Turhan Karakaya
Mekatronik Mühendisleri Derneği
Mekatronik Mühendisi, MBA
Makina Mühendisi
Endüstri Yüksek Mühendisi
İklimlendirme; dilimize İngilizce HVAC&R (Heating, Ventilation, Air Conditioning and Refrigeration) kelimelerinin kesişimi olarak yansımıştır. İklimlendirme meslek alanının altında ısıtma, havalandırma, klima ve soğutma sistemleri temel olarak yer almaktadır. İklimlendirme kelime anlamı itibariyle kapalı ortamın sıcaklığının, neminin ve hava kalitesinin istenen seviyeye getirilmesi ve tutulması işidir. İklimlendirme meslek alanı ile mekatronik mühendisliği mesleğinin kesişmediği neredeyse hiçbir bölüm bulunmamaktadır. Cihazlar kendileri başlı başına mekatronik sistemlerdir. Bu cihazların kurulduğu tesisler ve bu sistemlerin isteğe bağlı olarak çalıştırılması yani sistemin bütünü ise yine açık bir şekilde mekatronik sistemlerdir.
Mekatronik mühendislerinin en önemli işlerinden biri akıllı makineler tasarlamaktır. Bir mekatronik sistemde üç önemli alt sistem bulunmaktadır. Bunlardan ilki “algılayıcılar ve etkileyiciler” olarak adlandırılmaktadır. Algılayıcılar ve etkileyiciler dendiğinde kuvvet, akış hızı, sıcaklık, nem, öteleme ve daha birçok veriyi ölçen elemanlar olarak tanımlanabilmektedirler. Bu anlamda algılayıcılar fiziksel ortam ile makineleri birbiri ile irtibatlandıran köprülerdir. Bu ekipmanlar hem veri almak hem de makineleri yönlendirmek için kullanılırlar. Diğeri ise “kontrol devreleri”dir. Mekatronik mühendisliği amaca uygun olarak bir makinenin ya da sistemin nasıl kontrol edileceğinin senaryosunu oluşturma, var olan senaryoyu anlama, geliştirme, iyileştirme aşamalarında çok kritik roller üstlenirler. Kontrol sistemini geliştiren elektronik alanındaki uzmanlarla yakın çalışma içindedirler ve çalışmalara yön verir, liderlik ederler. Son aşama ise “aktüatörler” olarak sınıflandırılmaktadır. Bu ekipmanlar “işi yapan”, “emri amaca uygun şekilde ve zamanda yapan” ekipmanlardır.
Yalnızca ısıtma cihazı olarak bir kombiyi ele alırsak; kombiler temel olarak ortamların ısıtılmasını ve talep edilmesi durumunda sıcak su sağlamak için üretilmiş cihazlardır. Kombiler yakıt olarak doğalgaz ya da LPG (likit petrol gazı) kullanırlar. Sisteme giren bu gazın verimli şekilde yakılması için bir gaz valfi devresi vardır. Bu valf oransal olarak ihtiyaca bağlı kapasite ayarı yapan bir elektriksel bobin devresine sahiptir. Bu valfin hangi oranda açılacağına ya da kapanacağına karar veren bir elektronik beyin/elektronik kart bulunmaktadır. Bu kart bu kararı kombinin birçok noktasında bulunan sensörlerden veri alır. Kombinin içinde ısıtma ve sıcak su ihtiyacı için sistemde dolaşan suyu ısıtan bir ısı eşanjörü bulunur. Bu eşanjörde sistemdeki su bir pompa yardımıyla dolaştırılır. Bu pompalar da yine inverter (kademe kontrollü) sürücülüdür. Dolayısıyla tıpkı gaz valfleri gibi pompalar da ihtiyaca bağlı kapasite ayarlıdır. Sensörler giden ve dönen suyun sıcaklığını, dış hava sıcaklığını, baca gazı sıcaklığını ve daha birçok veriyi alır ve elektronik devreye iletir. Bu verilere göre cihaz ne kadar gaza ihtiyaç duyduğuna, sistemde dolaşması gereken suyun miktarına ve sıcaklığına karar verir. Kombiler merkezi ısıtma sistemlerinin de en küçük haldeki bir modelidir. Teknolojisini bu kadar anlatmamızın sebebi küçük bir model olmasındandır.
Bir ısıtma sistemi olarak kombilere mekatronik mühendisliği penceresinden bakıldığında sadece cihaz tarafının dahi tam bir mekatronik sistem olduğu açıkça görülebilir. Sensörler algılayıcılar, kombinin elektronik kartı yani beyni kontrol devresi, pompalar, vanalar, valfler ise aktüatörlerdir. Bu sistemler bir kombi de olsa, büyük bir kazan dairesi de olsa boyut değişse dahi birbirlerine çok benzerler. Daha büyük kazanlarda gaz valflerinin yerini brülörler, tek pompanın yerini birden çok pompa devresi, elektronik kartın yerini ise ısıtma sistem otomasyon devresi alır. Ancak temel mantık aynıdır. Kombi de olsa, kazan dairesi de kurulsa bu sistem bir mekatronik sistemdir.
Benzer sistemlerden biri ise klima cihazlarıdır. Klima cihazlarının en basit ve en sık kullanılan hali split klimalardır. Bu cihazlar ortamın sıcaklığını yazın düşürmek yani soğutmak, kışın ise ısıtmak amacıyla üretilmektedirler. Soğutma ve ısıtma operasyonları esnasında filtrelerinin özelliklerine göre kısmen hava kalitesinin artırılması ve nem kontrolü gibi işlevler de görürler. Temel olarak soğutma sistemde dolaşan soğutucu akışkanın iç ünite serpantininden sıvı halde geçerken ortam havası üzerindeki ısı enerjisini üzerine ısı çekmesi, bu sayede buharlaşması ile gerçekleşir. Üzerine ısı almış ve buhar fazına geçmiş soğutucu akışkan klima cihazının içinde bulunan kompresör yardımıyla dış üniteye pompalanır ve dış ünite serpantinlerinde dolaştırılırken iç ortamdan aldığı ısıyı dış ortama aktarır, böylece tekrar sıvı hale gelerek yeniden buharlaşabilecek, üzerine ısı alabilecek hale getirilir. Klima cihazlarının soğutucu akışkanı dolaştıran kompresörleri yine kombilerdeki pompalarda bahsettiğimiz gibi inverter yani kademe kontrollüdür. Kullanıcı elindeki kumandası ile ortamda istediği sıcaklık, hava hızı ve nem değerini cihaza bildirir. Bu komutu alan cihaz öncelikle ortam havası şartlarını sensör vasıtasıyla ölçer. Kullanıcının istediği ile ayarlanan sıcaklık arasındaki farka bakarak elektronik kart kompresörün hangi kademede çalıştırılacağına, sistemde ne kadar miktarda, basınçta ve sıcaklıkta soğutucu akışkan dolaştırılacağına karar verir. Bu karara istinaden kompresör uygun kademede çalıştırılır, elektronik expension (genleşme) valfleri uygun açıklığa otomatik olarak getirilir, böylece soğutma veya ısıtma mükemmele yakın şekilde gerçekleştirilir. Burada da görüleceği üzere bir klima cihazı ısı transferi, eşanjörleri, sensörleri, inverter kompresörleri, elektronik kartları ve valfleri ile bir bütün olarak tam bir akıllı cihaz yani Mekatronik sistemlerdir. Bu klima cihazının küçük modeli olmasına karşın, sistem ne kadar büyük olursa olsun mantığı aynıdır.
İklimlendirme sistemlerini kombi, kazan, klima, havalandırma, mekanik sistem olarak bir binaya uyguladığımızda bu kez bu bina mekatronik sistemlerden oluşmuş başka bir mekatronik sistem haline gelir. Bu kez tüm bu ekipmanların binanın farklı bölümlerinden gelecek farklı bölüm ve yüklere göre senkronize bir şekilde çalıştırılması ayrı bir uzmanlık gerektirir. Bu durumda artık bina bir mekatronik sistemdir. Burada da yine biz mekatronik mühendislerine ihtiyaç vardır.
Özetle, makine mühendisliği disiplini yalnızca ısı transferi ve mekanik olarak konuyu ayrıntılı incelerken, mekatronik mühendisliği sisteme bir bütün olarak bakar ve termodinamik, ısı transferi, mekanik ve elektronik kontrol sistemleri ile ilgilenir. Mekatronik mühendisliği multi disipliner yönü ile sadece iklimlendirme sektöründe dahi sayısız fırsatlar yaratır. Ülkemizde iklimlendirme sektörü yaklaşık 12 milyar dolarlık bir hacme sahip dev bir sektördür. İhracatta bu sektör en hızlı büyüyen sektörlerden biridir. Bu açıdan gerek sistemlerin geliştirilmesi, Ar-Ge departmanları, üretim alanlarında gerekse üretilen sistemlerin binalara uygulanması, tasarlanması, mevcut sistemlerin iyileştirilmesi, verimli hale getirilmesi konularında mekatronik mühendislerine duyulan ihtiyaç her geçen gün artmaktadır.
Gelecek çok yönlü bilgi ve becerilere sahip uzman mühendisleri yani mekatronik mühendislerinin ellerinde şekilleniyor. Hemen her sektörde biz mekatronik mühendislerine olan talep, ilgi çığ gibi büyüyor. Farkında olunması ve kıymet bilinmesi temennisiyle.