su temin, İletim ve dağıtım sistemleri modülasyonu
TRANSCRIPT
Su Temin, İletim ve Dağıtım Sistemleri ModülasyonuPEYMAN ARBABHA
OCAK 2019
İçindekiler
Amaç, Esas ve Temel Özeti
Proje Kavramı: Cazibeli ve Terfi İsale Hatları, Dağıtım Şebekeleri, Pompa İstasyonları
Optimum Boru Çapı
Su Dağıtım Şebekeleri
Kuyudan Su Temini
Su Kalite Analizleri
Sulama Sistemleri
2
Esas ve Temel Özeti
Modülasyon nedir?
Tanınmış yazılımlar:
EpaNet (EPA tarafından kurulmuş);
WaterCAD/WaterGEMS:
MIKE NET / MIKE (DHI)
Ekler (Extensions)
3
Esas ve Temel Özeti
Enerji ve Momentum denklemleri:
EGL1 = EGL2 + hf (EGL: Energy Grade Line, HGL: Hydraulic Grade Line)
𝑍1 +𝑃1
𝜸+
𝑣12
2𝑔= 𝑍2 +
𝑃2
𝜸+
𝑣22
2𝑔+ ℎ𝑓
hf = S . L + hfm (hfm: Minor Headloss)
𝑣 = 𝑘. 𝐶. 𝑅𝑥. 𝑆𝑦 (Hazen: 𝑣 = 0,85. 𝐶. (𝐷
4)0,63. 𝑆0,54 )
Yersel Kayıplar (Minor Headloss): ℎ𝑓𝑚 = 𝑘 .𝑣2
2𝑔
4
Zemin
ProfiliZemin
Profili
HGL1 HGL2
S = tg ( )
EGL1
HGL1
EGL2
HGL2
L
Esas ve Temel Özeti
HGL ‘den faydalanılması:
Negatif Basınçlar (Negative Pressures)
5
Zemin
Profili
Su
Teslim
Depo
Negatif
Basınç
Zemin
Profili
Su
Teslim
Depo
Esas ve Temel Özeti
Negatif Basınçlar:
6
Zemin
Profili
Su
Teslim
Depo
Negatif
Basınç
Zemin
Profili
Su
Teslim
Depo
Pompa
İstasyon
Pompa
Yükü
Esas ve Temel Özeti
Genel semboller ve tanımları:
7
Sembol (Object) Adı Veriler (inputs) Sonuçlar (outputs)
Node / Junction Koordinat
Zemin kotu
Teslim Debi
HGL
Basınç
Pipe / Link
Başlangıç-Bitiş
Uzunluk
Cinsi (C değeri) – Çapı
Yersel kayıp katsayısı (k)
Sürtünme kayıp miktarı
Akış debisi ve Hızı
Sürtünme eğimi
Reservoir / Tank Zemin Kotu / Su kotu
Min./Mak./Initial Kot
Giriş/Çıkış Debiler
Hacim Kontrol
Pump Pompa özelikler
Debi / Yük
Çıkış Debi / Yük
HGL
Cazibeli İsale Hatları
Başlangıç deposunun HGL ile tüm noktalara su iletmesine, Cazibeli
bir sistem denir;
İlk etapta tüm su teslim noktaları Junction olarak modellenecektir;
İlk Run için, hız 1,0 m/s olarak piyasada en yakın iç çapı seçip,
modülasyonu başlatabiliriz (Dikkat: 1,0 m/s her zaman optimum bir
hız sayılmaz);
Bütün Junction‘larda basınçları kontrol edip, gerekli düzeltmeleri
yapmalıyız;
Boru sınıflandırmaları sağlanacaktır;
Teslim noktalar depo ise, Junction’ı değiştirip, onu FCV / Reservoir
haline getirmeliyiz;
8
Cazibeli İsale Hatları 9
Hendek genişliği
He
nd
ek
de
rin
liğ
i
Do
lgu
De
rin
liğ
i
Dolgu derinliği > Don derinliği
BTK: Boru Taban Kotu
BEK: Boru Eksen Kotu
5m bağlantı
boru
5m bağlantı
boru
Debi Kontrol
Vana (FCV)
Depo
Depo
Aynı HGL,C artırınca, Debi artır
Cazibeli İsale Hatları 10
Depo
Su
Teslim
Depo
Su
Teslim
Depo
Su
Teslim
Depo
Su
Teslim
Basınç
Kırıcı
Vana
Depo
Su
Teslim
Maslak
Terfi İsale Hatları
Başlangıç deposunun HGL yetersiz nedeniyle, yeterli enerji pompa ile
sisteme verip, HGL miktarı artıracaktır.
İlk Run için pompa yeri, Junction ile modellenecektir. İlerde, Junction
yerine pompa kullanacaktır.
11
Emme Borusu
2x5m pompa
bağlantı borular
10m KolektörEmme Borular
bağlantı borular
eşit olmalı
Terfi Borular
10m Kolektör
Pompa İstasyonları
Pompa çizgisi: Pompa’nın özeliklerine göre işletilebilen yük/debi çizgisidir. Aşağıdaki seçenekler ile pompa modülasyonunu sağlayabiliriz:
Multiple Point: Pompa çizgisi üzerinden çeşitli yük/debi noktalarını seçip modele gireceğiz. Fazla nokta → dikkatli çizgi
Standard 3 Points: Shutoff, İşletme Noktası (Design Operating) ve Maksimum Operating noktası ile modellenecektir
Extended Points: Standard 3 Point gibi kalacak, ancak Maksimum Extended noktasına da eklenecek
Design Point (1 Point): yukarıdaki seçenekler pompa bilgileri ile yapılacaktır. İlk etaplarda en uygun seçenek 1 Point olarak sadece hesaplanan yük ve debiye göre modellenecektir.
Constant Power: Mevcut pompalara ait modeli veya yük/debi ile ilgili herhangi bir bilgi olmadan sadece pompanın elektrik tüketimine göre modülasyonun yapılması uygundur.
12
Pompa ÇizgisiBEP (Best Efficiency Point)
İşletme Noktası
Verim Çizgisi
Shutoff
Max.
Operating
Max.
Extended
Pompa İstasyonlar/Terfi Hatları 13
Emme Borular
bağlantı borular
eşit olmalı
Terfi Borular
10m Kolektör
h ≤ NPSH
Su
Teslim
hStatik
hf = s.L
0,75 hstatik ≤ hf
Su
Teslim
hStatik
hf = s.L
0,75 hstatik > hf
Terfi İsale Hatları 14
Su
Teslim
Su
Teslim
Debi Kontrol Vana
Su
Teslim
Optimum Boru Çapı
Maliyet ve İşletme açısından en uygun boru çapına, Optimum Boru Çapı denir.
Cazibeli sistemlerde belirli bir yönetim bulunmamaktadır. Aşağıdaki konular, bazı kullanılabilir yöntemleri gösterilmiştir:
Çeşitli boru çapı/cinsi kombinasyonu kullanarak Optimum çözümler elde edilecek;
Birden fazla Su Teslim noktası olan isale hatlarda ve noktalarda %50’den fazla basınç bulunması durumunda, sistemi cazibeli/terfi bir şekilde değiştirip, Optimum Boru Çapının elde edilip edilmeyeceğı kontrol edilmelidir;
Yüksek basınçlı boru sınıflarında (16 bar dan daha fazla), tam cazibeli yerine cazibeli/terfili bir sistemi ve daha düşük boru sınıflardan kullanıp, Optimum Boru Çapını kontrol edilmesi gerekir;
Terfi İsale Hatlarda, çeşitli boru çaplarının yatırım maliyeti ile işletme maliyeti (Enerji maliyeti dahil) hesaplanacak ya da birim su fiyatına göre, Optimum Boru Çapı seçilecektir.
15
Optimum Boru Çapı 16
L1 – D1 L2 – D2
Optimum Boru Çapı 17
Çelik Boru
PE Boru
Su Teslim NoktasıP=63m
%52 toplam
debi
P=7,5m
P=8m
P=17m
P=14m
Pstatik=205m
Pstatik=197m
HGL=1420m
V=0,51 m/s
V=0,49 m/s
V=0,35 m/s
V=0,89 m/s
P=5m
%52 toplam
debi
P=7,5m
P=8m
P=17m
P=14m
Pstatik=147m
Pstatik=139m
HGL=1362m
V=0,90 m/s
V=1,05 m/s
P=4m
P=4m
P=4m
P=4m
Optimum Boru Çapı 18M
aliy
et
Boru ÇapıYatırım Maliyeti
V=
1 m
/s
Ma
liy
et
Boru Çapıİşletme Maliyeti
V=
1 m
/s
Ma
liy
et
Boru ÇapıYatırım ve
İşletme
Maliyetleri
V=
1 m
/s
Vaziyet 1
Vaziyet 3
Vaziyet 2
Su Dağıtım Şebekeleri
Basınç Katları topoğrafıye göre ayarlanmalıdır (genelde 65 m statik
kota göre);
Her Basınç Kat için ayrı bir depo yerleşmelidir. Depo yerleşimi
mümkün olmayan şebekelerde, PRV (Pressure Reduce Valve) ile
Basınç Katları ayarlanmalıdır;
Şebekenin iskeleti, yani Ana Hatlar ve Ana Looplar, çizilmelidir;
Bir Basınç Katında 2 veya 3 dan fazla Ana Loop varsa, DMA ‘ya
(District Metering Area) dikkat edilmelidir;
Junction lara dağıtım debisi verilmelidir (Şehirlik ve konutlara dikkat
edilmesi gerekiyor).
19
Su Dağıtım Şebekeleri 20
ZK=65m
ZK=85m
ZK=110m
ZK=130m
ZK=120m
ZK=135m
PRV1
HGL=85m
PRV2
HGL=85m
Su Dağıtım Şebekeleri 21
Debimetre
Su Dağıtım Şebekeleri 22
Thiessen Polygon
Su Dağıtım Şebekeleri 23
Gerçek Yaklaşım
Kuyudan Su Temini
Her kuyun Statik ve Dinamik su seviyesi ve pompanın kotları modele girilecektir;
Yeraltı suyu Reservoir olarak ve pompa ile Reservoir arasındaki bağlantılar boru ile modellenecektir. Pompadan önce Borunun çapı, kuyun çapı olarak ve pompa ile kuyun zemin kotu, pompanın modeline göre ayarlanacaktır;
İlk etaplarda pompa “1 Point” olarak modellenecektir. Pompanın debisi, kuyudan alınacak debi olarak ve pompanın yükü, statik kot farkı x 1,1 olarak modellenecektir. İleride pompa yükü ayarlanacaktır;
Kuyudan su toplama iletim hattının çapları, debiye göre ve 1 m/s hız olarak belirlenmiş olup, ilerideki etaplarda optimum boru çapları hesaplanacaktır;
Birçok kuyuyu bir araya getirip birbirine bağlayıp, tek bir toplama sistemi ile su iletmesini sağlamak iyi bir çözüm değildir. İşletme süresinde, her zaman bütün kuyular beraber çalışmayacak ve bu durumlarda, pompalar doğru bir şekilde çalışmayabilir. Bu yüzden 5’ten fazla kuyunun bağlı olduğu bir sistem öneremiyorum;
Sistem ne olursa olsun, işletme şartlarının her zaman kontrolu gerekmektedir.
24
Kuyudan Su Temini 25
Zemin Kotu
D1
Dinamik Kotu
Statik Kotu
Pompa Kotu
L1
L2
D2
Din
am
ik K
otu
Po
mp
a K
otu
Ze
min
Ko
tu
L1
D1
L2
D2
Kuyudan Su Temini 26
Q3
Q1
Q2
Q1+
Q2+
Q3
Q3
Q1
Q2
Q1+
Q2+
Q3
Q4Q1+Q2+Q3+Q4
Q3
Q1
Q2
Q1+
Q2+
Q3
Q4
Su Kalite Analizleri
Genelde su dağıtım şebekelerinde su kalite analizleri gerekmektedir. Su analizleri, isale hatlar için de yapabilir;
Su içinde hangi parametrenin değerlenmesi gerekirse, parametrenin iki değerinin bilinmesi gerekmektedir:
Bulk Rate: Su içinde belirli bir sürede parametrenin fiziksel veya kimyasal yoğunluk oranının değişmesine Bulk rate denir. Örneğin: Klorun yoğunluğu zamanda azalır. Zaman birimde (1 günde veya 1 saatte) kaç ml klor azalma miktarına Klor Bulk Rate miktarı denir. Azalma oranı miktarı suyun özeliklerine bağlıdır ve bir kaynaktan kaynağa değişir. Laboratuvar analizleri ile Balk Rate miktarı bulunacaktır. Başka örnek ise su sertliği veya EC dir. Bu parametreler zamanda sabittir.
Wall Rate: Parametre ile borunun iç çevresinin etkileşimine Wall Rate denir. Parametrelerin bazıları borunun içinde çökeltilir (sedimantasyon). Bu nedenle parametrenin yoğunluğu borunun uzunluğu boyunca azaltılacaktır. Örneğin: Klor ve sertliği ile boru arasında etkileşim vardır. Bu etkileşim borunun cinsine bağlıdır. Genelde parametreler plastik borular ile, diğer borulara karşı (özelikle Çelik veya Düktile ait iç kaplama beton boruları) daha düşüktür. Wall Rate zamana bağlı bir değer değil, sadece uzunluğa bağlı bir değerdir.
27
Su Kalite Analizleri
Hidrolik tasarımın sonuçlarının tamalanmasından sonra, EPS (Extended Period
Simulation) bir model hazırlanacaktır. Genelde 24 saat bir sürede, zamanda değişen
debi katsayıları bir tablo şeklinde modellenecektir. Bu katsayılar, belirtilen zamanlarda,
teslim edilen su noktalarda (Junctions) veya isale hatlarında uygulanacaktır;
28
ZamanKat
sayısıZaman
Kat
sayısıZaman
Kat
sayısı
00:00 0,10 08:00 1,30 16:00 0,90
01:00 0,10 09:00 1,20 17:00 1,00
02:00 0,05 10:00 1,10 18:00 1,10
03:00 0,05 11:00 1,15 19:00 1,40
04:00 0,10 12:00 1,25 20:00 1,30
05:00 0,50 13:00 1,20 21:00 1,20
06:00 0,80 14:00 1,35 22:00 0,80
07:00 1,10 15:00 1,10 23:00 0,10
Su Kalite Analizleri
Genelde klorun belirli bir yoğunluğu depolardan sisteme girilip dağıtılacaktır. Klor günde belirli bir zamanda veya sürekli bir şekilde sistemde girilecektir. Ancak sisteme girilen klor miktarı 1 mg/l den daha fazla olmamalıdır. Aksi halinde zararlı kimyasal maddeler teşkil edilecektir. Diğer parametreler için (sertlik veya EC) birden fazla kaynak varsa, farklı miktarları modele verilecektir;
Laboratuvar sonuçlarına göre, klor için Bulk Rate miktarı modele verilecektir. Genelde klor Bulk Rate miktarı -0,90 (mg/l)(1-n)/gün ile -0,10 (mg/l)(1-n)/gün arasında olacaktır (klor yoğunluğunu zamanda azalması sebebiyle değeri eksidir). Sertlik ve EC’nın Bulk Rate‘i sıfırdır;
Klor Wall Rate miktarının bulunması için, Laboratuvar testleri gerekmektedir. Genelde, PE boruları veya iç kaplama epoksi olan Çelik/Düktil boruları için klor Wall Rate miktarı -0,01 ile -0,07 m/gün arasında değişecektir. Beton iç kaplaması Çelik/Düktil boruları ise, klor Wall Rate miktarı -0,03 ile -0,20 m/gün arasında değişecektir;
29
Su Kalite Analizleri
Modülasyonun sonuçlarına göre, klor miktarları bütün noktalarda hesaplanacaktır. Genelde su dağıtım şebekelerinde, klor miktarı hiç bir noktada 0,30 mg/l den daha düşük olmamalıdır. Aksi halinde, akış hızı değiştirilmesi (boru çapları değişmesi) veya sisteme düşük klorun olduğu noktalarda klor enjeksiyonu yapılmalıdır;
İsale hatlar ise, boy uzunluğuna nerede klor miktarı düşerse, o noktalarda klor enjeksiyonu gerekmektedir;
Enjeksiyonun hangi zamanlarda ve günlerde kaç mg/l olarak hesaplandığının bulunması için modülasyonun yapılıp gerekli değerler elde edilmelidir;
Şebeke içinden farklı kaynaklardan gelen EC veya sertliğin etkisini hesaplamak ve onları karıştırmak amacıyla bir EPS modeli hazırlanmalıdır;
30
Su Kalite Analizleri
Başka bir konu ise, Su Bekleme Süresi veya Su Ömrü (Water Age) dir;
Genelde, düşük debi hatlarında, su sirkülasyonu olmayacak ve bazen uzun bir süre beklenecektir;
Su bekleme süresinin 2 gündan fazla olmaması gerekmektedir. Bu nedenle Water Age analizleri gerekmektedir;
Yine de, EPS bir modülasyon hazırlayıp, modülasyonu en az 120 saat (5 gün) için Run yaparız. Sonuç olarak, şebekede su bekleme süresinde modelden alınacaktır;
48 saatten fazla su bekleme boruları için, çeşitli çözümler bulunmaktadır:
Boru çapı küçüklenmesi;
Loop sistemi değişmesi;
Şebekeye bölünmesi ve uzak yer alan noktaların başka bir kaynaktan beslenmesi;
31
Sulama Sistemleri
Sulamak (Sprinkle) basınca göre, debiye ayarlanacaktır;
Sulamaklar Junction olarak modellenecektir, ancak EmitterCoefficient (fışkırtan katsayısı) bir değeri verilmelidir. Bu değer, fabrika tarafından alınabilir;
Bütün alanlar beraber su veremeyecektir ve bir sulama programı gerekmektedir. Bu yüzden aynı zamanda bütün debi ana hattan geçmeyecektir;
32
1. Gün 2. Gün 3. Gün
4. Gün
Sulamak (Sprinkle)
Q1 Q2 Q3
Q4
Q = Max (Q1, Q2, Q3, Q4)
Dinlemek için teşekkür ettim…..
33
Modülasyon ile ilgili herhangi bir sorunuz varsa, her
zaman email gönderebilirsiniz:
Email: [email protected]
WhatsApp: +90 537 9965877