Bir mekanik tesisatta; fonksiyon, yatırım ve işletme masrafları ile işletme emniyeti açısından, belirlenmiş görevi yapacak doğru vananın seçilmesi, tasarımcı, müteahhit, kontrol teşkilatı ve işletmeciler için ciddi bir problem olarak karşımıza çıkmaktadır. Mekanik tesisatlarda kullanılan armatürler; işletme arızaları, imalat hataları, mamul ve enerji kayıpları, su kirlenmesi ve yangın tehlikesi gibi problemlerin olmaması için sızdırmaz olmalı, aynı zamanda basınç ve sıcaklık şartlarına uygun olarak da yeteri kadar mukavemet göstermelidirler.
Yetersiz veya yanlış belirlenmiş vanaların doğurabileceği işletme problemlerine örnek olarak;
-Sızdırma yüzünden mamul karışması veya patlama tehlikesi,
-Hava girişi yüzünden vakum sağlama problemleri,
-Yüksek basınç kaybı dolayısıyla enerji kayıpları,
-Pompalar için emme zorlukları,
-Kavitasyon, gürültü ve titreşimli çalışma,
-Mil salmastrasında kaçaklar (Yangın tehlikesi),
-Korozyon ve erozyondan kaynaklanan hasarlar,
-Uygun olmayan basınç ve sıcaklıklarda çalışmaktan kaynaklanan zararlar,
-Güçlü seçilmiş aktüatörler yüzünden açma, kapama mili burulması, gövdenin zarar görmesi,
-İzin verilemeyecek basınç darbeleri (Kırılma tehlikesi),
-Kapatma organının üzerinde yabancı madde tabakaları oluşması,
-Zor açılıp kapanan veya kırılmış açma kapama milleri yüzünden kazalar veya yanlış kumanda etme,
-Katılaşan veya kristalleşmiş mamuller veya pislik birikmesi yüzünden tıkanmalar,
-Fazla ağırlık ve aşırı yer kaplama, artan nakliye ve montaj masrafları,
-Yüksek Döndürme Momentleri için yetersiz kalan aktüatörler, açma kapama düzeninde takılmalar, durmalar
gibi problemleri sayabiliriz.
Burada unutulmaması gereken çok önemli bir nokta; “Bütün teknik ihtiyaçların hepsini birden, en iyi şekilde karşılayan bir vana tipi yoktur”. Mühendis, tesisatta hangi ihtiyacı ön planda tutuyorsa, bu ihtiyacı karşılayacak uygun bir vana tipinde karar kılması gerekmektedir.
1.Sızdırmazlık
Bir vananın görevi; yeteri kadar uzun bir işletme ömrü süresince, işletmecinin isteği doğrultusunda ve işletmeci istediği zaman, borularda, çeşitli kaplarda, cihazlarda güvenli bir şekilde akışkanın hareketini engellemektir. Vanalarda iç sızdırma; malzeme karışması, malzeme kaybı, patlama tehlikesi gibi problemler doğurabilir. Ayrıca, dış ortama olabilecek kaçakların da, yangın, patlama veya zehirlenme ile çevreye verilebilecek çeşitli zararlar gibi tehlikelerin oluşmaması için, engellenmesi gerekmektedir. Dış ortama sızdırma, bunlara ek olarak, vakum altında çalışmayı engelleyebilir, pompalarda emme zorlukları yaratabilir.
Karşılıklı olarak çalışan metal sızdırmazlık yüzeylerinde, metal yüzeylerin pürüzlülüğü sebebi ile, kesin bir sızdırmazlık elde etmek çok zordur. Bu yüzden iyi bir sızdırmazlık beklenen yerlerde yumuşak sızdırmazlık yüzeyi olmayan, Oturmalı Tip ve Sürgülü Vanaların kullanılması uygun değildir. Bu tür bir amaca ulaşmak için Küresel, Kelebek, Membranlı veya Pistonlu Vanalar kullanılmalıdır, çünkü elastomerlerin kullanılması ile bu vanalarda %100 kesin sızdırmazlık sağlanabilmektedir. Yalnız, elastomerlerin kullanıldığı sızdırmazlık sistemleri, vanaları kullanabilme sahalarımıza sınırlamalar getirmektedir. Elastomer seçiminde; elastomerin akışkana dayanımı ile vananın çalışacağı sıcaklık ve basınç aralığı, göz önüne alınması gereken önemli faktörler olmaktadır. Yine de birçok durumda, özellikle otomatize edilmiş proseslerde, vanadan istenenlerin başında güvenilir bir sızdırmazlık gelmektedir. Eğer, yangın emniyetli bir konstruksiyon isteniyorsa, yangın sırasında elastomerin zarar görmesi halinde, metal bir sızdırmazlık sisteminin devreye girmesi güvence altına alınmalıdır.
Sızdırmazlık sistemi; işletme basıncı ve işletme sıcaklığında, ayrıca tesisata takılma sırasında vanaya uygulanacak montaj kuvvetleri altında deforme olmamalıdır.
İkinci önemli nokta ise, vananın dış ortama olan sızdırmazlığıdır. Özellikle, akışkan olarak tehlikeli kimyasallar ile yanıcı, patlayıcı maddeler söz konusu olduğunda, bunların çalışanlara, çevreye verecekleri zarar ve çıkarabilecekleri yangın gibi olaylara meydan verilmemesi önem kazanmaktadır. Yükselen veya dönen açma kapama milli vanalarda mil salmastra malzemesi olarak, katı parça içermeyen PTFE (en fazla 200ºC'ye kadar ), daha yüksek sıcaklıklarda da saf grafit kullanılmalıdır. Ancak, vana milinin uzun süre çalışmadan beklemesi sonrası ilk döndürülmesinde, az da olsa, salmastradan kaçağı önlemek, pratikte pek mümkün değildir. Bu yüzden; çevreye kaçağın olmasının kesin olarak istenmediği sistemlerde, kaçakları önlemek için, ek olarak körük veya membranlı salmastralı vanalar kullanılır.
2.Malzeme
Korozyon, tesisatta karşımıza çeşitli şekillerde çıkar ve vanaların en büyük düşmanlarından biridir. Bunun için, vananın korozyona mukavim bir yapısı olmasına dikkat edilmeli ve vana malzemesini seçerken, geçen akışkanın etkisi de göz önüne alınmalıdır. Örneğin;
-Sıvılar veya gazların Korozyon,
-Gaz veya katı partiküller içeren sıvıların Erozyon,
-Katı partiküller içeren gazların Erozyon
etkileri söz konusudur.
Aşırı korozif ortamlarda, uygun Elastomerle kaplanmış Kelebek Vanalar iyi sonuç vermektedir.
Korozyona mukavemetin yanı sıra, çalışılacak Sıcaklık ve Basınç Kademeleri de dikkate alınmalıdır. Hijyen şartları söz konusu olduğunda, canlı sağlığına olumsuz etkisi olmayacak malzemeler seçilmelidir.
Gövde için ağırlıklı olarak şu malzemeler gündeme gelmektedir;
-Alaşımlı veya düşük alaşımlı çelikler,
-Çelik Döküm
-Küresel Grafitli Pik Döküm (Sfero Döküm- GGG)
-Lamel Grafitli Pik Döküm (GG)
Süneklik özelliği düşük olduğu için GG sınırlı kullanım sahalarında, buna karşılık GGG Sfero Düküm daha geniş bir alanda kullanılabilmektedir. Ancak, ağırlıkça, birim fiyatının düşük olması, GG Lamel Grafitli Pik Dökümün sınırlı sahada da olsa, vana gövde malzemesi olarak kullanımını yaygınlaştırmıştır. Özellik göstermeyen ve anma basıncı 16 bar’a kadar olan hidronik ısıtma ve iklimlendirme sistemlerinde vana gövde malzemesi olarak GG Pik Döküm rahatlıkla kullanılabilmektedir. Suyun donması veya kapalı devre hatlarda ısınma sonrası basınç yükselmesi söz konusu olan durumlarda, muhakkak sünek bir malzeme, örneğin; sfero döküm, çelik döküm seçilmelidir. Aynı seçim, Koç Darbelerinin söz konusu olması durumunda da geçerlidir.
Malzemenin galvanik erimesi tehlikesine karşı, elektrik iletme özellikleri farklı metallerin birlikte kullanılmasından, kaçınılmalıdır. Elastomerler, akışkan ve çalışma sıcaklığı dikkate alınarak kullanılmalıdır.
3.Vananın Kapladığı Yer ve Ağırlık
Vana montaj boyları standartlarda belirlenmiştir. (DIN 3202, ANSI B16-10, API 6D, BS 2080, ISO 5752) Aynı tip vana, standartlardan bir seriye uymak kaydı ile farklı boylarda olabilir. Kısa vanalar daha ucuzdur. Sıkıştırmalı (Wafer- Sandviç) bağlantı tipinde imal edilmiş Çek Valf, Kelebek Vana ve Küresel Vanalar kapladıkları düşük hacim sebebi ile avantaj sağlarlar. Bu tip vanalarda montaj masrafları da düşüktür.
4.Basınç Düşümü ve Enerji İhtiyacı
Akışkan transferi için gerekli enerji ihtiyacını düşük tutabilmek için, olabildiğince küçük basınç düşümlü vanalar seçilmelidir.
5.Kavitasyon ve Gürültü
Armatürlerin bazı bölgelerinde, yanlış seçim veya yanlış tasarım sonucu, akışkanın aşırı hız kazanması ile statik basınç, akışkanın o sıcaklıktaki, buharlaşma basıncının altına düşebilir. Bu durumda, Kavitasyon ve gürültü problemleri söz konusu olmaktadır. Kavitasyon; bu düşük basınç ortamında oluşan buhar kabarcıklarının takiben, tekrar yoğuşmaları ve oluşmuş vakum sayesinde hız kazanarak, yüzeye kuvvetle çarpmaları anlamına gelmektedir. Bu darbeler, her malzemeyi tahrip edebilir. Bu yüzden kısık çalışma halinde bile, vanaların herhangi bir bölgesinde, akışkanın buharlaşma basıncının altına inilmemesi gerekmektedir. Burada dikkat edilmesi gereken bir nokta da; buharlaşma basıncının, sıcaklıkla eksponensiyel olarak artmasına bağlı olarak, yüksek sıcaklıklarda Kavitasyon tehlikesinin artmasıdır.
6.Basınç Darbeleri
Uzun bir hat üzerinde; armatürlerin açılıp, kapanması veya pompaların devreye girip, çıkmaları ile akışkan hızında oluşacak ani hız değişiklikleri, büyük basınç dalgalanmalarına yol açarak, pompa, armatür ile borularda ciddi hasarlara sebep olabilir. (Koç Darbeleri)
Hatlarda, basınç ve hız değişiklikleri her iki yönde, ses hızı ile yayılır ve düzgün olmayan vana, dirsek, redüksiyon gibi kesitlerden geriye yansıtılır. Basınç dalgalarının üst üste çakışması, tahmin edilemeyecek büyüklükte, pozitif veya negatif basınçlar oluşturabilir. Solenoid vanaların açma, kapama süreleri de bu açıdan önem taşımaktadır.
Kolun 900 hareketi ile tam açık veya tam kapalı konuma gelebilen Küresel, Konik veya Kelebek vanaların bu avantajları, uzun hatlarda Koç darbesi problemleri yaşanmasına sebep olabilir. Bu dezavantaj, bu tür vanaların elle kumanda edilmeleri yerine, açma, kapama süresinin uzatıldığı aktüatörler kullanılarak, giderilebilir.