Akıllı contalar aydınlatma armatürlerinin kullanım süresini uzatıyor
Dış mekân LED armatürler (IP 65 ve yukarısı) değişik çevresel faktörlere karşı dayanıklı olmalıdır. Bu faktörlere karşı etkili bir çözümü “akıllı contalar” sunuyor: “Akıllı contalar” bir taraftan su ve toz girişini önlerken, diğer taraftan armatür kasasında oluşan basıncın dengelenmesine izin verir. Modern havalandırma çözümleri bu iki fonksiyonu da yerine getirir ve böylelikle armatürlerin kullanım süresi uzayabilir.
Standart neon ve enerji tasarruflu lambalar yerlerini giderek artan bir şekilde LED lambalara bırakıyor. 100.000 saate varan kullanım süreleriyle bu lambalar hem oldukça dayanıklı, hem de çevre dostudur. Uzun kullanım süresi sağlayabilmek için aynı zamanda kasalarında barındırdıkları elektronik komponentlere yeteri kadar koruma sağlamaları gerekir. Bu sebeple kasalar su ve toza karşı izole edilir. Fakat dış mekân sıcaklıklarındaki değişimler kasa içindeki basınçlarda da sürekli değişime yol açar. Bu da contalar üzerinde devamlı olarak negatif ile pozitif arasında değişen bir basınca sebep olur. Bu sürekli değişim contaların verimliliğini etkiler. Zamanla paslanmaya sebep olabilecek su ve toz zerrecikleri kasanın içerisine girerek kısa devreye yol açabilir. Ayrıca kapalı kasa içerisindeki yoğuşma da aydınlatma kalitesini olumsuz etkiler.
Birçok neden-tek etki
Dış mekân sıcaklıklarındaki değişim, basınç farklılıklarını oluşturan en yaygın etmendir. Bu değişimler yaz yağmurlarındaki gibi hızlı olabilir veya daha uzun bir zamana yayılabilir. Her durumda bu değişim contalara yoğun bir basınç uygular. Ayrıca yoğun güneş ışınları LED aydınlatma kasaları içerisindeki havayı ısıtarak contalar üzerinde dışa doğru bir basınç oluşmasına sebep olur. Gece sıcaklık düştüğünde ise ısınarak genleşen hava tekrar eski haline dönmek ister ve contaları içe doğru geren bir vakum oluşturur. Hızlı sıcaklık değişimi 150 mbar’a kadar bir basınç farkına sebep olurken, 30 °C’lık bir değişim kasa içerisindeki havanın %10 kadar bir miktarının yer değiştirmesine yol açar.
Şekil: Aydınlatma kasasında oluşan basınç farklılığı
Basınç farklılıklarının bir diğer nedeni de LED armatürün kendisinden kaynaklanır. LED‘ler normal lambalara göre çok daha az ısınsalar da, lambanın açılışı ve kapanışı esnasında sıcaklık değişimleri gözlenebilir. Lambanın açılmasının hemen sonrasında bu değişim en yoğun olarak ortaya çıkar. Lambalarda aç-kapa işlemi bu nedenle contalar üzerinde ayrıca bir basınç oluşmasına sebebiyet verir.
İhmal edilen bir diğer nokta ise coğrafi irtifa farklılıklarıdır. Bundan kastedilen armatürün bir binanın en üst katına monte edilmesiyle bahçe katına monte edilmesi arasındaki fark değildir. Fakat üretim ve son montaj yerleri arasındaki irtifa farkları ve zaman zaman hava yolu ile nakliye yapılması, problem teşkil eder. Örneğin deniz seviyesinde 1000 mbar basınca maruz kalan bir kasa, hava ulaşımı ile nakliye esnasında 800-850 mbar değerlerine maruz kalır.
Kısa süreli termal şoklar da basınç farkı oluşturur. Örneğin bir LED armatür bahçe hortumundan gelen suya maruz kalabilir veya soğuk bir armatür herhangi bir sebeple sıcak suyla yıkanabilir. Kar yağışı da termal şok sebeplerinden birisidir.
Su ve toza karşı koruma sağlanırken basıncın dengelenmesi
Armatür kasalarında basıncı sabit tutmanın zorluğu, hava giriş çıkışına olanak sağlarken su ve tozun içeri girmesini engeller. Labirent şeklinde tasarlanmış contalar hava giriş çıkışına izin verirler fakat su, toz, böcek v.b. girişine engel olamazlar.
Hermetik olarak epoksileme gibi çeşitli önlemlerle kasaların izole edilmesi ise çok pahalıya mal olur. Kasaların toplam ağırlığı artar ve herhangi bir arıza durumunda tamir işlemi mümkün olmaz.
Keçeli veya sinterlenmiş ventiller ile mekanik valf kullanımı da diğer alternatifler arasındadır. İlk iki seçenekte hava akımı yoluyla basınç farklılıkları giderilir fakat bu tip ventiller su ve toza karşı dayanıksızdır. Mekanik valf kullanımı ise sadece tek yönde hava geçişine izin vereceği için vakumu önleyemez.
Gore firması bu sorunlara çözüm üretmek amacıyla ePTFE (genleştirilmiş politetrafloretilen) malzemesinden üretilen ventiller geliştirmiştir. Çift yönde hava geçiren membran, kasa içinde oluşacak basıncı dengelerken su ve toz girişini de engeller. Mikro-poröz yapıdaki membran ayrıca oleofobik (yağ itici) olarak da üretilebilir. ePTFE’nin nodül-fibril şeklindeki yapısı gaz moleküllerinin geçişine izin verecek kadar büyük, sıvıların ve partiküllerin geçemeyeceği kadar küçüktür.
Üzerinde durulması gereken diğer bir önemli nokta da kasa içinde oluşan hidrojensülfür problemidir. Bu gaz genelde sülfürleme işlemi ile sertleştirilen düşük maliyetli EPDM contalardan ortama salınır. Diğer sülfürlenme ile sertleştirilmiş NBR gibi contalarda da bu gaz oluşumu mevcuttur. Ortama salınan bu gaz, gümüş kaplanmış çerçeveler gibi komponentlerin paslanmasına ve bağlantı noktalarında arızalara yol açar.
Geniş kapsamlı uzun dönem testlerinde başarı
ePTFE ventil kullanılarak basıncın dengelenmesi armatür içerisinde lensler ve reflektörlerde yoğuşmayı da önler, contaların ömrünü uzatır. Bu durum piyasadan elde edilen iki LED armatür üzerinde uzun dönem süren çeşitli testler sonucunda gözlemlenmiştir. Armatürlerden birisinde ePTFE ventil uygulanmıştır. Aç/kapa testlerinde sıcaklık değişimleri her iki armatürde de gözlemlenmiştir fakat bu değişimlere bağlı conta üzerindeki basınç değerlerinde önemli farklar mevcuttur. Ventil kullanılmayan armatürde basınç lamba açıldığında 6.2 mbar’a çıkmış ve kapatıldığında ise -6.9 mbar olarak ölçülmüştür. Ventil uygulanan kasada ise bu değişim sadece ±0.69 mbar olarak ölçülmüştür.
Şekil: Ventilli ve ventilsiz kasalarda basıncın etkisi
Standart bir IPX5 su geçirim testi sonrası kasa içinde bağıl nemin karşılaştırılması basınç faklılıklarının önemini ortaya koymuştur. Ventilsiz kasada bağıl nem ventilli kasaya göre oldukça yüksek olarak ölçülmüştür. 10 gün boyunca yapılan ölçümlerde ventilsiz kasada bağıl nem %100 oranlarında seyretmiştir.
Şekil: Ventilsiz kasada yoğuşmaya sebep olan %100 bağıl nem ölçülmüştür.
Basınç farklarından dolayı içeride yüksek konsantrasyona ulaşan bağıl nem kasa içerisinde oluşan yoğuşmaya işaret etmektedir. Ventilli kasada yapılan şok testinde bağıl nem hızlı bir şekilde yükselmesine rağmen, yine hızlı bir şekilde ventil yoluyla tahliye edilmiş ve yoğuşma oluşmamıştır.
Şekil: Yoğuşma oluşan kasa
Münih’te dış mekânda 5 yıl süren testler ise ventilli LED armatürlerin çok daha uzun bir kullanım süresine sahip olduğunu göstermiştir. Bu testte iki adedi ventilsiz, bir adedi yan tarafta ventilli, bir adedi üst kenarda ventilli, bir adedi de her iki yanda ventilli olarak beş farklı kasa test edilmiştir. Bu testlerde ventilsiz kasalarda -150 mbar (vakum) ile 131/147 mbar (pozitif) aralığında basınçlar ölçülmüştür.
Şekil: Elektronik kasalarında uzun dönem basınç farklılıkları çalışması
Aynı zamanda önemli miktarda yoğuşma da tespit edilmiştir. Ventilli kasalarda basınçlar ±40 mbar (üst tarafta ventil), ±30 mbar (yan tarafta ventil) ve ±4 mbar (iki yanda da ventil) olarak ölçülmüştür. Bu sonuçlar, ventillerin basıncı etkili bir şekilde dengelediğini gösterir. Buna ek olarak yoğuşma ile su ve toz girişi tespit edilmemiştir. Yapılan ölçümler ventillerin beş yıl sonra bile hava geçirim değerlerini koruduğunu göstermiştir.
Şekil: Elektronik kasalarında uzun dönem basınç farklılıkları çalışması
Sonuç
Armatür kasalarında oluşan basınç değişimleri contaları etkiler. LED armatür tasarımında bunu dikkate almamak, LED’lerin, sürücülerin ve diğer komponentlerin kullanım süresini aşırı kısaltır. Basınç sonucu işlevini yitiren contalardan su girişi, lensler ve reflektörlerde yoğuşmaya yol açarak ışık verimini ve armatürün estetiğini olumsuz etkilemektedir. IPX5 testinde görüldüğü gibi ePTFE ventil kullanımı basıncı dengelemekte ve su girişini engellemektedir. Ayrıca su buharı ventilden geçebildiği için yoğuşmanın önüne de geçilmektedir.
Uzun dönem testi
www.gore.com/5-year-study adresinden “Dış Mekân Elektronik Kasalarında GORE® Ventillerinin Kullanım Süresi” adlı uzun dönem çalışmaları hakkında bilgi alabilirsiniz.
Yazı: Gary Chan, Henning von Lepel*
*Gary Chan ve Henning von Lepel W. L. Gore & Associates şirketinde uygulama mühendisleri olarak görev yapıyor.
İletişim:
Melih Akdeniz
Gore Protective Vents Türkiye