การออกแบบระบบน้ำเพื่อการเกษตร การเลือกปั๊มน้ำการเกษตร

source : http://www.pakwanban.com/article/71/%E0%B8%81%E0%B8%B2%E0%B8%A3%E0%B8%AD%E0%B8%AD%E0%B8%81%E0%B9%81%E0%B8%9A%E0%B8%9A%E0%B8%A3%E0%B8%B0%E0%B8%9A%E0%B8%9A%E0%B8%99%E0%B9%89%E0%B8%B3%E0%B9%80%E0%B8%9E%E0%B8%B7%E0%B9%88%E0%B8%AD%E0%B8%81%E0%B8%B2%E0%B8%A3%E0%B9%80%E0%B8%81%E0%B8%A9%E0%B8%95%E0%B8%A3-%E0%B8%81%E0%B8%B2%E0%B8%A3%E0%B9%80%E0%B8%A5%E0%B8%B7%E0%B8%AD%E0%B8%81%E0%B8%9B%E0%B8%B1%E0%B9%8A%E0%B8%A1%E0%B8%99%E0%B9%89%E0%B8%B3%E0%B8%81%E0%B8%B2%E0%B8%A3%E0%B9%80%E0%B8%81%E0%B8%A9%E0%B8%95%E0%B8%A3

การออกแบบระบบน้ำเพื่อการเกษตร  การเลือกปั๊มน้ำ

ปั๊มน้ำ

ปั๊มน้ำเป็น อุปกรณ์สำหรับส่งน้ำหรือถ่ายเทของเหลวจากที่หนึ่งไปยังอีกที่หนึ่งเพื่อเพิ่มแรงดันของน้ำ ซึ่งมีทั้งแบบที่ใช้ มอเตอร์(ไฟฟ้า) และ แบบที่ใช้ เครื่องยนต์(น้ำมัน) ทำหน้าที่หมุนส่งกำลังให้ปั๊มน้ำทำงาน เพื่อเพิ่มแรงดัน และส่งน้ำไปตามท่อปั๊มน้ำที่ใช้ในบ้านส่วนใหญ่

เครื่องสูบน้ำ(ปั๊มน้ำ) สำหรับการเกษตรนิยมใช้แบบปั๊มหอยโข่ง ซึ่งอาจขับด้วยมอเตอร์ไฟฟ้าหรือเครื่องยนต์ตามความเหมาะสม เช่น
ปั๊มน้ำขับด้วยมอเตอร์ไฟฟ้า ขนาด 2HP(แรงม้า) จะให้น้ำเฉลี่ย 25,000-30,000  ลิตร/ชั่วโมง
ปั๊มน้ำขับด้วยเครื่องยนต์ แบบใช้เครื่องยนต์เบนซิลขนาด 5-7HP(แรงม้า) หรือแบบใช้เครื่องยนต์ดีเซลขนาด 8-12HP (แรงม้า)  จะให้น้ำเฉลี่ย 20,000-50,000  ลิตร/ชั่วโมง แล้วแต่อัตราเร่ง

เครื่องสูบน้ำ มักจะเป็นปัญหาให้กับผู้ที่ต้องการเลือกซื้อเอามาใช้งาน ไม่ว่าเพื่อนำมาใช้ในรูปแบบใดก็ตาม ถ้าเลือกที่ให้น้ำมากไปก็เสียเงินเกินความจำเป็น ตัวที่ให้น้ำน้อยไปก็เสียเงินซื้อเครื่องใหม่ ทำให้ต้องเสียทรัพย์เพิ่มโดยไม่มีความจำเป็น

จะพิจารณาจากอัตราการไหล ซึ่งบอกปริมาณน้ำ(Quantity – Q) ต่อหน่วยเวลาและแรงดันหรือแรงส่งน้ำ (Head – H)  จะบอกความสูงเป็นเมตร ทั้ง Qและ H จะเป็นตัวกำหนดกำลัง(แรง)ของเครื่องสูบน้ำนั้น ๆ ซึ่งอาจจะบอกเป็นวัตต์(W)กิโลวัตต์(KW) หรือแรงม้า(HP)  ตัวเลขดังกล่าวจะบอกไว้บน Name Plate บนตัวเรือนปั๊ม

เช่น เครื่องสูบน้ำมีแผ่นป้ายประจำมอเตอร์(Name Plate)บนตัวเครื่องระบุว่า

Q = 300-950 ลิตรต่อนาที

H = 12– 6 เมตร

อธิบายได้ว่า ถ้าเครื่องสูบน้ำส่งน้ำสูงที่ระยะไม่เกิน 6 เมตร จะได้ปริมาณน้ำ 950 ลิตรต่อนาที ส่งน้ำสูงที่ระยะ 12 เมตร จะได้น้ำเพียง 300 ลิตรต่อนาที ส่วนปริมาณน้ำที่ระยะสูงระหว่าง 6-12 เมตร จะบอกมาในคู่มือCurves  เส้นโค้งแสดงสมรรถนะ(Performance Curves) การแจ้งข้อมูลดังกล่าวนี้ ส่วนใหญ่มักเป็นเครื่องสูบน้ำที่ผลิตจากต่างประเทศ

ในการเลือก ปั๊มน้ำเบื้องต้น ถ้าต้องการปริมาณน้ำมาก จะต้องเลือกเครื่องสูบน้ำที่บอกปริมาณน้ำ (Q) ที่มีค่ามากๆ แต่ถ้าต้องการส่งน้ำไปไกลมาก และส่งขึ้นที่สูงต้องเลือกเครื่องสูบน้ำที่บอกค่า H สูง ข้อควรรู้ที่ต้องทราบ  ถ้าค่าของ Q มาก ค่าของ H จะต่ำ และถ้าค่า Q น้อย ค่าของ H ก็จะสูง

นอกจากดูอัตราการไหล(Q) และแรงดัน(H) แล้ว ยังมีส่วนอื่นที่ทราบด้วย ดังนี้

แรงม้า( HP) บางเครื่องจะบอกเป็น แรงม้า( HP)บางเครื่องบอกเป็นกำลังไฟเป็นวัตต์ (W) หรือกิโลวัตต์(KW) เช่น  1 แรงม้า เท่ากับ 746 วัตต์

ดูเทียบจากตาราง

หน่วย	ขนาดมอเตอร์มาตรฐาน
กิโลวัตต์(KW)(แรงม้า HP)	0.4(0.5)	0.75( 1 )	1.1( 1.5)	1.5( 2 )	2.2( 3 )	3( 4 )	3.7( 5 )

 ความเร็วรอบเครื่อง(มอเตอร์) ในเครื่องสูบน้ำที่มีประสิทธิภาพและกำลังเท่ากัน ควรเลือกเครื่องรอบหมุนต่ำดีกว่า เพราะเครื่องที่มีรอบหมุนสูงจะสึกหรอและเสื่อมเร็ว   รอบการหมุนของเครื่องจะบอกหน่วยเป็น รอบต่อนาที (RPM)

เครื่องสูบมาตรฐานจะบอกชั้นของฉนวน(Insulation class)และระดับการป้องกันฝุ่นละอองและน้ำ (IP) ชั้นของฉนวนกันความร้อน จะบอกถึงอุณหภูมิสูงสุดที่มอเตอร์จะทนได้

ส่วนระดับการป้องกันฝุ่นละอองและการป้องกันน้ำ จะบอกเป็นตัวอักษร IP(Protection Degree IP)ตามด้วยตัวเลข 2 หลัก หลักแรกมี 6 ระดับ เริ่มจาก   0 – 5 บอกระดับที่เพิ่มขึ้นของการป้องกันวัสดุแปลกปลอมหรือบุคคลจากการสัมผัสกับไฟฟ้า หลักสองมี 9 ระดับ เริ่มจาก 0 – 8 บอกถึงระดับที่เพิ่มขึ้นในการป้องกันน้ำเข้ามอเตอร์  มอเตอร์ที่ผลิตขายทั่วไปจะมีระดับการป้องกันสูงสุดที่ IP 55 แต่สำหรับปั๊มสูบน้ำบ่อบาดาล(Multistage Centrifugal Pump) มีระดับการป้องกันถึง IP 58 ก็มี

การเลือกขนาดของปั๊มน้ำ ให้ความสำคัญ 2 ส่วนคือ ปริมาณการจ่ายน้ำ(Q) และ แรงดันน้ำ(H)
ปริมาณการจ่ายน้ำ(Q): คือปริมาณน้ำที่ต้องจ่ายในแต่ละครั้ง เช่นถ้าต้องการจ่ายน้ำครั้งละ1โซน Q = 6 ลบ.ม./ชม.
แรงดันน้ำ(H): ในพื้นที่ขนาดเล็ก ราบลุ่ม และใช้ท่อเมนไม่เกิน 100 เมตร จะต้องการแรงดันน้ำ H = 25 เมตร

ในพื้นที่ซึ่งระยะท่อเมนยาวกว่าปกติ คือมากกว่า 100 เมตร จะต้องเพิ่มค่าแรงดันมาตรฐาน(H=25)ขึ้นอีกเท่ากับ 4 เมตรทุกๆระยะท่อเมน 100 เมตร เช่น ระยะท่อเมน 300 เมตร ดังนั้นแรงดันน้ำที่ต้องการ(H) = 25 + (4*300/100) = 25+12 = 37 เมตร
                           ในพื้นที่เป็นเนินลาดชัน จะต้องเพิ่มค่าแรงดันมาตรฐาน(H=25)ขึ้นอีกเท่ากับระดับความสูงระหว่างพื้นที่กับปั๊มน้ำ เช่น พื้นที่เป็นเนินสูงขึ้น 5 เมตร ดังนั้นแรงดันน้ำที่ต้องการ(H) = 25+5 = 30 เมตร
หมายเหตุ 1.ในการเลือกปั๊มน้ำควรเพิ่มค่าแรงดันน้ำ(H)ขึ้นอีก ~30% เพื่อชดเชยแรงดันน้ำที่สูญในระบบ(Head Loss)
   2. หน่วยวัดกำลังของมอเตอร์มี 2 ลักษณะ คือ HP(แรงม้า) และ Watt(วัตต์) (โดย 1 HP = 750 W.)

ข้อมูลไฟฟ้า จะต้องดูว่าใช้ไฟ กี่โวลต์ (V) ใช้กระแสไฟกี่แอมแปร์(A) ใช้ไฟ 1 เฟตหรือไฟ 3 เฟส  เพื่อเลือกเครื่องสูบที่ใช้ไฟฟ้าให้ตรงกับระบบไฟฟ้าของของสถานที่ติดตั้งเครื่องสูบน้ำ

การเลือกซื้อปั๊ม 

1.รู้รายละเอียดการใช้น้ำ เช่น ถ้าจะติดตั้งสปริงเกอร์ต้องรู้ปริมาณน้ำและแรงดันของสปริงเกอร์แต่ล่ะชนิด เช่น หัวจ่ายน้ำแบบเหวี่ยงรูจ่ายน้ำ4 หมุนจ่ายปริมาณน้ำ 200-400ลิตร/ชั่วโมง หัวฉีดสเปรย์ รูน้ำผ่านขนาด2-3มิลลิเมตร จ่ายปริมาณน้ำ 80-120ลิตร/ชั่วโมง เป็นต้น

2.เลือกปั๊มน้ำ ให้เหมาะสมกับการใช้งาน เช่น ปั๊มทะเล/เคมีสำหรับสูบน้ำทะเลหรือเคมี, ปั๊มหอยโข่งสำหรับงานเกษตร,งานสปริงเกลอร์,งานประปาหมู่บ้านหรืองานดับเพลิง , ปั๊มแช่สำหรับงานดูดน้ำบาดาล,น้ำดีหรือน้ำเสีย

3.เลือกขนาดของปั๊ม ในการเลือกปั๊มต้องดูว่าปั๊มสามารถจ่ายปริมาณน้ำได้มากแค่ไหนเพียงพอกับการใช้งานหรือไม่ และที่แรงดันน้ำที่ต้องการ เช่น

- ปริมาณน้ำ 280 ลิตร/นาที หรือ 30 m3 / h (ลูกบาศก์เมตร / ชั่วโมง) 

-แรงดัน5บาร์(10 m=1bar ) ระยะทางส่ง50เมตรเท่ากับ 5บาร์

- ขนาดมอเตอร์ 220 V.หรือ380 V (Volt แรงดันไฟฟ้าที่จ่ายเข้ามอเตอร์) 

-50 Hz. (Hertz ความถี่ไฟฟ้าที่มอเตอร์ใช้)

- 400 W. (Watt กำลังไฟฟ้าที่มอเตอร์ใช้) 

- 1.6 A. ( Amp กระแสไฟฟ้า ที่มอเตอร์ใช้)  

ตัวอย่างการเลือกปั๊มน้ำการเกษตร ครอบคลุมพื้นที่ 5ไร่(8,000 ตารางเมตร)

ในที่นี้จะคำนวณระบบเพื่อหาขนาดของปั๊มน้ำ โดยกำหนดว่าเป็นสวนเกษตรผสมผสานมีการปลูกพืชและเลี้ยงสัตว์ร่วมกัน

1.ปลูกมะนาว 200ต้น ใช้พื้นที่2ไร่ เลือกหัวจ่ายน้ำแบบ มินิสปริงเกอร์ Pro Series Set (หัวมินิสปริงเกอร์ พร้อมขาปัก 40 cm.+สายยาวสายไมโคร พีอี 60 cm.) ท่อแยกเป็นท่อPE 20มิลลิเมตร หัวมินิสปริงเกอร์เป็นแบบกระแทกด้านบนจ่ายน้ำลงมาเป็นรูปกรวยด้านล่าง อัตราการจ่ายน้ำ 70ลิตร/ชั่วโมง(1.16ลิตร/นาที) รัศมี 0.5-1.5เมตร

ความต้องการน้ำรวมเป็นเวลา10นาที  1.16ลิตร/นาที x 10 นาที x 200จุด= 2,320ลิตร(232ลิตร/นาที)

2.ปลูกผักหวานบ้าน ใช้พื้นที่1ไร่ เลือกหัวจ่ายน้ำแบบ สปริง เกอร์ใบ PVC  (หูช้าง) ปริมาณน้ำ 360 ลิตร / ชม(6ลิตร/นาที). สวมใน ขนาด 1/2" ลักษณะน้ำกระจายเป็นเม็ดใหญ่กระจายทั่ว มุมน้ำ 45 องศา รัศมีน้ำ 5 เมตรท่อจ่ายน้ำสูง 1เมตร ท่อแยกเป็นท่อ PVC ขนาด1นิ้ว ติดตั้งทั้งหมด 50จุด เปิดน้ำเป็นเวลา 20นาที

ความต้องการน้ำรวมเป็นเวลา 20นาที  6ลิตร/นาที x 20นาที x 50 จุด = 6,000ลิตร(300ลิตร/นาที)

3.ปลูกไผ่ ใช้พื้นที่ 1ไร่ เลือกหัวจ่ายน้ำแบบ มินิสปริงเกอร์ โรเตอร์ Pro Series Set (หัวมินิสปริงเกอร์ พร้อมขาปัก 40 cm.+สายยาวสายไมโคร พีอี 60 cm.) ท่อแยกเป็นท่อPE 20มิลิเมตร หัวมินิสปริงเกอร์เป็นแบบหมุนรอบตัว อัตราการจ่ายน้ำ 70ลิตร/ชั่วโมง(1.16ลิตร/นาที) รัศมี 1-2เมตร ติดตั้งทั้งหมด 100จุด เปิดน้ำเป็นเวลา 10นาที

ความต้องการน้ำรวมเป็นเวลา10นาที  1.16ลิตร/นาที x 10 นาที x 100จุด= 1,160ลิตร(116ลิตร/นาที)

4. ปลูกผักสวนครัว ใช้พื้นที่1ไร่ เลือกหัวจ่ายน้ำแบบ มินิสปริงเกอร์ โรเตอร์ Pro Series Set (หัวมินิสปริงเกอร์ พร้อมขาปัก 40 cm.+สายยาวสายไมโคร พีอี 60 cm.) ท่อแยกเป็นท่อPE 20มิลิเมตร หัวมินิสปริงเกอร์เป็นแบบหมุนรอบตัว อัตราการจ่ายน้ำ 70ลิตร/ชั่วโมง(1.16ลิตร/นาที) รัศมี 1-2เมตร ติดตั้งทั้งหมด 100จุด เปิดน้ำเป็นเวลา 10นาที

ความต้องการน้ำรวมเป็นเวลา15นาที  1.16ลิตร/นาที x 15 นาที x 100จุด= 1,740ลิตร(116ลิตร/นาที)

รวมความต้องการน้ำจากข้อ1-4ภายใน 1นาที  =232+300+160+160 =852ลิตร(51,120ลิตร/ชั่วโมง)

ในการหาขนาดปั๊มเกษตรกรทราบแล้วว่าต้องการปั๊มน้ำที่จ่ายปริมาณน้ำต่ำสุดที่ 51,120ลิตร/ชั่วโมง แต่ในการใช้งานจริงจะมีการระบบจะมีการลดประสิทธิภาพความสามารถในการส่งน้ำของปั๊มน้ำหลายปัจจัย เช่น ความลึกของท่อด้านดูดของปั๊ม หรือระยะทางและขนาดของท่อเมนเป็นต้น รวมถึงส่วนต่อขยายเพิ่มในอนาคตดังนั้นจึงเพิ่มความต้องการไปอีก30% จะได้ 51,120+15,336 =66,456 ลิตร/ชั่วโมง(1,107ลิตร/นาที)

ในขั้นตอนนี้เกษตรคงทราบแล้วว่าต้องการปั๊มน้ำที่สามารถจ่ายปริมาณน้ำที่1,107ลิตร/นาที จากตัวเลขนี้ก็มาเทียบเคียงกับตารางมาตรฐานของปั๊มน้ำ

จากตัวเลขในตาราง เลือกปั๊มน้ำ รุ่น WCL-2205SF ขนาด 3 แรงม้า ท่อดูดและท่อจ่าย 3นิ้ว ใช้ไฟฟ้า 220V  โดยจุดส่งน้ำสูงจากฐานปั๊มน้ำไม่เกิน 4เมตร

หรือในกรณีที่ปั๊มน้ำ แหล่งน้ำและพื้นที่สวนอยู่ในระดับเดียวกันหรือพื้นที่สวนอยู่ต่ำกว่าฐานติดตั้งปั๊มน้ำเกษตรกรก็สามารถเลือกปั๊มขนาด 2แรงม้าได้ ในกรณีที่เกษตรกรมีปั๊มน้ำขนาด1แรงม้าอยู่แล้วก็สามารถใช้งานได้เช่นกันโดยใช้วาล์วน้ำเปิด-ปิดท่อแยกเพื่อจ่ายน้ำในแต่ล่ะพื้นที่ได้

สิ่งที่ควรรู้ก่อนการติดตั้งปั๊มน้ำ 
เมื่อเลือกขนาดปั๊มน้ำได้แล้ว ก็ต้องดูสถานที่ที่จะติดตั้งให้เหมาะสม เพื่อความสะดวก ปลอดภัย และทนทาน และก่อนการติดตั้งควรจะทำความเข้าใจส่วนประกอบอื่น ๆ เพื่อให้ปั้มน้ำทำงานอย่างมีประสิทธิภาพมากที่สุด สิ่งที่ควรทราบก่อนการติดตั้ง คือ
1.ศึกษาข้อมูลและคู่มือก่อนการติดตั้ง 
2.ควรติดตั้งโดยช่างที่มีความรู้ ความชำนาญ
3.ตัดไฟฟ้าก่อนทำการติดตั้ง
4.ติดตั้งชุดควบคุม (เบรกเกอร์) เพื่อความปลอดภัยและสะดวกในการซ่อมบำรุง
5.ขนาดของสายไฟต้องรองรับกระแสไฟฟ้าที่ใช้กับปั๊มได้
6.ต้องติดตั้งเข้ากับถังเก็บน้ำ

7.ติดตั้งในที่ร่ม หรืออาจทำเป็นหลังคาคลุม เพื่อไม่ให้โดนแดดโดนฝน
8.ติดตั้งให้ห่างจากผนังอย่างน้อย 10 เซนติเมตร เพื่อให้อากาศถ่ายเทได้สะดวกและสะดวกต่อการซ่อมบำรุง
9.ติดตั้งให้สูงจากพื้นเล็กน้อยอยู่บนฐานรอง เพื่อป้องกันน้ำขังและสะดวกต่อการทำความสะอาด
10.ติดตั้งข้อต่อของปั๊มควรให้ได้ระนาบเดียวกันกับท่อน้ำ เพราะถ้าไม่ได้ระนาบอาจจะทำให้เสียหายได้ในขณะที่ปั้มทำงาน
11.ติดตั้งท่อน้ำควรระวังเรื่องเศษวัสดุและสิ่งสกปรกต่าง ๆ เข้าไปในท่อ ซึ่งจะทำให้ระบบเกิดการขัดข้องได้
12.ติดตั้งท่อดูดและท่อจ่ายน้ำให้ได้ขนาดถูกต้องตามคู่มือ
13.การติดตั้ง - ซ่อม ในส่วนที่เกี่ยวกับระบบไฟฟ้า ควรทำโดยช่างที่มีความรู้ ความชำนาญโดยตรง

ข้อควรระวังก่อนการติดตั้งปั๊มหอยโข่ง
1.การยกหรือเคลื่อนย้ายปั๊ม ควรกระทำด้วยความระมัดระวัง อย่าเหนี่ยวรั้งสายไฟของปั๊ม
2.ศึกษาข้อจำกัดการใช้งานโดยละเอียด
3.ควรหลีกเลี่ยงการใช้สูบของเหลวที่ไม่ใช่น้ำ เช่น น้ำมัน หรือเคมีอื่นๆ หรือใช้งานในสภาวะที่อาจเกิดอันตรายได้
4.ไฟฟ้าจ่ายเข้าตัวปั๊มจะต้องเป็นระบบเดียวกัน ควรติดตั้งอุปกรณ์ตัดไฟ และต่อสายดินทุกครั้ง
5.เลือกใช้ท่อเหล็ก หรือท่อพลาสติกที่ทนแรงดันได้ เพื่อป้องกันการเสียหายอันเกิดจากแรงสุญญากาศขณะดูด
6.ควรหลีกเลี่ยงการใช้ท่ออ่อน หรือสายยางสำหรับท่อดูด หรือท่อจ่ายเพื่อป้องกันท่อตีบและบิดงอ
7.ไม่ควรใช้งานเกินประสิทธิภาพของปั๊มเพราะอาจทำให้ปั๊มเสียหายได้
8.ควรระวังไม่ให้ปั๊มโดนน้ำหรือฝนสาดเพราะอาจทำให้อายุการใช้งานของปั๊มสั้นลง
9.การต่อท่อต้องซีลให้สนิทไม่รั่วลมในท่อดูด เพราะจะมีผลเสียต่อประสิทธิภาพการทำงานของปั๊ม
10.ท่อดูดจะต้องไม่สูงกว่าระดับของตัวปั๊ม
11.ท่อดูดจะต้องใส่ฟุตวาล์ว (หัวกะโหลก) และอาจจะใส่ตัวกรองน้ำร่วมด้วย
12.ปลายท่อดูดจะต้องจมอยู่ในน้ำ และควรห้างจากก้นย่อและผนังข้างบ่อไม่น้อยกว่า 1.5 เท่าของเส้นผ่าศูนย์กลางท่อดูด
13.จำไว้ว่า ปั๊มจะต้องมีน้ำเต็มตลอดเวลาในขณะใช้งาน
14.ท่อด้านจ่ายเหนือปั๊มน้ำให้ติดวาล์วกันน้ำย้อนและประตูน้ำ
15.เมื่อใช้งานอย่าลืมเปิดประตูน้ำทางท่อจ่าย
16.การติดตั้งท่อหรือชิ้นส่วนอื่นใดให้แน่ใจว่าน้ำหนักของมันจะไม่ส่งผลเสียโดยตรงต่อปั๊ม
17.หลีกเลี่ยงการต่อท่อหลายทาง หรือต่อท่อโค้งซิกแซกไปมา
18.ก่อนซ่อมบำรุงปั๊มจะต้องตัดกระแสไฟฟ้าออกก่อน