Investigation of Energy Efficiency and Emission Reduction Opportunities in Compressed Air Systems

Year 2017, Volume: 58 Issue: 689, 23 - 36, 30.10.2017

Süleyman Sapmaz , Durmuş Kaya

Abstract

Majority of electrical energy used for compressed air production is lost because of irreversibility.
Due to compression process loses, compressed air is more expensive than electricity as an
energy source. In this study, all aspects required to evaluate compressed air system energy
efficiency are represented. Determined energy efficiency increasing methods are; application of
waste heat recovery, leakage prevention, reducing compressor inlet air temperature, compressor
outlet pressure reduction and use of high efficiency motors. By using related calculation
methods annual total energy and annual financial saving values are calculated. Total emission
reduction is calculated using proper specific emission factors for natural gas and electricity.

Keywords

Waste heat recovery, compressed air system, emission, energy efficiency, compressor

Basınçlı Hava Sistemlerinde Enerji Verimliliği ve Emisyon Azaltım Fırsatlarının İncelenmesi

Abstract

Basınçlı hava üretimi için kullanılan elektrik enerjisinin büyük bölümü sıkıştırma işinde meydana gelen çeşitli tersinmezlikler nedeniyle kaybedilmektedir. Kompresör çıkışında elde edilen
basınçlı hava, prosesteki kayıplardan dolayı elektrikten daha pahalı bir enerji kaynağıdır. Bu
çalışmada, mevcut bir basınçlı hava sisteminin enerji verimliliği değerlendirmesi yapılırken
incelenmesi gereken tüm yönler açıklanmaktadır. Bu yöntemler kompresör atık ısısından faydalanılması, basınçlı hava hatlarındaki sızıntıların önlenmesi, kompresör emiş havasının olabildiğince serin bir ortamdan alınması, kompresör motorunun daha verimli bir motor ile değiştirilmesi olarak tespit edilmiştir. Bu yöntemlere ilişkin hesap metotları kullanılarak incelenen
tesislerde yıllık toplam enerji kazanımı ve yıllık mali tasarruf değerleri hesaplanıştır. Doğalgaz
ve elektrik enerjisi için uygun emisyon katsayıları kullanılarak emisyonlarda meydana gelecek
yıllık toplam azaltım miktarı hesaplanmıştır

Keywords

Atık ısı geri kazanımı, basınçlı hava sistemi, emisyon, enerji verimliliği, kompresörler

References

• 1. Sullivan, J. A. 1989. Fluid Power-Theory and Applications, A Reston Book Prentice Hall, USA.
• 2. Yuan, C., Zhang, T., Rangarajan, A., Dornfeld, D., Ziemba, B., Whitbeck, R. 2006. “A Decision-Based Analysis of Compressed Air Usage Patterns in Automotive Manufacturing,” Journal of Manufacturing Systems, vol. 25, p. 293-300.
• 3. Güleç, M. 1999. “Pnömatik Sistemlerde Tasarruf Önlemleri ve Yöntemleri,” MMO I. Ulusal Hidrolik Pnömatik Kongresi ve Sergisi, 3-5 Aralık 1999, İzmir-Türkiye.
• 4. Saidur, R., Rahim, N., Hasanuzzaman, M. 2010. “A Review on Compressed-Air Energy Use and Energy Savings,” Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 14, p. 1135–1153.
• 5. Dindorf, R. 2012. “Estimating Potential Energy Savings in Compressed Air Systems,” Procedia Engineering, vol. 39, p. 204-211.
• 6. Dudić, S., Ignjatović, I., Šešlija, D., Blagojević, V., Stojiljković, M. 2012. “Leakage Quantification of Compressed Air Using Ultrasound and Infrared Thermography,” Measurement, vol. 45, p. 1689-1694.
• 7. Kaya, D., Phelan, P., Chau, D., Sarac, H. I. 2002 “Energy Conservation in Compressed-Air Systems,” International Journal of Energy Research, vol. 26, p. 837–849.
• 8. Yang, M. 2009. “Air Compressor Efficiency in a Vietnamese Enterprise,” Energy Policy, vol. 37 (6), p. 2327-2337.
• 9. Saidur, R., Mekhilef, S., Ali, M. B., Safari A., Mohammed, H. A. 2012. “Applications of Variable Speed Drive (VSD) in Electrical Motors Energy Savings,” Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 16, p. 543-550.
• 10. Sapmaz, S., Taylan, O., Coban, V., Cagman, S., Kilicaslan, I., Kaya, D. 2015. “Selection of Compressors for Petrochemical Industry in Terms of Reliability, Energy Consumption and Maintenance Costs Examining Different Scenarios,” Energy Exploration and Exploitation, vol. 33 (1), p. 43–62.
• 11. Saidur, R., Mekhilef, S. 2010. “Energy Use, Energy Savings and Emission Analysis in the Malaysian Rubber Producing Industries,” Applied Energy, vol. 87, p. 2746–2758.
• 12. Rabie, M. G. 2009. Fluid Power Engineering, Mc Graw-Hill, New York, USA.
• 13. British Compressed Air Society. 1992. Basınçlı Hava Servislerinin Seçim ve Tesis Etme Kılavuzu, Çev. Erdoğan Tan, https://documents.tips/documents/basincli-hava-kilavuzu.html, son erişim tarihi: 10.01.2017.
• 14. Dudić, S., Ignjatović, I., Šešlija, D., Blagojević, V., Stojiljković, M. 2012. “Leakage Quantification of Compressed Air on Pipes Using Thermovision,” Thermal Science, vol.16, p. 621-632.
• 15. Talbott, E. M. 1993. Compressed Air Systems: A Guidebook on Energy and Cost Savings, The Fairmont Press, Georgia, USA.
• 16. Sapmaz, S. 2014. “Basınçlı Hava Sistemlerinde Enerji Tasarrufu Uygulaması,” Yüksek Lisans Tezi, Kocaeli Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü.
• 17. Liang, H., Li, X. 2011. “Applications of Frequency Conversion Technology in AirCompressor Units Control System,” Procedia Engineering, vol. 15, p. 944-948.
• 18. Ari, I., Koksal, M. A. 2011. “Carbon Dioxide Emission from the Turkish Electricity Sector and its Mitigation Options,” Energy Policy, vol. 39, p. 6120-6135.
• 19. Aslanoglu, S. Y., Koksal, M. A. 2012. “Elektrik Üretimine Bağlı Karbondioksit Emisyonunun Bölgesel Olarak Belirlenmesi ve Uzun Dönem Tahmini,” Hava Kirliliği Araştırmaları Dergisi, sayı 1, s. 19-29.