Ünite 8: Sulama Makinaları

Pompaj Tesisi

Tarımsal ürünlerin sulanmasında gerekli olan suyun sağlanmasında pompaj tesislerinden yararlanılır. Su, pompaj tesisi yardımıyla kaynağından alınır ve bitkinin yetiştirildiği tarlaya taşınır. Sulama, bitkinin istediği suyun zamanında ve gerektiği miktarda bitki kök bölgesine verilmesidir. Bir sulama pompaj tesisinde 3 ana bölüm vardır. Bunlar;

• Pompa (Sulama Makinası)
• Motor
• Boru hatları ve diğer yardımcı parçalardır.

Pompa ya da sulama makinası, suyun su kaynağından alınıp tarlaya iletilmesinde kullanılır ve enerji kazandırarak suyu daha yüksek yerlere çıkartır. Pompa, emme hattında negatif basınç (vakum) meydana getirerek atmosfer basıncının etkisiyle suyun emme borusuna dolmasını sağlar ve suya kinetik enerji kazandırarak sürtünme kuvvetlerini ve su kaynağı ile tarla arasındaki yükseklik farkını yenerek suyun iletimini gerçekleştirir.

Pompa için gerekli enerji, termik (dizel ve benzinli) ve elektrik motoru yanında traktör kuyruk milinden de sağlanabilir. Eğer motor ile pompanın devir sayıları farklı ise motor ile pompa arasında bir iletim düzeni (transmisyon düzeni) bulunur. Motor ile pompanın dönme devir sayıları birbirlerine eşit ise birbirlerine direkt bağlanır. Sulama pompaj tesisinde, pompa ve motordan başka suyun iletilmesinde kullanılan yardımcı parçalar (donanımlar) vardır. Dirsekler, vanalar, T-parçaları, boru kolları, borular, dip klapesi, süzgeç ve bağlantı parçaları pompaj tesisini oluşturan yardımcı donanımlardır. Bir akışkanın basıncı, mutlak ve manometrik basınç olarak iki şekilde ifade edilir.

Mutlak basınca gerçek basınç, manometrik basınca ise gösterge basıncı ya da etkin basınç denir. Mutlak basınç; mutlak sıfır noktasına (eksenine), havası alınmış vakum ortamına göre ölçülüp ifade edilen basınçtır. Manometre basıncı yerel atmosfer basıncına göre ölçülüp ifade edilir. Mutlak basınçlar her zaman pozitif iken manometre basınçları pozitif ya da negatif olabilir. Manometre basıncı yerel atmosfer basıncından büyükse pozitif, küçükse negatif olur. Suyun iletilmesinde kullanılan boruların seçiminde ve döşenmesinde; suyun özelliği, borunun döşeneceği toprağın durumu, iletim debisi, manometrik yükseklik, borunun tipi ve çapı ile aşınma ve korozyona dayanımı gibi faktörler göz önüne alınır. Sulama pompaj tesislerinde genellikle plastik, alüminyum, demir, çelik, çimento ve beton borular kullanılır. Bir pompaj tesisinde en uygun ve en ekonomik boru çapının belirlenmesi pompaj tesisinin giderleri açısından çok önemlidir. Giderler birim boru boyu için boru çapına bağlı olarak yıllık olarak hesaplanır. Boru çapı arttıkça sabit giderler artarken işletme giderleri azalır. Ekonomik boru çapının saptanmasında genellikle iki yöntem kullanılır. Birinci yöntemde; belirli bir debi için standart çaplarda toplam gider hesaplanarak en az toplam gideri veren çap, ekonomik çap olarak seçilir. İkinci yöntemde, birim boru boyu için boru çapı ile sabit ve işletme giderleri için geliştirilen eğrilerden yararlanılır. Sulama pompaj tesislerinde emme hattındaki en büyük sorun kavitasyondur. Emme boru hattındaki suyun herhangi bir noktasındaki basınç değeri, suyun o andaki doymuş buhar basıncının altına düşerse hızlı buharlaşma başlar ve buhar baloncukları ya da hava boşlukları meydana gelir. Bu hava baloncukları yüksek basınç bölgesi olan pompa girişi ve çarka geldiğinde patlar ve çok yüksek basınçlar elde edilir. Bu olaya kavitasyon denir. Santrifüj pompalarda kavitasyon, emme hattındaki basıncın çok fazla düşmesinden kaynaklanır. Kavitasyon; pompanın sesli, titreşimli ve gürültülü çalışmasına neden olur, pompa sanki kum tanecikleri basıyor gibi bir izlenim verir. Çarkta aşınmalara neden olan kavitasyon, aynı zamanda pompa veriminin, debinin ve manometrik yüksekliğin düşmesine neden olur.

Santrifüj Pompalar

Motordan aldığı mekanik enerjiyi akışkana ileten pompalar genel olarak 2 grup altında incelenir:

1. Pozitif (hacimsel-volumetrik-yer değiştirmeli) pompalar ve
2. Santrifüj (rotodinamik) pompalar (sulama makinaları).

Pozitif ya da hacimsel pompalarda akışkan, bir silindir ya da belirli bir hacimde tutularak basma hattına gönderilir. Santrifüj pompalar çok farklı biçimlerde sınıflandırılır. Santrifüj pompalar, motordan aldıkları hareketle çalışmakta ve emme borusunda vakum meydana getirerek atmosfer basıncının etkisiyle suyun emme borusuna girmesini sağlamakta ve daha sonra suyun kinetik enerjisini artırarak suyu istenilen noktaya göndermektedir. Santrifüj pompalar havayı ememedikleri için emme hattının sürekli su ile dolu olması gerekir. Emme borusunda pompadan önce bir deveboynu dirsek bulunur. Çarka gelen suyun kinetik enerjisi artırılır ve çarktan çıkan su, gittikçe genişleyen gövde içerisinde kinetik enerjisi potansiyel enerjiye dönüşerek basma hattına iletilir. Motordan alınan hareket bir mil aracılığıyla pompaya verilir. Motor, mile ya direkt ya da transmisyon düzeni yardımıyla bağlanır. Milin pompaya girişinde salmastra vardır. Pompanın çıkışı basma hattına bağlıdır. Santrifüj pompalarda sabit ve hareketli parçalar bulunmaktadır:

1. Hareketli parçalar:
   1. Çark,
   2. Çarka bağlı sızdırmazlık bileziği,
   3. Pompa mili.
2. Sabit parçalar:
   1. Emme ve basma ağızları,
   2. Gövde,
   3. Salmastra kutusu,
   4. Gövdeye bağlı sızdırmazlık bileziği,
   5. Pompa yatakları,
   6. Çatı.

Çarklar santrifüj pompaların temel elemanlarıdır. Suya kinetik enerji kazandırırlar. Emme hattında negatif basınç oluşturarak suyun emme hattına girmesini sağlayan çarklar emme hattındaki suyu alarak basma hattına gönderirler.

Çarklar aşağıdaki gibi sınıflandırılabilir:

1. Suyun çarka girişine göre:
   1. Tek girişli çarklar,
   2. Çift girişli çarklar.
2. Çarkın biçimine ve kanatların şekline göre:
   1. Radyal akışlı çarklar,
   2. Karışık akışlı çarklar,
   3. Aksiyal akışlı çarklar.
3. Çarkların mekanik tasarımına göre:
   1. Açık çarklar,
   2. Yarı açık çarklar,
   3. Kapalı çarklar.

Tek girişli çarklarda su çarka yalnızca tek taraftan girer. Çift girişli çark iki adet tek girişli çarkın sırt sırta yerleştirilmesiyle meydana gelir. Radyal akışlı çarklar suyu merkezden alıp radyal olarak çevreden dışarıya gönderir. Açık çarklarda kanatlar, çarkın merkezindeki göbeğe bağlanmıştır. Yarı açık çarklarda kanatların arka yüzü kapalıdır. Kapalı çarklarda kanatların her iki yüzü de kapalıdır. Hem çarkta ve hem de gövdede bulunan sızdırmazlık bilezikleri bazen yalnızca gövdeye takılırlar. Sızdırmazlık bilezikleri, çark ile gövde arasında bir conta görevini görerek sızdırmazlığı sağlar ve çark ile gövde arasındaki aşınmalara engel olur. Pompa mili motordan aldığı hareketi çarka iletir. Emme ve basma ağızları, pompanın emme ve basma hattına bağlanmasını sağlarlar. Gövdenin görevi çark tarafından suya verilen kinetik enerjiyi gittikçe genişleyen yapısıyla basınç enerjisine dönüştürmektir. Pompa ile emme ve basma ağızları bulunur. Gövde pompanın ana omurgasıdır. Çark, mil ve salmastra gövdeye bağlıdır. Salmastra; içinde pamuk, keten, teflon, karbon, grafit gibi sızdırmazlık elemanlarının bulunduğu bir kutu şeklindedir. Milin gövdeye girişinde bulunur. Salmastra, mil ile gövde arasındaki su ve hava sızdırmazlığını sağlar. Pompa yatakları pompa milini radyal ve aksiyal yüklere karşı korur ve dönme ekseninin değişmesini engeller. Çatı, pompa ile motoru rijit bir cisim gibi aynı eksende tutar. Bağlama çatısı ve zemin çatısı olarak iki kısımdan meydana gelir.

Hesaplamalar

Suyun kaynaktan alınıp tarlaya iletilmesinde kullanılan pompanın mil gücü, standart denklemler vasıtasıyla hesaplanır. Bu güce pompanın yuttuğu güç ya da fren gücü denir. Debi; sulama yapılacak bitki cinsi, toprak tipi, iklim değişkenleri ve sulanacak alanın genişliğine bağlıdır. Manometrik yükseklik, sistemin işletme basıncıdır ve geometrik yükseklik ile kayıpların toplamından oluşur.

Pompanın yuttuğu güç, tesisin çalıştırılması için gerekli olan enerji kaynağının büyüklüğünü belirler. Pompa verimi, tesiste kullanılan santrifüj pompanın yapısal özellikleri ile tesisin işletme koşullarına bağlıdır. Pompa veriminin yüksek olması, alınan enerjiye karşılık işin daha az enerji kaybı ile yapıldığını gösterir. Boru hatlarındaki sürtünme kayıpları düz borular ile vana, dirsek, T-parçası gibi (yardımcı) şekilli boru parçalarında meydana gelir. Düz borulardaki kayıplar boru ile su arasındaki sürtünmeden, şekilli boru parçalarındaki kayıplar da akımın yönünün ve hızının değişmesinden kaynaklanır. Sürtünme kayıplarının hesaplanmasında kullanılan yöntemler 2 başlık altında toplanır:

1. Üslü formüller,
2. Darcy-Weisbach formülü.

Santrifüj pompalarda; manometrik yükseklik, debi, verim ve güç değerlerine bağlı Olarak 3 tür eğri vardır. Karakteristik eğrilerin çiziminde yatay eksende debi, düşey eksende manometrik yükseklik, güç ve verim değerleri bulunur. Eğrilerin çizimi yapılırken pompa devri sabit alınır. Bir işletmeye pompa seçilirken sistem sürtünme eğrisi ile pompa karakteristik eğrilerinden yararlanılır. Sulama pompaj tesisine en uygun pompa seçiminin yapılmasında, bu teknik değerlendirmenin yanında; sabit ve işletme giderleri, kavitasyon koşulları, pompanın seri ya da paralel çalışma durumu, dönme yönü, yatay mı yoksa düşey milli mi olacağı, yaş ya da kuru mu çalıştırılacağı, zemin koşulları, deniz seviyesinden olan yükseklik, taşıma olanakları ve pompanın tahrik edileceği kuvvet kaynağı (dizel motor, benzinli motor, elektrik motoru, traktör kuyruk mili) göz önüne alınmalıdır. Pompaj tesisinin kurulacağı yerde elektrik enerjisi varsa elektrik motorları tercih edilmelidir. Santrifüj pompaların birbirleriyle kıyaslanmasında ya da karşılaştırılmasında kıyaslama değerleri kullanılır. Santrifüj pompalarda 4 farklı kıyaslama değeri vardır. Bunlar; çaplar oranı, hız oranı, debi oranı ve özgül hızdır.