JameSolar: 2019

Source : http://www.pakwanban.com/article/81/ออกแบบระบบน้ำเพื่อการเกษตร-วิธีเพิ่มแรงดันให้กับเครื่องสูบน้ำ

วิธีเพิ่มแรงดันให้กับเครื่องสูบน้ำ

ในบทความนี้จะกล่าวถึง วิธีการเพิ่มแรงดันให้กับปั๊มน้ำ ซึ่งในความเป็นจริงแล้วจะไม่มีอุปกรณ์ต่อพ่วงใดๆที่จะทำให้ปั๊มน้ำไฟฟ้าหรือเครื่องยนต์ทำงานได้มากกว่าที่ผู้ผลิตระบุไว้ที่เนมเพลท ซึ่งเป็นค่าที่อ่านได้จากหัวปั๊ม เมื่อนำเครื่องสูบน้ำมาต่อเชื่อมเข้ากับระบบน้ำแล้วมีแต่จะลดประสิทธิภาพลงเรื่อยๆ โดยปกติแล้วประสิทธิภาพของเครื่องสูบน้ำเมื่อเข้าคำนวณระบบน้ำแล้วจะคิดที่75% จากที่ระบุในเนมเพลท เกษตรกรหรือผู้ติดตั้งระบบจะทำได้ดีมากสุดก็แค่ลดโหลดหรือภาระต่างๆเพื่อให้เครื่องสูบน้ำได้ทำงานในจุดสูงสุดที่ทำได้ ไม่เป็นการดีเลยที่เกษตรกรจะเลือกขนาดของเครื่องสูบน้ำที่ความสามารถต่ำกว่าหรือเท่ากับค่าที่คำนวณได้จากการคำนวณระบบ เนื่องจากเครื่องสูบน้ำต้องทำงานเต็มกำลังหรือรับโหลดสูงสุดตลอดเวลา ซึ่งจะมีผลเสียหลายอย่างเช่น เครื่องสูบน้ำเสื่อมสภาพเร็วขึ้น เปลืองพลังงานมากขึ้น ในกรณีที่ใช้เครื่องสูบน้ำแบบไฟฟ้ามีความเสี่ยงเรื่องความร้อนที่เพิ่มขึ้นในขดลวดมอเตอร์และสายไฟฟ้า เป็นต้น

แต่ในสภาพปัญหาหลายๆอย่างเกษตรกรไม่สามารถที่จะทำการเลือกซื้อเครื่องสูบน้ำขนาดใหญ่ได้ ซึ่งบางครั้งต้องสูบน้ำจากที่ต่ำส่งไปที่สูงเป็นระยะทางไกลๆ ในบทความนี้จะเสนอวิธีที่จะทำให้ปั๊มน้ำได้ทำงานเต็มประสิทธิภาพ โดยจะใช้หลักการเพิ่มแรงดันหรือเฮดทางด้านท่อดูดของปั๊มน้ำ ซึ่งมี2ทางเลือก

1.การทำถังหรือแท้งเก็บน้ำให้สูงกว่าตำแหน่งการติดตั้งเครื่องสูบน้ำ

2. การต่อปั๊มน้ำแบบอนุกรม เพื่อเพิ่มแรงดันของระบบน้ำในท่อทางจ่าย

ในบทความนี้จะกล่าวถึงในหัวข้อที่1เป็นสำคัญ

จากตัวอย่างการคำนวณในระบบเพื่อหาเฮดปั๊มได้สูตร

∆H_{ปั๊มน้ำ}= ∆ H_รวม + ∆H₁ +∆H₂+∆H₃ + ∆Z

1. ∆H_รวม คือการสูญเสียรวมของพลังงานเนื่องจากการไหลในเส้นท่อ(ท่อเมน,ท่อแยก,ท่อจ่าย)

2. ∆H₁ คือการสูญเสียเนื่องจากระบบ ท่อดูด ข้อต่อ ข้องอ กรองและอุปกรณ์ต่างๆในระบบปั๊มน้ำ

3. ∆H₂ คือการสูญเสียที่หัวจ่าย ข้อกำหนดแรงดันที่หัวจ่าย หัวสปริงเกอร์ หัวสเปร์ย หัวมินิสเปร์ย

4. ∆H₃= 10% x ∆H_รวม คือการสูญเสียในข้อต่อ ข้องอ อุปกรณ์ต่างๆในระบบท่อส่งน้ำ

5. ∆Z= Z₁+ Z₂₊Z₃+ Z.._n=การสูญเสียเฮดปั๊มเนื่องจากความต่างระดับของท่อทางดูดกับหัวจ่าย

จากสูตรการคำนวณหาเฮดปั๊ม จากข้อที่1-4นั้นเป็นการเลือกขนาดเส้นท่อและอุปกรณ์ซึ่งเกษตรกรก็คงจะเลือกที่ประหยัดและเหมาะสมที่สุดดังนั้นค่าต่างๆจึงมักไม่ค่อยเปลี่ยนแปลง ดังนั้นจุดที่จะเปลี่ยนแปลงได้คือ ∆Z ซึ่งปกติจะมีค่าเป็นบวกแต่ในที่นี้เกษตรกรต้องทำให้มีค่าเป็นลบ

ตัวอย่างการคำนวณระบบจากภาพได้ค่าดังนี้

โดยมีข้อกำหนดดังนี้

1. ∆H₁=1.51m ,การสูญเสียพลังงานในเส้นท่อ จุด1-1

2. ∆H₂=0.298m ,การสูญเสียพลังงานในเส้นท่อ จุด2-2

3. ∆H₃=4.6m ,การสูญเสียพลังงานในเส้นท่อ จุด3-3

4. ∆H₄=5m , การสูญเสียเนื่องจากระบบ ท่อดูด ข้อต่อ ข้องอ กรองและอุปกรณ์ต่างๆในระบบปั๊มน้ำ

5. ∆H₅= 1.5bar = 15 m , การสูญเสียที่หัวจ่ายมินิสปริงเกอร์ที่ข้อกำหนดแรงดันที่หัวจ่าย1.5บาร์

6. ∆H₆= 10% x ∆H_รวม , การสูญเสียในข้อต่อ ข้องอ อุปกรณ์ต่างๆในระบบท่อส่งน้ำ

ดังนั้น ∆H_รวม = ∆H₁+∆H₂+∆H₃+∆H₄+∆H₅ =1.51+0.298+4.6+5+15+ = 26.4m

∆Z= Z₁+ Z₂₊Z₃=3+5+(0.3+0.3)=8.6m /การสูญเสียเฮดปั๊มเนื่องจากความต่างระดับของท่อทางดูดกับหัวจ่ายมินิสปริงเกอร์

เมื่อ Z₃=ความสูงของแปลงเกษตร+ความสูงของขาปักชุดมินิสปริงเกอร์

∆H_{ปั๊มน้ำ}= ∆ H_รวม + ∆H₆ + ∆Z =26.4+2.64+8.6 = 37.64 m = 3.76 bar

สุดท้ายและเกษตรกรจะได้ข้อกำหนดมา2ตัวในการเลือกขนาดปั๊มน้ำดังนี้

เฮดปั๊ม(H_ปั๊ม) > 38 m , ปริมาณการจ่ายน้ำ(Q_ปั๊ม) > 21,000 ลิตร/ชั่วโมง =21 ลบ.เมตร/ชั่วโมง

จากข้างต้นสรุปได้ว่า ∆H_{ปั๊มน้ำ}= ∆ H_รวม + ∆Z , เมื่อ∆ H_รวม=29

จากภาพ ในกรณีที่เกษตรกร สูบน้ำจากบ่อพักที่มีความต่างระดับ ระหว่างหน้าปั๊มกับระดับผิวน้ำ Z₁=+3เมตร ในขณะที่ ใช้ปั๊มน้ำที่ติดตั้งท่อดูดอยู่ที่ด้านล่างของแท้งน้ำจะมีค่า Z₁=(-10)เมตร นำค่าที่ได้มาเทียบความแตกต่าง

จากสูตร เมื่อคำนวณจากระบบเดิมโดยสูบน้ำจากบ่อพักจ่ายเข้าแปลงเกษตร

∆H_{ปั๊มน้ำ}= 29 + ∆Z , เมื่อ∆ H_รวม=29 และ Z₂+Z₃=5.6 เมตร

∆H_{ปั๊มน้ำ}= 29 + 3+5.6 = 37.6 เมตร หรือ 3.7 บาร์

จากสูตร เมื่อคำนวณจากระบบใหม่โดยสูบน้ำจากแท้งพักน้ำจ่ายเข้าแปลงเกษตร

∆H_{ปั๊มน้ำ}= 29 + (-10)+5.6 = 24.6 เมตร หรือ 2.4 บาร์

เกษตรกรจะได้ข้อกำหนดมา2ตัวในการเลือกขนาดปั๊มน้ำดังนี้

เฮดปั๊ม(H_ปั๊ม) > 25 m , ปริมาณการจ่ายน้ำ(Q_ปั๊ม) > 21 ลบ.เมตร/ชั่วโมง

ถึงจุดนี้เกษตรกรบางท่านอาจคิดประสิทธิภาพของปั๊มน้ำใช้งานติดตั้งเข้าระบบที่ 75% ดังนั้น 0.75xเฮดปั๊ม(H_ปั๊ม)>25m ในจุดนี้อธิบายว่าปั๊มน้ำที่เกษตรกรเลือกซื้อเฮดปั๊ม(H_ปั๊ม)คูณด้วย0.75แล้วจะต้องมีค่ามากกว่าหรือเท่ากับ 25m

จากตัวอย่างการคำนวณเกษตรกรสังเกตได้ว่าเราเลือกปั๊มน้ำที่ใช้กับระบบแปลงเกษตรที่เหมือนกัน โดยการสูบน้ำจากแท้งนั้นปั๊มน้ำตัวนี้มีเฮดปั๊มที่น้อยกว่า นั้นหมายความว่าราคาปั๊มน้ำจะถูกกว่าและใช้พลังงานน้อยกว่านั้นเอง