Solenoid valfler uzun yıllardır sanayide çok farklı uygulamalarda kullanılmaktadır. Fakat, ilk ortaya çıkışından bugüne uzanan süreçte, teknolojisinin çokta fazla gelişmediğini görürüz. Bazen çalışma şeklinin anlaşılmadığı ve bu sebeple bir çok yanlış uygulama örneğine şahitlik ederiz. Örneğin birçok kullanıcı, solenoid valflerde AC ile DC voltajların, aynı solenoid valfte farklı performans sunacağını bilmemektedir. AC voltaj, akışkanın yüksek fark basınçlarında daha yardımcı olurken, DC ise kolay kablolama gibi farklı avantajlar sunar.
Solenoid valflerin çalışma prensibinden ve iç yapısından bu yazımızda detaylıca bahsetmeyeceğiz. Ancak temel de, yay kuvvetiyle valfin orifisinin kapatıldığını, girişten çıkışa doğru bir basınç kaybı ile bir hidrolik kuvvet yaratıldığını ve bu kuvvetin orifis büyüklüğün karesi ile orantılı olduğu bilgisini verelim. Ancak, valf açıldığında ve akış gerçekleşmeye başladığında, hidrolik kuvvet ciddi şekilde düşer. Bu sebeple ideal bir solenoid valf; hem bu hidrolik kuvvetin, hemde yay kuvvetinin üstesinden gelecek bir iç manyetik kaldırma kuvvetine sahip olmalıdır. (Bu kuvvet; bobine verilen elektriksel güce bağlıdır.) Akış başladığında valf, sadece yayı sıkıştıracak manyetik kuvveti sağlamalı; bu sebeple manyetik kaldırma kuvveti ve dolayısıyla elektrik güç tüketimi düşmelidir. Bundan fazlası ise, bobinin üreteceği ve sadece işe yaramayan sıcaklık israfı olacaktır.
AC Voltaj Avantajları
Güç tüketimi açısından, AC uyarılı bir solenoid valf daha verimlidir. Tipik olarak; bir son kullanıcı bir bobine, bir mekanik veya solid-state anahtarlama vasıtasıyla voltajı uygular. Fakat gerçekte manyetik alanı oluşturan şey ise; bobinden geçen akımdır (Bobin sarım sayısı ile çarpımı). Bu akım değeri; voltajın bobin empedansına bölünmesi ile bulunan değerdir. Bir AC sinüs eğrisi için, bu empedans = R + j*2*pi*f*L olarak hesaplanır. Bu denklemde; R: bobin direci, Pi: pi değeri(3,14), L: indüktans, f: AC frekansı ve j: 90 derecelik faz değişimi ile sonuçlanan matematiksel katsayıdır. Selenoid vana açıldığında, hava boşluğu hızla daralır (Manyetik devre daha etkin hale geldikçe, çekirdek ivmelenir). Bu durum, bobinin indüktansında, L, (ve dolayısıyla empedans) dramatik artış yapar. Bunun bir sonucu olarak, ilk ve ani demeraj durumundan sonra akım düşmeye başlar. Sonuçta; AC uyarının basınca karşı valfi açmak ve daha sonra güç tüketiminin düşmesi gibi istenilen sonuçları sağladığı görülür.
DC uyarıda ise vaka tersine işler. DC voltaj bir solenoid valf bobinine uygulandığı zaman; akım, voltajın bobin direcine bölümüyle elde edilen değere eşitleninceye kadar asimptotik olarak artar.
O kararlı hal düzeyine ulaşmak için gereken süre, R (Bobin direnci) bölü L (indüktans) zaman sabiti ile belirlenir. Böylece DC ile uyarma süreci, akımın nispeten yavaş birikmesi ile yani bir solenoid valften istenilen şeyin tam tersini oluşturur.
AC ve DC İkamesi
AC uyarılı bir solenoid valf daha verimli olmasına rağmen, genellikle 110/230V AC gibi yüksek voltajlarda piyasaya sunulur. Bu durum ise, kullanıcılara elektrik şok tehlikesi, kablolama nötr-faz ayrımı, elektriksel güvenlik kodları ihlalı vb. riskler getirir. Tabi bunun yanında, 12 veya 24 VAC gibi düşük voltaj alternatif akım çözümleri de sunulmaktadır. Fakat bu tercih te, kendi içinde sıcaklık ve güç problemleri doğurabilecek bir ekstra transformatöre ihtiyaç duyulmasına sebebiyet verir.
Gerilim/akım AC solenoid içinde döngüsünü gerçekleştirirken, azımsanmayacak derecedeki “demir kayıpları” (histerezis ve endüksiyon akımları), güç kaybının yarısı olarak hesap edilebilir. Ayrıca akışkan kontrol sistemlerinin otomasyonunda kullanılan PLC, DCS ve bunun gibi modern endüstri uygulamalarında DC voltajların bağlanması daha kolaydır ve tercih edilir. Bu sistemler, plug-in modül başına daha fazla çıkış sunabilir veya kullanıcı, farklı yük türleri arasında bir çıkış modülü paylaşmak isteyebilir. DC power-bus (örneğin birçok proses bazlı fabrikada yedeklemeler ile 24V DC kaynakla yapılır.) genellikle daha kolayca kullanılabilir. Aslında ideal olarak istenilen şey; tüm problemlerinden arınmış ama AC solenoid uyarısının akım dalga formudur. Teknolojinin gelişmesiyle birlikte ve ek elektronik komponentlerle, DC bobinin akım dalga formu değiştirilebilmektedir.
Bobin Sıcaklıklığı ve Valf Ömrü
Geleneksel solenoid vana çözümleri, önemli ölçüde enerji maliyetleri yaratabilir ve büyük, pahalı, ayrı güç kaynaklarına ihtiyaç duyabilir. Fakat gücün solenoide taşınması uygulamada göz önünde bulundurulacak tek faktör değildir. Güç, ciddi problemli bir sıcaklık kaynağına dönüşür. Bir pano veya kabin içerisine yerleştirilmiş birkaç sayıdaki solenoid valfin yayabileceği ısı enerjisi ile ortam sıcaklığı kabin içerisindeki diğer elektronik komponentlerin sağlıklı çalışmasına etki edebilir. Dolayısıyla klima, fan veya benzeri ekipmanlara ihtiyaç duyulabilir.
Solenoid bobin sıcaklığı, bir solenoid valfin beklenen ömrünün de azalmasına sebep verir. Valfin kendi iç çalışması nedeniyle oluşan sıcaklıklara ek olarak; bobin teli / yalıtımının sınıflarının farklılaştırılması, valfin ortam sistem sıcaklıkları için daha büyük veya daha küçük toleranslara uyum sağlamasını kolaylaştırır. Genel kabul görmüş bir pratik olarak (Arrhenius kuramı ve tipik bir aktivasyon enerjisine dayalı) 10°C kuralı şunu söyler; diğer tüm koşullar sabit tutulduğunda, valfin çalışma sıcaklığında her bir 10°C lik azalışa istinaden bobinin termal ömrü iki katına çıkar. Örnekle açıklamak gerekirse; geleneksel 11-watt lık bir solenoid bobini, akım anahtarlama sistemi ile 2 wattlık düşürülürse, bobin sıcaklığı tipik olarak 40°C azalacaktır. Kabaca ömür hesabı: (40/10)^2 = 16.
Bu sonuçlara bakıldığında, solenoid bobin ömrünü 5 yıldan 80 yıla kadar uzatmak mümkündür. Kullanıcılar, basit bir selenoid vana performansını optimize etmek için; akışkan debileri ve basınçlarını kontrol altında tutmak konusunda dikkatli olmalıdır. Anahtarlamalı akım yönetimi ekipmanları sayesinde güç tüketimi dikkate değer ölçüde azaltılabilir. Bunun sayede önceki AC çözümlerinden daha etkin, ister alternatif iseter doğrusal akım olsun daha verimli sonuçlar elde etmek mümkün olabilir. Bu tip çözümler farklı ve geniş birçok voltaja uygulanabilir ve bobinin sıcaklık üretmesini azaltır.
www.us-kon.com.tr
www.duravis.com
