TERFİ MERKEZLERİNİN BOYUTLANDIRILMASINDA MEKANİK TEÇHİZATIN ETKİSİ

Transkript

1 TERFİ MERKEZLERİNİN BOYUTLANDIRILMASINDA MEKANİK TEÇHİZATIN ETKİSİ Selim Kazım Bayer Devlet Su İşleri Genel Müdürlüğü Proje ve İnşaat Dairesi Başkanlığı, Makine Mühendisi, Ankara ÖZET Temel yaşam kaynağı olan su; doğaya hayat verdiği gibi, biz insanoğluna da kullanımı konusunda büyük sorumluluk yüklemektedir. Günümüzde hızla tükenen su kaynakları, suyun ve kullanım şartlarının önemini iyiden iyiye ön plana çıkarmaktadır. Suyun yaşam kaynağı oluşunun en güzel örneği tarımdır. Su; toprağa verdiği bereketle, tüm canlıların en temel ihtiyaçlarını gidermekte ne kadar vazgeçilmez olduğunu kanıtlamaktadır. Tarıma yön vermek de biz insanoğluna düşmektedir. Gelişen teknolojilerle tarım alanlarını daha verimli kullanmak için mühendislik şartları zorlanmalıdır. Özellikle kamu kurumları bu konuda yol gösterici olmalı, hem su kaynaklarının hem de kamu kaynaklarının korunarak, tarımsal sulama gerçekleştirilmesinde getireceği yeniliklerle özel sektöre ve çiftçiye liderlik etmelidir. Tarımda teknoloji kullanımının en tipik örneği olan terfi merkezleri, birçok disiplini içinde barındırmaktadır. Su ve enerji giderlerini azaltacak tekniklerin geliştirilmesi ne kadar büyük bir gereklilik ise ilk yatırım maliyetlerini uygun noktada tutmak da mühendislik gereğidir. Bu çalışmada, terfi merkezlerinin boyutlarına etki eden faktörlerden mekanik teçhizat ölçüleri üzerinde durularak, farklı kaynaklardan ve tecrübelerden yararlanılarak tarımsal sulamada yetkili kuruluş olan Devlet Su İşleri Genel Müdürlüğü nün yaklaşımına ve kriterlerine değinilmiştir. Anahtar Sözcükler: Terfi merkezi, mekanik teçhizat, mühendislik 1. TARIMSAL SULAMA Yeryüzünde susuz bir hayat düşünmek mümkün değildir. Eski çağlardan günümüze kadar medeniyetin beşiği olarak adlandırılan bölgeler her zaman su havzalarının yakınında kurulmuş, medeniyetler suyun hayat verdiği topraklarda yeşermiştir. Tarih boyunca akarsulardan yararlanma imkânı bulan toplumlar dönemlerinin en ileri medeniyetlerini kurmuşlar, bulamayanlar ise yurtlarını terk edip göç etmek zorunda kalmışlardır. Günümüzde de su ve sulama önemini korumakta olup, su arzının giderek artan dünya nüfusunun taleplerini karşılayamaması ile suyun stratejik bir meta haline geldiğini görmekteyiz. Beslenme ihtiyacının karşılanması, sanayinin ihtiyacı olan tarımsal ürünlerin dengeli ve sürekli üretilebilmesi, tarım kesiminde çalışan nüfusun işsizlik sorununun çözülmesi ve hayat seviyesinin yükseltilmesi için ekonomik kalkınmada tarım ve sanayi sektörleri karşılıklı ilişki içinde olma durumundadır. Gelişen tarım, tarım dışı sektörlerde üretilen girdileri ve tüketim mallarını talep ederek tarım dışı sektörlerin daha da büyümesini, gelişmesini sağlarken, tarım dışı sektör de tarımdaki fazla işgücüne istihdam alanları sağlayarak ve aynı zamanda tarımsal ürünleri talep ederek, tarımın gelişmesini sağlayacaktır. Zirai gelişmede su, en önemli girdilerden biri olup, toprakta bitki için gerekli olan nemi temin ederek verimi artırmanın yanı sıra, sektörü iklim şartlarından bağımsız kılmaktadır. Ayrıca ilave istihdam yaratmakta, kırsal alanda gelir dağılımını düzeltmekte, gübre kullanımına imkan sağlamakta, üretimin çeşitlenmesine ve tenebbüt müddetinin uzunluğuna bağlı olarak birim alandan birden fazla ürün alınmasına imkan vermektedir Sulama Nedir? Bitkilerin normal gelişmesi için gerekli olan fakat doğal yollarla karşılanamayan suyun zamanında, bitkinin istediği miktarda ve uygun biçimde toprağa verilmesine sulama denir. Sulama, bitkilerin ihtiyaç duyduğu ancak doğal yağışlarla karşılanamayan suyun yapay olarak getirilmesi işlemidir. İyi bir sulama optimum yolla yapılabilenidir. Suyu bir kaynaktan alarak tarlaya getirip salıvermek de bir sulama çeşididir. Ancak günümüzde sulama, israf edilmeden yapılabilen sistemler için 1

2 kullanılan bir tanımlama olmaya başlamıştır. Çünkü su kıt ve çok değerli bir kaynaktır, kolayca israf edilmemesi gerekir. Ayrıca sulama mutlaka drenajla birlikte düşünülmelidir Türkiye de Durum Türkiye nin yüzölçümü 78 milyon hektar ( km²) olup, tarım arazileri bu alanın yaklaşık üçte biri yani 28 milyon hektar mertebesindedir. Yapılan etütlere göre ekonomik olarak sulanabilecek 8,5 milyon hektar alanın 2014 yılı sonu itibari ile toplam 6,09 milyon hektarı sulamaya açılmıştır. Ülkemizde halen, ekonomik olarak sulanabilecek 8,5 milyon hektar tarım alanının yaklaşık %71,6 sı sulanabilmektedir. Mevcut sulanan alanın %81 inde yüzeysel sulama metotları (karık, tava ve salma) kullanılarak sulama yapılmaktadır. Geri kalan kısımda basınçlı sulama (yağmurlama ve damla) yapılmaktadır. DSİ ce işletilen ve devredilen sulamalarda net sulama suyu ihtiyacı takriben 4589 m3/ha olmasına karşın, verilen su takriben m3/ha dır. Bu rakamlar, ülkemizde hesaplamalarla bulunan sulamada ihtiyacın iki katından fazla su kullanıldığını göstermektedir. Bu gerçekten hareketle, öncelikle tarımda su kayıplarını en aza indirecek su iletim ve dağıtım sistemleri tesis edilmelidir. Bu amaçla, yeni inşa edilecek sulama projelerinde açık kanal-kanalet sistemleri yerine borulu sistemler yapılmalı, tarla sulama sistemlerinde basınçlı sistemler tercih edilmelidir. 2. SULAMADA YÖNTEM TESPİTİ DSİ Sulamalarında Su Kaynağı Kullanımı %80 Yer Üstü Su Kaynakları %14 Pompaj %66 Cazibe %20 Yer Altı Su Kaynakları %3 Cazibeyi Takviye %17 YAS Sulama Kooperatifi Tablo 1 Sulama projeleri genel olarak suyun, sulanacak araziye iletimine göre iki temel bölüme ayrılmaktadır. Su kotunun sulanacak araziden yüksek olduğu yerlerde suyun potansiyel enerjisi ile sulama kanalları veya borular aracılığıyla iletildiği sisteme cazibe ile sulama denir. Potansiyel enerjinin yetersiz kaldığı hallerde suyun daha üst kotlardaki araziye iletilebilmesi için mekanik enerjiye başvurulur. Bu sulama şekline ise pompaj sulaması denir. Pompa istasyonları sayesinde cazibe ile sulanması mümkün olmayan yukarı kotlardaki araziler de suya kavuşturulur. (Resim-1) Resim 1 2

3 3. TERFİ MERKEZLERİNİN BOYUTLANDIRILMASI 3.1. Pompa Tipinin Belirlenmesi Terfi merkezleri; pompaların yatay milli ya da düşey milli olması durumuna göre iki ayrı temelde projelendirilirler. Bir pompaj sulamasında pompa tipini belirleyen faktör; terfi edilecek debinin temin edildiği kaynaktaki su kotu ile pompa binasının inşa edileceği tabii zemin kotu arasındaki farktır. Bir pompa; fan olarak adlandırılan ve yüksek devirde dönerek yarattığı basınç farkıyla terfi sağlayan ana parçası, yeteri miktarda suya batık olacak şekilde çalışmalıdır. Tabii zemin ve su kotu arasındaki fark fazla ise, yüksek kazı maliyetlerinden kaçınmak için, tüm teçhizatı makul seviyeye indirmek yerine düşey milli pompa kullanılır ve sadece pompa fanı su seviyesinin altına indirilir. Bu kriter; bir terfi merkezi projelendirilirken belirlenecek ilk esastır. (Şekil-1) Şekil Düşey Milli Pompalar İçin Terfi Merkezlerinin Boyutlandırılması Düşey milli pompaların kullanıldığı sistemlerde; temel teçhizat olan pompalar su içerisinde oldukları için açıkta bulunmazlar. Bu nedenle, DSİ uygulamalarında sulama amaçlı terfi merkezlerinde bu tip terfi merkezleri için bina projelendirilmemektedir. Böylece temel ekipman olan pompa hava şartlarından etkilenmediği gibi, yüksek kazı ve bina maliyetleri de büyük oranda azaltılmaktadır (Resim-2). Ancak her durumda elektrik kumanda binası projelendirilmektedir. Resim 2 Düşey milli pompalarda; fan su içerisinde, motor ise yüzeyde olabileceği gibi, dalgıç tipte kullanılanları da vardır. 3

4 Dalgıç pompalar adından da anlaşılacağı gibi suya tamamen batık halde çalışırlar. Pompa ve motor üniteleri su içerisindedir. Bu tür pompaları yatay ve normal düşey milli pompalardan ayıran en büyük özellik; hem debinin hem de terfi yüksekliğinin büyük olduğu uygulamalarda kullanılamamalarıdır. Şekil 2 Düşey milli pompaların; kapasitesine ve kullanım amacına bağlı olarak boyutları değişmektedir. Drenaj için kullanılacak bir dalgıç pompa el ile taşınabilecek kadar küçük olabileceği gibi, çok büyük terfileri gerçekleştirecek sulama amaçlı bir pompa oldukça büyük boyutlara çıkabilir. DSİ uygulamalarında sulama amaçlı terfi merkezlerinde düşey milli pompalar için pompa binası yapılmasa da yüksek kapasiteler için kullanılacak tüm pompalar için emme hazneleri büyük boyutlarda inşa edilecek ve mutlaka yüzeyde kalan teçhizatlar olacaktır. Resim 3 Düşey milli pompalara bir örnek de tüplü dalgıç pompalardır. Eksenel olarak emdikleri suyu yine eksenel olarak terfi ettirirler. Yüksek debilerde de kullanılabilen bu pompa tipleri genellikle çok düşük basma yükseklikleri için kullanılmaya uygundur. Yüksek basma yüksekliği değerlerinde kullanılmaları durumunda boyutları oldukça büyümektedir. Ayrıca bu tip pompaların verimleri santrifuj pompaya nazaran düşük değerlerdedir. Şekil 3 4

5 Tüplü dalgıç pompalar için de bina projelendirilmemektedir. Ancak tüm diğer terfi istasyonlarında olduğu gibi, tesisler kalıcı olduğundan emme hazneleri ve dışarıda kalan teçhizatlar için betonarme yapılar inşa edilmesi zorunludur. Bu yapıların boyutları yine pompa kapasiteleriyle orantılı olarak büyümektedir. Tüm bu bağlayıcı şartlara rağmen DSİ uygulamalarında sulama amaçlı terfi merkezleri için hazırlanan projelerde tesis boyutlarının optimumda kalmasına büyük önem verilmektedir. Şekil Yatay Milli Pompalar İçin Terfi Merkezlerinin Boyutlandırılması Boyutlandırılmada temel esaslar DSİ uygulamalarında, sulama amaçlı olan ve yatay milli pompa kullanılan sistemler için projelendirilen terfi merkezlerinde pompa binası projelendirilirken birçok mühendislik kriterine bağlı kalmak gerekmektedir. Bu kriterler farklı mühendislik disiplinlerini kapsar. Resim 4 DSİ uygulamalarında sulama amaçlı projelendirilen terfi merkezlerinin boyutlandırılmasında ana kriter mekanik ve elektrik teçhizatının yerleştirilmesidir. Terfi merkezlerinin optimum şekilde boyutlandırılması önemlidir. Ekonomik şartların zorlanmasına yol açacak ölçüde büyük binalardan kaçınıldığı gibi, kullanışsız binalar da projelendirilmemelidir. Ergonomik bir pompa binası şu özelliklere sahip olmalıdır; İşletme ve bakımda görevli personelin güvenliğini tehlikeye atmamalı, Teçhizatı gerektiği şekilde korumalı İşletme şartlarını zorlaştırmamalı Ekipmanlara ulaşılmasına ve acil müdahalelere imkan vermeli 5

6 Resim 5 Bir terfi merkezinin kapasitesi; boyutlarını belirleyen yegane faktördür. Pompa sayısı arttıkça bina boyutları büyüdüğü gibi, pompa kapasiteleri arttıkça da teçhizat büyüklükleri artar. Pompa kapasiteleri ve sayısı gibi, vana ve boru çapları da aynı şekilde yerleşimi etkiler. Büyüyen teçhizatın nakliyesi için gerekli kamyonların büyümesi, teçhizatı kaldıracak bina içindeki kreynin kapasitesinin artması gibi etkenler de binanın 3 boyutuna doğrudan etki eder. Örneğin; 55m. yüksekliğe terfi sağlayacak olan 137 lt/sn kapasiteli bir pompanın boyutları H:1,05m. W: 1,3 m. L:2,2 m. Şekil 5 Örneğin; 112m. yüksekliğe terfi sağlayacak olan 5117 lt/sn kapasiteli bir pompanın boyutları H:3,35 m. W: 3,65 m. L:7,8 m. Terfi merkezi binalarının uzunluğunun belirlenmesinde ekipmanların büyüklükleri bağlayıcıdır. Güvenli çalışma ve işletme kolaylığı şartları düşünülerek teçhizatlar arası mesafe belirlenir. Bir terfi merkezi binasının uzunluğunu belirleyen ilk kriter budur. Şekil-6 da görüldüğü gibi pompa-motor üniteleri arasında, bir insanın kolaylıkla girip çıkabileceği kadar mesafe bırakılmalıdır. Bu da pratiğe en az 1m olarak yansır. Ayrıca bu mesafe teçhizat ve duvarlar arası için de aynı şekilde düşünülmelidir. Şekil 6 6

7 Bir terfi merkezinin uzunluğunu doğrudan etkileyen bir diğer faktör de; emme havuzu olarak adlandırılan, terfi ettirilecek debinin temin edildiği yapının boyutudur. Emme havuzu boyutları belirlenirken; pompaların tam, kavitasyonsuz, vortekssiz ve birbirlerinin akışını engellemeden emiş yapmaları düşünülmelidir. Buna göre havuz yeterli boyutlarda projelendirilmeli ve her bir emme borusu arasında ( D emme borusu çapı olmak üzere) 2D mesafe bırakılmalıdır (Şekil-7) Şekil 7 Pompa katında işletme bakım alanı projelendirilir. Bu alan en az bir kamyon kasası genişliğine ve rahat yük indirip bindirme koşullarına göre projelendirilmelidir. Bu alanın büyüklüğünü, özellikle mekanik teçhizat boyutları doğrudan etkiler. Çünkü ekipman büyüdükçe nakliye için kullanılan araçlar da aynı oranda büyür. Şekil 8 Bir Terfi İstasyonu genişliğinin belirlenmesinde yine mekanik teçhizat esas etkendir. Normal şartlarda tek bir pompa hattında; bir pompa, emme hattında bir kelebek vana ve basma hattında da bir kelebek vana ile bir çek-valf bulunur. Bu teçhizatların çaplarına göre işgal ettikleri hacim de değişir. Teçhizat yerleştirilirken, genişliği en az 90 cm. olarak düşünülmesi gereken platform ile çakışmaması ve diğer tarafta da yine duvar ile teçhizat arasında en az cm. lik bir mesafe bırakılması önemlidir. Ayrıca redüksiyonların boyları da 8 derecelik açıyı geçmeyecek artış veya azalışla çap değişiminin gerçekleşeceği kadar olmalıdır. 7

8 Şekil 9 Binanın 3.boyutu olan Terfi merkezi yükseklikliği belirlenirken şu kriterler göz önüne alınır. (Şekil-10) Kreyn arabasından çatıya kadar, en az 1m. Mesafe bırakılır. TABİİ ZEMİN KOTU Bir kamyonun damperinin yerden yüksekliği ortalama 1,5m. dir. Bunun üzerine damperdeki teçhizatın boyu ve yükün rahat indirilip bindirilmesi için en az yük yüksekliği kadar daha mesafe eklenir. Projede seçilen vinç kapasitesine göre kanca uzunluğu, kreyn sapanının hareketini sağlayacak kadar mesafe, kreyn kirişi yüksekliği, kreyn arabasının mesafesi de bina yüksekliğinde göz önüne alınır. Pompanın batıklığı; su alma kotu ile tabii zemin kotu arasındaki farka ve pompanın karakteristiğine göre değişen NPEY (net pozitif emme yüksekliği) değerine göre belirlenir. Şekil Uygulama Örnekleri Yukarıda detayları anlatılan; bir terfi merkezi ile mekanik teçhizat boyutları arasındaki doğrudan ilişkiyi göstermesi için şu iki örnek kullanılabilir. Silvan Projesi 2.Kısım Sulaması kapsamında bulunan P7-P9 Terfi Merkezi, tüm bu kriterlere göre optimum ölçülendirmeyle projelendirilmiş olup, 63m. basma yüksekliğine sahip 1300 lt/sn terfi kapasiteli 7 adet pompa ve diğer teçhizat için 30m. uzunluğunda, 9,5 m. genişliğinde, 9m.yüksekliğinde bir terfi merkezi teşkil edilmiştir. (Şekil-11) 8

9 Şekil 11 GAP Gaziantep Sulaması Projesi kapsamında bulunan P2 Terfi Merkezi, tüm bu kriterlere göre optimum ölçülendirmeyle projelendirilmiş olup, 55m. basma yüksekliğine sahip 3390 lt/sn kapasiteli 9 adet, 3300 lt/sn kapasiteli 4 adet pompa ve diğer teçhizat için 127m. uzunluğunda, 18 m. genişliğinde, 13,5m. yüksekliğinde bir terfi merkezi teşkil edilmiştir. (Şekil-12) KAYNAKLAR Şekil 12 [1] DSİ Genel Müdürlüğü Proje İnşaat Daire Başkanlığı 2013 Proje Semineri Ders Notları [2] Prof. Dr. Mete Şen, Santrifüj Pompalar ve Pompa Tesisatları, MAS Pompa Sanayi, İstanbul,2006 [3] The Ebara Pump System Engineering Handbook, EBARA Corporation,2001 [4] Tarımsal Sulama ve Enerji, Hasan Kılıç, Güneydoğu Anadolu Bölgesi Enerji Forumu, 2005 [5] [6] 9