Uygulaman×n Yer Üstü Yang×n Hidrant× úçin ... - Duyar Vana

POMPA-VANA DOSYASI
MAKALE
Hesaplamal Akkanlar Dinamii Kullanarak Ak
Katsaylarnn Hesaplanmas;
Uygulamann Yer Üstü Yangn Hidrant
çin Çözümlenmesi
Hidrant sistemleri yangndan korunmada çok önemli bir ilevi yerine getirmektedir.
Ülkemizde üretilmekte olan hidrant sistemleri, eski standarda bal kalndnda; herhangi
bir ak özellii içermemekte ve belirli boylarla snrl olmaktayd. Artk yeni standardn kabul
edilmesi ile özellikle hidrantn kullanld bölgede, yangn güvenlii açsndan gerekli önlemlerin
alnd ürünlerin devreye girmesi gereklilii ortaya çkmtr.
Ak özellikleri ön plana çktnda; bu özelliin ürün üzerinde yarataca farkllklar bilgisayar
ortamnda gerçekletirilip prototip üretimine geçildiinde rekabet edilebilirliin yükseldii ortadadr.
Bu yazda, Hesaplamal Akkanlar Dinamii (CFD) yöntemi kullanlarak yer üstü yangn
hidrantlarnda kullanlabilecek en iyi klape formu dizayn anlatlacaktr.
1. Hidrant Sistemi
2002 yl Haziran ayndaki Bakanlar Kurulu
karar ve Temmuz ayndaki resmi gazetede yaynlanan
haliyle Hidrant Sistemi (Madde 95);
yaplarn yangndan korunmasnda, ilk müdahalede
söndürülemeyen yangnlara dardan
müdahale edebilmek için çok önemli bir ilevi
yerine getirmektedir ve mümkün olduunca
yapnn veya binann tüm çevresini kapsayacak
ekilde tesis edilmelidir.
Yine ayn maddeye göre; hidrant sisteminin
dizayn debisi en az 1900 l/dak olmaldr. Sistemde
kullanlacak hidrantlar yer üstü yangn
hidrant olmal ve TS 2821 no’lu standarda
uygun olmaldr.
Mart 2007 tarihinde TSE tarafndan yaynlanan
TS EN 14384 standard ile TS 2821 standard
iptal olmutur. Böylece ürün üzerindeki boyutsal
snrlandrmalardan çok, ürünün güvenilirlii,
verimi ve kullanm yerine göre uygulama
özellikleri ön plana alnmtr.
118 Tesisat Dergisi Say 161 - Mays 2009
Yangnn, tesislerin özelliklerine bal olarak
deime gösterdii bir gerçekse de, esas olan
yangna annda müdahale etme süresidir. Yerüstü
yangn hidrantlar ise buna imkan verir.
Yer üstü yangn hidrantlar; fabrikalarda, depolarda,
endüstriyel tesislerde, bina çevrelerinde,
yangna hassas ormanlk arazilerde ve ehir
yerleim bölgelerinde, çabuk müdahalenin yan
sra itfaiyenin su teminine de olanak salarlar.
Yer üstü yangn hidrantlar kullanm yeri özelliklerine
bal olarak çeitli çaplarda üretilirler.
Hidrantlarn su verme kapasitesi giri ve çk
çaplarna bal olarak deiir. Genel olarak
kullanm DN 100 tek giri ve DN 65 çift çkn
olduu yer üstü yangn hidrantlardr.
Bu makaleye konu olan Yer Üstü Yangn Hidrant
da, DN 100 tek su girili, 1.750 mm
boyunda, ak yönünde kapanma özelliine
sahip, dona kar su boaltma sistemi olan,
PN 16 müsaade edilebilir çalma basncna
uygun özellikleri kapsamaktadr.
Dr. Mak. Müh. Süleyman TOKAY
Yldz Teknik Üniversitesi (YTÜ)’nden 1990
ylnda lisans, 1993 ylnda yüksek lisans
ve 1999 ylnda doktora dereceleriyle
mezun oldu. Doktora eitimi srasnda
YTÜ’de Aratrma Görevlisi olarak çalt.
Eitimin ardndan Nursan Elektrik Donanm firmasnda AR-
GE Sorumlusu olarak görev yapt ve çeitli yeni ürün dizayn
projelerinde proje lideri olarak çalt. 2007 yl bandan
beri Duyar Vana Makine Sanayi Tic ve San. A..’ de AR-GE
Yöneticilii görevine devam etmektedir.
2. Hesaplamal Akkanlar Dinamii /
Computational Fluid Dynamics (CFD)
Genel kullanm itibariyle, pompa ve vana
sektöründe kullanm ile bir tasarm ve analiz
aracdr. Bu sayede ak ve s transferi
olaylarn tanmlayan çeitli denklemler kullanlarak
pompa/vana içerisindeki 3 boyutlu
aklar daha iyi anlalmaktadr. Tasarmclar
açsndan önemi; prototip ürün üretilmeden
önce tüm analizlerin sanal ortamda yaplmas
ve ilk seferde doru temeline dayanan ve daha
az enerji ve maliyet harcamas ile ürünün seri
ortam artlarna aktarlabilmesidir. Böylece
alternatif tasarmlar ve fikirler parametrik çalmalarla
incelenebilir.
Bu amaçla, yatrmn yaptmz CFdesign
program kullanlmtr. UG NX program altna
adapte edilebilen yapsyla bu program
yaplan dizaynlarn bütünleik olarak analiz
yaplmasna izin vermekte ve bu sayede
tasarm ve analiz hzn daha da artrmaktadr.

1
ekil 1. Test Ekipman genel görünü.
MAKALE
Test Ekipman
Mevcut üretimini gerçekletirdiimiz Yer Üstü
Yangn Hidrantnn Kv deerlerinin gerçek ortam
testlerinin yaplabilmesi için ekipman tasarm
yapld. Bu ekipman üzerinde depo ve pompa
sisteminin yannda gerekli ölçümlerin yaplabilmesi
için bir adet debimetre ve bir adet fark
basnç manometresi mevcuttur (ekil 1).
Hidrant bu sistemde, artname gerei olmas
gereken boyutsal ölçülerdeki ekipman üzerine
dikey olarak yerletirilmitir. Ak karakteristikleri;
hidrant giriinde ve çknda min 10d
uzaklna yerletirilen iki adet kontrol vanas
ile ayarlanr.
Ölçüm noktalar girite min 2d, çkta 10d
mesafededir. Bu testin sonunda hidranttan
beklenen ak karakteristik özellii; Kv katsays
140 olmaldr.
Testler P ( basnç fark ) 0,4 – 0,7 – 1,0 de-
erlerinde yaplmtr.
3. Mevcut Ürün Üzerindeki Çalmalar
Üretmekte olduumuz YÜYH parça ve montaj
hali ile CAD (3D Bilgisayar Destekli Tasarm)
(5) Static Pressure-bar
1.1301
0.987402
0.844704
0.702006
0.559308
0.41661
0.273911
0.131213
-0.0114848
-0.154183
-0.296881
ekil 4. Basnç dalm.
120 Tesisat Dergisi Say 161 - Mays 2009
5
2
1. Çk Kontrol Vanas
2. Fark Basnç Manometresi
3. Debimetre
4. Giri Kontrol Vanas
5. Hidrant
3
4
ekil 2. Eski hidrant giri ve çklar.
ortamna aktarlmtr. Bu aktarm esnasnda
özellikle klape ve çatal gibi direnç oluturma
özellii fazla olan parçalar (bölgeler) 3B koordinat
ölçüm cihaz ile ölçülmütür. Montaj hali
ile CFD yazlmna aktarlan datann özellikleri
u ekildedir: Ürün üzerinde bir adet DN 100
girii ve iki adet DN 65 çk mevcuttur. Giri
basnc 1 (bir) bar, çklardaki basnç ise 0
(sfr) bar’dr. Snr artlar, su ve kat hacimleri
tanmlanr, mesh üretilir (ekil 2).
Programda akm çizgileri ve basnç dalm
analizleri yapldnda ekil 3-4-5’teki sonuçlar
elde edilmitir. Ürün üzerinde en çok
basnç kaybna yol açan iki bölgenin (klape ve
çatal) üzerinde yaplan ak analizi ve basnç
kayb deerleri göstermektedir, ki bu bölgeler
iyiletirilmeli veya yeniden tasarm gerçekletirilerek
daha iyi bir sonuca ulalmaldr.
Tüm hidrant boyunca yaplan ak analizi ve
basnç dalm özelliklerinin yan sra özellikle
klape ve çatal bölgesinde basnç kayb yüzdesinin
yüksek olduu görülmütür (ekil 6).
Basnç kaybnn en yüksek olduu bölge; çatal
formu ve klape formunun yüksek ak direnci-
Bölge Açklamalar
1-2 : Giri - klape
2-3 : Klape – Hareket somunu
3-4 : Hareket somunu – merkezleme
somunu
4-5 : Merkezleme somunu - çatal
5-6 : Çatal - çk
1
ekil 6. Basnç ölçüm bölgeleri.
2
ekil 3. Ak analizi.
ekil 5. Klape akm çizgileri.
ne sahip olmasndan dolay çatal girii – hidrant
çk ve hidrant girii ve klape çkdr.
Bu sonuçlara bakldnda hidrantn ak özelliklerinin
istenilen seviyelere çekilmesi için
3
4
6
5
6

Tablo 1. Basnç Ölçümleri
Kesit No Basnç (bar)
1 1
2 0.8271
3 0.7969
4 0.7458
5 0.6127
6 0
MAKALE
ürün üzerinde iyiletirme yaplmas gereken
bölgeler ortaya çkm bulunmaktadr.
1 barlk basnç fark altnda hidranttan geçen
su debi hesaplandnda Kv katsays için
124,4 deerine ulalmaktadr.
Ayn ürün üzerinde gerçek ortam testleri yapldnda
ise karmza çkan sonuçlar Grafik
1’deki gibidir:
Gerçek ürün testleri sonucu elde edilen ortalama
Kv deeri 119,4’ tür. Bu sonuca göre %
9,5’luk sapma ile sanal ortam testlerine ula-
lmtr.
Bu deer, standartta belirtilen ve yangn annda
istenen deere uzak bir deerdir. Bu deerin
yükseltilmesi için üzerinde çallacak bölgeler
de belirlidir.
Kabuller: Döküm yüzey pürüzlülüü ve imalattan
kaynaklanan hatalar ihmal edilmitir.
4. Yeni Ürün Dizayn
Bu çalma her ne kadar hem klape ve hem
de çatal üzerinde younlasa da, bu makalede
sadece klape üzerinde yaplan çalmalar an-
Debi, m³/h
200,00
180,00
160,00
140,00
120,00
100,00
Grafik 1. Eski hidrant debi ölçüm grafii.
122 Tesisat Dergisi Say 161 - Mays 2009
Tablo 2. Ölçüm Noktalar Aras Basnç Farklar
Aralk Basnç Kayb (bar) Basnç Kayb (%)
1 – 2 0.1729 17.3
2 – 3 0.0302 3.0
3 – 4 0.0511 5.1
4 – 5 0.1331 13.3
5 – 6 0.6127 61.3
Toplam 1 100
latlacaktr. Tabii ki ak özelliinin yüksek çkmasnda
çatalda yaplan iyiletirme çalmas
sonuçlarnn da önemli oranda etkili olduu
göz ard edilmemelidir.
yiletirme çalmas tüm ürün üzerinde yaplmtr.
Öncelikle görsel anlamda yeni bir çatal
formu üzerinde piyasa beklentileri göz önünde
tutularak bir çalma yaplmtr. Fakat daha
önce de bahsedildii gibi bu makalede sadece
klape çalmas anlatlacaktr.
Ürün üzerinde bir adet DN 100 girii ve iki adet
DN 65 çk mevcuttur. Giri basnc 1 (bir)
bar, çklardaki basnç ise 0 (sfr) bar’dr.
Snr artlar, su ve kat hacimleri tanmlanr,
mesh üretilir (ekil 7).
CFdesign program kullanlarak pek çok klape
ve çatal formu gelitirilmi ve programda
ak analizleri hesap edilmitir. Bu analizlerin
sonucunda en iyi klape dizaynnn yumurta
(veya su damlas) eklinde olduu ortaya
çkmtr. Klape tasarmnn netlemesi ile
artk ürün CAD ortamnda imalat artlarna
uygun hale getirilmi ve monte edilebilir bir
ekle dönütürülmütür (ekil 8-9-10-11).
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Ölçüm Adedi
Standart
Eski Ürün P=0,4
Eski Ürün P= 0,7
Eski Ürün P= 1,0
1-H O_Constant
2
3-Iron_Constant
ekil 7. Yeni hidrant giri ve çklar.
ekil 8. Ak analizi.
(5) Static Pressure-bar
0.5
0.45
0.40
0.35
0.30
0.25
0.20
0.15
0.10
0.05
0
ekil 9. Basnç dalm.
ekil 10. Klape akm çizgileri.
(5) Static Pressure-bar
0.5
0.45
0.40
0.35
0.30
0.25
0.20
0.15
0.10
1
0.05
0
Load Case:790
Lost Iteration/step
Yeni klape ve çanak dizayn
ekil 11. Basnç ölçüm bölgeleri.
2
3
4
6
Yeni çatal dizayn
5 6
Bölge Açklamalar
1-2 : Giri - klape
2-3 : Klape – Hareket somunu
3-4 : Hareket somunu – merkezleme somunu
4-5 : Merkezleme somunu - çatal
5-6 : Çatal – çk

Tablo 3. Basnç ölçümleri
Kesit No Basnç (bar)
1 0.4324
2 0.3605
3 0.2887
4 0.2414
5 0.1655
6 0
MAKALE
1 barlk basnç fark altnda hidranttan geçen
su debi hesaplandnda Kv katsays için
213,0 deerine ulalmaktadr.
Gerçek ürün testleri sonucu elde edilen ortalama
Kv deeri 192,7’tür. Bu sonuca göre % 9,05’luk
sapma ile sanal ortam testlerine ulalmtr.
Ayn ürün üzerinde gerçek ortam testleri yapldnda
ise karmz çkan sonuçlar Grafik
2’deki gibidir.
5. Sonuçlar ve Karlatrma
Her iki ürüne ait Kv ölçüm sonuçlarn tek bir
grafik üzerinde incelediimizde standardn istedii
deer, eski ürün ve yeni ürün gerçek test
sonuçlar Grafik 3’te görülmektedir.
ekil 14’teki ilk resimde eski klapeye ait akm
çizgileri, ikinci resimde ise yeni klapeye ait
akm çizgileri görülmektedir.
Yeni klape dizayn ile suyun aknn klapenin
yan cidarlarndan hidrantn gövdesine minimum
direnç ile akmas salanmtr.
CFdesign program ile ak analiz çalmalar
sonucunda, yangn güvenlii açsndan
standardn öngördüü ak özelliine sahip
hidrantn klapesi ekil 17’de görülmektedir.
Yaplan çalmalar sonucunda bu form en iyi
ak salayabilecek form olarak belirlenmitir.
Hem eski hem de yeni ürüne ait belirlenen
Debi, m³/h
200,00
180,00
160,00
140,00
120,00
100,00
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Ölçüm Adedi
Standart
Yen Ürün p=0,4
Grafik 2. Eski hidrant debi ölçüm grafii. Grafik 3. Eski ve yeni hidrant debi ölçüm grafik karlatrma.
124 Tesisat Dergisi Say 161 - Mays 2009
Tablo 4. Ölçüm Noktalar aras Basnç Farklar
Aralk Basnç Kayb (bar) Basnç Kayb (%)
1 – 2 0.0719 16.6
2 – 3 0.0718 16.6
3 – 4 0.0473 10.9
4 – 5 0.0759 17.6
5 – 6 0.1655 38.2
Toplam 0.4324 100
Yeni Ürün p= 0,7
Yeni Ürün p= 1,0
ekil 14. Eski ve yeni klapeye ait akm çizimleri.
ak katsaylar bu makalenin temelini tekil
etmektedir. Ürüne ait klape sisteminin faydal
model belgesi ve hidrant sisteminin tasarm belgesi
mevcuttur.
Tablo 5’ten de görüldüü gibi, üzerinde çallan
bölgelerde klape ve çanak tasarm ile %
58 ve çatal tasarm ile de % 73 iyiletirme
salanmtr.
Deb i, m³/h
200,00
180,00
160,00
140,00
120,00
100,00
Tablo 5. yiletirme Sonuçlar ve Karlatrma
Aralk
Basnç kayb,
bar, eski
Basnç kayb,
bar, yeni
yiletirme,
%
1 – 2 0,1729 0,0719 + % 58,0
2 – 3 0,0302 0,0718 - % 137
3 – 4 0,0511 0,0473 + % 7,4
4 – 5 0,1331 0,0759 + % 43
5 – 6 0,6127 0,1655 + % 73
Benzer sonuçlara kayp katsaysndaki deiim
açsndan baktmzda da karmza aadaki
çarpc tablo çkmaktadr:
Ürün , Kayp Katsays
ekil 15. Çatal yeni formu. ekil 16. Klape yeni formu. ekil 17. Klape detay resmi.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Öl çüm Adedi
Standart
Eski Ürün P=0,4
Eski Ürün P= 0,7
Eski Ürün P= 1,0
1 11,23
2 4,66
Enerji verimlilii ve yatrm maliyeti konusunda bir
hidrantn iyiletirme yönündeki etkisi % 241’dir.
Elde edilen sonuçlar standardn beklentilerinden
oldukça yüksektir.
Kaynaklar
1. Binalarn Yangndan Korunmas Hakknda
Yönetmelik Resmi Gazete Tarihi: 26.07.2002
2. “Hesaplamal Akkanlar Dinamii ve Pompa/
Vana imalat sanayinde kullanm” Erturul Alp
BAEME, 5. Pompa – Vana Kongresi ve Sergisi,
Bildiriler Kitab sh. 40-49
3. White F.M., “Fluid Mechanics” Mc GRAW
HILL,
Yen Ürün P =0,4
Yen Ürün P = 0,7
Yen Ürün P = 1,0