Pompa Teknolojileri ve Çalışma Prensipleri. GÖKHAN UZUNER / WILO Pompa Sistemleri A.Ş.

Pompa Teknolojileri ve Çalışma Prensipleri

Tarihçe : Su temini

Tarihçe : Su temini

• Başlangıçta …

Tarihçe : Su temini

• M.Ö.250 yıllarında: Arşimet vidası

döndürme mekanizması taşınan su

sonsuz dişli

Tarihçe : Su temini

• 11.-13. Yüzyıllar

akış yönü açık boru

• 12. yüzyılda Cizre (Cezire) ‘de doğdu. Artuklular döneminde Mezepotamya’da yaşadı.

• Sibernetik alanın en büyük dahisi kabul edilen, fizikçi, robot ve matriks ustası

• Dünya bilim tarihi açısından bugünkü sibernetik ve robot biliminde çalışmalar yapan ilk bilim adamı

• El Câmi-u’l Beyn’el İlmî ve El-Amelî’en Nâfi fî Sınâ'ati’l Hiyel (Olağanüstü Mekanik Araçların Bilgisi Hakkında Kitap)

•Mekanizmaların su temelli çalışmasının basit bir nedeni vardır.

Henüz elektrik keşfedilmemiştir. El-Cezeri aradığı kesintisiz güç kaynağını su ile oluşturmuştur. Su yalnız enerji kaynağı değil, zaman ölçü birimi, akış hızıyla melodi verici ve hatta abdest alma robotunda olduğu gibi bir kişisel bakım robotunun ana çalışma nedenidir.

Tarihçe : Su temini

El-Cezeri

Tarihçe : Su temini

El-Cezeri

Tarihçe : Su temini

17. yüzyıl: Jacob Leupold’un (1674-1727) borulu pompa istasyonu

Pompa Çeşitleri

Pompalar

Volumetrik

(Pozitif deplasmanlı) Dinamik

(Santrifüj)

Pompa Çeşitleri

• Dişli pompalar

Volumetrik Pompalar

• Membranlı pompalar

Volumetrik Pompalar

• Vidalı pompalar

Volumetrik Pompalar

• Pistonlu pompalar

Volumetrik Pompalar

• Hortum pompalar

Volumetrik Pompalar

İlk Sirkülasyon Pompası

1929: ilk sirkülasyon hızlandırıcısı, mucit : Wilhelm Opländer

1929 tarihli patent dokümanından bir sayfa (Wilo arşivinden)

Sirkülasyon Sistemleri

Doğal sirkülasyonlu ısıtma sistemi

− gidiş ve dönüş sıcaklıklarında suyun özgül ağırlığının değişmesiyle oluşan basınç farkı doğal bir sirkülasyon sağlamaktadır.

T_V = 90 °C gidiş

T_R = 70 °C dönüş

9,46 N

9,58 N

Pompalı ısıtma sistemlerinin avantajları

− daha küçük çaplı boru seçimi  daha az akışkan sıvısının sistemde dolaşması

− sıcaklık dalgalanmalarının daha çabuk algılanarak ayarlanabilmesi

gidiş

dönüş

Kontrol ekipmanı

Isı yayıcılar (radyatörler)

Hava tahliye purjörü

Kapalı genleşme deposu

Emniyet

ventili Pompa

Santrifüj Pompalar

• Çalışma prensibi:

− Santrifüj (merkezkaç) kuvveti kullanarak su moleküllerine enerji transferi sağlanır.

Emiş hattı

Basma hattı

Santrifüj Pompalar

− akışkan çarka eksenel olarak girer

− radyal hareket yapacak şekilde döndürülür Basma hattı

• Motor Yapılarına göre Santrifüj Pompalar

− Kuru rotorlu pompalar

− Islak rotorlu pompalar

• Motor Yapılarına göre Santrifüj Pompalar

pompa gövdesi

rotor kılıfı

3 boyutlu- çark rotor

stator

Islak rotorlu

Fan muhafazası Motor

Adaptör

Mekanik salmastra

Çark

Çark somunu Pompa gövdesi

Salmastralar

• Mekanik Salmastra

Sabit halka

(ana sızdırmazlık

elemanı) Spiral yay

Lastik körük (sızdırmazlık destek elmanı)

Destek halkası (ana sızdırmazlık elemanı)

Sabit kısım Dönen kısım

Salmastralar

• Yumuşak Salmastralar

m

%

H

η

NPSH

H

Pompa Karakteristik Eğrileri

Pompa Seçimi – Hidroforlar

Uygun hidrofor seçimi için iki ana değere ihtiyacımız vardır. Bunlar;

1) Q (Debi) [m³/h]

2) H (Basma Yüksekliği) [mSS]

1. Hidrofor debisi hesabı :

Debi hesabında aşağıdaki kriterler dikkate alınır;

1- Birim zamanda tüketilmesi öngörülen su hacmi, 2- Eşzaman faktörü,

Hidrofor Debisi Hesabı

Debi formülü Q ( m³/h ) :

Q = A X B X T X f [ m³/h ]

A = Aile sayısı

(Daire veya bağımsız konut sayısı) B = Birey sayısı / Aile

T = Bireyin günlük ortalama su tüketimi [litre/gün]

f = Eş zaman kullanım faktörü

Konutlarda ortalama su tüketimi

Toplu konutlar 100 - 150 litre/gün/birey Lüks apartmanlar 150 - 200 litre/gün/birey Lüks villa ve yazlıklar 200 - 250 litre/gün/birey Genel yerlerdeki ortalama su tüketimi

Misafirhaneler 100 - 120 litre/gün/misafir

Oteller 200 - 600 litre/gün/yatak

Hastaneler 250 - 600 litre/gün/hasta Bürolar, işyerleri 40 - 60 litre/gün/çalışan

Okullar 5 - 20 litre/gün/öğrenci

Yatılı okullar 100 - 120 litre/gün/öğrenci Konut (aile) sayısı Eşzaman kullanım faktörü

4 daireye kadar 0,66

5 - 10 daire 0,45

11 - 20 daire 0,40

21 - 50 daire 0,35

51 - 100 daire 0,30

Hidrofor Debisi Hesabı

Hidroforların kullanılacağı yerin özellikleri hakkında daha detaylı bilgilerin olmadığı durumlarda istatistiki diyagramlardan seçim yapmakta debi belirlenmesinde sıkça kullanılan bir yöntemdir.

Hidrofor Debisi Hesabı

Genleşme Tankı Seçimi

Hidrofor sistemlerinde genleşme tankı kullanılmasının 3 temel amacı vardır.

1. Pompalardaki elektrik motorunun şalt sayısını sınırlamak 2. Tesisatta oluşabilecek basınç şoklarını sönümlemek

3. Kullanıma hazır basınçlı su depolamak

Elektrik motorları için tavsiye edilen şalt sayıları [S]

N ≤ 1,5 kW S ≤ 80 1/h

N ≤ 3,7 kW S ≤ 60 1/h

N ≤ 7,5 kW S ≤ 30 1/h

Hidrofor basma yüksekliği hesabı:

H = h + ΣΔp + 15 [ mSS ]

h = En yüksek kullanıcının kod farkı [ mSS ] ΣΔp = Tesisattaki toplam basınç kayıpları [ mSS ]

(Tesisattaki toplam basınç kaybının hesaplanmasının mümkün olmadığı durumlarda ΣΔp=%20-25 x h olarak alınır.)

Hesaplanan basınç, hidroforun çalışmaya başlayacağı Halt (alt basınç) noktası olarak kabul edilebilir.

Hidrofor Basma Yüksekliği Hesabı

Genleşme Tankı Seçimi

• Genleşme tankı hacmi hesabı:

• Genleşme tankı seçiminde tank hacmi ve basınç sınıfı kriterleri dikkate alınır.

H^alt= hesaplanan basma yüksekliği

H^üst = H^alt + 1.5 bar (Tek pompalı hidroforlarda)

Elektrik motorları için tavsiye edilen şalt sayıları [S]

N ≤ 1,5 kW S ≤ 80 1/h

N ≤ 3,7 kW S ≤ 60 1/h

Genleşme Tankı Seçimi

Hidrofor işletmeye alınırken, genleşme tankı ön gaz basıncı, çalışma basıncının %10 daha düşük bir değere göre ayarlanır. Yani;

Po = 0.9 x H

Isıtma Sistemlerinde Santrifüj Pompalar

Pompa fark basıncı ΔPp: ΔPk + %10ΔPk

ΔPk= ΣRL+ΣZ [pa]

ΔPk:Kritik boru devresinde suyun sirkülasyonu sırasındaki basınç kayıplarıdır (düz boru dirençleri + özel dirençler)

Kritik devre; kazandan en uzaktaki ısıtıcı devresi olarak alınır.

(ΣRL: Düz boru basınç kaybı, ΣZ: Özel basınç kayıpları toplamı) 1 bar=100kpa≈10mSS

Pompa Seçimi – Isıtma Sistemleri

Pompa debisi

Pompa Seçimi – Isıtma Sistemleri

− V

= Pompa debisi [m³/h]

− c.ρ =1.16: suyun özgül ısı kapasitesi [Wh/kgK]

− ∆ T = gidiş/dönüş arasındaki sıcaklık farkı [K]

(standart sistemler için 10 - 20 K)

− Q

= ısı gereksinimi [kW] (1 kW= 860 Kcal/h) Q

c. ρ(=1.16)

∆T

 V

= [m³/h]

Standart merkezi ısıtma sitemleri için yaklaşık pompa seçimi:

− Yeni bir sistem için;

− Pompa çalışma noktası, ısı yükü ve boru kayıpları hesaplarına göre seçilir

Pompa Seçimi – Isıtma Sistemleri

Standart merkezi ısıtma sitemleri için ampirik basma yüksekliği hesaplama:

- R = düz boruda sürtünme kaybı [Pa/m]

ampirik değerler R = 50 ila 150 Pa/m

− L = en uzun ısıtma hattı uzunluğu [m]

[gidiş ve dönüş boruları toplamı= (en+boy+yükseklik) x 2)

− ZF = ek faktörler

boru bağlantı parçaları için ≈ 1.3 termostatik radyatör vanaları için ≈ 1.7 boru bağlantı parçaları için ≈ 1.3

karıştırıcı vana/ağırlıkla frenleme sistemi için ≈ 1.2

R

L

ZF 10000

 ^H

^{= [m]}

2.2 Pompa Seçimi – Isıtma Sistemleri

Basma Yüksekliğinin Hesaplanması

Standart merkezi ısıtma sistemleri için yaklaşık pompa seçimi:

− Debi formülü V_Pu

− V^PU = Pompa debisi [m³/h]

− c.ρ =1.16: suyun özgül ısı kapasitesi [Wh/kgK]

− ∆T = gidiş/dönüş arasındaki sıcaklık farkı [K]

(standart sistemler için 10 - 20 K)

− Q_N = ısı gereksinimi [kW] (1 kW= 860 Kcal/h)

Q

c. ρ(=1.16)

∆T

 V

= [m³/h]

Pompa Seçimi – Isıtma Sistemleri

Debinin Hesaplanması

Mevcut sirkülasyon pompasının değiştirilmesinde

− Pompa seçimi, binanın daire sayısı dikkate alınacak şekilde özgül ısı kaybına (yüküne) göre yapılır:

− Isı gereksinimi formulü Q_N

A_N= ısıtma alanı [m²]

Q_özgül= 2 daireden daha kalabalık olmayan müstakil binalar için 100 W/m² 2 daireden daha kalabalık binalar için 70 W/m²

A

Q

1000

 Q

= [kW]

Pompa Seçimi – Isıtma Sistemleri

Debinin Hesaplanması

− Isıtma sistemlerinde su hacmindeki değişikliklerinin dengelenmesi

− (2)  (3) çalışma sıcaklığına bağlı kazanlı sistemler için membranlı genleşme deposu

(2) Tesisat su ile

doldurulduğunda genleşme deposunun konumu/ soğuk

Su rezervi

(1) İşletmeye alma sırasında genleşme deposunun konumu

Genleşme deposunun

(3) Sistem maksimum sıcaklıkta çalışırken

Su miktarı =

Hacim Artışı

Genleşme Tankları – Isıtma Sistemleri

Yoğunluğun azalması

− Suyun anomalisi

− Buzun yoğunluğu suyunkinden daha azdır (bu nedenle su yüzeyinde yüzerler)

1.0016 1.0012 1.0008

1.0004

suyun hacmi [millilitre]

+4°C suyun yoğunluğunun en fazla olduğu sıcaklıktır:

ρ_max = 1000 kg/m³

Suyun yoğunluğunun sıcaklığa göre değişimi

Kapalı Genleşme Deposu Seçimi – Isıtma Sistemleri

Kapalı genleşme deposunun seçiminde 2 temel değer bilinmelidir:

1. Deponun basınç sınıfı (işletme basıncı dayanıklılığı) 2. Deponun asgari nominal hacmi (V^N)

1. Deponun basınç sınıfı: en az sistemde kullanılan emniyet ventili ayarı kadar olmalıdır.

Genelde emniyet ventili en fazla kazanın izin verilen nominal işletme basıncı değerine ayarlanmalıdır.

2. Deponun nominal hacmi hesabı:

V^N = V^G / K (litre) – deponun nominal hacmi

V^G = V^S x n (litre) – genleşen su hacmi

VS = Q x f (litre) – sistemdeki toplam su hacmi

Kapalı Genleşme Deposu Seçimi

2. Deponun nominal hacmi hesabı:

Sistemdeki toplam su hacmi:

V^S = Q x f (litre)

Q = Kazanın nominal ısıtma kapasitesi [kcal/h]

f = Isıtıcılara ait ısı yayma gücü [lt / 1000kcal/h]

Isıtıcı elemanlar f [lt / 1000 kcal/h]

Konvektör 6

Fan coil 8

Panel radyatör 10 Döküm radyatör 12

Kapalı Genleşme Deposu Seçimi

2. Deponun nominal hacmi hesabı:

Genleşen su hacmi:

V^G = V^S x n (litre) VS = sistemdeki toplam su hacmi n = suyun genleşme katsayısı

Örneğin 90/70°C çalışan bir sistemde:

n90°C – n10°C = 0,0359-0,00027 = 0,0356 olarak alınır.

°C n

0 °C 0,00013 10 °C 0,00027 20 °C 0,00177 30 °C 0,00435 40 °C 0,00782 50 °C 0,0121 55 °C 0,0145 60 °C 0,0171 65 °C 0,0198 70 °C 0,0227 75 °C 0,0258 80 °C 0,0290 85 °C 0,0324 90 °C 0,0359 95 °C 0,0396 100 °C 0,0434

Kapalı Genleşme Deposu Seçimi

Pompa Seçimi – Isıtma Sistemleri

Kapalı Genleşme Deposu Seçimi

2. Deponun nominal hacmi hesabı:

VN = VG / K (litre) V^G = genleşen su hacmi

K = kullanma katsayısı

Kapalı Genleşme Deposu Seçimi

Kapalı genleşme deposunun ön gaz basıncı:

Po = Ps + 0,2~0,5 bar

Ps = statik basınç (genleşme deposu ile en yüksek ısıtıcı arasındaki yükseklik) 1 bar =~ 10 mSS

Kapalı Genleşme Deposu Seçimi

Kapalı Genleşme Deposu Seçimi

• Vg=0,08Vs

− Vg =genleşme hacmi (lt)

− Vs =tesisattaki su hacmi (lt)

• Vg=w.qk

− w =katsayı(TS 2164’e göre 2,2 alınabilir)

− qk =kazan gücü [kW]

Açık Genleşme Deposu Seçimi