1. GİRİŞ 1.1. Genel Sulama, bitkinin ihtiyaç duyduğu suyun zamanında ve gerektiği miktarda bitki kök bölgesine verilmesidir. Sulama, tarımsal üretim teknikleri içerisinde önemli bir yer tutar. Birim alandan yüksek verimin alınmasını sağlayan sulama entansif üretim tekniklerinin en başta gelenidir. Sulamanın verimi % 40 dolayında artırdığı saptanmıştır. Yoğun tarımın yapılmasında yedi önemli teknik bulunmaktadır (Tezer 1978). Bunlar: 1) Toprak ve su kaynaklarından en iyi şekilde yararlanma, 2) Sulama, 3) Gübreleme, 4) Tarımsal savaş, 5) Tarımsal mekanizasyon, 6) Yüksek nitelikli tohumluk kullanımı, 7) Tarımsal öğretim ve eğitimdir. Toprak ve su kaynaklarından en iyi şekilde yararlanılmalıdır. Toprak çeşidine ve özelliğine göre hangi ürünün yetiştirileceği, hangi üründen en iyi verimin alınacağı iyi bir şekilde araştırılmalıdır. Mevcut su kaynaklarından en iyi şekilde yararlanma yolları aranmalı yağmurlama ve damla sulama gibi yöntemler üzerinde durulmalıdır. Gerektiği zaman kullanıldığında gübre, verimi artıran önemli bir tarımsal üretim girdisidir. Kimyasal gübreler doğrudan bitkinin yararlanabileceği gıda maddelerini sağlarken organik gübreler toprağın yapısını düzelterek bitkiye dolaylı yönden fayda sağlar. Bitkilere zarar veren böcek, mantar ve yabancı otlar ile hastalıkları ortadan kaldırmak için yapılan uygulamalara tarımsal savaş denir. Tarımsal savaşta en önemli nokta ilaçlamanın doğru zamanda, doğru yerde, minimum miktarda, en az girdi kullanımıyla yapılması ve çevreye en az zararın verilmesidir. Olabildiğince kimyasal yöntemin dışındaki koruyucu, kültürel, fiziki, biyolojik yöntemlerin kullanılması önerilir. Tarımsal mekanizasyon bir anahtar teknolojisidir ve diğer tarımsal teknolojilerin etkinliğini artırır. Tohumun ekiminden, bitkinin hasadına kadar geçen evrelerin hepsinde tarımsal mekanizasyona ihtiyaç vardır. Tarımsal mekanizasyon kaliteyi artırır, zamandan ve işçilikten tutum sağlar. Tarımsal üretim yaparken yüksek nitelikli, kaliteli damızlık materyal kullanılması diğer bir vazgeçilmez unsurdur. Bu sayılanların dışında belki de hepsinden önemlisi, tarımsal öğretim ve eğitimdir. Çiftçilerin, teknisyenlerin, mühendislerin kısaca tarımla ilgili herkesin eğitilmesi ve gerekli bilgilerin öğretilmesi, eski yöntemlerin ve klasik uygulamaların terk edilerek usulüne uygun tarımın yapılması, birim alandan alınacak verimi artıracak ve tarımımızı modernleştirecektir. Sulama ve su çıkartma makinelerinin tarihçesi incelendiğinde sulama tekniğinin uzun zamandan beri uygulandığı bilinmektedir. Eski zamanlarda yapılmış ve günümüze kadar ulaşabilen su yapıları eski uygarlıkların sulama suyu sağlamada geçirmiş olduğu aşamaları bize göstermektedir. Mevcut kayıtlar sulamanın 12 500 yıldan beri yapıldığını göstermektedir. M.Ö. 5000 yıllarında Perslerin, M.Ö. 4000 yıllarında Babillerin sulamayla tarımsal üretimi artırdıkları bilinmektedir. Suyun öneminin anlaşılmasından bu yana suyun iletilmesi yolları aranmış ve değişik 1
uygulamalar gerçekleştirilmiştir. Suyun iletilmesinde kullanılan en eski aletin Arşimed vidası olduğu kabul edilmektedir. Arşimed vidası helezon ileticilere benzemektedir (Şekil 1.1). Şekil 1.1. Arşimed vidası Vidanın dönmesiyle su kanatlar yardımıyla iletilmektedir. Su arıtma tesislerinde bugün bile Arşimed vidası kullanılmaktadır. Su çarkına benzer hayvan gücü ve insan gücü kullanmayan alet ilk defa Çin de görülmüş ve Noria adı ile anılmıştır. Noria da büyük bir çark ve çarkın çevresine bağlanmış çok sayıda ucu açık boru vardır. Nehrin akıntısı çarkı çevirdikçe her bir boru nehre dalarak suyu almakta ve çarkın üstünde (tepesinde) bir kanala bırakmaktadır. Noria da daha sonraları borular yerine kovalar takılmış ve bu kovalar çarka oynak olarak bağlanmıştır (Şekil 1.2). Norianın maksimum iletme yüksekliği 9-12 m arasında değişen çark çapıyla sınırlı kalmıştır. Mısır lılar derin kuyulardan su çıkartmak için sonsuz bir zincire kova ya da çanak monte etmişler ve buna insan ya da hayvanlarla hareket vererek su çıkartmışlardır (Şekil 1.3). 18. Yüzyılın sonlarına kadar İngiltere de kullanılan pozitif bir yer değiştirmeli pompa Şekil 1.4 de verilmiştir. Pistonların ileri-geri hareketiyle strok mesafesi kadar su yukarı pompalanmaktadır. Su çıkartma araçlarından: pistonlu pompalar ilk olarak M.Ö. 140 yılında İskenderiye de yaşamış olan Ktesibius tarafından bulunmuştur. 1855 yılında Amerika da J.F. Vose çift silindirli pistonlu pompayı imal etmiştir. Su borusu 1772 yılında İngiltere nin Derby şehrinde John Whithurst tarafından imal edilmiştir. Daha sonraları Mont Golfier kardeşler 1796 yılında otomatik su koçunu yapmışlardır. 2
Şekil 1.2. Noria ile su iletimi Şekil 1.3. Kovalı zincirle derin kuyularda su çıkarılması Şekil 1.4. Pozitif iletimli ilk pompa 3
Santrifüj pompaların ne zaman yapıldığı bilinmemektedir. Ancak basit santrifüj pompanın 1680 yılında Johann Jordan tarafından imal edildiği bilinmektedir. Deniz Papin 1689 yılında bir pompa geliştirmiştir. Bugünkü santrifüj pompalara benzeyen ilk pompa 1818 yılında Boston şehrinde yapılmıştır. 1846 yılında İngiltere de Appold, Thomson ve Gwynne kardeşlerin ticari amaçlar için santrifüj pompa imalatına başladıkları bilinmektedir. İlk yıllarda imal edilen santrifüj pompalar tek kademeli ve çalışma hızları oldukça düşüktü. Bunların su iletim yükseklikleri 1,5-4,5 m ve verimleri de % 40-50 arasında değişmekteydi. Santrifüj pompalarda difizör 1875 yılında Reynolds tarafından bulunmuştur. 1893 yılında ise uygulamaya aktarılmıştır. 1896 yılında Sulzer İsviçre de ve Byron Jackson San Fransisko da aynı zamanda difizörlü pompayı imal etmişlerdir. Aynı yıl Sulzer dört kademeli bir santrifüj pompa imal ederek 315 l/s verdiyi 138 m yüksekliğe iletmeyi başarmıştır. İlk derin kuyu pompası 1901 yılında yine Byron Jackson tarafından imal edilmiştir. Son yıllarda santrifüj pompalar üzerinde yapılan geniş çaptaki araştırmalar, çok büyük kapasiteli pompaj tesislerinin kurulmasına olanak sağlamıştır. 1.2. Pompaj Tesisi ve Özellikleri Sulama pompaj tesislerinde suyun kaynağından alınarak sulanacak bölgeye iletilmesinde suya belirli bir enerjinin kazandırılması gerekmektedir. Suyun kaynak ile tarla arasında iletilmesinde kullanılan mekanik araç ve gereçlerin tümüne pompaj tesisi denmektedir. Bir pompaj tesisinin amacı; sulama suyunu zamanında, yeterli miktarda, en az enerji tüketimi ve en az işletme gideri ile iletmektir. Şekil 1.5 de bir pompaj tesisinin genel görünüşü verilmiştir. Şekilden de görüldüğü gibi bir pompaj tesisi, üç ana kısımdan oluşur. Bunlar: a) Pompa (iş makinesi), b) Motor (kuvvet kaynağı), c) Boru hatları ve diğer yardımcı parçalardır. Su, kaynaktan emme borusu yardımıyla emilmekte ve basma borusuyla tarlaya iletilmektedir. Pompa hareketini kuvvet kaynağı olan motordan almakta ve suya vererek suyun enerji kazanmasını sağlamaktadır. Suyun birim ağırlığına verilen enerji (kp.m/kp= m) bir yükseklik terimini belirtir ve genellikle metre su sütunu (mss) olarak anılır. Bu yükseklik terimi, su kütlesinin serbest yüzeyi ile herhangi bir referans düzlemi arasındaki düşey uzaklıktır. Pompanın suya verdiği enerji su kaynağı ile tarla arasındaki yükseklik farkını, borularda ve diğer yardımcı parçalarda oluşan yük kaybını yenecek değerde olmalıdır. Su kaynağı ile tarla arasındaki düşey yükseklik Hg ve borular ile diğer yardımcı parçalardaki yük kayıpları Hk ile gösterilirse suyun hareketi için gerekli olan toplam enerji (Hm). H m H H olur. g k 4
Şekil 1.5. Pompaj tesisi Bu enerjiyi suya veren, iş makinesi olan pompadır. Pompanın en az toplam enerji olan Hm kadar yüksekliğe eşdeğer enerjiyi suya vermesi gerekmektedir. Pompa motordan aldığı mekanik enerjiyi suya verirken değiştirmektedir. Pompaj tesisinde suyun iletilmesinde genel olarak rotodinamik (santrifüj) pompalar kullanılır. Santrifüj pompalarda hareket enerjisi çark içindeki hız değişimi ile sağlanmaktadır. Hız enerjisindeki artış ile su iki nokta arasında iletilebilir. Kuvvet kaynağı, benzin (Otto), Diesel yada elektrik motoru olabilmektedir. Bazen de traktör kuyruk mili, kuvvet kaynağı olarak kullanılabilmektedir. Pompaj tesisinde su kaynağından (a) ile sulanacak tarla (b) noktaları arasında (Q) verdisi ile (Hm) toplam yüksekliğe iletilecek olan suyun özgül ağırlığı ( ) gösterilirse, pompanın suya birim zamanda verdiği enerji veya pompanın verdiği güç (hidrolik güç). Q.Hm. PVG(hBG) olur. 75 Bu değer, yararlı güç veya çıkış gücü olarak bilinir. Bir iş makinesi olan pompada enerji değişimi sırasında çeşitli kayıplar oluşur. Diğer bir deyişle enerjinin bir bölümü hidrolik enerji dışında çeşitli kayıpları karşılamak için 5
kullanılır. Bu nedenle pompanın miline uygulanması gereken güç, hidrolik güçten daha fazla olmalıdır. Buna göre; pompanın miline uygulanması gerekli güç, pompanın yuttuğu güç veya fren gücü olarak adlandırılır ve aşağıdaki şekilde yazılabilir. hbg PYG(fBG) Q.H. m p 75. p Burada: PYG(fBG) : Pompanın yuttuğu güç veya fren gücü (BG), Q : Pompanın verdisi (l/s), Hm : Manometrik yükseklik (m), : Suyun özgül ağırlığı (kp/dm 3 ), PVG(hBG) : Pompanın verdiği güç veya hidrolik güç (BG), p : Pompa verimi (%) dir. Yukarıda verilen eşitlik pompaj tesisinin temel denklemi olarak bilinir. Temel denklem içinde dört ana terim vardır. Verdi, tesisin kurulduğu koşullarda bitki cinsi, toprak tipi iklim değişkenleri ve sulanacak alan genişliğine bağlı olan sulama suyu gereksinmesine göre saptanır. Manometrik yükseklik, geometrik yükseklik ve sistemde oluşan kayıplara bağlıdır. Diğer bir değişle sistemin işletme basıncını gösterir. Pompanın yuttuğu güç, tesisin çalıştırılması için gerekli olan enerji kaynağı büyüklüğünü belirler. Pompa verimi, tesiste kullanılan santrifüj pompanın yapısal özellikleri ile tesisin işletme koşullarına bağlıdır. Pompa veriminin yüksek olması alınan enerjiye karşılık işin daha az enerji kaybı ile yapıldığını gösterir. Motor ve pompayı bir bütün olarak düşünürsek motorun çalışması için gerekli olan enerji akaryakıttan ya da elektrikten sağlanmakta ve belirli bir güce sahip olmaktadır. Bu güce yakıt (ybg) veya elektrik gücü denir. Motorda belli bir güç kaybı meydana gelmekte ve motor miline iletilen güç (mbg) yakıt ya da elektrik gücünden daha az olmaktadır. Motordan alınan ve pompa miline verilen güç eğer arada bir iletim düzeni varsa kayba uğramakta ve fbg < mbg olmaktadır. Pompa içindeki kayıplardan dolayı çıkıştaki suya fbg den daha az bir güç aktarımı yapılmaktadır (Şekil 1.6). Bu tanımlamalar göz önünde bulundurulduğunda motor verimi ( m), transmisyon verimi ( t), pompa verimi ( p) ve toplam verim ( ) den söz edilebilmektedir. Bunlar arasındaki ilişkiler şöyle tanımlanabilir. Motor (kuvvet kaynağı) verimi: Transmisyon (iletim) verimi: mbg m ybg t fbg mbg 6
Pompa verimi: Toplam verim: hbg p fbg m t.. p Pompa, kuvvet kaynağına direkt bağlanmışsa kuvvet kaynağı mil gücü, pompa giriş gücüne eşit alınabilir. Eğer motor ile pompa arasında bir güç iletim düzeni varsa, bu düzenin iletim verimi de göz önüne alınmalıdır. Verilen enerjiye karşı yapılan işin maksimum olabilmesi için toplam tesis veriminin yüksek olması gerekir. Bu da ancak, eldeki seçeneklerin iyi bir şekilde irdelenmesiyle sağlanır. Şekil 1.6. Güç dağılımı 7
8