يشير التعريف الأكاديمي لـ "الرفع" إلى العمل الذي تقوم به مضخة المياه بالطاقة الشمسية على وحدة وزن من السائل، أي الزيادة في طاقة وحدة وزن السائل بعد مرورها عبر مضخة المياه بالطاقة الشمسية.

ومع ذلك، في التطبيقات العملية، لا يتم التعبير عن الرفع بوحدات الطاقة، بل بارتفاع عمود السائل (H)، مقاسًا بالمتر (m). تشمل الوحدات الشائعة الأخرى للرفع الكيلوجرام (kg) والميجاباسكال (mpa)، مع علاقة التحويل التالية: 1mpa = 10kg = 100m.

يعد رفع مضخة المياه بالطاقة الشمسية معلمة عمل حاسمة لمضخة المياه بالطاقة الشمسية ويلعب دورًا رئيسيًا في اختيار مضخات المياه بالطاقة الشمسية. فهو يحدد ما إذا كانت مضخة المياه بالطاقة الشمسية يمكنها توصيل المياه إلى الموقع المطلوب.

إذا كان المصعد منخفضًا جدًا، فلن يصل الماء إلى وجهته. على العكس من ذلك، إذا كان المصعد مرتفعًا جدًا، فقد يؤدي ذلك إلى زيادة استخدام الطاقة وتكاليف الكهرباء، وربما يتسبب في ارتفاع درجة حرارة المحرك وفشله.

بالنسبة لمحترفي الصناعة، يعد حساب رأس مضخة المياه بالطاقة الشمسية مهارة أساسية. سوف يقوم هوبر الآن بتفصيل طريقة حساب رأس مضخة المياه بالطاقة الشمسية.

حساب رأس مضخة المياه بالطاقة الشمسية

وفقا للصيغ القياسية، يتم حساب رأس مضخة المياه بالطاقة الشمسية (H) على النحو التالي: H = z + hw

• يمثل "z" الارتفاع الرأسي للمياه، أو فرق الارتفاع من سطح الماء عند نقطة الدخول إلى سطح الماء عند نقطة الخروج.
• "hw" هو فقدان الرأس، والذي يتضمن كلاً من فقدان الرأس على طول المسار (hf) وفقدان الرأس المحلي (hw).

يتم حساب فقدان الرأس (hf) باستخدام صيغة دارسي أو صيغة شيه كاي:

وزن = ξ * الخامس² / 2 جرام

• ξ هو معامل فقدان الرأس المحلي. لمعرفة قيمتها، يرجى الرجوع إلى الأدبيات ذات الصلة.
• v هي سرعة التدفق في الأنبوب. بشكل عام، يحدث الماء عند نقاط مثل المداخل والانحناءات والصمامات والمنافذ.

ومع ذلك، لا يتم تنفيذ هذا الحساب في كثير من الأحيان في التطبيقات العملية. دعونا نركز على كيفية حساب رأس المضخة الشمسية في ميزانيات المشروع الفعلية.

حساب عملي لرأس مضخة المياه بالطاقة الشمسية

خذ بعين الاعتبار هذا السيناريو: نقل المياه من حمام السباحة إلى سطح الطابق الثالث. مع الإشارة إلى "A" مضخة المياه بالطاقة الشمسية و"123" التي تشير إلى الأرضيات، في ظل الظروف المثالية، يمكن فهم رفع مضخة المياه بالطاقة الشمسية ببساطة على أنه المسافة العمودية من النقطة B إلى النقطة C. ويمثل هذا الارتفاع، عادةً بالأمتار، المضخة رأس.

لاحظ أن الارتفاع من B إلى C يشير إلى الارتفاع الرأسي، وليس طول خط الأنابيب. إذا كان الطريق من B إلى C منحدرًا، فيجب حساب الارتفاع الرأسي.

في العمليات الواقعية، لا يتحرك السائل الذي يتم ضخه بشكل مستقيم لأعلى أو لأسفل ولكنه ينتقل أفقيًا وعبر الانحناءات والنقاط. تمثل هذه الخسائر، لذا يجب أخذها في الاعتبار عند حساب رفع المضخة.

إذا كان السائل عبارة عن ماء نظيف في درجة الحرارة العادية وكان خط الأنابيب مصنوعًا من PVC أو الفولاذ، فيمكن استخدام التقديرات التقريبية التالية:

• 1 كوع ≈ 0.5 متر من فقدان رأس مضخة المياه بالطاقة الشمسية
• 10 أمتار من المسافة الأفقية ≈ 1 متر من فقدان رأس المضخة

باستخدام المثال أعلاه، إذا كانت المسافة الأفقية من A إلى B هي 10 أمتار، والارتفاع الرأسي من B إلى C هو 20 مترًا، والمسافة الأفقية من C إلى D هي 10 أمتار، فإن رأس المضخة المطلوبة هو:

1 + 0.5 + 20 + 0.5 + 1 = 23 مترًا [10 أمتار مسافة أفقية AB + فقدان المرفق عند النقطة B + المسافة الرأسية BC + فقدان المرفق عند النقطة C + 10 أمتار مسافة أفقية CD]

باستخدام طريقة الحساب السريع هذه، تكون قد أكملت بشكل أساسي الدورة التدريبية الأساسية في حساب رأس مضخة المياه بالطاقة الشمسية. ومع ذلك، في التطبيقات الحقيقية، لا تكون خطوط الأنابيب في كثير من الأحيان أفقية أو رأسية تمامًا، وقد تتضمن أقسامًا مائلة.

لا تقلق، سوف يقدم هوبر الطريقة النهائية لحساب رفع مضخة المياه بالطاقة الشمسية أدناه.

طريقة حساب رأس مضخة المياه بالطاقة الشمسية هي:

رأس المضخة = الارتفاع الرأسي + فقدان خط الأنابيب + ضغط المخرج

دعونا نحلل هذه الأمور:

1. الارتفاع العمودي
   • يشير هذا إلى فرق الارتفاع الرأسي بين النقطة المركزية لمخرج مضخة المياه بالطاقة الشمسية ونقطة نهاية خط الأنابيب.
   • إذا كان فرق الارتفاع كبيرًا (أكثر من 100 متر)، فسيتم اعتباره فرق الارتفاع من المستوى الأفقي إلى نهاية خط الأنابيب، مع تجاهل رفع الشفط الذي يتراوح من ثلاثة إلى خمسة أمتار.
2. خسارة خطوط الأنابيب
   • يشير فقدان خط الأنابيب إلى فقدان الطاقة عندما يتدفق السائل عبر خط الأنابيب، بما في ذلك فقدان الاحتكاك وفقدان الملحقات (مثل الصمامات والمرفقين).
   • يعد حساب خسارة خط الأنابيب أمرًا معقدًا ويتطلب معرفة معدل التدفق (Q بالمتر المكعب / ساعة)، وقطر الأنبوب (DN بالملم)، وإجمالي طول خط الأنابيب (بالأمتار)، ومواد خط الأنابيب، وعدد الملحقات مثل الصمامات أو المحملات أو المرفقين.
3. ضغط المخرج
   • هذا هو ضغط الماء في نهاية الأنبوب.
   • في كثير من الأحيان، لا يقتصر الهدف على رفع المياه فحسب، بل أيضًا ضمان ضغط معين عند المخرج. على سبيل المثال، في حالة ضخ مياه النهر إلى أعلى الجبل للري بالرش، فإن الماء يحتاج إلى ضغط كافٍ على قمة الجبل لتسهيل الرش.

مثال عملي

دعونا نطبق هذا على سيناريو العالم الحقيقي:

لنفترض أن المشروع يتطلب معدل تدفق 200 متر مكعب / ساعة، وطول خط أنابيب إجمالي 1100 متر، وارتفاع رأسي غير معروف، وانحدار 30 درجة، وخطة لاستخدام أنابيب فولاذية غير ملحومة DN200mm، وضغط مخرج مطلوب يبلغ 10 كجم. ماذا سيكون رفع المضخة؟

• حساب الارتفاع الرأسي: عند 30 درجة، تكون قيمة دالة الجيب 0.523 تقريبًا. وبالتالي 1100 متر * 0.523 = 575 متراً، أي ارتفاع رأسي قدره 575 متراً.
• خسارة خط الأنابيب: بالنسبة إلى DN200mm وQ=200m³/h، تبلغ الخسارة لكل 100 متر 2.1 متر. لمسافة 1100 متر، يصل هذا إلى 23.1 مترًا.
• ضغط المخرج المطلوب: 10 كجم، أي ما يعادل 100 متر تقريبًا.

وبالتالي فإن إجمالي الرأس التصميمي لمضخة المياه بالطاقة الشمسية هو: 575 + 23.1 + 100 = 698.1 متر. بما في ذلك الخسائر من الصمامات والأكواع، يجب ألا يقل رأس المضخة عن 700 متر.

الاعتبارات الأساسية عند اختيار مضخة المياه بالطاقة الشمسية

من المهم تحديد المصعد المناسب لمضخة المياه بالطاقة الشمسية. يمكن أن يؤدي الاختيار غير الصحيح للرفع إلى عدم الكفاءة، والاستهلاك المفرط للطاقة، وحتى الأعطال الميكانيكية أو احتراق المحرك. على سبيل المثال، يمكن اختيار مضخة شمسية غاطسة مصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ مع رفع يصل إلى 15 مترًا لتطبيق صناعي، ولكن إذا كانت هناك حاجة إلى 10 أمتار فقط، فقد يتسبب ذلك في حدوث مشكلات تشغيلية مثل الاهتزاز المفرط. يمكن أن يؤدي ضبط الصمام عند مخرج المضخة إلى تخفيف ذلك، ولكنه يؤدي أيضًا إلى إهدار الكهرباء وزيادة التكاليف.

ولذلك، قم بحساب الرفع بالقرب من المتطلبات الفعلية وتجنب الهوامش الكبيرة. على سبيل المثال، إذا كان ارتفاع مضخة المياه بالطاقة الشمسية 20 مترًا والأنبوب الأفقي عبارة عن أنبوب DN50 يمتد لمسافة 100 متر، فضع في الاعتبار الخسارة من الأنبوب الأفقي والعوامل الإضافية مثل الأكواع والصمامات. بالنسبة لنقل المياه، يمكن أن يكون رفع المضخة الشمسية من 27 إلى 30 مترًا مناسبًا. بالنسبة لحسابات الخسارة المحددة، يُنصح باستشارة مهندسي Hober.

عند حساب الرأس، تجنب المفاهيم الخاطئة. الرأس ليس مجرد الارتفاع العمودي أو طول خط الأنابيب. من الضروري مراعاة معدل التدفق وإجمالي طول خط الأنابيب والقطر والمواد، وموازنة الاستثمار الأولي مقابل تكاليف التشغيل. تذكر طريقة تحويل الوحدة وتأكد من التفاصيل مع الموظفين الفنيين بالشركة المصنعة إذا لزم الأمر.