Kompresör ve Motor

Konu Anlatımı

Kompresör ve Motor

Kompresör ve Motor, Soğutma Sistemleri dersi kapsamındaki Soğutma Elemanları ünitesinin temel konularından biridir. Bu konu alanın gerektirdiği bilgi ve becerilerin kazandırılmasına temel oluşturur.

Temel Bilgiler

• Hermetik kompresör kapalı yapıdadır.
• Kondenser ısıyı dış ortama atar.
• Evaporatör ortamdan ısı çeker.

Uygulama ve Dikkat Edilmesi Gerekenler

Bu konunun uygulamasında iş güvenliği kurallarına uyulmalı, kullanılan araç ve malzemeler amacına uygun seçilmeli ve yapılan işlemler standartlara göre kontrol edilmelidir. Öğrenilen bilgiler atölye ve iş yeri uygulamalarıyla pekiştirildiğinde kalıcılık artar.

Kompresör Tipleri

Kompresör, buhar sıkıştırmalı çevrimin enerji alan elemanıdır. Hermetik kompresör motoru gövde içindedir ve sahada açılmaz; split ve mini VRV sistemlerinde yaygındır. Yarı-hermetik kompresörde motor ve kompresör ayrı ayrı servis edilebilir; orta ve büyük kapasitelerde kullanılır. Açık tip (kayışlı) sistemlerde motor ayrıdır ve kayışla tahrik edilir. Bunların yanında scroll ve vidalı tipler, farklı kapasite ve devir aralıklarıyla çalışır.

Kompresyon Oranı ve Sınırlar

Kompresyon oranı, yoğuşma basıncının buharlaşma basıncına oranıdır. Oran yükseldikçe sıkışma sıcaklığı artar; bu da yağın çürümesine ve valf performansının düşmesine yol açar. Yüksek oranlı uygulamalarda ara soğutma, aşırı basınç kesicisi ve kızgın gaz hattı sıcaklık kontrolü zorunlu hâle gelir. Oran, akışkan ve ortam şartlarıyla birlikte makinenin emniyet sınırını çizer.

Elektriksel Güç ve Ölçüm

Üç fazlı kompresör motorunun tüketimi gerilim, akım, güç faktörü ve verimle hesaplanır. Ölçülen akım, fabrika plakasındaki isim akımının üzerindeyse yüklenme ya da mekanik direnç vardır; belirgin biçimde altındaysa gaz azlığı ya da kayış kayması şüphesi doğar. Ölçüm yalnız tek bir değerle değil, üç faz dengesi birlikte okunarak yapılır.

Yağlama ve Koruma

Kompresör yağlanmazsa aşınma saniyeler içinde başlar. Yağlama; yağ pompa, karter ısıtıcısı ve yağ ayrıştırıcı ile sağlanır. Elektriksel koruma katmanları ise aşırı akım rölesi, termik koruma, alçak ve yüksek basınç kesicileri ile kızgın gaz kesicisidir. Bu korumalar sırayla devreye girer; yanma ya da kilitlenme hâlinde kompresör enerjiden ayrılır.

Arıza Belirtileri

Sık görülen belirtiler: motorun hiç çalışmaması, sık sık devreye girip çıkması (kısa çevrim), aşırı ısınma, yağ kokusu ve anormal ses. Belirti tek başına yeterli değildir; basınç, akım ve sıcaklık ölçümleriyle birlikte okunur. Yağ basıncı düşüklüğü, en acil müdahale gerektiren durumdur.

Hermetik Kompresörün Çalışma Prensibi

Hermetik kompresör, kapalı yapıdadır ve bu kapalı sistemde herhangi bir dışarıdan su veya hava girişi olmaz. Bu tür kompresörlerde motor ve kompresör bir arada yerleştirilir ve bu yapı, özellikle split ve mini VRV sistemlerinde yaygın olarak kullanılır. Kapalı yapıda olduğu için bakım ve servis işlemleri daha zorlaşır, ancak bu da sistemlerin daha güvenilir ve uzun ömürlü olmasını sağlar.

Kompresörün çalışması sırasında, kondenser ısıyı dış ortama atar ve evaporatör ise ortamdan ısı çeker. Bu iki parçanın doğru çalışması, soğutma sisteminin etkinliğini korur. Hermetik kompresörlerde, motorun ve kompresörün bir arada yerleştirilmesi, sistemlerin daha az bakım gerektirmesini ve daha yüksek verimliliği sağlar. Bu nedenle, bu tür kompresörler özellikle küçük ve orta ölçekli soğutma sistemlerinde tercih edilir.

Ne öğreneceğiz?

Bu konuda soğutma çevriminin tek enerji tüketen elemanı olan kompresörü ve onu çalıştıran elektrik motorunu öğreneceksin. Konunun sonunda bir kompresörün etiketindeki devir ve güç değerlerini okuyup motorun kaç devir döndüğünü ve tam yükte ne kadar akım çektiğini hesaplayabilecek; gösterge manometresindeki basıncın neden sistem basıncını doğrudan vermediğini açıklayabilecek ve "kompresör sürtünüyor" şüphesini hangi ölçümle doğrulayacağını bileceksin.

Konunun teknik çekirdeği şudur: kompresör çevrimin basınç farkını üreten tek elemandır. Kondenser ve evaporatör basıncı değiştirmez; genleşme valfi basıncı kısmen düşürür. Bu yüzden sistemdeki basınçların doğru yerlerde oluşmasının sorumluluğu tamamen kompresördedir.

Ön bilgi

Bu konuyu çözebilmen için dört kavramı ayırt edebilmen gerekir.

• Mutlak basınç ve gösterge basıncı: Manometre mutlak basıncı değil, atmosfer basıncına göre farkı gösterir. Mutlak = gösterge + atmosfer. Kompresyon oranı mutlak basınçlarla alınır; gösterge basıncıyla hesaplanan oran yanlış ve her zaman küçük çıkar.
• Kompresyon oranı: Çıkış mutlak basıncının giriş mutlak basıncına oranıdır. Oran büyüdükçe yoğuşma sıcaklığı yükselir ve verim düşer.
• Motor devri: Dönme hızı devir sayısı ile kutup sayısına bağlıdır, frekansa ve gerilime değil. 50 Hz şebekede iki kutuplu motor 3000 d/dk, dört kutuplu motor 1500 d/dk döner.
• Güç faktörü (cos φ): Motorun çektiği akımın ne kadarının işe yaradığını gösterir. Üç fazlı motorlarda akım kareköklü üç ve gerilim ve güç faktörüyle birlikte hesaplanır; bu çarpan unutulursa akım değeri çok yanlış çıkar.

Basit örnek: günlük hayattan bir kompresör kabini

Bir klima dış ünitesinin arkasını açtığında gördüğün kabin bir sarmal (scroll) kompresördür. Motor, kompresörün içine gömülüdür ve ikisi tek bir hermetik gövde oluşturur. Bu gövdeye hermetik kompresör denir; motor kaydırma kollarıyla bağlanmıştır, kayış veya dişli yoktur.

Gözlemlenebilir iki ayrıntı vardır. Birincisi, kompresör kabini ağır olduğu için cihazın sıcak tarafında en üstte, ağır elemanın altta desteklenmesini sağlayan bir montaj yapılır; bu ağırlık merkezi hesabının ilk adımıdır. İkincisi, kabin iki boru çıkışı vardır: biri kalın (yüksek basınç, sıcak), biri ince (düşük basınç, soğuk). Bu iki boru, önceki konuda kurduğumuz çevrim haritasının kompresör çevresindeki iki ucudur.

Sayısal bir örnekle devam edelim. Bir motorun çıkış gücü 1,5 kW, kaybettiği güç 0,3 kW ise çektiği güç 1,8 kW olur ve verimi 1,5 / 1,8 = %83,3 çıkar. Motor verimindeki bu on altı puanlık fark, doğrudan elektrik faturasına yansır; verim kaybı ölçülürken mutlaka giriş gücü (anma akımı × gerilim × güç faktörü) ölçülmelidir, çıkış gücü değil.

İleri örnek: gösterge, mutlak ve fan yasasının zinciri

Üç ayrı kavramı tek hesap zincirinde kullanalım.

1. Göstergeden mutlak basınca. Evaporatör göstergesi 3,0 bar, kondenser göstergesi 15,0 bar gösteriyor. Atmosfer basıncı 1,013 bar kabul edilirse mutlak basınçlar 3,0 + 1,013 = 4,013 bar ve 15,0 + 1,013 = 16,013 bar olur.

2. Kompresyon oranı. 16,013 / 4,013 = 3,99. Dikkat: aynı iki gösterge değeriyle 15,0 / 3,0 = 5,00 denirsek oran yanlış çıkar. Yani göstergeyle hesaplanan değer, doğru değerden belirgin biçimde büyük görünür; burada tersine, atmosfer eklenmediği için oran 5,00 çıkarken gerçek oran 3,99'dur. İkisi arasındaki farkın kaynağı, oranın bir bölme değil iki mutlak basıncın oranı olmasıdır.

3. Motor akımı. 3,0 kW güçte, 380 V'ta, güç faktörü 0,85 olan üç fazlı bir motorun anma akımı: I = P / (kareköklü3 × U × cos φ) = 3000 / (1,732 × 380 × 0,85) = 3000 / 559,4 = 5,36 A.

4. Hız kuralıyla karşılaştırma. Aynı motor bir fanı sürüyorsa hız kuralı devreye girer: birim hıza göre debi doğrusal, basınç karesel, güç küpsel ölçeklenir. Bu üçünü akılda tutmak, ileride "kontrol vanasını kısamak ne kazandırır" sorusunu sayısal yanıtlamayı sağlar.

Adım adım çözülmüş örnek

Soru: Üç fazlı bir kompresör motoru 380 V, 50 Hz şebekede çalışmaktadır. Motor iki kutupludur, anma gücü 3,0 kW, güç faktörü 0,85'tir.

1. Devir hızını bul. Devir formülünde frekans 50 Hz ve kutup sayısı 2'dir: n = 120 × 50 / 2 = 3000 d/dk. (Dört kutuplu olsaydı 120 × 50 / 4 = 1500 d/dk çıkardı.)
2. Giriş gücünü yaz. Üç fazlı bir yükün gücü P = kareköklü3 × U × I × cos φ bağıntısıyla bulunur. Yerine yazarsak: 3000 = 1,732 × 380 × I × 0,85.
3. Payayı hesapla. 1,732 × 380 × 0,85 = 559,4. Dolayısıyla I = 3000 / 559,4 = 5,36 A.
4. Sonucu denetle. Etiketteki anma akımı genellikle 5,5-6 A aralığındadır; hesaplanan 5,36 A bunun biraz altındadır. Farkın nedeni motor verimidir: anma gücü çıkış gücüdür, etiket akımı ise kayıpların da karşılandığı giriş akımıdır. Bu yüzden hesaplanan değer etiket değerinin altında kalır ve bu bir hata değildir.
5. Sonuçlandır. Motor 3000 d/dk döner ve tam yükte yaklaşık 5,4 A çeker. Saha ölçümünde alınan akım bu değerin belirgin üzerindeyse ilk şüphelile bakılacak yer motor değil, kompresörün aşırı yüklenmesi veya yardımcı ısıtıcı rölesinin devrede kalmasıdır.

Cevap: 3000 d/dk ve yaklaşık 5,4 A.

Karşılaştırma tablosu: kompresör tipleri

Kompresör seçimi yalnızca kapasiteye göre yapılmaz; akışkan tipi, devir aralığı ve verim eğrisi da belirleyicidir. Aşağıdaki tablo, yaygın tipleri aynı ölçütlerle karşılaştırır.

Tabloyu okurken sarmal ile değişken devirli sarmal arasındaki farkı özellikle ayırt et: ikisi de aynı ilkeyle çalışır, farkı hız ayarıdır. Sabit devirli sarmal kısmi yükte "çırak çırak çalışır" ilkesiyle verimini kaybeder; değişken devirli sarmal yükü takip eder ve yıllık enerji tüketiminde belirgin fark yaratır.

Sık yapılan hatalar

• Hata: Kompresyon oranını gösterge basınçlarıyla hesaplamak. Doğrusu: mutlak basınç kullanılır; atmosfer basıncı her iki tarafa da eklenir.
• Hata: Kompresyon oranı büyüdükçe verimin artacağını sanmak. Yoğuşma sıcaklığı yükseldikçe hem akışkan hem yağ sıcaklığı artar; verim düşer ve kompresör ömrü kısalır.
• Hata: Motor devrini gerilimden hesaplamak. Devir frekans ve kutup sayısına bağlıdır; gerilim değişimi devri değil, yükü ve akımı değiştirir.
• Hata: Akım hesabında kareköklü üçü atlamak. Atlandığında akım üçte bir çıkar ve motorun taşıyabileceği güç yanlış anlaşılır.
• Hata: Kompresörün yükünü motor etiketindeki güçten okumak. Etiketteki güç motorun gücüdür; kompresörün harcadığı elektrik, motor kayıpları eklendikten sonra daha büyüktür.
• Hata: "Kompresör sesi normal" deyip arızayı geçiştirmek. Mekanik sıkışma, aşırı yük ve kısmi nemli dönüş üçü de benzer ses çıkarır; ölçümle ayırt edilir.
• Hata: Aynı sistemde akışkanı değiştirip kompresörü olduğu gibi bırakmak. Kaynama sıcaklığı, yağ uyumu ve yoğunluk değiştiği için kompresör değişimi zorunlu hâle gelir.

Özet ve Kendini Dene

Özet. Kompresör, çevrimde basıncı yükselten tek elemandır; kondenser ve evaporatör basıncı değiştirmez. Kompresyon oranı çıkış mutlak basıncının giriş mutlak basıncına oranıdır ve mutlak basınçla hesaplanır: mutlak = gösterge + atmosfer. Oran büyüdükçe yoğuşma sıcaklığı ve verim kaybı artar. Hermetik kompresörde motor ile kompresör tek gövdedir; iki kutuplu motor 50 Hz'de 3000 d/dk, dört kutuplu 1500 d/dk döner. Üç fazlı motor akımı I = P / (kareköklü3 × U × cos φ) bağıntısıyla bulunur ve kareköklü üç atlanırsa sonuç üçte bir çıkar. Etiketteki anma gücü çıkış, etiket akımı giriş değeridir; ikisi arasındaki fark motor kaybıdır. Hız kuralı, debiyi doğrusal, basıncı karesel, gücü küpsel ölçekler. Kompresör tipi; akışkan, kapasite ve yük değişimi birlikte değerlendirilerek seçilir.

Kendini dene. Beş soruyu önce kendin çöz, sonra açıklamayla karşılaştır.

1. Soru: Evaporatör 2,0 bar, kondenser 12,0 bar gösterge basıncı veriyor. Atmosfer 1,013 bar. Kompresyon oranı kaçtır? Cevap: Mutlaklar 3,013 bar ve 13,013 bar; oran 13,013 / 3,013 = 4,32.
2. Soru: 50 Hz'de çalışan dört kutuplu bir motorun devri nedir? Cevap: 120 × 50 / 4 = 1500 d/dk.
3. Soru: 2,2 kW anma güçlü, güç faktörü 0,82 olan üç fazlı bir motor 400 V'ta tam yükte kaç akim çeker? Cevap: I = 2200 / (1,732 × 400 × 0,82) = 2200 / 568,1 = 3,87 A.
4. Soru: Bir pompa veya fanın hızı yarıya indirilirse elektrik gücü nasıl değişir? Cevap: Güç hızın küpüyle ölçeklendiğinden (1/2)³ = 1/8 olur; yani sekizde birine iner.
5. Soru: Kompresör kabini ölçtüğünüzde sürekli akım etiketteki değerden yüksek çıkıyor. İlk olarak hangi iki şeyi kontrol edersiniz? Cevap: Kompresörün aşırı yüklenip yüklenmediği ve yardımcı ısıtıcı (dolu gaz) rölesinin devrede kalıp kalmadığı.