Laminer Hava Akışı İlkesi ve ISO14644 Standardı ile İlişkisi
Temiz hava ve filtrasyon sistemleri uzmanı Mikropor’un Bölge Satış Müdürü Hakan Çelik, ilaç, gıda, kimya endüstrisi ve diğer benzer endüstrilerde güvenli ortam şartlarının sağlanması konusunda büyük önem taşıyan “Laminer Hava Akışı Prensipleri”ni konu aldığı makalesini HVAC 360 okurlarıyla paylaştı.
Temiz oda uygulamalarında hava kalitesinin temin edilmesinin yanı sıra proseslerin güvenilirliği için istenmeyen kontaminasyondan kaçınılması da büyük önem taşır. İlaç, gıda, kimya endüstrisi ve diğer benzer endüstrilerde, kirletici parçacıkların (havada taşınan veya işlem sırasında üretilen) nihai ürünlerden ve çalışanlardan uzaklaştırılması gerekir. Bu nedenle filtrasyonda “Laminer Hava Akış Sistemleri” kullanılarak risk ortadan kaldırılır.
Bir çok endüstride, akışkanın hava veya likit olmasından bağımsız olarak, akış rejiminin laminer olması prosesin güvenirliliği için bir zorunluluktur. Laminer akış, temel olarak yoğunluk, akışkanın hızı, referans noktası ile kaynak alanı arasındaki mesafe ve sıvının viskozitesi gibi bazı faktörlere bağlıdır.
Laminer Akış nedir?
Laminer akış, akışkan yatağında hareket halinde olan akışkanın herhangi bir katmanındaki akış çizgilerinin başka bir katmandaki akış çizgileri ile aynı yöne ve aynı hıza sahip olmasıyla karakterize edilen bir akış rejimidir. Laminer akış ayrıca herhangi bir yanal karıştırma veya çapraz akım olmadan da akmalıdır. Aşağıdaki şema, silindirik bir kanaldaki laminer ve türbülanslı akış rejimleri arasındaki bir karşılaştırmayı göstermektedir.
Akışkanlar mekaniği alanı ile ilgili olan “Reynolds Sayısı”, akışkanın atalet kuvvetinin kesme kuvvetine oranı olan birimsiz bir değerdir. Hesaplanan bu değer ise akış rejimini laminer veya türbülanslı olarak sınıflandırmak için saptanmış bir varsayımdır. Akışkanın hızını arttırdığımızda, Reynolds Sayısı da artacağından belli bir sınır değerinden sonra akış rejimi laminer akıştan türbülanslı akışa doğru değişime başlar.
Reynolds Sayısının genel formülü aşağıda belirtilmiştir:
ρ: Sıvının yoğunluğu
v: Sıvının hızı
l: Karakteristik uzunluk
μ: Sıvının dinamik viskozitesi
υ: Sıvının kinematik viskozitesi
Yukarıdaki formüle göre, akışkanın rejim tipi; hıza ve viskoziteye bağlıdır. Dolayısıyla, laminer akış genellikle akışkan yavaş hareket ettiğinde veya viskozite yüksek olduğunda meydana gelir. Hava Filtrasyonu alanında ise, havanın viskozitesi değiştirilemez olduğundan, laminer akışı sadece havanın hızını ayarlayarak oluşturabiliriz.
Aşağıdaki formülden de görülebileceği gibi, “Akışkanlar Mekaniği”ne göre özellikle hava gibi düşük viskoziteye sahip akışkanlar için -akış mesafesi- rejimin türünü tanımlamak kritik bir parametredir. Laminer rejimde hareket eden herhangi bir akışkan ise belli bir mesafe sınırından sonra türbülanslı akış rejimine doğru dönüşüme başlar. Düz plaka üzerinde akış için kabul edilmiş sınır değerler aşağıdaki gibidir:
Temiz oda uygulamalarında hava akışının onaylanmış hız sınırları, ISO 14644 Standardı tarafından aynı hesaplamalar yapılarak beyan edilmiştir. İlgili standarda göre, havanın akış rejimini laminer akış olarak sınıflandırmak için akış hızı (% 20 toleransla) 0,45 m/s olmalıdır (minimum: 0,36 m/s, maksimum: 0,54 m/s). Bu hız değeri, ilgili uygulamaların proses hattı ve tavan arasındaki mesafesi ile tamamen bağıntılı olduğu için varsayımsal veya deneysel değerler değildir. Fan Filtre Ünitelerinde , LAF (Laminar Air Flow) odalarında veya Otomotiv endüstrisindeki boyama kabinlerinde, uygulamadan bağımsız olarak tavandan (filtrenin hava çıkış yüzeyinden) prosesin yapıldığı dikey en uzak noktasına olan ve laminer akış gerekliliği bulunan mesafe maksimum 4,30 metredir.
Yukarıdan aşağıya doğru dikey akışta laminer akış elde etmek için, Reynolds Sayısı 1×105‘in altında olmalıdır. Bu değeri, Reynold Sayısının düz plakadaki akış formülünde ilgili yere yerleştirdiğimizde, havanın akışının laminer rejimde olabileceği maksimum ve minimum uzunluğa ulaşabiliriz.
Yukarıdaki hesaplamalardan anlaşıldığı üzere, filtrenin yüzeyinden 0,54m/s hız ile akmaya başlayan hava 2,90 metre boyunca laminer rejim ile akmaya devam edecektir. Genel kabullere istinaden bu uzunluk değerinden sonra akış, türbülanslı akışa geçiş bölgesinde olacaktır.
Daha önce de belirtildiği gibi, laminer hava akışı; ilaç, gıda, otomotiv gibi endüstriler için en kritik gerekliliklerden biridir. Buna ek olarak bu uygulamalardaki filtrasyon, yüksek verimli parçacık yakalama (HEPA) ve hatta mikroorganizmalardan dahi arındırma özelliğine sahip filtreleme çözümleriyle sağlanmalıdır.
Mikropor olarak 30 yılı aşkın süredir bu alandaki tecrübemizin verdiği güç ve “Laminer Hava Akışı Sistemleri”ndeki geniş ürün yelpazemizle en yüksek kalitede çözümler sunuyoruz. Üstün mühendislik hizmetlerimiz ile çözüm ortağı olduğumuz projelerde en ideal iç hava kalitesi çözümlerini oluşturarak, işletmelerde sürdürülebilir üretim kalitesi sağlıyoruz.
Hakan Çelik – Mikropor Bölge Satış Müdürü
