Chọn máy bơm theo lưu lượng và cột áp: cách tính từ đầu

Phần lớn máy bơm bị thay sớm không phải vì hàng kém, mà vì chọn sai ngay từ lúc mua. Bơm quá yếu thì nước lên không nổi tầng trên cùng, nhà thầu phải gắn thêm bơm tăng áp chắp vá. Bơm quá khoẻ thì còn tệ hơn: nó chạy lệch hẳn khỏi vùng hiệu suất tốt nhất, ăn điện nhiều hơn tính toán, rung mạnh, và phớt cơ khí hỏng chỉ sau vài tháng.

Việc chọn bơm thực ra chỉ xoay quanh hai con số: lưu lượng — mỗi giờ cần bao nhiêu mét khối nước, và cột áp tổng — bơm phải thắng được bao nhiêu mét cột nước. Con số thứ hai là chỗ hầu hết sai, vì người ta thường chỉ đo chiều cao từ bể lên bồn rồi lấy luôn con số đó. Dưới đây là cách tính đủ cả hai, với hệ số dùng được ngay trên công trường.

Lưu lượng: cần bao nhiêu mét khối mỗi giờ

Lưu lượng ký hiệu là Q, đơn vị thường dùng ở Việt Nam là m³/h (mét khối mỗi giờ), đôi khi ghi là lít/phút. Quy đổi rất đơn giản: 1 m³/h bằng 16,7 lít/phút.

Cách tính khác nhau theo loại công trình:

• Cấp nước sinh hoạt: tính theo số người và định mức. Một người dùng khoảng 120–200 lít mỗi ngày; nhân với số người rồi chia cho số giờ bơm thực tế trong ngày (thường 2–4 giờ vì có bồn chứa trên mái).
• Bơm chuyển bể: lấy thể tích bể chia cho thời gian muốn bơm đầy. Bể 20 m³ muốn đầy trong 2 giờ thì cần 10 m³/h.
• Tưới tiêu, nuôi thuỷ sản: tính theo diện tích và lượng nước thay mỗi ngày.
• Nước làm mát công nghiệp: lấy từ tài liệu thiết bị, cộng thêm 10–15% dự phòng cho đường ống bẩn dần theo thời gian.

Một lưu ý hay bị bỏ qua: đừng cộng thẳng lưu lượng của mọi điểm dùng nước, vì rất hiếm khi tất cả các vòi mở cùng lúc. Với nhà ở và văn phòng, hệ số đồng thời thường lấy 0,3–0,5 cho hệ trên mười điểm dùng.

Cột áp tổng gồm ba phần, không chỉ chiều cao

Cột áp tổng (H) là tổng của ba thành phần:

H = chiều cao hình học + tổn thất ma sát + áp suất yêu cầu tại đầu ra

Chiều cao hình học là khoảng cách thẳng đứng từ mặt nước trong bể hút tới miệng xả cao nhất. Lưu ý đo từ mặt nước thấp nhất chứ không phải từ đáy bể hay từ vị trí đặt bơm — bể cạn dần thì cột áp tăng dần, và bơm phải làm được ở tình huống xấu nhất.

Tổn thất ma sát là phần nước mất năng lượng khi cọ vào thành ống, đi qua co, van, lọc. Đây là phần bị bỏ sót nhiều nhất. Với hệ thống ống dài vài trăm mét, tổn thất ma sát có thể lớn hơn cả chiều cao hình học.

Áp suất yêu cầu tại đầu ra là áp cần có ở điểm cuối để thiết bị hoạt động: vòi sen cần khoảng 10–15 m, béc tưới cần 15–25 m, thiết bị công nghiệp thì đọc trong tài liệu. Quy đổi: 1 bar bằng 10,2 m cột nước.

Tính tổn thất ma sát theo chiều dài ống

Cách tính đủ chính xác cho thực tế thi công: tra tổn thất đơn vị theo vận tốc nước trong ống, rồi nhân với chiều dài.

Bước một, chọn đường kính ống sao cho vận tốc nằm trong khoảng hợp lý. Ống hút nên giữ ở 0,8–1,5 m/s, ống đẩy 1,5–3 m/s. Vận tốc cao hơn thì ống nhỏ tiền hơn nhưng tổn thất tăng theo bình phương vận tốc — tiết kiệm được vài triệu tiền ống rồi trả lại bằng tiền điện suốt mười năm.

Bước hai, tra tổn thất đơn vị. Với ống nhựa hoặc ống thép mới, ở vận tốc 1,5 m/s tổn thất vào khoảng 3–5 m trên mỗi 100 m ống; ở vận tốc 2,5 m/s là khoảng 8–12 m trên 100 m. Ống thép cũ đã đóng cặn có thể gấp rưỡi tới gấp đôi con số đó, nên hệ thống cũ phải cộng thêm dự phòng.

Bước ba, cộng tổn thất cục bộ. Cách nhanh nhất là quy đổi mỗi phụ kiện thành một đoạn ống thẳng tương đương:

• Co 90° thường: tương đương 25–35 lần đường kính ống
• Co 45°: tương đương 15 lần đường kính
• Van cổng mở hết: 8–10 lần đường kính
• Van bướm mở hết: 30–40 lần đường kính
• Van một chiều: 70–100 lần đường kính — đây là phụ kiện tốn áp nhất trên tuyến
• Rọ hút có lưới lọc: tương đương 5–8 m ống thẳng

Ví dụ cụ thể: tuyến ống DN50 dài 80 m, có 6 co 90°, 2 van cổng và 1 van một chiều. Chiều dài tương đương của phụ kiện là 6 × 30 × 0,05 + 2 × 9 × 0,05 + 1 × 85 × 0,05 = 9 + 0,9 + 4,25 ≈ 14 m. Tổng chiều dài tính toán là 94 m. Ở vận tốc 2 m/s với tổn thất đơn vị 6 m/100 m, tổn thất ma sát là khoảng 5,6 m.

Đọc đường đặc tính và chốt điểm làm việc

Mỗi model bơm đều có biểu đồ đường đặc tính: trục ngang là lưu lượng, trục dọc là cột áp. Đường cong đi xuống từ trái sang phải — bơm càng đẩy nhiều nước thì cột áp càng giảm. Điểm làm việc thật là giao điểm giữa đường cong này và đường đặc tính của hệ ống.

Điều quan trọng: hãy chọn sao cho điểm làm việc nằm trong khoảng 70–120% lưu lượng tại hiệu suất cao nhất của bơm (thường ghi là BEP trên biểu đồ). Chạy quá xa về bên trái, tức lưu lượng quá nhỏ so với thiết kế, gây tuần hoàn ngược trong buồng bơm, rung và hỏng bạc đạn. Chạy quá xa về bên phải thì dễ xâm thực và quá tải động cơ.

Công suất trục cần thiết tính bằng công thức quen thuộc:

P (kW) = Q × H ÷ (367 × hiệu suất)

với Q tính bằng m³/h, H bằng mét. Hiệu suất bơm ly tâm cỡ vừa thường 0,6–0,75. Ví dụ bơm 20 m³/h, cột áp 35 m, hiệu suất 0,7 thì P = 20 × 35 ÷ (367 × 0,7) ≈ 2,7 kW — chọn động cơ 3 kW là hợp lý. Đừng chọn động cơ sát mép: chất lỏng đặc hơn nước hoặc cột áp thực tế thấp hơn tính toán đều làm dòng điện tăng.

Những lỗi thường gặp khi chọn bơm

• Chỉ đo chiều cao, bỏ qua tổn thất ống. Hệ thống ống dài là chỗ mất áp nhiều nhất, có tuyến còn ăn hơn nửa cột áp tổng.
• Cộng dự phòng quá tay. Tính ra 35 m rồi mua bơm 60 m cho "chắc ăn" là ép bơm chạy lệch phải, tốn điện và nhanh hỏng phớt. Dự phòng 10–15% là đủ.
• Đo từ đáy bể thay vì mặt nước thấp nhất. Sai số này chỉ lộ ra vào mùa khô, khi bể xuống thấp và bơm đột nhiên không lên nổi nước.
• Quên áp suất tại điểm cuối. Nước lên tới nơi nhưng vòi sen chỉ nhỏ giọt vì cột áp dư bằng không.
• Chọn ống nhỏ hơn cổ bơm. Ống hút nhỏ hơn cổ hút là mời gọi xâm thực ngay từ ngày đầu.
• Bỏ qua trường hợp chạy song song. Hai bơm chung một tuyến không cho lưu lượng gấp đôi, vì tổn thất tăng theo bình phương vận tốc.

Làm gì trước khi đặt mua

Ghi ra giấy bốn con số: lưu lượng cần (m³/h), chiều cao hình học (m), chiều dài tuyến ống và đường kính (m và DN), áp suất yêu cầu ở điểm cuối (m hoặc bar). Bốn con số này đủ để bất kỳ người bán có nghề nào tra ra đúng model, và cũng đủ để bạn tự kiểm tra xem lời tư vấn có hợp lý không.

Hệ thống hiện hữu muốn thay bơm thì đo thêm một thứ rất đáng giá: lắp đồng hồ áp suất ngay sau cổ xả, đọc trị số khi bơm chạy ổn định. Con số thực đo nói đúng về hệ thống hơn mọi bản tính trên giấy, vì nó đã tính cả phần ống đóng cặn theo năm tháng.