راهنمای محاسبه دبی پمپ و پارامترهای موثر

محاسبه دبی پمپ یکی از مهم‌ترین محاسبات در صنایع مختلف به شمار می‌آید. پمپ‌ها دارای انواع گوناگونی نظیر پمپ آب، پمپ سیلندر، پمپ موتور و… هستند که هرکدام از آن‌ها عملکرد خاصی از خود نشان می‌دهند. در این محتوا تاکید ما بر روی پمپ‌هایی با انتقال سیال است. ازآن‌ جایی ‌که این دسته از پمپ‌ها جزو کاربردی‌ترین تجهیزات در تمامی صنایع به شمار می‌آیند، محاسبه هد و دبی پمپ و آشنایی با آن برای تمامی اپراتورها و مهندسین ضروری است. عدم شناخت این مشخصه و توانایی محاسبه آن، منجر به کاهش رادمان، اشتباه در عملکرد پمپ و درنتیجه خرابی سیستم یا صرف هزینه‌های بالا می‌شود. به‌همین منظور قصد داریم تا به فرمول و نحوه محاسبه هد و دبی پمپ بپردازیم.

فرقی نمی‌کند که پمپ مورد نظر یک نمونه بزرگ صنعتی باشد یا پمپ‌های کوچک برای فعالیت‌های خانگی و کارگاهی، مهم‌ترین عامل در پمپ، نرخ جریان آن است. شاید این سوال برایتان پیش آید که چرا این نرخ جریان اهمیت دارد و باید آن را محاسبه کرد؟ روش محاسبه آن به چه صورت است؟ چگونه می‌توان جریان خروجی را کنترل کرد و…؟ در این محتوا به پاسخ این سوالات پیرامون دبی پمپ می‌پردازیم، همچنین برای کسب اطلاعات بیشتر پیرامون پمپ و دیگر پارامتر‌های مهم در نحوه عملکرد آن، می‌توانید به مجموعه آمورش مهندسی مکانیک فرادرس مراجعه کنید.

• مجموعه آموزش مهندسی مکانیک — کلیک کنید

پمپ چیست و چگونه کار می‌کند؟

پمپ یا تلمبه یک وسیله مکانیکی بود که از آن برای جابه‌جایی و انتقال انواع مایعات در صنایع مختلف و حتی در منازل و کارگاه‌ها استفاده می‌کنند. امروزه انواعی از پمپ‌ها نظیر پمپ آب، پمپ اسیدی، پمپ بشقابی و… را داریم که هرکدام برای نوع خاصی کار و انتقال سیال با ویژگی‌ شیمیایی مختلف به کار می‌روند. نحوه عملکرد تمامی پمپ‌ها بر اساس قانون اختلاف فشار و ارتفاع صورت می‌گیرد. بدین صورت که با افزایش فشار، مایع یا سیال مورد نظر از ارتفاع یا هد اولیه به ارتفاع ثانویه تایین شده منتقل می‌شود. از پمپ‌ها در صنایع متنوعی استفاده می‌شود و عملاً تمامی کارخانه‌ها و شرکت‌ها بسته به نوع کار از یک تا چند پمپ استفاده می‌کنند. هدف استفاده از آن برای انتقال سیال به بخش های دیگر با فشار بالا است و یا برای انتقال مواد شیمیایی با خاصیت خورندگی که با روش‌های عادی قابل انتقال نیستند، به کار می‌رود. امروزه شاهد انواع پمپ‌ها با عملکرد دستی، برقی، بادی و…. هستیم.

دانستن دبی پمپ چه اهمیتی دارد؟

محاسبه دبی پمپ و ارتباط آن با دیگر پارامتر‌ها اهمیت بالایی دارد. یکی از اهمیت‌های آن در شناخت یک سیستم کارآمد از یک سیستم غیرکارآمد است. اگر شما بتوانید جریان ورودی و خروجی و دبی پمپ را اندازه ‌گیری کنید، می‌توانید تشخیص دهید که آیا سیستم شما عملکرد خوبی دارد یا عملکردی ضعیف از خود نشان می‌دهد. درصورتی‌ که سیستم دارای عملکرد ضعیف باشد با اقدامات مناسب و انجام تغییرات در آن می‌توانید بازده را بهبود ببخشید. با محاسبه دبی می‌توان راندمان پمپ را حساب کرد که اهمیت بسیار بالایی در صنایع دارد. موتورهای پمپ به انرژی زیادی برای کار نیاز دارند، به‌ همین منظور تمامی شرکت‌ها و کارخانه‌ها به ‌دنبال پیدا کردن روشی برای افزایش بازده پمپ هستند. دراین ‌صورت در کنار صرفه ‌جویی در مصرف انرژی، بازده و سود کارخانه نیز بیشتر می‌شود، به طوری که حتی یک درصد بهبود عملکرد پمپ، سودهای بسیاری را برای آن مجموعه به‌ همراه می‌آورد. راندمان یک پمپ به نوع و اندازه پمپ بستگی داشته و می‌توان با محاسبه دبی و توان ورودی و خروجی، این راندمان را محاسبه کرد.

روش های مختلف برای محاسبه دبی پمپ

روش‌های مختلفی برای محاسبه و اندازه گیری دبی پمپ وجود دارد که در ادامه آن‌ها را بررسی می‌کنیم. یکی از این روش‌ها استفاده از دستگاه دبی سنج است. دبی سنج یک دستگاه بسیار ساده بوده که مقدارسیال عبوری از سیستم را اندازه‌ گیری می‌کند. برای استفاده از این دستگاه تنها به اتصال آن در بخش خروجی پمپ که تخلیه از آن انجام می‌شود، نیاز است. در ادامه بر روی کنتور دبی سنج، میزان جریان سیستم نشان داده می‌شود که هم می‌توان به‌طور دستی به محاسبه دبی پرداخت و هم در برخی از دبی سنج‌ها این محاسبات بطور اتومات و دیجیتال انجام می‌شود. به طور معمول در صنایع محتلف از این وسیله برای افزایش سرعت محاسبه دبی استفاده می‌کنند.

در روش دیگر به ‌طور کاملاً دستی به محاسبه دبی پمپ می‌پردازیم. بدین صورت که در بخش خروجی سیستم یک سطل با حجم مشخص برای اندازه‌ گیری مایع یا نمونه سیال موردنظر قرار می‌دهند، در ادامه مقدار سیال جمع‌آوری شده و زمان لازم برای پر شدن سطل را اندازه‌گیری کرده و با یافتن این دو پارامتر، مهندسی معکوس و جایگذاری اعداد در فرمول محاسبه دبی، می‌توانید عدد مد نظر را بدست آورید.

این فرمول که به فرمول محاسبه دبی معروف است برابر است با تقسیم حجم مایع جمع‌آوری شده بر روی زمان مورد نیاز.

Q=V/T

دبی پمپ چیست؟

حال به تعریف دبی پمپ می‌پردازیم. دبی پمپ درواقع میزان عبور یک سیال که معمولاً سیالی ویسکوز است، از مقطعی معین در واحد زمان می‌باشد. دبی را در محاسبات یا ارائه عدد معمولاً با حرف Q نمایش می‌دهند و محاسبه آن بر دو اساس واحد جرمی یا واحد حجمی دسته‌بندی می‌شود.

• آموزش هیدرولیک صنعتی — کلیک کنید

جرمی

در یک روش، دبی را براساس واحدهای جرمی اندازه ‌گیری می‌کنند که در آن میزان عبور یک توده جرمی سیال در سطحی مشخص و در کسری مشخص از زمان محاسبه می‌شود. واحد عدد بدست آمده در این روش از محاسبه، برحسب کیلوگرم بر ساعت بیان می‌شود.

حجمی

روش دیگر بیان دبی برحسب واحدهای حجمی است. در این روش حجم سیال عبوری در یک واحد زمان را محاسبه می‌کنند. معمولاً واحد مورد استفاده برای بیان آن برحسب لیتر بر دقیقه و یا مترمکعب بر ثانیه است. پس بطورکلی دبی آن مقدار از سیال یا مایع موردنظر است که در یک زمان مشخص از قسمت خروجی پمپ خارج می‌شود. در محاسبه دبی عوامل زیادی نظیر سطح مقطع لوله، تفاوت عرض و ارتفاع سطوح، ویسکوزیته مایع و… اهمیت دارند. برای انتقال سیال در یک پمپ، در کنار بیان دبی، پارامتر‌های دیگر نظیر هد و فشار پمپ نیز حائز اهمیت هستند. هد پمپ همان ماکزیمم ارتفاعی است که مایع در آن قرار می‌گیرد. در تعریف دیگر، ارتفاع یا هد پمپ مشخص می‌کند که یک سیال در شرایط استاندارد تا چه ارتفاعی بالا می‌آید و چه فشاری می‌تواند داشته باشد. هد یا فشار سیال در پمپ‌ها را برحسب پارامترهایی نظیر متر و فوت بیان می‌کنند. همان‌طور ‌که در بخش پیشین گفتیم در محاسبه دبی پمپ به مقدار جریان عبوری در واحد زمان نیاز داریم. برای پمپ‌های گرمایشی و سرمایشی این فرمول به‌ صورت بار حرارتی تقسیم بر اختلاف دما بیان می‌شود، البته در محاسبات مقدار چگالی مایع را نیز باید ملاحظه کرد.

پارامتر‌های مرتبط با دبی پمپ

دبی پمپ با پارامترهای مختلفی ارتباط دارد که در ادامه چند مورد از آن‌ها را با هم بررسی می‌کنیم.

رابطه دبی پمپ و هد

همان ‌طور که گفتیم، هد همان ارتفاعی است که سیال در پمپ بالا می‌آید. در ماکزیمم ارتفاع هد برای یک پمپ، دبی برابر صفر است، زیرا در این نقطه دیگر تغییر ارتفاع نداریم و جریان بی‌حرکت می‌ماند. یک پمپ تمام نیروی خود را در ماکزیمم ارتفاع هد صرف کرده و دیگر اختلاف فشاری برای جریان وجود ندارد. همچنین در یک سیستم اگر هد صفر باشد، سیال یا مایع با بیشترین سرعت از پمپ عبور می‌کند، یعنی دبی به بیشترین مقدار خود می‌رسد. درنتیجه رابطه بین دبی و هد پمپ یک رابطه معکوس بود که با افزایش هر کدام، دیگری کاهش می‌یابد.

رابطه دبی پمپ و توان

پارامتر دیگری که با دبی پمپ ارتباط دارد، توان یا همان قدرت پمپ است. این قدرت از اختلاف فشار بین نقطه‌ آغازین و نقطه پایانی در سیستم محاسبه می‌شود و فرمول آن به شرح زیر است:

P_W = (p2−p1) × Q

در رابطه فوق P1 وp2 ، فشار در بیشترین حالت و کمترین حالت و Q دبی پمپ است. دراین‌ رابطه فشار برحسب نیوتن بر مترمربع و دبی برحسب مترمکعب بر ثانیه بیان می‌شود. همچنین توان را از رابطه هد و دبی نیز می‌توان محاسبه کرد.

P_W = HQ /3690

از معادله فوق استنباط می‌شود که توان هم از هد و هم از دبی پمپ تاثیر می‌گیرد.

اهمیت دبی در پمپ آب

یکی از کاربردها و اهمیت‌های محاسبه دبی، در پمپ‌های آب ساختمان‌ها و منازل است که تأثیر مستقیم بر کارایی دستگاه و راندمان آن دارد. با محاسبه این دبی می‌توان حجم پمپ یا میزان حجمی که می‌تواند در کل سیستم لوله‌ کشی آب به چرخش درآورد را محاسبه کرد. با این محاسبه کارایی پمپ و سیستم لوله‌ کشی آب ساختمان بهتر می‌شود. به‌عنوان مثال اگر دبی پمپ آب از حد نیاز فراتر رود، آب با فشار بالا در لوله‌ها حرکت کرده و موجب ترکیدگی یا نشتی لوله می‌شود، همچنین اگر دبی کم‌تر از حد مورد نیاز باشد، آب به‌خوبی منتقل نشده و تنها هدر رفت انرژی را به‌همراه دارد. چرا که به دلیل فشار پایین، پمپ باید بیشتر کار کند تا نیاز آب ساختمان را برطرف سازد.

برای محاسبه دبی پمپ ساختمان‌ها که از نوع آبی است، بر اساس تعداد افراد ساکن پیش می‌روند. برای مثال نیاز هر واحد را براساس تعداد افراد آن در نظر گرفته و در کنار آن عواملی مانند ارتفاع ساختمان، ارتفاع طبقه و … را حساب می‌کنند. برای راحتی کار محاسبه جدولی براساس واحد حمام و یا نوع ساختمان که می‌تواند اداری، هتل، بیمارستان و …. باشد ، تعبیه شده است. یک ردیف این جدول بر اساس تعداد واحد مورد نظر و ردیف‌های دیگر براساس تعداد حمام هر واحد یا نوع ساختمان رده‌ بندی شده که مشخص می‌کند هر واحد به چه دبی نیاز دارد. به ‌طور کلی دبی یا حجم آبی که در واحد زمان از پمپ پمپاژ می‌شود، نقش بسیار مهم و حیاتی در راندمان دستگاه ، سلامت پمپ و همچنین کاهش هدر رفت آب و انرژی دارد. تمامی پمپ های خانگی دارای یک منحنی پمپ آب هستند که متناسب با آن دبی پمپ قابل ‌محاسبه است.

روش های مختلف کنترل دبی

برای کنترل دبی پمپ روش‌های مختلفی وجود دارد که از جمله رایج‌ترین آن‌ها می‌توان به استفاده از کنار گذر(Byepassing) ،شیرهای کنترلی (throttling)، کنترل روشن خاموش (on-off control) و همچنین کنترل اینورتر فرکانس متغیر (VFD) اشاره داشت. به کمک روش‌های نام برده و محاسبه توان مصرفی نسبی آن‌ها، می‌توان بر روی دبی پمپ کنترل داشت. رایج‌ترین این روش‌ها کنترل به واسطه شیرهای کنترلی بوده که می‌توان جریان را بر اساس باز و بسته کردن شیر کنترل کرد. شیرهای به ‌کار رفته برای تنظیم معمولا از نوع سوزنی و پروانه‌ای هستند که خروجی را نسبت به مقدار مورد نیاز تنظیم می‌کنند. درروش استفاده از کنار گذر برای کنترل دبی پمپ، مقدار سیال خروجی را با کنار گذاشتن بخشی از آن کاهش داده که در نتیجه نسبت جریان به مکش پمپ کاهش می‌یابد. از این روش بیشتر برای پمپ های گردشی استفاده می‌کنند. در روش کنترل روشن – خاموش، دیگر مقدار جریان را نمی‌توان کم و زیاد کرد و پمپ یا خاموش است یا روشن، پس دبی یا صفر است یا عدد. در روش کنترل درایو که به روش کنترل اینورتر نیز معروف است، از تغییر فرکانس کمک می‌گیرند. بدین صورت که با تغییر فرکانس یا سرعت می‌توان دور موتور پمپ را کنترل کرد و در نهایت جریان خروجی و دبی نیز کنترل می‌شود.

کلام آخر در مورد محاسبه دبی پمپ

پمپ‌ها یکی از اجزا و تجهیزات جداناپذیر از صنایع به شمار می‌آیند، همچنین کاربرد بسیار زیادی در منازل، کارگاه‌ها، هتل‌ها و… دارند. یک پمپ نیاز به صرف انرژی برای به حرکت درآوردن سیال داخل خود دارد. در صنایع به دلیل حجم بالای سیال و وسعت کار این انرژی بیشتر است، به‌ همین منظور تکنسین‌ها و صاحبان کارخانه‌ها پیوسته به‌ دنبال آن اند که با افزایش راندمان پمپ، این انرژی مصرفی بالا را جبران کنند. یکی از محاسبات بسیار حیاتی در هر پمپ، محاسبه دبی پمپ است. این محاسبه اندازه ‌گیری میزان جریان سیال انتقال ‌یافته در واحد سطح و در زمانی معین است که از فرمول‌های مختلفی می‌توان آن را محاسبه کرد. امروزه دستگاه‌های دبی سنج وجود دارد که با نصب آن در قسمت خروجی پمپ، می‌توان دبی را به راحتی اندازه‌گیری کرد. عوامل مختلفی روی دبی ‌تأثیر می‌گذارند که از جمله آن می‌توان به توان دستگاه، فشار، ارتفاع و… اشاره داشت. برای کسب اطلاعات بیشتر در زمینه پمپ، مطالعه انواع پمپ‌ها و کارایی هر کدام و… می‌توانید از مجموعه آموزش دروس مهندسی مکانیک فرادرس کمک بگیرید.

• مجموعه آموزش دروس مهندسی مکانیک — کلیک کنید