Sirkülasyon pompasında rotor ve sürücüyü soğutan dış yüzey kanatçık konfigürasyonunun sistem verimliliğine etkisi
Effect of external surface fin configuration that cools the rotor and driver in the circulation pump on system efficiency
Yazar: GÜLÜZAR AYDOĞDU
Danışman: PROF. DR. SÜLEYMAN KARSLİ
Gebze Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Elektrik motorlarının elektrik enerjisi tüketimi dünyada %40, pompaların ise %20 civarındadır. Nitekim klasik sabit devirli pompaların Avrupa enerji verimliliği politikaları nedeniyle 2013 itibariyle yasaklanmış olması ve yeni tasarım yüksek verimli motorların ve sürücülerin pompa sistemlerinde kullanılmaya başlanması ile büyük miktarda enerji tasarrufu sağlanmıştır.  
Yeni nesil ıslak rotorlu sirkülasyon pompaları pompa, motor ve sürücü olmak üzere üç ana bölümden oluşmaktadır. Bir ıslak rotorlu sirkülasyon pompasında yaklaşık olarak, pompa maliyeti %40, motor maliyeti %30 ve sürücü maliyeti %30 civarındadır. Sirkülasyon pompalarının çalışma sıcaklığı 110-120 °C'ye kadar çıkmaktadır. Bu çalışma sıcaklıklarında sürücü ve motorlarda meydana gelecek yanma ve arızalar pompa ömrünü kısaltıp, sistem maliyetini artırırken, yeterli soğutma yapılmış sürücü ve elektrik motorları sistem maliyetini düşürmekte, sistem ömrünü uzatarak toplam verimliliği artırmaktadır.  
Bu çalışmada, verim indeks değeri 0,23 olan, yerli üretim, manyetik motor ve tahrikli ıslak rotorlu sirkülasyon pompası ve sürücüsünün termo ekonomik analizi yapılmıştır. Analizden elde edilen veriler, sıcaklık dağılımı dikkate alınarak deneysel olarak pompaya uygulanmış, sayısal ve deneysel sonuçlar karşılaştırılmıştır. Deneysel çalışmada ölçümler üç farklı yöntemde: ilk olarak sürücü pompa gövdesiyle temas halinde, ardından sürücü pompa sisteminden ayrıldığında ve son olarak temas yüzeyine taş yünü izolasyonu yerleştirildiği şekilde yapılmıştır. İkinci yöntemde elde edilen sıcaklık düşümü, birinci yönteme göre kanatlarda yaklaşık %40, sürücü dijital kart yüzeyinde ise %25 oranında gerçekleşmiştir. Birinci ve üçüncü yöntemler arasında, kanatlarda yaklaşık %14 ve sürücü dijital kart yüzeyinde %15'lik bir sıcaklık düşümü kaydedilmiştir. Son bölümde yılda 3000 saat çalışan sürücüde yapılan iyileştirme çalışması ile yılda 212 kWh enerji tasarrufu yapılırken, 0.92 kg CO2 salınımının engelleneceği hesaplanmıştır. Sürücü sıcaklığının düşük değerde tutulmasının sürücü ömrü ve enerji tasarrufu açısından olumlu etki gösterdiği görülmüştür. Sonuç olarak bu çalışmanın toplam pompa sistem verimliliğine ve sürücü işletme ömrüne katkı sağladığı görülmektedir.

Abstract:
The electricity consumption of electric motors accounts for approximately 40% globally, while pumps account for around 20%. Indeed, significant energy savings have been achieved with the prohibition of older generation fixed-speed pumps in Europe since 2013 due to energy efficiency policies and the subsequent introduction of new generation high-efficiency motors and drives in pump systems. 
New generation wet rotor circulation pumps consist of three main components: the pump, the motor, and the drive. In a wet rotor circulation pump, the cost distribution is approximately 40% for the pump, 30% for the motor, and 30% for the drive. The operating temperature of circulation pumps can reach up to 110-120°C. At these operating temperatures, potential burnouts and failures in the drive and motor can shorten the pump's lifespan and increase system costs. However, adequately cooled drives and electric motors reduce system costs, extend system lifespan, and enhance overall efficiency. 
In this study, thermoeconomic analysis of a domestic production, magnetic motor and driven wet rotor circulation pump and driver with an efficiency index value of 0.23 was performed. The data obtained from the analysis was applied to the pump experimentally by considering the temperature distribution, and the numerical and experimental results were compared. In the experimental study, measurements were made in three different methods: first, the driver was in contact with the pump body, then when the driver was separated from the pump system, and finally when rock wool insulation was placed on the contact surface. The temperature decrease obtained in the second method was approximately 40% on the wings and 25% on the driver digital card surface compared to the first method. Between the first and third methods, a temperature decrease of approximately 14% on the wings and 15% on the driver digital card surface was recorded. In the last section, it was calculated that 212 kWh of energy was saved per year with the improvement study carried out on the driver operating for 3000 hours per year, while 0.92 kg of CO2 emissions would be prevented. It was observed that keeping the driver temperature at a low value had a positive effect in terms of driver life and energy saving. As a result, it is seen that this study contributes to the total pump system efficiency and driver operating life.