Irrigation Pump Efficiency

James CurranWater Resource Consultant

Why is it Important?

• Farm irrigation pumping is around 70 to 80% of total farm electricity usage!

• It can reduce your total energy usage and save you $$$ 

What is Pump Efficiency?

• Pump Efficiency is the water or liquid power divided by the power input at the pump shaft

• Principal causes of power loss / efficiency loss in a pump:

– Friction loss in the pump passages– Disc friction from the impeller rotating in the water– Internal leakage of water from the discharge back to the suction 

side of the pump via balance holes and sealing clearances– Shaft bearing losses– Seal / gland losses– Coupling windage

End Suction Pump Efficiency The Good and The Bad

• You should aim for an efficiency greater than 70% at duty• If you can get better than 80% then it’s very good! • Maximum you will see with an end suction pump is 88%.• Poor efficiency is less than 70%

Don’t forget Motor Efficiency

• Average electric motors are around 89 to 92% efficient at full load

• High efficiency motors are typically 2 to 3% higher

• Motor efficiency varies with load

• Aim should be to have the actual load as close as practical to full, as this insures a high efficiency

Determining Pump Efficiency 

• You need to know the actual pump duty 

• Pump duty is expressed as flow (l/sec) at pressure (metres head)

• How do you know this?– Should be supplied with original quotation for equipment

– Can be measured

– Can be calculated

Reading a Pump Curve – 100 x 65 ‐ 200

Effects of Efficiency on Actual Pumping Cost

• Power is measured in kW

• Input Power to a Pump= (Flow rate in l/s X Head in Metres  X 9.81 X rel. density) /  pump efficiency / 1000

• Example: A pump delivering 60 l/s @ 90m head at 75% efficiency. = 60 x 90 x 9.81 x 1 / 0.75 / 1000=70.632 kW

• kWh at the Meter= (Flow rate in l/s X Head in Metres  X 9.81 X rel. density) / pump efficiency / motor efficiency / 1000

• Example: A pump delivering 60 l/s @ 90m head at 75% efficiency and motor at 89% efficiency.= 60 x 90 x 9.81 x 1 / 0.75 / 0.89 / 1000= 79.36 kWh

Example Comparison of Pump and Motor Efficiency

VSD ‐ Variable Speed Drives

• What do they do?– They vary the frequency of the power (hertz) to allow for changes in motor and hence pump speed

• When should they be considered?– When the head (pressure) varies considerably 

– When the flow varies considerably

• Unless either or both the above condition are met then don’t waste your $$$ on a VSD

• Do they save money?

Other Considerations with Pump Selection

• Pump suction performance

• Construction materials

• System design, can it be improved i.e. reduce the head without affecting performance?

• Performance of the irrigator, make sure it actually works! There is no point saving money on pumping if the system does not work!

Finally just for interest Diesel vs Electric Cost

40 l/s @ 63 metres Head