Λύσεις — Κεφάλαιο 9: Αντλίες Νερού – Αντλητικά Συγκροτήματα (σελ. 227) – ΥΔΡΕΥΣΗ – ΑΠΟΧΕΤΕΥΣΗ Γ΄ ΕΠΑΛ

Λύσεις — Κεφάλαιο 9: Αντλίες Νερού - Αντλητικά Συγκροτήματα

Έξι ερωτήσεις κατανόησης για τις αντλίες νερού και τα αντλητικά συγκροτήματα: το ελάχιστο μανομετρικό ύψος αντλίας ανύψωσης πίεσης (με την επίσημη απάντηση του βιβλίου, 2,5 bar), το σημείο λειτουργίας μιας αντλίας, τις φυγοκεντρικές αντλίες, τα δομικά μέρη ενός πιεστικού συγκροτήματος, το λόγο χρήσης μετατροπέων συχνότητας (inverters) και την επιλογή τύπου κυκλοφορητή με βάση το σημείο λειτουργίας Q/H.

Ελάχιστο μανομετρικό ύψος αντλίας ανύψωσης πίεσης

Ερώτηση: Αν η πίεση του δικτύου ύδρευσης σε μια ισόγειο οικοδομή είναι 1 bar, ποιο είναι το ελάχιστο μανομετρικό ύψος που πρέπει να έχει η αντλία ανύψωσης της πίεσης;

Απάντηση:

• §9.1.1. «...ώστε αυτή να είναι επαρκής για τη λειτουργία των υδραυλικών υποδοχέων και συσκευών (η πίεση αυτή είναι της τάξης των 3,5 bar).»
• Απάντηση βιβλίου (σ.227): «Απάντηση: 2,5 bar.»

Σύνοψη: Για να λειτουργούν σωστά οι υδραυλικοί υποδοχείς και οι συσκευές μιας εγκατάστασης απαιτείται πίεση της τάξης των 3,5 bar. Αν η πίεση του δικτύου ύδρευσης στην ισόγειο οικοδομή είναι μόλις 1 bar, η αντλία ανύψωσης πίεσης πρέπει να καλύψει ακριβώς τη διαφορά ανάμεσα στην απαιτούμενη και τη διαθέσιμη πίεση, δηλαδή 3,5 bar − 1 bar = 2,5 bar. Άρα το ελάχιστο μανομετρικό ύψος που πρέπει να έχει η αντλία, εκφρασμένο σε πίεση, είναι 2,5 bar.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• 2,5 bar

Σημείο λειτουργίας αντλίας

Ερώτηση: Τι είναι το σημείο λειτουργίας μιας αντλίας και πού το βρίσκουμε;

Απάντηση:

• §9.1.4. «Αρχικά υπολογίζεται η παροχή και το μανομετρικό ύψος. ... Στη συνέχεια, από τα διαγράμματα των κατασκευαστών επιλέγουμε μια αντλία έτσι ώστε, όταν η ζητούμενη παροχή είναι Q, το μανομετρικό να είναι Η.»
• ΣΧ.9.1.4.α (λεζάντα): «Τυπικές καμπύλες λειτουργίας φυγοκεντρικής αντλίας. ... Οι αντίστοιχες καμπύλες λειτουργίας δείχνουν τις παροχές της αντλίας για κάθε μανομετρικό.»

Σύνοψη: (ενδεικτική) Το σημείο λειτουργίας μιας αντλίας είναι το ζεύγος τιμών παροχής Q και μανομετρικού ύψους Η στο οποίο πράγματι θα λειτουργεί η αντλία μέσα σε μια συγκεκριμένη εγκατάσταση, δηλαδή το σημείο της καμπύλης λειτουργίας της αντλίας που αντιστοιχεί στις ανάγκες (παροχή-μανομετρικό) της εγκατάστασης. Το βρίσκουμε πάνω στα διαγράμματα καμπυλών λειτουργίας που δίνουν οι κατασκευαστές για κάθε τύπο αντλίας (π.χ. για κάθε διάμετρο φτερωτής μιας φυγοκεντρικής αντλίας υπάρχει διαφορετική καμπύλη): αφού υπολογίσουμε την απαιτούμενη παροχή Q και το απαιτούμενο μανομετρικό Η της εγκατάστασης, εντοπίζουμε στο διάγραμμα το σημείο (Q, Η) και επιλέγουμε την αντλία/φτερωτή της οποίας η καμπύλη περνάει από αυτό το σημείο ή είναι η πλησιέστερη σε αυτό, διαβάζοντας παράλληλα και την απαιτούμενη ισχύ του ηλεκτροκινητήρα.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Το ζεύγος (Q, H) στο οποίο λειτουργεί η αντλία· βρίσκεται στις καμπύλες λειτουργίας του κατασκευαστή

Φυγοκεντρικές αντλίες

Ερώτηση: Ποιες αντλίες λέγονται φυγοκεντρικές;

Απάντηση:

• §9.1.6. «Είναι οι πλέον διαδεδομένες αντλίες. Η διακίνηση του νερού γίνεται με την περιστροφή της φτερωτής.»
• ΣΧ.9.1.6.α (λεζάντα): «Κάθε τομή μονοβάθμιας φυγοκεντρικής αντλίας. Διακρίνονται: η φτερωτή (1), το σώμα της αντλίας (2), η αναρρόφηση (3), ο δακτύλιος αναρρόφησης (4), ο δακτύλιος κατάθλιψης (5), η σαλαμάστρα (6), ο στυπιοθλίπτης (7), η βάση στήριξης (8) και ο άξονας της αντλίας (9).»

Σύνοψη: (ενδεικτική) Φυγοκεντρικές λέγονται οι αντλίες στις οποίες η διακίνηση (μεταφορά) του νερού γίνεται με την περιστροφή μιας φτερωτής μέσα στο σώμα της αντλίας: η φτερωτή, περιστρεφόμενη, εκτοξεύει το νερό προς τα έξω λόγω φυγόκεντρης δύναμης, μετατρέποντας την κινητική ενέργεια σε πίεση. Είναι οι πιο διαδεδομένες αντλίες και ανήκουν στην κατηγορία των δυναμικών αντλιών. Τα βασικά τους μέρη είναι η φτερωτή, το σώμα της αντλίας, η αναρρόφηση, οι δακτύλιοι αναρρόφησης και κατάθλιψης, η σαλαμάστρα, ο στυπιοθλίπτης, η βάση στήριξης και ο άξονας. Μπορεί να είναι μονοβάθμιες (μία φτερωτή) ή πολυβάθμιες (περισσότερες φτερωτές σε σειρά, για υψηλότερες πιέσεις).

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Αντλίες όπου η διακίνηση του νερού γίνεται με περιστροφή φτερωτής (δυναμικές αντλίες)

Δομικά μέρη πιεστικού συγκροτήματος

Ερώτηση: Ποια είναι τα δομικά μέρη ενός πιεστικού συγκροτήματος;

Απάντηση:

• §9.2.1. «Δομικά ένα πιεστικό συγκρότημα αποτελείται από: το αντλητικό συγκρότημα, τη βάση του συγκροτήματος, τους συλλέκτες αναρρόφησης και κατάθλιψης, τους διακόπτες και τα ειδικά εξαρτήματα, τον ηλεκτρικό πίνακα, το ρυθμιστή στροφών και τους αυτοματισμούς, το πιεστικό δοχείο και τον αεροσυμπιεστή.»

Σύνοψη: (ενδεικτική) Ένα πιεστικό συγκρότημα αποτελείται δομικά από: το αντλητικό συγκρότημα (μία ή περισσότερες αντλίες)· τη βάση του συγκροτήματος· τους συλλέκτες αναρρόφησης και κατάθλιψης· τους διακόπτες και τα ειδικά εξαρτήματα· τον ηλεκτρικό πίνακα· το ρυθμιστή στροφών και τους αυτοματισμούς· και το πιεστικό δοχείο μαζί με τον αεροσυμπιεστή. Οι αντλίες του είναι μονοβάθμιες για χαμηλές πιέσεις ή πολυβάθμιες για υψηλές πιέσεις, ενώ τα μικρά πιεστικά συγκροτήματα έχουν συνήθως μία αντλία και τα μεγάλα περισσότερες.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Αντλητικό συγκρότημα, βάση, συλλέκτες αναρρόφησης/κατάθλιψης, διακόπτες/εξαρτήματα, ηλεκτρικός πίνακας, ρυθμιστής στροφών/αυτοματισμοί, πιεστικό δοχείο/αεροσυμπιεστής

Λόγος τοποθέτησης μετατροπέων συχνότητας

Ερώτηση: Γιατί τοποθετούμε μετατροπείς συχνότητας στους κινητήρες των αντλιών;

Απάντηση:

• §9.2.3. «...πρόκειται για ηλεκτρικούς/ηλεκτρονικούς μηχανισμούς μετατροπής της συχνότητας του ηλεκτρικού ρεύματος τροφοδότησης των ηλεκτροκινητήρων που κινούν τις αντλίες, επιτυγχάνοντας έτσι περιστροφή της φτερωτής ανάλογα με τις ανάγκες της κατανάλωσης. Το ξεκίνημα και το σταμάτημα των αντλιών γίνεται πολύ ομαλά, χωρίς υπερεντάσεις στο δίκτυο της ΔΕΗ, χωρίς υδραυλικά πλήγματα και άλλα προβλήματα...»
• §9.2.2. «Η μη προσαρμογή του αντλητικού συγκροτήματος στο φορτίο του και οι υπερβολικές εκκινήσεις των αντλιών δημιουργούν προβλήματα ... [οδηγούν] σε απομάκρυνση των συμπλεκτών ... μεταλλικά χτυπήματα και το λύγισμα ή σπάσιμο του άξονα.»

Σύνοψη: (ενδεικτική) Οι μετατροπείς συχνότητας (inverters) μεταβάλλουν τη συχνότητα του ηλεκτρικού ρεύματος τροφοδότησης του ηλεκτροκινητήρα, πετυχαίνοντας έτσι την ταχύτητα περιστροφής της φτερωτής να προσαρμόζεται συνεχώς στις πραγματικές ανάγκες της κατανάλωσης, αντί η αντλία να λειτουργεί πάντα στη σταθερή ονομαστική της ταχύτητα. Το αποτέλεσμα είναι ομαλό ξεκίνημα και σταμάτημα της αντλίας, χωρίς υπερεντάσεις στο ηλεκτρικό δίκτυο και χωρίς υδραυλικά πλήγματα. Έτσι αποφεύγονται και τα προβλήματα των κλασικών συγκροτημάτων με συχνές εκκινήσεις (απομάκρυνση συμπλεκτών, καταστροφή ελαστικής «πεταλούδας», μεταλλικά χτυπήματα, λύγισμα ή σπάσιμο άξονα), ενώ επιτυγχάνεται πιο οικονομική λειτουργία των αντλιών.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Προσαρμόζουν τη λειτουργία της αντλίας στη ζήτηση, με ομαλό ξεκίνημα/σταμάτημα, χωρίς πλήγματα/υπερεντάσεις και με λιγότερες βλάβες

Επιλογή τύπου κυκλοφορητή για Q=15m3/h, H=7m

Ερώτηση: Να επιλεγεί ο τύπος του κυκλοφορητή για εγκατάσταση θέρμανσης, όταν το σημείο λειτουργίας είναι Q= 15m3/h και Η= 7m.

Απάντηση:

• §9.3, ΣΧ.9.3.β (λεζάντα): «Τυπικές καμπύλες λειτουργίας κυκλοφορητών. Αν θέλουμε έναν κυκλοφορητή με σημείο λειτουργίας: παροχή 10 m3/h και μανομετρικό 5m, με βάση τις καμπύλες αυτές θα επιλέξουμε τον τύπο TOP S40/7.»

Σύνοψη: (ενδεικτική) Η επιλογή του τύπου κυκλοφορητή γίνεται πάντα εντοπίζοντας το ζητούμενο σημείο λειτουργίας (Q, Η) πάνω στο διάγραμμα με τις καμπύλες λειτουργίας που δίνει ο κατασκευαστής, και διαλέγοντας τον τύπο του οποίου η καμπύλη περνάει από (ή πλησιάζει περισσότερο) αυτό το σημείο — ακριβώς όπως στο παράδειγμα του βιβλίου, όπου για σημείο λειτουργίας Q=10 m3/h και Η=5m επιλέγεται ο τύπος TOP S40/7. Στην περίπτωσή μας το ζητούμενο σημείο λειτουργίας είναι Q=15 m3/h και Η=7m: τόσο η παροχή όσο και το μανομετρικό είναι μεγαλύτερα από του παραδείγματος, άρα χρειάζεται κυκλοφορητής μεγαλύτερου μεγέθους από τον TOP S40/7, ικανός να δώσει τη μεγαλύτερη παροχή διατηρώντας μανομετρικό 7m — δηλαδή έναν τύπο της ίδιας οικογένειας με μεγαλύτερη ονομαστική παροχή/διάμετρο και ίδια ή μεγαλύτερη κατηγορία μανομετρικού (π.χ. της τάξης TOP S50/7). Η ακριβής επιλογή του εμπορικού τύπου γίνεται πάντα με άμεση ανάγνωση πάνω στο συγκεκριμένο διάγραμμα καμπυλών του κατασκευαστή που διαθέτουμε, εντοπίζοντας ποια καμπύλη διέρχεται από το σημείο Q=15 m3/h, Η=7m.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Μέθοδος: εντοπισμός του σημείου (Q=15m3/h, H=7m) στις καμπύλες λειτουργίας του κατασκευαστή· απαιτείται κυκλοφορητής μεγαλύτερος από τον TOP S40/7 του παραδείγματος (π.χ. της τάξης TOP S50/7)