Fiber takviyeli polimer veya plastik adı ile anılan kompozit malzemelerin kullanımı, son 50 yılda inşaat mühendisliği için devrim niteliğinde değişimler yaratmıştır. Fiber takviyeli plastikler içinde en yaygın olanı cam takviyeli plastikler ise bu kompozit malzemenin zirvesini temsil eder. Yüksek sertlik-ağırlık oranlarının gerekli olduğu yapısal uygulamalar için en ideal malzemedir.
İnşaat mühendisliği için cam elyaf takviyeli polimer (CTP) kompozitlerdeki gelişmeler mühendislerin yaratıcı çözümler bulmasına vesile olmuştur.CTP kaplamalar her türlü binada rahatça kullanıldığı gibi özellikle endüstri yapılarında ve tehlike sınıfı yüksek yapılarda en yoğun kullanılan malzemelerin başında gelmektedir.
CTP panel ve levhalarının yoğun olarak kullanıldığı başlıca yapılarda “Su Soğutma Kuleleri”dir. gelmektedir. Bazen devasa boyutta inşa edilen bu yapılarda cam takviyeli plastiklerin neden bu kadar tercih sebebi olduğunu anlatabilmek için kısaca soğutma ile ilgili genel kavramları ve yapıların çalışma prensiplerini ve gelişimlerini anlatmak yerinde olacaktır.
Su Soğutma Kulesi Nedir?
Su soğutma kuleleri, sıcak suyun ısısını düşürmek için su ve havanın birbiriyle temas etmesini sağlayan özel bir ısı eşanjörüdür. Soğutma kulesi çalışma işlemi sırasında, kulede dolaşan suyun sıcaklığı düşürülürken bir miktar suda buharlaştırılır. Bir soğutma kulesinin temel amacı, endüstriyel ekipman ve işlemlerde ısınan suyu soğutmaktır. Soğutma kulesine endüstriyel işlem ile ısınan su gelir ve soğuk soğutma kulesinden genellikle tekrar endüstriyel işlemde kullanılmak üzere dışarı çıkar. Soğutma kuleleri genellikle farklı endüstriler için farklı tasarımlar ile tasarlanmıştır. Tüm soğutma kuleleri her uygulama için doğru değildir.
Soğutma sistemlerinde bir kaç terimin açıklanması bu sistemlerin çalışma prensiplerini anlamak için yararlı olacaktır.
Kondenser Nedir?
Soğutma sistemlerinde soğutucu maddenin maddenin gaz halden ısısını etrafa dağıtarak sıvı hale geçtiği bölüme verilen isimdir. Soğutma sistemlerinde sistemin içinde veya sistemi yalıtan malzemenin içinde yer almaktadır. Yoğuşturucu veya kondansör ismi ile de bilinmektedir.
Evaporatör Nedir?
Soğutma sistemlerindeki “buharlaştırıcı” olarak ta anılan bileşendir. Bir buharlaştırıcı, su gibi maddelerin sıvı halden, gaz haline (su buharına) dönüştürmek için kullanılan ekipman veya cihazdır verilen isimdir. Sıvı, bu cihaz ve işlemde hedeflenen maddenin bir gaz formuna buharlaştırılır.
Şekil 1. CTP Malzemeli Su Soğutma Kulesi Çalışma Prensibi
Su Soğutma Kulelerinin Tarihi
Soğutma kuleleri, 19. yüzyılda buharlı motoruyla birlikte kullanılacak kondansatörlerin geliştirilmesiyle ortaya çıkmıştır. O zamanda da kondenserler, silindirlerden veya türbinlerden çıkan buharı yoğunlaştırmak için çeşitli yollarla temin ettiği soğuk suyu kullanmaktaydı. Soğutma kulelerinin temel mantığı hala aynıdır. Bu seçim ve işlem geri dönüş basıncını düşürmüştür. Bu da buhar tüketimini ve dolayısıyla yakıt tüketimini azaltır. Aynı zamanda güç ve geri kazanım suyunu da arttırır. Bununla birlikte, kondanserler için su temini büyük bir kısıt oluşturmaktaydı. Su kullanımı deniz motorları için bir sorun olmamakla birlikte, çoğu kara tabanlı sistem için önemli bir sınırlama olmuştur.
20. yüzyılın başlarında, soğutma suyunun geri dönüşümü için buharlaştırma yöntemleri, kurulu bir su kaynağının bulunmadığı alanlarda veya şehir su şebekesinin yeterli olmadığı kentsel yerlerde kullanılıyordu.
Mevcut arazi bulunan alanlarda, buharlaştırma sistemleri soğutma havuzları şeklini aldı. Şehir gibi sınırlı arazileri olan bölgelerde ise soğutma kuleleri şeklini aldılar.
Bu erken dönem kuleler, ya binanın çatılarına ya da serbest duran yapılar olarak kuruldular. Hava akışının doğal veya fanlar ile sağlandığı bağımsız yapılar olmaya başladılar.
Soğutma Kulelerinin Sınıflandırılması
Soğutma kulelerini incelerken farklı sınıflandırılmalar ile karşılaşabilirsiniz.
Ama genel olarak bu yapılar aşağıdaki şekilde değerlendirilir;
• Çapraz Akışlı Soğutma Kuleleri
• Karşı Akışlı Soğutma Kuleleri
• Doğal Akış, Çekme Vantilatör ve Hava İtim Beslemeli Soğutma Kuleleri
• Fabrika Montajlı Soğutma Kuleleri
• Saha Yapımı Kuleler
Çapraz Akışlı Soğutma Kuleleri
Çapraz akışlı soğutma kulesi sistemlerinde, soğuk su yatay olarak karken, doldurma ortamı boyunca sıcak su dikey olarak akar. Bu yüzden buna “çapraz akış” denir. Akışların hava ile temasından dolayı havanın dağıtım sisteminden geçmesine gerek yoktur.
Şekil 2. Çapraz Akışlı Soğutma Kuleleri
Karşı Akışlı Soğutma Kuleleri
Çapraz akışlı ve karşı akışlı soğutma kuleleri arasındaki temel fark; karşı akışlı soğutma kulesi sistem işleyişinde, hava dikey olarak yukarı doğru, doldurma ortamındaki su akışına karşı akar. Dikey olarak akan hava nedeniyle, havzanın yerçekimi akışını çapraz akışlı kulelerdeki gibi kullanmak mümkün değildir. Bir ikame olarak, bu kuleler, doldurma ortamının üstüne su püskürtmek için genellikle boru tipi basınçlı püskürtme sistemleri kullanmaktadır.
Borular ve soğutma kulesi nozulları genellikle birbirinden ayrılır. Böylece hava akışını kısıtlamazlar.
Şekil 3. Karşı Akışlı Soğutma Kuleleri (Counter flow Cooling Tower)
Doğal Akış, Çekme Vantilatör ve Hava İtim Beslemeli Soğutma Kuleleri
Soğutma kulesi fanları, doldurma ortamından havayı almak için soğutma kulelerinde kullanılır. Hava çekişli soğutma kulelerinde, hava girişi panjurunun dibindeki üfleyiciler tarafından hava sağlanır. Spray nozullar ile sıcak su aşağıdaki ısı transfer yüzeyine püskürtülmektedir.
Bu kulelerin çeşitli tipleri aşağıdaki şekillerde gösterilmiştir.
Şekil 4. Doğal Akış Soğutma Kulesi (Natural Draft Cooling Towers)
Şekil 5. Çekme Vantilatörlü Soğutma Kulesi (Induced Draft Cooling Towers Process)
Şekil 6. Hava İtim Beslemeli Soğutma Kuleleri ( Fan Assisted Natural Draft Cooling Towers)
Fabrika Montajlı Soğutma Kuleleri
Fabrikada monte edilen soğutma kulesi sistemleri son montajı yapılmak üzere sahaya veya kullanılacağı alana demonte halde gelir.
Bununla birlikte, fabrikada monte edilmiş küçük tip soğutma kuleleri hazır olarak sahaya sevk edilebilir. Fabrika monteli soğutma kuleleri ihtiyaç duyulan uygulamaya bağlı olarak indükslenen hava çekimli, çapraz akışlı, hava itimli veya ters akışlı tiplerde üretilmektedir. Bu tip soğutma kuleleri hafif sanayi uygulamaları ve HVAC için yaygın olarak kullanılmaktadır.
Saha Yapımı Soğutma Kuleleri
Sahada inşa edilen soğutma kuleleri genellikle nihai varış bölgesinde inşa edilir. Büyük tip olanlar genellikle önceden imal edilmiş, parçaları işaretlenmiş olarak montaj için inşaat sahasına gönderilir.
Soğutma kulesi üreticisi genellikle tüm soğutma kulesinin yapım süreci dışında, son montajını ve işçiliğini de yapar. Bu tür kuleler uygulamaya bağlı olarak karşı akış veya çapraz akışlı olabilir. Ağır endüstriyel uygulamalar veya ihtiyaç duyulan daha fazla güç için, tam özelliklere, yapıya, performansa göre sahada inşa edilen soğutma kuleleri inşa edilebilir.
Su Soğutma Kuleleri ve CTP Kompozit Malzeme
Endüstriyel alanlarda aktif olarak kullanılan su soğutma kulesi ürünleri yapım aşamasından kaynaklı birçok farklı malzeme seçeneği de beraberinde getirmiştir. Yapımındaki malzeme seçiminde soğutma kulesinin kullanılma amacı ve yeri belirleyici olmaktadır. Bir çok kule modelinin inşa ve üretimlerinde cam takviyeli plastik kompozit malzeme ve kaplamaları en yaygın kullanılan malzeme olarak öne çıkmıştır. CTP özellikle bu tip yapılar için korozyon ve termal şoklara dayanıklı özellikleri nedeniyle uzun ömürlü kaplama ve malzeme çözümleri sunar. Bunun yanında CTP, bu yapıların tasarımcıları için bir çok farklı ve değişik nedenden dolayı tercih sebebidir.
Fiberglass böylesine büyük ısı değişimlerinin yaşandığı yapılarda kullanılacak malzemeler için gerçek bir çözümdür. Fiberglass suyun yarattığı korozyona dayanımının yanı sıra ani termal şoklara dayanımı ile de mükemmel bir kompozit malzemedir. Hem fabrika monteli kuleler, hem saha da inşa yapılan çok büyük ölçekli kuleler için kullanılabilir. Her zaman stokta bulunabilmeleri sebebi ile fiberglass özelliklere sahip olan bu ürünler hızlıca sipariş edilebilir, tedarik edilebilir.
Fiberglass, iç yapıda, fan kanatlarında dahi güvenle kullanılan bir malzemedir. Bunun yanısıra dış cephe içinde harika bir cephe kaplama malzemesidir. Çelik ve betonun kullanıldığı soğutma kuleleri termal santral gibi çok kapasiteli işler için uygun çözümler olabilir. Ama bunun dışındaki endüstri sahalarında böylesine dev ve sabit yapılar bir çok dezavantajı beraberinde getirmektedir. Bu sebeple uzun ömürlü bakımı kolay, parça parça değişime imkan veren modüler yapılar ancak CTP malzeme ile hayat bulmaktadır.
CTP, çeliğin dörtte biri ağırlığı ile kolay monte ve demonte imkanları sağlar. Isı dayanımı ile yanmazlığı ve elektrik ile yapılan uygulamalarda güvenle kullanılabilmesi soğutma kuleleri tasarım ve yapımında muadili olmayan bir malzeme olmasını sağlamıştır.
Polser A.Ş. içlerinde ölçek ve boyut olarak sınırları zorlamış su soğutma kulesi projeleri de olan bir çok mimari projeye, CTP panel ve levhalar tedarik eden, dünyaca tercih edilen edilen CTP panel üreticisidir. Fiber takviyeli plastikler konusunda sürekli yaptığı geliştirmeler ile su soğutma kulesi endüstrisi için özelleşmiş rakipsiz bir deneyime sahiptir. Binlerce projeyi başarı ile teslim etmiş ve geliştirilmesine katkı vermiştir.
