Dünya üzerinde üretilen enerjinin yılda yaklaşık %10 -%25 oranı endüstriyel pompaların çalıştırılması için kullanılmaktadır. Frauenhofer Enstitüsü’nün yapmış olduğu araştırmada, Almanya’da toplam enerji tüketiminin %12’sinin endüstriyel pompaların çalıştırılması için tüketildiğini hesaplamıştır. Almanya hükümetinin 2010 yılında getirmiş olduğu enerji ve çevre yasalarına uygun olarak, endüstriyel pompa üreticilerinden teknolojilerindeki enerji verimliliğini gelecekte %2.1 civarında yükseltmeleri ve CO2 emisyonları gibi etkenlerden oluşan çevre etkilerini azaltmaları beklenmektedir. Bunu gerçekleştirebilmek için sistemi kapsamlı şekilde ele alarak pompa türünün tüm parametrelerini karşılaştırdıktan sonra pompa çözümüne karar verilmesi önerilir. Öncesinde santrifüj pompa veya pozitif deplasmanlı pompa olup olmayacağının netleştirilmesi buna bir örnektir. Bunu yaparak enerji tasarrufu sağlanır ve işletim maliyetleri düşürülebilir.
Enerji ve çevre yasaları, endüstri sektöründe kullanılan pompa sistemlerinde enerji verimliliğinin her yıl % 2.1 yükseltilmesini, CO2 emisyonlarının minimize edilmesini şart koşmaktadır. Düşük enerji tüketimine sahip motorların kullanımı, doğru teknoloji seçimi ve bu seçimlerin güç aralığıyla eşleşmesi, şartları yerine getirmek için önemli kriterlerdir. Seçim, optimizasyon ve kurulum planlama aşamalarında pompanın enerji verimliliğine etki edecek faktörler de hesaplanmalıdır. Çalışma noktası ve değişkenliği, debi, basınç, kleransa dayalı aralık ve sürtünme kaybı gibi faktörler bunlara örnektir.
Santrifüj ile pistonlu pozitif deplasmanlı pompa karşılaştırması ve avantajları
Enerji verimliliği açısından uygulamanıza yönelik en doğru sistemi belirlemek için, öncelikle pompa türlerinin verimliliklerini ayrıntılı bir şekilde karşılaştırmak gerekir. Santrifüj pompalar ve döner deplasmanlı pompalar genelde düşük verimliliğe sahiptirler ve enerji yiyici olarak değerlendirilirler. Fakat hidrodinamik santrifüj pompanın aksine, diyaframlı hidrostatik pompa kullanımında, hidromekanik kanunlar gereği, tahrik enerjisinin hidrolik basınç enerjisine dönüştürülmesi çok daha verimli şekilde gerçekleşir. Döner ünitelerle karşılaştırıldığında pistonlu pozitif deplasmanlı pompaların sunduğu avantajlar, kısmi yük ile çalışırken, yüksek basınçlarda ve düşük debide gözlemlenebilir.
Çok kademeli santrifüj pompalar, tek çarkın yeterli basıncı oluşturamadığı durumlarda kullanılır: Çarkları birbirine bağlayarak daha yüksek basınçlar elde edilebilir. Ancak bu yöntemle pompalar daha karmaşık hale gelir ve maliyet yükselir. Yüksek devirli santrifüj pompalar, aşırı hızlı hareket eden çarkların meydana getirdiği çevresel hız sayesinde büyük basınç artışları yaratabilirler. Bu pompa sistemlerinin güvenli şekilde çalıştığından emin olmak için, devreye alınırken ve çalıştırırken basınç koşulları, ısı ve çevresel faktörler dikkate alınmalı ve uyulmalıdır.
Bu pompa türlerinin kullanımında gerekli olan temel koşullara uyulmadığında makine risk oluşturur, önemli hasarlar meydana gelir veya devre dışı kalarak sistemi çökertir. Bahsedilen gereksinimler doğrultusundaki pompalama uygulamalarında, çok kademeli santrifüj veya yüksek devirli santrifüj pompalar yerine (pistonlu) diyaframlı proses pompalarının kullanılması uzun vadede enerji tasarrufu yüksek ve daha düşük maliyetli bir çözüm sunar.
Pistonlu pozitif deplasmanlı pompalarda verimlilik
Bu tarz ünitelerde verimlilik yüksektir, sürtünme kaybı da kabul edilebilir limitlerdedir. Doğru tasarlandığında genel verimlilik %82 ila %93 arasındadır. Bu yüksek değer, pompaların taşıma prensibine bağlanabilir:
Diyaframdaki hidrolik piston hareketi, pompa kafasında değişken pozitif ve negatif basınç oluşturur. Emme aşamasında giriş valfi açılır ve akışkan içeri çekilir. Basma aşamasında çıkış valfi açılır ve akışkan çıkış hattına pompalanır. Bunun sonucunda, pistonu hareket ettirmek için gerekli olan enerjinin neredeyse tamamı akışkanın pompalanmasına gider. Sızıntı (içeride) ve sürtünmeye bağlı meydana gelen kayıplar asgari seviyededir. Pistonlu pozitif deplasmanlı pompaların çalışma prensibi insan kalbine benzetilebilir. İnsan kalbinde de emme/basma aşamaları, giriş/çıkış valfleri ve yüksek/alçak basınç mevcuttur.
Vibrasyon analizinin önemi
Pistonlu pozitif deplasmanlı pompaların boru hatlarında sıklıkla meydana gelen titreşimler, planlayıcılar ve operatörler için sorun teşkil eder, ancak doğru aksiyonlar alınarak güvenli çözümler ile kontrol altına alınabilmektedir. Bir pistonlu diyaframlı proses pompasının bir uygulama için tercih edilme olasılığı bulunuyorsa, pompa üzerinde vibrasyon analizi gerçekleştirilmelidir. Bu sayede basınç vibrasyonları ve boru ile ek parçalarda oluşacak kayıplara yönelik tasarım uygunluğu hakkında bilgi edinilir. Kalifiye pozitif deplasmanlı pistonlu pompa üreticileri, daha planlama aşamasında her türlü destek ve bilgileri sağlarlar. Pompa ve sistemlerin birbirine uygunluğu satın alımdan önce koordine edilir, böylece devreye alınmadan önce en iyi çalışma şartlarının oluşturulduğundan emin olunur. Çoğu zaman tesis ve pompanın mevcut sisteminde kontroller gerçekleştirmek yeterlidir. Daha karmaşık sistemler ve detaylı analizler için yazılımlar mevcuttur, bu yazılımlar API 674 tasarım uygunluğuna yönelik tam bir sistem analizi gerçekleştirir. Bu sistemlerin en başından dahil edilmesi ile pompanın güvenli şekilde çalışacağı garanti edilir. Birçok sistem operatörü satın alımlarını öncelikli olarak Capex’e (ilk yatırım maliyeti) dayandırır ancak dozajlama pompalarının toplam maliyetine bakan operatörler, sadece ilk yatırım maliyetini değil aynı zamanda enerji tüketimini ve Opex (işletme giderleri), aynı şekilde bakım, duruş süresi ve oluşan üretim kayıplarını da değerlendirmelidirler. Örneğin diyaframlı pompalar son derece uzun ömürlü, uzun çalışma saatleri ve minimum duruş süresi olacak şekilde tasarlanmışlardır. Yüksek kalitedeki pompalar onlarca yıl dayanır ve PTFE diyafram veya valf gibi aşınma parçaları dahi, tasarım ve uygulamaya bağlı olarak 20,000 saat ve üzerinde kullanılabilir. Aynı şey duruş süresi için de geçerlidir. Üretici ve uygulamaya bağlı olarak diyaframlı pompalar %99 kullanıma sahiptir. Bunun bir sebebi de diyaframlı proses pompalarının mekanik salmastra gibi karmaşık ve pahalı sızdırmazlık elemanlarına ihtiyaç duymamasıdır. Dolayısıyla bu pompalar düşük yatırım maliyetinin yanı sıra, dayanıklılık ve enerji verimliliği sağlarlar.