Kestirimci Bakımın Motorlardaki Enerji Verimliliği Açısından İncelenmesi

1. GİRİŞ

Gelişen teknoloji ve nüfusun artması ile gelişmiş ülkelerde olduğu gibi ülkemizde de elektrik enerjisi tüketimi önemli bir oranda artmaktadır. Gelişen teknolojinin ihtiyaçlarını sanayi sektörü karşılamaya çalıştığı için elektrik tüketiminin ana kaynağı da sanayi sektörümüzdür. Sanayi sektörünün gelişimi ve üretimin artması en büyük maliyetlerden biri olan elektrik enerjisi maliyetinin artmasına neden olmuştur. Asenkron motorlarının yapılarının basit olması, ucuz olmaları ve kararlı çalışmaları nedeniyle en çok tercih edilen elektrik motorlarıdır. Sanayide çok yaygın şekilde kullanılan asenkron motorlarda oluşabilecek arızalar işletmelerde plansız duruşlara ya da enerji kayıplarına yol açacaktır. Bu da bakım ve masrafların artmasının yanında işgücü ve zaman kaybına dolayısıyla da ekonomik kayıplara neden olabilir. Asenkron motorlarda oluşabilen bu arızaların önceden tespiti ve alınacak önlemler paralel olarak kestirimci bakımın önemini de ortaya koymuştur. [1]

2. ELEKTRİK MOTORLARININ TÜRKİYE’DEKİ ENERJİ TÜKETİMLERİ

Türkiye’de, elektrik motorları toplam üretilen elektrik enerjisinin % 40’ını tüketmektedir. Bu oran, sanayide %70 seviyesine çıkmaktadır. Tüketilen bu oran, toplam net elektrik tüketiminin

%36’sı olarak üç fazlı asenkron motor sistemlerinden kaynaklanmaktadır. Hatta sanayide bu oran sektörel olarak düşünüldüğünde %80’lere kadar çıkmaktadır. Bu yüzden elektrik motorlarında verimi arttırıcı önlemler ülkemizin elektrik tüketimi konusundaki tasarruf planlarına büyük katkı sağlayacaktır. [2]

2018 yılı TÜİK verilerine göre Türkiye’de toplam 258.232 GWh elektrik enerjisi tüketilmiştir. Türkiye nihai enerji tüketiminin sektörlere göre dağılımı Grafik 1’de görülmektedir. 2018 yılında 117.753 GWh elektrik sanayi sektöründe tüketilmiş bulunmaktadır. Grafikte diğer kısmı ile belirtilen oran: tarım, hayvancılık, balıkçılık, içme ve kullanma suyu pompaj tesisleri, kamuya ait hizmetler vb. tüketimleri içermektedir. [3]

Grafik 2 de gösterilen Türkiye’de tüketilen elektriğin uygulama alanlarına göre dağılımı görüldüğü gibi tüketilen elektriğin %40’ı elektrik motorları kaynaklı iken bu tüketimin %36’lık kısmını asenkron motorlar oluşturmaktadır. Söz konusu tüketim oranları göz önünde bulundurulduğunda endüstriyel uygulamalarda kullanılan asenktron motorların daha verimli hale getirilmesi ile ülkemiz enerji tüketiminde gözle görülür azalma sağlayabilecektir. Ayrıca bu yolla işletme enerji giderlerinde de tasarruf sağlanmaktadır. [4]

Dünyada işletmede olan elektrik motorlarının, 2,23 milyar adet olduğu tahmin edilmektedir. Bu motorların yaklaşık 2 milyar adedinin 0,75 kW ve altında güce sahip olduğu düşünülmektedir. Ancak bu rakam enerji tüketimi açısından %9 seviyesinde kalmaktadır. Adet bazında toplamın yaklaşık %11’i seviyesinde kalan 0,75-375 kW aralığı ise toplam enerji tüketiminde %68’lik orana sahiptir. 375 kW ve üzeri motorların adet bazında %1’den az olmasına rağmen enerji tüketiminin ise %23 seviyesinde kalmaktadır. [5]

3. MCM TEKNOLOJİSİ İLE KESTİRİMCİ BAKIM

Makine ve sistemlerin dinamiklerinin (fiziksel özellikler, girdi ve çıktılar) belirli ölçme ve değerlendirme sistemleri ile arızaların oluşmasını engellemek için yapılan proaktif bakım uygulamasına kestirimci bakım denir. Kestirimci bakım uygulamalarında birçok durum izleme sistemi kullanılmaktadır. Günümüzde üretimin sürekli olduğu işletmelerde yaşanan plansız duruşlar, verimliliği oldukça düşürmekte ve maliyet kalemlerini de bir o kadar artırmaktadır. Bunun önüne geçebilmek için durum izleme cihazları sayesinde arızaların erken uyarısını vermek ve verimliliğin arttırılması sağlanır. Buradaki temel mantık durum izleme cihazlarının topladıkları veriler ile izlediği cihazın karakteristiğini ile karşılaştırarak bir analiz yapmaktadır. [6]

MCM (model bazlı durum izleme) model bazlı arıza tespit tekniği kullanmaktadır. Üç fazlı sistemin beklenen davranış karakteristiği (model) ile gerçekleşen dinamik davranışı (ölçülen) karşılaştırır. Bu karşılaştırmada bariz farklılıklar tespit edildiğinde bir arıza geliştiğinin yorumu yapılır. Önce belirli bir süre sistemden gerçek zamanlı veri alarak ve bu verileri işleyere öğrenir. Bu öğrenme periyodu sonunda MCM aslında motorun bir sanal ikizini yaratmış olur. MCM (model bazlı durum izleme) sadece gerilim ve akım sinyallerini 90 saniyede bir ölçer, bu sinyalleri sürekli izler ve olması muhtemel elektriksel, mekanik ve operasyonel arızaları gelişimlerinin erken safhalarında tespit eder. Ayrıca kullanıcıya arıza teşhisi için bilgi sağlar. MCM’in temel işlevi beklenmedik arızalardan kaynaklanan duruşlara engel olmak ve verimliği artırmak için zamanla bozulan makina ve süreç koşullarının erken uyarısını sağlamaktır. [7]

MCM cihazı “Öğrenme” aşamasında iken motordan gerçek zamanlı verileri alarak matematiksel modeli oluşturmaya başlar, bu süre içerisinde sadece ekipmanı izler. Geliştirme aşamasına geçtiğinde ise bir yandan öğrenme sürecinde elde edilen matematiksel modeli güncellerken diğer yandan da arıza teşhisi yapmaya başlar. İzleme periyodunda ise sadece arıza teşhisi yapılır. İzlemenin periyodunun herhangi bir anında ihtiyaç duyulduğunda model güncellenebilir (Şekil 2). [7]

4. MOTORLARDAKİ TASARRUF VE YATIRIM GERİ DÖNÜŞÜ

İşletmedeki herhangi bir motorun arızalı çalışmasından dolayı ekipman fazladan akım çekecek ve enerji kaybına neden olacaktır. Yanlış hizalama, elektriksel dengesizlik ve mekanik dengesizlik, birçok rulman arızasına ve elektriksel arızaya sebep olmaktadır. Eğer bu tür arızalarönceden tespit edilemezse yıl içerisinde işletmeye ekstra maliyet oluşturacaktır. Online durumu izlenen cihazda bu durum önceden fark edilebildiği için bu tarz maliyetlerin de önüne geçilmiş olunacaktır. Bu tür sorunlara proaktif yaklaşmak, operasyonel verimliliğe de doğrudan olumlu etki etmektedir. Amerikan Enerji Bakanlığı verilerine göre doğru uygulanan bir operasyon ve bakım programı, enerji tasarrufunda %5 ile %20 artış sağlamaktadır. Buna ek olarak iş güvenliğini ve konforu da önemli derecede artırmaktadır. [7]

Asenkron motorlar üzerinde yapılmış olan kestirimci bakım faaliyetleri kapsamında kullanıcıya sağlanan yatırım ve geri dönüş örnekleri verilmiştir. Cam sanayi ve petrol sektöründe yapılan çalışmalar sonucu elde edilen kazanç değerleri Tablo 1’de gösterilmiştir.

Tablo 2’de bağlantı malzemeleri üretimi yapan bir firmanın kritik ekipmanında yapılan ölçümün raporundan bir kesit gösterilmiştir (Tablo 2). Yapılan ölçüm sonucu asenkron motorda bazı mekaniksel arıza başlangıçları tespit edilmiştir. Tespit edilen arızaların, motor arızalı bir şekilde devam ettikçe 1 yılda tüketeceği enerji miktarı raporda belirtilmiştir. Dört farklı arızanın motor üzerinde harcayacağı toplam kayıp enerji miktarı 35832 kWh olarak hesaplanmıştır. Arızanın giderilmesi yılda 35832 kWh enerji tasarrufuna, bakım maliyetlerinin azalmasına ve ekipman ömrünün uzamasına yardımcı olacaktır.

SONUÇLAR

Bu makalede endüstride çok yaygın bir biçimde kullanılan asenkron motorların tükettiği enerji miktarı göz önüne alınarak enerji verimliliğine etkileri incelenmiştir. Asenkron motorlarda oluşan elektriksel ve mekaniksel arızalar yıl içiresinde ciddi derecede enerji kayıplarına yol açtığı görülmüştür. Yapılan çalışmalar doğrultusunda asenkron motorlarda meydana gelen arızaların, verim ve enerji maliyetlerine olan etkisi göz önüne alındığında kestirimci bakım faaliyetlerinin önemi ortaya çıkmaktadır.

KAYNAKÇA

1. Y. Bahadır Koca ve Abdurrahman Ünsal, Asenkron Motorların Elektriksel ve Mekaniksel Arızalarının Değerlendirilmesi, 2017.Türkiye Cumhuriyeti Bilim, Sanayi ve Teknoloji Bakanlığı, Verimlilik Genel Müdürlüğü- Elektrik Motorlarında Enerji Verimliliği, Kasım 2015.
2. Türkiye İstatistik Kurumu, Net Elektrik Tüketiminin Sektörlere Göre Dağılımı 2018,http://www.tuik.gov.tr/
3. Berkan Zöhra ve Mehmet Akar, International Journal of Multidisciplinary Studies and Innovative Technologies, Türkiye’de Verimli Elektrik Motorlarına Geçiş Süreci ve Şebeke Kalkışlı Sabit Mıknatıslı Senkron Motorlar, 2019.
4. Güvenir Kaan Esen, Türk Standardları Enstitüsü Elektroteknik Laboratuvarı Gebze Müdürlüğü, Türkiye ve Dünyada Elektrik Motorları Enerji Tüketimi ve İlgili Teknik Mevzuat, 2015.
5. Prof. Dr. Ahmet Duyar, Model Bazlı Arıza Analizi ve Kestirimci Bakım, 2009
6. Cüneyt Uçak, Cumali Özel, Dr. Ömer Eker, Prof. Dr. Ahmet Duyar, Otomotiv Sektöründe Model Bazlı Arıza Analiz Sisteminin Kullanılması ve Kazanımları, 2019
7. ARTESIS A.Ş., Genel Sunum Broşürü.