Martin Engineering
Dökme malzeme taşıyan konveyörlerin çoğu, toplu halde kaçak malzeme olarak adlandırılan döküntü, sızıntı, toz ve geri taşınan malzeme emisyonları nedeniyle bir miktar malzeme kaybeder. Çoğunlukla bunların kök nedenleri barizdir ancak genelde bu kök nedenlerin çözülmesinden ziyade belirtileri ortadan kaldırmaya yönelik standart yaklaşımlara başvurulur. Kaçak malzemelerin kontrol edilememesi plansız duruşlara, aşırı temizlik maliyetlerine, yasal yaptırımlara, halkla ilişkilerin kötüleşmesine ve güvenlik sorunlarından kaynaklanan istenmeyen olaylara yol açar. Uygulanabilir uzun vadeli çözümlerin üretilmesiyle kullanılabilirlik, temizlik ve güvenlik iyileşir ve bunların sonucunda şirketin nakit akışında iyileşme sağlanabilir.
Tüm kaçak malzeme türleri arasında belki de en sinsi olanı tozdur. Tozun yarattığı sorunlardan bazıları belirgindir. Zeminlerde ve yapılarda birikir, rulmanların erken arızalanmasına neden olur ve hatta patlama riski yaratır. Ancak solunabilir ve rahatsız edici tozun neden olduğu uzun vadeli fiziksel ve zihinsel sağlık sorunları nispeten arka planda kalmaktadır. Akciğerlerin gaz değişim bölgelerine girip ciddi solunum hastalıklarına neden olabilen 10 μm veya altı parçacıklar solunabilir kabul edilir.
Rahatsız edici toz, solunum yoluyla alınabilen ve genellikle solunum yollarında tahriş yarattığı bilinen 10 ila 100 μm boyutlu parçacıklardır. Bunlar nefes almayı zorlaştırabilen ve KOAH gibi kronik sorunlara yol açabilen enflamasyonlara sebebiyet verir. Endüstride kaza sonucunda gerçekleşen her bir ölüme karşılık toza maruz kalmanın uzun vadeli etkileri nedeniyle 20 kişinin hayatını kaybettiği tahmin edilmektedir. Bu ölümler ani olmasa da aynı derecede travmatiktir ve çoğu zaman çalışanda uzun yıllar boyunca engellilik durumu yaratabildiğinden, genelde şirkette işe bağlı ölüm istatistiklerine geçmemektedir.
Konveyörlerden gelen ve çoğunlukla 40 μm veya üzerindeki boyutlarda olan görünür toz emisyonlarının azaltılması, çalışanların, komşuların ve müfettişlerin dikkatini çekecek şekilde rahatsızlık vermesinin de etkisiyle genellikle öncelikli olarak ele alınmaktadır. OSHA, 29 CFR 1910.1000 Z’de tehlikeli tozların bir listesini vermiş ve basınçlı hava, kuru süpürme veya fırçalama kullanımını yasaklarken çoğu durumda ıslak veya vakumlu temizlemeyi önermiştir. OSHA, toz yönetimi için öncelikle bölmeler ve toz toplayıcılar gibi mühendislik kontrollerinin ele alınmasını şart koşar. Bunların uygulanması pratik veya etkili değilse maruziyeti sınırlamak için belirli çalışma ilkelerine uyulması veya solunum koruyucu donanım kullanılması gerekir. Çoğu zaman solunum koruyucu donanım kullanımı kabul edilebilir bir alternatif olarak görülür ancak detaylı bir değerlendirme yapıldığında, solunum koruyucu donanımın üretim verimini %19’a kadar düşürdüğü ve uzun süreli kullanımın bilişsel ve duyusal yetenekleri önemli ölçüde etkileyebildiği anlaşılmaktadır. Yalnızca üretim verimindeki bu düşüşler bile konveyörlerin emisyonları azaltacak toz tutma çözümleriyle iyileştirmesi için yeterli gerekçe olabilir.
Yükleme teknesi
Yükleme teknesi bölmesi, esasen düşük verimli bir çöktürme haznesi görevi görür. Temel konsept, hava debisine (Vhava) ve toz parçacığının son hızına (Vt) bağlı olarak bir bir toz parçacığının laminer hava akışından geçerek çökmesine dayanır. [Şekil 1]
Şekil 1. Yükleme teknesi bölmesinde teorik toz parçacığı çöktürme mesafesi “L”
Yükleme teknesini tozu bu bölmede tutacak şekilde boyutlandırma ve bu amaçla toz perdesi kullanma konularında, geleneksel ve sektöre dayalı uygulamaların yanı sıra genel kabul görmüş pratik kurallar mevcuttur. Ancak “Her zaman böyle yapıyoruz” söylemi dışında genellikle bu uygulamaların etkili olduğuna dair kanıt yoktur.
Konveyör yükleme teknesi bölmeleri için genel kabul gören uygulama, bölme yüksekliğinin Vhava ≤ 1,0 m/s olacak şekilde artırılmasıdır. Bölme uzunluğunun belirlenmesi için benimsenmiş iki genel kuralsa, bu uzunluğun bant genişliğinin iki katı veya bant hızının her 1,0 m/s başına 0,6 m olacak şekilde seçilmesidir. Bununla birlikte, H artırıldığında aynı zamanda ortalama toz parçacığının kat etmesi gereken L mesafesinin de artacağı dikkate alınmalıdır. SolidWorks 2019 Flow Simulation yazılımı kullanılarak hava akışı ve parçacık çöktürme için ayrıntılı bir tasarım etüdü gerçekleştirilmiştir.
Etütte “standart bir konveyör” esas alınmıştır. Bu standart konveyör, 2,0 m/s hızla hareket eden, 35 derece oluk açılı, 1200 mm genişliğinde bir bant içermektedir. Temel verileri belirlemek amacıyla 1442 kg/m3 yığın yoğunluğunda genel bir malzeme ve 20 derecelik bir taşınma açısıyla 50 mm’nin altında parçacık boyutu dağılımı seçilmiştir. Tahliye şutu, şut kesitinin %40’ına eşit veya daha az malzeme hacmi temel kuralına göre boyutlandırılmıştır. 3 m düşme yüksekliği, 0,9 m2 açık alan, 25 mm ortalama parçacık boyutu ve indüklenmiş hava hacminin hesaplanmasında kullanılan 1680 ton/saat yığın akış hızı belirlenmiştir.
Şekil 2. Harici analiz için komple standart konveyör girişi ve tahliyesi modeli
Analizi basitleştirmek amacıyla çeşitli değişkenler incelenmiştir. Tahliye ve giriş bantlarına sahip tam bir konveyör modellenmiş ve üst tahliye bölümünde önemli devridaim bölgeleri olduğu halde, şuttaki hava akışının makul ölçüde tutarlı olduğu görülmüştür. Bu nedenle şut modeli sadeleştirilmiş ve Şekil 3’te gösterilen, havanın ve toz parçacıklarının şutun son 2 metresine verildiği model elde edilmiştir.
İncelenen değişkenlerin kombinasyonu Tablo 1’de verilmiştir. Tam hareketli tahliye ve giriş konveyörlerinde hem harici hem de dahili analizler yapılmıştır. Dökme malzeme yüzeyi parçacıkları absorbe edecek şekilde, duvarlarsa parçacıkları yansıtacak şekilde ayarlanmıştır. Bölme varyasyonlarının etkinliği, haznenin sonundan kaçan her boyuttaki parçacık sayısının sisteme giren parçacık sayısıyla karşılaştırılması yöntemiyle belirlenmiştir.
Şekil 3. Temel dahili analiz için kullanılan standart konveyör
Tablo 1. Parçacık etüdünde kullanılan değişkenler
Harici analizin sonuçları, hava akımının bant ve tahliye tamburu etrafındaki hareketten etkilenmesi nedeniyle, kaçan toz parçacıklarının hızının arttığını göstermiştir. Bu olay Magnus Etkisi olarak bilinir ve tahliyeye mümkün olduğu kadar yakın konumda etkili bant sıyırma ihtiyacını ortaya koymaktadır. Sızıntıyı simüle etmek için yükleme teknesi tabanıyla bant arasında 1 mm’lik boşluk bırakılmıştır.
Şekil 4. Tipik harici analiz sonuçları – toz parçacığı yolları
Perde Tasarımları
Deneyimli bakım teknisyenlerine sorulmuş ve tercih ettikleri farklı perde yapıları modellenmiştir. Ek olarak zikzak, parçalı, kavisli, açılı, yarıklı ve yarıksız, delikli perdeli ve perdesiz olmak üzere çeşitli perde tasarımları ve yerleşim modelleri incelenmiştir. Bölmede devridaim yaratmak ve toz çöktürmeyi iyileştirmek amacıyla çeşitli sıra dışı yükleme teknesi bölmesi yapıları da modellenmiştir. Çalışmalar sonucunda, 600 mm yüksekliğinde, 3,6 m uzunluğunda ve belirlenen konumlara yerleştirilmiş üç adet toz perdesi içeren geleneksel bölmeli tasarımın, standart konveyör için optimum tasarım olduğu tespit edilmiştir. [Şekil 6’ya bakın.]
Şekil 5. Analiz edilen sıra dışı şut tasarımlarının bir örneği
Aşınmış çıkış perdeleri de modellenmiştir ve yükün üzerindeki boşluk artırıldığında toz çöktürme performansının kötüleştiği görülmüştür. Çıkışta tek perde kullanımı, banda yakın olduğunda hava çıkış akışını daha da hızlandırması ve tozu yeniden çıkan hava akımına sokmasıyla her senaryoda sorunlu sonuç vermiş ve bölme içinde devridaim yaratma konusunda başarısız olmuştur. Çıkışa yerleştirilen perde büyük ölçüde aşınıp yıprandığında, hiç perde yokmuş gibi bir sonuç elde edilmiştir. Ayrıca tam çıkışa yerleştirilerek yüke yakın konumlandırılan perdede, perdenin malzemenin banttan düşmesine ve dökülmesine neden olduğu, bazen patlamış mısır etkisi olarak da adlandırılan diğer bir kaçak malzeme sorunu gözlenmiştir.
Şekil 6. 3 perdeyle tipik devridaim hava akışı sonuçları
Sonuçlar
Parçacık Yoğunluğu
Katı yoğunluğu, 100 ile 25 μm arasındaki rahatsız edici toz parçacıklarının çöktürülmesi üzerinde çok az etki göstermiştir. Her durumda 100 ve 40 μm partiküllerin %100’ü neredeyse hemen çökmüştür. Yığın yoğunluğu arttıkça solunabilir toz emisyonlarında orta düzeyde bir azalma olmuştur.
Tahliye Şutu ve Kuyruk Kutusu
Tahliye şutuyla yükleme teknesi arasındaki bağlantının devridaim oluşturmak için önemli bir tasarım detayı olduğu sonucuna varılmıştır. Tahliye şutunun yükleme teknesi genişliğinden daha dar tutulması, birinci perdeye giren hava akışının saptırılmasına yardımcı olmakta ve bu durum, hava akışının malzemenin yüzeyinden ziyade bölmenin üst kısmına doğru dağılmasını teşvik etmektedir. Retrofit ve açılı bağlantılar, standart konveyör için Şekil 3’te gösterilen basit alın bağlantısından ve 300 mm yükseklikten önemli ölçüde daha etkili olmuştur.
Kuyruk kutusu, yükleme teknesinin çıkış ucundaki toz emisyonları üzerinde çok az etki göstermiştir. Çoğu yapılandırmada, kuyruk kutusunun yüksekliği 300 mm olarak ayarlanmıştır. Kuyruk
kutusu uzunluğu, konveyör üreticilerinin ve mühendislerinin çoğu tarafından yük bölgesinde kullanılan tipik 600 mm makara aralığına uyması için 600 mm olarak ayarlanmıştır.
Yükleme Teknesi Uzunluğu
Çoğu durumda 3600 mm uzunluğundaki bir yükleme teknesinin en iyi sonuçları verdiği görülmüştür. Uzunluğu 4800 mm’ye ve yüksekliği 900 mm’ye çıkarmak küçük bir fayda sağlamıştır ancak bunun yatırım maliyetini gerekçelendirmek için yeterli bir fayda olmadığı söylenebilir.
Yükleme Teknesi Uzunluğu
Tek çıkış perdeli standart konveyör için 600 mm’nin üzerinde bölme yüksekliğinin kullanılması, rahatsız edici emisyonları azaltmıştır ancak ortalama çöktürme yolunun daha uzun olması nedeniyle solunabilir toz tahliyesini artırma eğilimi göstermiştir.
Hava Debisi
Bekleneceği gibi, yükleme teknesi boyunca ortalama hava hızı, indüklenmiş hava debisi ve kesit alanıyla doğru orantılı olmuştur. Yükleme teknesinde indüklenmiş havadan kaynaklanan ortalama hızlar 0,8 ile 2,8 m/s arasında değişmiştir. Bant hızının ortalama hava hızları üzerinde küçük bir etkisi olmuştur. Maksimum hava hızlarının, neredeyse her zaman havanın yükleme teknesi perdelerinin altından aktığı bölgelerde ortaya çıktığı tespit edilmiştir. Bu yüksek hava hızları, solunabilir tozu askıda tutmaktadır. Bu durumda şuta giren indüklenmiş havanın azalması da performansı iyileştirmede önemli bir faktör olmuştur.
Perdeler
En iyi sonuçlar, üç veya daha fazla perdeyle elde edilmiştir. Perdelerdeki yarıkların tasarımı, havanın yalnızca perdelerin altından yüksek hızlarda akması yerine tüm hazneyi doldurmasına olanak tanıyacak yollardan akmasına izin vermesi bakımından önemli bir etken olmuştur. Perde şeritlerinin yaklaşık 50 mm genişliğinde olmasının, en az 5 mm genişliğinde yarıklar içermesinin ve perdelerin bölmenin tüm genişliği boyunca uzanmasının gerektiği tespit edilmiştir.
Şekil 7. Sonuçların özeti – Bölmelerden çıkan toz parçacıklarının yüzdesi
Tercih Edilen Tasarımlar
Yükleme teknesi bölmesinin maliyeti ve etkinliği bakımından en iyi tasarımın, 600 mm yüksekliğinde ve 3600 mm uzunluğunda yükleme teknesi, 3 adet tam genişlikte yarıklı perde ve retrofit ya da açılı tahliye şutu-yükleme teknesi bağlantısı olduğu tespit edilmiştir.
Şekil 8. Yeni tasarım için önerilen açılı bağlantılı yükleme teknesi bölmesi
Şekil 9. Retrofit veya açılı aktarım için önerilen yükleme teknesi bölmesi
Tasarım Önerileri
Sonuç
Yükleme teknesi yüksekliğinin ve uzunluğunun artırılmasıyla bir miktar iyileşme görülmekle birlikte, bunun tek başına solunabilir tozun azaltılması konusunda sağladığı iyileştirme, ekonomik açıdan yeterli görülmeyebilir. Yeni ve retrofit tasarımlarla rahatsız edici tozun kontrolü konusunda yapılacak yatırımın getirisi, temizlik işçiliğinin azalması, ekipman ömrünün uzaması ve/veya toz toplama ihtiyacının ortadan kaldırılması yönünden değerlendirilebilir. İyileştirmeler solunabilir toz emisyonlarının zaman ağırlıklı ortalamasını çok sıkı mühendislik kontrollerinin veya idari kontrollerin gerekmediği bir noktaya kadar düşürürse işgücü verimliliğindeki iyileştirmeye dayanan finansal gerekçelendirme yapılabilir.
Sonraki Haber LİDERLER NEDEN KOÇLUK ALMALI?
CemenTürk Dergisi
CemenTürk, 2008 yılından itibaren iki ayda bir yayınlanan hazır beton ve çimento sektörüne ait bir sektör dergisidir. AjansGN’nin öncü, yenilikçi ve istikrarlı kimliğiyle sektörel yayıncılığa önemli bir ivme kazandıran CemenTürk, sektörün ortak sesi olmaya devam etmektedir.
Benzer İçerikler
Yorum Yap