Pompa tipinin seçiminde bilinmesi gereken çalışma şartlarının değişkenleri başlıca şunlardır: Debi (Q) ve çalışma noktasında istenilen basma yüksekliği (H) değerleridir. Pompanın büyüklüğü ve devri, pompa seçim eğrilerinden belirlenir. Seçilen pompanın verim, pompa motorunun gücü ve HPSH değerleri gibi diğer parametreleri de pompa performans eğrilerinden okunur.
1- Pompa debisi: Q ile gösterilir, birim zamanda pompadan geçen sıvının hacmidir. Yaygın olarak [m3/h] ve [lt/sn] birimleri kullanılır.
2- Pompa basma yüksekliği: H ile gösterilir, pompa tarafından akışı sağlanmak istenilen sıvıya verilen faydalı kinetik enerjidir. Yaygın olarak [m] birimi kullanılır.
3- Sistemin basma yüksekliği: sistemin basma yüksekliği H aşağıdaki gibi belirlenir:
H=h+TDP+ PA formülü ile bulunur.
h-basılacak sıvının serbest sıvı yüzeyi ile basıldığı yer arasındaki statik yükseklik farkıdır.
TDP-tüm basınç kayıplarının toplamıdır. Bu toplam basınç farkı emiş ve basma hattındaki borulardaki sürtünme kayıpları, tüm vana, armatür ve fittingslerin sürtünme kayıplarından oluşur.
PA -akma basıncı, basma hattının sonunda sıvının vana, armatür veya borudan akış basıncıdır.
Her hattın pompanın Q-H grafiği üzerinde kendine özel bir sistem eğrisi vardır. Her pompanın optimum çalışma noktası sistem eğrisi ile pompa karakteristik eğrisi olan Q-H eğrisinin kesişme noktasıdır. Genellikle pompa devir sayısının, fan çapının veya sistemin karakteristiğinin değiştirilmesiyle çalışma noktası değişebilir.
Sistemin karakteristik eğrisinin değiştirilmesi şu yöntemlerle yapılır.Eğer basılan sıvı viskozitesi su veya benzeri değerde ise sistemin karakteristiğini değiştirmenin pratik yolu boru hattının basınç kayıplarını artırmak veya azaltmaktır.Bu boru çapını değiştirerek veya vanayı açıp kapatma şeklinde olur. Diğer bir yolu ise statik kısmının değiştirilmesidir. Bu basma hattının basıncı veya su seviyesinin artırılması veya azaltılması şeklinde olur.
Pompa karakteristik eğrisinin değiştirilmesi ise şu eşitliklerdeki değişkenlerin fonksiyonudur. Pompanın çarkının çapı, debisi ve basma yüksekliği arasındaki matematiksel bağlantı şöyledir:
[D2/D1]2 = Q2/Q1 = H2 / H1
D- burada pompanın çark çapını göstermektedir.
Ayrıca pompayı tahrik eden motorun devir sayısı da değiştirilerek pompanın karakteristik eğrisi değiştirilebilir.
n2/n1= Q2/Q1
[n2/n1]2 = H2 / H1
[n2/n1]3 = P2 / P1
Viskozitesi ve yoğunluğu sudan farklı olan akışkanların kullanıldığı sistemlerde pompanı seçiminde bu durum dikkate alınmalıdır. Bu gibi durumlarda hem sistemin karakteristiği hem de performans değerlerinde sapmalar olur.
Pompalanan akışkanın viskozitesi arttığında pompanın bu akışkan için debi, basma yüksekliği, verimi düşer, ihtiyaç duyulan motor gücü artar.
Pompa sisteminin kurulmasında pompanın emniyetle çalışabilmesinin en önemli karakteristiklerden biri de emiş koşullarıdır. Pompanın çalışma şartları pompa içerisinde kavitasyona sebep olmamalıdır. Pompalarda net pozitif emme basıncı diye adlandırılan NSPH değeri bir pompanın öngörülen işletme değerinde kavitasyonsuz ve verimli bir şekilde çalışabilmesi için, pompanın emiş ağzında var olması gereken nominal su basıncını ifade eder.
Kavitasyon akışkanın çalışma sıcaklığındaki buharlaşma basıncı ile ilgilidir. Akışkanın pompa emişinde buharlaşmaması için gerekli olan asgari basınç akışkanın sıcaklığı ile birlikte artmaktadır.
15C deki suyun buharlaşmaması için pompanın emişinde varolması gereken asgari basınç Pd= 0,01704 bar yani yaklaşık 0,17 metre iken 60C deki suyun buharlaşmaması için gereken asgari basınç Pd= 0,19920 bar yani yaklaşık 2 metreye yükselmektedir. Pompa performans eğrilerinin alt kısımlarında gösterilen pompanın HSPH karakteristiğidir. Problemsiz çalışma için bu değer mevcut NSPH değerinden küçük olmalıdır.
NPSHmevcut > NPSHpompa
Atmosfere açık tanklı uygulamalarda atmosfer basıncının yaklaşık 9,5 mSS olduğu varsayılırsa, sistemin mevcut NPSH değeri şöyle hesaplanır.
NPSHmevcut =9,5-( DPe + he + Pd )
Bu formülde DPe emiş hattı basınç kayıpları toplamı, he emiş derinliği ve Pd akışkanın buharlaşma basıncı yerlerine konularak bulunur. Pompanı motor gücünün doğru olarak seçilmesi de önemlidir. Motor gücünün doğru olarak seçiminde şu formülden faydalanılır:
P=[(Q x H x p ) / ( 367 x n )] x femniyet
Pompanın işletim noktasındaki debisi Q[m3/h], basma yüksekliği H[metre], akışkanın yoğunluğu p[kg/dm3] birimleriyle ve pompa verimi n ise ilgili pompa eğrisinden alınarak formülde yerine konulduğunda , gerekli olan asgari motor gücü P[kW] olarak bulunur. Kullanılan akışkan su olduğunda p=1[kg/dm3 ] kabul edilerek dikkate alınmaz. Emniyet faktörü ise kullanılacak motorun nominal gücüne aşağıda verilen oranlarda emniyet payı eklemekle bulunur.
P <= 1,5 kW lık mil gücü için femniyet =1,15 tir.
P <= 15 kW lık mil gücü için femniyet =1,1 dir.
P > 15 kW lık mil gücü için femniyet =1,05 tir
Örnek Dalgıç Pompa Hesabı
Şekilde görüldüğü gibi pompa seviyesinden 40 mSS kot farkı ve 610 metre mesafede bulunan bir sulama havuzuna Q = 75 m3/h basabilecek pompanın seçimini yapınız.
Çözüm : Bu pompanın seçiminde Q = 75 m3/h ve 40 mSS kapasiteli pompayı, pompa kataloğundan seçer ve montajını yaparsak, bu pompanın iş görmediğini acı bir tecrübe olarak görürüz.
Pompa seçiminde emiş klepesi, emiş borusu, dirsek, basma hattındaki çek valf, vana, dirsekler, TE ler vehat boyunca borularda meydana gelecek direnç kayıplarının da hesaplanması gerekir.
Sistem Toplam Manometrik Basma Yüksekliğinin Hesabı (Hm)
Hm = Hg + hke + hkb
a – (Hg) nin hesaplanması
Hg = hsb + hse = 40 + 5 = 45 mSS i Hg = 45 mSS
b – (hke) Emiş borusundaki direnç kayıpları
5″ Emiş tarafı toplam boru boyu 6m + 2m ………………………..8 m (Şekil 1 den)
5″ Emiş klepesi eşdeğer düz boru boyu 1 adet x 10m ……….10 m (Şekil 1 tablodan)
5″ Standart dirsek eş değer düz boru boyu 1 adet x 4,5m ….4,5 m
Emiş tarafı toplam eş değer düz boru boyu ……8+10+4,5 = 22,5 m (Şekil 1 tablodan)
hke = 22,5 x ( 75 m3/h – 5″ boruda sürtünme kaybı) = 22,5 x 3,468/100 = 0,780 mSS
3,468 Borularda sürtünme kaybı tablosundan alınmıştır.
c- (hkb) basınç borusundaki direnç kayıpları
4″ basınç tarafı toplam boru boyu 10m + 600m …………………610 m (Şekil 1 den)
4″ Çek valf eş değer düz boru boy ve eş değeri 1 adet x 8m ..8 m (Şekil 1 tablodan)
4″ Standart dirsek eş değer düz boru boyu eş değeri 3 adet x 3,5m ..10,5 m (Şekil 1 tablodan)
4″ Sürgülü vana eş değer düz boru boyu eş değeri 1 adet x 0,75m ….0,75m
Basınç tarafı toplam eş değer düz boru boyu ..610+8+10,5+0,75 = 629,25m (Şekil 1 tablodan)
hkb = 629,25 x ( 75 m3/h – 4″ boruda sürtünme kaybı) = 629,5 x 9,892/100=62,25 mSS
9,892 Borularda sürtünme kaybı tablosundan alınmıştır.
d – Hm = Hg + hke + hkb
Hm= 45+0,780+62,25=108,03 mSS
Kaynak:Yrd. Doç. Dr. Bülent İ. GONCALOĞLU