tmmob makina mühendisleri odası uygulamalı eğitim merkezi Pompa Eğitim Ünitesi Yavuz TÜTÜNOĞLU Makina Mühendisi Enerji Yöneticisi EEP Eğitmeni 11
Pompalar Genellikle bir pompa motoru kendi maliyetine denk gelen enerjiyi altmış günlük sürekli bir çalışmada tüketmektedir. Bir pompa grubunun yatırım maliyeti, ömür boyu maliyetinin ancak % 5 i kadardır. (1) 5% 1% Satın Alma Maliyeti Bakım Giderleri Tüketilen Enerji 85% Pompa Tesisinin Ömür Boyu Maliyeti
Pompalar Avrupa Birliği endüstri sektörü, yılında tüm elektrik enerjisi kullanımının %37 sine karşılık gelen 951 TW saatten () daha fazla bir enerji tüketmiştir. Bunun yaklaşık %65 i motor tahrikli sistemler için kullanılmıştır. Mevcut pompa tesisatlarının %8 i rotodinamik pompalardan oluşmaktadır ve mevcut pompa tesisatlarının büyük bir çoğunluğunun aşırı boyutlandırıldığı düşünüldüğünde, pompa sistemleri üzerinden tasarruf edilebilecek enerji miktarı oldukça yüksektir.
Pompalar Verim bakımından kötü olan pompalama sistemlerinin çok sayıda olmasının bir çok nedeni vardır. Bu faktörlerden bazılarını şöyle sıralayabiliriz. (1) Kötü Sistem Dizaynı Pompanın Sistemle Uyumlu Olmayışı Pompanın Aşırı Boyutlandırılmış Olması Boru Çapının Yanlış Tayini Yüksek Akış Hızları Vs.. Sayılabilir.
Pompalar Ayrıca Pompa Motor Grubunun ömrü süresince bakımının düzenli ve doğru yapılması ile performans ve verim değerlerinin korunması gerekmektedir. Pompa veriminin %5 oranında düşmesi, enerji maliyetlerinde yaklaşık %7 lik bir artışa neden olmaktadır. Bu durum Ömür Boyu Maliyetin giderek artmasıyla sonuçlanmaktadır. (1) Tavsiye Edilen Test Tekrarlama Süreleri (1) Mil Gücü ( kw ) Test Tekrar Süresi Verimde Kabul Edilebilir Azalma > 1 Yıl % 3 5 3 Yıl % 5 < 5 5 Yıl % 8
Pompa Sistemlerinde Enerji Akışı (3) Pompa Kayıpları % 4 Bağlantı Elemanı Kayıpları % Vana, vb. Kayıpları % 9 Elektrik Enerjisi % 1 Faydalı Enerji % 4 Elektrik Motoru Kayıpları % 1 Boru Kayıpları % 11
Pompa Uygulama Ünitesi
POMPA EĞİTİM İSTASYONU HAT ŞEMASI 15 13 11 1 İnvertör Basınç Set Transmiteri Hat Sonu Basıncı Ölçüm Noktası ( Pe ) Pompa Eğitim Ünitesi Ekipman Listesi 1- Santrifüj Pompa - Kompanzatör 3- Çek Vana 4- Manometre 5- Basınç Sensörü 6- Küresel Vana 7- Basınç Sensörü 8- Manometre 9- Debimetre 1- Küresel Vana 11- Manometre 1- Basınç Sensörü 8 7 13- Motorlu Vana 14- Depo Tankı 15- Küresel Vana 16- Manyetik Seviye Göstergesi 17- Küresel Vana 18- Küresel Vana 19- Basınç Sensörü - Manometre 1- Küresel Vana - Pislik Tutucu 3- Kompanzatör Kollektör Basıncı Ölçüm Noktası ( Pk ) DN 5 DN 5 Direnç Yaratılmış Hat Basma Hızı ( Vd ) 6 16 17 14 m³ Su Depo Tankı Debi Ölçüm Noktası DN 65 1 9 1 Pompa Emiş Basıncı Ölçüm Noktası ( Ps ) 19 DN 1 Kollektör 1 Emiş Hızı ( Vs ) DN 5 3 DN 5 5 DN 5 3 4 DN 5 1 Pompa Çıkış Basıncı Ölçüm Noktası ( Pd ) Pompa I 7,5-4 m³/h 4/69 m 5,5 kw Ø 168 Pompa II 7,5-4 m³/h 5/6 m 5,5 kw Ø 156 DN 5 18
Pompa Teknik Özellikleri Pompa 1 Pompa Pompa Markası : Calpeda Pompa Modeli : NMD 4 / 18 DE Pompa Tipi : Santrifüj Motor Gücü : 5,5 kw Çark Çapı : Ø 168 Debi : Max. 7,5-4 m³/h Basma Yüksekliği : 4/ 69 Hm Kontrol Şekli : On Of / Frekans Kontrolü Pompa Markası : Calpeda Pompa Modeli : NMD 4 / 18 DE Pompa Tipi : Santrifüj Motor Gücü : 5,5 kw Çark Çapı : Ø 156 Debi : Max. 7,5-4 m³/h Basma Yüksekliği : 5 / 6 Hm Kontrol Şekli : On Of / Frekans Kontrolü
Pompa Eğitim Ünitesi Scada Sistemi
Pompa Eğitim Ünitesi Pompa eğitim ünitesi üstünde tesis edilmiş ölçü ve kontrol cihazları, dizayn edilmiş scada sistemiyle haberleşecek şekilde seçilmiştir. Kontrol panosu üzerinden pompa, invertörlü yada direkt çalışma seçimleri gerçekleştirilmektedir. Scada sistemi üzerinden motorlu vananın açıklık oranı, invertör basınç kontrolü ile çalıştığında set basınç değerleri, invertöre manuel kumanda etme gibi kontroller gerçekleştirilmektedir. Ayrıca sistemin çektiği güçler, akımlar, voltaj değerleri, boru içinde ki debi miktarı, hızlar, basınç değerleri ile cosɸ scada sistemi üzerinden takip edilebilmektedir.
Uygulamanın Amacı Pompa eğitim ünitesinde, direnç kayıplarının yanlış hesaplanması sonucu olması gerekenden büyük seçilmiş bir pompada, çeşitli kontrol yöntemleri ve pompa çarkının küçültülmesi durumunda elde edilebilecek tasarruf miktarlarının araştırılması ve yöntemlerin birbirlerine göre avantaj, dezavantajlarının karşılaştırılması amaçlanmaktadır.
Pompalarla İlgili Genel Hesaplama Formülleri Pompa Basma Yüksekliği ve Ölçülmüş Basıncın Dönüşüm Sabitleri 1 m = 1 kg/cm =,98 Mpa = 98 kpa,1 Mpa = 1 kpa = 1/9,8 = 1, m 1 Atu =,113 Mpa = 11,3 kpa (λ: Özgül yoğunluk 999,6 kg/m 3 1 ºC) Pompa Basma Yüksekliği Vd Vs H = ( hd hs + + hm) / g hd : Çıkış basıncı göstergesi (kpa) hs : Emiş basıncı göstergesi (kpa) Vd : Çıkış basıncının ölçüm noktasındaki hızı (m/sn) Vs : Emiş basıncının ölçüm noktasındaki hızı (m/sn) hm : Emiş veya çıkış ölçüm noktasının yüksekliği (m) g : Yerçekimi ivmesi 9,8 (m/sn )
Emiş Hızı ( Vs ) Basma Hızı ( Vd ) Qp 4 Vs = 36 π Ds ( m ) sn Qp 4 Vs = 36 π Ds ( m ) sn Qp : Su Debisi (m 3 /h) Ds : Emiş Boru Çapı ( m² ) Qp : Su Debisi (m 3 /h) Dd : Basma Boru Çapı ( m² ) Teorik Güç Toplam Verim Lt = Qp H λ 6 6 1 ( Kw) = L Lt η 1( %)
Çark Çapının Tornalanması Durumunda ki Benzeşim Kuralları Debi Basma Yüksekliği Güç 3 D P = QP 1 D D D H = H1 1 D L = L1 D 1 1 Q İnvertör Kullanılması Durumunda ki Benzeşim Kuralları Debi Basma Yüksekliği Güç N Q = Q P P1 N1 3 N N = H1 N L = L1 1 N 1 H
Pompa Eğitim Ünitesinde Gerçekleştirilecek Analizler I- Mevcut Durum Analizi II- Vana Kısılması Analizi III- Pompa Çark Çapının Tornalanması Analizi IV- İnvertörün Manuel Kumandası Analizi V- İnvertörün Basınç Kontrolünde Otomatik Çalıştırılması Analizi
I- Mevcut Durum Analizi Sistemin hesaplama aşamasında direnç kayıplarının yanlış hesaplanması sonucunda olması gerekenden büyük bir pompa tesis edilmiş durumdadır. Mevcut durumda pompa çıkış vanası sonuna kadar açılarak, çeşitli debi ihtiyaçlarında ki pompa performansı incelenecektir. Mevcut Durum Veri Toplama Tablosu Ölçülen Debi Emiş Basıncı Çıkış Basıncı Güç Kollektör Basıncı Uçtaki Basınç Qp ( m³/h ) Ps ( kpa ) Pd ( kpa ) L ( kw ) Pk (kpa ) Pe ( kpa ) 11,79 696,,56 673 684 5 1 697,5 3,7 683,8 67 1 11,63 664, 4,64 64,5 63,6 15 1,9 59,6 5,41 547,5 511,3 9,89 48,5 6,17 4,5 353,1 4 8,77 353,5 6,65 61,9 5
Mevcut Durum Analizi Hesaplamaları Qp : 15 (m 3 /h) Ds :,758 ( m ) Dd :,5348 ( m ) Ps Pd : 1,9 kpa : 59,6 kpa Emiş Hızı ( Vs ) Basma Hızı ( Vd ) Vs Vs Qp 4 = 36 π Ds 15 4 = 36 π ( m ) sn (,758) ( m ) sn Vd Vd = = Qp 4 36 π Ds 36 π 15 4 ( m ) sn (,5378) ( m ) sn Vs =1,65 ( m ) sn Vd =1,834 ( m ) sn
Mevcut Durum Analizi Hesaplamaları Basma Yüksekliği Vd Vs H = ( hd hs + + hm) / g 1,834 H = (59,6 1,9 + H = 59,9 ( m ) Teorik Güç 1,65 +,15) / 9,8 Toplam Verim Lt Lt Lt Qp H λ = 6 6 1 = 15 6 =,4 59,9 6 ( Kw) ( Kw) 999,6 1 ( Kw) = L Lt η η = 1( %),4 1 5,41 η = 44,75 (%) (%)
Mevcut Durum Özet Tablosu Ölçülen Debi Giriş Hızı Çıkış Hızı Basma Yük. Teorik Güç Toplam Verim Birim Güç Tüketmi Qp ( m³/h ) Vs ( m/sn ) Vd ( m³/h ) H (m ) Lt ( kw ) ɳ ( % ) ( kw / m³ ),, 69,86,, - 5,355,611 69,98,95 5,61,74 1,71 1,3 66,66 1,81 39,11,46 15 1,65 1,834 59,9,4 44,75,36 1,4,446 48,5,63 4,57,31 4 1,74,935 35,49,3 34,87,8
Mevcut Durum Pompa Eğrileri Basma Yüksekliği ( Hm ) Verim Eğrisi 1 9 8 7 6 5 4 3 1 6 5 4 3 1 5 1 15 5 Şimdiki Durum Pompa Eğrisi Debi ( m³/h ) 5 1 15 5 Şimdiki Durum Verim Eğresi Güç Tüketimi 8 6 4 5 1 15 5 Şimdiki Durum Güç Tüketimi
II- Çıkıs Vanasının Kısılması Analizi Maksimum debisi 4 m 3 /h olan Ø 168 çark çapında ki pompanın çıkış vanası hat debisi m 3 /h olacak şekilde kısılarak pompanın karşısında ki direnç yükseltilecektir. Bu durumda çeşitli debi ihtiyaçlarında pompa performansı incelenecektir.
Vana Kısılması Veri Toplama Tablosu Ölçülen Debi Emiş Basıncı Çıkış Basıncı Güç Kollektör Basıncı Uçtaki Basınç Qp ( m³/h ) Ps ( kpa ) Pd ( kpa ) L ( kw ) Pk (kpa ) Pe ( kpa ) 11,79 696,,56 673 684 5 11,79 79,4 3,69 676,3 661,3 1 11,63 674, 4,56 576,9 561,3 15 1,63 583,6 5,41 378,1 345 9,77 5,6 6,1 149,4 16,9 Çıkış Vanası Kısılması Özet Tablosu Ölçülen Debi Giriş Hızı Çıkış Hızı Basma Yük. Teorik Güç Toplam Verim Birim Güç Tüketimi Qp ( m³/h ) Vs ( m/sn ) Vd ( m³/h ) H (m ) Lt ( kw ) ɳ ( % ) ( kw / m³ ),, 69,86,, - 5,355,611 71,,97 6,7,74 1,71 1,3 67,68 1,84 4,4,46 15 1,65 1,834 58,6,39 44,3,36 1,4,446 5,31,74 44,76,31
Çıkış Vanası Kısılması Durumunda Pompa Eğrileri Basma Yüksekliği ( Hm ) 1 9 8 7 6 5 4 3 1 5 1 15 5 Vana Kısma Durumu Pompa Eğrisi Debi ( m³/h ) Verim Eğrisi Güç Tüketimi 5 4 3 1 7 6 5 4 3 1 5 1 15 5 Vana Kısılması Durumu Verim Eğrisi 5 1 15 5 Vana Kısma Durumu Güç Tüketimi
Mevcut Durum İle Çıkış Vanasının Kısılması Durumlarında Pompa Eğrilerinin Karşılaştırılması 1 9 8 7 Basma Yüksekliği ( Hm ) 6 5 4 3 1 Debi ( m³/h ) 5 1 15 5 Mevcut Durum Pompa Eğrisi Vana Kısılması Durumu Pompa Eğrisi
Mevcut Durum İle Çıkış Vanasının Kısılması Durumlarında Pompa Eğrilerinin Karşılaştırılması Verim Eğrisi 5 45 4 35 3 5 15 1 5 5 1 15 5 Mevcut Durum Verim Eğrisi Vana Kısılması Durumu Verim Eğrisi 7 6 Güç Tüketimi 5 4 3 1 5 1 15 5 Mevcut Durum Güç Tüketimi Vana Kısılması Durumu Güç Tüketi
III- Çark Çapının Tornalanması Durumu Analizi Mevcut pompa çarkının Ø 156 çapa tornalanması durumunda, çıkış vanasının tam açık pozisyonunda çeşitli debi ihtiyaçlarında ki pompa performansı incelenecektir.
Çark Çapının Tornalanması Durumu Veri Toplama Tablosu Çıkış Ölçülen Debi Emiş Basıncı Basıncı Güç Kollektör Basıncı Uçtaki Basınç Qp ( m³/h ) Ps ( kpa ) Pd ( kpa ) L ( kw ) Pk (kpa ) Pe ( kpa ) 1, 646,,57 617,5 61,9 5 1,5 64,3 3,56 61,6 595,4 1 11,54 584,9 4, 545,6 59,4 15 1,9 55, 4,94 448,1 413,1 9,97 41,6 5,5 34,5 94,4 4 9,1 33,8 5,8 1,6 147,5 Çark Çapının Tornalanması Durumu Özet Tablosu Ölçülen Debi Giriş Hızı Çıkış Hızı Basma Yük. Teorik Güç Toplam Verim Birim Güç Tüketmi Qp ( m³/h ) Vs ( m/sn ) Vd ( m³/h ) H (m ) Lt ( kw ) ɳ ( % ) ( kw / m³ ),, 64,7,, - 5,355,611 64,1,87 4,5,71 1,71 1,3 58,58 1,59 37,97,4 15 1,65 1,834 5,55,6 41,79,33 1,4,446 41,31,5 4,74,8 4 1,74,935 3,38 1,99 34,3,4 Benzeşim Hesaplamaları Debi Basma Yük. Güç Qp ( m³/h ) H (m ) L ( kw ), 55,8,6 4,64 55,9,85 9,9 5,51 3,36 13,93 43,59 3,96 18,57 35,6 4,4,9 6, 4,64
Çarkı Kesik Pompa Eğrileri Basma Yüksekliği ( Hm ) Verim Eğrisi 1 9 8 7 6 5 4 3 1 6 5 4 3 1 5 1 15 5 Çarkı Kesik Pompa Eğrisi Debi ( m³/h ) 5 1 15 5 Çarkı Kesik Pompa Verim Eğrisi Güç Tüketimi 7 6 5 4 3 1 5 1 15 5 Çarkı Kesik Pompa Güç Tüketimi
Mevcut Durum ile Çarkı Kesik Pompa Eğrilerinin Karşılaştırılması 1 9 8 Basma Yüksekliği ( Hm ) 7 6 5 4 3 1 5 1 15 5 Debi ( m³/h ) Şimdiki Durumda Pompa Eğrisi Çarkı Kesik Pompa Eğrisi
Mevcut Durum ile Çarkı Kesik Pompa Eğrilerinin Karşılaştırılması 5 4 Verim Eğrisi 3 1 5 1 15 5 Şimdiki Durum Verim Eğrisi Çarkı Kesik Pompa Verim Eğrisi 7 6 5 Güç Tüketimi 4 3 1 5 1 15 5 Şimdiki Durum Güç Tüketimi Çarkı Kesik Pompa Güç Tüketimi
İnvertör Manuel Kontrolü Veri Toplama Tablosu Frekans : 45 Hz Ölçüm Değerleri İnvertörün Manuel Kumandası Durumu 45 Hz. Ölçülen Debi Emiş Basıncı Çıkış Basıncı Güç Kollektör Basıncı Uçtaki Basınç Qp ( m³/h ) Ps ( kpa ) Pd ( kpa ) L ( kw ) Pk (kpa ) Pe ( kpa ) 5 11,83 583,6,9 56 555 1 11,17 536,5 3,71 57,5 488,1 15 1,88 457,9 4,36 48,1 39,5 9,6 345,3 4,8 73,8 39,4 İnvertörün Manuel Kumandası Durumu Özet Tablosu Ölçülen Debi Giriş Hızı Çıkış Hızı Basma Yük. Teorik Güç Toplam Verim Birim Güç Tüketmi Qp ( m³/h ) Vs ( m/sn ) Vd ( m³/h ) H (m ) Lt ( kw ) ɳ ( % ) ( kw / m³ ) 5,355,611 58,38,79 7,4,58 1,71 1,3 53,68 1,46 39,39,37 15 1,65 1,834 45,75 1,87 4,85,9 1,4,446 34,48 1,88 38,95,4 Benzeşim Hesaplamaları. Frekans Debi Basma Yük. Güç Hz ( % ) Qp ( m³/h ) H (m ) L ( kw ) 45 9 4,5 47,9,11
İnvertörün Manuel Kumandası Durumumu ( 45 Hz. ) Pompa Eğrileri Basma Yüksekliği ( Hm ) 1 8 6 4 5 5 1 15 5 İnvertör 45 Hz Çalışma Pompa Eğrisi Debi ( m³/h ) Verim Eğrisi 4 3 1 5 1 15 5 Güç Tüketimi 7 6 5 4 3 1 İnvertör 45 Hz. Çalışma Verim Eğrisi 5 1 15 5 İnvertör 45 Hz Çalışma Güç Tüketimi
İnvertörün Manuel Kumandası Durumu 4 Hz. İnvertör Manuel Kontrolü Veri Toplama Tablosu Frekans : 4 Hz Ölçülen Debi Emiş Basıncı Çıkış Basıncı Güç Kollektör Basıncı Uçtaki Basınç Qp ( m³/h ) Ps ( kpa ) Pd ( kpa ) L ( kw ) Pk (kpa ) Pe ( kpa ) 5 11,96 461, 443,8 4,6 1 11,83 4,5,77 385,9 376,3 15 11,5 317 3,6 78,8 51,9 9,81 4,4 3,66 13,6 91,3 Hesaplanan Değerler Ölçülen Debi Giriş Hızı Çıkış Hızı Basma Yük. Teorik Güç Toplam Verim Birim Güç Tüketmi Qp ( m³/h ) Vs ( m/sn ) Vd ( m³/h ) H (m ) Lt ( kw ) ɳ ( % ) ( kw / m³ ) 5,355,611 45,85,6 8,11,44 1,71 1,3 39,94 1,9 39,5,8 15 1,65 1,834 31,36 1,8 39,7, 1,4,446,8 1,9 9,87,18 Benzeşim Hesaplamaları. Frekans Debi Basma Yük. Güç Hz ( % ) Qp ( m³/h ) H (m ) L ( kw ) 4 8 8, 5,56 1,14
İnvertörün Manuel Kumandası Durumumu ( 4 Hz. ) Pompa Eğrileri 1 8 Basma Yüksekliği ( Hm ) 6 4 5 1 15 5 İnvertör 4 Hz Çalışma Pompa Eğrisi Debi ( m³/h ) 5 Verim Eğrisi Güç Tüketimi 4 3 1 7 6 5 4 3 1 5 1 15 5 İnvertör 4 Hz Verim Eğrisi 5 1 15 5 İnvertör 4 Hz Çalışma Güç Tüketimi
İnvertör 4-45 Hz Çalışma Durumu Eğrilerinin Karşılaştırılması 1 9 8 Basma Yüksekliği ( Hm ) 7 6 5 4 3 1 5 1 15 5 İnvertör 4 Hz Çalışma İnvertör 45 Hz Çalışma Debi ( m³/h )
İnvertör 4-45 Hz Çalışma Durumu Eğrilerinin Karşılaştırılması 5 Güç Tüketimi 4 3 1 5 1 15 5 İnvertör 4 Hz. Verim Eğirisi İnvertör 45 Hz Verim Eğrisi Güç Tüketimi 7 6 5 4 3 1 5 1 15 5 İnvertör 4 Hz Güç Tüketimi İnvertör 45 Hz Güç Tüketimi
Mevcut Durum Çark Tornalanması İnvertör 45 Hz Eğrilerinin Karşılaştırılması Basma Yüksekliği ( Hm ) 1 9 8 7 6 5 4 3 1 5 1 15 5 Debi ( m³/h ) Şimdiki Durum Pompa Eğrisi Çarkı Kesik Pompa Eğrisi İnvertör 4 Hz Çalışma Pompa Eğrisi
Mevcut Durum Çark Tornalanması İnvertör 4 Hz Eğrilerinin Karşılaştırılması Verim Eğrisi 5 45 4 35 3 5 15 1 5 5 1 15 5 Şimdiki Durum Verim Eğrisi Çarkı Kesik Pompa Verim Eğrisi İnvertör 4 Hz Verim eğrisi 7 6 Güç Tüketimi 5 4 3 1 5 1 15 5 Şimdiki Durum Güç Tüketimi Çarkı Kesik Pompa Güç Tüketimi İnvertör 4 Hz Çalışma Güç Tüketimi
Mevcut Bir İşletmede Pompaların Detaylı İncelemesinden Önce Ön Elemenin Yapılması ( 3 ) Motor boyutuna göre ve çalışma süresine göre ön eleme yapınız. Karmaşık sistemlerin incelenmesini en sona bırakınız. Vanaların kısılması yöntemi ile akışın kontrol edildiği sistemlere bakınız.
Mevcut Bir İşletmede Pompaların Detaylı İncelemesinden Önce Ön Elemenin Yapılması ( 3 ) Bypass hatlarının ve minimum akış vanalarının olduğu sistemler (bypass akışı nominal debinin % 5 inden daha büyük ise inceleyiniz. Paralel çalışan pompa sistemleri özellikle çalışan pompanın nadiren değiştiği sistemler. Çok sık devreye girip çıkan sistemler pompa şalt sayısının yüksek olduğu sistemler.
Mevcut Bir İşletmede Pompaların Detaylı İncelemesinden Önce Ön Elemenin Yapılması ( 3 ) Pompa veya vanalardan aşırı kavitasyon sesinin geldiği sistemler. Prosesteki kapasite ihtiyacının çok değişken olduğu sistemler. Kapasite arttırımı neticesinde pompa sayısının arttırıldığı sistemler. Sistemin ihtiyacından daha fazla kapasitenin transfer edildiği sistemler incelenmeye değerdir.
TEŞEKKÜRLER
Yararlanılan Kaynaklar (1) Sistem Verimliliği; Rotodinamik Pompalı Enerji Verimliliği Yüksek Tesisler için Bir Rehber ( 6 Europump ) () Dena, Alman Enerji Acentası ( EEMODS 5 ) (3) Elektrik İşleri Etüt İdaresi SEY Kurs Notları ( 1 )