Kademeli kompresörler havayı yüksek basınca ulaştırmak için kullanılan kompresörlerdir. Bu tür kompresörlerin çalışması sırasında havada bulunan su buharı sıkıştırma işlemi sonrası sıcaklık ve basınç farklarından dolayı yoğuşur ve basınçlı hatta ilerler.
Her kademenin çıkışında hava basınçlandığından ısınır. Isınan basınçlı hava bir sonraki sıkıştırma kademesine gitmeden soğutulur, bu soğutma esnasında sıcaklık farkından dolayı basınçlı havanın içerisindeki su molekülleri açığa çıkar. Basınçlı havanın bir sonraki kademeye iletilmeden içerisinde bulunan soğutma sonrası ortaya çıkan yoğuşmuş sudan ayrıştırılması gerekir. Ayrıştırılmadığı takdirde sistem verimi düşer, kompresörün ömrü kısalır ve en sonunda hasara neden olur. Yoğuşmuş suyun tahliyesi kompresörün verimli ve güvenli bir şekilde çalışması için önemlidir. Bu işlem genellikle su seperatörleri, filtrasyon sistemleri veya hava kurutucuları kullanılarak yapılır. Su seperatörleri, sıkıştırılmış havadan suyu ayırır ve tahliye edilmesi için bir mekanizma sağlar. Hava kurutucuları ise havadaki nem miktarını azaltarak yoğuşma riskini azaltır.
Su seperatörleri yoğuşmuş suyu basınçlı havadan ayrıştırmakla görevlidir. Seperatörün verimliliği, kompresör ömrüyle doğru orantılıdır.
Su seperatörlerinde basınçlı havadan ayrışan yoğuşmuş su düzenli olarak tahliye edilmelidir. Bu tahliye selenoid valfler ya da aktuatörler vasıtası ile gerçekleştirilebileceği gibi mekanik olarak aç kapa mantığıyla çalışan şamandıralı tahliye cihazları ile de gerçekleştirilebilir.
Yoğuşmuş suyun tahliyesi en az su seperatörünün verimli olması kadar önemlidir. Su seperatörü ne kadar verimli olursa olsun eğer tahliye düzgün yapılamıyorsa ayrışan su tekrar basınçlı havaya karışabilir, bu durumda kompresör ömrü kısalacaktır.
Kademeli kompresörlerde oluşacak su miktarı, atmosferden alınan havanın sıkıştırılması sırasında içerdiği su buharının yoğuşması sonucu meydana gelir. Su buharının yoğuşması, havanın sıkıştırma işlemi sırasında ısınması ve sonra soğutulması ile gerçekleşir. Bu miktarı hesaplamak için genellikle doymuş su buharı tabloları ve bazı termodinamik hesaplamalar kullanılır. Yoğuşan su miktarı hesabında aşağıda belirtilen parametrelerin bilinmesi gereklidir.
Öncelikli olarak giriş koşulları belirlenmelidir. Bu koşullar arasında atmosferik basınç, ortam sıcaklığı, kompresör kapasitesi, ortamdaki nem yüzdesi bulunmaktadır.
İkinci aşamada ise sıkıştırma işlemiş sonrasındaki değişen parametreler bilinmelidir. Kademe çıkış basıncı, kademe çıkış sıcaklığı buradaki en önemli parametrelerdir.
Üçüncü aşamada ise soğutmadan kaynaklı değişen parametreler gelmektedir. Bunlar arasında soğutma sonrası basınçlı havanın sıcaklığı gelmektedir. Soğutma işlemi havadaki su buharının yoğuşmasına neden olur. Tüm bu bilinen parametrelerle yoğuşması gereken su miktarı belli bir zaman diliminde hesaplanabilir. Burada doymuş su buharı basıncına psikrometrik diyagram kullanılarak ulaşılır.
Su seperatörlerinin verimliliği bilgisayar destekli akış analizleriyle önden görülebileceği gibi test edilerek de görülebilir. Bunun için kompresör rejime girene kadar çalıştırılmalıdır. Teorik olarak hesap yapılırken kullanılan tüm parametreler test esnasında ölçülmelidir. Bunlara ilaveten su seperatöründe basınçlı havadan ayrıştırılan yoğuşmuş su belli bir zaman boyunca harici bir kapta biriktirilmelidir. Bu zaman aralığı sonunda kapta biriken su miktarı ölçülmelidir. Teorik hesaba göre oluşması gereken yoğuşmuş su miktarı ile test esnasında biriken su miktarı yüzdesel olarak orantılandığında ise kompresörde kullanılan su seperatörlerinin verimlilik değeri yüzdesel olarak görülmüş olunur.
Resim 1 ve Resim 2’de 3 kademeli su soğutmalı pistonlu tip kompresöre ait su seperatörleri sarı renk ile gösterilmiştir. Bu kompresörde her kademe çıkışında eşanjör sonrası soğutulan basınçlı havada yoğuşan su, basınçlı havadan ayrılmaktadır. Burada ayrıştırılan yoğuşmuş su seperatör alt kısmından tahliye edilmektedir. Böylelikle bir sonraki kademeye basınçlı hava kuru bir şekilde gönderilmektedir. Bu çalışma biçiminde segman ve valf başta olmak üzere kompresör alt parçalarının bakım ömürleri oldukça uzundur.
Resim 1: Kademe Seperatörü
Resim 2: Kademe Seperatörü
Su seperatörü tasarımında ölçülerin belirlenmesinin yanında malzeme seçimi de oldukça kritiktir. Su zamanla hat yüzeyinde korozyona sebep olacağından basınçlı hat korozyona uğramayacak şekilde malzeme seçilerek tasarlanmalıdır.