Şehir içme suyu şebekelerinde elektrik üretim potansiyelinin araştırılması
Investigation of electricity generation potential in city drinking water networks
- Tez No: 1020753
- Danışmanlar: DOÇ. DR. GÖKHAN KAHRAMAN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Enerji, Makine Mühendisliği, Energy, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Munzur Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Dünya genelinde artan enerji ihtiyacı, fosil yakıtlara olan bağımlılık ve çevresel etkiler, yenilenebilir ve sürdürülebilir enerji kaynaklarının önemini her geçen gün artırmaktadır. Bu bağlamda, mevcut altyapı sistemlerinde harcanan enerjinin geri kazanılması, enerji verimliliği açısından büyük bir potansiyel sunmaktadır. Şehir içme suyu şebekeleri, yüksek kot farkları nedeniyle önemli miktarda basınç enerjisi içermekte ve bu enerji çoğunlukla basınç kırıcılar aracılığıyla boşa harcanmaktadır. Bu tez çalışmasında, basınç kırıcılar yerine mikro hidrolik türbin kullanılarak içme suyu şebekelerinden elektrik enerjisi geri kazanımının teknik ve deneysel olarak uygulanabilirliği araştırılmıştır. Çalışma kapsamında, gerçek bir içme suyu şebekesi verileri referans alınarak benzerlik yasaları yardımıyla model ölçekli bir mikro hidrolik türbin tasarlanmış ve laboratuvar ortamında deney düzeneği kurulmuştur. Model türbin üzerinde farklı düşü, vana açıklığı ve mansap basıncı koşullarında deneyler gerçekleştirilmiş; türbinin devir sayısı, debisi, çıkış gücü ve verimi ölçülmüştür. Türbin çarkı üzerine yerleştirilen optik bant yardımıyla devir ölçümü yapılmış, debi zaman-hacim yöntemiyle belirlenmiş ve elektriksel güç akım-gerilim ölçümleriyle hesaplanmıştır. Teorik güç ve verim değerleri ise Euler türbin denklemi ve hız üçgenlerine dayalı olarak hesaplanmıştır. Deneysel sonuçlara göre, türbinin en uygun çalışma noktası %100 vana açıklığı, %100 düşü ve 196 Pa mansap basıncı koşullarında elde edilmiştir. Bu durumda teorik maksimum güç 1,037 W, deneysel maksimum güç ise 0,636 W olarak belirlenmiştir. Bu farklılık, Euler türbin formülüne dayalı teorik verimin idealize edilmiş akış kabulü altında yalnızca türbin hidrolik performansını temsil etmesine karşın, deneysel verimin jeneratör çıkışında ölçülen elektriksel güce dayanması nedeniyle elektromekanik dönüşüm kayıplarını içermesinin yanı sıra, her iki yaklaşımda da tam olarak modellenemeyen giriş–çıkış kayıpları, ikincil akımlar, türbülans ve yerel enerji kayıplarının toplam verim üzerinde önemli bir etkiye sahip olduğunu göstermektedir. Model türbinden elde edilen boyutsuz katsayılar kullanılarak yapılan prototip türbin hesaplarında, gerçek ölçekli bir sistem için benzer çalışma koşullarında türbin başına yaklaşık 4820 W güç üretiminin mümkün olduğu hesaplanmıştır. Elde edilen bulgular, içme suyu şebekelerinde basınç kırıcıların yerine mikro hidrolik türbin kullanımının hem basınç regülasyonu hem de yenilenebilir enerji üretimi açısından teknik olarak uygulanabilir, verimli ve sürdürülebilir bir çözüm sunduğunu ortaya koymaktadır.
Özet (Çeviri)
The increasing global energy demand, dependence on fossil fuels, and environmental impacts have significantly enhanced the importance of renewable and sustainable energy sources. In this context, recovering wasted energy from existing infrastructure systems offers a substantial potential for improving energy efficiency. Urban drinking water distribution networks contain considerable pressure energy due to elevation differences, and this energy is commonly dissipated by pressure reducing valves. In this thesis, the technical and experimental feasibility of recovering electrical energy from drinking water networks by replacing pressure reducing valves with micro hydraulic turbines is investigated. Within the scope of the study, a model-scale micro hydraulic turbine was designed based on real drinking water network data using similarity laws, and an experimental test rig was established in a laboratory environment. Experiments were carried out under different head, valve opening, and downstream pressure conditions. The rotational speed, discharge, output power, and efficiency of the turbine were measured. The rotational speed was obtained using an optical method with a reflective tape attached to the runner, the discharge was determined by the time–volume method, and the electrical power was calculated from measured current and voltage values. The theoretical power and efficiency were calculated using the Euler turbine equation and velocity triangles. According to the experimental results, the optimal operating point of the turbine was obtained under the conditions of 100% valve opening, 100% head, and a downstream pressure of 196 Pa. Under these conditions, the theoretical maximum power was determined to be 1.037 W, while the experimental maximum power was measured as 0.636 W. This discrepancy indicates that the theoretical efficiency derived from the Euler turbine equation represents only the hydraulic performance of the turbine under idealized flow assumptions, whereas the experimental efficiency is based on the electrical power calculated from the measured current and voltage at the generator output and therefore includes electromagnetic conversion losses. In addition, inlet and outlet losses, secondary flows, turbulence, and local energy losses that cannot be fully modeled in either approach play a significant role in the overall efficiency of the system. Using the dimensionless coefficients obtained from the model turbine, prototype turbine calculations indicate that a power output of approximately 4820 W per turbine can be achieved for a full-scale system operating under similar conditions. The findings demonstrate that the use of micro-hydraulic turbines as an alternative to pressure reducing valves in drinking water distribution networks offers a technically feasible, efficient, and sustainable solution, providing both pressure regulation and renewable energy generation.
Benzer Tezler
- Su şebekelerinde izole bölgelerdeki basıncın kırılması için mikrohes ile enerji üretimi: Konya örneği
Energy production with mikrohes for pressure breakdown in isolated areas in water networks: The case of Konya
İBRAHİM SAMAST
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
İnşaat MühendisliğiNecmettin Erbakan Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ŞERİFE YURDAGÜL KUMCU
DOÇ. DR. KAĞAN ERYÜRÜK
- Şehir şebekesi su pompalarına bakım periyodunun mekanik ömür ve enerji verimine etkilerinin incelenmesi
Investigation of the effects of maintenance intervals on mechanical lifetime and energy efficiency of urban water supply pumps
KENAN ÜCİ
Yüksek Lisans
Türkçe
2026
Makine Mühendisliğiİzmir Demokrasi ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ MUSTAFA MURAT YAVUZ
- Çoklu su pompası içeren bir su şebekesinin bilgisayarla otomatik kontrolü
Başlık çevirisi yok
MUSA AYDIN
Yüksek Lisans
Türkçe
1995
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiSelçuk ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Y.DOÇ.DR. ABDULLAH ÜRKMEZ
- Saha çalışmalarında altyapı verilerinin artırılmış gerçeklik teknolojisi ile gösterimi
Displaying infrastructure data with augmented reality technology in field works
MEHMET EMİN DOLAŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Jeodezi ve FotogrametriHarran ÜniversitesiHarita Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ MUSTAFA ULUKAVAK
- Su şebekelerindeki kayıp-kaçakların azaltılması için basınç kırıcı vanaların zamanlama optimizasyonu
Scheduling pressure reducing valves to reduce losses and leakages in water networks
FATİH KÜTÜK
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiKayseri ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ALİ DURMUŞ
DOÇ. DR. RİFAT KURBAN