Santrifüj Pompalar ve Değişken Frekans Sürücüler (VFDs)
Fanlarda olduğu gibi, pompalarda da geçerli olan yasal düzenlemeler çerçevesinde, enerji verimliliği ve işletme maliyetlerini düşürmek için Değişken Frekanslı Sürücü (VFD) uygulamaları sıklıkla tercih edilmektedir. Pompalarda VFD kullanımını daha iyi anlamak için, öncelikle pompa çalışma prensiplerini kavramak önemlidir. Şekil 1'de görüldüğü gibi, bir pompa eğrisi, belirli bir pompanın üretebileceği basınç (veya basma yüksekliği) ile sağlayabileceği akış (veya debi) arasındaki ilişkiyi grafiksel olarak gösterir.
Pompa eğrisi, su veya glikol gibi bir akışkanı belirli bir yüksekliğe taşımak ve sistemdeki direnci aşmak için gereken basınç farkını gösterir. Bu metinde bahsedilen eğri, 'B' noktasında sistemin ihtiyaç duyduğu basınç farkını sağlayamadığı için, akış hızının kısıtlı kalacağını göstermektedir. Yani, pompa bu noktada sistemin talebini karşılayamamaktadır. Öte yandan, 'A' noktasında ise pompa, sistemdeki basınç farkı azaldığında daha yüksek akış hızları sağlayabilecektir. Bu durum, pompanın bu noktada sistemin ihtiyacından daha fazla kapasiteye sahip olduğunu gösterir.
Bir pompanın çalışma noktasını belirlemek için, pompa eğrisinin yanı sıra sistem eğrisinin de bilinmesi gerekir. Sistem eğrisi, bir sıvının bir sistem içinde akarken karşılaştığı direncin (sürtünme kayıpları, yer çekimi etkisi gibi) bir göstergesidir. Başka bir deyişle, sistem eğrisi, farklı debi değerlerinde sistemin üstesinden gelmesi gereken toplam basınç kaybını gösterir. Bu eğri, boru çapı, boru uzunluğu, boru malzemesi, vana türleri ve sistemdeki diğer bileşenler gibi faktörlere bağlıdır.
Sürtünme başlığı, bir sıvının bir boru sistemi içinde akarken karşılaştığı direncin bir ölçüsüdür. Bu direnç, sıvının akışını engelleyen ve enerji kaybına neden olan borular, vanalar, dirsekler ve diğer sistem bileşenleri tarafından oluşturulur.
Şekil 1 – Hidrolik sistem eğrisine göre pompa eğrisi
Statik Başlık
Sıfır akış durumunda, yani sıvının hiç hareket etmediği bir durumda, sistemde oluşması gereken basınç farkına statik başlık veya kaldırma denir. Bu basınç farkı, sıvıyı belirli bir yüksekliğe kaldırmak için gereken enerjiyi temsil eder. Şekil 2'de görüldüğü gibi, sistem eğrisi adı verilen bir eğri üzerinde, sıfır debideki nokta statik başı gösterir. Başka bir deyişle, statik baş, pompanın sıvıyı yer çekimine karşı belirli bir yüksekliğe taşımak için yapması gereken işin bir ölçüsüdür.
Pompa eğrisi ile sistem eğrisinin kesiştiği nokta, sistemin çalışma noktasını belirtir. Bu noktada, pompanın ürettiği basınç ile sistemdeki toplam basınç kaybı (sürtünme kayıpları, yükselti farkı vb.) birbirine eşittir. Çalışma noktası genellikle, pompanın en yüksek verimle veya buna yakın bir verimle çalışmasını sağlayacak şekilde seçilir. Bu sayede, hem enerji tüketimi en aza indirilir hem de sistemin ömrü uzatılır.
Şekil 2 – Sistem için birleşik sürtünme ve statik başlık eğrisi
Akış Kontrolü
Çift Yollu Kontrol Vanaları
Hidrolik sistemlerin çoğu, tasarım koşullarında sürekli olarak çalışmaz. Çalışma koşullarındaki değişiklikler, sistemdeki akış hızını ve basıncı etkileyebilir. Çift yönlü kontrol vanaları, bu gibi durumlarda sistemdeki akışı düzenlemek için kullanılır. Vananın açılıp kapanma pozisyonu değiştirilerek, sistemdeki akış miktarı ayarlanır. Vananın kapatılması, akış alanını daraltır ve bu da akış direncini artırarak akış hızını düşürür.
Şekil 3, kontrol vanasının belirli bir akış hızını sağlamak için ayarlandığı standart bir çalışma durumunu göstermektedir. Grafikte, yükseltilmiş bir sistem basıncı altında bile istenen akış hızının elde edildiği görülmektedir. Bu durum, kontrol vanasının sistemdeki basınç değişikliklerine karşı akışı sabit tutma özelliğini gösterir.
Üç yollu kontrol vanası sistemleri, akışı pompadan geriye doğru yönlendirerek sistem basıncını sabit tutmaya çalışır. Bu sayede, sistemde belirli bir akış seviyesi korunur. Ancak, bu yöntemle hem pompanın çalıştırma noktası hem de enerji tüketimi sabit kalır. Yani, pompa sürekli olarak aynı kapasitede çalışmaya devam eder ve bu da enerji tasarrufu sağlanamadığı anlamına gelir.
Şekil 3 – Kontrol vanası tarafından belirli bir akış elde edildiğinde tipik çalışma noktası
VFD'lerle Pompa Enerji Tasarrufu
Şekil 4'te görüldüğü gibi, bir pompanın hızını (ve dolayısıyla debisini) azaltmak için değişken frekanslı sürücü (VFD) kullanıldığında, pompa eğrisi aşağı doğru kayar. Bu durum, daha düşük debilerde çalışmaya imkan tanır. Sistem eğrisi sabit kaldığı için, yeni çalışma noktası, hem yeni pompa eğrisi hem de sistem eğrisi üzerinde bir noktada oluşur. Bu sayede, örneğin 1200 GPM olan debi, bir vana ile yapılacak ayarlamaya gerek kalmadan 700 GPM'ye kadar düşürülebilir..
Bu debi, daha düşük bir basınçta sağlanır. Daha düşük basınçlarda çalışmak, pompa contalarının ömrünü uzatarak sızıntıları azaltır, pervanenin aşınmasını yavaşlatır ve sistemdeki titreşim ile gürültüyü önemli ölçüde düşürür.
Akış hızındaki düşüşle birlikte güç tüketiminin de önemli ölçüde azaldığı, ilgili kanunlarca desteklenen bir gerçektir. Bu durum, önemli enerji tasarrufuna olanak tanır.
Şekil 4 – Hızı ve akışı azaltmak için bir pompaya VFD uygulanması, pompa eğrisinin aşağı kaymasına neden olur.
Şekil 5 – Akış hızındaki düşüş, enerji denklemi gereği güç tüketiminde doğrusal olmayan bir azalma sağlar.
Pompalara VFD Uygulamak ve Tasarruf Etmek
Birçok ısıtma, havalandırma ve klima (HVAC) sistemi gibi, bu sistemdeki pompa da gelecekteki olası artan ihtiyaçları karşılamak için başlangıçta daha büyük boyutlarda tasarlanmış olabilir. Bu durum, enerji israfına yol açabilir. Enerji tasarrufu için değişken frekanslı sürücü (VFD) kullanma imkanını değerlendirmek için sistemin mevcut çalışma koşulları detaylı olarak incelenmelidir.
Şekil 1'e bakın
BYPASS: Sistemde bypass (baypas) kontrolü kullanılırsa, örneğin bir üç yollu vana ile, sistemde her zaman sabit bir basınç sağlanır. Şekil 6'daki 'CP' noktası bunu gösterir. Ancak, değişken frekanslı sürücü (VFD) kullanımı gibi farklı yöntemlerle sistemin akışını ayarlama imkanı olduğunda, daha fazla enerji tasarrufu sağlanabilir.
Çift Yollu VANA KONTROLÜ: Çift yollu vanalar kullanıldığında, sistemin çalışma noktası pompa eğrisi üzerinde P3 noktasına kayar. Bu durum, sabit basınçlı sistemlere göre daha düşük bir basınçta çalışmaya imkan tanır ve dolayısıyla enerji tüketimini azaltır.
Şekil 6 – Tasarrufu Gerçekleştirmek İçin Pompalara VFD Uygulaması
Statik Başlık
Sistemdeki suyun yüksekteki konumu nedeniyle oluşan basınç olan statik basınç, enerji tüketimi üzerinde önemli bir etkiye sahiptir. Statik basınç arttıkça, sistemin çalışma noktası pompa eğrisinde daha yüksek bir basınç değerine kayar. Şekil 7'de görüldüğü gibi, farklı statik basınç değerlerine karşılık gelen üç farklı sistem eğrisi çizilmiştir. Bu eğriler, farklı statik basınç değerlerinde sistemin nasıl çalışacağını gösterir. A ve B noktaları arasındaki fark, aynı debi için harcanan enerji miktarındaki farkı yani potansiyel enerji tasarrufunu temsil eder.
Sistemdeki statik basınç ne kadar düşük olursa, değişken frekanslı sürücüler (VFD'ler) sayesinde elde edilebilecek enerji tasarrufu o kadar artar. Çünkü daha düşük statik basınç, pompanın daha az güç harcayarak istenen debıyı sağlayabilmesi anlamına gelir.
Şekil 7 – Üç sistem eğrisi: biri statik başlığa sahip değil ve diğer ikisi farklı statik başlıklara sahip
Pompa ve Sistem Eğrilerini Belirleme
Pompa üreticileri, pompalarının performansını gösteren eğrileri kolaylıkla sağlamaktadır. Ancak, bir sistemin tamamının performansını gösteren sistem eğrisini belirlemek daha karmaşık bir süreçtir. Bu eğriyi yaklaşık olarak hesaplamak için hızlı bir yöntem bulunmaktadır.
Gazın borularda ne kadar hızlı aktığını öğrenmek için, farklı yerlerde ölçümler yapmamız veya özel bir cihazla (dengeleyici) bu değeri bulmamız gerekir.
Statik başlığı ölçün
Bu iki noktayı pompa eğrisinin bir kopyasına çizin.
Bu noktaları bir kare fonksiyonu kullanarak bağlayın: Basınç Noktası (Başlık) = Akış^2
Doküman: | Practical guide to Variable Frequency Drives (VFDs) in retrofit and new applications by Yorkland Controls Ltd |
Format: | |
Boyut | 20.8 MB |
Sayfa: | 36 |
İndime: |
Comentários