SULAMA MEKANİZASYONU Prof.Dr.Mehmet Tunç ÖZCAN.

... konulu sunumlar: "SULAMA MEKANİZASYONU Prof.Dr.Mehmet Tunç ÖZCAN."— Sunum transkripti:

1 SULAMA MEKANİZASYONU Prof.Dr.Mehmet Tunç ÖZCAN

2

3 Pompalarda Kayıplar ve Verimler Pompalarda suyun kazandığı enerji çarkın dönmesiyle sağlanır. Pompanın suya enerji kazandıran başka bir parçası yoktur. Pompanın diğer parçaları hareketsiz parçalardır. Bu parçalar sebep oldukları sürtünmeler nedeniyle basınç enerjisini azaltan etkilere sahiptirler.

4 pompada oluşan kayıplar şunlardır. a) Sızma kayıpları: Pompanın hareketli ve hareketsiz elemanları arasındaki boşluklardan kaynaklanan sızmalar pompada kayıplara neden olurlar. b) Çark sürtünme kayıpları: Pompa çarkı ile gövde arasında kalan su ile çark arasında önemli bir sürtünme vardır. Bu sürtünme de güç kaybına neden olur. c) Hidrolik sürtünme kayıpları: Suyun pompa içindeki hareketi sırasında ortaya çıkan diğer sürtünmelerden oluşan kayıplar ve türbülans kayıpları hidrolik sürtünme kayıpları olarak adlandırılır. d) Mekanik sürtünme kayıpları: Pompanın hareketli ve hareketsiz parçaları arasındaki mekanik sürtünmelerden oluşan kayıplardır.

5 Pompa miline uygulanan gücün bir kısmı böylece kaybolur. Bu nedenle kayıplar da güç kaybı olarak belirtilirler. Pompa miline verilen güç ile suya verilen güç arasında kayıplar nedeniyle bir fark oluşur. Gücün bir kısmı sürtünmelere harcanır ve kalanı suya verilir. Bir pompanın genel güç dengesi aşağıdaki eşitlik ile tanımlanır. fBG=hBG + (sBG + dBG + hkBG + mBG) Burada; fBG = Pompa miline kuvvet makinasının verdiği güç, hBG = Pompa çarkının suya verdiği güç, sBG = Sızma ile kaybolan güç, dBG = Çark sürtünmesi ile kaybolan güç, hkBG = Hidrolik sürtünme ile kaybolan güç ve mBG = Mekanik sürtünme ile kaybolan güçtür.

6 kuvvet makinesinin pompa miline verdiği güç fren gücüne bağlı olarak kayıpların düzeyleri verilmiştir. sBG= 0,03 - 0,12 fBG dBG= 0,02 - 0,08 fBG hkBG= 0,06 - 0,15 fBG mBG= 0,01 - 0,04 fBG

7

8 Pompa etkinliğinin tanımlanması amacıyla verim ifadeleri de kullanılmaktadır. Hacimsel (volümetrik) verim (  V) Pompa çarkından geçen sıvının tamamı çıkışa ulaşmamaktadır. Bir kısmı gövde ile çark arasından girişe yönelmekte, bir kısmı salmastradan dışarı çıkmaktadır. Bu şekilde oluşan kayıplar hacimsel verimi belirlemektedir. Burada; Q = Pompa çıkış borusundan alınan debi ve Q k = Sızma ile kaybolan debi.

9 Hidrolik verim (  h ) Hidrolik verim pompanın gerçekleştirebildiği manometrik yükseklik (H m ) ile teorik yükseklik (H teo ) oranını belirler. Hm=  h. Hteo Hm =  k.  h. Hteo

10 Mekanik verim (  m ) Pompa elemanları arasında çeşitli yerlerde mekanik sürtünme olur. Pompa mili ile salmastra arasında, aşınma bileziklerinde sürtünmeler vardır. Ayrıca çark ile su arasındaki sürtünmede bu kapsamda dikkate alındığında pompa miline verilen gücün bir kısmının sürtünmelerle kaybolduğu görülür. Buna göre verilen gücün alınan güce oranıyla mekanik verim hesaplanabilir.

11 Toplam verim (  T ) Toplam verim pompaya verilen enerjinin çıkış borusunda suyun içerdiği enerjiye oranı şeklinde değerlendirilmelidir. Pompa miline verilen gücün bir kısmı çeşitli kayıplar nedeni ile suya verilememektedir. Buna göre toplam verim;

12

13 Pompalarda Karşılaştırma Değerleri Bilindiği gibi pompalar çok çeşitli tip ve yapıda üretilmektedir. Pompaya ilişkin tanımlayıcı büyüklükler olarak debi, basınç, güç v.b. birçok özelik vardır. Bir pompayı tanımlarken bütün bu büyükleri vermek gerekir. Ancak tanımlayıcı büyüklerin sınırları çok geniştir. bu nedenle pompaları birbirleri ile karşılaştırabilmek için tanımlayıcı değerleri kullanmak kolay ve çabuk anlaşılır bir karşılaştırma yolu değildir.

14 Bu amaçla pompanın tüm tanımlayıcı büyüklüklerini bir arada değerlendirmemize yardımcı olan karşılaştırma değerleri hesaplanmakta ve bu değerler yardımıyla pompalar karşılaştırılmaktadır. Pompa seçiminde ve değerlendirmesinde de bu karşılaştırma değerleri kolay bir kullanım yolu sunmaktadır. Tanımlayıcı büyüklüklerin hesaplanmasında şu değişkenler kullanılmaktadır; Çark dönme sayısı (n)Çark dış çapı (D2) Debi (Q)Çark çevre hızı (U2) Manometrik yükseklik (Hm)Çark çıkış hızı (Cm2)

15 Tanımlayıcı büyüklüklerin hesaplanmasında kullanılan değişkenler pompanın işletme noktasındaki değerleriyle hesaplara dahil edilirler. Tanımlayıcı büyüklükler şunlardır; -Giriş çıkış çapları oranı, -Hız katsayısı, -Verdi katsayısı, -Özgül hız.

16 Giriş çıkış çapları oranı ( ) Çarkın giriş çapı ile çıkış çapı arasındaki orandır (D1/D2). Kesin bir karşılaştırma değeri olarak kullanılmaz ancak radyal pompalarda kaba bir yaklaşım için uygundur. Radyal pompa tasarımında bu oranın belli değerler arasında kalması istenir. Özgül hıza bağlı olarak çaplar oranının alt ve üst sınırları şöyle olmalıdır; nsD1/D2nsD1/D2 400.25-0.301300.50-0.59 700.35-0.421600.55-0.65 1000.44-0.522200.67-0.70

17

18 Hız katsayısı (KU) Çark çevre hızı ile pompanın işletme noktasındaki manometrik yüksekliği arasındaki ilişkiyi veren katsayıdır. Özgül hızı yüksek pompalarda (K U ) hız katsayısı daha yüksektir. Burada; K U = Hız katsayısı U 2 = Çark çıkış çevre hızı H m = Pompanın işletme noktasındaki manometrik yüksekliğidir. Burada; n= Çarkın devir sayısı, D 2 = Çarkın dış çapıdır.

19 Debi katsayısı (K m2 ) Çark çıkışındaki radyal hız bileşeni (C m2 ) ile pompanın manometrik yüksekliği arasındaki ilişkidir. Verdi katsayısı da hız katsayısı gibi özgül hıza bağlı olarak artar. Burada; Cm2= Çark çıkış radyal hız bileşeni, b2= Çark çıkış genişliği, z= çark kanat sayısı, t2=Çark kanadının çıkışta teğetsel kalınlığı.

20 Özgül hız (ns) Rotodinamik su makinalarının karşılaştırılmasında en çok kullanılan karşılaştırma değeridir. Bu karşılaştırma değerinde pompa veya türbinin boyutları dikkate alınmaz. Su makinesinin debi ve devir değerlerinden yararlanılır. Özgül hız karşılaştırması Newton’un “Dinamik benzerlik “ kuralı ile açıklanmaktadır. Dinamik benzerlik kuralına göre “ Birbirine geometrik olarak benzeyen pompaların, işletme değerleri de benzerdir.

21

22 Türbinler için özgül hız eşitliği aşağıdaki (1) gibidir. Bu eşitlik suyun özgül ağırlığına göre düzenlendiğinde (2) eşitliği elde edilir. Pompalar için (nq) ile ifade edilen özgül hız değeri karşılaştırma amacıyla kullanılır. Pompalar için kullanılan özgül hız (nq) ise (3) eşitliği hesaplanabilir.

23 Eşitliklerden de görüleceği gibi iki özgül hız arasında (ns = 3,65 nq) ilişkisi vardır. Bu yeni durumda özgül hızı pompalar için şöyle tanımlayabiliriz. Bir santrifüj pompanın özgül hızı, bu santrifüj pompaya hidrolik ve geometrik olarak benzeyen ve optimum çalışma durumunda 1 mSS manometrik yüksekliğe 1m3/s debi ile su ileten model pompanın dakikadaki devir sayısıdır.

24

25

26 Pompalar özgül hız ( ns veya nq ) bağlı olarak aşağıdaki gruplandırılırlar. Tam santrifüj pompalarns= 60 - 150 Yarı santrifüj ve heliko santrifüjns= 150 - 400 Yarı eksenelns= 400 - 700 Eksenelns= 700 - 1000

27

28

29 Pompaların bu verim karakteristikleri onların her koşulda verimli olmadığını göstermektedir. Santrifüj pompalar ancak belirli sınırlar içinde çalıştırıldığında verimleri kabul edilebilir seviyelere çıkmaktadır. Verimin en yüksek değerinin (  %5) sınırları içinde kalan (Q) değerlerinde çalışılması gerekir. Bu sınırlar arasında kalan bölgeye “ Çalışma Bölgesi” denilmektedir. Pompaların bu bölge içindeki çalışmaları birim hacimdeki suyun maliyeti açısından da önemlidir.

30 Elde edilen bu eğriler pompanın belirli bir çalışma hızı için geçerlidir. Zaten pompalarda sabit ve belirli bir pompa mili devri için projelenirler. Ancak belirli koşullarda pompa milinin proje değerinden daha farklı bir devirde çalıştırılması gerekebilir, bu durumda elde edilen karakteristik eğrilerde değişecektir. Bu şekilde aynı pompanın farklı devirlerde çalıştırılarak elde edilen (Hm-Q) ve (  -Q) eğrileri bir grafiğe işlendiğinde pompanın verim eğrilerinin kapalı eğriler haline geldiği görülür.

31 En yüksek verim bölgesini veren eğri en içte olacak şekilde iç içe oluşan bu eğriler topoğrafik haritalardaki dağların gösterimine benzediği içinde dağ eğrileri olarak adlandırılır. Dağ eğrilerinden en içteki eğri dolayısıyla en yüksek verimi gösteren eğrinin içindeki alan pompa için uygun devir ve (Hm-Q) sınırlarını vermektedir.

32

33

34

35

36 Pompalarda işletme karakteristikleri olan ( n; Q; Hm ve fBG) değerlerinin pompanın farklı hızlarda çalıştırılması halinde göstereceği değişim birbirinden farklıdır. Pompa (n1) devrinde ( Q1, Hm1 ve fBG1) değerlerini üretiyorsa (n2) devrinde çalıştırıldığında ( Q2, Hm2 ve fBG2)değerlerini üretecektir..

37 Benzeşim yasası Bu yasaya göre hızda %50 azalma olduğunda debi %50 azalmakta, basınç yükü %75 ve güç gereksinimi %87 azalmaktadır.

38 Q 2 =Q 1 (D 2 /D 1 ) H 2 =H 1 (D 2 /D 1 ) 2 N 2 =N 1 (D 2 /D 1 ) 3 Pompayı çark çapını azalatarak – örneğin tornalarak- kullandığımızda pompa karakteristikleri de değişecektir. Benzeşim yasası çark çaplarına göre de yazılabilir.

39 Santrifüj Pompalarda Çalışma Yükseklikleri Santrifüj pompalar kurulu oldukları yere bağlı olarak bir emme yükü ve birde basma yükü altıda olan iki boru hattının arasında yer alırlar.

40 Pompanın toplam yükü geometrik yükler yanında sürtünme yüklerinden de oluşmaktadır. Bu toplam yük “dinamik yük” olarak adlandırılmaktadır.

41

42

43 hsb: Statik basma yüksekliği. Pompa ekseni ile basma su düzeyi arasındaki yükseklik. hke: Emme hattı sürtünme kayıp yükleri hde: Dinamik emme yüksekliği. Emme hattındaki statik yükseklik ile sürtünme yüksekliklerinin toplamıdır. hde= hse+ hke

44 hkb: Basma hattı sürtünme kayıp yükleri hdb: Dinamik basma yüksekliği. Basma hattındaki statik yükseklik ile sürtünme yüksekliklerinin toplamıdır. hdb= hsb+ hkb Hg: Geometrik yükseklik. Emme ve basma hatlarının statik yüksekliklerin toplamıdır. Geometrik olarak ölçülebilen bir yüksekliktir. Hg= hse+ hsb

45 Hm: Manometrik yükseklik. Emme ve basma hatlarında dinamik yüksekliklerin toplamıdır. Bu yükseklik ancak emme ve basma hatlarına yerleştirilen vakum metre ve manometrelerle ölçülebilir.

46

47 Pompanın emme girişindeki toplam yükleri göstermek üzere (He) terimi kullanılır. Bu terim aşağıdaki eşitlik yardımıyla hesaplanabilir. He= hse+ hke+Ve 2 /2g Burada; Ve : Emme borusundaki hız yüküdür. Yukarıdaki eşitlik dinamik emme yüksekliği ve hız yükünün toplamı olarak ta ifade edilebilir. Bu terim pompa girişinde suyun taşıdığı toplam yükü ifade etmektedir.

48 Bu değer vakum metreden okunabilir. Girişteki bu yük atmosfer basıncı altında bir basıncı ifade etmektedir. Bu nedenle de eşitlikte (-) eksi işaretli olarak gösterilmelidir. Bu durumda eşitlik aşağıdaki şekli alır. He = -(Pe /  ) + (Ve 2 / 2g) = -(hde ) + (Ve 2 / 2g)

49

50 Pompanın emme girişindeki bu basınç mutlak basınç olarak ifade edildiğinde en büyük değerinin atmosfer basıncına eşit olabileceği görülür. Bu basıncı sınırlayan etmenler, emme statik yükü, emme hattındaki sürtünme kayıpları, pompanın kurulu olduğu yerin atmosfer basıncı ve suyun iç buhar basıncıdır.

51

52 Pompa girişinde oluşan mutlak basınç öncelikle statik emme yüksekliğine bağlıdır. Bu yükseklik arttıkça pompa girişindeki mutlak basınç da düşmektedir. Diğer bir deyişle vakum artmaktadır. Bu vakum değeri ayrıca boru ve armatür sürtünmeleri ile de yükselmektedir

53 Bu koşullarda pompa girişinde mutlak basınç teorik olarak 10.33 mSS değerine yükselebilmesine karşın pompa kurulu yerlerde hiç bir zaman bu değere ulaşamaz. Buna karşın oluşabilen pratik değerler (6 -7 mSS) ile sınırlıdır.

54 Pompa girişinde oluşacak mutlak basınç değeri pompaya emilen suyun iç buhar basıncı değerine ve altına indiğinde suda ani buhar kabarcıkları oluşmaya başlamaktadır.

55 Bu kabarcıkların özellikle çark girişinde ve kanatçıkların yüzeylerinde oluştuğu belirlenmiştir. Bu buhar kabarcıkları çark içinde yüksek basınçla karşılaştıklarında patlamakta ve çark kanatları üzerinde çekiç darbelerine benzer darbeler oluşturmaktadır.

56 Zaman zaman metal parçaları kapmasına ve çark yüzeylerine oyuklar açılmasına neden olabilen bu etki çark kırılmaları yanında tüm gövde de sallantılar oluşturmakta ve bağlantıları zorlamaktadır. İstenmeyen durumlara neden olan bu etki “kavitasyon“ olarak adlandırılmaktadır.

57

58

59 Emmedeki Net Pozitif Yük : ENPY ( NPSH – Net Pozitive Suction Head ) Pompa emme flaşlı kesitinde, pompa referans düzlemdeki toplam yükün (mutlak basınç) pompalanan sıvının çalışma sıcaklığındaki mutlak buharlaşma basıncından farkı " Emmedeki Net Pozitif Yük=ENPY ( NPSH ) olarak tanımlanır.

60 ENPY = NSPH = [ ( p 1 /ρ.g) + (V 1 ²/2g ) ] – ( P b / 2g) P 1 : Pompalanan sıvının, pompa emme flanşın da pompa referans düzleminde ölçülen mutlak statik basıncı V 1 : Sıvının pompa emme flanşı kesitindeki hızı (m/s) p b Pompanın bastığı sıvının çalışma sıcaklığındaki mutlak buharlaşma basıncı ρ : Basılan sıvının yoğunluğu (kg/m 3 ) g : Yerçekimi ivmesi (g= 9,81 m/s ² )

61 ENPY= HA - ( He +h buh. ) HA : Pompanın kurulu olduğu yerdeki atmosfer basıncı He= Pompa giriş yükü h buh. : Pompanın emdiği suyun iç buhar basıncı değeridir.

62 ENPY : Emmedeki net pozitif yük (mss) ENPY daima pozitif bir büyüklük olup birimi "metre sıvı sütunu=mss’ dur. ENPY hesabında "pompa referans düzlemi" olarak; yatay eksenli pompalarda pompa ekseninden geçen yatay düzlem, düşey eksenli pompalarda ise çark kanadı giriş kenarından geçen yatay düzlem dikkate alınır.

63 Pompalar işletmeye almadan önce kavitasyonun kontrolü amacıyla ENPY hesaplanır. Bulunan değerin belirli bir kritik ENPY değerinden büyük olması istenir. Pompada çarkın girişi, hızın daha da artması vakumun daha da yükselmesi nedeni ile kavitasyona en yatkın yerdir.

64 Kavitasyon kontrol edilirken çark girişindeki bölgede ortaya çıkan ek sürtünme yükleri de dikkate alınır. Burada oluşan ek yükler çarkın tipi ve kanat yapısına bağlıdır. Çark tipini göstermek üzere bir (k) katsayısı kullanılabilir. Çark içindeki hızlar (W) ile ifade edilirse bu kayıp yük ( k W 2 /2g ) ile ifade edilebilir.

65 Bu eşitsizliğin birinci terimi (  P ) Thoma kavitasyon katsayısı olarak adlandırılmaktadır. Thoma kavitasyon katsayısı aynı zamanda ( ENPY/Hm ) şeklinde de ifade edilebilir.

66 İkinci terim ise (  k) kanat katsayısıdır. Pompa tesisinde kuruluş veya proje aşamasında (  P >  k ) şartının kontrol edilmesi gerekir.

67 . Kavitasyon kontrol eşitliği aşağıdaki gibidir. Thoma kavitasyon katsayısı kavitasyon faktöründen büyük olduğu koşullarda kavitasyon oluşmaz. Thoma kavitasyon katsayısı için aşağıdaki eşitlik kullanılabilir.

68 kavitasyon faktörü tek girişli santrifüj pompalar için aşağıdaki eşitlik kullanılabilir Çift girişli santrifüj pompalar için aşağıdaki eşitlik kullanılabilir

69

70

71 http://www.tarimreformu.gov.tr/ library/belge/b_Sulamada_pom paj.pdf

72