Pompalardaki Hidrolik Kayıpların Nedenleri ve Azaltma Önlemleri
Pompalardaki Hidrolik Kayıpların Nedenleri ve Azaltma Önlemleri: Kapsamlı Bir Kılavuz
Pompalar, su arıtma tesislerinden petrol ve gaz endüstrilerine kadar çok çeşitli endüstriyel ve belediye uygulamalarının ayrılmaz bir parçasıdır. Sıvıları verimli bir şekilde taşımak için tasarlanmıştır, ancak önemlerine rağmen pompalar çalışma sırasında kaçınılmaz olarak hidrolik kayıplar yaşarlar. Bu kayıplar, performansın düşmesine, enerji tüketiminin artmasına ve daha yüksek işletme maliyetlerine yol açabilir. Hidrolik kayıpların nedenlerini ve bunların nasıl azaltılacağını anlamak, pompa performansını optimize etmek ve uzun vadeli güvenilirliği sağlamak için kritik öneme sahiptir. Bu makale, pompalardaki hidrolik kayıpların birincil nedenlerini inceler ve azaltma önlemlerinin pratik örneklerini sunar.
1.Hidrolik Kayıplar Nelerdir?
Hidrolik kayıplar, pompanın sıvıyı bir noktadan diğerine aktarması sırasında oluşan enerji kaybına işaret eder. Bu kayıplar, sıvının pompanın çark, gövde ve borular gibi bileşenlerinden geçerken karşılaştığı sürtünme ve direnç nedeniyle ısı ve türbülans olarak ortaya çıkar. Hidrolik kayıplar genel olarak iki kategoriye ayrılabilir:
Sürtünme Kayıpları: Bu kayıplar, akışkan ile pompa ve boru iç yüzeyleri arasındaki sürtünmeden dolayı meydana gelir.
Yerel Kayıplar:Bu kayıplar, türbülans yaratan ve direnci artıran hız, yön veya kesit alanındaki ani değişikliklerden kaynaklanır.
2.Hidrolik Kayıpların Nedenleri
a) Sürtünme Kayıpları
Sürtünme kayıpları, akışkan pompanın gövdesinden, çarkından veya bağlantı borularından aktığında meydana gelir. Akışkanın viskozitesi, iç yüzeylerin pürüzlülüğü ve akış hızı, sürtünme kayıplarına katkıda bulunur.
Viskozite: Yağlar veya bulamaçlar gibi daha yüksek viskoziteli sıvılar, pompadan geçerken daha fazla sürtünme yaşarlar. Viskozite ne kadar yüksekse, sıvıyı sistemden geçirmek için o kadar fazla enerji gerekir ve bu da artan sürtünme kayıplarına yol açar.
Yüzey Pürüzlülüğü: Pompanın içindeki pervane ve gövde gibi yüzeylerin pürüzlülüğü, sıvının türbülansını artırabilir ve bu da daha yüksek sürtünme direncine neden olur. Yüzeyler ne kadar pürüzsüzse, sıvı o kadar az dirençle karşılaşır.
Akış Hızı: Daha yüksek akış hızları sürtünme kayıplarını artırır, çünkü daha hızlı hareket eden akışkanlar pompanın iç yüzeylerine daha fazla basınç uygular ve sürtünme direncini artırır.
b) Akış Kesintilerinden Kaynaklanan Yerel Kayıplar
Yerel kayıplar, kıvrımlar, dirsekler, valfler veya akış kısıtlamaları gibi akış yolundaki ani değişikliklerin bir sonucudur. Bu bozulmalar, hız ve basınçta ani değişikliklere neden olarak türbülansa ve enerji kaybına yol açar.
Boru Bükümleri ve Dirsekler:Akışkan borulamada kıvrımlara veya dirseklere rastladığında, akış yolu aniden değişir, türbülansa neden olur ve yerel kayıplar yaratır. Kıvrım ne kadar ani olursa, türbülans ve dolayısıyla kayıplar o kadar yüksek olur.
Vanalar ve Bağlantı Parçaları: Vanalar ve diğer bağlantı parçaları, basınç ve akıştaki ani değişiklikler nedeniyle önemli enerji kayıplarına neden olabilir. Kısmen kapalı vanalar veya uygun olmayan şekilde boyutlandırılmış bağlantı parçaları bu kayıpları daha da kötüleştirir.
c) Kavitasyon
Kavitasyon, sıvının basıncının buhar basıncının altına düşmesiyle oluşan ve pompanın içinde buhar kabarcıklarının oluşmasına neden olan bir olgudur. Bu kabarcıklar çöktüğünde, pompa bileşenlerine zarar verebilecek ve enerji kayıplarını artırabilecek şok dalgaları oluştururlar. Kavitasyon genellikle yüksek akış hızlarında veya düşük emme basınçlarında meydana gelir.
Kavitasyonun Nedeni: Yetersiz emiş basıncı, yüksek sıcaklık veya pompanın hızlı ivmelenmesi kavitasyona yol açabilir. Bu, pompanın verimsiz çalışmasına, kapasitenin azalmasına ve pompanın iç bileşenlerinde potansiyel olarak ciddi hasara neden olur.
3.Hidrolik Kayıplar İçin Azaltma Önlemleri
a) Pompa ve Borulama Tasarımının Optimize Edilmesi
Hidrolik kayıpları en aza indirmenin en etkili yollarından biri, hem pompanın hem de ilgili boru sisteminin optimum akış özelliklerine göre tasarlanmasını sağlamaktır.
Pompa Boyutlandırması: Hidrolik kayıpları azaltmak için uygun pompa seçimi esastır. Aşırı büyük bir pompa aşırı hızlara, artan sürtünmeye ve enerji israfına yol açabilir. Öte yandan, yetersiz büyüklükte bir pompa verimsiz çalışabilir ve kavitasyon yaşayabilir. Pompanın sistemin gereksinimlerine göre boyutlandırılmasını sağlamak gereksiz kayıpları en aza indirir.
Pürüzsüz Yüzeyler ve Kaplamalar: Pompa bileşenleri, özellikle gövde ve çark için pürüzsüz malzemeler kullanmak sürtünme kayıplarını azaltabilir. Örneğin, yüksek viskoziteli uygulamalarda cilalı paslanmaz çelik veya seramik kaplamalar kullanmak direnci düşürebilir ve verimliliği artırabilir.
Borulama Düzenini Optimize Etme: Boru sisteminin dikkatli bir şekilde tasarlanması, yerel kayıpları en aza indirebilir. Buna büyük, pürüzsüz borular kullanmak, dirsek ve kıvrımları en aza indirmek ve bağlantı parçalarının sayısını azaltmak dahildir. Kıvrımların gerekli olduğu yerlerde, türbülansı önlemek için kademeli eğriler (keskin açılar yerine) kullanılmalıdır. Boru çapı, makul bir akış hızı sağlamak ve sürtünme kayıplarını önlemek için seçilmelidir.
b) Akış Hızının Kontrol Edilmesi
Akış hızını yönetmek, sürtünme kayıplarını azaltmak için çok önemlidir. Birçok sistemde, akış hızını pompanın optimum çalışma noktasına uyacak şekilde kontrol etmek, kayıpları önemli ölçüde azaltabilir.
Değişken Hızlı Tahrikler (VSD'ler): Pompalara değişken hızlı tahrikler takmak, operatörlerin pompanın hızını sistemin talebine göre ayarlamasına olanak tanır. VSD'ler, akış hızını kontrol ederek daha yüksek sürtünme kayıplarına neden olan aşırı hızlardan kaçınmaya yardımcı olabilir. Bu ayrıca, pompa yalnızca gerekli hızda çalıştığı için enerji verimliliğini de artırır ve aşırı pompalamayı ve gereksiz güç tüketimini önler.
Akış Kontrol Vanaları: Akış hızını düzenlemek için akış kontrol vanaları kullanmak, boru sistemindeki yüksek hızları önleyebilir. Bu vanalar, optimum bir akış hızını koruyarak sürtünme ve yerel kayıpları azaltmaya yardımcı olur.
c) Kavitasyonun Önlenmesi
Kavitasyon, yeterli emiş basıncının sağlanması ve pompanın tasarım parametreleri dahilinde çalışmasının sağlanmasıyla en aza indirilebilir.
Uygun NPSH (Net Pozitif Emiş Yüksekliği): Sistemin yeterli NPSH sağladığından emin olmak, kavitasyonu önlemek için kritik öneme sahiptir. Pompanın ihtiyaç duyduğu NPSH, sistemden elde edilebilen NPSH'den her zaman düşük olmalıdır. Bu, pompayı sıvı kaynağına daha yakın konumlandırarak, emme borusu çapını artırarak veya sistem sürtünme kayıplarını azaltarak elde edilebilir.
Ani Akış Değişikliklerinden Kaçınma: Yavaş yavaş daralan boru bölümlerinin takılması ve akış yönünde veya hızında ani değişikliklerin en aza indirilmesi, sabit bir akışın korunmasına ve kavitasyona yol açan basınç düşüşlerinin önlenmesine yardımcı olabilir. Ayrıca, pompanın çalışma hızının ayarlanması da kavitasyon olasılığını azaltabilir.
d) Düzenli Bakım ve İzleme
Pompa sisteminin rutin bakımı ve izlenmesi, hidrolik kayıplara yol açan sorunların belirlenmesine ve giderilmesine yardımcı olabilir.
Pompa Bileşenlerinin Muayenesi: Pervane, gövde, contalar ve yatakların düzenli olarak incelenmesi, artan sürtünmeye ve verim kaybına neden olabilecek aşınma ve yıpranmayı tespit etmeye yardımcı olur. Aşınmış parçaların değiştirilmesi, pompanın sorunsuz çalışmasını sağlar.
Akış ve Basıncın İzlenmesi: Debi ölçerler ve basınç göstergeleri takmak operatörlerin sistem performansını izlemesini ve optimum koşullardan sapmaları tespit etmesini sağlar. Debi veya basınç düşerse, tıkanıklık, aşınma veya kavitasyon nedeniyle artan hidrolik kayıplara işaret edebilir.
4.Vaka Çalışması: Bir Su Arıtma Tesisinde Enerji Tasarrufu
Bir su arıtma tesisi, pompalama sistemindeki önemli hidrolik kayıplar nedeniyle yüksek enerji tüketimi yaşıyordu. Tesis, gerekli akış hızı için aşırı büyük olan birkaç santrifüj pompa çalıştırıyordu. Sonuç olarak, pompalar daha yüksek hızlarda çalışıyordu ve bu da boru sisteminde aşırı sürtünme kayıplarına yol açıyordu. Ayrıca, yetersiz NPSH nedeniyle pompaların emme tarafında kavitasyon meydana geliyordu.
Bu sorunları hafifletmek için aşağıdaki adımlar atıldı:
Pompalar, sistemin gereksinimlerini karşılayacak şekilde küçültüldü, böylece akış hızları ve buna bağlı sürtünme kayıpları azaltıldı.
Pompaların talebe göre hızlarını ayarlayabilmelerini sağlamak ve enerji verimliliğini artırmak için değişken hızlı tahrik sistemleri kuruldu.
Emiş sistemi, yeterli NPSH'yi sağlayacak şekilde yeniden tasarlandı ve akış kontrol vanaları, optimum akış hızlarını koruyacak şekilde ayarlandı.
Akış ve basıncın düzenli olarak izlenmesi, operasyonel anormalliklerin hızla giderilmesini sağladı.
Sonuç olarak tesiste enerji tüketiminde %15 oranında azalma ve pompa verimliliğinde önemli bir iyileşme sağlandı.
Çözüm
Pompalardaki hidrolik kayıplar sistem verimliliğini, enerji tüketimini ve bakım maliyetlerini önemli ölçüde etkileyebilir. Bu kayıpların nedenlerini anlamak (sürtünme, yerel kesintiler ve kavitasyon gibi) mühendislerin etkili azaltma stratejileri uygulamasına olanak tanır. Pompa tasarımını optimize ederek, akış hızlarını kontrol ederek, kavitasyonu önleyerek ve düzenli bakım yaparak operatörler hidrolik kayıpları önemli ölçüde azaltabilir ve pompalama sistemlerinin genel performansını iyileştirebilir. Dikkatli planlama ve devam eden sistem yönetimi sayesinde önemli maliyet tasarrufları ve operasyonel verimlilik kazanımları elde edilebilir.
