ENDÜSTRİYEL TESİSLERDE BULUNAN SANTRİFÜJ POMPA SİSTEMLERİNDE ENERJİ TASARRUFU

Transkript

1 TEKNİK MAKALE ENDÜSTRİYEL TESİSLERDE BULUNAN SANTRİFÜJ POMPA SİSTEMLERİNDE ENERJİ TASARRUFU azırlayan: Derya Çuha Sanayi tesislerinde santrifüj pompalar yaygın olarak kullanılmakta olup, birçok tesis için de hayati bir öneme sahiptir. Santrifüj pompa durduğunda üretim de durabilmektedir. Sanayi tesislerinin enerji tüketimlerinde de büyük pay sahibi olan santrifüj pompalar, uzun çalışma saatleri sonucunda tükettikleri yüksek miktardaki enerji ile de tesislerin üretim maliyetlerine etki etmektedir. Endüstriyel tesislerdeki pompaların elektrik tüketimi, endüstriyel tesislerin toplam elektrik tüketiminin yaklaşık %20 sini oluşturmaktadır. Pompaların dünya elektrik tüketimindeki payı ise %10 lar mertebesindedir. Dünyadaki lider pompa üreticileri yıllarca pompalarının yüksek verimli bir dizaynda olması için çabalamışlar ve gerçekten de oldukça yüksek verimli pompalar üretmişlerdir. Ancak bir pompa sisteminin maksimum verimli bir şekilde çalışması için, pompaların yüksek verimli olması tek başına yeterli değildir. Bu kısa yazımda pompa sistemlerinde enerji tasarrufu sağlayabilmek için nelere dikkat edilmesi gerektiğini özet bir şekilde aktarmaya çalışacağım. Bir Pompanın Ömür Boyu Maliyeti (ÖBM) İçinde Enerjinin Payı Aşağıdaki örnekten de görülebildiği gibi santrifüj pompanın Ömür Boyu Maliyeti içinde, enerji maliyetinin %85 leri bulduğunu görüyoruz. Farkında mıyız? 7 kw elektrik motorlu bir pompanın günün 24 saati, 65 gün çalıştığını düşündüğümüzde, yıllık enerji giderinin yaklaşık TL*, 10 yıllık enerji giderinin ise TL** olacağının çoğumuz farkında bile değildir. * 1kWh = 0,18 TL alınmıştır ** Elektrikteki fiyat artışları eklenmemiştir Sadece biz değil Avrupa lı sanayiciler de yıllarca farkında değildi. İşte Avrupa da 2001 yılında yapılan bir araştırmanın sonuçları, Pompa satın alırken Avrupa lı sanayicinin ana kriterlerinin neler olduğunu gösteriyor. Türkiye de de yıllarca benzer bir yaklaşım vardı, son yıllarda pompa satın alırken enerji tüketimlerini soran sanayici sayısında

2 artış görüyoruz. 1. Kriter 2. Kriter. Kriter Fiyat Teslim süresi Marka Dayanım Bakım kolaylığı Enerji maliyeti Şekil 1: Pompa satın alırken dikkat edilen noktalar (2011 Avrupa da yapılan araştırma sonuçları) Bir yandan enerji giderinin Ömür Boyu Maliyet içindeki payının %85 ler mertebesinde olduğunu biliyoruz, diğer yandan pompa satın alırken enerji maliyetine dikkat etmiyoruz, ne kadar yanlış değil mi? saat süresince 200 m /h, 4 saat süresince 100 m /h su temin etmesi isteniyorsa, bu sistem çok pompalı olmak zorundadır. Bazılarının tavsiye ettiği gibi, 500 m /h pompa koyarım, frekans konvertör ile de entegre ederim çözümü, endüstriyel tesislerdeki açık tesisat sistemleri için her zaman çok da akılcı değildir. Açık devre sistemlerde bu kadar büyük debi değişimlerini frekans konvertör kullanımı ile sağlamak mümkünse de pompanın ortalama verimliliği çok düşecektir. EUROPUMP ve YDRAULIC INSTITUTE tarafından 65 kw gücündeki bir derinkuyu pompası üzerinde yapılan bir çalışmanın sonuçları; Pompa motor gücü: 65kw Birim enerji maliyeti: 0,075 Euro/kWh Çalışma süresi: 4000 saat/yıl Servis ömrü: 10 yıl Satın alma maliyeti: 5600 Euro,6% Bakım Maliyeti:10409 Euro 6,6% 6,6% Enerji Maliyeti :14669 Euro 92,8% 89,8 % 65 kw derinkuyu pompası Kaynak: Europump&ydraulic Institute Debi Yük Profili ve Pompa Adedinin Belirlenmesi: Pompa adedini tayin edebilmek için debi yük profili (debi değişim eğrisi) yaklaşık da olsa çizilmeli veya tahmin edilmelidir. Debi yük profili hakkında hiç tahmin yürütemiyorsanız, pompa adedi artırılmalıdır. Örneğin; günde 24 saat çalışacak bir pompa sisteminden 8 saat süresince 500 m /h, 12

3 Pompa Seçiminde Dikkat Edilecek Noktalar: Santrifüj pompalar bir tek debi değerinde en yüksek verime sahiptirler. Aşağıda Şekil 2 de verilen grafikte en yüksek verimli çalışma noktası (EVÇN ) görülmektedir. Pompa satın alırken pompanın EVÇN noktasında veya çok yakınında seçilmiş olmasına dikkat edilmelidir. Ancak asma yüksekliği ve debi tayininde emniyet paylarını yüksek tutmaktan kaçınılmalıdır, emniyet paylarının yüksek tutulması nedeniyle, pompalar olması gerekenden çok daha büyük seçilmektedir. Elektrik Motorları: Pompaları tahrik eden elektrik motorlarının en yüksek verimlilik sınıfı olan IE verimlillik sınıfında olmasını şart koşarak, eski seri EFF2 motorlara kıyasla %1 ila %6 arasında daha fazla enerji tasarruf edebilirsiniz. Şekil 5: En verimli çalışma noktası (EVÇN) ve tercih edilen çalışma aralığı Pompayı en yüksek verimli noktasında (EVÇN) seçmiş olsanız da, tesisata bağladığınızda pompa, karşısında o kadar yüksek direnç göremeyeceğinden 2 noktasında çalışmak zorunda kalabilir. Bu durumda daha düşük verimli bir noktada ve performans eğrisinin tavsiye edilmeyen çalışma noktasında çalışabilecektir. Örneğin; %80 verimli noktada seçtiğiniz bir pompa, işletmeye aldığınızda %60 verimle uzun yıllar çalışıyor olabilir. Bu gibi durumlardan kaçınmak için emniyet paylarını makul oranlarda tutmaya çalışınız. Devreye Almadan Sonra Pompalarda Enerji Verimliliği Optimizasyonu: Yeni satın aldığınız pompaları devreye aldınız ve; Motor aşırı akım çekti ve termik attı, Elektrik teknisyeniniz geldi ve pompanın çıkış vanasını kıstı, artık normal akım çekiyor, elektriksel sorun kalmadı, Ama pompa çıkış vanası hala kısık ve o şekilde çalışmaya devam ediyor, hatta elektrik teknisyeni üstüne uyarı işareti koydu; vanayı sakın açmayın!

4 Bütün bunların anlamı; pompanız olması gerekenden daha büyük ve anlamsız yere vanayı kısarak enerjiyi su ile birlikte transfer ediyorsunuz. Peki ne yapalım? Vanayı açık hale getirmek için yollar arayalım. Eğer sürekli olarak pompanızın çıkışındaki vana kısık durumda kalacak ise, pompanızın basma yüksekliğini düşürmenin yollarını arayın, biz buna pompanın performans değerlerinin değiştirilmesi diyoruz. Bazı durumlarda ise vana kısık dahi olmasa gereksiz yere pompa fazla debi transfer ediyordur ve EVÇN sının sağında verimsiz bir noktada çalışıyordur. Buna benzer durumları soğutma suyu pompalarında görebiliriz. Veya pompa çıkışındaki vana kısık değildir ancak karşı dirençlerin hesaplanandan daha yüksek olması nedeniyle, pompa EVÇN sının çok solunda ve yine verimsiz noktada çalışıyor olabilir. Bu gibi durumların tespiti için pompaların ileri derecede analizi yapılmalıdır. Ancak her şeyden önce kısık vanalı sistemleri tam açık hale getirmek için çalışmalara başlanmasını daha doğru buluyorum. Kısık vanalı sistemleri açık hale getirmek için pompa basma yüksekliğinin ve debisinin düşürülmesi gerekecektir. Bunun için yöntemler: Frekans konvertör kullanılması Pompa çarkının tıraşlanarak küçültülmesi Kademeli pompa kullanılıyor ise, çark sayısının azaltılması Bu yazıda sadece frekans konvertör kullanımı konusunda bilgi verilecektir. Enerji Tasarrufu İçin Frekans Konvertör Kullanımı: Özellikle değişken debi, değişken basınç olan tesisat sistemlerinde, frekans konvertörler ile %80 lere varan enerji tasarrufları gerçekleştirebilirsiniz. Sadece enerji tasarrufu sağlamak ile kalmaz, tesisattaki gürültü azalır, pompanızın ömrü uzar, bakım maliyetleriniz ise düşer. Son yıllarda pompa imalatçıları motor üstüne entegre edilmiş frekans konvertörleri kullanmaktadır. Bu frekans konvertörleri sadece motorun devrini değiştirmekle kalmıyor, aynı zamanda pompayı ve motoru koruma fonksiyonlarını da içeriyor, bu sayede pompanın verimli ömrü de uzamış oluyor. Şekil 6. Motoru üzerine frekans konvertör entegre edilmiş uçtan emişli pompa RPM/z 100% 90% 80% 70% 60% 50% 25% 0 0 Maks. devir Pompa çalışma aralığı Şekil 7: Frekans konvertör ile sonsuz sayıda performans eğrisi yaratabilirsiniz. Şekil 8. de görüldüğü gibi, pompa çıkışındaki vanayi kısarak pompanın çalışma noktasını 0 m, 100 m /h değerinden, 50 m, 20 m /h değerine değiştire-

5 biliyoruz. Bu durumda enerji boş yere vana ile sönümleniyor. Basma yüksekliğini hiç gerek yokken 0 m den 50 m değerine yükseltiyoruz. 50 m 0 m 20 m/h Sistem Fazla basınç Sabit hız 100 m/h Şekil 8. Vanayı kısarak debinin düşürülmesi Bunun yerine Şekil 9. da görüldüğü gibi, aynı işi frekans konvertör ile de yapabiliriz, frekans konvertör ile pompanın hızını değiştirerek, sonsuz sayıda pompa performans eğrisi yaratabiliriz. Ve performans eğrisini aşağı çekebiliriz. Bu durumda basma yüksekliği 0 m değerinde kalır, ancak debi istediğimiz değer olan 20 m/h e düşer. Bu sayede 20 m /h suyu fazladan 20 m daha yükseğe kaldırmak için ekstra enerji harcamamış oluruz. 50 m 0 m 20 m/h Sistem Fazla basınç Değişken hız Sabit hız 100 m/h Pompa Sistemlerinde Enerji Tasarrufu İçin Dikkat Edilecek Diğer Noktalar: 1. Debi ve basma yüksekliği hesabını yaparken emniyet paylarını makul sınırlar içinde tutun. 2. esapları yapmak için elinizde net bilgi yok ve debi yük profilini bilmiyorsanız, pompa sayısını artırın ve frekans konvertörlü pompa kullanın.. Çıkış vanası kısılmış bir pompa gördüğünüzde, büyük miktarda para kaybediyor olabilirsiniz, bu vanayı tam açık hale getirmek için çalışmalar yapın. 4. Pompa imalatçısının en yüksek verimli pompayı seçmesi için, enerji tüketimine bakacağınızı özellikle belirtin. 5. Boru hattındaki su hızlarının 1,5 m/s ile 2, 5 m/s arasında kalmasına, çok zorunlu ise maksimum,5 m/s değerlerine çıkmasına izin verin. 6. Mevcut pompa sisteminizde debi yetmediğinde ikinci veya üçüncü pompayı diğer pompaların yanına paralel olarak çalışacak şekilde bağlamadan önce, mevcut tesisatınızda su hızı kaç m/s olacak hesaplayın ve bunun pompa basma yüksekliğini ne kadar artıracağını düşünün. 7. Satın alacağınız pompanın IE verimlilik sınıfında motor ile tahrik edileceğinden emin olun. 8. Değişken debi, değişken basınçlı sistemler için mutlaka frekans konvertör kullanın, yatırımın geri dönüşü çok hızlı olacaktır. 9. Sabit debi ve sabit basınçlı sistemlerde frekans konvertör kullanımanıza gerek yoktur, pompa büyük seçildiğinden vana kısık durumda ise, pompanın performans değerlerinin değiştirilmesi için ; çark çapının küçültülmesi, pompanın değiştirilmesi veya çark sayısının azaltılması yöntemlerini deneyin. KAYNAKLAR: 1-Pump Life Cycle Costs- by Europump and ydraulic Institute 2-Grundfos Akademi Eğitim Notları -Vaka Çalışmaları -Derya Çuha