekilde gelirse akışkan o denli iyi
akabilir ve kanat profili oluşur
U_hub= w (radsn) x r hub
U_tip = w x r tip
Beta = arctan(vu)
A_inlet= (r tip 1000)sup2π ndash r hub 1000)sup2π
Verim= (Q x P) (TxW)
V (akışın mutlak hızı)= Debi Alan
Tablo 8 Sonuccedil olarak elde edilen değerler
r_h (mm) 25 r_t (mm) 77 r_h (mm) 50 r_t (mm) 80
U_h (ms) 3927 U_t (ms) 1209516 U_h (ms) 7854 U_t (ms) 125664
A_in (m^2) 0016663 A_out (m^2)0012252
V_in (ms) 2350516 V_out 3196702
beta_h 5909726 beta_t 7900249 beta_h 678529 beta_t 7572755
giriş ccedilıkış
Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları
Bu değerlere goumlre BladeGende yeni bir kanat profili oluşturulur
r tip
r hub
Şekil 31 Fan Kanatlarının Accedilısı
39
Şekil 32 BladeGen Kanat Profili
Oluşturduğumuz bu geometriye daha oumlnceki boumlluumlmde bahsedilen fana yapılan adımlar
uygulandı (Yeni oluşturulan fanın geometrik deseni ektedir)
40
3421 Geometri
Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi
3422 Sayısal Ağ Oluşturma
Şekil 34 Yeni Fan Tasarımının Sayısal Ağ Oluşturulması
41
3423 Ccediloumlzuumlm
Şekil 35 Tasarımı Yapılan Fanın Verimi
Accumulated Time Step sayısı iterasyonu goumlstermektedir Daha fazla yakınsama iccedilin
daha fazla koşturulabilir
42
Şekil 36 Tasarımı Yapılan Fanın Torku
43
3423 Sonuccedillar
Şekil 37 Akışın Youmlnelişi
Bu kısımda verimi arttırabilmek iccedilin tork azaltılmaya ccedilalışıldı Boumlylece kanatlara
harcanan toplam guumlccedil azaltılarak iyileştirmeler yapıldı
44
Kanadın iş yapan kısmını arttırarak orijinal fanda kanadın suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilapı
154 mm iken yeni fan da 160 mmrsquoye ccedilıkarıldı
Kanatlar daha eğimli ama daha eksenel bir forma getirildi
Bu motorda toplam guumlccedil iccedilin 60 watt olduğunda yaklaşık 6 wattrsquo lık guumlccedil fan iccedilin
harcanıyordu Fanın verimliliği ccedilok oumlnemli olduğu iccedilin debiyi sabit tutulmaya
torku da duumlşuumlruumllmeye ccedilalışıldı
Tablo 9 ANSYSrsquo de Elde Edilen Deneyler
tork(Nm) w(radsn) m(kgs)
Orijinal Fan 00393645 15687 0048168
Yeni Fan 00043869 15687 0032261
Goumlruumllduumlğuuml gibi tork buumlyuumlk oranda duumlşmuumlş ancak onunla birlikte debi de biraz
duumlşmuumlştuumlr
343 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanması
Motorun arka ve oumln kısımlarına sırt sırta fan bağlayarak havanın akışını hızlandırma
ve soğutmayı arttırma işlemi amaccedillandı Gerccedilek boyutlarda uygulamadan oumlnce fanı
motor şeklini verilen kısım da tek başına analiz yapıldı Verimli bir sonuccedil alabilmek
iccedilin ikili fan deneyi yapıldı
3431 Geometri
Şekil 38 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Geometrisi
45
3432 Sayısal Ağ Oluşturma
Şekil 39 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Sayısal Ağ
Oluşturulması
Yapılan analiz de goumlzlemlenen sonuccedillar şunlardır
Bir motorun etrafında sınırlayıcı bir alan olmadığı iccedilin sınır şartları olarak setup
kısmında yine havayı 1 atm basınccedil olarak alınır Eğer sınırlayıcı bir alan olsaydı
oluklardan hava akışı doğrudan motorun arka kısmına gelecekti Ccedilıkış noktasına ise
kapak yerleştirildi giriş noktasında atmosfer ccedilıkışı ise kapak olarak sınırlandı
3433 Kod Ccediloumlzuumlmuuml
Debi ndash 000064 mᵌ sn olarak ccedilıktı Motorun hava ccedilıkış kısmına fan bağlamanın verimli
olmadığı sonucuna varıldı Oumlnceden oluşturulan oluklardaki 1cmrsquolik aralıklarla
havanın geniş bir alana gitmesi ccedilok zordur Ve bu akışı goumlnderebilmek iccedilin fazladan
basınccedil uygulanması gerekir Bu sebepler debinin duumlşmesine sebep olmuştur
46
Şekil 40 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Ccediloumlzuumlmuuml
47
BOumlLUumlM 4 SONUCcedilLAR
Verim= (Alınan Guumlccedil Verilen Guumlccedil)= (∆P x Q) (T x ὠ)
A_inlet = (r_tip)2 1000 - (r_hub)21000
A_outlet =( U_h1000)2 - (U-t1000)2
U= ὠ x r
Fan hesaplarıdan debi değeri ve tork değeri duumlşmuumlştuumlr Aşağıda yeni fanımızın verimi
yukarıdaki formuumlllere goumlre excelde hesaplanmıştır
tork(Nm) w(radsn) ṁ(kgm^3) verim deltap (Pa)
Orijinal Fan 00393645 15687 00391 60152783 95
Yeni Fan 00043869 15687 0039167 54068744
Tabloda da goumlruumllduumlğuuml uumlzere eski fanın oumlzelliklerine bakılarak hız uumlccedilgeni youmlntemiyle
oluşturulan yeni fan 540 verimli ccedilıkmıştır
Motorun oumln kısmın koyduğumuz fanda ise dar oluklardan buumlyuumlk bir hacime giriş
yaptığı iccedilin tek youmlnluuml analizde kuumltlesel debi negatif değerde ccedilıkmıştır
(Kuumltlesel debi) ṁ=ƍ( oumlzkuumltle) x A(alan) x V( akışkan hızı)=kgsn ndash Formuluumlnden
dolayı verimin hesaplanmasına gerek yoktur
48
BOumlLUumlM 5 EKLER
EK1- MEVCUT FAN
EK2- YENİ FAN
49
KAYNAKCcedilA
Baykal R 2011 Asenkron Motorlar Uumlzerine Enerjiİ Verimliliği Uygulanması
Yayın Tarihi 15032011
Ccedilalışkan M 2014 Eksenel Akışlı Fan Tasarımı Yuumlksek Lisans İstanbul Teknik
Uumlniversitesi TUumlRKİYE
Moavani S 2015 Sonlu Elemanlar Analizi Teorisi ve Ansys ile Uygulamalar
İstanbul
Onaygil S 2006 Enerji Verimliliği Kanunun Tanıtımı Yuumlksek Lisans
URL1 lthttpdeneysancomContentimagesdocumentshavalandirma-
4_39143832pdfgt Erişim Tarihi 12032016
URL2 lt httpwwweiegovtrgt Erişim Tarihi 20042016
URL3 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi
12052016
URL4 ltwwwtuumlikgovtrgt Erişim Tarihi 14052016
URL5 ltwwwemoorgtrekler364734147179187_ekpdfgt Erişim Tarihi 16052016
URL6 ltwwwinverter-plcnetmotoryıldız_uumlccedilgen_bağlantıhtmlgt Erişim Tarihi
18052016
URL7 ltwwweiegovtreie-webturkceenMotor_Verimliligi_Brosurupdfgt Erişim
Tarihi 20052016
URL8 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi
07062016
URL9 ltwwwfigescomtransysansys-nedirphpgt Erişim Tarihi 09062016
50
OumlZGECcedilMİŞLER
Elif CcedilİCcedilEK
Eyluumll 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Duumlzce Anadolu İmamhatip Lisesinde
tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi İlahiyat Fakuumlltesirsquoni kazandı 2012 yılında
Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine
başladı Halen eğitimine devam etmektedir
İletişim
apsuvaelifhotmailcom
Nesrin ALTUNBOĞA
Ağustos 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Haydarpaşa Teknik Okulları Raylı
Sistemler Teknolojileri Boumlluumlmuumlnuuml tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi
Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Boumlluumlmuumlnuuml kazandı Halen eğitimine
devam etmektedir
İletişim
naltunbogagmailcom
Rumeysa ALGUumlL
Ekim 1992rsquo de Konyarsquoda doğdu Lise oumlğrenimini Lafarge Aslan Ccedilimento Anadolu
Teknik Lisesirsquonde 2010 yılında tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi Teknoloji
Fakuumlltesi Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliğini kazandı 2013 yılında Teknoloji
Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine başladı Halen eğitimine devam
etmektedir
İletişim
rumeysaalgulgmailcom
51
52
25
Sonlu elemanlar youmlntemi matematik ve fizik biliminin buumltuumln alanlarında kullanılır
Gerilme Analizi
Akışkanlar Mekaniği
Isı İletimi
Dalga Yayılımı
Darbe Analizi
Aerodinamik vb alanlardır
Sonlu elemanlar youmlntemini kullanırken oumlncelikle şu soruların cevaplarını bulmalıyız
Dizayn amacımız nedir
Bu sistemi modellemek iccedilin gerekli olan bilgiler nelerdir
Bu dizayn iccedilin hangi kriterler gerekir
311 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Pozitif Youmlnleri
Geometrisi karışık cisimlerin incelenmesini kolaylaştırır Geometri basit kısımlara
ayrılıp burada ayrı veya daha hassas işlemler yapılabilir
Parccedilanın geometrisini değiştirmeye gerek kalmaz
Youmlntemde hem fiziksel hem matematiksel temeli vardır
Sonlu elemanlar youmlntemi iccedilin ccedilok farklı programlar bulunmaktadır (Ansys Marc
Nastran ) (Moavani 2015)
312 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Negatif Youmlnleri
Elde edilen sonuccedilların doğruluğu hangi sonlu youmlnteminin kullanıldığına bağlıdır
Ccedilıkacak durum oumlnceden tespit edilmeli ve ona goumlre bir ccediloumlzuumlm youmlntemi
kullanılmalıdır Bu yuumlzden oumlnceden iyi tesipt edilemezse doğru değer bulunamaz
ve doğru ccediloumlzuumlm iccedilin zaman kaybı olabilir
Doğru ccediloumlzuumlm iccedilin elemanın ayrıştırılması (mesh) atanması gerekir
Bu meshin iyi atılması gerekir yoksa ccediloumlzuumlmuumln yakınsamaları değişebilir
(Moavani 2015)
26
32 ANSYS PROGRAMI
ANSYS genel amaccedillı kullanılan sonlu elemanlar programıdır Ansys yazılımı
mukavemet titreşim akışkanlar mekaniği ısı transferi ve elektromanyetik alanlarının
birbiri ile olan interaksiyonunu simule eden yazılımdır
Boumlylelikle ANSYS uumlruumlnlerin prototipleri uumlretilmeden sanal ortamda test edilmelerine
olanak sağlar Ayrıca sanal ortamdaki 3 boyutlu simulasyonlar neticesinde yapıların
zayıf noktalarının tespiti ve iyileştirilmesi ile oumlmuumlr hesaplarının gerccedilekleştirilmesi ve
muhtemel problemlerin oumlngoumlruumllmesi muumlmkuumln olmaktadır
ANSYS yazılımı sadece ihtiyaccedil duyulan oumlzelliklerin alınmasına fırsat vererek ilave
edilebilen CAD ve FEA bağlantı modulleri ile masa uumlstuumlnde kullanılan diğer
muumlhendislik yazılımları ile entegre bir şekilde ccedilalışabilmektedir
ANSYS yazılımı hem dışarıdan CAD datalarını alabilmekte hem de iccedilindeki
preprocessing imkacircnları ile geometri oluşturulmasına izin vermektedir Yine aynı
preprocessr iccedilinde hesaplama iccedilin gerekli olan sonlu elemanlar modeli yani mesh de
oluşturulmaktadır Yuumlklerin tanımlanmasından sonra ve gerccedilekleştirilen analiz
neticesinde sonuccedillar sayısal ve grafiksel olarak elde edilebilir
ANSYS yazılımı ile oumlzellikle contact algoritmalarının ccedileşitliliği zamana bağımlı
yuumlkleme oumlzellikleri ve nonlinear malzeme modelleri sayesinde yuumlksek muumlhendislik
seviyedeki analizleri hızlı guumlvenilir ve pratik bir şekilde gerccedilekleştirilebilmektedir
ANSYS Workbench parametrik CAD sistemlerini eşsiz bir otomasyon ve performans
ile simulasyon teknolojilerini entegre eden bir platformdur ANSYS Workbenchrsquoin
guumlcuuml yılların bilgi birikimi ile arkasında duran ANSYS ccediloumlzuumlcuuml algoritmalarından gelir
Ayrıca ANSYS Workbenchrsquoin amacı sanal ortamda uumlruumlnuumln verifikasyonunu ve
iyileştirmesini sağlamaktır
Oumlzellikle PC ile uyumluluğun uumlst seviyede olabilmesi iccedilin yazılmış olan ANSYS
Workbench sadece bir arayuumlzden ileri bir ccedilalışma ortamındır ve ANSYS Workbench
ile herhangi bir ANSYS lisansına sahip herkes ccedilalışabilir Aynı alışılagelmiş ANSYS
arabiriminde olduğu gibi ANSYS Workbenchrsquode de kapasiteler sahip olunan lisansın
doğrultusunda sınırlıdır (URL9)
27
ANSYS programının bu oumlzelliklerinden dolayı programı kullanmaya karar verdik
Ansys programının oumlncellikle akışkan mekaniği ve dinamiğinde kullanılan iki ayrı
boumlluumlmuuml bulunmaktadır Bu boumlluumlmler Fluent ve CFX boumlluumlmleridir Bizim
kullandığımız boumlluumlm ise ANSYS CFX boumlluumlmuumlduumlr
33 MEVCUT FAN UumlZERİNDE YAPILAN ANALİZLER
ANSY projesinde oumlncelikle CFX kısmını kullanıldı Ccediluumlnkuuml ANSYS programında
CFX ve Fluent programı hesaplamalı akışkanlar dinamiği iccedilin kullanılmaktadır Ancak
ANSYS CFX turbo makinalar iccedilin kullanıldığından oumlnceden de goumlsterildiği gibi bir
nod alırken huumlcrelerin orta noktalarından nod hesabı yaptığı iccedilin verdiği değerler fan
analizi iccedilin daha iyi bir yakınsama goumlsterir Bu sebeple ANSYS CFX kısmı kullanıldı
İlk olarak mevcut fan uumlzerinde ccedileşitli incelemeler yapıldı
Mevcut fan uumlzerinde 10 kanat var iken suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilok fazla olduğu saptandı
Bunun uumlzerine motorun akışını kolaylaştırma yoluna gidildi
Havayı oluklara daha iyi aktarabilecek kısım fanın kanat boyu olduğu iccedilin fanın
kanatlarının uzunluğunda değişiklik yapılmasına karar verildi
Fandan ccedilekilen debi miktarı ve tork değerlerini tam alabilmek ve mevcut fanın
verimini oumllccedilebilmek iccedilin oumlncelikle esas oumllccediluumllerine goumlre ccedilizilen fan ANSYS
programına aktarıldı File gt Import gt Design Moduler şeklinde SolidWorksrsquo ten
ANSYS programına aktarıldı
Şekil 19 SolidWorksrsquo ten İmport Etmek
28
Fanın ccedilevresinde akış hacmi oluşturmak iccedilin katı modelin ccedilevresindeki hava
modellenir
331 Geometri
Oluşturulan akış hacminde havanın giriş ve ccedilıkış kısımları İnlet-Outlet şeklinde
belirtilir
Analys tools komutlarından xy duumlzleminde halka oluşturulur
Burada modeling kısmı 3 boyutlu işlem yapacağı zaman seccedililen kısımdır
Aşağıdaki şekilde de goumlruumlleceği uumlzere
Şekil 20 Akış Alanı Belirleme
Burada exturude komutuyla birlikte oluşturulacak akış hacminin kaccedil mm
uzatılacağı belirtilir Hepsini bir buumltuumln haline getirmemek iccedilin lsquovar olanla
birleştirilsin mirsquo sorusuna hayır denilir
Daha sonra ccedilevresine yayılan boşluk iccedilin Outlet tanımlaması yapılır
Bu işlemleri gerccedilekleştirdikten sonra kesit gerekir İlk oumlnce plane (duumlzlem)
belirlenir Bunun iccedilin hangi duumlzlemi seccedililecek ise (oumlrneğin xy) onu seccedilip plane
tıklanır Plane boumllgesinden ne kadar uzakta olacağı belirlenir Biz de değer 34 mmrsquo
dir Ccediluumlnkuuml kanatların boyu 31 mm olduğundan mesh atamada sorun ccedilıkmaması
29
iccedilin 34 mm uzaklıkta bir plane atanır Bu Planersquoi slice komutuyla keserek 3 farklı
boumllge oluşturulmuş olur
Akışkan hacmini oluşturmak iccedilin dolu olan kısımlar belirlenip ona goumlre hareket
edilir Bunun iccedilinde milin iccedilini dolu kabul edilir
Akışkan hacmi iccedilin yapılan bir diğer işlem ise oluşturulan hacimden fanın hacmini
booelangt substrack komutları ile akışkan hacminin bulunmasıdır
Mevcut fanın uumlzerine sağ tıklanarak ve suppress body komutu seccedililir Boumlylelikle
fanı gizleyerek sadece akışkan hacmi goumlruumlluumlr
Daha sonra oluşan parccedilaların arasında boşluk olmaması iccedilin ve bağlantı sağlamak
iccedilin part kısımlarını seccedililerek sağ tıklanır from new part seccedililir
Şekil 21 Slice Komutu ile Boumllgelere Ayırma
30
Şekil 22 Parccedilalar Arası Bağlantının Sağlandığı FromNew Part Boumlluumlmuuml
Mesh kısmını suumlruumlkleyip project schematic boumlluumlme bırakılır Bu boumlluumlmde geometri
onaylanır ve en altta bulunan meshrsquoe tıklanır
332 Sayısal Ağ Oluşturma (Mesh)
Şekil 23 Mesh oluşturma
31
Şekil 24 Mesh Geometrisi
Sonlu sayıda hacimle ccedilalışıldığından sonlu sayıda hacime boumllmek gerekir Sonlu
sayıda hacime boumlluumlnen kısımlar farklı farklı olabilir
Bu huumlcreler kapsadığı alanın oumlzelliklerini yansıtır Bunların ccedilevresindeki nodlar
bunların ortalaması ile belli bir oumlzelliğe sahip olmuş olur
Bu huumlcrelerin arttırılması yani ayrıştırmaların ccediloğaltılması ne kadar fazla olursa o
kadar yakınsama olur ve ccediloumlzuumlm iyileşir
Ancak sayısal ağ ccedilok fazla attırıldığında ccediloumlzuumlm suumlresi ccedilok fazla artacağından
ekonomik değildir
Bu sebepten dolayı mesh ( ayrıştırma) atarken akışkanın en fazla değişim
goumlstereceği kısımlarda daha fazla sayısal ağ oluşturulur Boumlylelikle daha iyi bir
yakınsama elde edilir Akışkanın değişim goumlstereceği yerler genellikle yuumlzeylerle
temas edilen kısımlardır Mevcut fanın analizin de orta kısımlarda pek fazla
değişiklik olmaz Bu nedenle sınırlara yakın kısımlara daha fazla ağ oluşturulur
Detail of Mesh kısmından hangi kısımlarda ne kadar buumlyuumlkluumlkte mesh
atılabileceğine bakılır
32
Detail of Mesh kısmından Phsics preference kısmı seccedililerek CFDrsquoi seccedililir Solver
Preference kısmından ise CFXrsquoi seccedilip devam edilir
Analiz yaparken belirlenmesi gereken kısımlar vardır Bunun iccedilin diğer kısımlar
seccedililerek hide body seccedililerek kapatılır ve select all body seccedililerek kanatlara isim
verilir
Şekil 25 Mesh İsimlendirme
Akışkanın girişine inlet ccedilıkışına outlet denilir
Mesh atımında minimum yakalayacağı huumlcreler ile maksimum yakalayacağı
huumlcrelerin milimetre hesabı oumlnemlidir Bu yuumlzden kanadın kalınlığı 25 mm olduğu
iccedilin 2 mmrsquo den az olan huumlcre belirlenir Maksimum 15 mmrsquo den buumlyuumlk huumlcreler
olması duumlşuumlnuumllerek analizin yakınsaması sağlandı
Meshrsquoi tıklayıp oradan insert size kısmın da bulunan isimlerde kanatlar seccedililir
Kanatlara maksimum 3 mm buumlyuumlkluumlk seccedililir Devamında ise kanatları hide face
komutuyla gizlenir ve geriye kalan kısımlar iccedilin sizing iccedilin yine 3 mm verilir
Daha sonra kanat ve ccedilevresine ccedilizilen akış hacmi seccedililerek tekrar size kısmından
buumltuumlnuumlne 8 mm verilir Bu kısım iccedilin mesh atanır Yuumlzeyler seccedililerek Preview
Surface Mesh on Selected Bodies denilir ve mesh işlemi tamamlanmış olur
33
Şekil 26 Meshrsquo in Goumlsterimi
Ancak mesh işleminde silindirik yuumlzeylerde sweep komutuyla daha kolay mesh
atılabileceği iccedilin istenen yuumlzey iccedilin sağ tıklayıp İnsertgt Method gtSweep Number
Divs komutlarından kaccedil sıra mesh atılacağı belirlenir 20 sıra vererek mesh atıldı
Suumlpuumlrme işlemi ile mesh atarken hangi yuumlzeyi kaynak olarak alınacağı da
boumlylelikle belirlenmiş olur
Mesh sayfasını kapatıp daha sonrasında workbench kısmında meshin uumlzerine cfx
kısmını bırakılır
Mesh setupgt solutiongt results dan sonuccedillar elde edilir
Daha sonra geometry design da motorun kapağına uygun bir sınır belirlenerek
analiz yapılır
Geometriyi duumlzenlenerek CFXrsquo e aktarılır
Daha oumlncesinde de bahsedildiği uumlzere ANSYS de CFX kullanıldı CFX
kullanılmasının bir diğer sebebi de CFXrsquo in fan konusunda ANSYSlsquo in mesh
kısmından daha bağımsız ve daha hassas olmasıdır
Yapılan isimlendirmeler tekrar kontrol edilir Her farklı işlev iccedilin farklı
isimlendirme yapmak ccedilok oumlnemlidir boumlylece havanın nereden girip ne şekilde
ccedilıkacağını isimlendirmelerden goumlruumllebilir Ve bu isimlendirmeler iccedilin ayrı ayrı kod
yazılır
34
333 Sınır Şartları
Şekil 27 Sınır Şartlarının Belirlenmiş Hali
ANSYS setup kısmında Insert gt Solver gt Output Control komutları seccedililerek code
yazılır MassFlow ()inlet gt Torque_z()kanatlar olarak giriş kısmının kuumltlesel
debisi iccedilin komut yazılır
Ayrıca Insert gt Material kısmından sıcaklığı 25reg basıncı 1 atm entalpi değerini 0
olarak şartları belirlenir
Malzemenin kapak kısmı ccedilelik olarak belirlenir
Solver Control kısmından high resuluiton seccedililerek ccediloumlzuumlmuumln kalitesi arttırılır
Solver Control kısmından Residual Target artık tipini RMS olarak ve onun
yakınsama sınırı 10-5 belirlenir Rms elemanların karelerinin koumlkuumlnuuml alarak
ortalamasını alan youmlntemdir
Yine Solver Control kısmından minimum iterasyonu 1 maksimum İterasyonu ise
500 verilir
İnlet kısmı belirlenirken Boundary Type ( sınır şartları) opening olarak seccedililir
Opening verilmesindeki amaccedil akışkanların iccedileriden girip dışarıya ccedilıkışlarının
sağlanmasıdır Aksi halde ccediloumlzuumlmuumln yakınsamasın da sorunlar oluşabilir Opening
şartında ayrıca akışkan daha ccedilabuk toparlanır ve analiz daha kolaylaşır
Flow Direction komutunda normal sınır şartları belirlenir
Suumlreklilik şartı olarak da Fluid Mass Fluxrsquou seccedililir Bunun yanında sınır kontuumlruuml
iccedilin bağıl basınccedil ayarlarını seccedililir Aynı şekilde outlet iccedilin de aynı ayarlar yapılır
35
Domaine basılıp kapak kısımları ve motor kısımları seccedililir Bu dış kısımları duvar
olarak belirlenir ve duvar hareket edemeyeceğinden No Slip Wall seccedileneği olarak
belirtilir Duvarları suumlrtuumlnmesiz olduğu varsayılıyor
Fan ve kanatlar kısmında Boundry Type olarak Wall olarak belirleyip Frame type
gt rotating (doumlnuumlyor) belirtilir
Ccediloumlzuumlm metodu olarak RNG k-euro modeli kullanılır
Şekil 28 Setup Koşulların Belirlenmesi
334 Ccediloumlzuumlm - Sonuccedillar
Setup kısmını kapatılarak solution ekranı ccedilift tıklanarak ccedilıkan ekran da RUN seccedililerek
ccediloumlzme işlemi başlatılmış olur
Ccediloumlzme işlemi bittiğinde results kısmından sonuccedillar goumlruumlntuumllenebilir
36
Şekil 29 Akışın Youmlnelişi
Şekil 30 Debi Sonucu
37
34 YENİ FAN TASARIMI
341 Fan Tasarımı İccedilin Kabuller
Havanın sıkıştırılamaz olduğunu kabul edildi Havanın sıkıştırılmaz olduğu
varsayılarak yoğunluğu değişmez ve 12 kgm3 olarak kabul edilir
Ccediloumlzuumlmde suumlrtuumlnmeler ve ısı kayıpları ihmal edilir Ccediluumlnkuuml bu değerlerin
hesaplanması ccedilok uzun suumlreceği iccedilin ccediloumlzuumlm youmlntemi iccedilin ekonomik olmaz
Gerccedilekle arasında ccedilok buumlyuumlk bir fark olmayacağı varsayılmıştır
Verimi arttırmak iccedilin orijinal fanın analizinden elde edilen tork değeri duumlşuumlk
tutulmaya ccedilalışılmıştır
Motorun tek bir youmlne doumlneceği duumlşuumlnuumllmuumlştuumlr
342 Fan Tasarım Parametreleri
Bir fan tasarımında belli başlı kriterleri ele alabilmek iccedilin mevcut fan uumlzerinden
değerler bulundu
Tablo 7 Mevcut Fanın Oumlzellikleri
Devir Sayısı ( ddk) r hub (mm) rtip (mm)
1498 25 77
Radyal hız hesaplandığında w= 15687 radsn bulunmuştur r hub diye isimlendirilen
kısım fanın giriş accedilısı iccedilin gerekli olan kanadın başlangıcı ile milin merkezi arasındaki
uzaklıktır r tip ise fan kanadının bitiş noktası ile mil merkezi arasındaki uzaklığın
yarıccedilap cinsinden ifadesi olmaktadır
38
Fan kanat tasarımında oumlnemli olan w (accedilısal hız)hızının kanatlara ne kadar dik
gelebildiğidir Bu kanat hacmine ne kadar iyi bir şekilde gelirse akışkan o denli iyi
akabilir ve kanat profili oluşur
U_hub= w (radsn) x r hub
U_tip = w x r tip
Beta = arctan(vu)
A_inlet= (r tip 1000)sup2π ndash r hub 1000)sup2π
Verim= (Q x P) (TxW)
V (akışın mutlak hızı)= Debi Alan
Tablo 8 Sonuccedil olarak elde edilen değerler
r_h (mm) 25 r_t (mm) 77 r_h (mm) 50 r_t (mm) 80
U_h (ms) 3927 U_t (ms) 1209516 U_h (ms) 7854 U_t (ms) 125664
A_in (m^2) 0016663 A_out (m^2)0012252
V_in (ms) 2350516 V_out 3196702
beta_h 5909726 beta_t 7900249 beta_h 678529 beta_t 7572755
giriş ccedilıkış
Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları
Bu değerlere goumlre BladeGende yeni bir kanat profili oluşturulur
r tip
r hub
Şekil 31 Fan Kanatlarının Accedilısı
39
Şekil 32 BladeGen Kanat Profili
Oluşturduğumuz bu geometriye daha oumlnceki boumlluumlmde bahsedilen fana yapılan adımlar
uygulandı (Yeni oluşturulan fanın geometrik deseni ektedir)
40
3421 Geometri
Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi
3422 Sayısal Ağ Oluşturma
Şekil 34 Yeni Fan Tasarımının Sayısal Ağ Oluşturulması
41
3423 Ccediloumlzuumlm
Şekil 35 Tasarımı Yapılan Fanın Verimi
Accumulated Time Step sayısı iterasyonu goumlstermektedir Daha fazla yakınsama iccedilin
daha fazla koşturulabilir
42
Şekil 36 Tasarımı Yapılan Fanın Torku
43
3423 Sonuccedillar
Şekil 37 Akışın Youmlnelişi
Bu kısımda verimi arttırabilmek iccedilin tork azaltılmaya ccedilalışıldı Boumlylece kanatlara
harcanan toplam guumlccedil azaltılarak iyileştirmeler yapıldı
44
Kanadın iş yapan kısmını arttırarak orijinal fanda kanadın suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilapı
154 mm iken yeni fan da 160 mmrsquoye ccedilıkarıldı
Kanatlar daha eğimli ama daha eksenel bir forma getirildi
Bu motorda toplam guumlccedil iccedilin 60 watt olduğunda yaklaşık 6 wattrsquo lık guumlccedil fan iccedilin
harcanıyordu Fanın verimliliği ccedilok oumlnemli olduğu iccedilin debiyi sabit tutulmaya
torku da duumlşuumlruumllmeye ccedilalışıldı
Tablo 9 ANSYSrsquo de Elde Edilen Deneyler
tork(Nm) w(radsn) m(kgs)
Orijinal Fan 00393645 15687 0048168
Yeni Fan 00043869 15687 0032261
Goumlruumllduumlğuuml gibi tork buumlyuumlk oranda duumlşmuumlş ancak onunla birlikte debi de biraz
duumlşmuumlştuumlr
343 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanması
Motorun arka ve oumln kısımlarına sırt sırta fan bağlayarak havanın akışını hızlandırma
ve soğutmayı arttırma işlemi amaccedillandı Gerccedilek boyutlarda uygulamadan oumlnce fanı
motor şeklini verilen kısım da tek başına analiz yapıldı Verimli bir sonuccedil alabilmek
iccedilin ikili fan deneyi yapıldı
3431 Geometri
Şekil 38 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Geometrisi
45
3432 Sayısal Ağ Oluşturma
Şekil 39 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Sayısal Ağ
Oluşturulması
Yapılan analiz de goumlzlemlenen sonuccedillar şunlardır
Bir motorun etrafında sınırlayıcı bir alan olmadığı iccedilin sınır şartları olarak setup
kısmında yine havayı 1 atm basınccedil olarak alınır Eğer sınırlayıcı bir alan olsaydı
oluklardan hava akışı doğrudan motorun arka kısmına gelecekti Ccedilıkış noktasına ise
kapak yerleştirildi giriş noktasında atmosfer ccedilıkışı ise kapak olarak sınırlandı
3433 Kod Ccediloumlzuumlmuuml
Debi ndash 000064 mᵌ sn olarak ccedilıktı Motorun hava ccedilıkış kısmına fan bağlamanın verimli
olmadığı sonucuna varıldı Oumlnceden oluşturulan oluklardaki 1cmrsquolik aralıklarla
havanın geniş bir alana gitmesi ccedilok zordur Ve bu akışı goumlnderebilmek iccedilin fazladan
basınccedil uygulanması gerekir Bu sebepler debinin duumlşmesine sebep olmuştur
46
Şekil 40 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Ccediloumlzuumlmuuml
47
BOumlLUumlM 4 SONUCcedilLAR
Verim= (Alınan Guumlccedil Verilen Guumlccedil)= (∆P x Q) (T x ὠ)
A_inlet = (r_tip)2 1000 - (r_hub)21000
A_outlet =( U_h1000)2 - (U-t1000)2
U= ὠ x r
Fan hesaplarıdan debi değeri ve tork değeri duumlşmuumlştuumlr Aşağıda yeni fanımızın verimi
yukarıdaki formuumlllere goumlre excelde hesaplanmıştır
tork(Nm) w(radsn) ṁ(kgm^3) verim deltap (Pa)
Orijinal Fan 00393645 15687 00391 60152783 95
Yeni Fan 00043869 15687 0039167 54068744
Tabloda da goumlruumllduumlğuuml uumlzere eski fanın oumlzelliklerine bakılarak hız uumlccedilgeni youmlntemiyle
oluşturulan yeni fan 540 verimli ccedilıkmıştır
Motorun oumln kısmın koyduğumuz fanda ise dar oluklardan buumlyuumlk bir hacime giriş
yaptığı iccedilin tek youmlnluuml analizde kuumltlesel debi negatif değerde ccedilıkmıştır
(Kuumltlesel debi) ṁ=ƍ( oumlzkuumltle) x A(alan) x V( akışkan hızı)=kgsn ndash Formuluumlnden
dolayı verimin hesaplanmasına gerek yoktur
48
BOumlLUumlM 5 EKLER
EK1- MEVCUT FAN
EK2- YENİ FAN
49
KAYNAKCcedilA
Baykal R 2011 Asenkron Motorlar Uumlzerine Enerjiİ Verimliliği Uygulanması
Yayın Tarihi 15032011
Ccedilalışkan M 2014 Eksenel Akışlı Fan Tasarımı Yuumlksek Lisans İstanbul Teknik
Uumlniversitesi TUumlRKİYE
Moavani S 2015 Sonlu Elemanlar Analizi Teorisi ve Ansys ile Uygulamalar
İstanbul
Onaygil S 2006 Enerji Verimliliği Kanunun Tanıtımı Yuumlksek Lisans
URL1 lthttpdeneysancomContentimagesdocumentshavalandirma-
4_39143832pdfgt Erişim Tarihi 12032016
URL2 lt httpwwweiegovtrgt Erişim Tarihi 20042016
URL3 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi
12052016
URL4 ltwwwtuumlikgovtrgt Erişim Tarihi 14052016
URL5 ltwwwemoorgtrekler364734147179187_ekpdfgt Erişim Tarihi 16052016
URL6 ltwwwinverter-plcnetmotoryıldız_uumlccedilgen_bağlantıhtmlgt Erişim Tarihi
18052016
URL7 ltwwweiegovtreie-webturkceenMotor_Verimliligi_Brosurupdfgt Erişim
Tarihi 20052016
URL8 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi
07062016
URL9 ltwwwfigescomtransysansys-nedirphpgt Erişim Tarihi 09062016
50
OumlZGECcedilMİŞLER
Elif CcedilİCcedilEK
Eyluumll 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Duumlzce Anadolu İmamhatip Lisesinde
tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi İlahiyat Fakuumlltesirsquoni kazandı 2012 yılında
Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine
başladı Halen eğitimine devam etmektedir
İletişim
apsuvaelifhotmailcom
Nesrin ALTUNBOĞA
Ağustos 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Haydarpaşa Teknik Okulları Raylı
Sistemler Teknolojileri Boumlluumlmuumlnuuml tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi
Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Boumlluumlmuumlnuuml kazandı Halen eğitimine
devam etmektedir
İletişim
naltunbogagmailcom
Rumeysa ALGUumlL
Ekim 1992rsquo de Konyarsquoda doğdu Lise oumlğrenimini Lafarge Aslan Ccedilimento Anadolu
Teknik Lisesirsquonde 2010 yılında tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi Teknoloji
Fakuumlltesi Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliğini kazandı 2013 yılında Teknoloji
Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine başladı Halen eğitimine devam
etmektedir
İletişim
rumeysaalgulgmailcom
51
52
26
32 ANSYS PROGRAMI
ANSYS genel amaccedillı kullanılan sonlu elemanlar programıdır Ansys yazılımı
mukavemet titreşim akışkanlar mekaniği ısı transferi ve elektromanyetik alanlarının
birbiri ile olan interaksiyonunu simule eden yazılımdır
Boumlylelikle ANSYS uumlruumlnlerin prototipleri uumlretilmeden sanal ortamda test edilmelerine
olanak sağlar Ayrıca sanal ortamdaki 3 boyutlu simulasyonlar neticesinde yapıların
zayıf noktalarının tespiti ve iyileştirilmesi ile oumlmuumlr hesaplarının gerccedilekleştirilmesi ve
muhtemel problemlerin oumlngoumlruumllmesi muumlmkuumln olmaktadır
ANSYS yazılımı sadece ihtiyaccedil duyulan oumlzelliklerin alınmasına fırsat vererek ilave
edilebilen CAD ve FEA bağlantı modulleri ile masa uumlstuumlnde kullanılan diğer
muumlhendislik yazılımları ile entegre bir şekilde ccedilalışabilmektedir
ANSYS yazılımı hem dışarıdan CAD datalarını alabilmekte hem de iccedilindeki
preprocessing imkacircnları ile geometri oluşturulmasına izin vermektedir Yine aynı
preprocessr iccedilinde hesaplama iccedilin gerekli olan sonlu elemanlar modeli yani mesh de
oluşturulmaktadır Yuumlklerin tanımlanmasından sonra ve gerccedilekleştirilen analiz
neticesinde sonuccedillar sayısal ve grafiksel olarak elde edilebilir
ANSYS yazılımı ile oumlzellikle contact algoritmalarının ccedileşitliliği zamana bağımlı
yuumlkleme oumlzellikleri ve nonlinear malzeme modelleri sayesinde yuumlksek muumlhendislik
seviyedeki analizleri hızlı guumlvenilir ve pratik bir şekilde gerccedilekleştirilebilmektedir
ANSYS Workbench parametrik CAD sistemlerini eşsiz bir otomasyon ve performans
ile simulasyon teknolojilerini entegre eden bir platformdur ANSYS Workbenchrsquoin
guumlcuuml yılların bilgi birikimi ile arkasında duran ANSYS ccediloumlzuumlcuuml algoritmalarından gelir
Ayrıca ANSYS Workbenchrsquoin amacı sanal ortamda uumlruumlnuumln verifikasyonunu ve
iyileştirmesini sağlamaktır
Oumlzellikle PC ile uyumluluğun uumlst seviyede olabilmesi iccedilin yazılmış olan ANSYS
Workbench sadece bir arayuumlzden ileri bir ccedilalışma ortamındır ve ANSYS Workbench
ile herhangi bir ANSYS lisansına sahip herkes ccedilalışabilir Aynı alışılagelmiş ANSYS
arabiriminde olduğu gibi ANSYS Workbenchrsquode de kapasiteler sahip olunan lisansın
doğrultusunda sınırlıdır (URL9)
27
ANSYS programının bu oumlzelliklerinden dolayı programı kullanmaya karar verdik
Ansys programının oumlncellikle akışkan mekaniği ve dinamiğinde kullanılan iki ayrı
boumlluumlmuuml bulunmaktadır Bu boumlluumlmler Fluent ve CFX boumlluumlmleridir Bizim
kullandığımız boumlluumlm ise ANSYS CFX boumlluumlmuumlduumlr
33 MEVCUT FAN UumlZERİNDE YAPILAN ANALİZLER
ANSY projesinde oumlncelikle CFX kısmını kullanıldı Ccediluumlnkuuml ANSYS programında
CFX ve Fluent programı hesaplamalı akışkanlar dinamiği iccedilin kullanılmaktadır Ancak
ANSYS CFX turbo makinalar iccedilin kullanıldığından oumlnceden de goumlsterildiği gibi bir
nod alırken huumlcrelerin orta noktalarından nod hesabı yaptığı iccedilin verdiği değerler fan
analizi iccedilin daha iyi bir yakınsama goumlsterir Bu sebeple ANSYS CFX kısmı kullanıldı
İlk olarak mevcut fan uumlzerinde ccedileşitli incelemeler yapıldı
Mevcut fan uumlzerinde 10 kanat var iken suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilok fazla olduğu saptandı
Bunun uumlzerine motorun akışını kolaylaştırma yoluna gidildi
Havayı oluklara daha iyi aktarabilecek kısım fanın kanat boyu olduğu iccedilin fanın
kanatlarının uzunluğunda değişiklik yapılmasına karar verildi
Fandan ccedilekilen debi miktarı ve tork değerlerini tam alabilmek ve mevcut fanın
verimini oumllccedilebilmek iccedilin oumlncelikle esas oumllccediluumllerine goumlre ccedilizilen fan ANSYS
programına aktarıldı File gt Import gt Design Moduler şeklinde SolidWorksrsquo ten
ANSYS programına aktarıldı
Şekil 19 SolidWorksrsquo ten İmport Etmek
28
Fanın ccedilevresinde akış hacmi oluşturmak iccedilin katı modelin ccedilevresindeki hava
modellenir
331 Geometri
Oluşturulan akış hacminde havanın giriş ve ccedilıkış kısımları İnlet-Outlet şeklinde
belirtilir
Analys tools komutlarından xy duumlzleminde halka oluşturulur
Burada modeling kısmı 3 boyutlu işlem yapacağı zaman seccedililen kısımdır
Aşağıdaki şekilde de goumlruumlleceği uumlzere
Şekil 20 Akış Alanı Belirleme
Burada exturude komutuyla birlikte oluşturulacak akış hacminin kaccedil mm
uzatılacağı belirtilir Hepsini bir buumltuumln haline getirmemek iccedilin lsquovar olanla
birleştirilsin mirsquo sorusuna hayır denilir
Daha sonra ccedilevresine yayılan boşluk iccedilin Outlet tanımlaması yapılır
Bu işlemleri gerccedilekleştirdikten sonra kesit gerekir İlk oumlnce plane (duumlzlem)
belirlenir Bunun iccedilin hangi duumlzlemi seccedililecek ise (oumlrneğin xy) onu seccedilip plane
tıklanır Plane boumllgesinden ne kadar uzakta olacağı belirlenir Biz de değer 34 mmrsquo
dir Ccediluumlnkuuml kanatların boyu 31 mm olduğundan mesh atamada sorun ccedilıkmaması
29
iccedilin 34 mm uzaklıkta bir plane atanır Bu Planersquoi slice komutuyla keserek 3 farklı
boumllge oluşturulmuş olur
Akışkan hacmini oluşturmak iccedilin dolu olan kısımlar belirlenip ona goumlre hareket
edilir Bunun iccedilinde milin iccedilini dolu kabul edilir
Akışkan hacmi iccedilin yapılan bir diğer işlem ise oluşturulan hacimden fanın hacmini
booelangt substrack komutları ile akışkan hacminin bulunmasıdır
Mevcut fanın uumlzerine sağ tıklanarak ve suppress body komutu seccedililir Boumlylelikle
fanı gizleyerek sadece akışkan hacmi goumlruumlluumlr
Daha sonra oluşan parccedilaların arasında boşluk olmaması iccedilin ve bağlantı sağlamak
iccedilin part kısımlarını seccedililerek sağ tıklanır from new part seccedililir
Şekil 21 Slice Komutu ile Boumllgelere Ayırma
30
Şekil 22 Parccedilalar Arası Bağlantının Sağlandığı FromNew Part Boumlluumlmuuml
Mesh kısmını suumlruumlkleyip project schematic boumlluumlme bırakılır Bu boumlluumlmde geometri
onaylanır ve en altta bulunan meshrsquoe tıklanır
332 Sayısal Ağ Oluşturma (Mesh)
Şekil 23 Mesh oluşturma
31
Şekil 24 Mesh Geometrisi
Sonlu sayıda hacimle ccedilalışıldığından sonlu sayıda hacime boumllmek gerekir Sonlu
sayıda hacime boumlluumlnen kısımlar farklı farklı olabilir
Bu huumlcreler kapsadığı alanın oumlzelliklerini yansıtır Bunların ccedilevresindeki nodlar
bunların ortalaması ile belli bir oumlzelliğe sahip olmuş olur
Bu huumlcrelerin arttırılması yani ayrıştırmaların ccediloğaltılması ne kadar fazla olursa o
kadar yakınsama olur ve ccediloumlzuumlm iyileşir
Ancak sayısal ağ ccedilok fazla attırıldığında ccediloumlzuumlm suumlresi ccedilok fazla artacağından
ekonomik değildir
Bu sebepten dolayı mesh ( ayrıştırma) atarken akışkanın en fazla değişim
goumlstereceği kısımlarda daha fazla sayısal ağ oluşturulur Boumlylelikle daha iyi bir
yakınsama elde edilir Akışkanın değişim goumlstereceği yerler genellikle yuumlzeylerle
temas edilen kısımlardır Mevcut fanın analizin de orta kısımlarda pek fazla
değişiklik olmaz Bu nedenle sınırlara yakın kısımlara daha fazla ağ oluşturulur
Detail of Mesh kısmından hangi kısımlarda ne kadar buumlyuumlkluumlkte mesh
atılabileceğine bakılır
32
Detail of Mesh kısmından Phsics preference kısmı seccedililerek CFDrsquoi seccedililir Solver
Preference kısmından ise CFXrsquoi seccedilip devam edilir
Analiz yaparken belirlenmesi gereken kısımlar vardır Bunun iccedilin diğer kısımlar
seccedililerek hide body seccedililerek kapatılır ve select all body seccedililerek kanatlara isim
verilir
Şekil 25 Mesh İsimlendirme
Akışkanın girişine inlet ccedilıkışına outlet denilir
Mesh atımında minimum yakalayacağı huumlcreler ile maksimum yakalayacağı
huumlcrelerin milimetre hesabı oumlnemlidir Bu yuumlzden kanadın kalınlığı 25 mm olduğu
iccedilin 2 mmrsquo den az olan huumlcre belirlenir Maksimum 15 mmrsquo den buumlyuumlk huumlcreler
olması duumlşuumlnuumllerek analizin yakınsaması sağlandı
Meshrsquoi tıklayıp oradan insert size kısmın da bulunan isimlerde kanatlar seccedililir
Kanatlara maksimum 3 mm buumlyuumlkluumlk seccedililir Devamında ise kanatları hide face
komutuyla gizlenir ve geriye kalan kısımlar iccedilin sizing iccedilin yine 3 mm verilir
Daha sonra kanat ve ccedilevresine ccedilizilen akış hacmi seccedililerek tekrar size kısmından
buumltuumlnuumlne 8 mm verilir Bu kısım iccedilin mesh atanır Yuumlzeyler seccedililerek Preview
Surface Mesh on Selected Bodies denilir ve mesh işlemi tamamlanmış olur
33
Şekil 26 Meshrsquo in Goumlsterimi
Ancak mesh işleminde silindirik yuumlzeylerde sweep komutuyla daha kolay mesh
atılabileceği iccedilin istenen yuumlzey iccedilin sağ tıklayıp İnsertgt Method gtSweep Number
Divs komutlarından kaccedil sıra mesh atılacağı belirlenir 20 sıra vererek mesh atıldı
Suumlpuumlrme işlemi ile mesh atarken hangi yuumlzeyi kaynak olarak alınacağı da
boumlylelikle belirlenmiş olur
Mesh sayfasını kapatıp daha sonrasında workbench kısmında meshin uumlzerine cfx
kısmını bırakılır
Mesh setupgt solutiongt results dan sonuccedillar elde edilir
Daha sonra geometry design da motorun kapağına uygun bir sınır belirlenerek
analiz yapılır
Geometriyi duumlzenlenerek CFXrsquo e aktarılır
Daha oumlncesinde de bahsedildiği uumlzere ANSYS de CFX kullanıldı CFX
kullanılmasının bir diğer sebebi de CFXrsquo in fan konusunda ANSYSlsquo in mesh
kısmından daha bağımsız ve daha hassas olmasıdır
Yapılan isimlendirmeler tekrar kontrol edilir Her farklı işlev iccedilin farklı
isimlendirme yapmak ccedilok oumlnemlidir boumlylece havanın nereden girip ne şekilde
ccedilıkacağını isimlendirmelerden goumlruumllebilir Ve bu isimlendirmeler iccedilin ayrı ayrı kod
yazılır
34
333 Sınır Şartları
Şekil 27 Sınır Şartlarının Belirlenmiş Hali
ANSYS setup kısmında Insert gt Solver gt Output Control komutları seccedililerek code
yazılır MassFlow ()inlet gt Torque_z()kanatlar olarak giriş kısmının kuumltlesel
debisi iccedilin komut yazılır
Ayrıca Insert gt Material kısmından sıcaklığı 25reg basıncı 1 atm entalpi değerini 0
olarak şartları belirlenir
Malzemenin kapak kısmı ccedilelik olarak belirlenir
Solver Control kısmından high resuluiton seccedililerek ccediloumlzuumlmuumln kalitesi arttırılır
Solver Control kısmından Residual Target artık tipini RMS olarak ve onun
yakınsama sınırı 10-5 belirlenir Rms elemanların karelerinin koumlkuumlnuuml alarak
ortalamasını alan youmlntemdir
Yine Solver Control kısmından minimum iterasyonu 1 maksimum İterasyonu ise
500 verilir
İnlet kısmı belirlenirken Boundary Type ( sınır şartları) opening olarak seccedililir
Opening verilmesindeki amaccedil akışkanların iccedileriden girip dışarıya ccedilıkışlarının
sağlanmasıdır Aksi halde ccediloumlzuumlmuumln yakınsamasın da sorunlar oluşabilir Opening
şartında ayrıca akışkan daha ccedilabuk toparlanır ve analiz daha kolaylaşır
Flow Direction komutunda normal sınır şartları belirlenir
Suumlreklilik şartı olarak da Fluid Mass Fluxrsquou seccedililir Bunun yanında sınır kontuumlruuml
iccedilin bağıl basınccedil ayarlarını seccedililir Aynı şekilde outlet iccedilin de aynı ayarlar yapılır
35
Domaine basılıp kapak kısımları ve motor kısımları seccedililir Bu dış kısımları duvar
olarak belirlenir ve duvar hareket edemeyeceğinden No Slip Wall seccedileneği olarak
belirtilir Duvarları suumlrtuumlnmesiz olduğu varsayılıyor
Fan ve kanatlar kısmında Boundry Type olarak Wall olarak belirleyip Frame type
gt rotating (doumlnuumlyor) belirtilir
Ccediloumlzuumlm metodu olarak RNG k-euro modeli kullanılır
Şekil 28 Setup Koşulların Belirlenmesi
334 Ccediloumlzuumlm - Sonuccedillar
Setup kısmını kapatılarak solution ekranı ccedilift tıklanarak ccedilıkan ekran da RUN seccedililerek
ccediloumlzme işlemi başlatılmış olur
Ccediloumlzme işlemi bittiğinde results kısmından sonuccedillar goumlruumlntuumllenebilir
36
Şekil 29 Akışın Youmlnelişi
Şekil 30 Debi Sonucu
37
34 YENİ FAN TASARIMI
341 Fan Tasarımı İccedilin Kabuller
Havanın sıkıştırılamaz olduğunu kabul edildi Havanın sıkıştırılmaz olduğu
varsayılarak yoğunluğu değişmez ve 12 kgm3 olarak kabul edilir
Ccediloumlzuumlmde suumlrtuumlnmeler ve ısı kayıpları ihmal edilir Ccediluumlnkuuml bu değerlerin
hesaplanması ccedilok uzun suumlreceği iccedilin ccediloumlzuumlm youmlntemi iccedilin ekonomik olmaz
Gerccedilekle arasında ccedilok buumlyuumlk bir fark olmayacağı varsayılmıştır
Verimi arttırmak iccedilin orijinal fanın analizinden elde edilen tork değeri duumlşuumlk
tutulmaya ccedilalışılmıştır
Motorun tek bir youmlne doumlneceği duumlşuumlnuumllmuumlştuumlr
342 Fan Tasarım Parametreleri
Bir fan tasarımında belli başlı kriterleri ele alabilmek iccedilin mevcut fan uumlzerinden
değerler bulundu
Tablo 7 Mevcut Fanın Oumlzellikleri
Devir Sayısı ( ddk) r hub (mm) rtip (mm)
1498 25 77
Radyal hız hesaplandığında w= 15687 radsn bulunmuştur r hub diye isimlendirilen
kısım fanın giriş accedilısı iccedilin gerekli olan kanadın başlangıcı ile milin merkezi arasındaki
uzaklıktır r tip ise fan kanadının bitiş noktası ile mil merkezi arasındaki uzaklığın
yarıccedilap cinsinden ifadesi olmaktadır
38
Fan kanat tasarımında oumlnemli olan w (accedilısal hız)hızının kanatlara ne kadar dik
gelebildiğidir Bu kanat hacmine ne kadar iyi bir şekilde gelirse akışkan o denli iyi
akabilir ve kanat profili oluşur
U_hub= w (radsn) x r hub
U_tip = w x r tip
Beta = arctan(vu)
A_inlet= (r tip 1000)sup2π ndash r hub 1000)sup2π
Verim= (Q x P) (TxW)
V (akışın mutlak hızı)= Debi Alan
Tablo 8 Sonuccedil olarak elde edilen değerler
r_h (mm) 25 r_t (mm) 77 r_h (mm) 50 r_t (mm) 80
U_h (ms) 3927 U_t (ms) 1209516 U_h (ms) 7854 U_t (ms) 125664
A_in (m^2) 0016663 A_out (m^2)0012252
V_in (ms) 2350516 V_out 3196702
beta_h 5909726 beta_t 7900249 beta_h 678529 beta_t 7572755
giriş ccedilıkış
Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları
Bu değerlere goumlre BladeGende yeni bir kanat profili oluşturulur
r tip
r hub
Şekil 31 Fan Kanatlarının Accedilısı
39
Şekil 32 BladeGen Kanat Profili
Oluşturduğumuz bu geometriye daha oumlnceki boumlluumlmde bahsedilen fana yapılan adımlar
uygulandı (Yeni oluşturulan fanın geometrik deseni ektedir)
40
3421 Geometri
Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi
3422 Sayısal Ağ Oluşturma
Şekil 34 Yeni Fan Tasarımının Sayısal Ağ Oluşturulması
41
3423 Ccediloumlzuumlm
Şekil 35 Tasarımı Yapılan Fanın Verimi
Accumulated Time Step sayısı iterasyonu goumlstermektedir Daha fazla yakınsama iccedilin
daha fazla koşturulabilir
42
Şekil 36 Tasarımı Yapılan Fanın Torku
43
3423 Sonuccedillar
Şekil 37 Akışın Youmlnelişi
Bu kısımda verimi arttırabilmek iccedilin tork azaltılmaya ccedilalışıldı Boumlylece kanatlara
harcanan toplam guumlccedil azaltılarak iyileştirmeler yapıldı
44
Kanadın iş yapan kısmını arttırarak orijinal fanda kanadın suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilapı
154 mm iken yeni fan da 160 mmrsquoye ccedilıkarıldı
Kanatlar daha eğimli ama daha eksenel bir forma getirildi
Bu motorda toplam guumlccedil iccedilin 60 watt olduğunda yaklaşık 6 wattrsquo lık guumlccedil fan iccedilin
harcanıyordu Fanın verimliliği ccedilok oumlnemli olduğu iccedilin debiyi sabit tutulmaya
torku da duumlşuumlruumllmeye ccedilalışıldı
Tablo 9 ANSYSrsquo de Elde Edilen Deneyler
tork(Nm) w(radsn) m(kgs)
Orijinal Fan 00393645 15687 0048168
Yeni Fan 00043869 15687 0032261
Goumlruumllduumlğuuml gibi tork buumlyuumlk oranda duumlşmuumlş ancak onunla birlikte debi de biraz
duumlşmuumlştuumlr
343 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanması
Motorun arka ve oumln kısımlarına sırt sırta fan bağlayarak havanın akışını hızlandırma
ve soğutmayı arttırma işlemi amaccedillandı Gerccedilek boyutlarda uygulamadan oumlnce fanı
motor şeklini verilen kısım da tek başına analiz yapıldı Verimli bir sonuccedil alabilmek
iccedilin ikili fan deneyi yapıldı
3431 Geometri
Şekil 38 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Geometrisi
45
3432 Sayısal Ağ Oluşturma
Şekil 39 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Sayısal Ağ
Oluşturulması
Yapılan analiz de goumlzlemlenen sonuccedillar şunlardır
Bir motorun etrafında sınırlayıcı bir alan olmadığı iccedilin sınır şartları olarak setup
kısmında yine havayı 1 atm basınccedil olarak alınır Eğer sınırlayıcı bir alan olsaydı
oluklardan hava akışı doğrudan motorun arka kısmına gelecekti Ccedilıkış noktasına ise
kapak yerleştirildi giriş noktasında atmosfer ccedilıkışı ise kapak olarak sınırlandı
3433 Kod Ccediloumlzuumlmuuml
Debi ndash 000064 mᵌ sn olarak ccedilıktı Motorun hava ccedilıkış kısmına fan bağlamanın verimli
olmadığı sonucuna varıldı Oumlnceden oluşturulan oluklardaki 1cmrsquolik aralıklarla
havanın geniş bir alana gitmesi ccedilok zordur Ve bu akışı goumlnderebilmek iccedilin fazladan
basınccedil uygulanması gerekir Bu sebepler debinin duumlşmesine sebep olmuştur
46
Şekil 40 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Ccediloumlzuumlmuuml
47
BOumlLUumlM 4 SONUCcedilLAR
Verim= (Alınan Guumlccedil Verilen Guumlccedil)= (∆P x Q) (T x ὠ)
A_inlet = (r_tip)2 1000 - (r_hub)21000
A_outlet =( U_h1000)2 - (U-t1000)2
U= ὠ x r
Fan hesaplarıdan debi değeri ve tork değeri duumlşmuumlştuumlr Aşağıda yeni fanımızın verimi
yukarıdaki formuumlllere goumlre excelde hesaplanmıştır
tork(Nm) w(radsn) ṁ(kgm^3) verim deltap (Pa)
Orijinal Fan 00393645 15687 00391 60152783 95
Yeni Fan 00043869 15687 0039167 54068744
Tabloda da goumlruumllduumlğuuml uumlzere eski fanın oumlzelliklerine bakılarak hız uumlccedilgeni youmlntemiyle
oluşturulan yeni fan 540 verimli ccedilıkmıştır
Motorun oumln kısmın koyduğumuz fanda ise dar oluklardan buumlyuumlk bir hacime giriş
yaptığı iccedilin tek youmlnluuml analizde kuumltlesel debi negatif değerde ccedilıkmıştır
(Kuumltlesel debi) ṁ=ƍ( oumlzkuumltle) x A(alan) x V( akışkan hızı)=kgsn ndash Formuluumlnden
dolayı verimin hesaplanmasına gerek yoktur
48
BOumlLUumlM 5 EKLER
EK1- MEVCUT FAN
EK2- YENİ FAN
49
KAYNAKCcedilA
Baykal R 2011 Asenkron Motorlar Uumlzerine Enerjiİ Verimliliği Uygulanması
Yayın Tarihi 15032011
Ccedilalışkan M 2014 Eksenel Akışlı Fan Tasarımı Yuumlksek Lisans İstanbul Teknik
Uumlniversitesi TUumlRKİYE
Moavani S 2015 Sonlu Elemanlar Analizi Teorisi ve Ansys ile Uygulamalar
İstanbul
Onaygil S 2006 Enerji Verimliliği Kanunun Tanıtımı Yuumlksek Lisans
URL1 lthttpdeneysancomContentimagesdocumentshavalandirma-
4_39143832pdfgt Erişim Tarihi 12032016
URL2 lt httpwwweiegovtrgt Erişim Tarihi 20042016
URL3 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi
12052016
URL4 ltwwwtuumlikgovtrgt Erişim Tarihi 14052016
URL5 ltwwwemoorgtrekler364734147179187_ekpdfgt Erişim Tarihi 16052016
URL6 ltwwwinverter-plcnetmotoryıldız_uumlccedilgen_bağlantıhtmlgt Erişim Tarihi
18052016
URL7 ltwwweiegovtreie-webturkceenMotor_Verimliligi_Brosurupdfgt Erişim
Tarihi 20052016
URL8 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi
07062016
URL9 ltwwwfigescomtransysansys-nedirphpgt Erişim Tarihi 09062016
50
OumlZGECcedilMİŞLER
Elif CcedilİCcedilEK
Eyluumll 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Duumlzce Anadolu İmamhatip Lisesinde
tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi İlahiyat Fakuumlltesirsquoni kazandı 2012 yılında
Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine
başladı Halen eğitimine devam etmektedir
İletişim
apsuvaelifhotmailcom
Nesrin ALTUNBOĞA
Ağustos 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Haydarpaşa Teknik Okulları Raylı
Sistemler Teknolojileri Boumlluumlmuumlnuuml tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi
Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Boumlluumlmuumlnuuml kazandı Halen eğitimine
devam etmektedir
İletişim
naltunbogagmailcom
Rumeysa ALGUumlL
Ekim 1992rsquo de Konyarsquoda doğdu Lise oumlğrenimini Lafarge Aslan Ccedilimento Anadolu
Teknik Lisesirsquonde 2010 yılında tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi Teknoloji
Fakuumlltesi Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliğini kazandı 2013 yılında Teknoloji
Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine başladı Halen eğitimine devam
etmektedir
İletişim
rumeysaalgulgmailcom
51
52
27
ANSYS programının bu oumlzelliklerinden dolayı programı kullanmaya karar verdik
Ansys programının oumlncellikle akışkan mekaniği ve dinamiğinde kullanılan iki ayrı
boumlluumlmuuml bulunmaktadır Bu boumlluumlmler Fluent ve CFX boumlluumlmleridir Bizim
kullandığımız boumlluumlm ise ANSYS CFX boumlluumlmuumlduumlr
33 MEVCUT FAN UumlZERİNDE YAPILAN ANALİZLER
ANSY projesinde oumlncelikle CFX kısmını kullanıldı Ccediluumlnkuuml ANSYS programında
CFX ve Fluent programı hesaplamalı akışkanlar dinamiği iccedilin kullanılmaktadır Ancak
ANSYS CFX turbo makinalar iccedilin kullanıldığından oumlnceden de goumlsterildiği gibi bir
nod alırken huumlcrelerin orta noktalarından nod hesabı yaptığı iccedilin verdiği değerler fan
analizi iccedilin daha iyi bir yakınsama goumlsterir Bu sebeple ANSYS CFX kısmı kullanıldı
İlk olarak mevcut fan uumlzerinde ccedileşitli incelemeler yapıldı
Mevcut fan uumlzerinde 10 kanat var iken suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilok fazla olduğu saptandı
Bunun uumlzerine motorun akışını kolaylaştırma yoluna gidildi
Havayı oluklara daha iyi aktarabilecek kısım fanın kanat boyu olduğu iccedilin fanın
kanatlarının uzunluğunda değişiklik yapılmasına karar verildi
Fandan ccedilekilen debi miktarı ve tork değerlerini tam alabilmek ve mevcut fanın
verimini oumllccedilebilmek iccedilin oumlncelikle esas oumllccediluumllerine goumlre ccedilizilen fan ANSYS
programına aktarıldı File gt Import gt Design Moduler şeklinde SolidWorksrsquo ten
ANSYS programına aktarıldı
Şekil 19 SolidWorksrsquo ten İmport Etmek
28
Fanın ccedilevresinde akış hacmi oluşturmak iccedilin katı modelin ccedilevresindeki hava
modellenir
331 Geometri
Oluşturulan akış hacminde havanın giriş ve ccedilıkış kısımları İnlet-Outlet şeklinde
belirtilir
Analys tools komutlarından xy duumlzleminde halka oluşturulur
Burada modeling kısmı 3 boyutlu işlem yapacağı zaman seccedililen kısımdır
Aşağıdaki şekilde de goumlruumlleceği uumlzere
Şekil 20 Akış Alanı Belirleme
Burada exturude komutuyla birlikte oluşturulacak akış hacminin kaccedil mm
uzatılacağı belirtilir Hepsini bir buumltuumln haline getirmemek iccedilin lsquovar olanla
birleştirilsin mirsquo sorusuna hayır denilir
Daha sonra ccedilevresine yayılan boşluk iccedilin Outlet tanımlaması yapılır
Bu işlemleri gerccedilekleştirdikten sonra kesit gerekir İlk oumlnce plane (duumlzlem)
belirlenir Bunun iccedilin hangi duumlzlemi seccedililecek ise (oumlrneğin xy) onu seccedilip plane
tıklanır Plane boumllgesinden ne kadar uzakta olacağı belirlenir Biz de değer 34 mmrsquo
dir Ccediluumlnkuuml kanatların boyu 31 mm olduğundan mesh atamada sorun ccedilıkmaması
29
iccedilin 34 mm uzaklıkta bir plane atanır Bu Planersquoi slice komutuyla keserek 3 farklı
boumllge oluşturulmuş olur
Akışkan hacmini oluşturmak iccedilin dolu olan kısımlar belirlenip ona goumlre hareket
edilir Bunun iccedilinde milin iccedilini dolu kabul edilir
Akışkan hacmi iccedilin yapılan bir diğer işlem ise oluşturulan hacimden fanın hacmini
booelangt substrack komutları ile akışkan hacminin bulunmasıdır
Mevcut fanın uumlzerine sağ tıklanarak ve suppress body komutu seccedililir Boumlylelikle
fanı gizleyerek sadece akışkan hacmi goumlruumlluumlr
Daha sonra oluşan parccedilaların arasında boşluk olmaması iccedilin ve bağlantı sağlamak
iccedilin part kısımlarını seccedililerek sağ tıklanır from new part seccedililir
Şekil 21 Slice Komutu ile Boumllgelere Ayırma
30
Şekil 22 Parccedilalar Arası Bağlantının Sağlandığı FromNew Part Boumlluumlmuuml
Mesh kısmını suumlruumlkleyip project schematic boumlluumlme bırakılır Bu boumlluumlmde geometri
onaylanır ve en altta bulunan meshrsquoe tıklanır
332 Sayısal Ağ Oluşturma (Mesh)
Şekil 23 Mesh oluşturma
31
Şekil 24 Mesh Geometrisi
Sonlu sayıda hacimle ccedilalışıldığından sonlu sayıda hacime boumllmek gerekir Sonlu
sayıda hacime boumlluumlnen kısımlar farklı farklı olabilir
Bu huumlcreler kapsadığı alanın oumlzelliklerini yansıtır Bunların ccedilevresindeki nodlar
bunların ortalaması ile belli bir oumlzelliğe sahip olmuş olur
Bu huumlcrelerin arttırılması yani ayrıştırmaların ccediloğaltılması ne kadar fazla olursa o
kadar yakınsama olur ve ccediloumlzuumlm iyileşir
Ancak sayısal ağ ccedilok fazla attırıldığında ccediloumlzuumlm suumlresi ccedilok fazla artacağından
ekonomik değildir
Bu sebepten dolayı mesh ( ayrıştırma) atarken akışkanın en fazla değişim
goumlstereceği kısımlarda daha fazla sayısal ağ oluşturulur Boumlylelikle daha iyi bir
yakınsama elde edilir Akışkanın değişim goumlstereceği yerler genellikle yuumlzeylerle
temas edilen kısımlardır Mevcut fanın analizin de orta kısımlarda pek fazla
değişiklik olmaz Bu nedenle sınırlara yakın kısımlara daha fazla ağ oluşturulur
Detail of Mesh kısmından hangi kısımlarda ne kadar buumlyuumlkluumlkte mesh
atılabileceğine bakılır
32
Detail of Mesh kısmından Phsics preference kısmı seccedililerek CFDrsquoi seccedililir Solver
Preference kısmından ise CFXrsquoi seccedilip devam edilir
Analiz yaparken belirlenmesi gereken kısımlar vardır Bunun iccedilin diğer kısımlar
seccedililerek hide body seccedililerek kapatılır ve select all body seccedililerek kanatlara isim
verilir
Şekil 25 Mesh İsimlendirme
Akışkanın girişine inlet ccedilıkışına outlet denilir
Mesh atımında minimum yakalayacağı huumlcreler ile maksimum yakalayacağı
huumlcrelerin milimetre hesabı oumlnemlidir Bu yuumlzden kanadın kalınlığı 25 mm olduğu
iccedilin 2 mmrsquo den az olan huumlcre belirlenir Maksimum 15 mmrsquo den buumlyuumlk huumlcreler
olması duumlşuumlnuumllerek analizin yakınsaması sağlandı
Meshrsquoi tıklayıp oradan insert size kısmın da bulunan isimlerde kanatlar seccedililir
Kanatlara maksimum 3 mm buumlyuumlkluumlk seccedililir Devamında ise kanatları hide face
komutuyla gizlenir ve geriye kalan kısımlar iccedilin sizing iccedilin yine 3 mm verilir
Daha sonra kanat ve ccedilevresine ccedilizilen akış hacmi seccedililerek tekrar size kısmından
buumltuumlnuumlne 8 mm verilir Bu kısım iccedilin mesh atanır Yuumlzeyler seccedililerek Preview
Surface Mesh on Selected Bodies denilir ve mesh işlemi tamamlanmış olur
33
Şekil 26 Meshrsquo in Goumlsterimi
Ancak mesh işleminde silindirik yuumlzeylerde sweep komutuyla daha kolay mesh
atılabileceği iccedilin istenen yuumlzey iccedilin sağ tıklayıp İnsertgt Method gtSweep Number
Divs komutlarından kaccedil sıra mesh atılacağı belirlenir 20 sıra vererek mesh atıldı
Suumlpuumlrme işlemi ile mesh atarken hangi yuumlzeyi kaynak olarak alınacağı da
boumlylelikle belirlenmiş olur
Mesh sayfasını kapatıp daha sonrasında workbench kısmında meshin uumlzerine cfx
kısmını bırakılır
Mesh setupgt solutiongt results dan sonuccedillar elde edilir
Daha sonra geometry design da motorun kapağına uygun bir sınır belirlenerek
analiz yapılır
Geometriyi duumlzenlenerek CFXrsquo e aktarılır
Daha oumlncesinde de bahsedildiği uumlzere ANSYS de CFX kullanıldı CFX
kullanılmasının bir diğer sebebi de CFXrsquo in fan konusunda ANSYSlsquo in mesh
kısmından daha bağımsız ve daha hassas olmasıdır
Yapılan isimlendirmeler tekrar kontrol edilir Her farklı işlev iccedilin farklı
isimlendirme yapmak ccedilok oumlnemlidir boumlylece havanın nereden girip ne şekilde
ccedilıkacağını isimlendirmelerden goumlruumllebilir Ve bu isimlendirmeler iccedilin ayrı ayrı kod
yazılır
34
333 Sınır Şartları
Şekil 27 Sınır Şartlarının Belirlenmiş Hali
ANSYS setup kısmında Insert gt Solver gt Output Control komutları seccedililerek code
yazılır MassFlow ()inlet gt Torque_z()kanatlar olarak giriş kısmının kuumltlesel
debisi iccedilin komut yazılır
Ayrıca Insert gt Material kısmından sıcaklığı 25reg basıncı 1 atm entalpi değerini 0
olarak şartları belirlenir
Malzemenin kapak kısmı ccedilelik olarak belirlenir
Solver Control kısmından high resuluiton seccedililerek ccediloumlzuumlmuumln kalitesi arttırılır
Solver Control kısmından Residual Target artık tipini RMS olarak ve onun
yakınsama sınırı 10-5 belirlenir Rms elemanların karelerinin koumlkuumlnuuml alarak
ortalamasını alan youmlntemdir
Yine Solver Control kısmından minimum iterasyonu 1 maksimum İterasyonu ise
500 verilir
İnlet kısmı belirlenirken Boundary Type ( sınır şartları) opening olarak seccedililir
Opening verilmesindeki amaccedil akışkanların iccedileriden girip dışarıya ccedilıkışlarının
sağlanmasıdır Aksi halde ccediloumlzuumlmuumln yakınsamasın da sorunlar oluşabilir Opening
şartında ayrıca akışkan daha ccedilabuk toparlanır ve analiz daha kolaylaşır
Flow Direction komutunda normal sınır şartları belirlenir
Suumlreklilik şartı olarak da Fluid Mass Fluxrsquou seccedililir Bunun yanında sınır kontuumlruuml
iccedilin bağıl basınccedil ayarlarını seccedililir Aynı şekilde outlet iccedilin de aynı ayarlar yapılır
35
Domaine basılıp kapak kısımları ve motor kısımları seccedililir Bu dış kısımları duvar
olarak belirlenir ve duvar hareket edemeyeceğinden No Slip Wall seccedileneği olarak
belirtilir Duvarları suumlrtuumlnmesiz olduğu varsayılıyor
Fan ve kanatlar kısmında Boundry Type olarak Wall olarak belirleyip Frame type
gt rotating (doumlnuumlyor) belirtilir
Ccediloumlzuumlm metodu olarak RNG k-euro modeli kullanılır
Şekil 28 Setup Koşulların Belirlenmesi
334 Ccediloumlzuumlm - Sonuccedillar
Setup kısmını kapatılarak solution ekranı ccedilift tıklanarak ccedilıkan ekran da RUN seccedililerek
ccediloumlzme işlemi başlatılmış olur
Ccediloumlzme işlemi bittiğinde results kısmından sonuccedillar goumlruumlntuumllenebilir
36
Şekil 29 Akışın Youmlnelişi
Şekil 30 Debi Sonucu
37
34 YENİ FAN TASARIMI
341 Fan Tasarımı İccedilin Kabuller
Havanın sıkıştırılamaz olduğunu kabul edildi Havanın sıkıştırılmaz olduğu
varsayılarak yoğunluğu değişmez ve 12 kgm3 olarak kabul edilir
Ccediloumlzuumlmde suumlrtuumlnmeler ve ısı kayıpları ihmal edilir Ccediluumlnkuuml bu değerlerin
hesaplanması ccedilok uzun suumlreceği iccedilin ccediloumlzuumlm youmlntemi iccedilin ekonomik olmaz
Gerccedilekle arasında ccedilok buumlyuumlk bir fark olmayacağı varsayılmıştır
Verimi arttırmak iccedilin orijinal fanın analizinden elde edilen tork değeri duumlşuumlk
tutulmaya ccedilalışılmıştır
Motorun tek bir youmlne doumlneceği duumlşuumlnuumllmuumlştuumlr
342 Fan Tasarım Parametreleri
Bir fan tasarımında belli başlı kriterleri ele alabilmek iccedilin mevcut fan uumlzerinden
değerler bulundu
Tablo 7 Mevcut Fanın Oumlzellikleri
Devir Sayısı ( ddk) r hub (mm) rtip (mm)
1498 25 77
Radyal hız hesaplandığında w= 15687 radsn bulunmuştur r hub diye isimlendirilen
kısım fanın giriş accedilısı iccedilin gerekli olan kanadın başlangıcı ile milin merkezi arasındaki
uzaklıktır r tip ise fan kanadının bitiş noktası ile mil merkezi arasındaki uzaklığın
yarıccedilap cinsinden ifadesi olmaktadır
38
Fan kanat tasarımında oumlnemli olan w (accedilısal hız)hızının kanatlara ne kadar dik
gelebildiğidir Bu kanat hacmine ne kadar iyi bir şekilde gelirse akışkan o denli iyi
akabilir ve kanat profili oluşur
U_hub= w (radsn) x r hub
U_tip = w x r tip
Beta = arctan(vu)
A_inlet= (r tip 1000)sup2π ndash r hub 1000)sup2π
Verim= (Q x P) (TxW)
V (akışın mutlak hızı)= Debi Alan
Tablo 8 Sonuccedil olarak elde edilen değerler
r_h (mm) 25 r_t (mm) 77 r_h (mm) 50 r_t (mm) 80
U_h (ms) 3927 U_t (ms) 1209516 U_h (ms) 7854 U_t (ms) 125664
A_in (m^2) 0016663 A_out (m^2)0012252
V_in (ms) 2350516 V_out 3196702
beta_h 5909726 beta_t 7900249 beta_h 678529 beta_t 7572755
giriş ccedilıkış
Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları
Bu değerlere goumlre BladeGende yeni bir kanat profili oluşturulur
r tip
r hub
Şekil 31 Fan Kanatlarının Accedilısı
39
Şekil 32 BladeGen Kanat Profili
Oluşturduğumuz bu geometriye daha oumlnceki boumlluumlmde bahsedilen fana yapılan adımlar
uygulandı (Yeni oluşturulan fanın geometrik deseni ektedir)
40
3421 Geometri
Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi
3422 Sayısal Ağ Oluşturma
Şekil 34 Yeni Fan Tasarımının Sayısal Ağ Oluşturulması
41
3423 Ccediloumlzuumlm
Şekil 35 Tasarımı Yapılan Fanın Verimi
Accumulated Time Step sayısı iterasyonu goumlstermektedir Daha fazla yakınsama iccedilin
daha fazla koşturulabilir
42
Şekil 36 Tasarımı Yapılan Fanın Torku
43
3423 Sonuccedillar
Şekil 37 Akışın Youmlnelişi
Bu kısımda verimi arttırabilmek iccedilin tork azaltılmaya ccedilalışıldı Boumlylece kanatlara
harcanan toplam guumlccedil azaltılarak iyileştirmeler yapıldı
44
Kanadın iş yapan kısmını arttırarak orijinal fanda kanadın suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilapı
154 mm iken yeni fan da 160 mmrsquoye ccedilıkarıldı
Kanatlar daha eğimli ama daha eksenel bir forma getirildi
Bu motorda toplam guumlccedil iccedilin 60 watt olduğunda yaklaşık 6 wattrsquo lık guumlccedil fan iccedilin
harcanıyordu Fanın verimliliği ccedilok oumlnemli olduğu iccedilin debiyi sabit tutulmaya
torku da duumlşuumlruumllmeye ccedilalışıldı
Tablo 9 ANSYSrsquo de Elde Edilen Deneyler
tork(Nm) w(radsn) m(kgs)
Orijinal Fan 00393645 15687 0048168
Yeni Fan 00043869 15687 0032261
Goumlruumllduumlğuuml gibi tork buumlyuumlk oranda duumlşmuumlş ancak onunla birlikte debi de biraz
duumlşmuumlştuumlr
343 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanması
Motorun arka ve oumln kısımlarına sırt sırta fan bağlayarak havanın akışını hızlandırma
ve soğutmayı arttırma işlemi amaccedillandı Gerccedilek boyutlarda uygulamadan oumlnce fanı
motor şeklini verilen kısım da tek başına analiz yapıldı Verimli bir sonuccedil alabilmek
iccedilin ikili fan deneyi yapıldı
3431 Geometri
Şekil 38 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Geometrisi
45
3432 Sayısal Ağ Oluşturma
Şekil 39 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Sayısal Ağ
Oluşturulması
Yapılan analiz de goumlzlemlenen sonuccedillar şunlardır
Bir motorun etrafında sınırlayıcı bir alan olmadığı iccedilin sınır şartları olarak setup
kısmında yine havayı 1 atm basınccedil olarak alınır Eğer sınırlayıcı bir alan olsaydı
oluklardan hava akışı doğrudan motorun arka kısmına gelecekti Ccedilıkış noktasına ise
kapak yerleştirildi giriş noktasında atmosfer ccedilıkışı ise kapak olarak sınırlandı
3433 Kod Ccediloumlzuumlmuuml
Debi ndash 000064 mᵌ sn olarak ccedilıktı Motorun hava ccedilıkış kısmına fan bağlamanın verimli
olmadığı sonucuna varıldı Oumlnceden oluşturulan oluklardaki 1cmrsquolik aralıklarla
havanın geniş bir alana gitmesi ccedilok zordur Ve bu akışı goumlnderebilmek iccedilin fazladan
basınccedil uygulanması gerekir Bu sebepler debinin duumlşmesine sebep olmuştur
46
Şekil 40 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Ccediloumlzuumlmuuml
47
BOumlLUumlM 4 SONUCcedilLAR
Verim= (Alınan Guumlccedil Verilen Guumlccedil)= (∆P x Q) (T x ὠ)
A_inlet = (r_tip)2 1000 - (r_hub)21000
A_outlet =( U_h1000)2 - (U-t1000)2
U= ὠ x r
Fan hesaplarıdan debi değeri ve tork değeri duumlşmuumlştuumlr Aşağıda yeni fanımızın verimi
yukarıdaki formuumlllere goumlre excelde hesaplanmıştır
tork(Nm) w(radsn) ṁ(kgm^3) verim deltap (Pa)
Orijinal Fan 00393645 15687 00391 60152783 95
Yeni Fan 00043869 15687 0039167 54068744
Tabloda da goumlruumllduumlğuuml uumlzere eski fanın oumlzelliklerine bakılarak hız uumlccedilgeni youmlntemiyle
oluşturulan yeni fan 540 verimli ccedilıkmıştır
Motorun oumln kısmın koyduğumuz fanda ise dar oluklardan buumlyuumlk bir hacime giriş
yaptığı iccedilin tek youmlnluuml analizde kuumltlesel debi negatif değerde ccedilıkmıştır
(Kuumltlesel debi) ṁ=ƍ( oumlzkuumltle) x A(alan) x V( akışkan hızı)=kgsn ndash Formuluumlnden
dolayı verimin hesaplanmasına gerek yoktur
48
BOumlLUumlM 5 EKLER
EK1- MEVCUT FAN
EK2- YENİ FAN
49
KAYNAKCcedilA
Baykal R 2011 Asenkron Motorlar Uumlzerine Enerjiİ Verimliliği Uygulanması
Yayın Tarihi 15032011
Ccedilalışkan M 2014 Eksenel Akışlı Fan Tasarımı Yuumlksek Lisans İstanbul Teknik
Uumlniversitesi TUumlRKİYE
Moavani S 2015 Sonlu Elemanlar Analizi Teorisi ve Ansys ile Uygulamalar
İstanbul
Onaygil S 2006 Enerji Verimliliği Kanunun Tanıtımı Yuumlksek Lisans
URL1 lthttpdeneysancomContentimagesdocumentshavalandirma-
4_39143832pdfgt Erişim Tarihi 12032016
URL2 lt httpwwweiegovtrgt Erişim Tarihi 20042016
URL3 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi
12052016
URL4 ltwwwtuumlikgovtrgt Erişim Tarihi 14052016
URL5 ltwwwemoorgtrekler364734147179187_ekpdfgt Erişim Tarihi 16052016
URL6 ltwwwinverter-plcnetmotoryıldız_uumlccedilgen_bağlantıhtmlgt Erişim Tarihi
18052016
URL7 ltwwweiegovtreie-webturkceenMotor_Verimliligi_Brosurupdfgt Erişim
Tarihi 20052016
URL8 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi
07062016
URL9 ltwwwfigescomtransysansys-nedirphpgt Erişim Tarihi 09062016
50
OumlZGECcedilMİŞLER
Elif CcedilİCcedilEK
Eyluumll 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Duumlzce Anadolu İmamhatip Lisesinde
tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi İlahiyat Fakuumlltesirsquoni kazandı 2012 yılında
Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine
başladı Halen eğitimine devam etmektedir
İletişim
apsuvaelifhotmailcom
Nesrin ALTUNBOĞA
Ağustos 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Haydarpaşa Teknik Okulları Raylı
Sistemler Teknolojileri Boumlluumlmuumlnuuml tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi
Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Boumlluumlmuumlnuuml kazandı Halen eğitimine
devam etmektedir
İletişim
naltunbogagmailcom
Rumeysa ALGUumlL
Ekim 1992rsquo de Konyarsquoda doğdu Lise oumlğrenimini Lafarge Aslan Ccedilimento Anadolu
Teknik Lisesirsquonde 2010 yılında tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi Teknoloji
Fakuumlltesi Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliğini kazandı 2013 yılında Teknoloji
Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine başladı Halen eğitimine devam
etmektedir
İletişim
rumeysaalgulgmailcom
51
52
28
Fanın ccedilevresinde akış hacmi oluşturmak iccedilin katı modelin ccedilevresindeki hava
modellenir
331 Geometri
Oluşturulan akış hacminde havanın giriş ve ccedilıkış kısımları İnlet-Outlet şeklinde
belirtilir
Analys tools komutlarından xy duumlzleminde halka oluşturulur
Burada modeling kısmı 3 boyutlu işlem yapacağı zaman seccedililen kısımdır
Aşağıdaki şekilde de goumlruumlleceği uumlzere
Şekil 20 Akış Alanı Belirleme
Burada exturude komutuyla birlikte oluşturulacak akış hacminin kaccedil mm
uzatılacağı belirtilir Hepsini bir buumltuumln haline getirmemek iccedilin lsquovar olanla
birleştirilsin mirsquo sorusuna hayır denilir
Daha sonra ccedilevresine yayılan boşluk iccedilin Outlet tanımlaması yapılır
Bu işlemleri gerccedilekleştirdikten sonra kesit gerekir İlk oumlnce plane (duumlzlem)
belirlenir Bunun iccedilin hangi duumlzlemi seccedililecek ise (oumlrneğin xy) onu seccedilip plane
tıklanır Plane boumllgesinden ne kadar uzakta olacağı belirlenir Biz de değer 34 mmrsquo
dir Ccediluumlnkuuml kanatların boyu 31 mm olduğundan mesh atamada sorun ccedilıkmaması
29
iccedilin 34 mm uzaklıkta bir plane atanır Bu Planersquoi slice komutuyla keserek 3 farklı
boumllge oluşturulmuş olur
Akışkan hacmini oluşturmak iccedilin dolu olan kısımlar belirlenip ona goumlre hareket
edilir Bunun iccedilinde milin iccedilini dolu kabul edilir
Akışkan hacmi iccedilin yapılan bir diğer işlem ise oluşturulan hacimden fanın hacmini
booelangt substrack komutları ile akışkan hacminin bulunmasıdır
Mevcut fanın uumlzerine sağ tıklanarak ve suppress body komutu seccedililir Boumlylelikle
fanı gizleyerek sadece akışkan hacmi goumlruumlluumlr
Daha sonra oluşan parccedilaların arasında boşluk olmaması iccedilin ve bağlantı sağlamak
iccedilin part kısımlarını seccedililerek sağ tıklanır from new part seccedililir
Şekil 21 Slice Komutu ile Boumllgelere Ayırma
30
Şekil 22 Parccedilalar Arası Bağlantının Sağlandığı FromNew Part Boumlluumlmuuml
Mesh kısmını suumlruumlkleyip project schematic boumlluumlme bırakılır Bu boumlluumlmde geometri
onaylanır ve en altta bulunan meshrsquoe tıklanır
332 Sayısal Ağ Oluşturma (Mesh)
Şekil 23 Mesh oluşturma
31
Şekil 24 Mesh Geometrisi
Sonlu sayıda hacimle ccedilalışıldığından sonlu sayıda hacime boumllmek gerekir Sonlu
sayıda hacime boumlluumlnen kısımlar farklı farklı olabilir
Bu huumlcreler kapsadığı alanın oumlzelliklerini yansıtır Bunların ccedilevresindeki nodlar
bunların ortalaması ile belli bir oumlzelliğe sahip olmuş olur
Bu huumlcrelerin arttırılması yani ayrıştırmaların ccediloğaltılması ne kadar fazla olursa o
kadar yakınsama olur ve ccediloumlzuumlm iyileşir
Ancak sayısal ağ ccedilok fazla attırıldığında ccediloumlzuumlm suumlresi ccedilok fazla artacağından
ekonomik değildir
Bu sebepten dolayı mesh ( ayrıştırma) atarken akışkanın en fazla değişim
goumlstereceği kısımlarda daha fazla sayısal ağ oluşturulur Boumlylelikle daha iyi bir
yakınsama elde edilir Akışkanın değişim goumlstereceği yerler genellikle yuumlzeylerle
temas edilen kısımlardır Mevcut fanın analizin de orta kısımlarda pek fazla
değişiklik olmaz Bu nedenle sınırlara yakın kısımlara daha fazla ağ oluşturulur
Detail of Mesh kısmından hangi kısımlarda ne kadar buumlyuumlkluumlkte mesh
atılabileceğine bakılır
32
Detail of Mesh kısmından Phsics preference kısmı seccedililerek CFDrsquoi seccedililir Solver
Preference kısmından ise CFXrsquoi seccedilip devam edilir
Analiz yaparken belirlenmesi gereken kısımlar vardır Bunun iccedilin diğer kısımlar
seccedililerek hide body seccedililerek kapatılır ve select all body seccedililerek kanatlara isim
verilir
Şekil 25 Mesh İsimlendirme
Akışkanın girişine inlet ccedilıkışına outlet denilir
Mesh atımında minimum yakalayacağı huumlcreler ile maksimum yakalayacağı
huumlcrelerin milimetre hesabı oumlnemlidir Bu yuumlzden kanadın kalınlığı 25 mm olduğu
iccedilin 2 mmrsquo den az olan huumlcre belirlenir Maksimum 15 mmrsquo den buumlyuumlk huumlcreler
olması duumlşuumlnuumllerek analizin yakınsaması sağlandı
Meshrsquoi tıklayıp oradan insert size kısmın da bulunan isimlerde kanatlar seccedililir
Kanatlara maksimum 3 mm buumlyuumlkluumlk seccedililir Devamında ise kanatları hide face
komutuyla gizlenir ve geriye kalan kısımlar iccedilin sizing iccedilin yine 3 mm verilir
Daha sonra kanat ve ccedilevresine ccedilizilen akış hacmi seccedililerek tekrar size kısmından
buumltuumlnuumlne 8 mm verilir Bu kısım iccedilin mesh atanır Yuumlzeyler seccedililerek Preview
Surface Mesh on Selected Bodies denilir ve mesh işlemi tamamlanmış olur
33
Şekil 26 Meshrsquo in Goumlsterimi
Ancak mesh işleminde silindirik yuumlzeylerde sweep komutuyla daha kolay mesh
atılabileceği iccedilin istenen yuumlzey iccedilin sağ tıklayıp İnsertgt Method gtSweep Number
Divs komutlarından kaccedil sıra mesh atılacağı belirlenir 20 sıra vererek mesh atıldı
Suumlpuumlrme işlemi ile mesh atarken hangi yuumlzeyi kaynak olarak alınacağı da
boumlylelikle belirlenmiş olur
Mesh sayfasını kapatıp daha sonrasında workbench kısmında meshin uumlzerine cfx
kısmını bırakılır
Mesh setupgt solutiongt results dan sonuccedillar elde edilir
Daha sonra geometry design da motorun kapağına uygun bir sınır belirlenerek
analiz yapılır
Geometriyi duumlzenlenerek CFXrsquo e aktarılır
Daha oumlncesinde de bahsedildiği uumlzere ANSYS de CFX kullanıldı CFX
kullanılmasının bir diğer sebebi de CFXrsquo in fan konusunda ANSYSlsquo in mesh
kısmından daha bağımsız ve daha hassas olmasıdır
Yapılan isimlendirmeler tekrar kontrol edilir Her farklı işlev iccedilin farklı
isimlendirme yapmak ccedilok oumlnemlidir boumlylece havanın nereden girip ne şekilde
ccedilıkacağını isimlendirmelerden goumlruumllebilir Ve bu isimlendirmeler iccedilin ayrı ayrı kod
yazılır
34
333 Sınır Şartları
Şekil 27 Sınır Şartlarının Belirlenmiş Hali
ANSYS setup kısmında Insert gt Solver gt Output Control komutları seccedililerek code
yazılır MassFlow ()inlet gt Torque_z()kanatlar olarak giriş kısmının kuumltlesel
debisi iccedilin komut yazılır
Ayrıca Insert gt Material kısmından sıcaklığı 25reg basıncı 1 atm entalpi değerini 0
olarak şartları belirlenir
Malzemenin kapak kısmı ccedilelik olarak belirlenir
Solver Control kısmından high resuluiton seccedililerek ccediloumlzuumlmuumln kalitesi arttırılır
Solver Control kısmından Residual Target artık tipini RMS olarak ve onun
yakınsama sınırı 10-5 belirlenir Rms elemanların karelerinin koumlkuumlnuuml alarak
ortalamasını alan youmlntemdir
Yine Solver Control kısmından minimum iterasyonu 1 maksimum İterasyonu ise
500 verilir
İnlet kısmı belirlenirken Boundary Type ( sınır şartları) opening olarak seccedililir
Opening verilmesindeki amaccedil akışkanların iccedileriden girip dışarıya ccedilıkışlarının
sağlanmasıdır Aksi halde ccediloumlzuumlmuumln yakınsamasın da sorunlar oluşabilir Opening
şartında ayrıca akışkan daha ccedilabuk toparlanır ve analiz daha kolaylaşır
Flow Direction komutunda normal sınır şartları belirlenir
Suumlreklilik şartı olarak da Fluid Mass Fluxrsquou seccedililir Bunun yanında sınır kontuumlruuml
iccedilin bağıl basınccedil ayarlarını seccedililir Aynı şekilde outlet iccedilin de aynı ayarlar yapılır
35
Domaine basılıp kapak kısımları ve motor kısımları seccedililir Bu dış kısımları duvar
olarak belirlenir ve duvar hareket edemeyeceğinden No Slip Wall seccedileneği olarak
belirtilir Duvarları suumlrtuumlnmesiz olduğu varsayılıyor
Fan ve kanatlar kısmında Boundry Type olarak Wall olarak belirleyip Frame type
gt rotating (doumlnuumlyor) belirtilir
Ccediloumlzuumlm metodu olarak RNG k-euro modeli kullanılır
Şekil 28 Setup Koşulların Belirlenmesi
334 Ccediloumlzuumlm - Sonuccedillar
Setup kısmını kapatılarak solution ekranı ccedilift tıklanarak ccedilıkan ekran da RUN seccedililerek
ccediloumlzme işlemi başlatılmış olur
Ccediloumlzme işlemi bittiğinde results kısmından sonuccedillar goumlruumlntuumllenebilir
36
Şekil 29 Akışın Youmlnelişi
Şekil 30 Debi Sonucu
37
34 YENİ FAN TASARIMI
341 Fan Tasarımı İccedilin Kabuller
Havanın sıkıştırılamaz olduğunu kabul edildi Havanın sıkıştırılmaz olduğu
varsayılarak yoğunluğu değişmez ve 12 kgm3 olarak kabul edilir
Ccediloumlzuumlmde suumlrtuumlnmeler ve ısı kayıpları ihmal edilir Ccediluumlnkuuml bu değerlerin
hesaplanması ccedilok uzun suumlreceği iccedilin ccediloumlzuumlm youmlntemi iccedilin ekonomik olmaz
Gerccedilekle arasında ccedilok buumlyuumlk bir fark olmayacağı varsayılmıştır
Verimi arttırmak iccedilin orijinal fanın analizinden elde edilen tork değeri duumlşuumlk
tutulmaya ccedilalışılmıştır
Motorun tek bir youmlne doumlneceği duumlşuumlnuumllmuumlştuumlr
342 Fan Tasarım Parametreleri
Bir fan tasarımında belli başlı kriterleri ele alabilmek iccedilin mevcut fan uumlzerinden
değerler bulundu
Tablo 7 Mevcut Fanın Oumlzellikleri
Devir Sayısı ( ddk) r hub (mm) rtip (mm)
1498 25 77
Radyal hız hesaplandığında w= 15687 radsn bulunmuştur r hub diye isimlendirilen
kısım fanın giriş accedilısı iccedilin gerekli olan kanadın başlangıcı ile milin merkezi arasındaki
uzaklıktır r tip ise fan kanadının bitiş noktası ile mil merkezi arasındaki uzaklığın
yarıccedilap cinsinden ifadesi olmaktadır
38
Fan kanat tasarımında oumlnemli olan w (accedilısal hız)hızının kanatlara ne kadar dik
gelebildiğidir Bu kanat hacmine ne kadar iyi bir şekilde gelirse akışkan o denli iyi
akabilir ve kanat profili oluşur
U_hub= w (radsn) x r hub
U_tip = w x r tip
Beta = arctan(vu)
A_inlet= (r tip 1000)sup2π ndash r hub 1000)sup2π
Verim= (Q x P) (TxW)
V (akışın mutlak hızı)= Debi Alan
Tablo 8 Sonuccedil olarak elde edilen değerler
r_h (mm) 25 r_t (mm) 77 r_h (mm) 50 r_t (mm) 80
U_h (ms) 3927 U_t (ms) 1209516 U_h (ms) 7854 U_t (ms) 125664
A_in (m^2) 0016663 A_out (m^2)0012252
V_in (ms) 2350516 V_out 3196702
beta_h 5909726 beta_t 7900249 beta_h 678529 beta_t 7572755
giriş ccedilıkış
Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları
Bu değerlere goumlre BladeGende yeni bir kanat profili oluşturulur
r tip
r hub
Şekil 31 Fan Kanatlarının Accedilısı
39
Şekil 32 BladeGen Kanat Profili
Oluşturduğumuz bu geometriye daha oumlnceki boumlluumlmde bahsedilen fana yapılan adımlar
uygulandı (Yeni oluşturulan fanın geometrik deseni ektedir)
40
3421 Geometri
Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi
3422 Sayısal Ağ Oluşturma
Şekil 34 Yeni Fan Tasarımının Sayısal Ağ Oluşturulması
41
3423 Ccediloumlzuumlm
Şekil 35 Tasarımı Yapılan Fanın Verimi
Accumulated Time Step sayısı iterasyonu goumlstermektedir Daha fazla yakınsama iccedilin
daha fazla koşturulabilir
42
Şekil 36 Tasarımı Yapılan Fanın Torku
43
3423 Sonuccedillar
Şekil 37 Akışın Youmlnelişi
Bu kısımda verimi arttırabilmek iccedilin tork azaltılmaya ccedilalışıldı Boumlylece kanatlara
harcanan toplam guumlccedil azaltılarak iyileştirmeler yapıldı
44
Kanadın iş yapan kısmını arttırarak orijinal fanda kanadın suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilapı
154 mm iken yeni fan da 160 mmrsquoye ccedilıkarıldı
Kanatlar daha eğimli ama daha eksenel bir forma getirildi
Bu motorda toplam guumlccedil iccedilin 60 watt olduğunda yaklaşık 6 wattrsquo lık guumlccedil fan iccedilin
harcanıyordu Fanın verimliliği ccedilok oumlnemli olduğu iccedilin debiyi sabit tutulmaya
torku da duumlşuumlruumllmeye ccedilalışıldı
Tablo 9 ANSYSrsquo de Elde Edilen Deneyler
tork(Nm) w(radsn) m(kgs)
Orijinal Fan 00393645 15687 0048168
Yeni Fan 00043869 15687 0032261
Goumlruumllduumlğuuml gibi tork buumlyuumlk oranda duumlşmuumlş ancak onunla birlikte debi de biraz
duumlşmuumlştuumlr
343 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanması
Motorun arka ve oumln kısımlarına sırt sırta fan bağlayarak havanın akışını hızlandırma
ve soğutmayı arttırma işlemi amaccedillandı Gerccedilek boyutlarda uygulamadan oumlnce fanı
motor şeklini verilen kısım da tek başına analiz yapıldı Verimli bir sonuccedil alabilmek
iccedilin ikili fan deneyi yapıldı
3431 Geometri
Şekil 38 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Geometrisi
45
3432 Sayısal Ağ Oluşturma
Şekil 39 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Sayısal Ağ
Oluşturulması
Yapılan analiz de goumlzlemlenen sonuccedillar şunlardır
Bir motorun etrafında sınırlayıcı bir alan olmadığı iccedilin sınır şartları olarak setup
kısmında yine havayı 1 atm basınccedil olarak alınır Eğer sınırlayıcı bir alan olsaydı
oluklardan hava akışı doğrudan motorun arka kısmına gelecekti Ccedilıkış noktasına ise
kapak yerleştirildi giriş noktasında atmosfer ccedilıkışı ise kapak olarak sınırlandı
3433 Kod Ccediloumlzuumlmuuml
Debi ndash 000064 mᵌ sn olarak ccedilıktı Motorun hava ccedilıkış kısmına fan bağlamanın verimli
olmadığı sonucuna varıldı Oumlnceden oluşturulan oluklardaki 1cmrsquolik aralıklarla
havanın geniş bir alana gitmesi ccedilok zordur Ve bu akışı goumlnderebilmek iccedilin fazladan
basınccedil uygulanması gerekir Bu sebepler debinin duumlşmesine sebep olmuştur
46
Şekil 40 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Ccediloumlzuumlmuuml
47
BOumlLUumlM 4 SONUCcedilLAR
Verim= (Alınan Guumlccedil Verilen Guumlccedil)= (∆P x Q) (T x ὠ)
A_inlet = (r_tip)2 1000 - (r_hub)21000
A_outlet =( U_h1000)2 - (U-t1000)2
U= ὠ x r
Fan hesaplarıdan debi değeri ve tork değeri duumlşmuumlştuumlr Aşağıda yeni fanımızın verimi
yukarıdaki formuumlllere goumlre excelde hesaplanmıştır
tork(Nm) w(radsn) ṁ(kgm^3) verim deltap (Pa)
Orijinal Fan 00393645 15687 00391 60152783 95
Yeni Fan 00043869 15687 0039167 54068744
Tabloda da goumlruumllduumlğuuml uumlzere eski fanın oumlzelliklerine bakılarak hız uumlccedilgeni youmlntemiyle
oluşturulan yeni fan 540 verimli ccedilıkmıştır
Motorun oumln kısmın koyduğumuz fanda ise dar oluklardan buumlyuumlk bir hacime giriş
yaptığı iccedilin tek youmlnluuml analizde kuumltlesel debi negatif değerde ccedilıkmıştır
(Kuumltlesel debi) ṁ=ƍ( oumlzkuumltle) x A(alan) x V( akışkan hızı)=kgsn ndash Formuluumlnden
dolayı verimin hesaplanmasına gerek yoktur
48
BOumlLUumlM 5 EKLER
EK1- MEVCUT FAN
EK2- YENİ FAN
49
KAYNAKCcedilA
Baykal R 2011 Asenkron Motorlar Uumlzerine Enerjiİ Verimliliği Uygulanması
Yayın Tarihi 15032011
Ccedilalışkan M 2014 Eksenel Akışlı Fan Tasarımı Yuumlksek Lisans İstanbul Teknik
Uumlniversitesi TUumlRKİYE
Moavani S 2015 Sonlu Elemanlar Analizi Teorisi ve Ansys ile Uygulamalar
İstanbul
Onaygil S 2006 Enerji Verimliliği Kanunun Tanıtımı Yuumlksek Lisans
URL1 lthttpdeneysancomContentimagesdocumentshavalandirma-
4_39143832pdfgt Erişim Tarihi 12032016
URL2 lt httpwwweiegovtrgt Erişim Tarihi 20042016
URL3 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi
12052016
URL4 ltwwwtuumlikgovtrgt Erişim Tarihi 14052016
URL5 ltwwwemoorgtrekler364734147179187_ekpdfgt Erişim Tarihi 16052016
URL6 ltwwwinverter-plcnetmotoryıldız_uumlccedilgen_bağlantıhtmlgt Erişim Tarihi
18052016
URL7 ltwwweiegovtreie-webturkceenMotor_Verimliligi_Brosurupdfgt Erişim
Tarihi 20052016
URL8 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi
07062016
URL9 ltwwwfigescomtransysansys-nedirphpgt Erişim Tarihi 09062016
50
OumlZGECcedilMİŞLER
Elif CcedilİCcedilEK
Eyluumll 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Duumlzce Anadolu İmamhatip Lisesinde
tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi İlahiyat Fakuumlltesirsquoni kazandı 2012 yılında
Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine
başladı Halen eğitimine devam etmektedir
İletişim
apsuvaelifhotmailcom
Nesrin ALTUNBOĞA
Ağustos 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Haydarpaşa Teknik Okulları Raylı
Sistemler Teknolojileri Boumlluumlmuumlnuuml tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi
Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Boumlluumlmuumlnuuml kazandı Halen eğitimine
devam etmektedir
İletişim
naltunbogagmailcom
Rumeysa ALGUumlL
Ekim 1992rsquo de Konyarsquoda doğdu Lise oumlğrenimini Lafarge Aslan Ccedilimento Anadolu
Teknik Lisesirsquonde 2010 yılında tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi Teknoloji
Fakuumlltesi Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliğini kazandı 2013 yılında Teknoloji
Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine başladı Halen eğitimine devam
etmektedir
İletişim
rumeysaalgulgmailcom
51
52
29
iccedilin 34 mm uzaklıkta bir plane atanır Bu Planersquoi slice komutuyla keserek 3 farklı
boumllge oluşturulmuş olur
Akışkan hacmini oluşturmak iccedilin dolu olan kısımlar belirlenip ona goumlre hareket
edilir Bunun iccedilinde milin iccedilini dolu kabul edilir
Akışkan hacmi iccedilin yapılan bir diğer işlem ise oluşturulan hacimden fanın hacmini
booelangt substrack komutları ile akışkan hacminin bulunmasıdır
Mevcut fanın uumlzerine sağ tıklanarak ve suppress body komutu seccedililir Boumlylelikle
fanı gizleyerek sadece akışkan hacmi goumlruumlluumlr
Daha sonra oluşan parccedilaların arasında boşluk olmaması iccedilin ve bağlantı sağlamak
iccedilin part kısımlarını seccedililerek sağ tıklanır from new part seccedililir
Şekil 21 Slice Komutu ile Boumllgelere Ayırma
30
Şekil 22 Parccedilalar Arası Bağlantının Sağlandığı FromNew Part Boumlluumlmuuml
Mesh kısmını suumlruumlkleyip project schematic boumlluumlme bırakılır Bu boumlluumlmde geometri
onaylanır ve en altta bulunan meshrsquoe tıklanır
332 Sayısal Ağ Oluşturma (Mesh)
Şekil 23 Mesh oluşturma
31
Şekil 24 Mesh Geometrisi
Sonlu sayıda hacimle ccedilalışıldığından sonlu sayıda hacime boumllmek gerekir Sonlu
sayıda hacime boumlluumlnen kısımlar farklı farklı olabilir
Bu huumlcreler kapsadığı alanın oumlzelliklerini yansıtır Bunların ccedilevresindeki nodlar
bunların ortalaması ile belli bir oumlzelliğe sahip olmuş olur
Bu huumlcrelerin arttırılması yani ayrıştırmaların ccediloğaltılması ne kadar fazla olursa o
kadar yakınsama olur ve ccediloumlzuumlm iyileşir
Ancak sayısal ağ ccedilok fazla attırıldığında ccediloumlzuumlm suumlresi ccedilok fazla artacağından
ekonomik değildir
Bu sebepten dolayı mesh ( ayrıştırma) atarken akışkanın en fazla değişim
goumlstereceği kısımlarda daha fazla sayısal ağ oluşturulur Boumlylelikle daha iyi bir
yakınsama elde edilir Akışkanın değişim goumlstereceği yerler genellikle yuumlzeylerle
temas edilen kısımlardır Mevcut fanın analizin de orta kısımlarda pek fazla
değişiklik olmaz Bu nedenle sınırlara yakın kısımlara daha fazla ağ oluşturulur
Detail of Mesh kısmından hangi kısımlarda ne kadar buumlyuumlkluumlkte mesh
atılabileceğine bakılır
32
Detail of Mesh kısmından Phsics preference kısmı seccedililerek CFDrsquoi seccedililir Solver
Preference kısmından ise CFXrsquoi seccedilip devam edilir
Analiz yaparken belirlenmesi gereken kısımlar vardır Bunun iccedilin diğer kısımlar
seccedililerek hide body seccedililerek kapatılır ve select all body seccedililerek kanatlara isim
verilir
Şekil 25 Mesh İsimlendirme
Akışkanın girişine inlet ccedilıkışına outlet denilir
Mesh atımında minimum yakalayacağı huumlcreler ile maksimum yakalayacağı
huumlcrelerin milimetre hesabı oumlnemlidir Bu yuumlzden kanadın kalınlığı 25 mm olduğu
iccedilin 2 mmrsquo den az olan huumlcre belirlenir Maksimum 15 mmrsquo den buumlyuumlk huumlcreler
olması duumlşuumlnuumllerek analizin yakınsaması sağlandı
Meshrsquoi tıklayıp oradan insert size kısmın da bulunan isimlerde kanatlar seccedililir
Kanatlara maksimum 3 mm buumlyuumlkluumlk seccedililir Devamında ise kanatları hide face
komutuyla gizlenir ve geriye kalan kısımlar iccedilin sizing iccedilin yine 3 mm verilir
Daha sonra kanat ve ccedilevresine ccedilizilen akış hacmi seccedililerek tekrar size kısmından
buumltuumlnuumlne 8 mm verilir Bu kısım iccedilin mesh atanır Yuumlzeyler seccedililerek Preview
Surface Mesh on Selected Bodies denilir ve mesh işlemi tamamlanmış olur
33
Şekil 26 Meshrsquo in Goumlsterimi
Ancak mesh işleminde silindirik yuumlzeylerde sweep komutuyla daha kolay mesh
atılabileceği iccedilin istenen yuumlzey iccedilin sağ tıklayıp İnsertgt Method gtSweep Number
Divs komutlarından kaccedil sıra mesh atılacağı belirlenir 20 sıra vererek mesh atıldı
Suumlpuumlrme işlemi ile mesh atarken hangi yuumlzeyi kaynak olarak alınacağı da
boumlylelikle belirlenmiş olur
Mesh sayfasını kapatıp daha sonrasında workbench kısmında meshin uumlzerine cfx
kısmını bırakılır
Mesh setupgt solutiongt results dan sonuccedillar elde edilir
Daha sonra geometry design da motorun kapağına uygun bir sınır belirlenerek
analiz yapılır
Geometriyi duumlzenlenerek CFXrsquo e aktarılır
Daha oumlncesinde de bahsedildiği uumlzere ANSYS de CFX kullanıldı CFX
kullanılmasının bir diğer sebebi de CFXrsquo in fan konusunda ANSYSlsquo in mesh
kısmından daha bağımsız ve daha hassas olmasıdır
Yapılan isimlendirmeler tekrar kontrol edilir Her farklı işlev iccedilin farklı
isimlendirme yapmak ccedilok oumlnemlidir boumlylece havanın nereden girip ne şekilde
ccedilıkacağını isimlendirmelerden goumlruumllebilir Ve bu isimlendirmeler iccedilin ayrı ayrı kod
yazılır
34
333 Sınır Şartları
Şekil 27 Sınır Şartlarının Belirlenmiş Hali
ANSYS setup kısmında Insert gt Solver gt Output Control komutları seccedililerek code
yazılır MassFlow ()inlet gt Torque_z()kanatlar olarak giriş kısmının kuumltlesel
debisi iccedilin komut yazılır
Ayrıca Insert gt Material kısmından sıcaklığı 25reg basıncı 1 atm entalpi değerini 0
olarak şartları belirlenir
Malzemenin kapak kısmı ccedilelik olarak belirlenir
Solver Control kısmından high resuluiton seccedililerek ccediloumlzuumlmuumln kalitesi arttırılır
Solver Control kısmından Residual Target artık tipini RMS olarak ve onun
yakınsama sınırı 10-5 belirlenir Rms elemanların karelerinin koumlkuumlnuuml alarak
ortalamasını alan youmlntemdir
Yine Solver Control kısmından minimum iterasyonu 1 maksimum İterasyonu ise
500 verilir
İnlet kısmı belirlenirken Boundary Type ( sınır şartları) opening olarak seccedililir
Opening verilmesindeki amaccedil akışkanların iccedileriden girip dışarıya ccedilıkışlarının
sağlanmasıdır Aksi halde ccediloumlzuumlmuumln yakınsamasın da sorunlar oluşabilir Opening
şartında ayrıca akışkan daha ccedilabuk toparlanır ve analiz daha kolaylaşır
Flow Direction komutunda normal sınır şartları belirlenir
Suumlreklilik şartı olarak da Fluid Mass Fluxrsquou seccedililir Bunun yanında sınır kontuumlruuml
iccedilin bağıl basınccedil ayarlarını seccedililir Aynı şekilde outlet iccedilin de aynı ayarlar yapılır
35
Domaine basılıp kapak kısımları ve motor kısımları seccedililir Bu dış kısımları duvar
olarak belirlenir ve duvar hareket edemeyeceğinden No Slip Wall seccedileneği olarak
belirtilir Duvarları suumlrtuumlnmesiz olduğu varsayılıyor
Fan ve kanatlar kısmında Boundry Type olarak Wall olarak belirleyip Frame type
gt rotating (doumlnuumlyor) belirtilir
Ccediloumlzuumlm metodu olarak RNG k-euro modeli kullanılır
Şekil 28 Setup Koşulların Belirlenmesi
334 Ccediloumlzuumlm - Sonuccedillar
Setup kısmını kapatılarak solution ekranı ccedilift tıklanarak ccedilıkan ekran da RUN seccedililerek
ccediloumlzme işlemi başlatılmış olur
Ccediloumlzme işlemi bittiğinde results kısmından sonuccedillar goumlruumlntuumllenebilir
36
Şekil 29 Akışın Youmlnelişi
Şekil 30 Debi Sonucu
37
34 YENİ FAN TASARIMI
341 Fan Tasarımı İccedilin Kabuller
Havanın sıkıştırılamaz olduğunu kabul edildi Havanın sıkıştırılmaz olduğu
varsayılarak yoğunluğu değişmez ve 12 kgm3 olarak kabul edilir
Ccediloumlzuumlmde suumlrtuumlnmeler ve ısı kayıpları ihmal edilir Ccediluumlnkuuml bu değerlerin
hesaplanması ccedilok uzun suumlreceği iccedilin ccediloumlzuumlm youmlntemi iccedilin ekonomik olmaz
Gerccedilekle arasında ccedilok buumlyuumlk bir fark olmayacağı varsayılmıştır
Verimi arttırmak iccedilin orijinal fanın analizinden elde edilen tork değeri duumlşuumlk
tutulmaya ccedilalışılmıştır
Motorun tek bir youmlne doumlneceği duumlşuumlnuumllmuumlştuumlr
342 Fan Tasarım Parametreleri
Bir fan tasarımında belli başlı kriterleri ele alabilmek iccedilin mevcut fan uumlzerinden
değerler bulundu
Tablo 7 Mevcut Fanın Oumlzellikleri
Devir Sayısı ( ddk) r hub (mm) rtip (mm)
1498 25 77
Radyal hız hesaplandığında w= 15687 radsn bulunmuştur r hub diye isimlendirilen
kısım fanın giriş accedilısı iccedilin gerekli olan kanadın başlangıcı ile milin merkezi arasındaki
uzaklıktır r tip ise fan kanadının bitiş noktası ile mil merkezi arasındaki uzaklığın
yarıccedilap cinsinden ifadesi olmaktadır
38
Fan kanat tasarımında oumlnemli olan w (accedilısal hız)hızının kanatlara ne kadar dik
gelebildiğidir Bu kanat hacmine ne kadar iyi bir şekilde gelirse akışkan o denli iyi
akabilir ve kanat profili oluşur
U_hub= w (radsn) x r hub
U_tip = w x r tip
Beta = arctan(vu)
A_inlet= (r tip 1000)sup2π ndash r hub 1000)sup2π
Verim= (Q x P) (TxW)
V (akışın mutlak hızı)= Debi Alan
Tablo 8 Sonuccedil olarak elde edilen değerler
r_h (mm) 25 r_t (mm) 77 r_h (mm) 50 r_t (mm) 80
U_h (ms) 3927 U_t (ms) 1209516 U_h (ms) 7854 U_t (ms) 125664
A_in (m^2) 0016663 A_out (m^2)0012252
V_in (ms) 2350516 V_out 3196702
beta_h 5909726 beta_t 7900249 beta_h 678529 beta_t 7572755
giriş ccedilıkış
Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları
Bu değerlere goumlre BladeGende yeni bir kanat profili oluşturulur
r tip
r hub
Şekil 31 Fan Kanatlarının Accedilısı
39
Şekil 32 BladeGen Kanat Profili
Oluşturduğumuz bu geometriye daha oumlnceki boumlluumlmde bahsedilen fana yapılan adımlar
uygulandı (Yeni oluşturulan fanın geometrik deseni ektedir)
40
3421 Geometri
Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi
3422 Sayısal Ağ Oluşturma
Şekil 34 Yeni Fan Tasarımının Sayısal Ağ Oluşturulması
41
3423 Ccediloumlzuumlm
Şekil 35 Tasarımı Yapılan Fanın Verimi
Accumulated Time Step sayısı iterasyonu goumlstermektedir Daha fazla yakınsama iccedilin
daha fazla koşturulabilir
42
Şekil 36 Tasarımı Yapılan Fanın Torku
43
3423 Sonuccedillar
Şekil 37 Akışın Youmlnelişi
Bu kısımda verimi arttırabilmek iccedilin tork azaltılmaya ccedilalışıldı Boumlylece kanatlara
harcanan toplam guumlccedil azaltılarak iyileştirmeler yapıldı
44
Kanadın iş yapan kısmını arttırarak orijinal fanda kanadın suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilapı
154 mm iken yeni fan da 160 mmrsquoye ccedilıkarıldı
Kanatlar daha eğimli ama daha eksenel bir forma getirildi
Bu motorda toplam guumlccedil iccedilin 60 watt olduğunda yaklaşık 6 wattrsquo lık guumlccedil fan iccedilin
harcanıyordu Fanın verimliliği ccedilok oumlnemli olduğu iccedilin debiyi sabit tutulmaya
torku da duumlşuumlruumllmeye ccedilalışıldı
Tablo 9 ANSYSrsquo de Elde Edilen Deneyler
tork(Nm) w(radsn) m(kgs)
Orijinal Fan 00393645 15687 0048168
Yeni Fan 00043869 15687 0032261
Goumlruumllduumlğuuml gibi tork buumlyuumlk oranda duumlşmuumlş ancak onunla birlikte debi de biraz
duumlşmuumlştuumlr
343 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanması
Motorun arka ve oumln kısımlarına sırt sırta fan bağlayarak havanın akışını hızlandırma
ve soğutmayı arttırma işlemi amaccedillandı Gerccedilek boyutlarda uygulamadan oumlnce fanı
motor şeklini verilen kısım da tek başına analiz yapıldı Verimli bir sonuccedil alabilmek
iccedilin ikili fan deneyi yapıldı
3431 Geometri
Şekil 38 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Geometrisi
45
3432 Sayısal Ağ Oluşturma
Şekil 39 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Sayısal Ağ
Oluşturulması
Yapılan analiz de goumlzlemlenen sonuccedillar şunlardır
Bir motorun etrafında sınırlayıcı bir alan olmadığı iccedilin sınır şartları olarak setup
kısmında yine havayı 1 atm basınccedil olarak alınır Eğer sınırlayıcı bir alan olsaydı
oluklardan hava akışı doğrudan motorun arka kısmına gelecekti Ccedilıkış noktasına ise
kapak yerleştirildi giriş noktasında atmosfer ccedilıkışı ise kapak olarak sınırlandı
3433 Kod Ccediloumlzuumlmuuml
Debi ndash 000064 mᵌ sn olarak ccedilıktı Motorun hava ccedilıkış kısmına fan bağlamanın verimli
olmadığı sonucuna varıldı Oumlnceden oluşturulan oluklardaki 1cmrsquolik aralıklarla
havanın geniş bir alana gitmesi ccedilok zordur Ve bu akışı goumlnderebilmek iccedilin fazladan
basınccedil uygulanması gerekir Bu sebepler debinin duumlşmesine sebep olmuştur
46
Şekil 40 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Ccediloumlzuumlmuuml
47
BOumlLUumlM 4 SONUCcedilLAR
Verim= (Alınan Guumlccedil Verilen Guumlccedil)= (∆P x Q) (T x ὠ)
A_inlet = (r_tip)2 1000 - (r_hub)21000
A_outlet =( U_h1000)2 - (U-t1000)2
U= ὠ x r
Fan hesaplarıdan debi değeri ve tork değeri duumlşmuumlştuumlr Aşağıda yeni fanımızın verimi
yukarıdaki formuumlllere goumlre excelde hesaplanmıştır
tork(Nm) w(radsn) ṁ(kgm^3) verim deltap (Pa)
Orijinal Fan 00393645 15687 00391 60152783 95
Yeni Fan 00043869 15687 0039167 54068744
Tabloda da goumlruumllduumlğuuml uumlzere eski fanın oumlzelliklerine bakılarak hız uumlccedilgeni youmlntemiyle
oluşturulan yeni fan 540 verimli ccedilıkmıştır
Motorun oumln kısmın koyduğumuz fanda ise dar oluklardan buumlyuumlk bir hacime giriş
yaptığı iccedilin tek youmlnluuml analizde kuumltlesel debi negatif değerde ccedilıkmıştır
(Kuumltlesel debi) ṁ=ƍ( oumlzkuumltle) x A(alan) x V( akışkan hızı)=kgsn ndash Formuluumlnden
dolayı verimin hesaplanmasına gerek yoktur
48
BOumlLUumlM 5 EKLER
EK1- MEVCUT FAN
EK2- YENİ FAN
49
KAYNAKCcedilA
Baykal R 2011 Asenkron Motorlar Uumlzerine Enerjiİ Verimliliği Uygulanması
Yayın Tarihi 15032011
Ccedilalışkan M 2014 Eksenel Akışlı Fan Tasarımı Yuumlksek Lisans İstanbul Teknik
Uumlniversitesi TUumlRKİYE
Moavani S 2015 Sonlu Elemanlar Analizi Teorisi ve Ansys ile Uygulamalar
İstanbul
Onaygil S 2006 Enerji Verimliliği Kanunun Tanıtımı Yuumlksek Lisans
URL1 lthttpdeneysancomContentimagesdocumentshavalandirma-
4_39143832pdfgt Erişim Tarihi 12032016
URL2 lt httpwwweiegovtrgt Erişim Tarihi 20042016
URL3 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi
12052016
URL4 ltwwwtuumlikgovtrgt Erişim Tarihi 14052016
URL5 ltwwwemoorgtrekler364734147179187_ekpdfgt Erişim Tarihi 16052016
URL6 ltwwwinverter-plcnetmotoryıldız_uumlccedilgen_bağlantıhtmlgt Erişim Tarihi
18052016
URL7 ltwwweiegovtreie-webturkceenMotor_Verimliligi_Brosurupdfgt Erişim
Tarihi 20052016
URL8 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi
07062016
URL9 ltwwwfigescomtransysansys-nedirphpgt Erişim Tarihi 09062016
50
OumlZGECcedilMİŞLER
Elif CcedilİCcedilEK
Eyluumll 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Duumlzce Anadolu İmamhatip Lisesinde
tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi İlahiyat Fakuumlltesirsquoni kazandı 2012 yılında
Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine
başladı Halen eğitimine devam etmektedir
İletişim
apsuvaelifhotmailcom
Nesrin ALTUNBOĞA
Ağustos 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Haydarpaşa Teknik Okulları Raylı
Sistemler Teknolojileri Boumlluumlmuumlnuuml tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi
Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Boumlluumlmuumlnuuml kazandı Halen eğitimine
devam etmektedir
İletişim
naltunbogagmailcom
Rumeysa ALGUumlL
Ekim 1992rsquo de Konyarsquoda doğdu Lise oumlğrenimini Lafarge Aslan Ccedilimento Anadolu
Teknik Lisesirsquonde 2010 yılında tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi Teknoloji
Fakuumlltesi Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliğini kazandı 2013 yılında Teknoloji
Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine başladı Halen eğitimine devam
etmektedir
İletişim
rumeysaalgulgmailcom
51
52
30
Şekil 22 Parccedilalar Arası Bağlantının Sağlandığı FromNew Part Boumlluumlmuuml
Mesh kısmını suumlruumlkleyip project schematic boumlluumlme bırakılır Bu boumlluumlmde geometri
onaylanır ve en altta bulunan meshrsquoe tıklanır
332 Sayısal Ağ Oluşturma (Mesh)
Şekil 23 Mesh oluşturma
31
Şekil 24 Mesh Geometrisi
Sonlu sayıda hacimle ccedilalışıldığından sonlu sayıda hacime boumllmek gerekir Sonlu
sayıda hacime boumlluumlnen kısımlar farklı farklı olabilir
Bu huumlcreler kapsadığı alanın oumlzelliklerini yansıtır Bunların ccedilevresindeki nodlar
bunların ortalaması ile belli bir oumlzelliğe sahip olmuş olur
Bu huumlcrelerin arttırılması yani ayrıştırmaların ccediloğaltılması ne kadar fazla olursa o
kadar yakınsama olur ve ccediloumlzuumlm iyileşir
Ancak sayısal ağ ccedilok fazla attırıldığında ccediloumlzuumlm suumlresi ccedilok fazla artacağından
ekonomik değildir
Bu sebepten dolayı mesh ( ayrıştırma) atarken akışkanın en fazla değişim
goumlstereceği kısımlarda daha fazla sayısal ağ oluşturulur Boumlylelikle daha iyi bir
yakınsama elde edilir Akışkanın değişim goumlstereceği yerler genellikle yuumlzeylerle
temas edilen kısımlardır Mevcut fanın analizin de orta kısımlarda pek fazla
değişiklik olmaz Bu nedenle sınırlara yakın kısımlara daha fazla ağ oluşturulur
Detail of Mesh kısmından hangi kısımlarda ne kadar buumlyuumlkluumlkte mesh
atılabileceğine bakılır
32
Detail of Mesh kısmından Phsics preference kısmı seccedililerek CFDrsquoi seccedililir Solver
Preference kısmından ise CFXrsquoi seccedilip devam edilir
Analiz yaparken belirlenmesi gereken kısımlar vardır Bunun iccedilin diğer kısımlar
seccedililerek hide body seccedililerek kapatılır ve select all body seccedililerek kanatlara isim
verilir
Şekil 25 Mesh İsimlendirme
Akışkanın girişine inlet ccedilıkışına outlet denilir
Mesh atımında minimum yakalayacağı huumlcreler ile maksimum yakalayacağı
huumlcrelerin milimetre hesabı oumlnemlidir Bu yuumlzden kanadın kalınlığı 25 mm olduğu
iccedilin 2 mmrsquo den az olan huumlcre belirlenir Maksimum 15 mmrsquo den buumlyuumlk huumlcreler
olması duumlşuumlnuumllerek analizin yakınsaması sağlandı
Meshrsquoi tıklayıp oradan insert size kısmın da bulunan isimlerde kanatlar seccedililir
Kanatlara maksimum 3 mm buumlyuumlkluumlk seccedililir Devamında ise kanatları hide face
komutuyla gizlenir ve geriye kalan kısımlar iccedilin sizing iccedilin yine 3 mm verilir
Daha sonra kanat ve ccedilevresine ccedilizilen akış hacmi seccedililerek tekrar size kısmından
buumltuumlnuumlne 8 mm verilir Bu kısım iccedilin mesh atanır Yuumlzeyler seccedililerek Preview
Surface Mesh on Selected Bodies denilir ve mesh işlemi tamamlanmış olur
33
Şekil 26 Meshrsquo in Goumlsterimi
Ancak mesh işleminde silindirik yuumlzeylerde sweep komutuyla daha kolay mesh
atılabileceği iccedilin istenen yuumlzey iccedilin sağ tıklayıp İnsertgt Method gtSweep Number
Divs komutlarından kaccedil sıra mesh atılacağı belirlenir 20 sıra vererek mesh atıldı
Suumlpuumlrme işlemi ile mesh atarken hangi yuumlzeyi kaynak olarak alınacağı da
boumlylelikle belirlenmiş olur
Mesh sayfasını kapatıp daha sonrasında workbench kısmında meshin uumlzerine cfx
kısmını bırakılır
Mesh setupgt solutiongt results dan sonuccedillar elde edilir
Daha sonra geometry design da motorun kapağına uygun bir sınır belirlenerek
analiz yapılır
Geometriyi duumlzenlenerek CFXrsquo e aktarılır
Daha oumlncesinde de bahsedildiği uumlzere ANSYS de CFX kullanıldı CFX
kullanılmasının bir diğer sebebi de CFXrsquo in fan konusunda ANSYSlsquo in mesh
kısmından daha bağımsız ve daha hassas olmasıdır
Yapılan isimlendirmeler tekrar kontrol edilir Her farklı işlev iccedilin farklı
isimlendirme yapmak ccedilok oumlnemlidir boumlylece havanın nereden girip ne şekilde
ccedilıkacağını isimlendirmelerden goumlruumllebilir Ve bu isimlendirmeler iccedilin ayrı ayrı kod
yazılır
34
333 Sınır Şartları
Şekil 27 Sınır Şartlarının Belirlenmiş Hali
ANSYS setup kısmında Insert gt Solver gt Output Control komutları seccedililerek code
yazılır MassFlow ()inlet gt Torque_z()kanatlar olarak giriş kısmının kuumltlesel
debisi iccedilin komut yazılır
Ayrıca Insert gt Material kısmından sıcaklığı 25reg basıncı 1 atm entalpi değerini 0
olarak şartları belirlenir
Malzemenin kapak kısmı ccedilelik olarak belirlenir
Solver Control kısmından high resuluiton seccedililerek ccediloumlzuumlmuumln kalitesi arttırılır
Solver Control kısmından Residual Target artık tipini RMS olarak ve onun
yakınsama sınırı 10-5 belirlenir Rms elemanların karelerinin koumlkuumlnuuml alarak
ortalamasını alan youmlntemdir
Yine Solver Control kısmından minimum iterasyonu 1 maksimum İterasyonu ise
500 verilir
İnlet kısmı belirlenirken Boundary Type ( sınır şartları) opening olarak seccedililir
Opening verilmesindeki amaccedil akışkanların iccedileriden girip dışarıya ccedilıkışlarının
sağlanmasıdır Aksi halde ccediloumlzuumlmuumln yakınsamasın da sorunlar oluşabilir Opening
şartında ayrıca akışkan daha ccedilabuk toparlanır ve analiz daha kolaylaşır
Flow Direction komutunda normal sınır şartları belirlenir
Suumlreklilik şartı olarak da Fluid Mass Fluxrsquou seccedililir Bunun yanında sınır kontuumlruuml
iccedilin bağıl basınccedil ayarlarını seccedililir Aynı şekilde outlet iccedilin de aynı ayarlar yapılır
35
Domaine basılıp kapak kısımları ve motor kısımları seccedililir Bu dış kısımları duvar
olarak belirlenir ve duvar hareket edemeyeceğinden No Slip Wall seccedileneği olarak
belirtilir Duvarları suumlrtuumlnmesiz olduğu varsayılıyor
Fan ve kanatlar kısmında Boundry Type olarak Wall olarak belirleyip Frame type
gt rotating (doumlnuumlyor) belirtilir
Ccediloumlzuumlm metodu olarak RNG k-euro modeli kullanılır
Şekil 28 Setup Koşulların Belirlenmesi
334 Ccediloumlzuumlm - Sonuccedillar
Setup kısmını kapatılarak solution ekranı ccedilift tıklanarak ccedilıkan ekran da RUN seccedililerek
ccediloumlzme işlemi başlatılmış olur
Ccediloumlzme işlemi bittiğinde results kısmından sonuccedillar goumlruumlntuumllenebilir
36
Şekil 29 Akışın Youmlnelişi
Şekil 30 Debi Sonucu
37
34 YENİ FAN TASARIMI
341 Fan Tasarımı İccedilin Kabuller
Havanın sıkıştırılamaz olduğunu kabul edildi Havanın sıkıştırılmaz olduğu
varsayılarak yoğunluğu değişmez ve 12 kgm3 olarak kabul edilir
Ccediloumlzuumlmde suumlrtuumlnmeler ve ısı kayıpları ihmal edilir Ccediluumlnkuuml bu değerlerin
hesaplanması ccedilok uzun suumlreceği iccedilin ccediloumlzuumlm youmlntemi iccedilin ekonomik olmaz
Gerccedilekle arasında ccedilok buumlyuumlk bir fark olmayacağı varsayılmıştır
Verimi arttırmak iccedilin orijinal fanın analizinden elde edilen tork değeri duumlşuumlk
tutulmaya ccedilalışılmıştır
Motorun tek bir youmlne doumlneceği duumlşuumlnuumllmuumlştuumlr
342 Fan Tasarım Parametreleri
Bir fan tasarımında belli başlı kriterleri ele alabilmek iccedilin mevcut fan uumlzerinden
değerler bulundu
Tablo 7 Mevcut Fanın Oumlzellikleri
Devir Sayısı ( ddk) r hub (mm) rtip (mm)
1498 25 77
Radyal hız hesaplandığında w= 15687 radsn bulunmuştur r hub diye isimlendirilen
kısım fanın giriş accedilısı iccedilin gerekli olan kanadın başlangıcı ile milin merkezi arasındaki
uzaklıktır r tip ise fan kanadının bitiş noktası ile mil merkezi arasındaki uzaklığın
yarıccedilap cinsinden ifadesi olmaktadır
38
Fan kanat tasarımında oumlnemli olan w (accedilısal hız)hızının kanatlara ne kadar dik
gelebildiğidir Bu kanat hacmine ne kadar iyi bir şekilde gelirse akışkan o denli iyi
akabilir ve kanat profili oluşur
U_hub= w (radsn) x r hub
U_tip = w x r tip
Beta = arctan(vu)
A_inlet= (r tip 1000)sup2π ndash r hub 1000)sup2π
Verim= (Q x P) (TxW)
V (akışın mutlak hızı)= Debi Alan
Tablo 8 Sonuccedil olarak elde edilen değerler
r_h (mm) 25 r_t (mm) 77 r_h (mm) 50 r_t (mm) 80
U_h (ms) 3927 U_t (ms) 1209516 U_h (ms) 7854 U_t (ms) 125664
A_in (m^2) 0016663 A_out (m^2)0012252
V_in (ms) 2350516 V_out 3196702
beta_h 5909726 beta_t 7900249 beta_h 678529 beta_t 7572755
giriş ccedilıkış
Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları
Bu değerlere goumlre BladeGende yeni bir kanat profili oluşturulur
r tip
r hub
Şekil 31 Fan Kanatlarının Accedilısı
39
Şekil 32 BladeGen Kanat Profili
Oluşturduğumuz bu geometriye daha oumlnceki boumlluumlmde bahsedilen fana yapılan adımlar
uygulandı (Yeni oluşturulan fanın geometrik deseni ektedir)
40
3421 Geometri
Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi
3422 Sayısal Ağ Oluşturma
Şekil 34 Yeni Fan Tasarımının Sayısal Ağ Oluşturulması
41
3423 Ccediloumlzuumlm
Şekil 35 Tasarımı Yapılan Fanın Verimi
Accumulated Time Step sayısı iterasyonu goumlstermektedir Daha fazla yakınsama iccedilin
daha fazla koşturulabilir
42
Şekil 36 Tasarımı Yapılan Fanın Torku
43
3423 Sonuccedillar
Şekil 37 Akışın Youmlnelişi
Bu kısımda verimi arttırabilmek iccedilin tork azaltılmaya ccedilalışıldı Boumlylece kanatlara
harcanan toplam guumlccedil azaltılarak iyileştirmeler yapıldı
44
Kanadın iş yapan kısmını arttırarak orijinal fanda kanadın suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilapı
154 mm iken yeni fan da 160 mmrsquoye ccedilıkarıldı
Kanatlar daha eğimli ama daha eksenel bir forma getirildi
Bu motorda toplam guumlccedil iccedilin 60 watt olduğunda yaklaşık 6 wattrsquo lık guumlccedil fan iccedilin
harcanıyordu Fanın verimliliği ccedilok oumlnemli olduğu iccedilin debiyi sabit tutulmaya
torku da duumlşuumlruumllmeye ccedilalışıldı
Tablo 9 ANSYSrsquo de Elde Edilen Deneyler
tork(Nm) w(radsn) m(kgs)
Orijinal Fan 00393645 15687 0048168
Yeni Fan 00043869 15687 0032261
Goumlruumllduumlğuuml gibi tork buumlyuumlk oranda duumlşmuumlş ancak onunla birlikte debi de biraz
duumlşmuumlştuumlr
343 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanması
Motorun arka ve oumln kısımlarına sırt sırta fan bağlayarak havanın akışını hızlandırma
ve soğutmayı arttırma işlemi amaccedillandı Gerccedilek boyutlarda uygulamadan oumlnce fanı
motor şeklini verilen kısım da tek başına analiz yapıldı Verimli bir sonuccedil alabilmek
iccedilin ikili fan deneyi yapıldı
3431 Geometri
Şekil 38 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Geometrisi
45
3432 Sayısal Ağ Oluşturma
Şekil 39 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Sayısal Ağ
Oluşturulması
Yapılan analiz de goumlzlemlenen sonuccedillar şunlardır
Bir motorun etrafında sınırlayıcı bir alan olmadığı iccedilin sınır şartları olarak setup
kısmında yine havayı 1 atm basınccedil olarak alınır Eğer sınırlayıcı bir alan olsaydı
oluklardan hava akışı doğrudan motorun arka kısmına gelecekti Ccedilıkış noktasına ise
kapak yerleştirildi giriş noktasında atmosfer ccedilıkışı ise kapak olarak sınırlandı
3433 Kod Ccediloumlzuumlmuuml
Debi ndash 000064 mᵌ sn olarak ccedilıktı Motorun hava ccedilıkış kısmına fan bağlamanın verimli
olmadığı sonucuna varıldı Oumlnceden oluşturulan oluklardaki 1cmrsquolik aralıklarla
havanın geniş bir alana gitmesi ccedilok zordur Ve bu akışı goumlnderebilmek iccedilin fazladan
basınccedil uygulanması gerekir Bu sebepler debinin duumlşmesine sebep olmuştur
46
Şekil 40 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Ccediloumlzuumlmuuml
47
BOumlLUumlM 4 SONUCcedilLAR
Verim= (Alınan Guumlccedil Verilen Guumlccedil)= (∆P x Q) (T x ὠ)
A_inlet = (r_tip)2 1000 - (r_hub)21000
A_outlet =( U_h1000)2 - (U-t1000)2
U= ὠ x r
Fan hesaplarıdan debi değeri ve tork değeri duumlşmuumlştuumlr Aşağıda yeni fanımızın verimi
yukarıdaki formuumlllere goumlre excelde hesaplanmıştır
tork(Nm) w(radsn) ṁ(kgm^3) verim deltap (Pa)
Orijinal Fan 00393645 15687 00391 60152783 95
Yeni Fan 00043869 15687 0039167 54068744
Tabloda da goumlruumllduumlğuuml uumlzere eski fanın oumlzelliklerine bakılarak hız uumlccedilgeni youmlntemiyle
oluşturulan yeni fan 540 verimli ccedilıkmıştır
Motorun oumln kısmın koyduğumuz fanda ise dar oluklardan buumlyuumlk bir hacime giriş
yaptığı iccedilin tek youmlnluuml analizde kuumltlesel debi negatif değerde ccedilıkmıştır
(Kuumltlesel debi) ṁ=ƍ( oumlzkuumltle) x A(alan) x V( akışkan hızı)=kgsn ndash Formuluumlnden
dolayı verimin hesaplanmasına gerek yoktur
48
BOumlLUumlM 5 EKLER
EK1- MEVCUT FAN
EK2- YENİ FAN
49
KAYNAKCcedilA
Baykal R 2011 Asenkron Motorlar Uumlzerine Enerjiİ Verimliliği Uygulanması
Yayın Tarihi 15032011
Ccedilalışkan M 2014 Eksenel Akışlı Fan Tasarımı Yuumlksek Lisans İstanbul Teknik
Uumlniversitesi TUumlRKİYE
Moavani S 2015 Sonlu Elemanlar Analizi Teorisi ve Ansys ile Uygulamalar
İstanbul
Onaygil S 2006 Enerji Verimliliği Kanunun Tanıtımı Yuumlksek Lisans
URL1 lthttpdeneysancomContentimagesdocumentshavalandirma-
4_39143832pdfgt Erişim Tarihi 12032016
URL2 lt httpwwweiegovtrgt Erişim Tarihi 20042016
URL3 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi
12052016
URL4 ltwwwtuumlikgovtrgt Erişim Tarihi 14052016
URL5 ltwwwemoorgtrekler364734147179187_ekpdfgt Erişim Tarihi 16052016
URL6 ltwwwinverter-plcnetmotoryıldız_uumlccedilgen_bağlantıhtmlgt Erişim Tarihi
18052016
URL7 ltwwweiegovtreie-webturkceenMotor_Verimliligi_Brosurupdfgt Erişim
Tarihi 20052016
URL8 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi
07062016
URL9 ltwwwfigescomtransysansys-nedirphpgt Erişim Tarihi 09062016
50
OumlZGECcedilMİŞLER
Elif CcedilİCcedilEK
Eyluumll 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Duumlzce Anadolu İmamhatip Lisesinde
tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi İlahiyat Fakuumlltesirsquoni kazandı 2012 yılında
Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine
başladı Halen eğitimine devam etmektedir
İletişim
apsuvaelifhotmailcom
Nesrin ALTUNBOĞA
Ağustos 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Haydarpaşa Teknik Okulları Raylı
Sistemler Teknolojileri Boumlluumlmuumlnuuml tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi
Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Boumlluumlmuumlnuuml kazandı Halen eğitimine
devam etmektedir
İletişim
naltunbogagmailcom
Rumeysa ALGUumlL
Ekim 1992rsquo de Konyarsquoda doğdu Lise oumlğrenimini Lafarge Aslan Ccedilimento Anadolu
Teknik Lisesirsquonde 2010 yılında tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi Teknoloji
Fakuumlltesi Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliğini kazandı 2013 yılında Teknoloji
Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine başladı Halen eğitimine devam
etmektedir
İletişim
rumeysaalgulgmailcom
51
52
31
Şekil 24 Mesh Geometrisi
Sonlu sayıda hacimle ccedilalışıldığından sonlu sayıda hacime boumllmek gerekir Sonlu
sayıda hacime boumlluumlnen kısımlar farklı farklı olabilir
Bu huumlcreler kapsadığı alanın oumlzelliklerini yansıtır Bunların ccedilevresindeki nodlar
bunların ortalaması ile belli bir oumlzelliğe sahip olmuş olur
Bu huumlcrelerin arttırılması yani ayrıştırmaların ccediloğaltılması ne kadar fazla olursa o
kadar yakınsama olur ve ccediloumlzuumlm iyileşir
Ancak sayısal ağ ccedilok fazla attırıldığında ccediloumlzuumlm suumlresi ccedilok fazla artacağından
ekonomik değildir
Bu sebepten dolayı mesh ( ayrıştırma) atarken akışkanın en fazla değişim
goumlstereceği kısımlarda daha fazla sayısal ağ oluşturulur Boumlylelikle daha iyi bir
yakınsama elde edilir Akışkanın değişim goumlstereceği yerler genellikle yuumlzeylerle
temas edilen kısımlardır Mevcut fanın analizin de orta kısımlarda pek fazla
değişiklik olmaz Bu nedenle sınırlara yakın kısımlara daha fazla ağ oluşturulur
Detail of Mesh kısmından hangi kısımlarda ne kadar buumlyuumlkluumlkte mesh
atılabileceğine bakılır
32
Detail of Mesh kısmından Phsics preference kısmı seccedililerek CFDrsquoi seccedililir Solver
Preference kısmından ise CFXrsquoi seccedilip devam edilir
Analiz yaparken belirlenmesi gereken kısımlar vardır Bunun iccedilin diğer kısımlar
seccedililerek hide body seccedililerek kapatılır ve select all body seccedililerek kanatlara isim
verilir
Şekil 25 Mesh İsimlendirme
Akışkanın girişine inlet ccedilıkışına outlet denilir
Mesh atımında minimum yakalayacağı huumlcreler ile maksimum yakalayacağı
huumlcrelerin milimetre hesabı oumlnemlidir Bu yuumlzden kanadın kalınlığı 25 mm olduğu
iccedilin 2 mmrsquo den az olan huumlcre belirlenir Maksimum 15 mmrsquo den buumlyuumlk huumlcreler
olması duumlşuumlnuumllerek analizin yakınsaması sağlandı
Meshrsquoi tıklayıp oradan insert size kısmın da bulunan isimlerde kanatlar seccedililir
Kanatlara maksimum 3 mm buumlyuumlkluumlk seccedililir Devamında ise kanatları hide face
komutuyla gizlenir ve geriye kalan kısımlar iccedilin sizing iccedilin yine 3 mm verilir
Daha sonra kanat ve ccedilevresine ccedilizilen akış hacmi seccedililerek tekrar size kısmından
buumltuumlnuumlne 8 mm verilir Bu kısım iccedilin mesh atanır Yuumlzeyler seccedililerek Preview
Surface Mesh on Selected Bodies denilir ve mesh işlemi tamamlanmış olur
33
Şekil 26 Meshrsquo in Goumlsterimi
Ancak mesh işleminde silindirik yuumlzeylerde sweep komutuyla daha kolay mesh
atılabileceği iccedilin istenen yuumlzey iccedilin sağ tıklayıp İnsertgt Method gtSweep Number
Divs komutlarından kaccedil sıra mesh atılacağı belirlenir 20 sıra vererek mesh atıldı
Suumlpuumlrme işlemi ile mesh atarken hangi yuumlzeyi kaynak olarak alınacağı da
boumlylelikle belirlenmiş olur
Mesh sayfasını kapatıp daha sonrasında workbench kısmında meshin uumlzerine cfx
kısmını bırakılır
Mesh setupgt solutiongt results dan sonuccedillar elde edilir
Daha sonra geometry design da motorun kapağına uygun bir sınır belirlenerek
analiz yapılır
Geometriyi duumlzenlenerek CFXrsquo e aktarılır
Daha oumlncesinde de bahsedildiği uumlzere ANSYS de CFX kullanıldı CFX
kullanılmasının bir diğer sebebi de CFXrsquo in fan konusunda ANSYSlsquo in mesh
kısmından daha bağımsız ve daha hassas olmasıdır
Yapılan isimlendirmeler tekrar kontrol edilir Her farklı işlev iccedilin farklı
isimlendirme yapmak ccedilok oumlnemlidir boumlylece havanın nereden girip ne şekilde
ccedilıkacağını isimlendirmelerden goumlruumllebilir Ve bu isimlendirmeler iccedilin ayrı ayrı kod
yazılır
34
333 Sınır Şartları
Şekil 27 Sınır Şartlarının Belirlenmiş Hali
ANSYS setup kısmında Insert gt Solver gt Output Control komutları seccedililerek code
yazılır MassFlow ()inlet gt Torque_z()kanatlar olarak giriş kısmının kuumltlesel
debisi iccedilin komut yazılır
Ayrıca Insert gt Material kısmından sıcaklığı 25reg basıncı 1 atm entalpi değerini 0
olarak şartları belirlenir
Malzemenin kapak kısmı ccedilelik olarak belirlenir
Solver Control kısmından high resuluiton seccedililerek ccediloumlzuumlmuumln kalitesi arttırılır
Solver Control kısmından Residual Target artık tipini RMS olarak ve onun
yakınsama sınırı 10-5 belirlenir Rms elemanların karelerinin koumlkuumlnuuml alarak
ortalamasını alan youmlntemdir
Yine Solver Control kısmından minimum iterasyonu 1 maksimum İterasyonu ise
500 verilir
İnlet kısmı belirlenirken Boundary Type ( sınır şartları) opening olarak seccedililir
Opening verilmesindeki amaccedil akışkanların iccedileriden girip dışarıya ccedilıkışlarının
sağlanmasıdır Aksi halde ccediloumlzuumlmuumln yakınsamasın da sorunlar oluşabilir Opening
şartında ayrıca akışkan daha ccedilabuk toparlanır ve analiz daha kolaylaşır
Flow Direction komutunda normal sınır şartları belirlenir
Suumlreklilik şartı olarak da Fluid Mass Fluxrsquou seccedililir Bunun yanında sınır kontuumlruuml
iccedilin bağıl basınccedil ayarlarını seccedililir Aynı şekilde outlet iccedilin de aynı ayarlar yapılır
35
Domaine basılıp kapak kısımları ve motor kısımları seccedililir Bu dış kısımları duvar
olarak belirlenir ve duvar hareket edemeyeceğinden No Slip Wall seccedileneği olarak
belirtilir Duvarları suumlrtuumlnmesiz olduğu varsayılıyor
Fan ve kanatlar kısmında Boundry Type olarak Wall olarak belirleyip Frame type
gt rotating (doumlnuumlyor) belirtilir
Ccediloumlzuumlm metodu olarak RNG k-euro modeli kullanılır
Şekil 28 Setup Koşulların Belirlenmesi
334 Ccediloumlzuumlm - Sonuccedillar
Setup kısmını kapatılarak solution ekranı ccedilift tıklanarak ccedilıkan ekran da RUN seccedililerek
ccediloumlzme işlemi başlatılmış olur
Ccediloumlzme işlemi bittiğinde results kısmından sonuccedillar goumlruumlntuumllenebilir
36
Şekil 29 Akışın Youmlnelişi
Şekil 30 Debi Sonucu
37
34 YENİ FAN TASARIMI
341 Fan Tasarımı İccedilin Kabuller
Havanın sıkıştırılamaz olduğunu kabul edildi Havanın sıkıştırılmaz olduğu
varsayılarak yoğunluğu değişmez ve 12 kgm3 olarak kabul edilir
Ccediloumlzuumlmde suumlrtuumlnmeler ve ısı kayıpları ihmal edilir Ccediluumlnkuuml bu değerlerin
hesaplanması ccedilok uzun suumlreceği iccedilin ccediloumlzuumlm youmlntemi iccedilin ekonomik olmaz
Gerccedilekle arasında ccedilok buumlyuumlk bir fark olmayacağı varsayılmıştır
Verimi arttırmak iccedilin orijinal fanın analizinden elde edilen tork değeri duumlşuumlk
tutulmaya ccedilalışılmıştır
Motorun tek bir youmlne doumlneceği duumlşuumlnuumllmuumlştuumlr
342 Fan Tasarım Parametreleri
Bir fan tasarımında belli başlı kriterleri ele alabilmek iccedilin mevcut fan uumlzerinden
değerler bulundu
Tablo 7 Mevcut Fanın Oumlzellikleri
Devir Sayısı ( ddk) r hub (mm) rtip (mm)
1498 25 77
Radyal hız hesaplandığında w= 15687 radsn bulunmuştur r hub diye isimlendirilen
kısım fanın giriş accedilısı iccedilin gerekli olan kanadın başlangıcı ile milin merkezi arasındaki
uzaklıktır r tip ise fan kanadının bitiş noktası ile mil merkezi arasındaki uzaklığın
yarıccedilap cinsinden ifadesi olmaktadır
38
Fan kanat tasarımında oumlnemli olan w (accedilısal hız)hızının kanatlara ne kadar dik
gelebildiğidir Bu kanat hacmine ne kadar iyi bir şekilde gelirse akışkan o denli iyi
akabilir ve kanat profili oluşur
U_hub= w (radsn) x r hub
U_tip = w x r tip
Beta = arctan(vu)
A_inlet= (r tip 1000)sup2π ndash r hub 1000)sup2π
Verim= (Q x P) (TxW)
V (akışın mutlak hızı)= Debi Alan
Tablo 8 Sonuccedil olarak elde edilen değerler
r_h (mm) 25 r_t (mm) 77 r_h (mm) 50 r_t (mm) 80
U_h (ms) 3927 U_t (ms) 1209516 U_h (ms) 7854 U_t (ms) 125664
A_in (m^2) 0016663 A_out (m^2)0012252
V_in (ms) 2350516 V_out 3196702
beta_h 5909726 beta_t 7900249 beta_h 678529 beta_t 7572755
giriş ccedilıkış
Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları
Bu değerlere goumlre BladeGende yeni bir kanat profili oluşturulur
r tip
r hub
Şekil 31 Fan Kanatlarının Accedilısı
39
Şekil 32 BladeGen Kanat Profili
Oluşturduğumuz bu geometriye daha oumlnceki boumlluumlmde bahsedilen fana yapılan adımlar
uygulandı (Yeni oluşturulan fanın geometrik deseni ektedir)
40
3421 Geometri
Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi
3422 Sayısal Ağ Oluşturma
Şekil 34 Yeni Fan Tasarımının Sayısal Ağ Oluşturulması
41
3423 Ccediloumlzuumlm
Şekil 35 Tasarımı Yapılan Fanın Verimi
Accumulated Time Step sayısı iterasyonu goumlstermektedir Daha fazla yakınsama iccedilin
daha fazla koşturulabilir
42
Şekil 36 Tasarımı Yapılan Fanın Torku
43
3423 Sonuccedillar
Şekil 37 Akışın Youmlnelişi
Bu kısımda verimi arttırabilmek iccedilin tork azaltılmaya ccedilalışıldı Boumlylece kanatlara
harcanan toplam guumlccedil azaltılarak iyileştirmeler yapıldı
44
Kanadın iş yapan kısmını arttırarak orijinal fanda kanadın suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilapı
154 mm iken yeni fan da 160 mmrsquoye ccedilıkarıldı
Kanatlar daha eğimli ama daha eksenel bir forma getirildi
Bu motorda toplam guumlccedil iccedilin 60 watt olduğunda yaklaşık 6 wattrsquo lık guumlccedil fan iccedilin
harcanıyordu Fanın verimliliği ccedilok oumlnemli olduğu iccedilin debiyi sabit tutulmaya
torku da duumlşuumlruumllmeye ccedilalışıldı
Tablo 9 ANSYSrsquo de Elde Edilen Deneyler
tork(Nm) w(radsn) m(kgs)
Orijinal Fan 00393645 15687 0048168
Yeni Fan 00043869 15687 0032261
Goumlruumllduumlğuuml gibi tork buumlyuumlk oranda duumlşmuumlş ancak onunla birlikte debi de biraz
duumlşmuumlştuumlr
343 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanması
Motorun arka ve oumln kısımlarına sırt sırta fan bağlayarak havanın akışını hızlandırma
ve soğutmayı arttırma işlemi amaccedillandı Gerccedilek boyutlarda uygulamadan oumlnce fanı
motor şeklini verilen kısım da tek başına analiz yapıldı Verimli bir sonuccedil alabilmek
iccedilin ikili fan deneyi yapıldı
3431 Geometri
Şekil 38 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Geometrisi
45
3432 Sayısal Ağ Oluşturma
Şekil 39 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Sayısal Ağ
Oluşturulması
Yapılan analiz de goumlzlemlenen sonuccedillar şunlardır
Bir motorun etrafında sınırlayıcı bir alan olmadığı iccedilin sınır şartları olarak setup
kısmında yine havayı 1 atm basınccedil olarak alınır Eğer sınırlayıcı bir alan olsaydı
oluklardan hava akışı doğrudan motorun arka kısmına gelecekti Ccedilıkış noktasına ise
kapak yerleştirildi giriş noktasında atmosfer ccedilıkışı ise kapak olarak sınırlandı
3433 Kod Ccediloumlzuumlmuuml
Debi ndash 000064 mᵌ sn olarak ccedilıktı Motorun hava ccedilıkış kısmına fan bağlamanın verimli
olmadığı sonucuna varıldı Oumlnceden oluşturulan oluklardaki 1cmrsquolik aralıklarla
havanın geniş bir alana gitmesi ccedilok zordur Ve bu akışı goumlnderebilmek iccedilin fazladan
basınccedil uygulanması gerekir Bu sebepler debinin duumlşmesine sebep olmuştur
46
Şekil 40 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Ccediloumlzuumlmuuml
47
BOumlLUumlM 4 SONUCcedilLAR
Verim= (Alınan Guumlccedil Verilen Guumlccedil)= (∆P x Q) (T x ὠ)
A_inlet = (r_tip)2 1000 - (r_hub)21000
A_outlet =( U_h1000)2 - (U-t1000)2
U= ὠ x r
Fan hesaplarıdan debi değeri ve tork değeri duumlşmuumlştuumlr Aşağıda yeni fanımızın verimi
yukarıdaki formuumlllere goumlre excelde hesaplanmıştır
tork(Nm) w(radsn) ṁ(kgm^3) verim deltap (Pa)
Orijinal Fan 00393645 15687 00391 60152783 95
Yeni Fan 00043869 15687 0039167 54068744
Tabloda da goumlruumllduumlğuuml uumlzere eski fanın oumlzelliklerine bakılarak hız uumlccedilgeni youmlntemiyle
oluşturulan yeni fan 540 verimli ccedilıkmıştır
Motorun oumln kısmın koyduğumuz fanda ise dar oluklardan buumlyuumlk bir hacime giriş
yaptığı iccedilin tek youmlnluuml analizde kuumltlesel debi negatif değerde ccedilıkmıştır
(Kuumltlesel debi) ṁ=ƍ( oumlzkuumltle) x A(alan) x V( akışkan hızı)=kgsn ndash Formuluumlnden
dolayı verimin hesaplanmasına gerek yoktur
48
BOumlLUumlM 5 EKLER
EK1- MEVCUT FAN
EK2- YENİ FAN
49
KAYNAKCcedilA
Baykal R 2011 Asenkron Motorlar Uumlzerine Enerjiİ Verimliliği Uygulanması
Yayın Tarihi 15032011
Ccedilalışkan M 2014 Eksenel Akışlı Fan Tasarımı Yuumlksek Lisans İstanbul Teknik
Uumlniversitesi TUumlRKİYE
Moavani S 2015 Sonlu Elemanlar Analizi Teorisi ve Ansys ile Uygulamalar
İstanbul
Onaygil S 2006 Enerji Verimliliği Kanunun Tanıtımı Yuumlksek Lisans
URL1 lthttpdeneysancomContentimagesdocumentshavalandirma-
4_39143832pdfgt Erişim Tarihi 12032016
URL2 lt httpwwweiegovtrgt Erişim Tarihi 20042016
URL3 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi
12052016
URL4 ltwwwtuumlikgovtrgt Erişim Tarihi 14052016
URL5 ltwwwemoorgtrekler364734147179187_ekpdfgt Erişim Tarihi 16052016
URL6 ltwwwinverter-plcnetmotoryıldız_uumlccedilgen_bağlantıhtmlgt Erişim Tarihi
18052016
URL7 ltwwweiegovtreie-webturkceenMotor_Verimliligi_Brosurupdfgt Erişim
Tarihi 20052016
URL8 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi
07062016
URL9 ltwwwfigescomtransysansys-nedirphpgt Erişim Tarihi 09062016
50
OumlZGECcedilMİŞLER
Elif CcedilİCcedilEK
Eyluumll 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Duumlzce Anadolu İmamhatip Lisesinde
tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi İlahiyat Fakuumlltesirsquoni kazandı 2012 yılında
Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine
başladı Halen eğitimine devam etmektedir
İletişim
apsuvaelifhotmailcom
Nesrin ALTUNBOĞA
Ağustos 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Haydarpaşa Teknik Okulları Raylı
Sistemler Teknolojileri Boumlluumlmuumlnuuml tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi
Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Boumlluumlmuumlnuuml kazandı Halen eğitimine
devam etmektedir
İletişim
naltunbogagmailcom
Rumeysa ALGUumlL
Ekim 1992rsquo de Konyarsquoda doğdu Lise oumlğrenimini Lafarge Aslan Ccedilimento Anadolu
Teknik Lisesirsquonde 2010 yılında tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi Teknoloji
Fakuumlltesi Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliğini kazandı 2013 yılında Teknoloji
Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine başladı Halen eğitimine devam
etmektedir
İletişim
rumeysaalgulgmailcom
51
52
32
Detail of Mesh kısmından Phsics preference kısmı seccedililerek CFDrsquoi seccedililir Solver
Preference kısmından ise CFXrsquoi seccedilip devam edilir
Analiz yaparken belirlenmesi gereken kısımlar vardır Bunun iccedilin diğer kısımlar
seccedililerek hide body seccedililerek kapatılır ve select all body seccedililerek kanatlara isim
verilir
Şekil 25 Mesh İsimlendirme
Akışkanın girişine inlet ccedilıkışına outlet denilir
Mesh atımında minimum yakalayacağı huumlcreler ile maksimum yakalayacağı
huumlcrelerin milimetre hesabı oumlnemlidir Bu yuumlzden kanadın kalınlığı 25 mm olduğu
iccedilin 2 mmrsquo den az olan huumlcre belirlenir Maksimum 15 mmrsquo den buumlyuumlk huumlcreler
olması duumlşuumlnuumllerek analizin yakınsaması sağlandı
Meshrsquoi tıklayıp oradan insert size kısmın da bulunan isimlerde kanatlar seccedililir
Kanatlara maksimum 3 mm buumlyuumlkluumlk seccedililir Devamında ise kanatları hide face
komutuyla gizlenir ve geriye kalan kısımlar iccedilin sizing iccedilin yine 3 mm verilir
Daha sonra kanat ve ccedilevresine ccedilizilen akış hacmi seccedililerek tekrar size kısmından
buumltuumlnuumlne 8 mm verilir Bu kısım iccedilin mesh atanır Yuumlzeyler seccedililerek Preview
Surface Mesh on Selected Bodies denilir ve mesh işlemi tamamlanmış olur
33
Şekil 26 Meshrsquo in Goumlsterimi
Ancak mesh işleminde silindirik yuumlzeylerde sweep komutuyla daha kolay mesh
atılabileceği iccedilin istenen yuumlzey iccedilin sağ tıklayıp İnsertgt Method gtSweep Number
Divs komutlarından kaccedil sıra mesh atılacağı belirlenir 20 sıra vererek mesh atıldı
Suumlpuumlrme işlemi ile mesh atarken hangi yuumlzeyi kaynak olarak alınacağı da
boumlylelikle belirlenmiş olur
Mesh sayfasını kapatıp daha sonrasında workbench kısmında meshin uumlzerine cfx
kısmını bırakılır
Mesh setupgt solutiongt results dan sonuccedillar elde edilir
Daha sonra geometry design da motorun kapağına uygun bir sınır belirlenerek
analiz yapılır
Geometriyi duumlzenlenerek CFXrsquo e aktarılır
Daha oumlncesinde de bahsedildiği uumlzere ANSYS de CFX kullanıldı CFX
kullanılmasının bir diğer sebebi de CFXrsquo in fan konusunda ANSYSlsquo in mesh
kısmından daha bağımsız ve daha hassas olmasıdır
Yapılan isimlendirmeler tekrar kontrol edilir Her farklı işlev iccedilin farklı
isimlendirme yapmak ccedilok oumlnemlidir boumlylece havanın nereden girip ne şekilde
ccedilıkacağını isimlendirmelerden goumlruumllebilir Ve bu isimlendirmeler iccedilin ayrı ayrı kod
yazılır
34
333 Sınır Şartları
Şekil 27 Sınır Şartlarının Belirlenmiş Hali
ANSYS setup kısmında Insert gt Solver gt Output Control komutları seccedililerek code
yazılır MassFlow ()inlet gt Torque_z()kanatlar olarak giriş kısmının kuumltlesel
debisi iccedilin komut yazılır
Ayrıca Insert gt Material kısmından sıcaklığı 25reg basıncı 1 atm entalpi değerini 0
olarak şartları belirlenir
Malzemenin kapak kısmı ccedilelik olarak belirlenir
Solver Control kısmından high resuluiton seccedililerek ccediloumlzuumlmuumln kalitesi arttırılır
Solver Control kısmından Residual Target artık tipini RMS olarak ve onun
yakınsama sınırı 10-5 belirlenir Rms elemanların karelerinin koumlkuumlnuuml alarak
ortalamasını alan youmlntemdir
Yine Solver Control kısmından minimum iterasyonu 1 maksimum İterasyonu ise
500 verilir
İnlet kısmı belirlenirken Boundary Type ( sınır şartları) opening olarak seccedililir
Opening verilmesindeki amaccedil akışkanların iccedileriden girip dışarıya ccedilıkışlarının
sağlanmasıdır Aksi halde ccediloumlzuumlmuumln yakınsamasın da sorunlar oluşabilir Opening
şartında ayrıca akışkan daha ccedilabuk toparlanır ve analiz daha kolaylaşır
Flow Direction komutunda normal sınır şartları belirlenir
Suumlreklilik şartı olarak da Fluid Mass Fluxrsquou seccedililir Bunun yanında sınır kontuumlruuml
iccedilin bağıl basınccedil ayarlarını seccedililir Aynı şekilde outlet iccedilin de aynı ayarlar yapılır
35
Domaine basılıp kapak kısımları ve motor kısımları seccedililir Bu dış kısımları duvar
olarak belirlenir ve duvar hareket edemeyeceğinden No Slip Wall seccedileneği olarak
belirtilir Duvarları suumlrtuumlnmesiz olduğu varsayılıyor
Fan ve kanatlar kısmında Boundry Type olarak Wall olarak belirleyip Frame type
gt rotating (doumlnuumlyor) belirtilir
Ccediloumlzuumlm metodu olarak RNG k-euro modeli kullanılır
Şekil 28 Setup Koşulların Belirlenmesi
334 Ccediloumlzuumlm - Sonuccedillar
Setup kısmını kapatılarak solution ekranı ccedilift tıklanarak ccedilıkan ekran da RUN seccedililerek
ccediloumlzme işlemi başlatılmış olur
Ccediloumlzme işlemi bittiğinde results kısmından sonuccedillar goumlruumlntuumllenebilir
36
Şekil 29 Akışın Youmlnelişi
Şekil 30 Debi Sonucu
37
34 YENİ FAN TASARIMI
341 Fan Tasarımı İccedilin Kabuller
Havanın sıkıştırılamaz olduğunu kabul edildi Havanın sıkıştırılmaz olduğu
varsayılarak yoğunluğu değişmez ve 12 kgm3 olarak kabul edilir
Ccediloumlzuumlmde suumlrtuumlnmeler ve ısı kayıpları ihmal edilir Ccediluumlnkuuml bu değerlerin
hesaplanması ccedilok uzun suumlreceği iccedilin ccediloumlzuumlm youmlntemi iccedilin ekonomik olmaz
Gerccedilekle arasında ccedilok buumlyuumlk bir fark olmayacağı varsayılmıştır
Verimi arttırmak iccedilin orijinal fanın analizinden elde edilen tork değeri duumlşuumlk
tutulmaya ccedilalışılmıştır
Motorun tek bir youmlne doumlneceği duumlşuumlnuumllmuumlştuumlr
342 Fan Tasarım Parametreleri
Bir fan tasarımında belli başlı kriterleri ele alabilmek iccedilin mevcut fan uumlzerinden
değerler bulundu
Tablo 7 Mevcut Fanın Oumlzellikleri
Devir Sayısı ( ddk) r hub (mm) rtip (mm)
1498 25 77
Radyal hız hesaplandığında w= 15687 radsn bulunmuştur r hub diye isimlendirilen
kısım fanın giriş accedilısı iccedilin gerekli olan kanadın başlangıcı ile milin merkezi arasındaki
uzaklıktır r tip ise fan kanadının bitiş noktası ile mil merkezi arasındaki uzaklığın
yarıccedilap cinsinden ifadesi olmaktadır
38
Fan kanat tasarımında oumlnemli olan w (accedilısal hız)hızının kanatlara ne kadar dik
gelebildiğidir Bu kanat hacmine ne kadar iyi bir şekilde gelirse akışkan o denli iyi
akabilir ve kanat profili oluşur
U_hub= w (radsn) x r hub
U_tip = w x r tip
Beta = arctan(vu)
A_inlet= (r tip 1000)sup2π ndash r hub 1000)sup2π
Verim= (Q x P) (TxW)
V (akışın mutlak hızı)= Debi Alan
Tablo 8 Sonuccedil olarak elde edilen değerler
r_h (mm) 25 r_t (mm) 77 r_h (mm) 50 r_t (mm) 80
U_h (ms) 3927 U_t (ms) 1209516 U_h (ms) 7854 U_t (ms) 125664
A_in (m^2) 0016663 A_out (m^2)0012252
V_in (ms) 2350516 V_out 3196702
beta_h 5909726 beta_t 7900249 beta_h 678529 beta_t 7572755
giriş ccedilıkış
Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları
Bu değerlere goumlre BladeGende yeni bir kanat profili oluşturulur
r tip
r hub
Şekil 31 Fan Kanatlarının Accedilısı
39
Şekil 32 BladeGen Kanat Profili
Oluşturduğumuz bu geometriye daha oumlnceki boumlluumlmde bahsedilen fana yapılan adımlar
uygulandı (Yeni oluşturulan fanın geometrik deseni ektedir)
40
3421 Geometri
Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi
3422 Sayısal Ağ Oluşturma
Şekil 34 Yeni Fan Tasarımının Sayısal Ağ Oluşturulması
41
3423 Ccediloumlzuumlm
Şekil 35 Tasarımı Yapılan Fanın Verimi
Accumulated Time Step sayısı iterasyonu goumlstermektedir Daha fazla yakınsama iccedilin
daha fazla koşturulabilir
42
Şekil 36 Tasarımı Yapılan Fanın Torku
43
3423 Sonuccedillar
Şekil 37 Akışın Youmlnelişi
Bu kısımda verimi arttırabilmek iccedilin tork azaltılmaya ccedilalışıldı Boumlylece kanatlara
harcanan toplam guumlccedil azaltılarak iyileştirmeler yapıldı
44
Kanadın iş yapan kısmını arttırarak orijinal fanda kanadın suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilapı
154 mm iken yeni fan da 160 mmrsquoye ccedilıkarıldı
Kanatlar daha eğimli ama daha eksenel bir forma getirildi
Bu motorda toplam guumlccedil iccedilin 60 watt olduğunda yaklaşık 6 wattrsquo lık guumlccedil fan iccedilin
harcanıyordu Fanın verimliliği ccedilok oumlnemli olduğu iccedilin debiyi sabit tutulmaya
torku da duumlşuumlruumllmeye ccedilalışıldı
Tablo 9 ANSYSrsquo de Elde Edilen Deneyler
tork(Nm) w(radsn) m(kgs)
Orijinal Fan 00393645 15687 0048168
Yeni Fan 00043869 15687 0032261
Goumlruumllduumlğuuml gibi tork buumlyuumlk oranda duumlşmuumlş ancak onunla birlikte debi de biraz
duumlşmuumlştuumlr
343 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanması
Motorun arka ve oumln kısımlarına sırt sırta fan bağlayarak havanın akışını hızlandırma
ve soğutmayı arttırma işlemi amaccedillandı Gerccedilek boyutlarda uygulamadan oumlnce fanı
motor şeklini verilen kısım da tek başına analiz yapıldı Verimli bir sonuccedil alabilmek
iccedilin ikili fan deneyi yapıldı
3431 Geometri
Şekil 38 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Geometrisi
45
3432 Sayısal Ağ Oluşturma
Şekil 39 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Sayısal Ağ
Oluşturulması
Yapılan analiz de goumlzlemlenen sonuccedillar şunlardır
Bir motorun etrafında sınırlayıcı bir alan olmadığı iccedilin sınır şartları olarak setup
kısmında yine havayı 1 atm basınccedil olarak alınır Eğer sınırlayıcı bir alan olsaydı
oluklardan hava akışı doğrudan motorun arka kısmına gelecekti Ccedilıkış noktasına ise
kapak yerleştirildi giriş noktasında atmosfer ccedilıkışı ise kapak olarak sınırlandı
3433 Kod Ccediloumlzuumlmuuml
Debi ndash 000064 mᵌ sn olarak ccedilıktı Motorun hava ccedilıkış kısmına fan bağlamanın verimli
olmadığı sonucuna varıldı Oumlnceden oluşturulan oluklardaki 1cmrsquolik aralıklarla
havanın geniş bir alana gitmesi ccedilok zordur Ve bu akışı goumlnderebilmek iccedilin fazladan
basınccedil uygulanması gerekir Bu sebepler debinin duumlşmesine sebep olmuştur
46
Şekil 40 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Ccediloumlzuumlmuuml
47
BOumlLUumlM 4 SONUCcedilLAR
Verim= (Alınan Guumlccedil Verilen Guumlccedil)= (∆P x Q) (T x ὠ)
A_inlet = (r_tip)2 1000 - (r_hub)21000
A_outlet =( U_h1000)2 - (U-t1000)2
U= ὠ x r
Fan hesaplarıdan debi değeri ve tork değeri duumlşmuumlştuumlr Aşağıda yeni fanımızın verimi
yukarıdaki formuumlllere goumlre excelde hesaplanmıştır
tork(Nm) w(radsn) ṁ(kgm^3) verim deltap (Pa)
Orijinal Fan 00393645 15687 00391 60152783 95
Yeni Fan 00043869 15687 0039167 54068744
Tabloda da goumlruumllduumlğuuml uumlzere eski fanın oumlzelliklerine bakılarak hız uumlccedilgeni youmlntemiyle
oluşturulan yeni fan 540 verimli ccedilıkmıştır
Motorun oumln kısmın koyduğumuz fanda ise dar oluklardan buumlyuumlk bir hacime giriş
yaptığı iccedilin tek youmlnluuml analizde kuumltlesel debi negatif değerde ccedilıkmıştır
(Kuumltlesel debi) ṁ=ƍ( oumlzkuumltle) x A(alan) x V( akışkan hızı)=kgsn ndash Formuluumlnden
dolayı verimin hesaplanmasına gerek yoktur
48
BOumlLUumlM 5 EKLER
EK1- MEVCUT FAN
EK2- YENİ FAN
49
KAYNAKCcedilA
Baykal R 2011 Asenkron Motorlar Uumlzerine Enerjiİ Verimliliği Uygulanması
Yayın Tarihi 15032011
Ccedilalışkan M 2014 Eksenel Akışlı Fan Tasarımı Yuumlksek Lisans İstanbul Teknik
Uumlniversitesi TUumlRKİYE
Moavani S 2015 Sonlu Elemanlar Analizi Teorisi ve Ansys ile Uygulamalar
İstanbul
Onaygil S 2006 Enerji Verimliliği Kanunun Tanıtımı Yuumlksek Lisans
URL1 lthttpdeneysancomContentimagesdocumentshavalandirma-
4_39143832pdfgt Erişim Tarihi 12032016
URL2 lt httpwwweiegovtrgt Erişim Tarihi 20042016
URL3 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi
12052016
URL4 ltwwwtuumlikgovtrgt Erişim Tarihi 14052016
URL5 ltwwwemoorgtrekler364734147179187_ekpdfgt Erişim Tarihi 16052016
URL6 ltwwwinverter-plcnetmotoryıldız_uumlccedilgen_bağlantıhtmlgt Erişim Tarihi
18052016
URL7 ltwwweiegovtreie-webturkceenMotor_Verimliligi_Brosurupdfgt Erişim
Tarihi 20052016
URL8 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi
07062016
URL9 ltwwwfigescomtransysansys-nedirphpgt Erişim Tarihi 09062016
50
OumlZGECcedilMİŞLER
Elif CcedilİCcedilEK
Eyluumll 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Duumlzce Anadolu İmamhatip Lisesinde
tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi İlahiyat Fakuumlltesirsquoni kazandı 2012 yılında
Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine
başladı Halen eğitimine devam etmektedir
İletişim
apsuvaelifhotmailcom
Nesrin ALTUNBOĞA
Ağustos 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Haydarpaşa Teknik Okulları Raylı
Sistemler Teknolojileri Boumlluumlmuumlnuuml tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi
Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Boumlluumlmuumlnuuml kazandı Halen eğitimine
devam etmektedir
İletişim
naltunbogagmailcom
Rumeysa ALGUumlL
Ekim 1992rsquo de Konyarsquoda doğdu Lise oumlğrenimini Lafarge Aslan Ccedilimento Anadolu
Teknik Lisesirsquonde 2010 yılında tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi Teknoloji
Fakuumlltesi Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliğini kazandı 2013 yılında Teknoloji
Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine başladı Halen eğitimine devam
etmektedir
İletişim
rumeysaalgulgmailcom
51
52
33
Şekil 26 Meshrsquo in Goumlsterimi
Ancak mesh işleminde silindirik yuumlzeylerde sweep komutuyla daha kolay mesh
atılabileceği iccedilin istenen yuumlzey iccedilin sağ tıklayıp İnsertgt Method gtSweep Number
Divs komutlarından kaccedil sıra mesh atılacağı belirlenir 20 sıra vererek mesh atıldı
Suumlpuumlrme işlemi ile mesh atarken hangi yuumlzeyi kaynak olarak alınacağı da
boumlylelikle belirlenmiş olur
Mesh sayfasını kapatıp daha sonrasında workbench kısmında meshin uumlzerine cfx
kısmını bırakılır
Mesh setupgt solutiongt results dan sonuccedillar elde edilir
Daha sonra geometry design da motorun kapağına uygun bir sınır belirlenerek
analiz yapılır
Geometriyi duumlzenlenerek CFXrsquo e aktarılır
Daha oumlncesinde de bahsedildiği uumlzere ANSYS de CFX kullanıldı CFX
kullanılmasının bir diğer sebebi de CFXrsquo in fan konusunda ANSYSlsquo in mesh
kısmından daha bağımsız ve daha hassas olmasıdır
Yapılan isimlendirmeler tekrar kontrol edilir Her farklı işlev iccedilin farklı
isimlendirme yapmak ccedilok oumlnemlidir boumlylece havanın nereden girip ne şekilde
ccedilıkacağını isimlendirmelerden goumlruumllebilir Ve bu isimlendirmeler iccedilin ayrı ayrı kod
yazılır
34
333 Sınır Şartları
Şekil 27 Sınır Şartlarının Belirlenmiş Hali
ANSYS setup kısmında Insert gt Solver gt Output Control komutları seccedililerek code
yazılır MassFlow ()inlet gt Torque_z()kanatlar olarak giriş kısmının kuumltlesel
debisi iccedilin komut yazılır
Ayrıca Insert gt Material kısmından sıcaklığı 25reg basıncı 1 atm entalpi değerini 0
olarak şartları belirlenir
Malzemenin kapak kısmı ccedilelik olarak belirlenir
Solver Control kısmından high resuluiton seccedililerek ccediloumlzuumlmuumln kalitesi arttırılır
Solver Control kısmından Residual Target artık tipini RMS olarak ve onun
yakınsama sınırı 10-5 belirlenir Rms elemanların karelerinin koumlkuumlnuuml alarak
ortalamasını alan youmlntemdir
Yine Solver Control kısmından minimum iterasyonu 1 maksimum İterasyonu ise
500 verilir
İnlet kısmı belirlenirken Boundary Type ( sınır şartları) opening olarak seccedililir
Opening verilmesindeki amaccedil akışkanların iccedileriden girip dışarıya ccedilıkışlarının
sağlanmasıdır Aksi halde ccediloumlzuumlmuumln yakınsamasın da sorunlar oluşabilir Opening
şartında ayrıca akışkan daha ccedilabuk toparlanır ve analiz daha kolaylaşır
Flow Direction komutunda normal sınır şartları belirlenir
Suumlreklilik şartı olarak da Fluid Mass Fluxrsquou seccedililir Bunun yanında sınır kontuumlruuml
iccedilin bağıl basınccedil ayarlarını seccedililir Aynı şekilde outlet iccedilin de aynı ayarlar yapılır
35
Domaine basılıp kapak kısımları ve motor kısımları seccedililir Bu dış kısımları duvar
olarak belirlenir ve duvar hareket edemeyeceğinden No Slip Wall seccedileneği olarak
belirtilir Duvarları suumlrtuumlnmesiz olduğu varsayılıyor
Fan ve kanatlar kısmında Boundry Type olarak Wall olarak belirleyip Frame type
gt rotating (doumlnuumlyor) belirtilir
Ccediloumlzuumlm metodu olarak RNG k-euro modeli kullanılır
Şekil 28 Setup Koşulların Belirlenmesi
334 Ccediloumlzuumlm - Sonuccedillar
Setup kısmını kapatılarak solution ekranı ccedilift tıklanarak ccedilıkan ekran da RUN seccedililerek
ccediloumlzme işlemi başlatılmış olur
Ccediloumlzme işlemi bittiğinde results kısmından sonuccedillar goumlruumlntuumllenebilir
36
Şekil 29 Akışın Youmlnelişi
Şekil 30 Debi Sonucu
37
34 YENİ FAN TASARIMI
341 Fan Tasarımı İccedilin Kabuller
Havanın sıkıştırılamaz olduğunu kabul edildi Havanın sıkıştırılmaz olduğu
varsayılarak yoğunluğu değişmez ve 12 kgm3 olarak kabul edilir
Ccediloumlzuumlmde suumlrtuumlnmeler ve ısı kayıpları ihmal edilir Ccediluumlnkuuml bu değerlerin
hesaplanması ccedilok uzun suumlreceği iccedilin ccediloumlzuumlm youmlntemi iccedilin ekonomik olmaz
Gerccedilekle arasında ccedilok buumlyuumlk bir fark olmayacağı varsayılmıştır
Verimi arttırmak iccedilin orijinal fanın analizinden elde edilen tork değeri duumlşuumlk
tutulmaya ccedilalışılmıştır
Motorun tek bir youmlne doumlneceği duumlşuumlnuumllmuumlştuumlr
342 Fan Tasarım Parametreleri
Bir fan tasarımında belli başlı kriterleri ele alabilmek iccedilin mevcut fan uumlzerinden
değerler bulundu
Tablo 7 Mevcut Fanın Oumlzellikleri
Devir Sayısı ( ddk) r hub (mm) rtip (mm)
1498 25 77
Radyal hız hesaplandığında w= 15687 radsn bulunmuştur r hub diye isimlendirilen
kısım fanın giriş accedilısı iccedilin gerekli olan kanadın başlangıcı ile milin merkezi arasındaki
uzaklıktır r tip ise fan kanadının bitiş noktası ile mil merkezi arasındaki uzaklığın
yarıccedilap cinsinden ifadesi olmaktadır
38
Fan kanat tasarımında oumlnemli olan w (accedilısal hız)hızının kanatlara ne kadar dik
gelebildiğidir Bu kanat hacmine ne kadar iyi bir şekilde gelirse akışkan o denli iyi
akabilir ve kanat profili oluşur
U_hub= w (radsn) x r hub
U_tip = w x r tip
Beta = arctan(vu)
A_inlet= (r tip 1000)sup2π ndash r hub 1000)sup2π
Verim= (Q x P) (TxW)
V (akışın mutlak hızı)= Debi Alan
Tablo 8 Sonuccedil olarak elde edilen değerler
r_h (mm) 25 r_t (mm) 77 r_h (mm) 50 r_t (mm) 80
U_h (ms) 3927 U_t (ms) 1209516 U_h (ms) 7854 U_t (ms) 125664
A_in (m^2) 0016663 A_out (m^2)0012252
V_in (ms) 2350516 V_out 3196702
beta_h 5909726 beta_t 7900249 beta_h 678529 beta_t 7572755
giriş ccedilıkış
Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları
Bu değerlere goumlre BladeGende yeni bir kanat profili oluşturulur
r tip
r hub
Şekil 31 Fan Kanatlarının Accedilısı
39
Şekil 32 BladeGen Kanat Profili
Oluşturduğumuz bu geometriye daha oumlnceki boumlluumlmde bahsedilen fana yapılan adımlar
uygulandı (Yeni oluşturulan fanın geometrik deseni ektedir)
40
3421 Geometri
Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi
3422 Sayısal Ağ Oluşturma
Şekil 34 Yeni Fan Tasarımının Sayısal Ağ Oluşturulması
41
3423 Ccediloumlzuumlm
Şekil 35 Tasarımı Yapılan Fanın Verimi
Accumulated Time Step sayısı iterasyonu goumlstermektedir Daha fazla yakınsama iccedilin
daha fazla koşturulabilir
42
Şekil 36 Tasarımı Yapılan Fanın Torku
43
3423 Sonuccedillar
Şekil 37 Akışın Youmlnelişi
Bu kısımda verimi arttırabilmek iccedilin tork azaltılmaya ccedilalışıldı Boumlylece kanatlara
harcanan toplam guumlccedil azaltılarak iyileştirmeler yapıldı
44
Kanadın iş yapan kısmını arttırarak orijinal fanda kanadın suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilapı
154 mm iken yeni fan da 160 mmrsquoye ccedilıkarıldı
Kanatlar daha eğimli ama daha eksenel bir forma getirildi
Bu motorda toplam guumlccedil iccedilin 60 watt olduğunda yaklaşık 6 wattrsquo lık guumlccedil fan iccedilin
harcanıyordu Fanın verimliliği ccedilok oumlnemli olduğu iccedilin debiyi sabit tutulmaya
torku da duumlşuumlruumllmeye ccedilalışıldı
Tablo 9 ANSYSrsquo de Elde Edilen Deneyler
tork(Nm) w(radsn) m(kgs)
Orijinal Fan 00393645 15687 0048168
Yeni Fan 00043869 15687 0032261
Goumlruumllduumlğuuml gibi tork buumlyuumlk oranda duumlşmuumlş ancak onunla birlikte debi de biraz
duumlşmuumlştuumlr
343 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanması
Motorun arka ve oumln kısımlarına sırt sırta fan bağlayarak havanın akışını hızlandırma
ve soğutmayı arttırma işlemi amaccedillandı Gerccedilek boyutlarda uygulamadan oumlnce fanı
motor şeklini verilen kısım da tek başına analiz yapıldı Verimli bir sonuccedil alabilmek
iccedilin ikili fan deneyi yapıldı
3431 Geometri
Şekil 38 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Geometrisi
45
3432 Sayısal Ağ Oluşturma
Şekil 39 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Sayısal Ağ
Oluşturulması
Yapılan analiz de goumlzlemlenen sonuccedillar şunlardır
Bir motorun etrafında sınırlayıcı bir alan olmadığı iccedilin sınır şartları olarak setup
kısmında yine havayı 1 atm basınccedil olarak alınır Eğer sınırlayıcı bir alan olsaydı
oluklardan hava akışı doğrudan motorun arka kısmına gelecekti Ccedilıkış noktasına ise
kapak yerleştirildi giriş noktasında atmosfer ccedilıkışı ise kapak olarak sınırlandı
3433 Kod Ccediloumlzuumlmuuml
Debi ndash 000064 mᵌ sn olarak ccedilıktı Motorun hava ccedilıkış kısmına fan bağlamanın verimli
olmadığı sonucuna varıldı Oumlnceden oluşturulan oluklardaki 1cmrsquolik aralıklarla
havanın geniş bir alana gitmesi ccedilok zordur Ve bu akışı goumlnderebilmek iccedilin fazladan
basınccedil uygulanması gerekir Bu sebepler debinin duumlşmesine sebep olmuştur
46
Şekil 40 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Ccediloumlzuumlmuuml
47
BOumlLUumlM 4 SONUCcedilLAR
Verim= (Alınan Guumlccedil Verilen Guumlccedil)= (∆P x Q) (T x ὠ)
A_inlet = (r_tip)2 1000 - (r_hub)21000
A_outlet =( U_h1000)2 - (U-t1000)2
U= ὠ x r
Fan hesaplarıdan debi değeri ve tork değeri duumlşmuumlştuumlr Aşağıda yeni fanımızın verimi
yukarıdaki formuumlllere goumlre excelde hesaplanmıştır
tork(Nm) w(radsn) ṁ(kgm^3) verim deltap (Pa)
Orijinal Fan 00393645 15687 00391 60152783 95
Yeni Fan 00043869 15687 0039167 54068744
Tabloda da goumlruumllduumlğuuml uumlzere eski fanın oumlzelliklerine bakılarak hız uumlccedilgeni youmlntemiyle
oluşturulan yeni fan 540 verimli ccedilıkmıştır
Motorun oumln kısmın koyduğumuz fanda ise dar oluklardan buumlyuumlk bir hacime giriş
yaptığı iccedilin tek youmlnluuml analizde kuumltlesel debi negatif değerde ccedilıkmıştır
(Kuumltlesel debi) ṁ=ƍ( oumlzkuumltle) x A(alan) x V( akışkan hızı)=kgsn ndash Formuluumlnden
dolayı verimin hesaplanmasına gerek yoktur
48
BOumlLUumlM 5 EKLER
EK1- MEVCUT FAN
EK2- YENİ FAN
49
KAYNAKCcedilA
Baykal R 2011 Asenkron Motorlar Uumlzerine Enerjiİ Verimliliği Uygulanması
Yayın Tarihi 15032011
Ccedilalışkan M 2014 Eksenel Akışlı Fan Tasarımı Yuumlksek Lisans İstanbul Teknik
Uumlniversitesi TUumlRKİYE
Moavani S 2015 Sonlu Elemanlar Analizi Teorisi ve Ansys ile Uygulamalar
İstanbul
Onaygil S 2006 Enerji Verimliliği Kanunun Tanıtımı Yuumlksek Lisans
URL1 lthttpdeneysancomContentimagesdocumentshavalandirma-
4_39143832pdfgt Erişim Tarihi 12032016
URL2 lt httpwwweiegovtrgt Erişim Tarihi 20042016
URL3 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi
12052016
URL4 ltwwwtuumlikgovtrgt Erişim Tarihi 14052016
URL5 ltwwwemoorgtrekler364734147179187_ekpdfgt Erişim Tarihi 16052016
URL6 ltwwwinverter-plcnetmotoryıldız_uumlccedilgen_bağlantıhtmlgt Erişim Tarihi
18052016
URL7 ltwwweiegovtreie-webturkceenMotor_Verimliligi_Brosurupdfgt Erişim
Tarihi 20052016
URL8 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi
07062016
URL9 ltwwwfigescomtransysansys-nedirphpgt Erişim Tarihi 09062016
50
OumlZGECcedilMİŞLER
Elif CcedilİCcedilEK
Eyluumll 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Duumlzce Anadolu İmamhatip Lisesinde
tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi İlahiyat Fakuumlltesirsquoni kazandı 2012 yılında
Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine
başladı Halen eğitimine devam etmektedir
İletişim
apsuvaelifhotmailcom
Nesrin ALTUNBOĞA
Ağustos 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Haydarpaşa Teknik Okulları Raylı
Sistemler Teknolojileri Boumlluumlmuumlnuuml tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi
Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Boumlluumlmuumlnuuml kazandı Halen eğitimine
devam etmektedir
İletişim
naltunbogagmailcom
Rumeysa ALGUumlL
Ekim 1992rsquo de Konyarsquoda doğdu Lise oumlğrenimini Lafarge Aslan Ccedilimento Anadolu
Teknik Lisesirsquonde 2010 yılında tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi Teknoloji
Fakuumlltesi Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliğini kazandı 2013 yılında Teknoloji
Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine başladı Halen eğitimine devam
etmektedir
İletişim
rumeysaalgulgmailcom
51
52
34
333 Sınır Şartları
Şekil 27 Sınır Şartlarının Belirlenmiş Hali
ANSYS setup kısmında Insert gt Solver gt Output Control komutları seccedililerek code
yazılır MassFlow ()inlet gt Torque_z()kanatlar olarak giriş kısmının kuumltlesel
debisi iccedilin komut yazılır
Ayrıca Insert gt Material kısmından sıcaklığı 25reg basıncı 1 atm entalpi değerini 0
olarak şartları belirlenir
Malzemenin kapak kısmı ccedilelik olarak belirlenir
Solver Control kısmından high resuluiton seccedililerek ccediloumlzuumlmuumln kalitesi arttırılır
Solver Control kısmından Residual Target artık tipini RMS olarak ve onun
yakınsama sınırı 10-5 belirlenir Rms elemanların karelerinin koumlkuumlnuuml alarak
ortalamasını alan youmlntemdir
Yine Solver Control kısmından minimum iterasyonu 1 maksimum İterasyonu ise
500 verilir
İnlet kısmı belirlenirken Boundary Type ( sınır şartları) opening olarak seccedililir
Opening verilmesindeki amaccedil akışkanların iccedileriden girip dışarıya ccedilıkışlarının
sağlanmasıdır Aksi halde ccediloumlzuumlmuumln yakınsamasın da sorunlar oluşabilir Opening
şartında ayrıca akışkan daha ccedilabuk toparlanır ve analiz daha kolaylaşır
Flow Direction komutunda normal sınır şartları belirlenir
Suumlreklilik şartı olarak da Fluid Mass Fluxrsquou seccedililir Bunun yanında sınır kontuumlruuml
iccedilin bağıl basınccedil ayarlarını seccedililir Aynı şekilde outlet iccedilin de aynı ayarlar yapılır
35
Domaine basılıp kapak kısımları ve motor kısımları seccedililir Bu dış kısımları duvar
olarak belirlenir ve duvar hareket edemeyeceğinden No Slip Wall seccedileneği olarak
belirtilir Duvarları suumlrtuumlnmesiz olduğu varsayılıyor
Fan ve kanatlar kısmında Boundry Type olarak Wall olarak belirleyip Frame type
gt rotating (doumlnuumlyor) belirtilir
Ccediloumlzuumlm metodu olarak RNG k-euro modeli kullanılır
Şekil 28 Setup Koşulların Belirlenmesi
334 Ccediloumlzuumlm - Sonuccedillar
Setup kısmını kapatılarak solution ekranı ccedilift tıklanarak ccedilıkan ekran da RUN seccedililerek
ccediloumlzme işlemi başlatılmış olur
Ccediloumlzme işlemi bittiğinde results kısmından sonuccedillar goumlruumlntuumllenebilir
36
Şekil 29 Akışın Youmlnelişi
Şekil 30 Debi Sonucu
37
34 YENİ FAN TASARIMI
341 Fan Tasarımı İccedilin Kabuller
Havanın sıkıştırılamaz olduğunu kabul edildi Havanın sıkıştırılmaz olduğu
varsayılarak yoğunluğu değişmez ve 12 kgm3 olarak kabul edilir
Ccediloumlzuumlmde suumlrtuumlnmeler ve ısı kayıpları ihmal edilir Ccediluumlnkuuml bu değerlerin
hesaplanması ccedilok uzun suumlreceği iccedilin ccediloumlzuumlm youmlntemi iccedilin ekonomik olmaz
Gerccedilekle arasında ccedilok buumlyuumlk bir fark olmayacağı varsayılmıştır
Verimi arttırmak iccedilin orijinal fanın analizinden elde edilen tork değeri duumlşuumlk
tutulmaya ccedilalışılmıştır
Motorun tek bir youmlne doumlneceği duumlşuumlnuumllmuumlştuumlr
342 Fan Tasarım Parametreleri
Bir fan tasarımında belli başlı kriterleri ele alabilmek iccedilin mevcut fan uumlzerinden
değerler bulundu
Tablo 7 Mevcut Fanın Oumlzellikleri
Devir Sayısı ( ddk) r hub (mm) rtip (mm)
1498 25 77
Radyal hız hesaplandığında w= 15687 radsn bulunmuştur r hub diye isimlendirilen
kısım fanın giriş accedilısı iccedilin gerekli olan kanadın başlangıcı ile milin merkezi arasındaki
uzaklıktır r tip ise fan kanadının bitiş noktası ile mil merkezi arasındaki uzaklığın
yarıccedilap cinsinden ifadesi olmaktadır
38
Fan kanat tasarımında oumlnemli olan w (accedilısal hız)hızının kanatlara ne kadar dik
gelebildiğidir Bu kanat hacmine ne kadar iyi bir şekilde gelirse akışkan o denli iyi
akabilir ve kanat profili oluşur
U_hub= w (radsn) x r hub
U_tip = w x r tip
Beta = arctan(vu)
A_inlet= (r tip 1000)sup2π ndash r hub 1000)sup2π
Verim= (Q x P) (TxW)
V (akışın mutlak hızı)= Debi Alan
Tablo 8 Sonuccedil olarak elde edilen değerler
r_h (mm) 25 r_t (mm) 77 r_h (mm) 50 r_t (mm) 80
U_h (ms) 3927 U_t (ms) 1209516 U_h (ms) 7854 U_t (ms) 125664
A_in (m^2) 0016663 A_out (m^2)0012252
V_in (ms) 2350516 V_out 3196702
beta_h 5909726 beta_t 7900249 beta_h 678529 beta_t 7572755
giriş ccedilıkış
Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları
Bu değerlere goumlre BladeGende yeni bir kanat profili oluşturulur
r tip
r hub
Şekil 31 Fan Kanatlarının Accedilısı
39
Şekil 32 BladeGen Kanat Profili
Oluşturduğumuz bu geometriye daha oumlnceki boumlluumlmde bahsedilen fana yapılan adımlar
uygulandı (Yeni oluşturulan fanın geometrik deseni ektedir)
40
3421 Geometri
Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi
3422 Sayısal Ağ Oluşturma
Şekil 34 Yeni Fan Tasarımının Sayısal Ağ Oluşturulması
41
3423 Ccediloumlzuumlm
Şekil 35 Tasarımı Yapılan Fanın Verimi
Accumulated Time Step sayısı iterasyonu goumlstermektedir Daha fazla yakınsama iccedilin
daha fazla koşturulabilir
42
Şekil 36 Tasarımı Yapılan Fanın Torku
43
3423 Sonuccedillar
Şekil 37 Akışın Youmlnelişi
Bu kısımda verimi arttırabilmek iccedilin tork azaltılmaya ccedilalışıldı Boumlylece kanatlara
harcanan toplam guumlccedil azaltılarak iyileştirmeler yapıldı
44
Kanadın iş yapan kısmını arttırarak orijinal fanda kanadın suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilapı
154 mm iken yeni fan da 160 mmrsquoye ccedilıkarıldı
Kanatlar daha eğimli ama daha eksenel bir forma getirildi
Bu motorda toplam guumlccedil iccedilin 60 watt olduğunda yaklaşık 6 wattrsquo lık guumlccedil fan iccedilin
harcanıyordu Fanın verimliliği ccedilok oumlnemli olduğu iccedilin debiyi sabit tutulmaya
torku da duumlşuumlruumllmeye ccedilalışıldı
Tablo 9 ANSYSrsquo de Elde Edilen Deneyler
tork(Nm) w(radsn) m(kgs)
Orijinal Fan 00393645 15687 0048168
Yeni Fan 00043869 15687 0032261
Goumlruumllduumlğuuml gibi tork buumlyuumlk oranda duumlşmuumlş ancak onunla birlikte debi de biraz
duumlşmuumlştuumlr
343 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanması
Motorun arka ve oumln kısımlarına sırt sırta fan bağlayarak havanın akışını hızlandırma
ve soğutmayı arttırma işlemi amaccedillandı Gerccedilek boyutlarda uygulamadan oumlnce fanı
motor şeklini verilen kısım da tek başına analiz yapıldı Verimli bir sonuccedil alabilmek
iccedilin ikili fan deneyi yapıldı
3431 Geometri
Şekil 38 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Geometrisi
45
3432 Sayısal Ağ Oluşturma
Şekil 39 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Sayısal Ağ
Oluşturulması
Yapılan analiz de goumlzlemlenen sonuccedillar şunlardır
Bir motorun etrafında sınırlayıcı bir alan olmadığı iccedilin sınır şartları olarak setup
kısmında yine havayı 1 atm basınccedil olarak alınır Eğer sınırlayıcı bir alan olsaydı
oluklardan hava akışı doğrudan motorun arka kısmına gelecekti Ccedilıkış noktasına ise
kapak yerleştirildi giriş noktasında atmosfer ccedilıkışı ise kapak olarak sınırlandı
3433 Kod Ccediloumlzuumlmuuml
Debi ndash 000064 mᵌ sn olarak ccedilıktı Motorun hava ccedilıkış kısmına fan bağlamanın verimli
olmadığı sonucuna varıldı Oumlnceden oluşturulan oluklardaki 1cmrsquolik aralıklarla
havanın geniş bir alana gitmesi ccedilok zordur Ve bu akışı goumlnderebilmek iccedilin fazladan
basınccedil uygulanması gerekir Bu sebepler debinin duumlşmesine sebep olmuştur
46
Şekil 40 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Ccediloumlzuumlmuuml
47
BOumlLUumlM 4 SONUCcedilLAR
Verim= (Alınan Guumlccedil Verilen Guumlccedil)= (∆P x Q) (T x ὠ)
A_inlet = (r_tip)2 1000 - (r_hub)21000
A_outlet =( U_h1000)2 - (U-t1000)2
U= ὠ x r
Fan hesaplarıdan debi değeri ve tork değeri duumlşmuumlştuumlr Aşağıda yeni fanımızın verimi
yukarıdaki formuumlllere goumlre excelde hesaplanmıştır
tork(Nm) w(radsn) ṁ(kgm^3) verim deltap (Pa)
Orijinal Fan 00393645 15687 00391 60152783 95
Yeni Fan 00043869 15687 0039167 54068744
Tabloda da goumlruumllduumlğuuml uumlzere eski fanın oumlzelliklerine bakılarak hız uumlccedilgeni youmlntemiyle
oluşturulan yeni fan 540 verimli ccedilıkmıştır
Motorun oumln kısmın koyduğumuz fanda ise dar oluklardan buumlyuumlk bir hacime giriş
yaptığı iccedilin tek youmlnluuml analizde kuumltlesel debi negatif değerde ccedilıkmıştır
(Kuumltlesel debi) ṁ=ƍ( oumlzkuumltle) x A(alan) x V( akışkan hızı)=kgsn ndash Formuluumlnden
dolayı verimin hesaplanmasına gerek yoktur
48
BOumlLUumlM 5 EKLER
EK1- MEVCUT FAN
EK2- YENİ FAN
49
KAYNAKCcedilA
Baykal R 2011 Asenkron Motorlar Uumlzerine Enerjiİ Verimliliği Uygulanması
Yayın Tarihi 15032011
Ccedilalışkan M 2014 Eksenel Akışlı Fan Tasarımı Yuumlksek Lisans İstanbul Teknik
Uumlniversitesi TUumlRKİYE
Moavani S 2015 Sonlu Elemanlar Analizi Teorisi ve Ansys ile Uygulamalar
İstanbul
Onaygil S 2006 Enerji Verimliliği Kanunun Tanıtımı Yuumlksek Lisans
URL1 lthttpdeneysancomContentimagesdocumentshavalandirma-
4_39143832pdfgt Erişim Tarihi 12032016
URL2 lt httpwwweiegovtrgt Erişim Tarihi 20042016
URL3 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi
12052016
URL4 ltwwwtuumlikgovtrgt Erişim Tarihi 14052016
URL5 ltwwwemoorgtrekler364734147179187_ekpdfgt Erişim Tarihi 16052016
URL6 ltwwwinverter-plcnetmotoryıldız_uumlccedilgen_bağlantıhtmlgt Erişim Tarihi
18052016
URL7 ltwwweiegovtreie-webturkceenMotor_Verimliligi_Brosurupdfgt Erişim
Tarihi 20052016
URL8 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi
07062016
URL9 ltwwwfigescomtransysansys-nedirphpgt Erişim Tarihi 09062016
50
OumlZGECcedilMİŞLER
Elif CcedilİCcedilEK
Eyluumll 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Duumlzce Anadolu İmamhatip Lisesinde
tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi İlahiyat Fakuumlltesirsquoni kazandı 2012 yılında
Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine
başladı Halen eğitimine devam etmektedir
İletişim
apsuvaelifhotmailcom
Nesrin ALTUNBOĞA
Ağustos 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Haydarpaşa Teknik Okulları Raylı
Sistemler Teknolojileri Boumlluumlmuumlnuuml tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi
Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Boumlluumlmuumlnuuml kazandı Halen eğitimine
devam etmektedir
İletişim
naltunbogagmailcom
Rumeysa ALGUumlL
Ekim 1992rsquo de Konyarsquoda doğdu Lise oumlğrenimini Lafarge Aslan Ccedilimento Anadolu
Teknik Lisesirsquonde 2010 yılında tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi Teknoloji
Fakuumlltesi Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliğini kazandı 2013 yılında Teknoloji
Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine başladı Halen eğitimine devam
etmektedir
İletişim
rumeysaalgulgmailcom
51
52
35
Domaine basılıp kapak kısımları ve motor kısımları seccedililir Bu dış kısımları duvar
olarak belirlenir ve duvar hareket edemeyeceğinden No Slip Wall seccedileneği olarak
belirtilir Duvarları suumlrtuumlnmesiz olduğu varsayılıyor
Fan ve kanatlar kısmında Boundry Type olarak Wall olarak belirleyip Frame type
gt rotating (doumlnuumlyor) belirtilir
Ccediloumlzuumlm metodu olarak RNG k-euro modeli kullanılır
Şekil 28 Setup Koşulların Belirlenmesi
334 Ccediloumlzuumlm - Sonuccedillar
Setup kısmını kapatılarak solution ekranı ccedilift tıklanarak ccedilıkan ekran da RUN seccedililerek
ccediloumlzme işlemi başlatılmış olur
Ccediloumlzme işlemi bittiğinde results kısmından sonuccedillar goumlruumlntuumllenebilir
36
Şekil 29 Akışın Youmlnelişi
Şekil 30 Debi Sonucu
37
34 YENİ FAN TASARIMI
341 Fan Tasarımı İccedilin Kabuller
Havanın sıkıştırılamaz olduğunu kabul edildi Havanın sıkıştırılmaz olduğu
varsayılarak yoğunluğu değişmez ve 12 kgm3 olarak kabul edilir
Ccediloumlzuumlmde suumlrtuumlnmeler ve ısı kayıpları ihmal edilir Ccediluumlnkuuml bu değerlerin
hesaplanması ccedilok uzun suumlreceği iccedilin ccediloumlzuumlm youmlntemi iccedilin ekonomik olmaz
Gerccedilekle arasında ccedilok buumlyuumlk bir fark olmayacağı varsayılmıştır
Verimi arttırmak iccedilin orijinal fanın analizinden elde edilen tork değeri duumlşuumlk
tutulmaya ccedilalışılmıştır
Motorun tek bir youmlne doumlneceği duumlşuumlnuumllmuumlştuumlr
342 Fan Tasarım Parametreleri
Bir fan tasarımında belli başlı kriterleri ele alabilmek iccedilin mevcut fan uumlzerinden
değerler bulundu
Tablo 7 Mevcut Fanın Oumlzellikleri
Devir Sayısı ( ddk) r hub (mm) rtip (mm)
1498 25 77
Radyal hız hesaplandığında w= 15687 radsn bulunmuştur r hub diye isimlendirilen
kısım fanın giriş accedilısı iccedilin gerekli olan kanadın başlangıcı ile milin merkezi arasındaki
uzaklıktır r tip ise fan kanadının bitiş noktası ile mil merkezi arasındaki uzaklığın
yarıccedilap cinsinden ifadesi olmaktadır
38
Fan kanat tasarımında oumlnemli olan w (accedilısal hız)hızının kanatlara ne kadar dik
gelebildiğidir Bu kanat hacmine ne kadar iyi bir şekilde gelirse akışkan o denli iyi
akabilir ve kanat profili oluşur
U_hub= w (radsn) x r hub
U_tip = w x r tip
Beta = arctan(vu)
A_inlet= (r tip 1000)sup2π ndash r hub 1000)sup2π
Verim= (Q x P) (TxW)
V (akışın mutlak hızı)= Debi Alan
Tablo 8 Sonuccedil olarak elde edilen değerler
r_h (mm) 25 r_t (mm) 77 r_h (mm) 50 r_t (mm) 80
U_h (ms) 3927 U_t (ms) 1209516 U_h (ms) 7854 U_t (ms) 125664
A_in (m^2) 0016663 A_out (m^2)0012252
V_in (ms) 2350516 V_out 3196702
beta_h 5909726 beta_t 7900249 beta_h 678529 beta_t 7572755
giriş ccedilıkış
Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları
Bu değerlere goumlre BladeGende yeni bir kanat profili oluşturulur
r tip
r hub
Şekil 31 Fan Kanatlarının Accedilısı
39
Şekil 32 BladeGen Kanat Profili
Oluşturduğumuz bu geometriye daha oumlnceki boumlluumlmde bahsedilen fana yapılan adımlar
uygulandı (Yeni oluşturulan fanın geometrik deseni ektedir)
40
3421 Geometri
Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi
3422 Sayısal Ağ Oluşturma
Şekil 34 Yeni Fan Tasarımının Sayısal Ağ Oluşturulması
41
3423 Ccediloumlzuumlm
Şekil 35 Tasarımı Yapılan Fanın Verimi
Accumulated Time Step sayısı iterasyonu goumlstermektedir Daha fazla yakınsama iccedilin
daha fazla koşturulabilir
42
Şekil 36 Tasarımı Yapılan Fanın Torku
43
3423 Sonuccedillar
Şekil 37 Akışın Youmlnelişi
Bu kısımda verimi arttırabilmek iccedilin tork azaltılmaya ccedilalışıldı Boumlylece kanatlara
harcanan toplam guumlccedil azaltılarak iyileştirmeler yapıldı
44
Kanadın iş yapan kısmını arttırarak orijinal fanda kanadın suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilapı
154 mm iken yeni fan da 160 mmrsquoye ccedilıkarıldı
Kanatlar daha eğimli ama daha eksenel bir forma getirildi
Bu motorda toplam guumlccedil iccedilin 60 watt olduğunda yaklaşık 6 wattrsquo lık guumlccedil fan iccedilin
harcanıyordu Fanın verimliliği ccedilok oumlnemli olduğu iccedilin debiyi sabit tutulmaya
torku da duumlşuumlruumllmeye ccedilalışıldı
Tablo 9 ANSYSrsquo de Elde Edilen Deneyler
tork(Nm) w(radsn) m(kgs)
Orijinal Fan 00393645 15687 0048168
Yeni Fan 00043869 15687 0032261
Goumlruumllduumlğuuml gibi tork buumlyuumlk oranda duumlşmuumlş ancak onunla birlikte debi de biraz
duumlşmuumlştuumlr
343 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanması
Motorun arka ve oumln kısımlarına sırt sırta fan bağlayarak havanın akışını hızlandırma
ve soğutmayı arttırma işlemi amaccedillandı Gerccedilek boyutlarda uygulamadan oumlnce fanı
motor şeklini verilen kısım da tek başına analiz yapıldı Verimli bir sonuccedil alabilmek
iccedilin ikili fan deneyi yapıldı
3431 Geometri
Şekil 38 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Geometrisi
45
3432 Sayısal Ağ Oluşturma
Şekil 39 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Sayısal Ağ
Oluşturulması
Yapılan analiz de goumlzlemlenen sonuccedillar şunlardır
Bir motorun etrafında sınırlayıcı bir alan olmadığı iccedilin sınır şartları olarak setup
kısmında yine havayı 1 atm basınccedil olarak alınır Eğer sınırlayıcı bir alan olsaydı
oluklardan hava akışı doğrudan motorun arka kısmına gelecekti Ccedilıkış noktasına ise
kapak yerleştirildi giriş noktasında atmosfer ccedilıkışı ise kapak olarak sınırlandı
3433 Kod Ccediloumlzuumlmuuml
Debi ndash 000064 mᵌ sn olarak ccedilıktı Motorun hava ccedilıkış kısmına fan bağlamanın verimli
olmadığı sonucuna varıldı Oumlnceden oluşturulan oluklardaki 1cmrsquolik aralıklarla
havanın geniş bir alana gitmesi ccedilok zordur Ve bu akışı goumlnderebilmek iccedilin fazladan
basınccedil uygulanması gerekir Bu sebepler debinin duumlşmesine sebep olmuştur
46
Şekil 40 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Ccediloumlzuumlmuuml
47
BOumlLUumlM 4 SONUCcedilLAR
Verim= (Alınan Guumlccedil Verilen Guumlccedil)= (∆P x Q) (T x ὠ)
A_inlet = (r_tip)2 1000 - (r_hub)21000
A_outlet =( U_h1000)2 - (U-t1000)2
U= ὠ x r
Fan hesaplarıdan debi değeri ve tork değeri duumlşmuumlştuumlr Aşağıda yeni fanımızın verimi
yukarıdaki formuumlllere goumlre excelde hesaplanmıştır
tork(Nm) w(radsn) ṁ(kgm^3) verim deltap (Pa)
Orijinal Fan 00393645 15687 00391 60152783 95
Yeni Fan 00043869 15687 0039167 54068744
Tabloda da goumlruumllduumlğuuml uumlzere eski fanın oumlzelliklerine bakılarak hız uumlccedilgeni youmlntemiyle
oluşturulan yeni fan 540 verimli ccedilıkmıştır
Motorun oumln kısmın koyduğumuz fanda ise dar oluklardan buumlyuumlk bir hacime giriş
yaptığı iccedilin tek youmlnluuml analizde kuumltlesel debi negatif değerde ccedilıkmıştır
(Kuumltlesel debi) ṁ=ƍ( oumlzkuumltle) x A(alan) x V( akışkan hızı)=kgsn ndash Formuluumlnden
dolayı verimin hesaplanmasına gerek yoktur
48
BOumlLUumlM 5 EKLER
EK1- MEVCUT FAN
EK2- YENİ FAN
49
KAYNAKCcedilA
Baykal R 2011 Asenkron Motorlar Uumlzerine Enerjiİ Verimliliği Uygulanması
Yayın Tarihi 15032011
Ccedilalışkan M 2014 Eksenel Akışlı Fan Tasarımı Yuumlksek Lisans İstanbul Teknik
Uumlniversitesi TUumlRKİYE
Moavani S 2015 Sonlu Elemanlar Analizi Teorisi ve Ansys ile Uygulamalar
İstanbul
Onaygil S 2006 Enerji Verimliliği Kanunun Tanıtımı Yuumlksek Lisans
URL1 lthttpdeneysancomContentimagesdocumentshavalandirma-
4_39143832pdfgt Erişim Tarihi 12032016
URL2 lt httpwwweiegovtrgt Erişim Tarihi 20042016
URL3 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi
12052016
URL4 ltwwwtuumlikgovtrgt Erişim Tarihi 14052016
URL5 ltwwwemoorgtrekler364734147179187_ekpdfgt Erişim Tarihi 16052016
URL6 ltwwwinverter-plcnetmotoryıldız_uumlccedilgen_bağlantıhtmlgt Erişim Tarihi
18052016
URL7 ltwwweiegovtreie-webturkceenMotor_Verimliligi_Brosurupdfgt Erişim
Tarihi 20052016
URL8 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi
07062016
URL9 ltwwwfigescomtransysansys-nedirphpgt Erişim Tarihi 09062016
50
OumlZGECcedilMİŞLER
Elif CcedilİCcedilEK
Eyluumll 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Duumlzce Anadolu İmamhatip Lisesinde
tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi İlahiyat Fakuumlltesirsquoni kazandı 2012 yılında
Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine
başladı Halen eğitimine devam etmektedir
İletişim
apsuvaelifhotmailcom
Nesrin ALTUNBOĞA
Ağustos 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Haydarpaşa Teknik Okulları Raylı
Sistemler Teknolojileri Boumlluumlmuumlnuuml tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi
Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Boumlluumlmuumlnuuml kazandı Halen eğitimine
devam etmektedir
İletişim
naltunbogagmailcom
Rumeysa ALGUumlL
Ekim 1992rsquo de Konyarsquoda doğdu Lise oumlğrenimini Lafarge Aslan Ccedilimento Anadolu
Teknik Lisesirsquonde 2010 yılında tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi Teknoloji
Fakuumlltesi Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliğini kazandı 2013 yılında Teknoloji
Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine başladı Halen eğitimine devam
etmektedir
İletişim
rumeysaalgulgmailcom
51
52
36
Şekil 29 Akışın Youmlnelişi
Şekil 30 Debi Sonucu
37
34 YENİ FAN TASARIMI
341 Fan Tasarımı İccedilin Kabuller
Havanın sıkıştırılamaz olduğunu kabul edildi Havanın sıkıştırılmaz olduğu
varsayılarak yoğunluğu değişmez ve 12 kgm3 olarak kabul edilir
Ccediloumlzuumlmde suumlrtuumlnmeler ve ısı kayıpları ihmal edilir Ccediluumlnkuuml bu değerlerin
hesaplanması ccedilok uzun suumlreceği iccedilin ccediloumlzuumlm youmlntemi iccedilin ekonomik olmaz
Gerccedilekle arasında ccedilok buumlyuumlk bir fark olmayacağı varsayılmıştır
Verimi arttırmak iccedilin orijinal fanın analizinden elde edilen tork değeri duumlşuumlk
tutulmaya ccedilalışılmıştır
Motorun tek bir youmlne doumlneceği duumlşuumlnuumllmuumlştuumlr
342 Fan Tasarım Parametreleri
Bir fan tasarımında belli başlı kriterleri ele alabilmek iccedilin mevcut fan uumlzerinden
değerler bulundu
Tablo 7 Mevcut Fanın Oumlzellikleri
Devir Sayısı ( ddk) r hub (mm) rtip (mm)
1498 25 77
Radyal hız hesaplandığında w= 15687 radsn bulunmuştur r hub diye isimlendirilen
kısım fanın giriş accedilısı iccedilin gerekli olan kanadın başlangıcı ile milin merkezi arasındaki
uzaklıktır r tip ise fan kanadının bitiş noktası ile mil merkezi arasındaki uzaklığın
yarıccedilap cinsinden ifadesi olmaktadır
38
Fan kanat tasarımında oumlnemli olan w (accedilısal hız)hızının kanatlara ne kadar dik
gelebildiğidir Bu kanat hacmine ne kadar iyi bir şekilde gelirse akışkan o denli iyi
akabilir ve kanat profili oluşur
U_hub= w (radsn) x r hub
U_tip = w x r tip
Beta = arctan(vu)
A_inlet= (r tip 1000)sup2π ndash r hub 1000)sup2π
Verim= (Q x P) (TxW)
V (akışın mutlak hızı)= Debi Alan
Tablo 8 Sonuccedil olarak elde edilen değerler
r_h (mm) 25 r_t (mm) 77 r_h (mm) 50 r_t (mm) 80
U_h (ms) 3927 U_t (ms) 1209516 U_h (ms) 7854 U_t (ms) 125664
A_in (m^2) 0016663 A_out (m^2)0012252
V_in (ms) 2350516 V_out 3196702
beta_h 5909726 beta_t 7900249 beta_h 678529 beta_t 7572755
giriş ccedilıkış
Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları
Bu değerlere goumlre BladeGende yeni bir kanat profili oluşturulur
r tip
r hub
Şekil 31 Fan Kanatlarının Accedilısı
39
Şekil 32 BladeGen Kanat Profili
Oluşturduğumuz bu geometriye daha oumlnceki boumlluumlmde bahsedilen fana yapılan adımlar
uygulandı (Yeni oluşturulan fanın geometrik deseni ektedir)
40
3421 Geometri
Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi
3422 Sayısal Ağ Oluşturma
Şekil 34 Yeni Fan Tasarımının Sayısal Ağ Oluşturulması
41
3423 Ccediloumlzuumlm
Şekil 35 Tasarımı Yapılan Fanın Verimi
Accumulated Time Step sayısı iterasyonu goumlstermektedir Daha fazla yakınsama iccedilin
daha fazla koşturulabilir
42
Şekil 36 Tasarımı Yapılan Fanın Torku
43
3423 Sonuccedillar
Şekil 37 Akışın Youmlnelişi
Bu kısımda verimi arttırabilmek iccedilin tork azaltılmaya ccedilalışıldı Boumlylece kanatlara
harcanan toplam guumlccedil azaltılarak iyileştirmeler yapıldı
44
Kanadın iş yapan kısmını arttırarak orijinal fanda kanadın suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilapı
154 mm iken yeni fan da 160 mmrsquoye ccedilıkarıldı
Kanatlar daha eğimli ama daha eksenel bir forma getirildi
Bu motorda toplam guumlccedil iccedilin 60 watt olduğunda yaklaşık 6 wattrsquo lık guumlccedil fan iccedilin
harcanıyordu Fanın verimliliği ccedilok oumlnemli olduğu iccedilin debiyi sabit tutulmaya
torku da duumlşuumlruumllmeye ccedilalışıldı
Tablo 9 ANSYSrsquo de Elde Edilen Deneyler
tork(Nm) w(radsn) m(kgs)
Orijinal Fan 00393645 15687 0048168
Yeni Fan 00043869 15687 0032261
Goumlruumllduumlğuuml gibi tork buumlyuumlk oranda duumlşmuumlş ancak onunla birlikte debi de biraz
duumlşmuumlştuumlr
343 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanması
Motorun arka ve oumln kısımlarına sırt sırta fan bağlayarak havanın akışını hızlandırma
ve soğutmayı arttırma işlemi amaccedillandı Gerccedilek boyutlarda uygulamadan oumlnce fanı
motor şeklini verilen kısım da tek başına analiz yapıldı Verimli bir sonuccedil alabilmek
iccedilin ikili fan deneyi yapıldı
3431 Geometri
Şekil 38 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Geometrisi
45
3432 Sayısal Ağ Oluşturma
Şekil 39 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Sayısal Ağ
Oluşturulması
Yapılan analiz de goumlzlemlenen sonuccedillar şunlardır
Bir motorun etrafında sınırlayıcı bir alan olmadığı iccedilin sınır şartları olarak setup
kısmında yine havayı 1 atm basınccedil olarak alınır Eğer sınırlayıcı bir alan olsaydı
oluklardan hava akışı doğrudan motorun arka kısmına gelecekti Ccedilıkış noktasına ise
kapak yerleştirildi giriş noktasında atmosfer ccedilıkışı ise kapak olarak sınırlandı
3433 Kod Ccediloumlzuumlmuuml
Debi ndash 000064 mᵌ sn olarak ccedilıktı Motorun hava ccedilıkış kısmına fan bağlamanın verimli
olmadığı sonucuna varıldı Oumlnceden oluşturulan oluklardaki 1cmrsquolik aralıklarla
havanın geniş bir alana gitmesi ccedilok zordur Ve bu akışı goumlnderebilmek iccedilin fazladan
basınccedil uygulanması gerekir Bu sebepler debinin duumlşmesine sebep olmuştur
46
Şekil 40 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Ccediloumlzuumlmuuml
47
BOumlLUumlM 4 SONUCcedilLAR
Verim= (Alınan Guumlccedil Verilen Guumlccedil)= (∆P x Q) (T x ὠ)
A_inlet = (r_tip)2 1000 - (r_hub)21000
A_outlet =( U_h1000)2 - (U-t1000)2
U= ὠ x r
Fan hesaplarıdan debi değeri ve tork değeri duumlşmuumlştuumlr Aşağıda yeni fanımızın verimi
yukarıdaki formuumlllere goumlre excelde hesaplanmıştır
tork(Nm) w(radsn) ṁ(kgm^3) verim deltap (Pa)
Orijinal Fan 00393645 15687 00391 60152783 95
Yeni Fan 00043869 15687 0039167 54068744
Tabloda da goumlruumllduumlğuuml uumlzere eski fanın oumlzelliklerine bakılarak hız uumlccedilgeni youmlntemiyle
oluşturulan yeni fan 540 verimli ccedilıkmıştır
Motorun oumln kısmın koyduğumuz fanda ise dar oluklardan buumlyuumlk bir hacime giriş
yaptığı iccedilin tek youmlnluuml analizde kuumltlesel debi negatif değerde ccedilıkmıştır
(Kuumltlesel debi) ṁ=ƍ( oumlzkuumltle) x A(alan) x V( akışkan hızı)=kgsn ndash Formuluumlnden
dolayı verimin hesaplanmasına gerek yoktur
48
BOumlLUumlM 5 EKLER
EK1- MEVCUT FAN
EK2- YENİ FAN
49
KAYNAKCcedilA
Baykal R 2011 Asenkron Motorlar Uumlzerine Enerjiİ Verimliliği Uygulanması
Yayın Tarihi 15032011
Ccedilalışkan M 2014 Eksenel Akışlı Fan Tasarımı Yuumlksek Lisans İstanbul Teknik
Uumlniversitesi TUumlRKİYE
Moavani S 2015 Sonlu Elemanlar Analizi Teorisi ve Ansys ile Uygulamalar
İstanbul
Onaygil S 2006 Enerji Verimliliği Kanunun Tanıtımı Yuumlksek Lisans
URL1 lthttpdeneysancomContentimagesdocumentshavalandirma-
4_39143832pdfgt Erişim Tarihi 12032016
URL2 lt httpwwweiegovtrgt Erişim Tarihi 20042016
URL3 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi
12052016
URL4 ltwwwtuumlikgovtrgt Erişim Tarihi 14052016
URL5 ltwwwemoorgtrekler364734147179187_ekpdfgt Erişim Tarihi 16052016
URL6 ltwwwinverter-plcnetmotoryıldız_uumlccedilgen_bağlantıhtmlgt Erişim Tarihi
18052016
URL7 ltwwweiegovtreie-webturkceenMotor_Verimliligi_Brosurupdfgt Erişim
Tarihi 20052016
URL8 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi
07062016
URL9 ltwwwfigescomtransysansys-nedirphpgt Erişim Tarihi 09062016
50
OumlZGECcedilMİŞLER
Elif CcedilİCcedilEK
Eyluumll 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Duumlzce Anadolu İmamhatip Lisesinde
tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi İlahiyat Fakuumlltesirsquoni kazandı 2012 yılında
Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine
başladı Halen eğitimine devam etmektedir
İletişim
apsuvaelifhotmailcom
Nesrin ALTUNBOĞA
Ağustos 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Haydarpaşa Teknik Okulları Raylı
Sistemler Teknolojileri Boumlluumlmuumlnuuml tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi
Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Boumlluumlmuumlnuuml kazandı Halen eğitimine
devam etmektedir
İletişim
naltunbogagmailcom
Rumeysa ALGUumlL
Ekim 1992rsquo de Konyarsquoda doğdu Lise oumlğrenimini Lafarge Aslan Ccedilimento Anadolu
Teknik Lisesirsquonde 2010 yılında tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi Teknoloji
Fakuumlltesi Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliğini kazandı 2013 yılında Teknoloji
Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine başladı Halen eğitimine devam
etmektedir
İletişim
rumeysaalgulgmailcom
51
52
37
34 YENİ FAN TASARIMI
341 Fan Tasarımı İccedilin Kabuller
Havanın sıkıştırılamaz olduğunu kabul edildi Havanın sıkıştırılmaz olduğu
varsayılarak yoğunluğu değişmez ve 12 kgm3 olarak kabul edilir
Ccediloumlzuumlmde suumlrtuumlnmeler ve ısı kayıpları ihmal edilir Ccediluumlnkuuml bu değerlerin
hesaplanması ccedilok uzun suumlreceği iccedilin ccediloumlzuumlm youmlntemi iccedilin ekonomik olmaz
Gerccedilekle arasında ccedilok buumlyuumlk bir fark olmayacağı varsayılmıştır
Verimi arttırmak iccedilin orijinal fanın analizinden elde edilen tork değeri duumlşuumlk
tutulmaya ccedilalışılmıştır
Motorun tek bir youmlne doumlneceği duumlşuumlnuumllmuumlştuumlr
342 Fan Tasarım Parametreleri
Bir fan tasarımında belli başlı kriterleri ele alabilmek iccedilin mevcut fan uumlzerinden
değerler bulundu
Tablo 7 Mevcut Fanın Oumlzellikleri
Devir Sayısı ( ddk) r hub (mm) rtip (mm)
1498 25 77
Radyal hız hesaplandığında w= 15687 radsn bulunmuştur r hub diye isimlendirilen
kısım fanın giriş accedilısı iccedilin gerekli olan kanadın başlangıcı ile milin merkezi arasındaki
uzaklıktır r tip ise fan kanadının bitiş noktası ile mil merkezi arasındaki uzaklığın
yarıccedilap cinsinden ifadesi olmaktadır
38
Fan kanat tasarımında oumlnemli olan w (accedilısal hız)hızının kanatlara ne kadar dik
gelebildiğidir Bu kanat hacmine ne kadar iyi bir şekilde gelirse akışkan o denli iyi
akabilir ve kanat profili oluşur
U_hub= w (radsn) x r hub
U_tip = w x r tip
Beta = arctan(vu)
A_inlet= (r tip 1000)sup2π ndash r hub 1000)sup2π
Verim= (Q x P) (TxW)
V (akışın mutlak hızı)= Debi Alan
Tablo 8 Sonuccedil olarak elde edilen değerler
r_h (mm) 25 r_t (mm) 77 r_h (mm) 50 r_t (mm) 80
U_h (ms) 3927 U_t (ms) 1209516 U_h (ms) 7854 U_t (ms) 125664
A_in (m^2) 0016663 A_out (m^2)0012252
V_in (ms) 2350516 V_out 3196702
beta_h 5909726 beta_t 7900249 beta_h 678529 beta_t 7572755
giriş ccedilıkış
Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları
Bu değerlere goumlre BladeGende yeni bir kanat profili oluşturulur
r tip
r hub
Şekil 31 Fan Kanatlarının Accedilısı
39
Şekil 32 BladeGen Kanat Profili
Oluşturduğumuz bu geometriye daha oumlnceki boumlluumlmde bahsedilen fana yapılan adımlar
uygulandı (Yeni oluşturulan fanın geometrik deseni ektedir)
40
3421 Geometri
Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi
3422 Sayısal Ağ Oluşturma
Şekil 34 Yeni Fan Tasarımının Sayısal Ağ Oluşturulması
41
3423 Ccediloumlzuumlm
Şekil 35 Tasarımı Yapılan Fanın Verimi
Accumulated Time Step sayısı iterasyonu goumlstermektedir Daha fazla yakınsama iccedilin
daha fazla koşturulabilir
42
Şekil 36 Tasarımı Yapılan Fanın Torku
43
3423 Sonuccedillar
Şekil 37 Akışın Youmlnelişi
Bu kısımda verimi arttırabilmek iccedilin tork azaltılmaya ccedilalışıldı Boumlylece kanatlara
harcanan toplam guumlccedil azaltılarak iyileştirmeler yapıldı
44
Kanadın iş yapan kısmını arttırarak orijinal fanda kanadın suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilapı
154 mm iken yeni fan da 160 mmrsquoye ccedilıkarıldı
Kanatlar daha eğimli ama daha eksenel bir forma getirildi
Bu motorda toplam guumlccedil iccedilin 60 watt olduğunda yaklaşık 6 wattrsquo lık guumlccedil fan iccedilin
harcanıyordu Fanın verimliliği ccedilok oumlnemli olduğu iccedilin debiyi sabit tutulmaya
torku da duumlşuumlruumllmeye ccedilalışıldı
Tablo 9 ANSYSrsquo de Elde Edilen Deneyler
tork(Nm) w(radsn) m(kgs)
Orijinal Fan 00393645 15687 0048168
Yeni Fan 00043869 15687 0032261
Goumlruumllduumlğuuml gibi tork buumlyuumlk oranda duumlşmuumlş ancak onunla birlikte debi de biraz
duumlşmuumlştuumlr
343 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanması
Motorun arka ve oumln kısımlarına sırt sırta fan bağlayarak havanın akışını hızlandırma
ve soğutmayı arttırma işlemi amaccedillandı Gerccedilek boyutlarda uygulamadan oumlnce fanı
motor şeklini verilen kısım da tek başına analiz yapıldı Verimli bir sonuccedil alabilmek
iccedilin ikili fan deneyi yapıldı
3431 Geometri
Şekil 38 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Geometrisi
45
3432 Sayısal Ağ Oluşturma
Şekil 39 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Sayısal Ağ
Oluşturulması
Yapılan analiz de goumlzlemlenen sonuccedillar şunlardır
Bir motorun etrafında sınırlayıcı bir alan olmadığı iccedilin sınır şartları olarak setup
kısmında yine havayı 1 atm basınccedil olarak alınır Eğer sınırlayıcı bir alan olsaydı
oluklardan hava akışı doğrudan motorun arka kısmına gelecekti Ccedilıkış noktasına ise
kapak yerleştirildi giriş noktasında atmosfer ccedilıkışı ise kapak olarak sınırlandı
3433 Kod Ccediloumlzuumlmuuml
Debi ndash 000064 mᵌ sn olarak ccedilıktı Motorun hava ccedilıkış kısmına fan bağlamanın verimli
olmadığı sonucuna varıldı Oumlnceden oluşturulan oluklardaki 1cmrsquolik aralıklarla
havanın geniş bir alana gitmesi ccedilok zordur Ve bu akışı goumlnderebilmek iccedilin fazladan
basınccedil uygulanması gerekir Bu sebepler debinin duumlşmesine sebep olmuştur
46
Şekil 40 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Ccediloumlzuumlmuuml
47
BOumlLUumlM 4 SONUCcedilLAR
Verim= (Alınan Guumlccedil Verilen Guumlccedil)= (∆P x Q) (T x ὠ)
A_inlet = (r_tip)2 1000 - (r_hub)21000
A_outlet =( U_h1000)2 - (U-t1000)2
U= ὠ x r
Fan hesaplarıdan debi değeri ve tork değeri duumlşmuumlştuumlr Aşağıda yeni fanımızın verimi
yukarıdaki formuumlllere goumlre excelde hesaplanmıştır
tork(Nm) w(radsn) ṁ(kgm^3) verim deltap (Pa)
Orijinal Fan 00393645 15687 00391 60152783 95
Yeni Fan 00043869 15687 0039167 54068744
Tabloda da goumlruumllduumlğuuml uumlzere eski fanın oumlzelliklerine bakılarak hız uumlccedilgeni youmlntemiyle
oluşturulan yeni fan 540 verimli ccedilıkmıştır
Motorun oumln kısmın koyduğumuz fanda ise dar oluklardan buumlyuumlk bir hacime giriş
yaptığı iccedilin tek youmlnluuml analizde kuumltlesel debi negatif değerde ccedilıkmıştır
(Kuumltlesel debi) ṁ=ƍ( oumlzkuumltle) x A(alan) x V( akışkan hızı)=kgsn ndash Formuluumlnden
dolayı verimin hesaplanmasına gerek yoktur
48
BOumlLUumlM 5 EKLER
EK1- MEVCUT FAN
EK2- YENİ FAN
49
KAYNAKCcedilA
Baykal R 2011 Asenkron Motorlar Uumlzerine Enerjiİ Verimliliği Uygulanması
Yayın Tarihi 15032011
Ccedilalışkan M 2014 Eksenel Akışlı Fan Tasarımı Yuumlksek Lisans İstanbul Teknik
Uumlniversitesi TUumlRKİYE
Moavani S 2015 Sonlu Elemanlar Analizi Teorisi ve Ansys ile Uygulamalar
İstanbul
Onaygil S 2006 Enerji Verimliliği Kanunun Tanıtımı Yuumlksek Lisans
URL1 lthttpdeneysancomContentimagesdocumentshavalandirma-
4_39143832pdfgt Erişim Tarihi 12032016
URL2 lt httpwwweiegovtrgt Erişim Tarihi 20042016
URL3 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi
12052016
URL4 ltwwwtuumlikgovtrgt Erişim Tarihi 14052016
URL5 ltwwwemoorgtrekler364734147179187_ekpdfgt Erişim Tarihi 16052016
URL6 ltwwwinverter-plcnetmotoryıldız_uumlccedilgen_bağlantıhtmlgt Erişim Tarihi
18052016
URL7 ltwwweiegovtreie-webturkceenMotor_Verimliligi_Brosurupdfgt Erişim
Tarihi 20052016
URL8 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi
07062016
URL9 ltwwwfigescomtransysansys-nedirphpgt Erişim Tarihi 09062016
50
OumlZGECcedilMİŞLER
Elif CcedilİCcedilEK
Eyluumll 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Duumlzce Anadolu İmamhatip Lisesinde
tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi İlahiyat Fakuumlltesirsquoni kazandı 2012 yılında
Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine
başladı Halen eğitimine devam etmektedir
İletişim
apsuvaelifhotmailcom
Nesrin ALTUNBOĞA
Ağustos 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Haydarpaşa Teknik Okulları Raylı
Sistemler Teknolojileri Boumlluumlmuumlnuuml tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi
Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Boumlluumlmuumlnuuml kazandı Halen eğitimine
devam etmektedir
İletişim
naltunbogagmailcom
Rumeysa ALGUumlL
Ekim 1992rsquo de Konyarsquoda doğdu Lise oumlğrenimini Lafarge Aslan Ccedilimento Anadolu
Teknik Lisesirsquonde 2010 yılında tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi Teknoloji
Fakuumlltesi Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliğini kazandı 2013 yılında Teknoloji
Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine başladı Halen eğitimine devam
etmektedir
İletişim
rumeysaalgulgmailcom
51
52
38
Fan kanat tasarımında oumlnemli olan w (accedilısal hız)hızının kanatlara ne kadar dik
gelebildiğidir Bu kanat hacmine ne kadar iyi bir şekilde gelirse akışkan o denli iyi
akabilir ve kanat profili oluşur
U_hub= w (radsn) x r hub
U_tip = w x r tip
Beta = arctan(vu)
A_inlet= (r tip 1000)sup2π ndash r hub 1000)sup2π
Verim= (Q x P) (TxW)
V (akışın mutlak hızı)= Debi Alan
Tablo 8 Sonuccedil olarak elde edilen değerler
r_h (mm) 25 r_t (mm) 77 r_h (mm) 50 r_t (mm) 80
U_h (ms) 3927 U_t (ms) 1209516 U_h (ms) 7854 U_t (ms) 125664
A_in (m^2) 0016663 A_out (m^2)0012252
V_in (ms) 2350516 V_out 3196702
beta_h 5909726 beta_t 7900249 beta_h 678529 beta_t 7572755
giriş ccedilıkış
Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları
Bu değerlere goumlre BladeGende yeni bir kanat profili oluşturulur
r tip
r hub
Şekil 31 Fan Kanatlarının Accedilısı
39
Şekil 32 BladeGen Kanat Profili
Oluşturduğumuz bu geometriye daha oumlnceki boumlluumlmde bahsedilen fana yapılan adımlar
uygulandı (Yeni oluşturulan fanın geometrik deseni ektedir)
40
3421 Geometri
Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi
3422 Sayısal Ağ Oluşturma
Şekil 34 Yeni Fan Tasarımının Sayısal Ağ Oluşturulması
41
3423 Ccediloumlzuumlm
Şekil 35 Tasarımı Yapılan Fanın Verimi
Accumulated Time Step sayısı iterasyonu goumlstermektedir Daha fazla yakınsama iccedilin
daha fazla koşturulabilir
42
Şekil 36 Tasarımı Yapılan Fanın Torku
43
3423 Sonuccedillar
Şekil 37 Akışın Youmlnelişi
Bu kısımda verimi arttırabilmek iccedilin tork azaltılmaya ccedilalışıldı Boumlylece kanatlara
harcanan toplam guumlccedil azaltılarak iyileştirmeler yapıldı
44
Kanadın iş yapan kısmını arttırarak orijinal fanda kanadın suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilapı
154 mm iken yeni fan da 160 mmrsquoye ccedilıkarıldı
Kanatlar daha eğimli ama daha eksenel bir forma getirildi
Bu motorda toplam guumlccedil iccedilin 60 watt olduğunda yaklaşık 6 wattrsquo lık guumlccedil fan iccedilin
harcanıyordu Fanın verimliliği ccedilok oumlnemli olduğu iccedilin debiyi sabit tutulmaya
torku da duumlşuumlruumllmeye ccedilalışıldı
Tablo 9 ANSYSrsquo de Elde Edilen Deneyler
tork(Nm) w(radsn) m(kgs)
Orijinal Fan 00393645 15687 0048168
Yeni Fan 00043869 15687 0032261
Goumlruumllduumlğuuml gibi tork buumlyuumlk oranda duumlşmuumlş ancak onunla birlikte debi de biraz
duumlşmuumlştuumlr
343 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanması
Motorun arka ve oumln kısımlarına sırt sırta fan bağlayarak havanın akışını hızlandırma
ve soğutmayı arttırma işlemi amaccedillandı Gerccedilek boyutlarda uygulamadan oumlnce fanı
motor şeklini verilen kısım da tek başına analiz yapıldı Verimli bir sonuccedil alabilmek
iccedilin ikili fan deneyi yapıldı
3431 Geometri
Şekil 38 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Geometrisi
45
3432 Sayısal Ağ Oluşturma
Şekil 39 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Sayısal Ağ
Oluşturulması
Yapılan analiz de goumlzlemlenen sonuccedillar şunlardır
Bir motorun etrafında sınırlayıcı bir alan olmadığı iccedilin sınır şartları olarak setup
kısmında yine havayı 1 atm basınccedil olarak alınır Eğer sınırlayıcı bir alan olsaydı
oluklardan hava akışı doğrudan motorun arka kısmına gelecekti Ccedilıkış noktasına ise
kapak yerleştirildi giriş noktasında atmosfer ccedilıkışı ise kapak olarak sınırlandı
3433 Kod Ccediloumlzuumlmuuml
Debi ndash 000064 mᵌ sn olarak ccedilıktı Motorun hava ccedilıkış kısmına fan bağlamanın verimli
olmadığı sonucuna varıldı Oumlnceden oluşturulan oluklardaki 1cmrsquolik aralıklarla
havanın geniş bir alana gitmesi ccedilok zordur Ve bu akışı goumlnderebilmek iccedilin fazladan
basınccedil uygulanması gerekir Bu sebepler debinin duumlşmesine sebep olmuştur
46
Şekil 40 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Ccediloumlzuumlmuuml
47
BOumlLUumlM 4 SONUCcedilLAR
Verim= (Alınan Guumlccedil Verilen Guumlccedil)= (∆P x Q) (T x ὠ)
A_inlet = (r_tip)2 1000 - (r_hub)21000
A_outlet =( U_h1000)2 - (U-t1000)2
U= ὠ x r
Fan hesaplarıdan debi değeri ve tork değeri duumlşmuumlştuumlr Aşağıda yeni fanımızın verimi
yukarıdaki formuumlllere goumlre excelde hesaplanmıştır
tork(Nm) w(radsn) ṁ(kgm^3) verim deltap (Pa)
Orijinal Fan 00393645 15687 00391 60152783 95
Yeni Fan 00043869 15687 0039167 54068744
Tabloda da goumlruumllduumlğuuml uumlzere eski fanın oumlzelliklerine bakılarak hız uumlccedilgeni youmlntemiyle
oluşturulan yeni fan 540 verimli ccedilıkmıştır
Motorun oumln kısmın koyduğumuz fanda ise dar oluklardan buumlyuumlk bir hacime giriş
yaptığı iccedilin tek youmlnluuml analizde kuumltlesel debi negatif değerde ccedilıkmıştır
(Kuumltlesel debi) ṁ=ƍ( oumlzkuumltle) x A(alan) x V( akışkan hızı)=kgsn ndash Formuluumlnden
dolayı verimin hesaplanmasına gerek yoktur
48
BOumlLUumlM 5 EKLER
EK1- MEVCUT FAN
EK2- YENİ FAN
49
KAYNAKCcedilA
Baykal R 2011 Asenkron Motorlar Uumlzerine Enerjiİ Verimliliği Uygulanması
Yayın Tarihi 15032011
Ccedilalışkan M 2014 Eksenel Akışlı Fan Tasarımı Yuumlksek Lisans İstanbul Teknik
Uumlniversitesi TUumlRKİYE
Moavani S 2015 Sonlu Elemanlar Analizi Teorisi ve Ansys ile Uygulamalar
İstanbul
Onaygil S 2006 Enerji Verimliliği Kanunun Tanıtımı Yuumlksek Lisans
URL1 lthttpdeneysancomContentimagesdocumentshavalandirma-
4_39143832pdfgt Erişim Tarihi 12032016
URL2 lt httpwwweiegovtrgt Erişim Tarihi 20042016
URL3 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi
12052016
URL4 ltwwwtuumlikgovtrgt Erişim Tarihi 14052016
URL5 ltwwwemoorgtrekler364734147179187_ekpdfgt Erişim Tarihi 16052016
URL6 ltwwwinverter-plcnetmotoryıldız_uumlccedilgen_bağlantıhtmlgt Erişim Tarihi
18052016
URL7 ltwwweiegovtreie-webturkceenMotor_Verimliligi_Brosurupdfgt Erişim
Tarihi 20052016
URL8 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi
07062016
URL9 ltwwwfigescomtransysansys-nedirphpgt Erişim Tarihi 09062016
50
OumlZGECcedilMİŞLER
Elif CcedilİCcedilEK
Eyluumll 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Duumlzce Anadolu İmamhatip Lisesinde
tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi İlahiyat Fakuumlltesirsquoni kazandı 2012 yılında
Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine
başladı Halen eğitimine devam etmektedir
İletişim
apsuvaelifhotmailcom
Nesrin ALTUNBOĞA
Ağustos 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Haydarpaşa Teknik Okulları Raylı
Sistemler Teknolojileri Boumlluumlmuumlnuuml tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi
Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Boumlluumlmuumlnuuml kazandı Halen eğitimine
devam etmektedir
İletişim
naltunbogagmailcom
Rumeysa ALGUumlL
Ekim 1992rsquo de Konyarsquoda doğdu Lise oumlğrenimini Lafarge Aslan Ccedilimento Anadolu
Teknik Lisesirsquonde 2010 yılında tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi Teknoloji
Fakuumlltesi Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliğini kazandı 2013 yılında Teknoloji
Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine başladı Halen eğitimine devam
etmektedir
İletişim
rumeysaalgulgmailcom
51
52
39
Şekil 32 BladeGen Kanat Profili
Oluşturduğumuz bu geometriye daha oumlnceki boumlluumlmde bahsedilen fana yapılan adımlar
uygulandı (Yeni oluşturulan fanın geometrik deseni ektedir)
40
3421 Geometri
Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi
3422 Sayısal Ağ Oluşturma
Şekil 34 Yeni Fan Tasarımının Sayısal Ağ Oluşturulması
41
3423 Ccediloumlzuumlm
Şekil 35 Tasarımı Yapılan Fanın Verimi
Accumulated Time Step sayısı iterasyonu goumlstermektedir Daha fazla yakınsama iccedilin
daha fazla koşturulabilir
42
Şekil 36 Tasarımı Yapılan Fanın Torku
43
3423 Sonuccedillar
Şekil 37 Akışın Youmlnelişi
Bu kısımda verimi arttırabilmek iccedilin tork azaltılmaya ccedilalışıldı Boumlylece kanatlara
harcanan toplam guumlccedil azaltılarak iyileştirmeler yapıldı
44
Kanadın iş yapan kısmını arttırarak orijinal fanda kanadın suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilapı
154 mm iken yeni fan da 160 mmrsquoye ccedilıkarıldı
Kanatlar daha eğimli ama daha eksenel bir forma getirildi
Bu motorda toplam guumlccedil iccedilin 60 watt olduğunda yaklaşık 6 wattrsquo lık guumlccedil fan iccedilin
harcanıyordu Fanın verimliliği ccedilok oumlnemli olduğu iccedilin debiyi sabit tutulmaya
torku da duumlşuumlruumllmeye ccedilalışıldı
Tablo 9 ANSYSrsquo de Elde Edilen Deneyler
tork(Nm) w(radsn) m(kgs)
Orijinal Fan 00393645 15687 0048168
Yeni Fan 00043869 15687 0032261
Goumlruumllduumlğuuml gibi tork buumlyuumlk oranda duumlşmuumlş ancak onunla birlikte debi de biraz
duumlşmuumlştuumlr
343 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanması
Motorun arka ve oumln kısımlarına sırt sırta fan bağlayarak havanın akışını hızlandırma
ve soğutmayı arttırma işlemi amaccedillandı Gerccedilek boyutlarda uygulamadan oumlnce fanı
motor şeklini verilen kısım da tek başına analiz yapıldı Verimli bir sonuccedil alabilmek
iccedilin ikili fan deneyi yapıldı
3431 Geometri
Şekil 38 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Geometrisi
45
3432 Sayısal Ağ Oluşturma
Şekil 39 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Sayısal Ağ
Oluşturulması
Yapılan analiz de goumlzlemlenen sonuccedillar şunlardır
Bir motorun etrafında sınırlayıcı bir alan olmadığı iccedilin sınır şartları olarak setup
kısmında yine havayı 1 atm basınccedil olarak alınır Eğer sınırlayıcı bir alan olsaydı
oluklardan hava akışı doğrudan motorun arka kısmına gelecekti Ccedilıkış noktasına ise
kapak yerleştirildi giriş noktasında atmosfer ccedilıkışı ise kapak olarak sınırlandı
3433 Kod Ccediloumlzuumlmuuml
Debi ndash 000064 mᵌ sn olarak ccedilıktı Motorun hava ccedilıkış kısmına fan bağlamanın verimli
olmadığı sonucuna varıldı Oumlnceden oluşturulan oluklardaki 1cmrsquolik aralıklarla
havanın geniş bir alana gitmesi ccedilok zordur Ve bu akışı goumlnderebilmek iccedilin fazladan
basınccedil uygulanması gerekir Bu sebepler debinin duumlşmesine sebep olmuştur
46
Şekil 40 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Ccediloumlzuumlmuuml
47
BOumlLUumlM 4 SONUCcedilLAR
Verim= (Alınan Guumlccedil Verilen Guumlccedil)= (∆P x Q) (T x ὠ)
A_inlet = (r_tip)2 1000 - (r_hub)21000
A_outlet =( U_h1000)2 - (U-t1000)2
U= ὠ x r
Fan hesaplarıdan debi değeri ve tork değeri duumlşmuumlştuumlr Aşağıda yeni fanımızın verimi
yukarıdaki formuumlllere goumlre excelde hesaplanmıştır
tork(Nm) w(radsn) ṁ(kgm^3) verim deltap (Pa)
Orijinal Fan 00393645 15687 00391 60152783 95
Yeni Fan 00043869 15687 0039167 54068744
Tabloda da goumlruumllduumlğuuml uumlzere eski fanın oumlzelliklerine bakılarak hız uumlccedilgeni youmlntemiyle
oluşturulan yeni fan 540 verimli ccedilıkmıştır
Motorun oumln kısmın koyduğumuz fanda ise dar oluklardan buumlyuumlk bir hacime giriş
yaptığı iccedilin tek youmlnluuml analizde kuumltlesel debi negatif değerde ccedilıkmıştır
(Kuumltlesel debi) ṁ=ƍ( oumlzkuumltle) x A(alan) x V( akışkan hızı)=kgsn ndash Formuluumlnden
dolayı verimin hesaplanmasına gerek yoktur
48
BOumlLUumlM 5 EKLER
EK1- MEVCUT FAN
EK2- YENİ FAN
49
KAYNAKCcedilA
Baykal R 2011 Asenkron Motorlar Uumlzerine Enerjiİ Verimliliği Uygulanması
Yayın Tarihi 15032011
Ccedilalışkan M 2014 Eksenel Akışlı Fan Tasarımı Yuumlksek Lisans İstanbul Teknik
Uumlniversitesi TUumlRKİYE
Moavani S 2015 Sonlu Elemanlar Analizi Teorisi ve Ansys ile Uygulamalar
İstanbul
Onaygil S 2006 Enerji Verimliliği Kanunun Tanıtımı Yuumlksek Lisans
URL1 lthttpdeneysancomContentimagesdocumentshavalandirma-
4_39143832pdfgt Erişim Tarihi 12032016
URL2 lt httpwwweiegovtrgt Erişim Tarihi 20042016
URL3 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi
12052016
URL4 ltwwwtuumlikgovtrgt Erişim Tarihi 14052016
URL5 ltwwwemoorgtrekler364734147179187_ekpdfgt Erişim Tarihi 16052016
URL6 ltwwwinverter-plcnetmotoryıldız_uumlccedilgen_bağlantıhtmlgt Erişim Tarihi
18052016
URL7 ltwwweiegovtreie-webturkceenMotor_Verimliligi_Brosurupdfgt Erişim
Tarihi 20052016
URL8 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi
07062016
URL9 ltwwwfigescomtransysansys-nedirphpgt Erişim Tarihi 09062016
50
OumlZGECcedilMİŞLER
Elif CcedilİCcedilEK
Eyluumll 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Duumlzce Anadolu İmamhatip Lisesinde
tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi İlahiyat Fakuumlltesirsquoni kazandı 2012 yılında
Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine
başladı Halen eğitimine devam etmektedir
İletişim
apsuvaelifhotmailcom
Nesrin ALTUNBOĞA
Ağustos 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Haydarpaşa Teknik Okulları Raylı
Sistemler Teknolojileri Boumlluumlmuumlnuuml tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi
Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Boumlluumlmuumlnuuml kazandı Halen eğitimine
devam etmektedir
İletişim
naltunbogagmailcom
Rumeysa ALGUumlL
Ekim 1992rsquo de Konyarsquoda doğdu Lise oumlğrenimini Lafarge Aslan Ccedilimento Anadolu
Teknik Lisesirsquonde 2010 yılında tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi Teknoloji
Fakuumlltesi Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliğini kazandı 2013 yılında Teknoloji
Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine başladı Halen eğitimine devam
etmektedir
İletişim
rumeysaalgulgmailcom
51
52
40
3421 Geometri
Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi
3422 Sayısal Ağ Oluşturma
Şekil 34 Yeni Fan Tasarımının Sayısal Ağ Oluşturulması
41
3423 Ccediloumlzuumlm
Şekil 35 Tasarımı Yapılan Fanın Verimi
Accumulated Time Step sayısı iterasyonu goumlstermektedir Daha fazla yakınsama iccedilin
daha fazla koşturulabilir
42
Şekil 36 Tasarımı Yapılan Fanın Torku
43
3423 Sonuccedillar
Şekil 37 Akışın Youmlnelişi
Bu kısımda verimi arttırabilmek iccedilin tork azaltılmaya ccedilalışıldı Boumlylece kanatlara
harcanan toplam guumlccedil azaltılarak iyileştirmeler yapıldı
44
Kanadın iş yapan kısmını arttırarak orijinal fanda kanadın suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilapı
154 mm iken yeni fan da 160 mmrsquoye ccedilıkarıldı
Kanatlar daha eğimli ama daha eksenel bir forma getirildi
Bu motorda toplam guumlccedil iccedilin 60 watt olduğunda yaklaşık 6 wattrsquo lık guumlccedil fan iccedilin
harcanıyordu Fanın verimliliği ccedilok oumlnemli olduğu iccedilin debiyi sabit tutulmaya
torku da duumlşuumlruumllmeye ccedilalışıldı
Tablo 9 ANSYSrsquo de Elde Edilen Deneyler
tork(Nm) w(radsn) m(kgs)
Orijinal Fan 00393645 15687 0048168
Yeni Fan 00043869 15687 0032261
Goumlruumllduumlğuuml gibi tork buumlyuumlk oranda duumlşmuumlş ancak onunla birlikte debi de biraz
duumlşmuumlştuumlr
343 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanması
Motorun arka ve oumln kısımlarına sırt sırta fan bağlayarak havanın akışını hızlandırma
ve soğutmayı arttırma işlemi amaccedillandı Gerccedilek boyutlarda uygulamadan oumlnce fanı
motor şeklini verilen kısım da tek başına analiz yapıldı Verimli bir sonuccedil alabilmek
iccedilin ikili fan deneyi yapıldı
3431 Geometri
Şekil 38 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Geometrisi
45
3432 Sayısal Ağ Oluşturma
Şekil 39 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Sayısal Ağ
Oluşturulması
Yapılan analiz de goumlzlemlenen sonuccedillar şunlardır
Bir motorun etrafında sınırlayıcı bir alan olmadığı iccedilin sınır şartları olarak setup
kısmında yine havayı 1 atm basınccedil olarak alınır Eğer sınırlayıcı bir alan olsaydı
oluklardan hava akışı doğrudan motorun arka kısmına gelecekti Ccedilıkış noktasına ise
kapak yerleştirildi giriş noktasında atmosfer ccedilıkışı ise kapak olarak sınırlandı
3433 Kod Ccediloumlzuumlmuuml
Debi ndash 000064 mᵌ sn olarak ccedilıktı Motorun hava ccedilıkış kısmına fan bağlamanın verimli
olmadığı sonucuna varıldı Oumlnceden oluşturulan oluklardaki 1cmrsquolik aralıklarla
havanın geniş bir alana gitmesi ccedilok zordur Ve bu akışı goumlnderebilmek iccedilin fazladan
basınccedil uygulanması gerekir Bu sebepler debinin duumlşmesine sebep olmuştur
46
Şekil 40 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Ccediloumlzuumlmuuml
47
BOumlLUumlM 4 SONUCcedilLAR
Verim= (Alınan Guumlccedil Verilen Guumlccedil)= (∆P x Q) (T x ὠ)
A_inlet = (r_tip)2 1000 - (r_hub)21000
A_outlet =( U_h1000)2 - (U-t1000)2
U= ὠ x r
Fan hesaplarıdan debi değeri ve tork değeri duumlşmuumlştuumlr Aşağıda yeni fanımızın verimi
yukarıdaki formuumlllere goumlre excelde hesaplanmıştır
tork(Nm) w(radsn) ṁ(kgm^3) verim deltap (Pa)
Orijinal Fan 00393645 15687 00391 60152783 95
Yeni Fan 00043869 15687 0039167 54068744
Tabloda da goumlruumllduumlğuuml uumlzere eski fanın oumlzelliklerine bakılarak hız uumlccedilgeni youmlntemiyle
oluşturulan yeni fan 540 verimli ccedilıkmıştır
Motorun oumln kısmın koyduğumuz fanda ise dar oluklardan buumlyuumlk bir hacime giriş
yaptığı iccedilin tek youmlnluuml analizde kuumltlesel debi negatif değerde ccedilıkmıştır
(Kuumltlesel debi) ṁ=ƍ( oumlzkuumltle) x A(alan) x V( akışkan hızı)=kgsn ndash Formuluumlnden
dolayı verimin hesaplanmasına gerek yoktur
48
BOumlLUumlM 5 EKLER
EK1- MEVCUT FAN
EK2- YENİ FAN
49
KAYNAKCcedilA
Baykal R 2011 Asenkron Motorlar Uumlzerine Enerjiİ Verimliliği Uygulanması
Yayın Tarihi 15032011
Ccedilalışkan M 2014 Eksenel Akışlı Fan Tasarımı Yuumlksek Lisans İstanbul Teknik
Uumlniversitesi TUumlRKİYE
Moavani S 2015 Sonlu Elemanlar Analizi Teorisi ve Ansys ile Uygulamalar
İstanbul
Onaygil S 2006 Enerji Verimliliği Kanunun Tanıtımı Yuumlksek Lisans
URL1 lthttpdeneysancomContentimagesdocumentshavalandirma-
4_39143832pdfgt Erişim Tarihi 12032016
URL2 lt httpwwweiegovtrgt Erişim Tarihi 20042016
URL3 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi
12052016
URL4 ltwwwtuumlikgovtrgt Erişim Tarihi 14052016
URL5 ltwwwemoorgtrekler364734147179187_ekpdfgt Erişim Tarihi 16052016
URL6 ltwwwinverter-plcnetmotoryıldız_uumlccedilgen_bağlantıhtmlgt Erişim Tarihi
18052016
URL7 ltwwweiegovtreie-webturkceenMotor_Verimliligi_Brosurupdfgt Erişim
Tarihi 20052016
URL8 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi
07062016
URL9 ltwwwfigescomtransysansys-nedirphpgt Erişim Tarihi 09062016
50
OumlZGECcedilMİŞLER
Elif CcedilİCcedilEK
Eyluumll 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Duumlzce Anadolu İmamhatip Lisesinde
tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi İlahiyat Fakuumlltesirsquoni kazandı 2012 yılında
Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine
başladı Halen eğitimine devam etmektedir
İletişim
apsuvaelifhotmailcom
Nesrin ALTUNBOĞA
Ağustos 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Haydarpaşa Teknik Okulları Raylı
Sistemler Teknolojileri Boumlluumlmuumlnuuml tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi
Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Boumlluumlmuumlnuuml kazandı Halen eğitimine
devam etmektedir
İletişim
naltunbogagmailcom
Rumeysa ALGUumlL
Ekim 1992rsquo de Konyarsquoda doğdu Lise oumlğrenimini Lafarge Aslan Ccedilimento Anadolu
Teknik Lisesirsquonde 2010 yılında tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi Teknoloji
Fakuumlltesi Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliğini kazandı 2013 yılında Teknoloji
Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine başladı Halen eğitimine devam
etmektedir
İletişim
rumeysaalgulgmailcom
51
52
41
3423 Ccediloumlzuumlm
Şekil 35 Tasarımı Yapılan Fanın Verimi
Accumulated Time Step sayısı iterasyonu goumlstermektedir Daha fazla yakınsama iccedilin
daha fazla koşturulabilir
42
Şekil 36 Tasarımı Yapılan Fanın Torku
43
3423 Sonuccedillar
Şekil 37 Akışın Youmlnelişi
Bu kısımda verimi arttırabilmek iccedilin tork azaltılmaya ccedilalışıldı Boumlylece kanatlara
harcanan toplam guumlccedil azaltılarak iyileştirmeler yapıldı
44
Kanadın iş yapan kısmını arttırarak orijinal fanda kanadın suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilapı
154 mm iken yeni fan da 160 mmrsquoye ccedilıkarıldı
Kanatlar daha eğimli ama daha eksenel bir forma getirildi
Bu motorda toplam guumlccedil iccedilin 60 watt olduğunda yaklaşık 6 wattrsquo lık guumlccedil fan iccedilin
harcanıyordu Fanın verimliliği ccedilok oumlnemli olduğu iccedilin debiyi sabit tutulmaya
torku da duumlşuumlruumllmeye ccedilalışıldı
Tablo 9 ANSYSrsquo de Elde Edilen Deneyler
tork(Nm) w(radsn) m(kgs)
Orijinal Fan 00393645 15687 0048168
Yeni Fan 00043869 15687 0032261
Goumlruumllduumlğuuml gibi tork buumlyuumlk oranda duumlşmuumlş ancak onunla birlikte debi de biraz
duumlşmuumlştuumlr
343 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanması
Motorun arka ve oumln kısımlarına sırt sırta fan bağlayarak havanın akışını hızlandırma
ve soğutmayı arttırma işlemi amaccedillandı Gerccedilek boyutlarda uygulamadan oumlnce fanı
motor şeklini verilen kısım da tek başına analiz yapıldı Verimli bir sonuccedil alabilmek
iccedilin ikili fan deneyi yapıldı
3431 Geometri
Şekil 38 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Geometrisi
45
3432 Sayısal Ağ Oluşturma
Şekil 39 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Sayısal Ağ
Oluşturulması
Yapılan analiz de goumlzlemlenen sonuccedillar şunlardır
Bir motorun etrafında sınırlayıcı bir alan olmadığı iccedilin sınır şartları olarak setup
kısmında yine havayı 1 atm basınccedil olarak alınır Eğer sınırlayıcı bir alan olsaydı
oluklardan hava akışı doğrudan motorun arka kısmına gelecekti Ccedilıkış noktasına ise
kapak yerleştirildi giriş noktasında atmosfer ccedilıkışı ise kapak olarak sınırlandı
3433 Kod Ccediloumlzuumlmuuml
Debi ndash 000064 mᵌ sn olarak ccedilıktı Motorun hava ccedilıkış kısmına fan bağlamanın verimli
olmadığı sonucuna varıldı Oumlnceden oluşturulan oluklardaki 1cmrsquolik aralıklarla
havanın geniş bir alana gitmesi ccedilok zordur Ve bu akışı goumlnderebilmek iccedilin fazladan
basınccedil uygulanması gerekir Bu sebepler debinin duumlşmesine sebep olmuştur
46
Şekil 40 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Ccediloumlzuumlmuuml
47
BOumlLUumlM 4 SONUCcedilLAR
Verim= (Alınan Guumlccedil Verilen Guumlccedil)= (∆P x Q) (T x ὠ)
A_inlet = (r_tip)2 1000 - (r_hub)21000
A_outlet =( U_h1000)2 - (U-t1000)2
U= ὠ x r
Fan hesaplarıdan debi değeri ve tork değeri duumlşmuumlştuumlr Aşağıda yeni fanımızın verimi
yukarıdaki formuumlllere goumlre excelde hesaplanmıştır
tork(Nm) w(radsn) ṁ(kgm^3) verim deltap (Pa)
Orijinal Fan 00393645 15687 00391 60152783 95
Yeni Fan 00043869 15687 0039167 54068744
Tabloda da goumlruumllduumlğuuml uumlzere eski fanın oumlzelliklerine bakılarak hız uumlccedilgeni youmlntemiyle
oluşturulan yeni fan 540 verimli ccedilıkmıştır
Motorun oumln kısmın koyduğumuz fanda ise dar oluklardan buumlyuumlk bir hacime giriş
yaptığı iccedilin tek youmlnluuml analizde kuumltlesel debi negatif değerde ccedilıkmıştır
(Kuumltlesel debi) ṁ=ƍ( oumlzkuumltle) x A(alan) x V( akışkan hızı)=kgsn ndash Formuluumlnden
dolayı verimin hesaplanmasına gerek yoktur
48
BOumlLUumlM 5 EKLER
EK1- MEVCUT FAN
EK2- YENİ FAN
49
KAYNAKCcedilA
Baykal R 2011 Asenkron Motorlar Uumlzerine Enerjiİ Verimliliği Uygulanması
Yayın Tarihi 15032011
Ccedilalışkan M 2014 Eksenel Akışlı Fan Tasarımı Yuumlksek Lisans İstanbul Teknik
Uumlniversitesi TUumlRKİYE
Moavani S 2015 Sonlu Elemanlar Analizi Teorisi ve Ansys ile Uygulamalar
İstanbul
Onaygil S 2006 Enerji Verimliliği Kanunun Tanıtımı Yuumlksek Lisans
URL1 lthttpdeneysancomContentimagesdocumentshavalandirma-
4_39143832pdfgt Erişim Tarihi 12032016
URL2 lt httpwwweiegovtrgt Erişim Tarihi 20042016
URL3 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi
12052016
URL4 ltwwwtuumlikgovtrgt Erişim Tarihi 14052016
URL5 ltwwwemoorgtrekler364734147179187_ekpdfgt Erişim Tarihi 16052016
URL6 ltwwwinverter-plcnetmotoryıldız_uumlccedilgen_bağlantıhtmlgt Erişim Tarihi
18052016
URL7 ltwwweiegovtreie-webturkceenMotor_Verimliligi_Brosurupdfgt Erişim
Tarihi 20052016
URL8 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi
07062016
URL9 ltwwwfigescomtransysansys-nedirphpgt Erişim Tarihi 09062016
50
OumlZGECcedilMİŞLER
Elif CcedilİCcedilEK
Eyluumll 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Duumlzce Anadolu İmamhatip Lisesinde
tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi İlahiyat Fakuumlltesirsquoni kazandı 2012 yılında
Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine
başladı Halen eğitimine devam etmektedir
İletişim
apsuvaelifhotmailcom
Nesrin ALTUNBOĞA
Ağustos 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Haydarpaşa Teknik Okulları Raylı
Sistemler Teknolojileri Boumlluumlmuumlnuuml tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi
Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Boumlluumlmuumlnuuml kazandı Halen eğitimine
devam etmektedir
İletişim
naltunbogagmailcom
Rumeysa ALGUumlL
Ekim 1992rsquo de Konyarsquoda doğdu Lise oumlğrenimini Lafarge Aslan Ccedilimento Anadolu
Teknik Lisesirsquonde 2010 yılında tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi Teknoloji
Fakuumlltesi Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliğini kazandı 2013 yılında Teknoloji
Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine başladı Halen eğitimine devam
etmektedir
İletişim
rumeysaalgulgmailcom
51
52
42
Şekil 36 Tasarımı Yapılan Fanın Torku
43
3423 Sonuccedillar
Şekil 37 Akışın Youmlnelişi
Bu kısımda verimi arttırabilmek iccedilin tork azaltılmaya ccedilalışıldı Boumlylece kanatlara
harcanan toplam guumlccedil azaltılarak iyileştirmeler yapıldı
44
Kanadın iş yapan kısmını arttırarak orijinal fanda kanadın suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilapı
154 mm iken yeni fan da 160 mmrsquoye ccedilıkarıldı
Kanatlar daha eğimli ama daha eksenel bir forma getirildi
Bu motorda toplam guumlccedil iccedilin 60 watt olduğunda yaklaşık 6 wattrsquo lık guumlccedil fan iccedilin
harcanıyordu Fanın verimliliği ccedilok oumlnemli olduğu iccedilin debiyi sabit tutulmaya
torku da duumlşuumlruumllmeye ccedilalışıldı
Tablo 9 ANSYSrsquo de Elde Edilen Deneyler
tork(Nm) w(radsn) m(kgs)
Orijinal Fan 00393645 15687 0048168
Yeni Fan 00043869 15687 0032261
Goumlruumllduumlğuuml gibi tork buumlyuumlk oranda duumlşmuumlş ancak onunla birlikte debi de biraz
duumlşmuumlştuumlr
343 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanması
Motorun arka ve oumln kısımlarına sırt sırta fan bağlayarak havanın akışını hızlandırma
ve soğutmayı arttırma işlemi amaccedillandı Gerccedilek boyutlarda uygulamadan oumlnce fanı
motor şeklini verilen kısım da tek başına analiz yapıldı Verimli bir sonuccedil alabilmek
iccedilin ikili fan deneyi yapıldı
3431 Geometri
Şekil 38 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Geometrisi
45
3432 Sayısal Ağ Oluşturma
Şekil 39 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Sayısal Ağ
Oluşturulması
Yapılan analiz de goumlzlemlenen sonuccedillar şunlardır
Bir motorun etrafında sınırlayıcı bir alan olmadığı iccedilin sınır şartları olarak setup
kısmında yine havayı 1 atm basınccedil olarak alınır Eğer sınırlayıcı bir alan olsaydı
oluklardan hava akışı doğrudan motorun arka kısmına gelecekti Ccedilıkış noktasına ise
kapak yerleştirildi giriş noktasında atmosfer ccedilıkışı ise kapak olarak sınırlandı
3433 Kod Ccediloumlzuumlmuuml
Debi ndash 000064 mᵌ sn olarak ccedilıktı Motorun hava ccedilıkış kısmına fan bağlamanın verimli
olmadığı sonucuna varıldı Oumlnceden oluşturulan oluklardaki 1cmrsquolik aralıklarla
havanın geniş bir alana gitmesi ccedilok zordur Ve bu akışı goumlnderebilmek iccedilin fazladan
basınccedil uygulanması gerekir Bu sebepler debinin duumlşmesine sebep olmuştur
46
Şekil 40 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Ccediloumlzuumlmuuml
47
BOumlLUumlM 4 SONUCcedilLAR
Verim= (Alınan Guumlccedil Verilen Guumlccedil)= (∆P x Q) (T x ὠ)
A_inlet = (r_tip)2 1000 - (r_hub)21000
A_outlet =( U_h1000)2 - (U-t1000)2
U= ὠ x r
Fan hesaplarıdan debi değeri ve tork değeri duumlşmuumlştuumlr Aşağıda yeni fanımızın verimi
yukarıdaki formuumlllere goumlre excelde hesaplanmıştır
tork(Nm) w(radsn) ṁ(kgm^3) verim deltap (Pa)
Orijinal Fan 00393645 15687 00391 60152783 95
Yeni Fan 00043869 15687 0039167 54068744
Tabloda da goumlruumllduumlğuuml uumlzere eski fanın oumlzelliklerine bakılarak hız uumlccedilgeni youmlntemiyle
oluşturulan yeni fan 540 verimli ccedilıkmıştır
Motorun oumln kısmın koyduğumuz fanda ise dar oluklardan buumlyuumlk bir hacime giriş
yaptığı iccedilin tek youmlnluuml analizde kuumltlesel debi negatif değerde ccedilıkmıştır
(Kuumltlesel debi) ṁ=ƍ( oumlzkuumltle) x A(alan) x V( akışkan hızı)=kgsn ndash Formuluumlnden
dolayı verimin hesaplanmasına gerek yoktur
48
BOumlLUumlM 5 EKLER
EK1- MEVCUT FAN
EK2- YENİ FAN
49
KAYNAKCcedilA
Baykal R 2011 Asenkron Motorlar Uumlzerine Enerjiİ Verimliliği Uygulanması
Yayın Tarihi 15032011
Ccedilalışkan M 2014 Eksenel Akışlı Fan Tasarımı Yuumlksek Lisans İstanbul Teknik
Uumlniversitesi TUumlRKİYE
Moavani S 2015 Sonlu Elemanlar Analizi Teorisi ve Ansys ile Uygulamalar
İstanbul
Onaygil S 2006 Enerji Verimliliği Kanunun Tanıtımı Yuumlksek Lisans
URL1 lthttpdeneysancomContentimagesdocumentshavalandirma-
4_39143832pdfgt Erişim Tarihi 12032016
URL2 lt httpwwweiegovtrgt Erişim Tarihi 20042016
URL3 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi
12052016
URL4 ltwwwtuumlikgovtrgt Erişim Tarihi 14052016
URL5 ltwwwemoorgtrekler364734147179187_ekpdfgt Erişim Tarihi 16052016
URL6 ltwwwinverter-plcnetmotoryıldız_uumlccedilgen_bağlantıhtmlgt Erişim Tarihi
18052016
URL7 ltwwweiegovtreie-webturkceenMotor_Verimliligi_Brosurupdfgt Erişim
Tarihi 20052016
URL8 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi
07062016
URL9 ltwwwfigescomtransysansys-nedirphpgt Erişim Tarihi 09062016
50
OumlZGECcedilMİŞLER
Elif CcedilİCcedilEK
Eyluumll 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Duumlzce Anadolu İmamhatip Lisesinde
tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi İlahiyat Fakuumlltesirsquoni kazandı 2012 yılında
Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine
başladı Halen eğitimine devam etmektedir
İletişim
apsuvaelifhotmailcom
Nesrin ALTUNBOĞA
Ağustos 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Haydarpaşa Teknik Okulları Raylı
Sistemler Teknolojileri Boumlluumlmuumlnuuml tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi
Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Boumlluumlmuumlnuuml kazandı Halen eğitimine
devam etmektedir
İletişim
naltunbogagmailcom
Rumeysa ALGUumlL
Ekim 1992rsquo de Konyarsquoda doğdu Lise oumlğrenimini Lafarge Aslan Ccedilimento Anadolu
Teknik Lisesirsquonde 2010 yılında tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi Teknoloji
Fakuumlltesi Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliğini kazandı 2013 yılında Teknoloji
Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine başladı Halen eğitimine devam
etmektedir
İletişim
rumeysaalgulgmailcom
51
52
43
3423 Sonuccedillar
Şekil 37 Akışın Youmlnelişi
Bu kısımda verimi arttırabilmek iccedilin tork azaltılmaya ccedilalışıldı Boumlylece kanatlara
harcanan toplam guumlccedil azaltılarak iyileştirmeler yapıldı
44
Kanadın iş yapan kısmını arttırarak orijinal fanda kanadın suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilapı
154 mm iken yeni fan da 160 mmrsquoye ccedilıkarıldı
Kanatlar daha eğimli ama daha eksenel bir forma getirildi
Bu motorda toplam guumlccedil iccedilin 60 watt olduğunda yaklaşık 6 wattrsquo lık guumlccedil fan iccedilin
harcanıyordu Fanın verimliliği ccedilok oumlnemli olduğu iccedilin debiyi sabit tutulmaya
torku da duumlşuumlruumllmeye ccedilalışıldı
Tablo 9 ANSYSrsquo de Elde Edilen Deneyler
tork(Nm) w(radsn) m(kgs)
Orijinal Fan 00393645 15687 0048168
Yeni Fan 00043869 15687 0032261
Goumlruumllduumlğuuml gibi tork buumlyuumlk oranda duumlşmuumlş ancak onunla birlikte debi de biraz
duumlşmuumlştuumlr
343 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanması
Motorun arka ve oumln kısımlarına sırt sırta fan bağlayarak havanın akışını hızlandırma
ve soğutmayı arttırma işlemi amaccedillandı Gerccedilek boyutlarda uygulamadan oumlnce fanı
motor şeklini verilen kısım da tek başına analiz yapıldı Verimli bir sonuccedil alabilmek
iccedilin ikili fan deneyi yapıldı
3431 Geometri
Şekil 38 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Geometrisi
45
3432 Sayısal Ağ Oluşturma
Şekil 39 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Sayısal Ağ
Oluşturulması
Yapılan analiz de goumlzlemlenen sonuccedillar şunlardır
Bir motorun etrafında sınırlayıcı bir alan olmadığı iccedilin sınır şartları olarak setup
kısmında yine havayı 1 atm basınccedil olarak alınır Eğer sınırlayıcı bir alan olsaydı
oluklardan hava akışı doğrudan motorun arka kısmına gelecekti Ccedilıkış noktasına ise
kapak yerleştirildi giriş noktasında atmosfer ccedilıkışı ise kapak olarak sınırlandı
3433 Kod Ccediloumlzuumlmuuml
Debi ndash 000064 mᵌ sn olarak ccedilıktı Motorun hava ccedilıkış kısmına fan bağlamanın verimli
olmadığı sonucuna varıldı Oumlnceden oluşturulan oluklardaki 1cmrsquolik aralıklarla
havanın geniş bir alana gitmesi ccedilok zordur Ve bu akışı goumlnderebilmek iccedilin fazladan
basınccedil uygulanması gerekir Bu sebepler debinin duumlşmesine sebep olmuştur
46
Şekil 40 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Ccediloumlzuumlmuuml
47
BOumlLUumlM 4 SONUCcedilLAR
Verim= (Alınan Guumlccedil Verilen Guumlccedil)= (∆P x Q) (T x ὠ)
A_inlet = (r_tip)2 1000 - (r_hub)21000
A_outlet =( U_h1000)2 - (U-t1000)2
U= ὠ x r
Fan hesaplarıdan debi değeri ve tork değeri duumlşmuumlştuumlr Aşağıda yeni fanımızın verimi
yukarıdaki formuumlllere goumlre excelde hesaplanmıştır
tork(Nm) w(radsn) ṁ(kgm^3) verim deltap (Pa)
Orijinal Fan 00393645 15687 00391 60152783 95
Yeni Fan 00043869 15687 0039167 54068744
Tabloda da goumlruumllduumlğuuml uumlzere eski fanın oumlzelliklerine bakılarak hız uumlccedilgeni youmlntemiyle
oluşturulan yeni fan 540 verimli ccedilıkmıştır
Motorun oumln kısmın koyduğumuz fanda ise dar oluklardan buumlyuumlk bir hacime giriş
yaptığı iccedilin tek youmlnluuml analizde kuumltlesel debi negatif değerde ccedilıkmıştır
(Kuumltlesel debi) ṁ=ƍ( oumlzkuumltle) x A(alan) x V( akışkan hızı)=kgsn ndash Formuluumlnden
dolayı verimin hesaplanmasına gerek yoktur
48
BOumlLUumlM 5 EKLER
EK1- MEVCUT FAN
EK2- YENİ FAN
49
KAYNAKCcedilA
Baykal R 2011 Asenkron Motorlar Uumlzerine Enerjiİ Verimliliği Uygulanması
Yayın Tarihi 15032011
Ccedilalışkan M 2014 Eksenel Akışlı Fan Tasarımı Yuumlksek Lisans İstanbul Teknik
Uumlniversitesi TUumlRKİYE
Moavani S 2015 Sonlu Elemanlar Analizi Teorisi ve Ansys ile Uygulamalar
İstanbul
Onaygil S 2006 Enerji Verimliliği Kanunun Tanıtımı Yuumlksek Lisans
URL1 lthttpdeneysancomContentimagesdocumentshavalandirma-
4_39143832pdfgt Erişim Tarihi 12032016
URL2 lt httpwwweiegovtrgt Erişim Tarihi 20042016
URL3 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi
12052016
URL4 ltwwwtuumlikgovtrgt Erişim Tarihi 14052016
URL5 ltwwwemoorgtrekler364734147179187_ekpdfgt Erişim Tarihi 16052016
URL6 ltwwwinverter-plcnetmotoryıldız_uumlccedilgen_bağlantıhtmlgt Erişim Tarihi
18052016
URL7 ltwwweiegovtreie-webturkceenMotor_Verimliligi_Brosurupdfgt Erişim
Tarihi 20052016
URL8 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi
07062016
URL9 ltwwwfigescomtransysansys-nedirphpgt Erişim Tarihi 09062016
50
OumlZGECcedilMİŞLER
Elif CcedilİCcedilEK
Eyluumll 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Duumlzce Anadolu İmamhatip Lisesinde
tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi İlahiyat Fakuumlltesirsquoni kazandı 2012 yılında
Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine
başladı Halen eğitimine devam etmektedir
İletişim
apsuvaelifhotmailcom
Nesrin ALTUNBOĞA
Ağustos 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Haydarpaşa Teknik Okulları Raylı
Sistemler Teknolojileri Boumlluumlmuumlnuuml tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi
Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Boumlluumlmuumlnuuml kazandı Halen eğitimine
devam etmektedir
İletişim
naltunbogagmailcom
Rumeysa ALGUumlL
Ekim 1992rsquo de Konyarsquoda doğdu Lise oumlğrenimini Lafarge Aslan Ccedilimento Anadolu
Teknik Lisesirsquonde 2010 yılında tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi Teknoloji
Fakuumlltesi Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliğini kazandı 2013 yılında Teknoloji
Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine başladı Halen eğitimine devam
etmektedir
İletişim
rumeysaalgulgmailcom
51
52
44
Kanadın iş yapan kısmını arttırarak orijinal fanda kanadın suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilapı
154 mm iken yeni fan da 160 mmrsquoye ccedilıkarıldı
Kanatlar daha eğimli ama daha eksenel bir forma getirildi
Bu motorda toplam guumlccedil iccedilin 60 watt olduğunda yaklaşık 6 wattrsquo lık guumlccedil fan iccedilin
harcanıyordu Fanın verimliliği ccedilok oumlnemli olduğu iccedilin debiyi sabit tutulmaya
torku da duumlşuumlruumllmeye ccedilalışıldı
Tablo 9 ANSYSrsquo de Elde Edilen Deneyler
tork(Nm) w(radsn) m(kgs)
Orijinal Fan 00393645 15687 0048168
Yeni Fan 00043869 15687 0032261
Goumlruumllduumlğuuml gibi tork buumlyuumlk oranda duumlşmuumlş ancak onunla birlikte debi de biraz
duumlşmuumlştuumlr
343 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanması
Motorun arka ve oumln kısımlarına sırt sırta fan bağlayarak havanın akışını hızlandırma
ve soğutmayı arttırma işlemi amaccedillandı Gerccedilek boyutlarda uygulamadan oumlnce fanı
motor şeklini verilen kısım da tek başına analiz yapıldı Verimli bir sonuccedil alabilmek
iccedilin ikili fan deneyi yapıldı
3431 Geometri
Şekil 38 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Geometrisi
45
3432 Sayısal Ağ Oluşturma
Şekil 39 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Sayısal Ağ
Oluşturulması
Yapılan analiz de goumlzlemlenen sonuccedillar şunlardır
Bir motorun etrafında sınırlayıcı bir alan olmadığı iccedilin sınır şartları olarak setup
kısmında yine havayı 1 atm basınccedil olarak alınır Eğer sınırlayıcı bir alan olsaydı
oluklardan hava akışı doğrudan motorun arka kısmına gelecekti Ccedilıkış noktasına ise
kapak yerleştirildi giriş noktasında atmosfer ccedilıkışı ise kapak olarak sınırlandı
3433 Kod Ccediloumlzuumlmuuml
Debi ndash 000064 mᵌ sn olarak ccedilıktı Motorun hava ccedilıkış kısmına fan bağlamanın verimli
olmadığı sonucuna varıldı Oumlnceden oluşturulan oluklardaki 1cmrsquolik aralıklarla
havanın geniş bir alana gitmesi ccedilok zordur Ve bu akışı goumlnderebilmek iccedilin fazladan
basınccedil uygulanması gerekir Bu sebepler debinin duumlşmesine sebep olmuştur
46
Şekil 40 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Ccediloumlzuumlmuuml
47
BOumlLUumlM 4 SONUCcedilLAR
Verim= (Alınan Guumlccedil Verilen Guumlccedil)= (∆P x Q) (T x ὠ)
A_inlet = (r_tip)2 1000 - (r_hub)21000
A_outlet =( U_h1000)2 - (U-t1000)2
U= ὠ x r
Fan hesaplarıdan debi değeri ve tork değeri duumlşmuumlştuumlr Aşağıda yeni fanımızın verimi
yukarıdaki formuumlllere goumlre excelde hesaplanmıştır
tork(Nm) w(radsn) ṁ(kgm^3) verim deltap (Pa)
Orijinal Fan 00393645 15687 00391 60152783 95
Yeni Fan 00043869 15687 0039167 54068744
Tabloda da goumlruumllduumlğuuml uumlzere eski fanın oumlzelliklerine bakılarak hız uumlccedilgeni youmlntemiyle
oluşturulan yeni fan 540 verimli ccedilıkmıştır
Motorun oumln kısmın koyduğumuz fanda ise dar oluklardan buumlyuumlk bir hacime giriş
yaptığı iccedilin tek youmlnluuml analizde kuumltlesel debi negatif değerde ccedilıkmıştır
(Kuumltlesel debi) ṁ=ƍ( oumlzkuumltle) x A(alan) x V( akışkan hızı)=kgsn ndash Formuluumlnden
dolayı verimin hesaplanmasına gerek yoktur
48
BOumlLUumlM 5 EKLER
EK1- MEVCUT FAN
EK2- YENİ FAN
49
KAYNAKCcedilA
Baykal R 2011 Asenkron Motorlar Uumlzerine Enerjiİ Verimliliği Uygulanması
Yayın Tarihi 15032011
Ccedilalışkan M 2014 Eksenel Akışlı Fan Tasarımı Yuumlksek Lisans İstanbul Teknik
Uumlniversitesi TUumlRKİYE
Moavani S 2015 Sonlu Elemanlar Analizi Teorisi ve Ansys ile Uygulamalar
İstanbul
Onaygil S 2006 Enerji Verimliliği Kanunun Tanıtımı Yuumlksek Lisans
URL1 lthttpdeneysancomContentimagesdocumentshavalandirma-
4_39143832pdfgt Erişim Tarihi 12032016
URL2 lt httpwwweiegovtrgt Erişim Tarihi 20042016
URL3 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi
12052016
URL4 ltwwwtuumlikgovtrgt Erişim Tarihi 14052016
URL5 ltwwwemoorgtrekler364734147179187_ekpdfgt Erişim Tarihi 16052016
URL6 ltwwwinverter-plcnetmotoryıldız_uumlccedilgen_bağlantıhtmlgt Erişim Tarihi
18052016
URL7 ltwwweiegovtreie-webturkceenMotor_Verimliligi_Brosurupdfgt Erişim
Tarihi 20052016
URL8 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi
07062016
URL9 ltwwwfigescomtransysansys-nedirphpgt Erişim Tarihi 09062016
50
OumlZGECcedilMİŞLER
Elif CcedilİCcedilEK
Eyluumll 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Duumlzce Anadolu İmamhatip Lisesinde
tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi İlahiyat Fakuumlltesirsquoni kazandı 2012 yılında
Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine
başladı Halen eğitimine devam etmektedir
İletişim
apsuvaelifhotmailcom
Nesrin ALTUNBOĞA
Ağustos 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Haydarpaşa Teknik Okulları Raylı
Sistemler Teknolojileri Boumlluumlmuumlnuuml tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi
Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Boumlluumlmuumlnuuml kazandı Halen eğitimine
devam etmektedir
İletişim
naltunbogagmailcom
Rumeysa ALGUumlL
Ekim 1992rsquo de Konyarsquoda doğdu Lise oumlğrenimini Lafarge Aslan Ccedilimento Anadolu
Teknik Lisesirsquonde 2010 yılında tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi Teknoloji
Fakuumlltesi Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliğini kazandı 2013 yılında Teknoloji
Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine başladı Halen eğitimine devam
etmektedir
İletişim
rumeysaalgulgmailcom
51
52
45
3432 Sayısal Ağ Oluşturma
Şekil 39 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Sayısal Ağ
Oluşturulması
Yapılan analiz de goumlzlemlenen sonuccedillar şunlardır
Bir motorun etrafında sınırlayıcı bir alan olmadığı iccedilin sınır şartları olarak setup
kısmında yine havayı 1 atm basınccedil olarak alınır Eğer sınırlayıcı bir alan olsaydı
oluklardan hava akışı doğrudan motorun arka kısmına gelecekti Ccedilıkış noktasına ise
kapak yerleştirildi giriş noktasında atmosfer ccedilıkışı ise kapak olarak sınırlandı
3433 Kod Ccediloumlzuumlmuuml
Debi ndash 000064 mᵌ sn olarak ccedilıktı Motorun hava ccedilıkış kısmına fan bağlamanın verimli
olmadığı sonucuna varıldı Oumlnceden oluşturulan oluklardaki 1cmrsquolik aralıklarla
havanın geniş bir alana gitmesi ccedilok zordur Ve bu akışı goumlnderebilmek iccedilin fazladan
basınccedil uygulanması gerekir Bu sebepler debinin duumlşmesine sebep olmuştur
46
Şekil 40 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Ccediloumlzuumlmuuml
47
BOumlLUumlM 4 SONUCcedilLAR
Verim= (Alınan Guumlccedil Verilen Guumlccedil)= (∆P x Q) (T x ὠ)
A_inlet = (r_tip)2 1000 - (r_hub)21000
A_outlet =( U_h1000)2 - (U-t1000)2
U= ὠ x r
Fan hesaplarıdan debi değeri ve tork değeri duumlşmuumlştuumlr Aşağıda yeni fanımızın verimi
yukarıdaki formuumlllere goumlre excelde hesaplanmıştır
tork(Nm) w(radsn) ṁ(kgm^3) verim deltap (Pa)
Orijinal Fan 00393645 15687 00391 60152783 95
Yeni Fan 00043869 15687 0039167 54068744
Tabloda da goumlruumllduumlğuuml uumlzere eski fanın oumlzelliklerine bakılarak hız uumlccedilgeni youmlntemiyle
oluşturulan yeni fan 540 verimli ccedilıkmıştır
Motorun oumln kısmın koyduğumuz fanda ise dar oluklardan buumlyuumlk bir hacime giriş
yaptığı iccedilin tek youmlnluuml analizde kuumltlesel debi negatif değerde ccedilıkmıştır
(Kuumltlesel debi) ṁ=ƍ( oumlzkuumltle) x A(alan) x V( akışkan hızı)=kgsn ndash Formuluumlnden
dolayı verimin hesaplanmasına gerek yoktur
48
BOumlLUumlM 5 EKLER
EK1- MEVCUT FAN
EK2- YENİ FAN
49
KAYNAKCcedilA
Baykal R 2011 Asenkron Motorlar Uumlzerine Enerjiİ Verimliliği Uygulanması
Yayın Tarihi 15032011
Ccedilalışkan M 2014 Eksenel Akışlı Fan Tasarımı Yuumlksek Lisans İstanbul Teknik
Uumlniversitesi TUumlRKİYE
Moavani S 2015 Sonlu Elemanlar Analizi Teorisi ve Ansys ile Uygulamalar
İstanbul
Onaygil S 2006 Enerji Verimliliği Kanunun Tanıtımı Yuumlksek Lisans
URL1 lthttpdeneysancomContentimagesdocumentshavalandirma-
4_39143832pdfgt Erişim Tarihi 12032016
URL2 lt httpwwweiegovtrgt Erişim Tarihi 20042016
URL3 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi
12052016
URL4 ltwwwtuumlikgovtrgt Erişim Tarihi 14052016
URL5 ltwwwemoorgtrekler364734147179187_ekpdfgt Erişim Tarihi 16052016
URL6 ltwwwinverter-plcnetmotoryıldız_uumlccedilgen_bağlantıhtmlgt Erişim Tarihi
18052016
URL7 ltwwweiegovtreie-webturkceenMotor_Verimliligi_Brosurupdfgt Erişim
Tarihi 20052016
URL8 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi
07062016
URL9 ltwwwfigescomtransysansys-nedirphpgt Erişim Tarihi 09062016
50
OumlZGECcedilMİŞLER
Elif CcedilİCcedilEK
Eyluumll 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Duumlzce Anadolu İmamhatip Lisesinde
tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi İlahiyat Fakuumlltesirsquoni kazandı 2012 yılında
Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine
başladı Halen eğitimine devam etmektedir
İletişim
apsuvaelifhotmailcom
Nesrin ALTUNBOĞA
Ağustos 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Haydarpaşa Teknik Okulları Raylı
Sistemler Teknolojileri Boumlluumlmuumlnuuml tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi
Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Boumlluumlmuumlnuuml kazandı Halen eğitimine
devam etmektedir
İletişim
naltunbogagmailcom
Rumeysa ALGUumlL
Ekim 1992rsquo de Konyarsquoda doğdu Lise oumlğrenimini Lafarge Aslan Ccedilimento Anadolu
Teknik Lisesirsquonde 2010 yılında tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi Teknoloji
Fakuumlltesi Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliğini kazandı 2013 yılında Teknoloji
Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine başladı Halen eğitimine devam
etmektedir
İletişim
rumeysaalgulgmailcom
51
52
46
Şekil 40 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Ccediloumlzuumlmuuml
47
BOumlLUumlM 4 SONUCcedilLAR
Verim= (Alınan Guumlccedil Verilen Guumlccedil)= (∆P x Q) (T x ὠ)
A_inlet = (r_tip)2 1000 - (r_hub)21000
A_outlet =( U_h1000)2 - (U-t1000)2
U= ὠ x r
Fan hesaplarıdan debi değeri ve tork değeri duumlşmuumlştuumlr Aşağıda yeni fanımızın verimi
yukarıdaki formuumlllere goumlre excelde hesaplanmıştır
tork(Nm) w(radsn) ṁ(kgm^3) verim deltap (Pa)
Orijinal Fan 00393645 15687 00391 60152783 95
Yeni Fan 00043869 15687 0039167 54068744
Tabloda da goumlruumllduumlğuuml uumlzere eski fanın oumlzelliklerine bakılarak hız uumlccedilgeni youmlntemiyle
oluşturulan yeni fan 540 verimli ccedilıkmıştır
Motorun oumln kısmın koyduğumuz fanda ise dar oluklardan buumlyuumlk bir hacime giriş
yaptığı iccedilin tek youmlnluuml analizde kuumltlesel debi negatif değerde ccedilıkmıştır
(Kuumltlesel debi) ṁ=ƍ( oumlzkuumltle) x A(alan) x V( akışkan hızı)=kgsn ndash Formuluumlnden
dolayı verimin hesaplanmasına gerek yoktur
48
BOumlLUumlM 5 EKLER
EK1- MEVCUT FAN
EK2- YENİ FAN
49
KAYNAKCcedilA
Baykal R 2011 Asenkron Motorlar Uumlzerine Enerjiİ Verimliliği Uygulanması
Yayın Tarihi 15032011
Ccedilalışkan M 2014 Eksenel Akışlı Fan Tasarımı Yuumlksek Lisans İstanbul Teknik
Uumlniversitesi TUumlRKİYE
Moavani S 2015 Sonlu Elemanlar Analizi Teorisi ve Ansys ile Uygulamalar
İstanbul
Onaygil S 2006 Enerji Verimliliği Kanunun Tanıtımı Yuumlksek Lisans
URL1 lthttpdeneysancomContentimagesdocumentshavalandirma-
4_39143832pdfgt Erişim Tarihi 12032016
URL2 lt httpwwweiegovtrgt Erişim Tarihi 20042016
URL3 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi
12052016
URL4 ltwwwtuumlikgovtrgt Erişim Tarihi 14052016
URL5 ltwwwemoorgtrekler364734147179187_ekpdfgt Erişim Tarihi 16052016
URL6 ltwwwinverter-plcnetmotoryıldız_uumlccedilgen_bağlantıhtmlgt Erişim Tarihi
18052016
URL7 ltwwweiegovtreie-webturkceenMotor_Verimliligi_Brosurupdfgt Erişim
Tarihi 20052016
URL8 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi
07062016
URL9 ltwwwfigescomtransysansys-nedirphpgt Erişim Tarihi 09062016
50
OumlZGECcedilMİŞLER
Elif CcedilİCcedilEK
Eyluumll 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Duumlzce Anadolu İmamhatip Lisesinde
tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi İlahiyat Fakuumlltesirsquoni kazandı 2012 yılında
Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine
başladı Halen eğitimine devam etmektedir
İletişim
apsuvaelifhotmailcom
Nesrin ALTUNBOĞA
Ağustos 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Haydarpaşa Teknik Okulları Raylı
Sistemler Teknolojileri Boumlluumlmuumlnuuml tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi
Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Boumlluumlmuumlnuuml kazandı Halen eğitimine
devam etmektedir
İletişim
naltunbogagmailcom
Rumeysa ALGUumlL
Ekim 1992rsquo de Konyarsquoda doğdu Lise oumlğrenimini Lafarge Aslan Ccedilimento Anadolu
Teknik Lisesirsquonde 2010 yılında tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi Teknoloji
Fakuumlltesi Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliğini kazandı 2013 yılında Teknoloji
Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine başladı Halen eğitimine devam
etmektedir
İletişim
rumeysaalgulgmailcom
51
52
47
BOumlLUumlM 4 SONUCcedilLAR
Verim= (Alınan Guumlccedil Verilen Guumlccedil)= (∆P x Q) (T x ὠ)
A_inlet = (r_tip)2 1000 - (r_hub)21000
A_outlet =( U_h1000)2 - (U-t1000)2
U= ὠ x r
Fan hesaplarıdan debi değeri ve tork değeri duumlşmuumlştuumlr Aşağıda yeni fanımızın verimi
yukarıdaki formuumlllere goumlre excelde hesaplanmıştır
tork(Nm) w(radsn) ṁ(kgm^3) verim deltap (Pa)
Orijinal Fan 00393645 15687 00391 60152783 95
Yeni Fan 00043869 15687 0039167 54068744
Tabloda da goumlruumllduumlğuuml uumlzere eski fanın oumlzelliklerine bakılarak hız uumlccedilgeni youmlntemiyle
oluşturulan yeni fan 540 verimli ccedilıkmıştır
Motorun oumln kısmın koyduğumuz fanda ise dar oluklardan buumlyuumlk bir hacime giriş
yaptığı iccedilin tek youmlnluuml analizde kuumltlesel debi negatif değerde ccedilıkmıştır
(Kuumltlesel debi) ṁ=ƍ( oumlzkuumltle) x A(alan) x V( akışkan hızı)=kgsn ndash Formuluumlnden
dolayı verimin hesaplanmasına gerek yoktur
48
BOumlLUumlM 5 EKLER
EK1- MEVCUT FAN
EK2- YENİ FAN
49
KAYNAKCcedilA
Baykal R 2011 Asenkron Motorlar Uumlzerine Enerjiİ Verimliliği Uygulanması
Yayın Tarihi 15032011
Ccedilalışkan M 2014 Eksenel Akışlı Fan Tasarımı Yuumlksek Lisans İstanbul Teknik
Uumlniversitesi TUumlRKİYE
Moavani S 2015 Sonlu Elemanlar Analizi Teorisi ve Ansys ile Uygulamalar
İstanbul
Onaygil S 2006 Enerji Verimliliği Kanunun Tanıtımı Yuumlksek Lisans
URL1 lthttpdeneysancomContentimagesdocumentshavalandirma-
4_39143832pdfgt Erişim Tarihi 12032016
URL2 lt httpwwweiegovtrgt Erişim Tarihi 20042016
URL3 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi
12052016
URL4 ltwwwtuumlikgovtrgt Erişim Tarihi 14052016
URL5 ltwwwemoorgtrekler364734147179187_ekpdfgt Erişim Tarihi 16052016
URL6 ltwwwinverter-plcnetmotoryıldız_uumlccedilgen_bağlantıhtmlgt Erişim Tarihi
18052016
URL7 ltwwweiegovtreie-webturkceenMotor_Verimliligi_Brosurupdfgt Erişim
Tarihi 20052016
URL8 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi
07062016
URL9 ltwwwfigescomtransysansys-nedirphpgt Erişim Tarihi 09062016
50
OumlZGECcedilMİŞLER
Elif CcedilİCcedilEK
Eyluumll 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Duumlzce Anadolu İmamhatip Lisesinde
tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi İlahiyat Fakuumlltesirsquoni kazandı 2012 yılında
Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine
başladı Halen eğitimine devam etmektedir
İletişim
apsuvaelifhotmailcom
Nesrin ALTUNBOĞA
Ağustos 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Haydarpaşa Teknik Okulları Raylı
Sistemler Teknolojileri Boumlluumlmuumlnuuml tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi
Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Boumlluumlmuumlnuuml kazandı Halen eğitimine
devam etmektedir
İletişim
naltunbogagmailcom
Rumeysa ALGUumlL
Ekim 1992rsquo de Konyarsquoda doğdu Lise oumlğrenimini Lafarge Aslan Ccedilimento Anadolu
Teknik Lisesirsquonde 2010 yılında tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi Teknoloji
Fakuumlltesi Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliğini kazandı 2013 yılında Teknoloji
Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine başladı Halen eğitimine devam
etmektedir
İletişim
rumeysaalgulgmailcom
51
52
48
BOumlLUumlM 5 EKLER
EK1- MEVCUT FAN
EK2- YENİ FAN
49
KAYNAKCcedilA
Baykal R 2011 Asenkron Motorlar Uumlzerine Enerjiİ Verimliliği Uygulanması
Yayın Tarihi 15032011
Ccedilalışkan M 2014 Eksenel Akışlı Fan Tasarımı Yuumlksek Lisans İstanbul Teknik
Uumlniversitesi TUumlRKİYE
Moavani S 2015 Sonlu Elemanlar Analizi Teorisi ve Ansys ile Uygulamalar
İstanbul
Onaygil S 2006 Enerji Verimliliği Kanunun Tanıtımı Yuumlksek Lisans
URL1 lthttpdeneysancomContentimagesdocumentshavalandirma-
4_39143832pdfgt Erişim Tarihi 12032016
URL2 lt httpwwweiegovtrgt Erişim Tarihi 20042016
URL3 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi
12052016
URL4 ltwwwtuumlikgovtrgt Erişim Tarihi 14052016
URL5 ltwwwemoorgtrekler364734147179187_ekpdfgt Erişim Tarihi 16052016
URL6 ltwwwinverter-plcnetmotoryıldız_uumlccedilgen_bağlantıhtmlgt Erişim Tarihi
18052016
URL7 ltwwweiegovtreie-webturkceenMotor_Verimliligi_Brosurupdfgt Erişim
Tarihi 20052016
URL8 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi
07062016
URL9 ltwwwfigescomtransysansys-nedirphpgt Erişim Tarihi 09062016
50
OumlZGECcedilMİŞLER
Elif CcedilİCcedilEK
Eyluumll 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Duumlzce Anadolu İmamhatip Lisesinde
tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi İlahiyat Fakuumlltesirsquoni kazandı 2012 yılında
Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine
başladı Halen eğitimine devam etmektedir
İletişim
apsuvaelifhotmailcom
Nesrin ALTUNBOĞA
Ağustos 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Haydarpaşa Teknik Okulları Raylı
Sistemler Teknolojileri Boumlluumlmuumlnuuml tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi
Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Boumlluumlmuumlnuuml kazandı Halen eğitimine
devam etmektedir
İletişim
naltunbogagmailcom
Rumeysa ALGUumlL
Ekim 1992rsquo de Konyarsquoda doğdu Lise oumlğrenimini Lafarge Aslan Ccedilimento Anadolu
Teknik Lisesirsquonde 2010 yılında tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi Teknoloji
Fakuumlltesi Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliğini kazandı 2013 yılında Teknoloji
Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine başladı Halen eğitimine devam
etmektedir
İletişim
rumeysaalgulgmailcom
51
52
49
KAYNAKCcedilA
Baykal R 2011 Asenkron Motorlar Uumlzerine Enerjiİ Verimliliği Uygulanması
Yayın Tarihi 15032011
Ccedilalışkan M 2014 Eksenel Akışlı Fan Tasarımı Yuumlksek Lisans İstanbul Teknik
Uumlniversitesi TUumlRKİYE
Moavani S 2015 Sonlu Elemanlar Analizi Teorisi ve Ansys ile Uygulamalar
İstanbul
Onaygil S 2006 Enerji Verimliliği Kanunun Tanıtımı Yuumlksek Lisans
URL1 lthttpdeneysancomContentimagesdocumentshavalandirma-
4_39143832pdfgt Erişim Tarihi 12032016
URL2 lt httpwwweiegovtrgt Erişim Tarihi 20042016
URL3 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi
12052016
URL4 ltwwwtuumlikgovtrgt Erişim Tarihi 14052016
URL5 ltwwwemoorgtrekler364734147179187_ekpdfgt Erişim Tarihi 16052016
URL6 ltwwwinverter-plcnetmotoryıldız_uumlccedilgen_bağlantıhtmlgt Erişim Tarihi
18052016
URL7 ltwwweiegovtreie-webturkceenMotor_Verimliligi_Brosurupdfgt Erişim
Tarihi 20052016
URL8 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi
07062016
URL9 ltwwwfigescomtransysansys-nedirphpgt Erişim Tarihi 09062016
50
OumlZGECcedilMİŞLER
Elif CcedilİCcedilEK
Eyluumll 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Duumlzce Anadolu İmamhatip Lisesinde
tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi İlahiyat Fakuumlltesirsquoni kazandı 2012 yılında
Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine
başladı Halen eğitimine devam etmektedir
İletişim
apsuvaelifhotmailcom
Nesrin ALTUNBOĞA
Ağustos 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Haydarpaşa Teknik Okulları Raylı
Sistemler Teknolojileri Boumlluumlmuumlnuuml tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi
Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Boumlluumlmuumlnuuml kazandı Halen eğitimine
devam etmektedir
İletişim
naltunbogagmailcom
Rumeysa ALGUumlL
Ekim 1992rsquo de Konyarsquoda doğdu Lise oumlğrenimini Lafarge Aslan Ccedilimento Anadolu
Teknik Lisesirsquonde 2010 yılında tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi Teknoloji
Fakuumlltesi Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliğini kazandı 2013 yılında Teknoloji
Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine başladı Halen eğitimine devam
etmektedir
İletişim
rumeysaalgulgmailcom
51
52
50
OumlZGECcedilMİŞLER
Elif CcedilİCcedilEK
Eyluumll 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Duumlzce Anadolu İmamhatip Lisesinde
tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi İlahiyat Fakuumlltesirsquoni kazandı 2012 yılında
Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine
başladı Halen eğitimine devam etmektedir
İletişim
apsuvaelifhotmailcom
Nesrin ALTUNBOĞA
Ağustos 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Haydarpaşa Teknik Okulları Raylı
Sistemler Teknolojileri Boumlluumlmuumlnuuml tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi
Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Boumlluumlmuumlnuuml kazandı Halen eğitimine
devam etmektedir
İletişim
naltunbogagmailcom
Rumeysa ALGUumlL
Ekim 1992rsquo de Konyarsquoda doğdu Lise oumlğrenimini Lafarge Aslan Ccedilimento Anadolu
Teknik Lisesirsquonde 2010 yılında tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi Teknoloji
Fakuumlltesi Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliğini kazandı 2013 yılında Teknoloji
Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine başladı Halen eğitimine devam
etmektedir
İletişim
rumeysaalgulgmailcom
51
52
51
52
52