Czym pompować wodę. Jaka studnia, taka pompa


Przy niektórych domach można jeszcze zobaczyć studnie z drewnianym żurawiem lub kołowrotem. Zwykle jednak już nie używa się ich do pompowania wody. Służą raczej ozdobie. W większości zastąpiły je urządzenia bardziej nowoczesne, mniej absorbujące czas i siły korzystających z nich osób.

W domach jednorodzinnych, do których nie jest doprowadzony wodociąg, wodę pobiera się ze studni. Służy do tego pompa, która ma za zadanie czerpać wodę z warstwy wodonośnej i pompować ją w odpowiedniej ilości i pod odpowiednim ciśnieniem do wszystkich punktów poboru w domu, nawet tych najwyżej i najdalej położonych. Dlaczego tak ważne jest odpowiednie dopasowanie pompy do obsługiwanej przez nią instalacji? Dlatego, że dobrze dobrana zapewnia użytkownikom wygodę, to znaczy wody jest pod dostatkiem, nawet wtedy, gdy jest pobierana w kilku miejscach jednocześnie, nie niszczy ujęcia zbyt gwałtownym poborem wody z warstwy wodonośnej i pozwala na ekonomiczne zużycie energii elektrycznej. Czasem mimo podłączenia do wodociągu właściciele domu decydują się na korzystanie ze studni, na przykład aby podlewać ogród. Za wodę wodociągową trzeba płacić dostawcy przedsiębiorstwu wodociągowemu, które jest zwykle właścicielem wodociągu), a podlewając ogród wodą ze studni, ponosi się jedynie koszt energii elektrycznej do napędu pompy. Opłaca się to zwykle wtedy, gdy warstwa wodonośna jest płytko położona i wybudowanie studni nie wiąże się z dużymi kosztami albo gdy na działce jest stara, jeszcze sprawna studnia.

W ujęciach wody na potrzeby indywidualnych odbiorców powszechnie stosuje się pompy wirowe, w których elementem roboczym jest wirnik napędzany silnikiem elektrycznym. Wirnik może być jeden (pompy jednostopniowe) lub może być ich kilka połączonych szeregowo (pompy wielostopniowe).
Pompy wirowe można podzielić na dwie podstawowe grupy:
- pompy niezatapialne, w tym samozasysające i zasysające normalnie (to znaczy – po zalaniu wirnika)
oraz
- pompy zatapialne, w tym głębinowe.
Różnią się one budową, sposobem montażu, a także parametrami pracy.
Pompy niezatapialne to najczęściej pompy z wałem poziomym, montuje się je w wydzielonym miejscu, na przykład w piwnicy. Zasysają wodę ze studni za pomocą rurociągu ssawnego i tłoczą ją do domowej instalacji wodnej. Urządzenia te wymagają zalania wodą przed pierwszym uruchomieniem. W pompach samozasysających woda pozostaje po wyłączeniu pompy i czynności tej nie trzeba powtarzać, natomiast pompy normalnie zasysające wymagają zalania przed każdym uruchomieniem.
Pompy samozasysające mają jednak jedno podstawowe ograniczenie: można je stosować wtedy, gdy odległość zwierciadła wody w studni od pompy, licząc w pionie, nie przekracza 7 m. A to warunek nie zawsze możliwy do spełnienia. W praktyce powinno się zlecić dobór agregatu pompowego fachowcom, którzy ocenią, czy w naszych warunkach użycie pompy samozasysającej jest technicznie możliwe i ekonomicznie opłacalne.
Pompy zatapialne (z wałem pionowym) stosuje się do czerpania wody z głębokości do 20 m. W jednej obudowie (w kształcie walca) są zamontowane silnik i pompa złożona z jednego lub kilku wirników. Pompę umieszcza się w studni, pod powierzchnią wody, podwieszając ją na rurze tłocznej. Szczególnym rodzajem urządzeń zatapialnych są pompy głębinowe przystosowane do przetłaczania wody nawet z głębokości około 200 m. Pompy te mogą mieć różne średnice, które dopasowuje się do średnicy studni (odwiertu).
Do zaopatrywania w wodę domów jedno­rodzinnych służą przede wszystkim pompy samozasysające, zatapialne i głębinowe. Znacznie rzadziej wybierane są pompy innego rodzaju, na przykład pompy normalnie zasysające, z dyszą głębokiego ssania (czyli specjalną przystawką, która umożliwia zwiększenie głębokości pompowania wody z warstwy wodonośnej lub ze zbiornika). Dlatego ich asortyment w ofercie producentów jest zdecydowanie mniejszy.

Jaka studnia, taka pompa

Rodzaj pompy dobiera się przede wszystkim do wymaganego zapotrzebowania na wodę i hydrauliki układu ssawno-tłocznego. Należy również uwzględnić poziom wody w studni i wydajność warstwy wodonośnej, a to jest ściśle związane z rodzajem studni. Pobór wody ze studni w żadnych warunkach nie powinien przekraczać wydajności warstwy wodonośnej i wydajności studni. Ważne jest też, czy warstwa wodonośna jest pod ciśnieniem, czy nie, gdyż wpływa to na ostateczny poziom zwierciadła wody w studni. W zależności od sytuacji mamy do wyboru kilka rodzajów pomp lub jesteśmy skazani na jeden.
Podstawowe rodzaje studni:
- studnie kopane. Wykonuje się je z użyciem kręgów betonowych zapuszczonych w grunt do głębokości warstwy wodonośnej. Stosuje się je, gdy warstwa ta zalega na kilku, czasem kilkunastu, jednak nie więcej niż 20 m. Studnię można wykopać ręcznie lub koparką. Dobór pompy w tym przypadku jest ułatwiony. Jeżeli po wykonaniu studni w dolnej jej części zwierciadło wody ustabilizowało się na dostatecznym poziomie, najkorzystniej zastosować pompę zatapialną. Można też wykorzystać pompy samozasysające i zasysające normalnie zlokalizowane poza studnią (na przykład w piwnicy). Musi być jednak spełniony przytoczony wcześniej warunek dotyczący poziomu zwierciadła wody. Takie rozwiązanie jest zwykle możliwe dla studni z wysokim poziomem zwierciadła wody i bliską lokalizacją odbiornika. Z kolei dla studni kopanych suchych (to znaczy, gdy dno studni nie jest bezpośrednio posadowione w warstwie wodonośnej, tylko tuż nad nią) zalecane jest użycie pomp poziomych samozasysających lub zasysających normalnie. Rura ssawna z filtrem umieszczona w warstwie wodonośnej na odpowiedniej głębokości gwarantuje dobrą pracę pompy. Warto podkreślić, że takie rozwiązanie znacznie obniża koszty wykonania studni kopanej, gdyż głębokość studni może być pomniejszona o długość rury ssawnej. Ze względu na hydrauliczne warunki pracy i budowę agregatu zastosowanie pomp głębinowych w studniach kopanych nie jest uzasadnione, chociaż możliwe;
- studnie wąskorurowe, zwane też abisynkami, robi się z wąskich rur zakończonych filtrem szpilkowym, który umieszcza się w warstwie wodonośnej. Stosuje się je, gdy warstwy wodonośne zalegają płytko. Wydajność ujęcia nie musi być duża. Jest kilka sposobów na zrobienie studni wąskorurowej. Można na przykład skorzystać ze specjalistycznego sprzętu, czyli trójnoga i kafara albo świdra wybierającego. Jeśli to możliwe, do pompowania wody ze studni wąskorurowych używa się pomp samozasysających;
- studnie głębinowe. Buduje się je z rur zakończonych filtrem z rurą podfiltrową, które umieszcza się w warstwie wodonośnej. Służą do pobierania wody ze znacznej głębokości – kilkudziesięciu metrów. Do ich wykonania jest potrzebny specjalistyczny sprzęt. Zwykle montuje się w nich pompy głębinowe dopasowane do średnicy studni, ale jeśli zwierciadło wody jest na głębokości do 20 m, można wybrać pompę zatapialną (jeżeli będzie miała odpowiednio małą średnicę).
Wybór rodzaju studni i pompy jest sprawą indywidualną. Zależy od wielu czynników, z których najważniejsze to: warunki hydrogeologiczne, projektowana wydajność studni i jakość wody. Podane zalecenia zawsze trzeba odnieść do konkretnej sytuacji i jeszcze raz przeanalizować, który wariant jest najbardziej korzystny.

Pompa niezatapialna
Znajduje się w piwnicy lub pomieszczeniu technicznym. Trzeba ją zalać wodą przed pierwszym uruchomieniem, chyba że jest samozasysająca. W studni znajduje się tylko rura, którą jest pobierana woda.


Pompa zatapialna
Znajduje się w studni pod powierzchnią wody. Jest zawieszona na rurze tłocznej. Może czerpać wodę z głębokości do 20 m

Pompa głębinowa
Jest umieszczona w studni pod powierzchnią wody na końcu rury tłocznej. Może czerpać wodę z głębokości do 200 m. Średnicę pompy dobiera się do średnicy studni (odwiertu).

Charakterystyka

Dwa najważniejsze parametry określające pompę to:
- wydajność Q, czyli zdolność przepompowania określonej ilości wody w jednostce czasu, oraz
- wysokość podnoszenia H, czyli maksymalna wysokość, na jaką woda może być pompowana z daną wydajnością.
Parametry te są od siebie zależne – wraz ze wzrostem wydajności maleje wysokość podnoszenia (przy stałej ilości obrotów wirnika pompy na minutę). Wykres zależności między tymi parametrami to tak zwana charakterystyka pompy. Na osi poziomej jest podana wydajność (Q), zwykle w m³/h lub l/s, a na pionowej – wysokość podnoszenia (H) w metrach słupa wody. Dla każdego urządzenia charakterystyka jest określona przez producenta i można ją znaleźć w katalogu pomp. Zwykle na jednym wykresie są przedstawione charakterystyki kilku pomp różniących się tylko parametrami pracy, czyli należących do tak zwanego jednego typoszeregu.


Określamy parametry

Jeśli już zdecydowaliśmy się na rodzaj pompy, kolejnym krokiem jest dobór konkretnego modelu, najbardziej odpowiedniego do naszych potrzeb. Aby to zrobić, musimy znać parametry pracy pompy.
Wysokość podnoszenia pompy to suma wysokości geometrycznej, czyli różnicy poziomów między lustrem wody w studni a najwyżej położonym odbiornikiem, strat hydraulicznych (liniowych i miejscowych) oraz wymaganego ciśnienia przed punktami poboru. Straty liniowe powstają na całej długości przewodów w wyniku tarcia cieczy o wewnętrzną powierzchnię rur, a miejscowe w tych miejscach, gdzie zmieniają się: średnica, kierunek prowadzenia przewodów albo są zamontowane zawory, filtry, wodomierze i inna armatura. Wysokość geometryczną trzeba określić indywidualnie dla konkretnych warunków. Można przyjąć, że straty hydrauliczne dla domu to 1,5-2 m słupa wody, a wymagane ciśnienie przed punktami poboru to 10-15 m. Wydajność dobiera się do zapotrzebowania na wodę dla domu przy założeniu, że rzadko korzysta się ze wszystkich punktów poboru wody jednocześnie. Wielkość ta zależy przede wszystkim od liczby odbiorników wody w domu (wanien, pryszniców, umywalek, misek ustępowych, pralek, zmywarek itd.), a także od tego, czy wykorzystuje się ją jeszcze do innych celów, na przykład do podlewania ogrodu. Orientacyjnie można przyjąć, że wydajność pompy do domu jednorodzinnego powinna wynosić 2-4 m³/h. Wykonanie dokładnych obliczeń można zlecić projektantowi instalacji sanitarnych.

Uwaga! Obliczone zapotrzebowanie na wodę (wydajność) nie może być większe od rzeczywistej wydajności studni, czyli od ilości wody, która jest w stanie do niej napłynąć. Zbyt intensywny pobór wody grozi bowiem obniżeniem się zwierciadła wody w studni i wynurzeniem się pompy, co może spowodować jej uszkodzenie.

Najbliżej punktu pracy

Znając parametry pracy urządzenia, należy dobrać pompę do danych warunków pracy układu – w tym przypadku do naszej domowej instalacji. Umożliwia to wyznaczenie punktu pracy układu, czyli przecięcia się charakterystyki pompy (krzywej Q, H) z charakterystyką układu. Dla uproszczenia obliczeń należy pominąć wyznaczenie charakterystyki układu (wysokość strat hydraulicznych w zależności od przepływu wody przez instalację) i przyjąć wymaganą wysokość podnoszenia (H) powiększoną o 1,5-2 m słupa wody (na straty miejscowe i liniowe). Innymi słowy, aby w łazience na drugim piętrze ciśnienie wody było takie, jak oczekiwano, nasza pompa musi popracować trochę więcej właśnie na pokonanie oporów liniowych i miejscowych. Wyznaczony w ten sposób punkt na wykresie charakterystyk należy przenieść na najbliższą krzywą, czyli charakterystykę pompy. Wybiera się tę pompę, której charakterystyka przebiega przez punkt pracy lub tuż nad nim. Pompa o charakterystyce przebiegającej poniżej punktu pracy może nie dać wymaganej wydajności lub wysokości podnoszenia. Z kolei wybranie pompy o charakterystyce znacznie powyżej tego punktu będzie się wiązało z jej nieekonomiczną pracą (większa moc silnika, a więc i większe zużycie energii, częstsze włączanie i wyłączanie się urządzenia).

Pozostałe parametry

Moc pompy określa pobór energii elektrycznej i musi być tym większa, im większe są jej parametry pracy. Urządzenia do pompowania wody na potrzeby domowe zwykle mają małą moc rzędu kilkuset watów.
Mimo to powinno się je uwzględnić, występując do zakładu energetycznego o przydział mocy dla domu.
Pompy podłącza się do domowej instalacji elektrycznej. Te zaspokajające potrzeby indywidualnych odbiorców mogą być zasilane napięciem jednofazowym 230 V lub trójfazowym 380 V.
Prawidłowy i optymalny dobór pompy do układu uwzględnia wiele innych czynników, z których najważniejszy to charakterystyka mocy i sprawności. Dobrze dobrana pompa zapewnia spełnienie warunku wydajności (Q) i wysokości podnoszenia (H), przy czym punkt pracy znajduje się w przedziale najwyższej sprawności pompy. W ten sposób domownicy mają zapewniony pobór wody ze wszystkich przyborów czerpalnych w odpowiedniej ilości, pod odpowiednim ciśnieniem, a pompa zużywa najmniej energii (sprawność pompy jest największa).

Zabezpieczenia

Wybierając pompę, warto zwrócić uwagę na jej wyposażenie. Pompa może mieć zabezpieczenie przed suchobiegiem, które spowoduje wyłączenie silnika w momencie, gdy zostanie zasygnalizowany zbyt niski poziom wody w studni. Silnik pompy może być także wyposażony w zabezpieczenie przed przegrzaniem (powoduje ono zatrzymanie pracy silnika do momentu jego ostygnięcia i ponowne jego uruchomienie) czy przeciążeniem (wyłączenie silnika przy nadmiernym spadku prędkości obrotowej w stosunku do prędkości nominalnej).
Pompa może być również zabezpieczona przed skutkami wzrostu i spadku napięcia w sieci(urządzenie zostaje wyłączone, gdy spadek lub wzrost napięcia przekroczy zaprogramowane wartości).
Aby pompa nie włączała się za każdym razem, gdy jest pobierana nawet niewielka ilość wody, warto zamontować zbiornik hydroforowy. W ofercie producentów są gotowe zestawy hydroforowe. W ich skład wchodzą: pompa, zbiornik, wyłącznik ciśnieniowy lub pływak sterujący pracą pompy i czujnik przepływu.

Z CZEGO WYKONANA JEST POMPA?
Pompa musi być wykonana z materiałów trwałych, odpornych na korozję, a elementy, które będą się stykać z wodą przeznaczoną do spożycia przez ludzi, muszą być dodatkowo zrobione z materiałów bezpiecznych dla zdrowia. Korpusy (obudowy) pomp odlewa się z żeliwa z powłoką antykorozyjną albo wytłacza ze stali szlachetnej lub – rzadziej – z tworzywa sztucznego. Obudowa silnika jest najczęściej wykonana ze stali szlachetnej, rzadziej z aluminium, natomiast wirnik pompy może być ze stali lub z tworzywa sztucznego (na przykład norylu), ale wówczas jest mniej trwały.
Szczególnie ważny jest materiał, z którego są wykonane pompy zatapialne (przez cały czas swojej pracy zanurzone w wodzie). Pompy głębinowe są na przykład często w całości zrobione z wysokiej jakości stali nierdzewnej.

Dobrane przez fachowców
Jest wiele rodzajów studni i możliwych do zastosowania w nich pomp. Poprosiliśmy fachowców z firm sprzedających pompy do czystej wody o dobranie pomp dla trzech przykładowych wariantów. Dla wszystkich przyjęliśmy następujące parametry pracy pompy:
- zapotrzebowanie na wodę, a więc wymaganą wydajność, równą 3 m³/h,
- wysokość najwyżej położonego punktu poboru nad powierzchnią terenu – około 3,5 m,
- wymagane ciśnienie – 12 m,
- straty ciśnienia – około 1,5 m.

Poznaj swoją przyszłość

Jedna z najlepszych wróżek w Polsce Wróżka Mira Elżbieta Sobczyk odpowiada na pytania na swoim Facebooku  lub przez e-mail. Problemy ze zdrowiem lub w sprawach "miłosnych" ? A może interesują Cię kwestie finansowe?  Sprawdź swoją przyszłość. Jej odpowiedzi pomogły już tysiącom ludzi w Polsce. Można się z nią skontaktować Jej profil na Facebooku lub http://twojawrozka24.pl
Podobne posty