Pompa Sistemlerinde Enerji Verimliliği

Energy Industry Building Services Water Waste Water Mining Pompa Sistemlerinde Enerji Verimliliği Vahap UĞURLUDEMİR Endüstri Mühendisi Adana Bölge Müdürü KSB Pompa, Armatür San. Ve Tic. A.Ş. Türkiye

Avrupa Birliğinde elektrik tüketimi dağılımı Diğer 2% Yol aydınlatma 24% Endüstri 42 % Tarım 2 % Konutlar 30 % Endüstri toplam dağılımda en büyük oranda elektrik tüketir.

Türkiye de elektrik tüketimi dağılımı

Endüstride elektrik tüketimi Diğer 32% Pompalar 30% Pompalar endüstride en büyük enerji tüketen ekipmanlardır. Kompresörler, Soğutucular 24% Vantilatörler, fanlar 14%

Endüstri türüne göre enerji tüketimi Enerji tüketimi Demir dışı metaller 2% Makina imal 2% Gıda 8% (TEP) Tekstil 8% Mobilya ve Orman ürün. 1% Demir, çelik 30% Kağıt 4% Kimya, petrol 19% Çimento, cam 26%

Ömür boyu maliyet 10 yıllık ömür boyunca toplam maliyet dağılımı Tamir/bakım Orta kapasiteli endüstriyel pompa Endüstriyel pompa çok seyrek uzun seyahatler için kullanılan küçük/orta ölçekli küçük dizel motorlu bir arabaya benzetilebilir İlk yatırım Enerji VDMA kampanyası Almanya da pompa sistemlerindeki tasarruf potansiyeli : Yılda 14 milyar KWh Diğer Bunun yıllık eneji maliyetinde işletmeciye sağlayacağı avantaj 1.12 milyar Euro ve CO² emisyonundaki azalma 7.7 milyon ton

Küçük güçlü pompaları optimize edin! Pompa sistemlerinin ortalama tasarruf potansiyeli Pompanın yüksek verimlilikte seçilmesi 3% İyileştirme imkanları En uygun pompanın seçimi 4% Tesisatın iyileştirilmesi/ Periyodik bakım 3% Sistem dizaynının/yerleşimin iyileştirilmesi 10% Pompa sisteminin kontrol şekli 20% Muhtemel tasarruf potansiyeli 40% (tüm uygulamaların ortalaması)

Pompa popülasyonu [%] Güç tüketimi [%] Küçük güçlü pompaları optimize edin! Pompalar tarafından tüketilen gücün 50% si 50 hp dan küçük 40.0% Güç tüketimi 15.0% 10.0% 20.0% Pompa dağılımı 5.0% 0.0% 1-5 6-20 21-50 51-100 101-200 201-500 501-1000 1000+ Güç aralığı [hp] 0.0% Kaynak : U.S. Department of Energy, Office of Energy Efficiency and Renewable Energy: United States Industrial Electric Motor Systems Market Opportunities Assessment ; 2002

Araştırma 20 farklı işletmede incelenen 1690 pompanın Ortalama pompa verimi %40 ın altında Pompaların %10 undan fazlası %10 un altında verimle çalışıyor Pompa performansını etkileyen ana sebepler Gereğinden büyük seçilmiş pompalar Kısık vanalar Sızıntılar (yüksek işletme maliyetine sebep olur) Kaynak : Expert systems for diognosis & performance of centrifugal pumps, 1996

Enerji israfına son Enerji tasarrufu için 4 seçenek Optimum pompa seçimi Devir ayarlama Çark tıraşlama Yüksek verimli motor kullanımı

Çeşitli optimizasyon yolları Boru çaplarının uygun seçilmesi Pompa sistem borulamasının optimun çözümü İhtiyaca göre düzenlenen işletme Uygun kontrol stratejileri 60% a kadar M Sistem Pompa işletme değerlerinin belirlenmsinde gerektiği kadar tolerans dikkate alınarak seçim yapılması İşletme değerlerine en uygun çark çapının seçilebilmesi (çarkın tornalanabilme özelliği) 10% a kadar M 3~ 3~ 3~ Modül Tüm bileşenlerin yüksek verimde seçilmesi (mesela Eff1 motorlar) 3~ 3~ Yaklaşık 3,5% M 3~ Bileşenler

Pompa seçimi Pompa seçimi Enerji maliyetlerini azaltmanın en önemli adımı

Planlama aşamasında pompa seçimi çoğunlukla artırılmış kapasite ile sonuçlanır Özellik: kapasite Q Boru hattının kabaca belirlenmesi (borulama, vanalar, v.s.) Basma yüksekliğinin belirlenmesi H Pompa seçimi (Q, H değerlerine göre) X Diğer ekipmanların seçimi Borulamanın ve ekipmanların detaylı planlaması Muhtemelen gereğinden büyük pompa seçimi

Gereksiz emniyet paylarından kaçının! Planlama aşamasında toleransların etkisi Pompa seçimi Sistem ihtiyacı Q ve H Muhtemelen gereğinden büyük pompa seçimi Kireçlenmeye karşı emniyet payı 10 % Kısa dönemli muhtemel aşırı yüklere karşı emniyet payı 20 %

Örnek ; Gereğinden büyük pompa seçimi Hesaplanan sistem gereksinimi : 173 m 3 /h @ 55 m İşletme ; gelecekte kapasiteyi 250 m 3 /h e çıkartmak istiyor Mühendis ; boru kayıplarından emin değil basma yüksekliğini %10 artırır Şef ; hesaplamaları sağlama almak için basma yüksekliğini %15 artırır Satınalma departmanı ; pompa üreticisine talebi 250 m 3 /h @ 70 m olarak gönderir Üretici ; talebi karşılayacak en verimli pompayı seçer temin edilen pompa Debi %44, basma yüksekliği %26 oranında gereğinden büyük

Örnek ; Gereğinden büyük pompa seçimi Hesaplanan sistem gereksinimine göre pompa seçimi : 173 m 3 /h @ 55 m Seçilen pompa ; Mega 80-200 Verim : %82,9 Mil gücü :31,3 kw Motor gücü : 37 kw Fiyatı : 3000 Yükseltilmiş değerlere göre pompa seçimi : 250 m 3 /h @ 70 m Seçilen pompa ; Mega 100-250 Verim : %79,2 Mil gücü :60,9 kw Motor gücü : 75 kw Fiyatı : 4500 [m] 56 52 48 44 40 36 32 28 24 20 16 [m] 4 [%] 70 60 [kw] 20 10 Basma Yüksekliği NPSH-değerleri Verim Nominal güç 173 m³/h 210 210 210 210 (P2) 0 40 80 120 160 200 240 [m³/h] 1 55,1 m 5,01 m 82,9 % 31,3 kw [m] 75 70 65 60 55 50 45 40 35 30 [%] 70 Verim 60 50 40 [m] 6 4 [kw] 40 Basma Yüksekliği NPSH-değerleri Nominal güç 251 m³/h 240 240 240 240 (P2) 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380 400 [m³/h] 1 70,6 m 79,2 % 6,33 m 60,9 kw

Örnek ; Gereğinden büyük pompa seçimi Gereğinden büyük seçilmiş pompa sisteme yerleştirildiğinde yeterli karşı direnç göremeyeceği için ihtiyaçtan fazla debi verecek İhtiyaç olunan debiyi sağlamak için pompanın önündeki vana kısılmak zorunda kalınacak Seçilen pompa ; Mega 100-250 İhtiyaç olan debi : 173 m 3 /h Sağlanması gereken karşı direnç : 77,8 m Verim : %71,2 Mil gücü :51,2 kw Motor gücü : 75 kw Fazladan harcanacak enerji : 19,9 kw Yıllık enerji kaybı * : 12.035 [m] 75 70 65 60 55 50 45 40 35 30 [%] 70 60 50 40 [m] 6 Basma Yüksekliği Verim NPSH-değerleri 3 2 1 240 240 240 70,6 m 79,2 % 6,33 m * Pompanın yıllık çalışma süresi ; 8640 saat enerji maliyeti : 0,07 /kwh 4 [kw] Nominal güç 240 (P2) 60,9 kw 40 251 m³/h 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380 400 [m³/h]

Hız kontrolu Hız kontrolu Motor hız ayarlaması- 60 % a kadar enerji tasarrufu

Bypas hattı ile debi ayarlama Pompaya paralel olarak kullanılan baypas hattı Basma tarafında debinin faydalı ve baypas debisi olarak ayrılması Bypas debisinin pompanın emme ağzına geri dönmesi Tam yükte pompa işletmesi Hiç enerji tasarrufu yok!

Güç [%] Basma yüksekliği [%] Vana kısma ile debi ayarlama 160 140 Sistem eğrisi (düşük yük) B 2 Vana kısma Sistem eğrisi (tam yükte) Sisteme bir kısma vanası 120 yerleştirmek 100 80 60 Fazladan karşı direnç B 1 Sistem direncinin değiştirilmesi ile sistem eğrisinin etkileşimi 40 20 Sistemin ihtiyacı Sabit devirde pompa çalışması 0 120 20 40 60 80 100 P W1 Debi [%] 80 40 Tasarruf edilen güç P W2 Kaybedilen enerji Yaklaşık 70 % 0 20 40 60 80 100 Debi [%]

Değişken hız ile debi ayarlama H [%] 160 140 120 100 80 60 40 20 0 P W [%] 100 80 60 40 20 0 B 2 50 % B 1 70 % n = 100 % 90 % 20 40 60 80 100 Q [%] Tasarruf edilen güç P 2 50 % P 1 70 % n = 100 % 90 % 20 40 60 80 100 Q [%] Gereksiz karşı direnç yok, dolayısıyla enerji israfı da yok Devir sayısını düşürerek debiyi azaltmak ile işletme noktası sistem eğrisi üzerinde B1 den B2 ye kayar Küçük bir çabayla max. fayda ve yüksek verimlilik 60% a kada enerji tasarrufu mümkündür

Değişken devir kontrolunda benzeşim kuralları uygulanır Debi Basma yüksekliği Giriş gücü Q 2 Q 1 H 2 H 1 P 2 P 1 n 2 n 1 n 2 n 1 n 2 n 1 2 3 Devrin değişim oranına eşit olarak debi değişir Devrin değişim oranının karesiyle orantılı olarak basma yüksekliği değişir Devrin değişim oranının kübü ile orantılı olarak güç değişir

Devir ayarlama ile 60% a varan tasarruf Sistem eğrisi (kısk vana) Çalışma noktası Sistem eğrisi Sabit devirde %60 güç kaybı Örnek Etanorm 32-200, 209 mm çark çapı- P = ρ * g * Q * H ^ = Fläche

Çark çapının tornalanması Çark tornalama Çark ayarlama: ortalama enerji tasarrufu: 10 %

Çark tornalama : Enerji tasarrufu için hızlı ve kolay bir yol D D tornalanan tam 2 Q Q tornalanan tam P ~ Q x H x (ρ x g) H H tornalanan tam ØD tornalanan ØD tam Örnek: çark çapının 10 % azaltılması : D tam : 200 mm D tornalanan : 180 mm Q ~ (0.9)²= 0.81 H ~ (0.9)² = 0.81 P ~ 0.81 x 0.81 = 0.65 Yaklaşık enerji tasarrufu 35 %

Çark tıraşlama ile tasarruf potansiyeli Çark tıraşlamak milgücünü azaltır, bazen kullanılacak motor gücü bile azalır. Örnek : Etaline 65-160

Liste fiyatı [ ] Çark tornalama motor gücünü ve ilk yatırım maliyetlerini düşürür 15.000 10.000 CPKN 50-250 Kaide / kaplin 30 kw Motor 22 kw CPKN 50-250 İlk yatırım maliyetinde 5% tasarruf 5.000 Pompa Tam çark çapı Tornanmış çark çapı

Eff1 Motorlar EFF1 Motor KSB de standart: Enerji kazanımı : 3 % e kadar

CEMEP e göre motor enerji sınıfları Standart asenkron motorlar için üç farklı enerji verimlilik sınıfı : 2 ve 4 kutuplu motorlarda 1,1 ile 90 kw arasında geçerli EFF1: Yüksek verimli motorlar EFF2: Verimi geliştirilmiş motorlar EFF3: Düşük verimli motorlar Kaynak : Siemens Katalog D81.1 20081/2 (nach CEMEP)

Verim [%] SIEMENS Eff1 ve Eff2 motor karşılaştırması EFF 1 motorlar EFF2 Motorlardan daha fazla kazandırır 90 3% 1,5% 1,2% 80 EFF1 100% yükte EFF2 100% yükte 70 60 Güç [kw] Kaynak: Siemens alçak voltaj motor kataloğu : D 81.1 2006

Enerji maliyeti [ ] Eff1 kendini hemen amorti eder Varsayım : Çalışma süresi 4.500 saat/yıl, enerji maliyeti : 0,08 /kwh 7.000 6.000 5.000 4.000 3.000 EFF1 1.930 EUR/yıl tasarruf sağlar EFF1 1.304 EUR/yıl tasarruf sağlar EFF1 1.085 EUR/yıl tasarruf sağar EFF2 EFF1 EFF2 EFF1 EFF2 EFF1 2.000 1.000 0 Motor sayısı : Güç P 2 : Amorti süresi : 40 motor 1,5 kw (60 kw) 3.300 saat 10 motor 15 kw (150 kw) 5.700 saat 4 motor 75 kw (300 kw) 4.700 saat

Yeni enerji sınıflarına bakış Yeni standar IEC 60034-30 e göre (Ekim 2008 den itibaren) enerji sınıfları IE1 den IE3 (IE4) e kadar tanımlanmıştır Hedef: dünya çapında standart enerji snıfları IEC Enerji sınıfı IEC kodu EFF kodu NEMA Super premium verimli (IE4) Premium verimli IE3 NEMA Premium Yüksek verimli IE2 EFF1 EPAct Standart verimli IE1 EFF2 Standart verimden düşük - EFF3

Opsiyonel : Süper verimli motorlar Motor Fa. REEL* *Kaynak: Fa. REEL

2,2 kw motorun verimi yaklaşık 90% KSB tarafından doğrulanmıştır Devir 1501 min -1 Güç 2,2 kw Motor verimi 89,3 %

Özet Enerji tasarrufu için 4 seçenek Pompa seçimi EFF1 Motorla Enerji maliyetlerini azaltmanın en önemli adımı Enerji kazanımı: 3 % e kadar Hız kontrolu Çark tornalama Motor hız ayarlaması- Enerji tasarrufu: 60 % a kadar Çark ayarlama: ortalama enerji tasarrufu: 10 %

İlginiz için teşekkür ediyoruz