1. YERALTISUYUNDA
KULLANILAN POMPALAR
Kaynak: Prof. Dr. İbrahim Gürer
POMPALAR VE TANIMI
-Pompalar, sıvıları bir boru hattı
içerisinde iletmeye yarayan
elemanlardır.
- Pompalar, mekanik enerjiyi hidrolik
enerjiye çeviren makinalardır.
-Pompalar genel olarak; pozitif
iletimli ve pozitif iletimli olmayan
pompalar şeklinde sınıflandırılırlar.
1
2. • Pozitif iletimli olmayan pompalar
rotadinamik pompalar, pozitif
iletimli pompalar ise
volumetrik pompalardır.
• Rotadinamik pompalar santrifüj
kuvvet prensibine göre,
• Volumetrik pompalar ise
hacim daralması prensibine göre
çalışırlar.
• Pompalar sabit ve değişken debili
olarak yapılırlar.
• Bu pompaların en çok kullanılan tipleri
pistonlu ve santrifüj pompalardır.
• Günümüzde santrifüj pompaların kullanım
alanları pistonlu pompalara göre daha
geniştir.
• Bunun yanında pistonlu pompaların
devirleri santrifüj pompalara göre daha
yüksek olsa da ,santrifüj pompalar yüksek
devirlerde çalıştıklarından ,hareket almak
için yüksek devirli makinalara ihtiyaç
duymaktadırlar.
2
3. • Pompalar, kavramalarla dairesel
hareketlerini istenen güce göre bir elektrik
motorundan alırlar, bu şekilde elektrik
enerjisi mekaniksel enerjiye, mekaniksel
enerjide hidrolik enerjiye dönüşmektedir.
• Pompalar kullanım amaçlarına, yapıldıkları
malzemelere, bastıkları sıvılara ve
şekillerine göre sınıflandırılabilirler:
• SANTRİFÜJ POMPA
• Hızlı dönen bir çark
tarafından suya
verilen merkezkaç
kuvveti kullanılan bir
su basma aletidir. Bu
pompa esas itibariyle
ters bir merkezcil
türbin olup, su çarkın
merkezinden alınır ve
çevreye itilir.
3
4. • ROTATİF POMPA
• Piston yerine döner
eleman kullanılarak
sıvıyı yükselten bir
deplasman pompasıdır.
Santrifüj pompadan
farklı olarak, suyu
yükseltmek için
merkezkaç kuvvetinden
faydalanılmaz.
• HAVA EMİLSİYONLU
POMPA
• Genellikle bu tip pompalar
kuyularda kullanılır. Basınçlı
hava kuyunun taban
seviyesindeki bir delikten
suyun içine kabarcıklar
şeklinde basılır. Su ve hava
kabarcıklarından meydana
gelen hava emilsiyonu,
etrafındaki sudan hafif
olduğu için çıkış borusunda
yükselir ve dışarı akar.
4
5. • DALGIÇ POMPA
• Zıt hareketli bir
pompadır. Pompanın
dalgıç pistonu silindir
duvarları ve çeperleri ile
temas etmez.
Yapılışına göre içte,
dışta veya eksantirik
olan sızdırmazlık
contalarının içine girer
çıkar. Tek ve çift etkili
dalgıç pompa olarak iki
çeşittir.
5
7. • DERİN KUYU POMPASI
• Bu cins pompalar derin
kuyulardan su basmak için
kullanılır. Pompa kuyu içine
su seviyesinin altına uygun
bir derinliğe konulur. Üç
çeşittir:
• a) Tek Darbeli Derin Kuyu
Pompası : Zıt hareketli ve
dış güçle çalışan derin kuyu
pompasıdır. Gücü veren
mekanizma bir çubuk ile
dalgıç pistona bağlanmıştır.
• b) Çift Darbeli Derin Kuyu
Pompası : Zıt hareketli ve
dıştan bir güçle çalışan bir
derin kuyu pompasıdır. Gücü
veren ve zıt hareketli olarak
çalışan mekanizma çift ve
denkleştirilmiş çubuklarla
dalgıç pistonlara bağlanmıştır.
Çubuk sisteminin biri boru gibi
ve diğeri ise bu borunun
içinden geçen dolu
çubuklardan ibaret olup bu iki
sistemin ağırlıkları
denkleştirilmiştir. Dalgıç
pistonlar tek etkili olur. Aynı
silindirin içinde biri diğerinin
üstünde olarak çalışırlar.
7
8. • Güneş Enerjisi ile Çalışan Dünyanın En
Ekonomik Su Pompası...
• Sistem Nasıl Çalışıyor...
• Sistem güneşten aldığı ışınları güneş
panelleri sayesinde elektrik enerjisine
çevirerek bir kontrol ünitesine iletiyor…
• Bu kontrol ünitesi, kendisine bağlı bir
dalgıç yada yüzey pompasını harekete
geçirerek yeryüzüne su pompalıyor...
•
• Pompalanan bu su şamandıra sistemi
olan havuzlarda yada tanklarda
depolanarak istenilen uygulamalarda
kullanılabiliyor…
• UYARI : Sistem basınçlı su
sağlamadığından yağmurlama
sistemlerinde kullanılamamaktadır.
•
8
9. YERALTISUYU POMPA
EKONOMİSİ
• Yeraltı suyu elde edilmesinde kullanılan pompaların karakteristikleri
sadece pompa asambleleri için verilmektedir. Kuyuya monte edilen
pompanın gerçek karakteristiğini bulmak için bazı hesaplamalar
yapmak gerekir.
Pompa çalışırken yapılan işin harcanan güç’e oranı literatürde
Telden suya verim (wire to water efficiency) olarak
adlandırılmaktadır. Pompajda enerji
• ekonomisi sağlanabilmesi için sadece daha verimli pompa
kullanılması yeterli olmayıp; telden suya verimin maksimum olması
gerekir. Telden suya verimin maksimum olduğu çözüm genelde en
ekonomik çözüm değildir.
• Yatırım maliyetleri ile işletme maliyetinin en ekonomik olacak şekilde
seçim yapılması gerekir.
• GÜÇ KAYIPLARI
• MİL GÜÇ KAYIPLARI
• BASINÇ KAYIPLARI
• KOLON BORUSU KAYIPLARI
• EKSENEL YATAK KAYIPLARI
9
10. • DALGIÇ POMPA KABLO KAYIPLARI
• Çok derin kuyularda (>200 m.); dalgıç
pompalar, derinkuyu pompalarına göre daha
avantajlı olabilir.
• Dalgıç pompa motoru veriminin derinkuyu
pompa motorundan daha az olmasına rağmen
derinkuyu pompalarının mil sürtünme kaybı
uygun seçilmiş dalgıç pompa kablosundan daha
fazla olacağından çok derin kuyularda dalgıç
pompa kullanmak daha avantajlı olabilmektedir.
• Halen piyasada satılmakta olan dalgıç
pompaları kataloglarında kablo seçimi için
verilen abaklar; kablo maliyetinin az olması için
% 3-4 kayıp esasına göre verilmiştir.
• Devamlı çalışacak büyük güçlü dalgıç
pompalar için kablo seçerken işletme maliyetini
de gözönüne alan ekonomik analiz yapılmalıdır.
• VERİM HESAPLARI
• Derinkuyu pompaları, dalgıç pompalar, eksenel
pompalar;
• 1. Pompa asamblesi,
• 2. Kolon asamblesi,
• 3. Çıkış başlığı
• 4. Tahrik ünitesi
• gibi kısımlardan meydana geldiğinden; bunlarda
dört türlü verim tarif edilmektedir.
• POMPA ASAMBLESİ VERİMİ
• Pompa asamblesi verimi laboratuar şartlarında
ölçülen, imalatçı tarafından garanti edilen verim
olup sadece kolon borusu girişine kadar olan
kayıpları ihtiva eder. ηa
10
11. • Pompa Verimi (ηp)
• Pompa verimi(ηp), pompa miline verilen gücün, suya aktarılan
kısmının yüzdesini ifade eder. Başka deyişle, hidrolik gücün
mekanik güce oran ı ile belirlenir.
ηp (%) = NH (kW) / NM (kW)
•
• Kayıplar, pratikte tümüyle ortadan kaldırılamadığından dolayı pompa
verimi her zaman %100 den küçüktür. Pompalarda kayıplar genelde,
hidrolik, mekanik ve hacimsel kaynaklı olmaktadır. Teknoloji ve
mühendislik çalışmaları bu kayıpları en aza indirmek gayreti içinde
bulunmaktadır. Pompa verimi, esas olarak pompa büyüklüğü, tipi,
tasarımı ve yapımında kullanılan malzeme özelliklerine bağlı olarak
değişebilmektedir. Büyük debili pompaların verimi genellikle daha
yüksek olmaktadır. Pompa verimi, pompa deney standlarında, belirli
bir çalışma hızındaki, debi, basınç ve yükseklikler ölçülerek hidrolik
güç hesaplanır. Mekanik güç ise elektriksel veya mekanik güç ölçme
yöntemleri ile belirlenir. En sağlıklı mekanik güç ölçme yöntemi ise,
torkmetre yöntemidir.
Sistem karakteristiği
Sistemin gerektirdiği headin, sistemden geçen akışkan debisinin karesi ile
orantılı olarak değiştiği görülür. Sonuç fonksiyonel halde:
h = F (Q 2 ) yazılabilir.
Boru devresinde valflar tam
Kısılmış sistem
Head, H
açık konumdan kısılarak
karakteristiği akışkan debisi azaltılabilir.
Kısılmış sistem karakteristiği
bu halde sistemin head
ihtiyacını göstermektedir.
Sistem karakteristiği
h = F(Q2)
hs
Debi, Q
11
12. Radyal Akışlı Santrifüj Pompa Karakteristikleri
Santrifüj pompa performansı grafik olarak karakteristik eğrilerle gösterilir. Tipik bir
karakteristik eğri grubu, pompanın debi aralığında toplam head, beygir gücü ve verim
eğrilerinden oluşur.
% dizayn noktası Head değeri
% dizayn noktası BHP değeri
HEAD
% en iyi verim değeri
BHP
VERİM
% dizayn debi değeri
Radyal akışlı santrifüj pompanın tipik karakteristik eğrilerinde, debi arttıkça head azalır.
Gerekli beygir gücü debi ile artar ve dizayn noktasında (%100 değerleri) verim maksimumdur.
Karışık Akışlı Santrifüj Pompa Karakteristikleri
% dizayn noktası Head değeri
HEAD
% dizayn noktası BHP değeri
% en iyi verim değeri
BHP
VERİM
% dizayn debi değeri
Karışık akışlı santrifüj pompanın head eğrisi radyal akışlı pompanın eğrisinden daha diktir.
Gerekli beygir gücü debi aralığında çok fazla değişmez.
12
13. Eksenel Akışlı Santrifüj Pompa Karakteristikleri
Eksenel akışlı santrifüj pompada,
akışkan debisi 0’ a yaklaştıkça
head ve gerekli beygir gücü hızlı
% dizayn noktası Head değeri
bir artış gösterir.
HEAD
% dizayn noktası BHP değeri
Pompanın gerektirdiği güç
aşağıdaki gibi hesaplanır:
BHP
Qγh
% en iyi verim değeri
P= kW
η
Burada:
Q: akışkan debisi, m3/s
h: head, m
VERİM η: pompa verimi
γ=ρg: sıvının özgül ağırlığı, N/m3
% dizayn debi değeri
Pompa Kaideleri
Pompa kaideleri, pompa performansını gösteren değişkenler arasındaki
matematik ilişkileri ifade eder:
Pompa impeler çapı, D sabit Pompa devir hızı, N sabit
Q1 N1 Q1 D1
= =
Q2 N 2 Q2 D2
2 2
H1 ⎛ N1 ⎞ H1 ⎛ D1 ⎞
=⎜ ⎟ =⎜ ⎟
H 2 ⎜ N2 ⎟ H 2 ⎜ D2 ⎟
⎝ ⎠ ⎝⎠
3 3
BHP ⎛ N1 ⎞ BHP ⎛ D1 ⎞
=⎜ ⎟ =⎜ ⎟
1 1
BHP2 ⎜ N 2 ⎟ BHP2 ⎜ D2 ⎟
⎝ ⎠ ⎝⎠
Belirli bir hızda (N1) ve çapta (D1) performans biliniyorsa (Q1, H1 ve BHP1), bağıntılar
kullanılarak diğer bir hızda (N2) veya çapta (D2) performans tahmini (Q2, H2 ve BHP2)
yapılabilir. Pompa verimi hız değişikliklerinde ve küçük çap değişikliklerinde sabittir.
13
14. Sistem Eğrileri
Belirli bir impeler çapı ve devir
POMPA EĞRİSİ
HEAD
hızı için santrifüj pompanın
belirli bir performans eğrisi
vardır. Bu eğri üzerinde
pompanın çalıştığı nokta sistem
karakteristiğine bağlıdır.
Pompa performans ve sistem
KISILMIŞ SİSTEM
head eğrileri aynı diyagramda
EĞRİSİ
çizilerek:
ÇALIŞMA
NOKTASI pompanın çalıştığı nokta
sistem head eğrisi ve pompa
performans eğrilerindeki
SİSTEM EĞRİSİ değişikliklerin etkileri
saptanabilir.
0
DEBİ
Problem
Paralel çalışan iki adet değişken hızlı pompa 1450 dev/dak’da çalıştırılmaktadır.
Darcy sürtünme faktörü, λ = 0.03 olan 350 mm çapında ve 500 m
uzunluğundaki bir borudan akışkan basılmaktadır. Statik head 8 m ise ve küçük
kayıplar ihmal edilirse:
Debi ne kadardır?
Pompa için gerekli güç nedir?
Pompa 960 dev/dak’da çalıştırıldığında maksimum debinin yüzde kaçı debi
gerçekleştirilir?
960 dev/dak’da çalıştırılırken pompanın gücü nedir?
960 dev/dak’da çalıştırılan pompa için:
Q l/s 0 25 50 75 100 125 150
h m 13.6 12.8 12.4 11.9 11.1 9.9 8.5
η % 0 33 49 57 60 58 51
14
15. Problem
Sistem karakteristiği için Darcy bağıntısı:
8λL 2 8x0.03x500
h= Q= 2 Q 2 → h = 235.98Q 2
π 2 gd 5 π x 9.81x 0.352
Q l/s 0 50 100 150 200 250 300
hf m 0 0.59 2.36 5.31 9.44 14.75 21.2
hT m 8 8.59 10.36 13.31 17.44 22.75 29.2
Pompanın 1450 dev/dak’da çalıştırılması:
Q1 Q2 1450
= → Q2 = Q1 = 1.51Q1
N1 N 2 960
2
⎛ 1450 ⎞
h1 h
= 22 → h2 = ⎜ ⎟ h1 = 2.28h1
⎝ 960 ⎠
N12 N 2
Problem
Q l/s 0 37.7 75.5 113.3 151.0 188.8 226.6
h m 29.7 29.2 28.3 27.1 25.3 22.6 19.4
η % 0 33 49 57 60 58 51
1450 dev/dak’da iki eş pompa paralel çalıştırıldığında:
2xQ ve 1xh
Q l/s 0 75.4 151.0 226.6 302.0 377.6 453.6
h m 29.7 29.2 28.3 27.1 25.3 22.6 19.4
η % 0 33 49 57 60 58 51
15
16. Problem
1450 dev/dak’da iki eş
pompa paralel
çalıştırıldığında:
Q=278 l/s, h=25.9 m
ve η=%59
1450 dev/dak’da güç:
ρgQh 103 x9.81x0.278x25.9
P= = = 119.7 kW
η 0.59
Problem
960 dev/dak’da tek
pompa çalıştırıldığında:
Q=108 l/s, h=10.7 m
ve η=%60
1450 dev/dak’da güç: % debi değeri
ρgQh 103 x9.81x0.108x10.7
P= = = 18.9 kW 108/278 = %38.8
η 0.60
16