3 Yollu Motorlu Vana

3 Yollu Motorlu Vana Seçimi ve Çalışma Prensibi

HVAC sistemlerinde kullanılan 3 yollu motorlu vana seçimi ve çalışma prensibi hakkında sizleri kısaca bilgilendireceğiz. Seçim iki aşamada yapılıyor, ilk aşamada vana gövdesini ikinci aşamada ise vana motorunu seçeceğiz.

 Üç Yollu Vana Tipleri ve Seçimi

Gövde seçimi farklı basınç sınıflarında ve yapıdaki glob (lineer), küresel ve rotary tip olarak üç farklı tipte karşımıza çıkıyor. Öncelikle en sık kullanılan lineer ve küresel tiplerde yüzdesel olarak açıp kapatabileceğimiz oransallık tam olarak sağlanabilir gövdeleri inceleriz. Rotary gövdeler düşük basınç sınıfı sadece açık-kapalı kullanıma uygun olduğu için kullanım alanı kısıtlı. Lineer gövdeler milin yukarı ve aşağı yönde hareket etmesi ile su geçişleri kontrol edilir. Küresel vanalarda ise kürenin doksan derecelik hareketi ile kontrol sağlanır. Küresel vanayı rotary vanalardan ayıran özellik ise eşit yüzdesel akış eğrisini sağlan kesittir, zaten bu kesit sayesinde oransal kontrol sağlanıyor. Rotary tip gövdelerde biraz önce bahsettiğimiz eşit yüzdesel akış eğrisini sağlayacak kesit yok, basit yapısı ile sadece açık-kapalı kullanıma uygundur. Fiyat olarak diğer gövde tiplerine göre avantaj sağladığı için tercih sebebi olabilir.

Dişli ve Flanşlı Bağlantı, Basınç Sınıfı

Vana seçiminde gördüğümüz PN ibaresi o gövdenin dayanabileceği maksimum basıncı (bar) ifade eder. Sistem uygulamalarına göre PN6, PN10, PN16, PN25 ve PN40 basınç sınıflarında vanalar tercih edilir. Yine bu basınç sınıflarında dişli ve flanşlı gövdede seçimi yapılır. Buhar uygulamalarında minimum PN25 gövde seçilirken ısıtma amaçlı kullanılan vana için PN6 basınç sınıfı bile yeterli gelmektedir. Neden bu kadar çeşit var gibi soru soranda muhakkak vardır, cevabı maliyet. Sektörde PN16 hemen her yerde kullanılan standart haline gelmiştir. Isıtma için fazla geliyor fakat daha yüksek basınçta çalışan soğutma sistemleri için yeterli standardı sağlar.

Dişli ve flanşlı vanala alternatifleride var. Dişli vanalar maksimum DN50 çapa kadar kullanılıyor, daha büyük vana çapında ise flanşlı bağlantıya geçmek zorunlu. Dişli glob vanaların mil boyutu kısa olduğu için gövde ve motorda da fiyat avantajı sağlıyor, bu da neden dişli vana var sorusunun cevabıdır. Ayrıca boru bağlantı elemanları ayağında da hem pratik hemde ekonomi sağlar.

DN normundaki flanşlı vanalar büyüyen inşaat sektöründeki iklimlendirme ihtiyacından önce DN150 çapa kadar yeterli geliyordu. Son zamanlarda ise vana çapları DN200, sonra DN250 ve artık şaşırtan büyüklükte DN300’e kadar çıktı. Tabi bu örnekler çok uç noktalarda ve güncel ihtiyaçların çok düşük dilimini oluşturuyor.

Karışım ve Ayrıştırıcı Vana (yönlendirme vanası) Nedir?

Vana gövdeleri kendi içerisinde karışım ve ayrıştırıcı (yönlendirme) tip olarak ikiye ayrılıyor. Karışım vanalarında iki su girişi ve tek çıkış yer alır. Örneğin kazandan gelen sıcak su (A girişi) ve tesisat dönüşündeki su (B girişi) karıştırılarak tekrar tesisata istenilen sıcaklıkta su (AB çıkışı) gönderilir. Bu sayede Kullanım yerleri klima santrali, kazan çıkışı, fan coil, chiller, ısı geri kazanım cihazı gibi diyebiliriz. Ayrıştırıcı vanalarda ise tahmin edebildiğiniz gibi su A girişinden girer ve B veya AB çıkışından çıkar. Bypass sistemi veya sektör dışında kalan endüstriyel uygulamarda bu gövdeye ihtiyaç duyulmaktadır.

Vana çapı seçimi

Vana gövdesinin seçimi konusunda hat çapının baz alınması veya “3 yollu motorlu vana boru çapının bir çap altı seçilir” gibi hatalı söylemler var. Gövde seçiminde esas alınması gereken veri hattın ısı kapasitesidir. Hat kapasitesi, kullanım şekli, akışkan sıcaklığı, basınç sınıfı gibi veriler toplandıktan sonra uygun vana tipi belirlenir. Ardından gövdenin çapını belirlemek için basınç kaybı ve su giriş çıkış sıcaklıkları üzerinden ürün teknik dokümanından veya ilgili seçim programları vasıtasıyla Kvs (m³/h) değeri hesaplanıp vanaların maksimum kvs değeri üzerinden çap belirlenmiş olur. Çap boru çapıyla aynı olabileceği gibi bazen büyük veya bir iki çap daha küçük çıkabiliyor.

 Vana Motoru Tipleri ve Seçimi

Yukarıda sadece vana gövdesini ve çapını seçtik. Vananın teknik dokümanını açtık ve uyumlu bir çok motorun karşımıza çıktığını görüyoruz. Tüm gövde tiplerinde kullanılabilen açık-kapalı (on-off, yüzer kontrol, 3-point) ve 0(2)-10V, 4-20mA oransal kontrol motor seçenekleri arasından seçimi yine sistemin kurulumu ve kullanılacağı yere göre yapıyoruz.

 Vana Tipine Göre Motor Seçenekleri

Rotary ve Küresel tip vana gövde kontrolü 90° hareket sağlayan motorlar ile sağlanmaktadır. Damper motorları ile tamamen aynı mantıkta çalışır. Hatta damper motorunu vana gövdesine bağlayacak bağlantı seti ile birlikte çözüm sunan üreticilerde var, bu kontrolde sorun yaratmayacağı için gönül rahatlığıyla kullanabilirsiniz. Vana motorunun gücü seçilirken vana çapı, işletme basıncı ve gidiş-dönüş hatları arasında fark basınç etken faktör oluyor. Vana çapı ve basınç arttıkça gövdeye takılacak motorun torkuda (nm) buna paralel artmaktadır. Standart uygulamalarda DN32-50 çap aralığındaki vanada 10nm motor kullanılırken DN15-25 çapındaki vanalarda 5nm motor yeterli gelmektedir.

Lineer vanalarda ise kontrol vana milinin yukarı aşağı hareket ettirilmesi ile sağlanır, bu yüzden damper motoru ve bağlantı seti gibi şeyler kullanılması mümkün değil. Lineer vana motorlarında 2,5mm mil boyutundan başlayan DN15 fan coil vanaları, 60mm mil boyutu kullanan DN300 çapındaki vanalara kadar bir çok seçenek var. Fan coil vanalarında kullanılan motor 100N torktan başlarken bu güç 12.000N’a kadar çıkabiliyor.

 Vana Motoru Hızı ve Alternatifler

HVAC sistemlerinde kullanılan vana motorları tamamen konfor şartlarında iklimlendirmeye yönelik olduğu için endüstriyel sistemlerdeki gibi motorun hızlı çalışması önem teşkil etmemekte. Bu sayede yavaş çalışan ama daha ekonomik ürünler sunulabiliyor. Standart bir motorun çalışma süresi 60sn’den başlayıp vana motoru mil boyutuna bağlı olarak 180sn gibi sürelere kadar çıkabilmektedir. Lineer vana motorlarında genelde hız 1mm mil hareketi için 4sn’dir. Bu da 38mm milli DN100 çapındaki vananın tam açıktan tam kapalı konuma geçmesi için 144sn süreye tekabül etmektedir. Kritik hatlarda kullanılmak üzere üretilen hızlı motorlar ve yay geri dönüşlü seçeneklerde var. Konusu açılmışken yay geri dönüşlü vana motorundan bahsedelim. Motora aç sinyali geldi ve motor açma işlemini sağladığı esnada motorun içindeki yay mekanizmasıda kurulmaya başlar. Kapat sinyali gelene kadar yay içeride kendini serbest bırakmak için hazır bekler. Kapat sinyali geldiği an motor dişlileri serbest kalır, yay mekanizması ile motor hızlı (ortalama 25sn) olarak vanayı kapatır. Yay geri dönüşlü motorlar aynı zamanda acil durumlarda sistem emniyeti içinde kullanılıyor. Örneğin elektrik kesintisi halinde kapalı kalması gereken bir hat var motorun enerjisi kesildiği anda yine yay serbest kalıyor ve otomatik olarak kapatma işlemini gerçekleştiriyor.

Lineer ve küresel tip kontrol vanalarında sistem işleyişine göre istenilen açık-kapalı veya oransal motor kullanılabilir. Örneğin karışım vanası kullanılacak klima santrali, chiller, gibi sistemlerde su çıkış sıcaklığını hassas olarak ayarlayabilmek için oransal kontrol motor kullanarak yüzdesel olarak dönüş ve ana gidiş hattı su karışımı sağlanır (dönüş %46, ana hat %54). Bu hassasiyet sayesinde klima santralinin üfleme havası sıcaklığı son derece hassas ayarlanmış olur. Oransal kontrol vana motoru hareket için enerjiye ihtiyaç duyar, bu güç 24V ile sağlanır. Motorun açılıp kapanması için ise 0-10VDC aralığında enerji kullanmanız gerekiyor, 0V tam kapalı, 10V tam açıktır. Motorumuz 0-10V oransal kontrol olduğu için örneğin 5,4V sinyal verdiğimizde ise motor %54 açık konumuna gelecektir. Motordaki U yani geri besleme ucu ise otomasyon panelimizden motorun gerçekte ne kadar açtığını izleyebileceğiniz 0-10V arasında çıkış verir.

Rotary tip vanalarda ağırlıklı olarak 24/220V açık-kapalı motor kullanılıyor, çünkü yapıları hassas oransal kontrole uygun değildir. Kazan dairelerindeki karışım sisteminde ise 3-point yani yüzer kontrol motor kullanılır. Yüzer kontrol motorlar tam açık veya kapalı şekilde konumlandırılabildiği gibi açıp kapatma süreleri üzerinden hesaplama yapılarak otomatik kontrol/kazan kontrol paneli ile kısmen oransallık sağlanabilir. 220V yüzer kontrol vana motoru kullanım standardı kazan üreticileri tarafından oturtulmuştur, panelin vana motoru çıkışları %95 olarak 220V yüzer kontroldür. 

Kaynak : https://www.dengemekanik.com/makaleler/3-yollu-motorlu-vana-secimi-ve-calisma-prensibi.html