İçme suyu şebekelerinde basınç kırıcı vananın gerçek zamanlı kontrolünün su kayıpları üzerine etkisinin model analizi ve deneysel incelenmesi
The pressure breaker valve within the potable water distribution network and the research to its impact on water loss by taking the real-time model and experimental analyses into consideration
Yazar: MEHMET MASUM OLMUŞTUR
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ FATİH UYSAL
Sakarya Uygulamalı Bilimler Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
İnsan hayatının vazgeçilmez unsuru olan su ve ona ulaşım şehir yaşamının temelini teşkil eder. İlk yerleşimler su kaynaklarına yakın yapılırken günümüzde teknolojinin gelişmesi ile su insanların yaşadığı yere ulaştırılabilir hale gelmiştir. Ana su kaynaklarından yüksek maliyetlerle ve emeklerle şehirlere getirilen ve arıtılan su ana depodan sonra boru hatları ile kademeli olarak şehre verilir. Bu dağıtımda çelik, duktil font, PVC, PE vb. içme suyu boruları kullanılır. Üretim kolaylığı, ekonomikliği, branjman (abone bağlantısı) kolaylığı, az bakım gerektirmesi vb. unsurlar göz önüne alındığında PE borular günümüzde şehir şebekelerinde en çok kullanılan boru olarak karşımıza çıkmaktadır. Ancak bu borunun tamiratında kalifiye eleman, uzun zaman, yataklama ve gömlekleme esnasında taş tozu gerektirmesi vb. dezavantajları bulunmaktadır. Tamirat esnasındaki nem kaynak bölgesinde kılcal çatlaklara ve dolayısıyla basınç yükseldikçe artan sızıntıya, yataklama veya gömlekleme esnasında dolgu içine giren keskin bir taş parçası geceleri yükselen basınç ile uzayan boru boyundan dolayı borunun çizilmesine, zamanla sızın oluşturmasına ve patlamasına neden olmaktadır. Böyle durumlarda PE boru için ortaya çıkan olumsuzlukları en aza indirmek üzere kullanılabilecek en ideal yöntem basınç kontrolüdür. Basınç kontrolü için kullanılan basınç kırıcı vanalar, basıncın hıza dönüşmesi durumunda debinin artışına müsaade ederek su ihtiyacının karşılanmasında kısıtlama yapmamaktadır. Ancak su kullanımının ve hızının azalıp basıncın yükselmeye başlaması durumunda içme suyu hattını kapatarak boruları gereksiz yüksek basınçtan korumaktadır. Bu çalışma kapsamında 204 adet işyeri, 787 adet konut abonesi olmak üzere toplam 991 abonesi olan bir izole alt ölçüm bölgesinde basınç kontrolü yapılmadan odanın girişine montajı yapılan elektromanyetik debimetre ile 3 ay boyunca sisteme verilen su miktarı aylık olarak ölçülmüştür. Bu 3 aylık süre içerisinde içmesuyu şebeke sistemine 6.2 ile 7 bar basınç aralığında toplam 55813 m3 su temini yapılmış olup, 991 abonenin toplam 3 aylık tahakkuk sarfiyatı ise 28838 m3 olarak ölçülmüştür ve  
şebekedeki minimum gece debisi 4.4 l/sn olup kayıp-kaçak oranımız ise %48 olarak hesaplanmıştır. Sonrasında izole alt bölgenin girişine monte edilen basınç düşürücü vananın gerçek zamanlı kontrolü yapılarak içmesuyu şebeke sistemine 4.5 bar basınçta su temin edilmiştir. Basıncı kontrol altına alınan içmesuyu şebekesine 3 aylık süre boyunca 44159 m3 su temini yapılmış olup, abonelerin toplam tahakkuk sarfiyatı ise 27382 m3 olarak ölçülmüştür. Bununla beraber gerçek zamanlı basınç kontrolü süresince içmesuyu şebeke sistemine temin edilen su miktarında 11654 m3 su tasarrufu sağlanmış olmakla birlikte kayıp kaçak oranı %48 seviyelerinden %37 seviyelerine indirilmiş olup, minimum gece debisi ise 4.4 l/sn'den 2.63 l/sn düzeyine indirilmiştir. Daha sonrasında izole alt ölçüm bölgesindeki içmesuyu şebekelerinin Epanet programında hidrolik modeli tasarlanarak simülasyonu yapılmıştır. Simülasyon sonuçları ile sahadaki gerçek sonuçlar karşılaştırılmış ve hata oranı %2 ile %4 arasında tespit edilmiş olup sahadaki gerçek verilerle karşılaştırıldığında yakın sonuçlar elde edilmiştir.

Abstract:
Water is an important source in the life of human beings and has a very close impact on the construction of city life. In the past, the first settlements were made nearby water sources whereas today the technology has been developed so well that water has been made reachable to places where humans are living. Today, this technology makes it possible that water is being transferred from the water resources to the water purification processes and from the water pipelines to the cities by putting high costs and efforts into this process. Within the scope of this process steel, ductile font, PVC, PE etc. is being used within the Water Distribution Network. By taking the development process, the costs, the easiness of the subscription and the fact that less effort is needed for the maintenance of the pipelines into consideration it has been discovered that PE pipelines are being used the most within the city Water Distribution Network. However, the usage of this kind of pipelines on the other hand has as a disadvantage; that it is hard to find a qualified and experienced worker that can work with this kind of pipelines, that it takes long time to repair the pipelines and that stone power is needed during the cushioning and covering process. During the repair process of these pipelines, it has been realized that in the moisture source areas micro cracks are being developed and as a result leakage occurs once the pressure is getting higher. As a result, during the cushioning or covering process sharp stone pieces as ending up in the fillings which consequently scratches the pipelines once the pressure gets higher which leads to pipe leakages and bursts. In this case, the ideal option to handle these disadvantages within the PE pipelines is to take control over the pressure.
 
Pressure reduction valves that are being used for the control of pressure are handling the flow rate to meet the water request without constraint once the pressure is being transferred into speed. However, once the reduction in water consumption and the reduction of the speed starts, the Water Distribution Network will be shut down to prevent the pipelines from unnecessary high pressure. 
Within the scope of this research, an isolated District Metered Area with 204 workplaces and 787 residence subscriptions (a total of 991 subscriptions) has been created to measure the monthly water supply within that area by placing an electromagnetic flow- meter at the entrance of the isolated District Metered Area for a period of three months. 
The results during this period have shown that within the potable water supply network a total number of 55813 m3 water with a pressure between 6.2 and 7 bar has been supplied, 28838 m3 accrual expenditure for the total above mentioned subscriptions have been measured and the minimum night flow during this period has been measured around 4.4 l/s whereby the seepage loss has been calculated around 48%. Later, a real- time pressure reducing valve has been mounted at the entrance of the isolated District Metered Area whereby the water has been supplied with 4.5 bar. During the period of 3 months a total of 44159 m3 has been supplied whereby 27382 m3 water has been consumed by the total number of subscribers in that area. In addition, a measurement with a real-time pressure has been made whereby 11654 m3 water has been saved. As a result, water loss had been reduced from 48% to 37% and the minimum water flow during the night has been reduced from 4.4 l/s to 2.63 l/s. Subsequently, a hydraulic model within a program named Epanet has been used to create a simulation in the isolated district metered area. The results from both the simulation and the field have been measured and compared with each other. From the comparison it has been concluded that the detected error rate of both measurements was between 2- 4 % which means that the measurement results of the simulation were close to the results of the measurements that have been taken place in the field.