Frekans Kontrollü Hidrofor Nedir? Sürücü, Basınç Transmitteri ve Benzerlik Yasalarıyla Teknik Anlatım

Frekans kontrollü hidrofor, pompa motorunun devrini bir frekans konvertörü ile sürekli değiştirerek çıkış basıncını değişen debi altında sabit tutan basınçlandırma sistemidir. Basınç transmitterinden gelen ölçüm geri besleme olarak kullanılır, sürücü devri buna göre saniyeler içinde ayarlar ve pompa yalnız o anki debinin gerektirdiği gücü çeker.

Bu rehberde sırasıyla şunları bulacaksınız:

• Sürücünün doğrultucu, ara devre ve eviriciden oluşan iç yapısı ve devri hangi fizikle değiştirdiği
• Basınç transmitteri geri beslemesi, oransal-integral kontrol döngüsü ve ayar parametrelerinin sahadaki karşılığı
• Sabit çıkış basıncı eğrisinin pompa karakteristiği üzerinde nasıl oluştuğu
• Benzerlik yasalarından enerji kazancının adım adım türetilmesi ve iki tam sayısal örnek
• Yumuşak kalkış, yumuşak duruş ve su darbesinin önlenmesi
• Harmonik, kaçak akım, ekranlı kablo ve motor kablo uzunluğu sınırı gibi elektriksel etkiler
• Entegre sürücülü pompa ile pano tipi sürücü arasındaki teknik farklar
• Çoklu pompada ana-yedek mantığı, kademe devreye alma ve dönüşümlü çalışma
• Küçük genleşme tankının neden yeterli olduğu, sık yapılan hatalar ve devreye alma listesi

01Frekans kontrollü hidrofor nedir?

Frekans kontrollü hidrofor nedir sorusunun teknik cevabı şudur: pompayı sabit devirde açıp kapatmak yerine, motora verilen gerilimin frekansını değiştirerek devri kademesiz ayarlayan ve böylece çıkış basıncını bir ayar değerinde tutan sistemdir. Sistem üç ana parçadan oluşur: bir veya birkaç pompa, her pompaya ya da gruba ait sürücü ve basma hattına takılan basınç transmitteri.

Klasik sistemde kontrol elemanı bir presostattır ve iki değer bilir: aç ve kapa. Pompa 4 barda açılır, 6 barda kapanır, arada hep tam devirde döner. Devir kontrollü sistemde kontrol elemanı 4 ila 20 mA analog sinyal üreten bir transmitterdir; sürücü bu sinyali sürekli okur ve devri 0 ile 50 Hz arasında, çoğu üründe 25 ila 50 Hz çalışma bandında ayarlar.

Asenkron motorun senkron devri n = 120 × f / p bağıntısıyla belirlenir. Dört kutuplu bir motorda 50 Hz'te senkron devir 1500 d/dk, 40 Hz'te 1200 d/dk, 30 Hz'te 900 d/dk olur. Sürücü frekansı değiştirdiğinde motor devri neredeyse orantılı biçimde değişir; kaymanın etkisi tam yükte %3 ila %5 mertebesindedir. Devir değiştiği anda pompanın debi, basma yüksekliği ve güç değerlerinin tamamı değişir.

02Frekans konvertörü içeride ne yapar?

Frekans konvertörü, sabit frekanslı şebeke gerilimini önce doğru gerilime çeviren, sonra istenen frekans ve genlikte yeniden alternatif gerilim üreten bir güç elektroniği cihazıdır. Üç katmanı vardır: doğrultucu köprü, kondansatörlü ara devre ve yarı iletken anahtarlardan oluşan evirici.

Doğrultucu katı, 400 V üç fazlı şebekeyi yaklaşık 565 V doğru gerilime çevirir. Ara devredeki kondansatör bu gerilimi düzler ve kısa süreli enerji deposu görevi görür; şebekede birkaç milisaniyelik çökme olsa bile pompa durmaz. Evirici katı, ara devre gerilimini yüksek frekanslı darbe genişlik modülasyonuyla keserek motora istenen frekansta bir gerilim dalgası üretir. Anahtarlama frekansı tipik olarak 2 ila 16 kHz arasında ayarlanır.

Sürücü, frekansı değiştirirken gerilimi de birlikte değiştirir. Sabit gerilim-frekans oranı korunmazsa motor manyetik olarak doyar ve aşırı ısınır. 400 V / 50 Hz motorda bu oran 8 V/Hz'tir; sürücü 30 Hz'te yaklaşık 240 V uygular. Pompa uygulamalarında moment devrin karesiyle azaldığı için sürücüler değişken moment karakteristiğine ayarlanır, düşük devirde gerilim biraz daha kısılır ve motor kaybı düşer.

03Basınç transmitteri geri beslemeyi nasıl kurar?

Basınç transmitteri, hat basıncını elektrik sinyaline çeviren ve kontrol döngüsünün ölçüm ucunu oluşturan cihazdır. Tipik olarak 0 ila 10 bar veya 0 ila 16 bar ölçüm aralığında, iki telli 4 ila 20 mA çıkışlı, paslanmaz gövdeli ve seramik ya da piezorezistif algılayıcılı seçilir.

Sinyal ölçeği doğrusaldır: 0 barda 4 mA, tam skalada 20 mA. 0 ila 10 bar transmitterde 4 bar için akım 4 + 16 × (4 / 10) = 10,4 mA olur. Skalanın sistem basıncına göre seçilmesi doğruluğu doğrudan etkiler. 6 bar çalışan bir sistemde 0 ila 25 bar transmitter kullanmak, çözünürlüğün dörtte üçünü kullanılmayan bölgeye harcamak demektir; ölçüm hatası bar cinsinden büyür ve kontrol kararsızlaşır.

Transmitter, pompa çıkışından sonra ve çekvalfin ardında, türbülansın azaldığı bir noktaya monte edilir. Dirsek çıkışına doğrudan takılan transmitter dinamik basınç dalgalanmasını okur ve sürücü sürekli düzeltme yapar. Pratikte transmitterden önce 5 boru çapı kadar düz mesafe bırakmak, ayrıca bir küresel vana ve manometre koymak doğru çözümdür; manometre seçenekleri /urunler/tesisat-ekipmanlari/manometre sayfasındadır.

Kablolama tarafında transmitter sinyali ekranlı ve bükümlü çift kabloyla, güç kablosundan en az 20 cm ayrı taşınmalıdır. Ekran yalnız pano tarafında topraklanır. Aynı kanaldan giden motor kablosu, 4 ila 20 mA hattına gürültü bindirir ve basınç okuması titrer.

04Oransal-integral kontrol döngüsü nasıl çalışır?

Kontrol döngüsü, ölçülen basınç ile ayar değeri arasındaki farkı sıfırlamaya çalışan bir hesap zinciridir. Sürücü bu farkı, yani hatayı, iki terimle işler: hatanın anlık büyüklüğüne göre tepki veren oransal terim ve hatanın zaman içindeki birikimine göre tepki veren integral terim. Pompa uygulamalarında türev terim genellikle kullanılmaz, çünkü basınç sinyalindeki gürültüyü büyütür.

Oransal kazanç arttıkça sistem hızlı tepki verir ama aşım yapar; basınç ayar değerinin üstüne fırlar, sonra altına düşer ve devir sürekli salınır. Kazanç küçüldükçe sistem yumuşar ama musluk açıldığında basınç birkaç saniye çökük kalır. Integral zamanı ise kalıcı hatayı temizler: yalnız oransal terimle çalışan bir döngü ayar değerine hiçbir zaman tam oturmaz, hep birkaç ondalık bar altında kalır.

Saha başlangıç değerleri olarak kazanç 0,5, integral zamanı 0,5 s makul bir noktadır. Boru hacmi büyük ve genleşme tanklı sistemlerde integral zamanı 1 ila 2 saniyeye çıkarılır; küçük hacimli, sert tesisatta 0,2 ila 0,5 saniye daha uygundur. Ayar sonrası test basittir: tek bir musluk hızla açılıp kapatılır, basıncın ayar değerine iki üç saniyede aşımsız oturması beklenir.

05Sabit çıkış basıncı eğrisi nasıl oluşur?

Sabit basınç kontrolü, pompanın çalışma noktasını debi ekseni boyunca yatay bir doğru üzerinde tutmak demektir. Sabit devirli bir pompanın karakteristik eğrisi sağa doğru düşer: debi arttıkça basma yüksekliği azalır. Sürücü, her debi değerinde farklı bir devir eğrisi seçerek çalışma noktasını aynı basınç seviyesinde tutar.

Somut olarak düşünelim. 50 Hz'te 12 m³/h'te 55 mSS veren bir pompa, 4 m³/h'e düştüğünde aynı eğri üzerinde 72 mSS'ye tırmanır. Bu, hattaki armatürler için gereksiz ve zararlı bir basınçtır. Sürücü frekansı 42 Hz'e indirdiğinde pompanın yeni eğrisi 4 m³/h'te 55 mSS'den geçer. Böylece hem basınç ayar değerinde kalır hem de fazla basınç hiç üretilmediği için enerji harcanmaz.

Uygulamada tam yatay çizgi yerine hafif yükselen bir eğri tercih edilir. Buna orantısal basınç ya da basınç yükseltme denir. Sebebi boru sürtünmesidir: debi arttıkça kolonda kaybedilen basınç artar, bu yüzden en üst kattaki musluğun basıncı düşer. Ayar değerini tam debide 0,3 ila 0,8 bar yükseltmek, uç noktadaki basıncı gerçekten sabit tutar.

06Benzerlik yasaları enerji kazancını nasıl açıklar?

Benzerlik yasaları, aynı pompanın farklı devirlerdeki performansını birbirine bağlayan üç bağıntıdır. Debi devirle doğru orantılıdır, basma yüksekliği devrin karesiyle, mil gücü devrin küpüyle değişir. Formül biçiminde: Q2 / Q1 = n2 / n1, H2 / H1 = (n2 / n1)², P2 / P1 = (n2 / n1)³.

Küp bağıntısı, devir kontrolünün tüm ekonomik gerekçesidir. Devri %10 düşürmek gücü %27 düşürür; %20 düşürmek gücü %49 düşürür. Bu kazanç motor veriminden ya da pompa kalitesinden gelmez, doğrudan akışkanlar mekaniğinden gelir. Bir kısma vanasıyla debiyi düşürmek ise gücü çok az azaltır, çünkü pompa aynı devirde dönmeye ve fazla enerjiyi vana üzerinde ısıya çevirmeye devam eder.

Üçüncü bağıntının nereden geldiği de basittir. Hidrolik güç P = ρ × g × Q × H çarpımına eşittir. Q devirle, H devrin karesiyle değiştiğine göre çarpımları devrin küpüyle değişir. Yani küp yasası ayrı bir deneysel kural değil, ilk iki yasanın doğrudan sonucudur.

Bu yasaların bir sınırı vardır ve saha hesabında en sık atlanan nokta budur. Benzerlik yasaları yalnız sistem eğrisi tamamen sürtünme kayıplarından oluştuğunda tam geçerlidir. Hidroforda ise sistem eğrisinin bir bölümü statik yükseklik ve minimum konfor basıncıdır; bu bölüm devirle değişmez. Bu yüzden gerçek kazanç küp yasasının vaat ettiğinden daima bir miktar azdır.

07Sayısal örnek: devir düşüşünün güç üzerindeki etkisi

Bir apartman hidroforunda tasarım noktası 18 m³/h ve 60 mSS, mil gücü 5,5 kW, devir 2900 d/dk kabul edilsin. Akşam saatleri dışında ortalama debi 11 m³/h ölçülmüştür. Devir kontrollü çalışmada gereken devir, benzerlik yasasının ilk bağıntısından bulunur: n2 = 2900 × (11 / 18) = 1772 d/dk. Karşılık gelen frekans 50 × (1772 / 2900) = 30,6 Hz'tir.

Bu devirde mil gücü küp yasasıyla hesaplanır: P2 = 5,5 × (1772 / 2900)³ = 5,5 × 0,228 = 1,25 kW. Ancak hidroforda statik basınç bileşeni devirle azalmaz. Sistem eğrisinin 25 mSS'lik bölümü statik, 35 mSS'lik bölümü sürtünme kaybı olsun. Bu durumda 11 m³/h'te gereken gerçek basma yüksekliği 25 + 35 × (11 / 18)² = 25 + 13,1 = 38,1 mSS olur ve pompanın bu noktayı yakalaması için devir 1772 değil, yaklaşık 2050 d/dk olmalıdır.

Düzeltilmiş güç: P2 = 5,5 × (2050 / 2900)³ = 5,5 × 0,353 = 1,94 kW. Sabit devirli sistemde aynı debide pompa 60 mSS üretmeye devam eder ve mil gücü yaklaşık 4,6 kW civarında kalır. Fark 2,66 kW'tır, yani %58 tasarruf.

08Sayısal örnek: yıllık kWh farkı

Aynı apartman hidroforunda yıllık tüketimi hesaplayalım. Debi profili üç banda ayrılmıştır: günde 3 saat tam debi 18 m³/h, 9 saat orta debi 11 m³/h, 6 saat düşük debi 5 m³/h, kalan 6 saat çekiş yok. Motor ve sürücü toplam verimi %85 alınmıştır, yani şebekeden çekilen güç mil gücünün 1,18 katıdır.

Devir kontrollü çalışmada mil güçleri: tam debide 5,5 kW, orta debide yukarıda hesaplanan 1,94 kW, düşük debide 25 + 35 × (5 / 18)² = 27,7 mSS gerekir, devir yaklaşık 1960 d/dk, güç 5,5 × (1960 / 2900)³ = 1,70 kW. Şebeke güçleri sırasıyla 6,49 kW, 2,29 kW ve 2,01 kW olur.

Günlük enerji: 3 × 6,49 + 9 × 2,29 + 6 × 2,01 = 19,5 + 20,6 + 12,1 = 52,2 kWh. Yıllık: 52,2 × 365 = 19.053 kWh.

Sabit devirli sistemde pompa her çalıştığında tam devirde döner; düşük debide çalışma süresi kısalır ama güç düşmez. Aynı su hacmini basmak için gereken çalışma süresi debi oranıyla ölçeklenir: 3 + 9 × (11 / 18) + 6 × (5 / 18) = 3 + 5,5 + 1,67 = 10,17 saat. Bu süre boyunca mil gücü 5,5 kW, şebeke gücü 6,49 kW'tır. Günlük enerji 66,0 kWh, yıllık 24.090 kWh.

Fark 5.037 kWh/yıl, yani %21. Bu örnekte kazanç ilk bakışta beklenenden düşük görünür, çünkü sabit devirli sistem de kapalı kaldığı sürede enerji harcamaz. Kazancın büyük kısmı, aç-kapa sistemin çevrim başına ödediği kalkış akımı, presostat bandının üst ucunda üretilen fazla basınç ve pompanın verim eğrisi dışındaki noktalarda çalışmasıdır. Bu üç kalemi de hesaba katan saha ölçümlerinde fark %25 ila %40 bandına çıkar.

09Yumuşak kalkış su darbesini nasıl önler?

Yumuşak kalkış, motorun devrinin sıfırdan çalışma devrine ayarlanabilir bir rampa süresinde çıkarılmasıdır. Sürücü bu rampayı tipik olarak 1 ila 10 saniye arasında uygular. Doğrudan yol verilen bir motorda ise devir yarım saniyede tam değere ulaşır ve su kütlesi bu ani ivmeye basınç dalgasıyla cevap verir.

Su darbesinin büyüklüğü Joukowsky bağıntısıyla tahmin edilir: Δp = ρ × a × Δv. Çelik boruda basınç dalgası hızı a yaklaşık 1200 m/s'tir. Akış hızının ani olarak 0'dan 2 m/s'ye çıkması Δp = 1000 × 1200 × 2 = 2.400.000 Pa, yani 24 bar mertebesinde bir sıçrama üretir. Gerçekte boru esnekliği ve hava yastığı bunu düşürür ama 5 ila 10 barlık tepe değerleri sıradandır.

Rampa süresi, dalganın boru boyunca gidip dönme süresinden uzun tutulduğunda darbe pratik olarak yok olur. 300 m uzunluğunda bir hatta bu süre 2 × 300 / 1200 = 0,5 saniyedir; 5 saniyelik bir kalkış rampası bunun on katıdır ve basınç artışı kademeli olur.

Yumuşak duruş da en az kalkış kadar önemlidir. Pompa aniden durduğunda kolon suyu geri gelir, çekvalf sertçe kapanır ve ters yönde darbe oluşur. Sürücünün duruş rampası 3 ila 8 saniyeye ayarlandığında çekvalf, akış yavaşlarken kapanır ve çarpma sesi kaybolur. Yaylı ve hızlı kapanan çekvalf seçimi bu etkiyi ayrıca azaltır; ilgili armatürler /urunler/vana-sistemleri/basinc-vanalari ve /urunler/tesisat-ekipmanlari/pislik-tutucu sayfalarındadır.

10Devir kontrolü motoru nasıl etkiler?

Sürücü ile beslenen motor, sinüs yerine yüksek frekanslı darbe dizisi görür. Bu darbelerin yükselme süresi 50 ila 200 nanosaniye mertebesindedir ve sargı yalıtımını sinüs beslemeye göre daha çok zorlar. Bu yüzden sürücüyle çalışacak motorlar takviyeli yalıtımlı, yani sürücü uyumlu sarılmış olmalıdır.

İkinci etki soğutmadır. Kendi milinden fan tahrikli standart motorda soğutma debisi devirle azalır. 25 Hz'te fan yarı devirde döner, soğutma etkisi dörtte bire yaklaşır. Uzun süre düşük devirde tam moment çekilen uygulamalarda harici cebri fan gerekir. Hidroforda bu risk sınırlıdır, çünkü moment de devrin karesiyle düşer; yine de sürekli 25 Hz altında çalışan bir pompa termik olarak izlenmelidir.

Üçüncü etki mil akımı ve yatak hasarıdır. Anahtarlama sırasında motor milinde ortak mod gerilimi oluşur, bu gerilim yatak yağ filmini delerek kıvılcım geçişine yol açar ve bilya yüzeyinde oluk aşınması yaratır. 11 kW üzerindeki motorlarda yalıtımlı yatak ya da mil topraklama bileziği önerilir.

Dördüncü etki ısıl kayıptır. Darbe genişlik modülasyonlu besleme, motor kaybını sinüs beslemeye göre %10 ila %20 artırır. Buna karşılık sürücünün getirdiği kazanç bu farkın çok üzerindedir; ancak motor seçiminde bu kayıp payı ihmal edilmemelidir.

11Harmonik ve kaçak akım nasıl yönetilir?

Sürücünün doğrultucu katı şebekeden sinüs değil, tepe noktalarında yoğunlaşan darbeli akım çeker. Bu akım, temel frekansın katlarında bileşenler içerir; altı darbeli bir doğrultucuda 5., 7., 11. ve 13. harmonikler baskındır. Toplam akım bozulması filtresiz bir sürücüde %80 ila %120 seviyesine çıkabilir.

Sonuçları somuttur: trafo ve kablo ek ısınması, nötr iletkeninde beklenmedik akım, kompanzasyon kondansatörlerinin rezonansa girip patlaması, aynı baradaki hassas cihazların hatalı çalışması. Kompanzasyon panosu olan tesiste sürücü devreye alınmadan önce kondansatörlerin reaktörlü olup olmadığı kontrol edilmelidir.

Azaltma yöntemleri sırayla şunlardır: sürücü girişine hat reaktörü koymak akım bozulmasını %80'den %35 civarına indirir. Ara devre bobini benzer etki yapar ve çoğu üründe fabrikada bulunur. Pasif filtre %10 ila %12 seviyesine indirir. Aktif harmonik filtre ya da düşük harmonikli sürücü %5 altına iner ama maliyeti yüksektir. Toplam sürücü gücü tesis trafo gücünün %15'ini geçiyorsa filtre değerlendirmesi zorunludur.

Kaçak akım ayrı bir konudur. Motor kablosunun faz-toprak kapasitesi, yüksek anahtarlama frekansında toprağa sürekli bir akım akıtır. Bu akım kablo metresi ve anahtarlama frekansıyla artar; 30 mA'lık standart bir kaçak akım rölesi kolayca atar. Doğru çözüm, sürücü uyumlu ve 300 mA eşikli, alternatif ve doğru bileşene duyarlı B tipi rölelerdir.

12Motor kablosu ne kadar uzun olabilir?

Motor kablosu uzunluğu, sürücü uygulamalarında ihmal edilince en pahalı sonucu doğuran parametredir. Sınır iki fizikten gelir: uzun kablonun kapasitesi kaçak akımı büyütür ve yansıyan dalga motor uçlarında gerilim tepesi yaratır. Yansıma, kablo ile motorun empedansları eşleşmediği için oluşur ve motor uçlarındaki gerilim ara devre geriliminin iki katına kadar çıkabilir.

Ekranlı kabloda pratik sınır sürücü büyüklüğüne göre 25 ila 150 metre, ekransız kabloda 50 ila 300 metredir. Ekranlı kablonun sınırı daha kısadır, çünkü ekran kapasiteyi artırır. Üretici kataloğunda her model için iki ayrı değer verilir ve bu değer aşılırsa sürücü çıkışına dU/dt filtresi veya sinüs filtresi eklenmesi gerekir.

Sinüs filtresi, darbe dizisini yeniden sinüse yakın bir dalgaya çevirir. Bu durumda kablo uzunluğu birkaç yüz metreye çıkabilir ve standart motor kullanılabilir. Bedeli, filtre üzerinde birkaç yüzde gerilim düşümü ve ek maliyettir. Dalınç pompalı derin kuyu uygulamalarında kablo boyu zaten 100 metreyi geçtiği için filtre çoğu zaman zorunludur; ilgili ürünler /urunler/pompa-sistemleri/dik-milli-pompalar sayfasındadır.

Ekranlama tekniği de en az uzunluk kadar önemlidir. Ekran, her iki uçta 360 derece bez klemensle bağlanmalıdır. Ekranın tek bir ince telle toprak barasına götürülmesi, yaygın olmasına rağmen yüksek frekansta neredeyse hiçbir işe yaramaz.

13Entegre sürücü mü, pano tipi sürücü mü?

Entegre sürücü, motor klemens kutusunun yerine geçen ve pompayla birlikte test edilmiş olarak gelen elektronik ünitedir. Pano tipi sürücü ise ayrı bir muhafaza içinde, pompadan uzakta konumlanır. Aralarındaki fark yalnız yerleşim değil, devreye alma süresi, kablo uzunluğu, soğutma ve servis mantığıdır.

Entegre çözümde motor kablosu birkaç santimetredir; yansıyan dalga, kaçak akım ve ekranlama sorunları tasarım aşamasında ortadan kalkar. Parametreler pompaya göre önceden yüklenmiştir, basınç transmitteri girişi hazırdır ve devreye alma çoğu zaman ayar değeri girmekten ibarettir. Grundfos cre ve grundfos cme serileri ile grundfos mge motor ailesi bu yaklaşımın tipik örnekleridir.

Pano tipi çözümün üstünlüğü ortamdan bağımsız olmasıdır. Kazan dairesi sıcaklığı 40 °C'yi aşıyorsa, ortam tozlu ya da nemli ise, elektroniği ayrı ve havalandırılan bir panoya almak ömür açısından doğrudur. Ayrıca tek sürücüyle birden çok pompayı sırayla sürmek, harici bir kontrolör üzerinden gelişmiş kademe mantığı kurmak ve yedek sürücü stoklamak pano tipinde daha kolaydır.

14Çoklu pompada ana-yedek ve kademe mantığı nasıl kurulur?

Çoklu pompalı hidroforda ana-yedek mantığı, bir pompanın kontrolü yürüten ana birim olması ve diğerlerinin ondan komut alarak devreye girmesi düzenidir. Ana birim basınç transmitterini okur, kontrol döngüsünü çalıştırır ve tek başına yetmediğinde ikinci pompaya emir verir. master slave çoklu pompa kontrolü diye anılan yapı budur.

Kademe devreye alma şöyle işler. Ana pompa devrini yükseltir; 48 ila 50 Hz'e ulaşıp basınç hâlâ ayar değerinin altındaysa ikinci pompa çalıştırılır. Bu anda ana pompanın devri geriye çekilir, çünkü iki pompa birlikte fazla debi verir. Ayarlanabilir bir kademe gecikmesi, tipik olarak 3 ila 10 saniye, gereksiz devreye girmeleri engeller. Debi azaldığında ters işlem uygulanır: toplam devir alt sınıra indiğinde bir pompa çıkarılır ve kalanların devri yükseltilir.

Bu mimarinin iki yaygın türü vardır. Birincisinde her pompanın kendi sürücüsü vardır, hepsi eş devirde döner ve verim en yüksektir. İkincisinde tek sürücü vardır, yalnız bir pompa devir kontrollüdür, diğerleri sabit devirde açılıp kapanır. İkinci yapı daha ucuzdur ama sabit devirli pompalar açıldığında basınçta küçük sıçramalar görülür.

Dönüşümlü çalışma her iki yapıda da zorunludur. Sürücü, çalışma saatleri arasındaki farkı izler ve öncelik sırasını belirli bir periyotta, tipik olarak 24 saatte bir ya da her duruşta değiştirir. Aksi halde bir pompa 8000 saat, diğeri 400 saat çalışır; yedek pompa yıllarca hareketsiz kalıp salmastrası kurur ve gerçekten gerektiğinde çalışmaz. Sistem seçenekleri /urunler/pompa-sistemleri/kullanim-suyu-hidroforlari ve grundfos hydro multi-e gibi hazır gruplar altında değerlendirilir.

15Genleşme tankı neden küçülüyor?

Devir kontrollü hidroforda membranlı tankın görevi değişir. Sabit devirli sistemde tank, pompanın açma-kapama sıklığını sınırlayan enerji deposudur; hacim, saatteki çevrim sayısına göre hesaplanır ve 100 ila 500 litrelik tanklar sıradandır. Devir kontrollü sistemde pompa açılıp kapanmaz, devrini değiştirir; dolayısıyla bu depolama görevi ortadan kalkar.

Kalan görev iki tanedir. Birincisi, çok küçük debilerde, örneğin bir rezervuar dolarken, pompanın alt devir sınırına dayanıp kapanması ve kısa süre sonra tekrar açılması durumunda geçişi yumuşatmaktır. İkincisi, kontrol döngüsüne hidrolik esneklik vererek basınç salınımını sönümlemektir. Her ikisi için de küçük hacim yeterlidir.

Pratik kural, tank hacminin pompa anma debisinin yaklaşık %10'u kadar litre olmasıdır. 12 m³/h anma debili bir hidroforda 18 ila 24 litrelik bir tank çoğu durumda yeterlidir. Ön basınç ayarı ise ayar değerinin 0,3 ila 0,5 bar altına kurulur; 4 bar ayarlı sistemde tank ön basıncı 3,5 bar civarındadır ve boş sistemde manometreyle ölçülür.

Ön basıncın yanlış ayarı en sık görülen kontrol sorunudur. Ön basınç ayar değerinin üzerindeyse tank hiç devreye girmez, membran sürekli tam kapalı durur ve küçük çekişlerde pompa sürekli açılıp kapanır. Tank seçenekleri /urunler/isitma-sistemleri/genlesme-tanki sayfasındadır.

16Verim eğrisi devir değişince nereye gider?

Pompanın en iyi verim noktası, devir değiştiğinde sabit kalmaz; debi-basma düzleminde bir parabol üzerinde kayar. Bu parabolün denklemi H = k × Q² biçimindedir ve benzerlik yasalarının doğrudan sonucudur. Devir düştükçe en iyi verim noktası bu eğri boyunca sola ve aşağıya iner.

Sonuç şudur: sistem eğrisi bu parabole ne kadar yakınsa, pompa geniş bir devir aralığında yüksek verimde kalır. Sistem eğrisi ağırlıklı olarak sürtünmeden oluşuyorsa zaten H = k × Q² biçimindedir ve neredeyse mükemmel örtüşür. Statik yükseklik payı büyüdükçe sistem eğrisi yukarı kayar, düşük devirde çalışma noktası verim tepesinin sağına düşer ve verim gerileri.

Sayısal bir örnek: en iyi verim noktası 50 Hz'te 14 m³/h ve 48 mSS olan bir pompada, 40 Hz'te yeni tepe noktası 14 × 0,8 = 11,2 m³/h ve 48 × 0,64 = 30,7 mSS olur. Sistem 11,2 m³/h'te 38 mSS istiyorsa çalışma noktası tepe noktasının üzerinde kalır ve verim birkaç puan düşer.

Bu yüzden devir kontrollü hidroforda pompa seçimi, tek bir tasarım noktasına değil, beklenen debi bandının ağırlık merkezine göre yapılmalıdır. Yılın %70'i 10 m³/h'te geçen bir tesiste, 18 m³/h'te tepe verim veren bir pompa seçmek, sürücünün kazandırdığının bir bölümünü geri verir. ISO 9906 kabul deneyleri de birden çok noktada yapılır; teklif değerlendirirken yalnız tasarım noktasının verimi değil, kısmi yük verimleri istenmelidir.

17Frekans kontrollü hidrofor avantajları nelerdir?

frekans kontrollü hidrofor avantajları enerji tasarrufuyla sınırlı değildir; sistemin hidrolik ve mekanik ömrünü de doğrudan uzatır. Avantajları ölçülebilir başlıklar hâlinde sıralamak, teklif değerlendirmesinde işe yarar.

• Enerji: kısmi yükte küp yasası nedeniyle yıllık tüketimde %20 ila %45 bandında azalma
• Basınç konforu: musluk basıncının debi değişiminden bağımsız, ayar değerinin ±0,2 bar bandında kalması
• Mekanik ömür: kalkış akımının anma akımının 6 ila 8 katından 1,1 katına inmesi, motor ve kaplin zorlanmasının kaybolması
• Hidrolik ömür: yumuşak kalkış ve duruşla su darbesinin ortadan kalkması, çekvalf ve boru bağlantı ömrünün uzaması
• Ses: düşük devirde akış hızı düştüğü için hem pompa hem boru sesinin azalması, tipik olarak 4 ila 8 dB(A)
• Yer: genleşme tankı hacminin onda birine inmesi, pompa dairesinde alan kazancı
• Koruma: kuru çalışma, aşırı akım, faz kaybı, tıkalı çark gibi korumaların sürücü içinde hazır gelmesi
• İzleme: anlık debi, basınç, güç ve çalışma saati verilerinin bina otomasyonuna aktarılabilmesi

Bu avantajların hepsi otomatik gelmez. Yanlış ölçekli transmitter, yanlış ayarlanmış kontrol parametreleri, gereğinden büyük seçilmiş pompa ya da fazla yüksek ayar değeri, listenin ilk üç maddesini büyük ölçüde iptal eder.

18Kuru çalışma ve diğer korumalar nasıl kurulur?

Kuru çalışma koruması, emiş tarafında su kalmadığında pompayı salmastra hasarı oluşmadan durduran güvenlik fonksiyonudur. Sürücü bunu üç yolla algılar: harici basınç anahtarı ya da seviye elektrodu sinyali, emiş basınç transmitteri ölçümü veya akım-frekans ilişkisinin izlenmesi.

Üçüncü yöntem sensörsüz çalışır ve mantığı basittir. Pompa su bastığı sürece belirli bir frekansta belirli bir akım çeker. Çark boşa döndüğünde yük yok denecek kadar azalır ve akım tipik olarak anma değerinin %25'inin altına iner. Sürücü, frekans-akım çiftini bir eşik eğrisiyle karşılaştırır ve eşiğin altında birkaç saniye kalınırsa durur. Bu yöntem, şehir şebekesinden emen sistemlerde ek donanım gerektirmediği için yaygındır.

Yeniden deneme mantığı da ayarlanır. Tipik yapı, 30 saniye, 5 dakika ve 30 dakika aralıklarla üç deneme, sonra kalıcı arıza ve alarm çıkışıdır. Deneme sayısının sınırsız bırakılması, kuru kalan bir pompanın gün boyunca yüzlerce kez marş yapmasına yol açar.

Diğer korumalar aynı elektronikte hazırdır: aşırı akım, aşırı sıcaklık, faz kaybı, düşük ve yüksek şebeke gerilimi, motor termistör girişi, aşırı basınç ve ayar değerine ulaşamama alarmı. Devreye alma sırasında bu eşiklerin fabrika değerinde bırakılmayıp tesise göre daraltılması gerekir; örneğin aşırı basınç alarmı ayar değerinin 1,5 bar üstüne kurulur.

19Küçük tesiste hazır çözüm ne olmalı?

Küçük tesiste hazır çözüm, sürücüsü ve transmitteri gövdesine gömülü, tek parça olarak devreye alınan kompakt basınçlandırma ünitesidir. Villa, küçük işyeri, kafe ve tekil daire uygulamalarında pano, ayrı transmitter ve saha kablolaması kurmak teknik olarak gereksizdir.

Bu sınıfta grundfos scala2 tipik bir örnektir: çıkışta 3 bar sabit basınç tutar, kendi kendine yol verir, kuru çalışmaya karşı korumalıdır ve küçük bir tank içerir. Debi ihtiyacı 5 m³/h'in altında ve basma yüksekliği ihtiyacı 45 mSS civarında kalan uygulamalarda kurulum birkaç saatte tamamlanır.

Debi ya da basınç ihtiyacı bu bandı aştığında dikey çok kademeli gövdelere geçilir. grundfos cr gövdesinin sürücülü türevleri ve çok pompalı hazır gruplar, 10 m³/h üzerindeki tesislerde standart çözümdür. Seçim yaparken kritik nokta, minimum debinin de karşılanabilmesidir: 20 m³/h'lik tek bir pompa, gece 0,4 m³/h çeken bir binada alt devir sınırında sürekli açılıp kapanır.

Çözüm, farklı boyda pompaları aynı grupta birleştirmek ya da küçük bir jokey pompa eklemektir. Marka ve seri karşılaştırmaları /markalar sayfasında, ürün aileleri ise /urunler altında listelenmiştir.

20Sık yapılan 5 hata

Sahada tekrarlanan hataların hepsi, sürücünün fiziği değiştirmediği ama kontrolü değiştirdiği gerçeğinin atlanmasından doğar. Beş başlık, gördüğümüz arıza kayıtlarının büyük çoğunluğunu kapsıyor.

• Pompayı gereğinden büyük seçmek: sürücü, büyük pompanın alt devir sınırını değiştirmez. 25 Hz altına inemeyen bir pompa, gece çekişinde sürekli açılıp kapanır ve devir kontrolünün tüm faydası kaybolur. Doğru yaklaşım, tasarım debisini gerçek eşzamanlılık katsayısıyla hesaplamak ve minimum debiyi ayrıca kontrol etmektir.
• Ayar değerini yüksek tutmak: "her ihtimale karşı" 6 bara ayarlanan bir sistem, 4,5 barla yetinen binada sürekli fazla enerji harcar. Basma yüksekliği devrin karesiyle değiştiği için 1,5 barlık fazlalık, gücü tahmin edilenden çok daha fazla artırır. Ayar, kritik tüketicide ölçülerek belirlenir.
• Motor kablosunu ekransız ve uzun çekmek: kaçak akım rölesinin atması, transmitter okumasının titremesi ve motor sargı yalıtımının erken yorulması aynı kökten gelir. Kablo boyu üretici sınırının içinde tutulmalı, aşılıyorsa çıkış filtresi konmalıdır.
• Transmitteri yanlış noktaya ve yanlış ölçekte takmak: dirsek çıkışına takılan ya da 0 ila 25 bar ölçekli bir transmitter, kontrol döngüsünü sürekli yanlış besler. Ölçek sistem basıncının yaklaşık iki katı seçilir, montaj düz boru bölgesine yapılır.
• Dönüşümlü çalışmayı devre dışı bırakmak: çok pompalı grupta öncelik sırası sabit bırakıldığında bir pompa yıpranır, diğeri kurur. Çalışma saati farkı %10'u aşmayacak biçimde otomatik dönüşüm etkinleştirilmelidir.

21Devreye alma kontrol listesi

Devreye alma, elektriksel kontrollerden başlayıp hidrolik doğrulamayla biten sıralı bir işlemdir. Aşağıdaki liste, devir kontrollü bir hidroforun ilk çalıştırmasında adım atlamamak için kullanılır.

• Şebeke gerilimi ve faz sırası ölçüldü, sürücü etiket değerleriyle uyumlu olduğu doğrulandı
• Motor kablosu tipi ve uzunluğu üretici sınırının içinde; ekran her iki uçta 360 derece klemensle bağlandı
• Kaçak akım rölesi B tipi ve eşiği 300 mA; sürücü tek başına çalıştırılarak atma yapmadığı görüldü
• Motor parametreleri (gerilim, akım, frekans, devir, güç faktörü) etiketten sürücüye girildi
• Sürücü değişken moment karakteristiğine ve pompa uygulama profiline ayarlandı
• Basınç transmitteri ölçeği sisteme uygun, montaj noktası düz boru bölgesinde, sinyal kablosu güç kablosundan ayrı
• Transmitter okuması, hat üzerindeki kalibre manometreyle karşılaştırıldı ve fark 0,1 bar içinde
• Genleşme tankı ön basıncı, sistem boşken ayar değerinin 0,3 ila 0,5 bar altına kuruldu
• Emiş hattı havası alındı, pislik tutucu temiz, vanalar tam açık
• Ayar değeri kritik tüketicideki hedef basınca kolon kaybı eklenerek belirlendi
• Kalkış rampası 3 ila 5 s, duruş rampası 3 ila 8 s olarak ayarlandı ve çekvalf sesi dinlendi
• Kontrol parametreleri kazanç 0,5 ve integral zamanı 0,5 s'ten başlatılıp aşımsız oturuncaya kadar ayarlandı
• Kuru çalışma koruması eşiği ve yeniden deneme sayısı kuru test yapılarak doğrulandı
• Çok pompalı grupta kademe gecikmesi, kademe eşiği ve dönüşümlü çalışma periyodu ayarlandı
• Tam debi, orta debi ve minimum debi noktalarında basınç, akım ve frekans ölçülüp tutanağa yazıldı
• Alarm çıkışı bina otomasyonuna bağlandı, sinyal kesildiğinde alarm geldiği test edildi

22Sık Sorulan Sorular

Frekans kontrollü hidrofor gerçekten ne kadar enerji tasarrufu sağlar?

Tasarruf debi profiline bağlıdır ve tipik konut ile ticari tesislerde yıllık %20 ila %45 bandındadır. Yukarıdaki apartman örneğinde fark 5.037 kWh/yıl çıkmıştır. Debisi yılın büyük bölümünde tasarım değerine yakın seyreden endüstriyel bir tesiste kazanç %10'un altına inebilir; çekişin çok değişken olduğu otel ve konutta ise üst banda yaklaşır.

Devir düştüğünde pompa gerçekten küp oranında mı güç düşürür?

Küp yasası yalnız sistem eğrisi tamamen sürtünmeden oluştuğunda tam geçerlidir. Hidroforda sistem eğrisinin bir bölümü statik yükseklik ve minimum konfor basıncıdır ve bu bölüm devirle azalmaz. Örnek hesapta ham küp yasası 1,25 kW verirken statik pay dikkate alındığında gerçek değer 1,94 kW çıkmıştır. Hesap her zaman statik ve dinamik bileşen ayrılarak yapılmalıdır.

Sürücü arızalanırsa hidrofor tamamen durur mu?

Doğru kurulmuş sistemde durmaz. Panoya bir baypas kontaktörü konarak pompa doğrudan şebekeye alınabilir; bu durumda basınç kontrolü kaybolur, pompa tam devirde çalışır ve basınç hattaki bir emniyet vanasıyla sınırlanır. Yangın hidroforlarında bu baypas, TS EN 12845 ve NFPA 20 yaklaşımı gereği zorunlu kabul edilir.

Frekans kontrollü hidrofor su darbesi yapar mı?

frekans kontrollü hidrofor su darbesi yapar mı sorusunun cevabı, rampalar doğru ayarlanmışsa hayırdır. Devrin 3 ila 5 saniyelik rampayla yükseltilmesi, Joukowsky bağıntısındaki ani hız değişimini ortadan kaldırır. Darbe genellikle rampa süresinin 1 saniyenin altına indirildiği ya da duruş rampasının hiç tanımlanmadığı sistemlerde görülür.

Hidrofor genleşme tankı ne kadar olmalı?

hidrofor genleşme tankı ne kadar olmalı sorusunun cevabı devir kontrollü sistemde beklenenden küçüktür: pompa anma debisinin yaklaşık %10'u kadar litre yeterlidir. 12 m³/h debili bir sistemde 18 ila 24 litre uygundur. Ön basınç, ayar değerinin 0,3 ila 0,5 bar altına kurulur ve sistem boşken ölçülerek doğrulanır.

Sürücü kablo uzunluğu sınırı aşılırsa ne olur?

sürücü kablo uzunluğu sınırı aşıldığında iki sorun birlikte ortaya çıkar: kaçak akım artar ve motor uçlarındaki gerilim tepesi yükselir. Sonuç, kaçak akım rölesinin atması ve sargı yalıtımının erken yorulmasıdır. Çözüm, sürücü çıkışına dU/dt filtresi ya da sinüs filtresi eklemektir; sinüs filtresiyle kablo boyu birkaç yüz metreye çıkarılabilir.

Harmonik nedir hidroforda neden önemlidir?

harmonik nedir hidroforda sorusunun karşılığı şudur: sürücünün şebekeden çektiği bozuk akımın, temel frekansın katlarındaki bileşenleridir. Trafo ve kabloyu ısıtır, nötrde akım yaratır ve kompanzasyon kondansatörlerini rezonansa sokabilir. Toplam sürücü gücü trafo gücünün %15'ini aşan tesislerde hat reaktörü ya da filtre değerlendirilmelidir.

Hidroforda devir düşünce güç neden düşer?

hidroforda devir düşünce güç neden düşer sorusunun cevabı hidrolik güç formülündedir. Hidrolik güç ρ × g × Q × H çarpımına eşittir; debi devirle, basma yüksekliği devrin karesiyle azaldığı için çarpımları devrin küpüyle azalır. Kısma vanasıyla debi düşürüldüğünde ise pompa aynı devirde döndüğü için bu kazanç oluşmaz.

Standart bir motor sürücüyle çalıştırılabilir mi?

Küçük güçlerde ve kısa kabloyla çoğu zaman çalışır, ancak önerilen çözüm sürücü uyumlu yalıtımlı motordur. Darbeli besleme sargı yalıtımını sinüs beslemeye göre daha çok zorlar, 11 kW üzerinde yatak akımı riski başlar ve düşük devirde kendi fanıyla soğuyan motorun soğutması zayıflar. Standart motor kullanılacaksa çıkış filtresi ve termistör koruması eklenmelidir.

Tek sürücüyle iki pompa sürülebilir mi?

Sürülebilir, ancak aynı anda değil. Yaygın yapı, sürücünün bir pompayı devir kontrollü sürmesi ve gerektiğinde diğerlerinin sabit devirde devreye alınmasıdır. Bu yapı ilk yatırımı düşürür fakat sabit devirli pompa devreye girdiğinde basınçta küçük sıçramalar oluşur ve toplam verim, her pompanın kendi sürücüsüne sahip olduğu düzenin altında kalır.

Projenizde hangi devir kontrollü çözümün doğru olduğunu belirlemek için debi profilinizi, kritik tüketici basıncınızı ve pompa dairesi koşullarınızı paylaşmanız yeterlidir. Vekron Mekanik mühendislik ekibi, hidrofor grubu seçimini, sürücü tipini ve elektriksel önlemleri birlikte boyutlandırır. Ürün ailelerini /urunler/pompa-sistemleri/kullanim-suyu-hidroforlari sayfasında inceleyebilir, proje bazlı değerlendirme için /iletisim adresinden bize ulaşabilirsiniz.