Pompa Kavitasyonu Nedir? Pompayı Sessizce Öldüren Sorun

Pompa kavitasyonu nedir sorusunun mühendislik cevabı üç cümledir. Su, emiş flanşından çark gözüne girerken hızlanır; hızlanan akışkanın statik basıncı Bernoulli gereği düşer. Bu düşüş, suyun o sıcaklıktaki buhar basıncının altına inerse su kaynamaya başlar ve buhar kabarcıkları oluşur. Kabarcıklar kanat boyunca ilerleyip basıncın yeniden yükseldiği bölgeye ulaşınca milisaniyeden kısa sürede çöker.

Kritik nokta çark girişindeki kanat ön kenarıdır. Akış burada hem hızlanır hem de kanat profilinin emme yüzeyinde yerel bir alçak basınç bölgesi oluşur. Pompanın emiş flanşında ölçtüğünüz basınç pozitif olsa bile kanat ön kenarındaki yerel basınç ondan 1-3 mSS daha düşüktür. NPSHr denilen büyüklük tam olarak bu iç kaybı temsil eder: pompanın kendi geometrisinin, kavitasyonsuz çalışmak için emiş flanşında talep ettiği fazla enerjidir.

Kabarcık çökmesi termodinamik olarak masum, mekanik olarak yıkıcıdır. Küresel kabarcık simetrisini kaybederek çöker ve metal yüzeye doğru yönelmiş bir mikro jet üretir. Bu jetin hızı literatürde 100 m/s mertebesinde verilir ve çarpma anında yüzeyde çok kısa süreli, çok yüksek bir gerilme yaratır. Tek bir çöküş hiçbir şey yapmaz; saniyede binlercesi, aylar boyunca, dökme demirde süngerimsi bir doku, bronz ve paslanmaz çarkta ise iğne deliği görünümlü oyuklar bırakır.

Kavitasyon bir arıza değil, bir çalışma rejimidir. Pompa kavitasyonlu haldeyken de su basar; sadece daha az basar, daha çok elektrik çeker ve kendini yer. Bu yüzden teşhis sese değil sayıya dayanmalıdır. (Detay: Santrifüj Pompa Nedir? Çalışma Prensibi ve Kullanım Alanları)

Kavitasyon nasıl anlaşılır sorusunun cevabı tek bir belirtide değil, beşinin birlikte okunmasındadır. Kavitasyon yapan bir pompa aynı anda ses çıkarır, debisi düşer, manometresi oynar, akımı salınır ve söküldüğünde çarkın giriş kenarında oyulma gösterir. Bunlardan yalnızca biri varsa başka bir sorunu araştırmak gerekir.

Birinci belirti sestir. Pompa çakıl sesi çıkarıyor şikâyeti kavitasyonun klasik imzasıdır: gövdeden, sanki içinden mıcır geçiyormuş gibi sert, düzensiz, taneli bir ses gelir. Hava kabarcığının yumuşak hışırtısından farklıdır. Ses seviyesi tipik olarak aynı pompanın sağlıklı halinden 5-10 dB(A) yüksektir; 1 m mesafede 62 dB(A) çalışan bir pompa kavitasyona girdiğinde 70 dB(A) üstüne çıkabilir.

İkinci belirti debi ve basma yüksekliğindeki düşüştür. Kavitasyon başladığında kanal kesitinin bir kısmını buhar işgal eder ve pompa aynı devirde daha az basar. Manometreden okunan basma yüksekliği katalog eğrisinin 2-3 mSS altına iner; ileri safhada düşüş yüzde 10-20'yi bulur. Basma yüksekliğini mSS cinsinden okumak ve eğriyle karşılaştırmak için ölçüm yöntemi ayrı yazımızda anlatılıyor. (Detay: Pompalarda mSS Nedir? 10 mSS Kaç Bar Eder?)

Üçüncü belirti dalgalanmadır. Basma manometresinin ibresi 0,3-0,8 bar genlikte, saniyede birkaç kez salınır. Dördüncü belirti elektriksel karşılığıdır: pens ampermetreyle ölçülen motor akımı sabit bir değerde durmaz, anma akımının yüzde 5-15'i genliğinde titrer. Frekans konvertörlü tesislerde bu salınım sürücü ekranından doğrudan izlenebilir. (Detay: Frekans Konvertörlü Pompa Nedir? Gerçekten Elektrik Tasarrufu Sağlar mı?)

Beşinci belirti sökümde görülür ve teşhisi kesinleştirir. Çark giriş kanat ön kenarının emme yüzeyinde, yani kanadın dönüş yönüne bakmayan tarafında, süngerimsi veya iğne delikli bir oyulma bölgesi vardır. Oyulma kanat çıkışında veya salyangoz gövdesinde ise neden klasik emiş kavitasyonu değil, emiş resirkülasyonu ya da kanat geçiş darbesidir.

NPSHa, tesisatın pompaya emiş flanşında sunduğu net pozitif emiş yükünün mutlak değeridir ve tamamen tesisatın özelliğidir. NPSHr ise pompanın kavitasyonsuz çalışmak için talep ettiği net pozitif emiş yüküdür ve tamamen pompanın özelliğidir. NPSHa NPSHr farkı, elinizde kalan emniyet payıdır; bu fark sıfıra yaklaştıkça kavitasyon riski büyür.

NPSHr'nin kataloglarda nasıl tanımlandığını bilmek şarttır. Standart uygulamada NPSHr, pompanın basma yüksekliğinin yüzde 3 düştüğü noktadaki emiş yüküdür ve bu yüzden NPSH3 olarak da yazılır. Bu tanımın pratikteki anlamı rahatsız edicidir: NPSHr değerinde çalışan bir pompa kavitasyonsuz değil, zaten yüzde 3 performans kaybettirecek kadar kavitasyonlu çalışıyor demektir. Kabarcık oluşumunun ilk başladığı nokta, yani başlangıç kavitasyonu, çoğu geometride NPSH3'ün 1,5-2 katı civarındadır.

Emniyet payı bu yüzden vardır. Genel kabul gören asgari kural NPSHa ≥ NPSHr + 0,5 m'dir. Bu 0,5 m, temiz soğuk suyla çalışan, debisi sabit, iyi tasarlanmış bir emiş hattı için alt sınırdır. Değişken debili, sıcak akışkanlı veya kritik sürekliliği olan tesislerde kabul gören yaklaşım payı oransal almaktır: NPSHa ≥ 1,2-1,5 × NPSHr, kritik proses ve yangın hatlarında daha da yukarısı. Hidrolik Enstitüsü kaynakları bu oranı uygulama tipine göre 1,1 ile 2,5 arasında bantlar.

İki kavramı karıştırmamak için birim mantığı yardımcı olur. Her ikisi de metre su sütunu cinsindendir ve her ikisi de mutlak basınç ölçeğindedir; yani atmosfer basıncı hesabın içindedir, dışında değil. Bu yüzden aynı pompa deniz seviyesinde sorunsuz çalışırken 1900 m rakımda kavitasyon yapabilir: pompa değişmemiştir, tesisatın sunduğu NPSHa 2 mSS azalmıştır.

NPSHr üç değişkene bağlıdır: debi, devir sayısı ve çark giriş geometrisi. Debi arttıkça NPSHr yükselir ve bu yükseliş doğrusal değildir; eğrinin sağ ucunda dikleşir. Devir sayısı ile ilişkisi yaklaşık karesel olduğundan, 2900 d/dk yerine 1450 d/dk çalışan bir pompanın NPSHr'si kabaca dörtte birine iner. Bu tek cümle, kavitasyon problemlerinin çözümünde en güçlü koldur.

NPSHa nasıl hesaplanır sorusunun cevabı tek satırlık bir formüldür: NPSHa = (Patm − Pbuhar)/(ρg) ± Hz − Hf. Formül dört terimden oluşur; üçü tesisatın geometrisinden ve akışkandan, biri hesaplanan kayıptan gelir. Sonuç metre su sütunu cinsinden çıkar ve doğrudan katalogdaki NPSHr eğrisiyle karşılaştırılır.

Birinci terim Patm/(ρg), emiş kaynağının serbest yüzeyine etki eden mutlak basıncın su sütunu karşılığıdır. Açık depo, kuyu, havuz veya atmosfere açık degazör tankında bu terim atmosfer basıncıdır: deniz seviyesinde ve 20 °C suda 10,33 mSS. Kapalı ve basınçlandırılmış sistemlerde ise mutlak basınç kullanılır: manometreden okunan gösterge basıncına atmosfer basıncı eklenir. 1,5 bar gösterge basınçlı kapalı bir ısıtma devresinde terim 15,3 + 10,33 = 25,63 mSS olur.

İkinci terim Pbuhar/(ρg), suyun o sıcaklıktaki buhar basıncının su sütunu karşılığıdır ve daima çıkarılır. 20 °C'de 0,24 mSS gibi ihmal edilebilir bir değerken, 95 °C'de 8,97 mSS'ye çıkarak birinci terimin neredeyse tamamını yer. Kavitasyonun neden sıcak suda bu kadar kolay başladığının tek cümlelik açıklaması budur.

Üçüncü terim Hz, statik yükseklik farkıdır ve işareti geometriye göre değişir. Su seviyesi pompa çark ekseninin üzerindeyse yani pompa ıslak emişli ise terim artı işaretlidir ve NPSHa'yı büyütür. Su seviyesi pompa ekseninin altındaysa yani emiş yüksekliği söz konusuysa terim eksi işaretlidir ve NPSHa'yı küçültür. Ölçüm noktası daima su serbest yüzeyi ile çark ekseni arasıdır, boru güzergâhı uzunluğu değil.

Dördüncü terim Hf, emiş hattının toplam sürtünme ve yerel direnç kaybıdır; her zaman çıkarılır. İçine emiş borusu sürtünmesi, dirsekler, vana, çek valf, süzgeç, redüksiyon ve giriş kaybı girer. Hesaplanan debiye göre değişir; debi ikiye katlanırsa Hf yaklaşık dörde katlanır. Debiyi doğru belirlemeden yapılan NPSH hesabı bu terimde ikiye üçe yanılır. (Detay: Pompa Debisi Nasıl Hesaplanır? m³/h, L/dk ve Basınç Hesaplama)

Formülü uygularken üç kural ihlal edilmemelidir. Birincisi, bütün terimler aynı akışkan yoğunluğu ile metreye çevrilir; 95 °C suda ρ = 962 kg/m³ kullanılır, 998 değil. İkincisi, Hz daima çark ekseninden ölçülür; yatay pompalarda mil ekseni, dikey milli çok kademeli pompalarda ilk kademe çarkının ekseni referanstır. Üçüncüsü, Hf en olumsuz işletme koşulunda hesaplanır: süzgeç kirli, depo seviyesi en düşük ve debi en yüksek haldeyken.

Buhar basıncı, suyun sıcaklığıyla üstel biçimde artan bir büyüklüktür ve NPSHa hesabının en hızlı değişen terimidir. 20 °C ile 60 °C arasında yaklaşık 1,8 mSS kaybedersiniz; 60 °C ile 95 °C arasında ise yaklaşık 6,9 mSS daha kaybedersiniz. Aynı tesisat, aynı pompa, tek değişken sıcaklıktır.

Sıcaklığa göre buhar basıncının mutlak ve metre su sütunu karşılıkları, hesaplarda doğrudan kullanılabilecek biçimde şöyledir:

• 10 °C — 1,23 kPa — 0,13 mSS
• 20 °C — 2,34 kPa — 0,24 mSS
• 30 °C — 4,25 kPa — 0,43 mSS
• 40 °C — 7,38 kPa — 0,76 mSS
• 50 °C — 12,35 kPa — 1,28 mSS
• 60 °C — 19,95 kPa — 2,07 mSS
• 70 °C — 31,20 kPa — 3,25 mSS
• 80 °C — 47,41 kPa — 4,97 mSS
• 90 °C — 70,18 kPa — 7,41 mSS
• 95 °C — 84,61 kPa — 8,97 mSS
• 100 °C — 101,33 kPa — 10,78 mSS

Listenin son satırı en öğretici olanıdır. 100 °C'de buhar basıncı atmosfer basıncına eşittir; açık bir tanktan 100 °C su emen bir pompada birinci ve ikinci terim birbirini götürür ve NPSHa yalnızca statik yükseklik eksi kayıp kadar kalır. Bu yüzden kaynar suya yakın çalışan besleme pompaları daima tankın altına, mümkün olan en yüksek ıslak emiş yüküyle konumlandırılır.

İkinci düzeltme rakımdır. Atmosfer basıncı yükseklikle azalır; pratik hesapta her 100 m için yaklaşık 0,11-0,12 mSS düşüş kabul edilir. Rakım NPSH etkisi Türkiye coğrafyasında ihmal edilemez, çünkü nüfusun önemli bir kısmı 800 m üstünde yaşar.

• 0 m (İstanbul, İzmir) — 101,3 kPa — 10,33 mSS
• 300 m (Bursa çevresi) — 97,7 kPa — 9,97 mSS
• 900 m (Ankara) — 91,0 kPa — 9,28 mSS
• 1050 m (Konya) — 89,4 kPa — 9,12 mSS
• 1650 m (Van çevresi) — 83,1 kPa — 8,48 mSS
• 1900 m (Erzurum) — 80,6 kPa — 8,22 mSS

Tablodan çıkan hüküm nettir: deniz seviyesinde 6,0 mSS NPSHa veren bir tesisat, aynı geometriyle Erzurum'da 3,9 mSS verir. NPSHr'si 3,5 mSS olan bir pompa İstanbul'da 2,5 m payla rahat çalışırken Erzurum'da 0,4 m payla sınırdadır ve süzgeç birazcık kirlendiğinde kavitasyona girer. Aynı proje dosyasının farklı şehirlerde kopyalanması, saha ekiplerimizin en sık gördüğü seçim hatasıdır.

Emiş hattı basınç kaybı hesabı üç aşamalıdır: hız bulunur, sürtünme kaybı hesaplanır, yerel dirençler eklenir. Sonuç Hf terimi olarak NPSHa formülüne girer. Emiş hattında hedeflenen akış hızı 0,8-1,5 m/s bandıdır; 2,0 m/s üstü emiş hatlarında kayıp hızla büyür ve NPSH payını yer.

Birinci adım hızdır: v = Q / (3600 × A), burada A = π × D² / 4. DN80 bir emiş borusunda iç çap yaklaşık 0,080 m, kesit alanı 0,00503 m² olur. 30 m³/h debide hız v = 30 / (3600 × 0,00503) = 1,66 m/s bulunur. Bu değer hedef bandın üst kenarındadır, kabul edilebilir.

İkinci adım hız yüküdür ve sonraki bütün kayıplar bunun katı olarak yazılır: hv = v² / (2g) = 1,66² / 19,62 = 0,141 m. Üçüncü adım boru sürtünmesidir: hf = λ × (L/D) × hv. Pürüzsüz çelik boruda λ yaklaşık 0,020 alınır. 8 m uzunluğunda DN80 boru için hf = 0,020 × (8 / 0,080) × 0,141 = 0,28 m çıkar.

Dördüncü adım yerel dirençlerdir: hm = ΣK × hv. Emiş hattında karşılaşılan tipik K katsayıları şöyledir:

• Keskin kenarlı boru girişi — K ≈ 0,50
• Konik ağızlı emiş çanı — K ≈ 0,20
• 90° dirsek (uzun radyüslü) — K ≈ 0,30
• 90° dirsek (kısa radyüslü) — K ≈ 0,75
• Tam açık kelebek vana — K ≈ 0,30
• Tam açık sürgülü vana — K ≈ 0,15
• Eksantrik redüksiyon — K ≈ 0,10-0,20
• Y tipi pislik tutucu (temiz) — K ≈ 1,5-2,0
• Y tipi pislik tutucu (kirli) — K ≈ 10-20
• Emiş dip klepesi (foot valve) — K ≈ 2,0-4,0

Örnek hatta giriş 0,50, iki uzun radyüslü dirsek 2 × 0,30 = 0,60, tam açık kelebek vana 0,30, temiz pislik tutucu 1,50 ve eksantrik redüksiyon 0,15 vardır; ΣK = 3,05 olur. Yerel kayıp hm = 3,05 × 0,141 = 0,43 m'dir. Toplam Hf = 0,28 + 0,43 = 0,71 m bulunur.

Bu hesabın en öğretici sonucu, kayıpların çoğunun boru boyundan değil armatürlerden gelmesidir: 0,71 m'nin 0,43 m'si, yani yüzde 60'ı yerel dirençtir. Emiş tarafındaki vana ve süzgeç seçimi bu yüzden hidrolik bir karardır. (Detay: Vana Sistemleri)

Son bir uyarı: pislik tutucu satırındaki temiz-kirli farkı hesabın en tehlikeli kalemidir. K değeri 1,5'ten 20'ye çıktığında, 0,141 m hız yüküyle kayıp 0,21 m'den 2,82 m'ye fırlar. Yani bakımsız tek bir süzgeç, NPSHa'dan 2,6 mSS götürür. Bu, çoğu tesisatta emniyet payının tamamıdır.

Birinci örnek en yaygın konfigürasyondur: İstanbul'da bir sitede, yeraltı su deposundan emen ve pompa ekseni depo minimum su seviyesinin 3,0 m üstünde bulunan yatay milli bir pompa. Debi 30 m³/h, su sıcaklığı 20 °C, emiş hattı yukarıda hesaplanan DN80 hattır. Sonuç NPSHa = 6,38 mSS çıkar ve pompa rahat çalışır.

Adım adım: Patm/(ρg) = 10,33 mSS, Pbuhar/(ρg) = 0,24 mSS, Hz = −3,00 m (pompa su seviyesinin üstünde, emiş yüksekliği var), Hf = 0,71 m. Formüle koyulur: NPSHa = 10,33 − 0,24 − 3,00 − 0,71 = 6,38 mSS.

Pompanın 30 m³/h debideki katalog NPSHr değeri 2,8 mSS olsun. Emniyet payı 6,38 − 2,80 = 3,58 m'dir; asgari 0,5 m şartını fazlasıyla sağlar, oransal ölçütte de NPSHa / NPSHr = 2,28 ile rahat bölgededir. Bu tesisatta kavitasyon beklenmez.

Şimdi tek bir şey değiştirelim: basma hattındaki kısma vanası tamamen açılsın ve pompa eğrisinin sağına kayarak 45 m³/h bassın. Hız v = 45 / (3600 × 0,00503) = 2,49 m/s'ye, hız yükü hv = 2,49² / 19,62 = 0,316 m'ye çıkar. Sürtünme 0,020 × 100 × 0,316 = 0,63 m, yerel kayıp 3,05 × 0,316 = 0,96 m, toplam Hf = 1,59 m olur.

Yeni NPSHa = 10,33 − 0,24 − 3,00 − 1,59 = 5,50 mSS'dir. Ancak aynı pompanın 45 m³/h'teki NPSHr değeri 2,8 değil, tipik olarak 6,0-6,5 mSS mertebesindedir; eğrinin sağ ucunda NPSHr dikleşir. NPSHa 5,50 < NPSHr 6,20 + 0,50 = 6,70 olduğundan pompa kavitasyona girer.

Bu örneğin hükmü şudur: tesisat hiç değişmemiş, boru sökülmemiş, süzgeç tıkanmamıştır. Sadece pompa fazla debi basmaya başlamıştır. Kavitasyonun en sık görülen kök nedeni budur ve kaynağı montaj değil, seçim aşamasıdır. Pompa seçiminde çalışma noktasının en yüksek verim noktasına yakın tutulması bu yüzden kritiktir. (Detay: Pompa Seçimi Nasıl Yapılır? Debi ve Basma Yüksekliği Hesaplama Rehberi)

İkinci örnek sıcak suda kavitasyon riskini sayıyla gösterir. Atmosfere açık bir degazör tankından 95 °C su emen bir besleme pompası; tank su seviyesi pompa ekseninin 4,0 m üstünde, emiş hattı kısa ve geniş, Hf = 0,60 m, konum deniz seviyesi. Sonuç NPSHa = 5,17 mSS çıkar ve pay ancak yeterlidir.

Adım adım: 95 °C'de suyun yoğunluğu ρ = 962 kg/m³'tür, dolayısıyla ρg = 9436 N/m³. Atmosfer terimi 101325 / 9436 = 10,74 mSS olur; dikkat edilirse soğuk sudaki 10,33 değil, çünkü aynı basınç daha hafif akışkanda daha uzun bir sütuna karşılık gelir. Buhar terimi 84610 / 9436 = 8,97 mSS'dir.

NPSHa = 10,74 − 8,97 + 4,00 − 0,60 = 5,17 mSS. Pompanın NPSHr'si 3,0 mSS ise pay 2,17 m ve oran 1,72'dir; sıcak akışkan uygulaması için kabul edilebilir alt banttadır. Ancak hesabın hassasiyeti dikkat çekicidir: atmosfer ve buhar terimleri birbirini büyük ölçüde götürdüğü için NPSHa'nın yüzde 77'si tek bir kalemden, 4,0 m'lik ıslak emiş yükünden gelmektedir.

Şimdi tankı 5 °C daha ısıtalım. 100 °C'de buhar terimi 10,78 mSS'ye çıkar ve atmosfer terimi 10,78 mSS ile tam olarak eşitlenir; ikisi sıfırlanır. NPSHa = 0 + 4,00 − 0,60 = 3,40 mSS'ye iner. NPSHr 3,0 + 0,5 = 3,50 şartı artık sağlanmaz ve pompa kavitasyona girer. Beş derecelik bir sıcaklık artışı, NPSHa'nın üçte birini silmiştir.

Aynı hesabın ikinci dersi statik yükün değerindedir. Bu tesiste tank 4,0 m yerine 2,0 m yükseğe konsaydı, 95 °C'de bile NPSHa = 10,74 − 8,97 + 2,00 − 0,60 = 3,17 mSS olurdu ve pay 0,17 m'ye düşerdi. Kaynar suya yakın uygulamalarda tank yüksekliği bir mimari tercih değil, hidrolik bir zorunluluktur.

Sıcak akışkan uygulamalarında Grundfos CR ve Lowara e-SV gibi dikey milli çok kademeli pompalarda ilk kademe çarkının ekseni referans alınır; bu eksen pompa tabanından 100-250 mm yukarıdadır ve statik yük hesabında bu fark unutulmamalıdır. Wilo Helix VE ve Ebara EVM serilerinde de referans aynı mantıkla belirlenir. Kısa gövdeli inline tiplerde ise referans doğrudan mil eksenidir. (Detay: Inline Pompa Nedir? Grundfos TPE ve Wilo CronoLine Serileri)

Üçüncü örnek rakım, sıcaklık ve bakımsızlığın birleşimini gösterir: Ankara'da, 900 m rakımda, atmosfere açık bir denge tankından 60 °C su emen bir pompa. Tank su seviyesi pompa ekseninin 1,2 m üstünde, debi 25 m³/h, emiş hattı DN65, uzunluk 6 m. Temiz hatta NPSHa = 7,48 mSS çıkar; süzgeç tıkandığında 3,35 mSS'ye iner.

Önce hız: DN65 iç çap 0,065 m, alan A = π × 0,065² / 4 = 0,00332 m². v = 25 / (3600 × 0,00332) = 2,09 m/s. Hız yükü hv = 2,09² / 19,62 = 0,223 m. Bu hız hedef bandın üstündedir ve hatanın ilk tohumu buradadır: emiş DN65 değil DN80 seçilseydi hız 1,38 m/s'ye, hız yükü 0,097 m'ye inerdi.

Sürtünme kaybı λ = 0,021 ile hf = 0,021 × (6 / 0,065) × 0,223 = 0,43 m. Yerel dirençler: giriş 0,50, iki dirsek 0,60, kelebek vana 0,30, temiz Y tipi süzgeç 1,50; ΣK = 2,90 ve hm = 2,90 × 0,223 = 0,65 m. Toplam Hf = 0,43 + 0,65 = 1,08 m.

Rakım düzeltmesi: 900 m'de atmosfer basıncı 91,0 kPa'dır. 60 °C suda ρ = 983 kg/m³, ρg = 9645 N/m³; atmosfer terimi 91000 / 9645 = 9,43 mSS. Buhar terimi 19950 / 9645 = 2,07 mSS. Statik yük +1,20 m.

NPSHa = 9,43 − 2,07 + 1,20 − 1,08 = 7,48 mSS. Pompanın 25 m³/h'teki NPSHr'si 4,8 mSS ise pay 2,68 m ve oran 1,56'dır. Devreye alma anında tesisat sağlıklıdır.

On sekiz ay sonra süzgeç sepeti tortu ve tesisat çamuruyla dolar; K değeri 1,5'ten 20'ye çıkar. Ek kayıp (20 − 1,5) × 0,223 = 4,13 m'dir ve toplam Hf = 5,21 m olur. Yeni NPSHa = 9,43 − 2,07 + 1,20 − 5,21 = 3,35 mSS. NPSHr 4,80 olduğuna göre pompa artık gereken emiş yükünün 1,45 m altında çalışmaktadır; ağır kavitasyon, çakıl sesi ve debi kaybı kaçınılmazdır.

Bu örneğin hükmü periyodik bakımın hidrolik gerekçesidir. Süzgeç temizliği bir temizlik işi değil, NPSHa'yı 4,1 mSS geri kazandıran bir müdahaledir. Emiş tarafına takılan basit bir fark basınç manometresi, kaybın 1,0 mSS'yi aştığı anda uyarı verir ve çarkı kurtarır. (Detay: Pompa Bakımı)

Kavitasyonun sahada karşılaşılan sekiz kök nedeni vardır ve her birinin ölçüyle ayırt edilebilen bir imzası bulunur. Nedeni belirlemeden yapılan müdahale, çoğu zaman pompayı değiştirmekle sonuçlanır ve sorun yeni pompada aynen tekrar eder. Aşağıdaki liste teşhis sırasına göre dizilmiştir.

• Emiş hattı basınç kaybı yüksek — İmza: emiş hızı 2,0 m/s üstünde, boru çapı basma çapına eşit veya küçük, hatta 3'ten fazla dirsek var. Hf tek başına 1,5 mSS'yi aşıyor.
• Süzgeç veya dip klepesi tıkalı — İmza: emiş manometresi normalden 0,2-0,4 bar daha vakumlu, sökülünce sepette tortu var. Debi kademeli olarak azalmış.
• Akışkan sıcaklığı yüksek — İmza: su sıcaklığı 60 °C üstünde ve sorun ısıtma sezonunda başlıyor, yaz aylarında kayboluyor. Buhar basıncı terimi 2 mSS'yi geçmiş.
• Emiş yüksekliği fazla — İmza: pompa su seviyesinin 5-6 m üstünde. Teorik sınır deniz seviyesinde ve soğuk suda 10,33 m'dir ama pratik sınır 6-7 m'yi geçmez.
• Pompa aşırı büyük seçilmiş — İmza: çalışma noktası eğrinin sağ ucunda, motor akımı anma değerine yakın veya üstünde, basma vanası kısılınca ses kesiliyor.
• Emiş vanası kapalı veya yarı kapalı — İmza: emiş manometresi aşırı vakumda, basma basıncı düşük, ses vana açılınca anında kesiliyor. En hızlı çözülen nedendir.
• Emiş hattından hava girişi — İmza: ses hışırtılı ve düzensiz, salmastradan veya flanş contasından kaçak var, depo seviyesi düştükçe artıyor. Teknik olarak yalancı kavitasyondur.
• Depo veya kuyu su seviyesi düşük — İmza: sorun günün belirli saatlerinde ortaya çıkıyor, seviye şalteri devrede değil. Kuyularda dinamik seviye statikten çok aşağıdadır.

Bu sekiz nedenin altısı tesisatla, ikisi seçimle ilgilidir. Tesisat kaynaklı olanların çözüm maliyeti düşük ve etkisi hızlıdır; seçim kaynaklı olanlar ise ya devir düşürmeyi ya da pompa değişimini gerektirir. Dalgıç pompalarda aynı belirtiler farklı bir sıra izler; dinamik seviye düşüşü ve emiş süzgeci tıkanması başı çeker. (Detay: Dalgıç Pompa Su Basmıyor: En Sık Görülen 10 Arıza ve Çözümü)

Sekizinci maddedeki hava girişi ayrı bir başlık hak eder çünkü ölçüm cihazına aynı görünür ama fizik farklıdır. Gerçek kavitasyonda kabarcık suyun kendisinden, buharlaşmayla oluşur ve çökerken metale zarar verir. Hava girişinde kabarcık dışarıdan gelir, çökmez, sadece sıkışıp genişler; ses yapar, debiyi düşürür ama çarkı oymaz. Emiş hattında negatif basınç varsa 0,2 mm'lik bir conta kaçağı bile saatte litrelerce hava emer.

Aşırı büyük seçilmiş bir pompa, tesisatın direnç eğrisiyle kendi eğrisini en yüksek verim noktasının sağında keser. Bu noktada debi yüksek, basma yüksekliği düşük, NPSHr ise en yüksektir. Kavitasyonun seçim kaynaklı en yaygın nedeni budur ve projede yapılan emniyet payı şişirmesinden doğar.

Mekanizma şöyle işler. Proje debisi 30 m³/h hesaplanır, üstüne yüzde 20 pay konur, kataloğdan bir üst model alınır ve gerçekte 45 m³/h basan bir pompa takılır. Tesisat bu debiyi geçirebiliyorsa pompa gerçekten 45 m³/h basar. Emiş hattı ise 30 m³/h'e göre boyutlandırıldığı için kayıplar yaklaşık 2,25 katına çıkar. Aynı anda pompanın NPSHr'si de yükselir. İki eğri ters yönde hareket eder ve pay birkaç ayda tükenir.

Eğrinin sağında çalışmanın kavitasyon dışında üç bedeli daha vardır. Birincisi motor yüküdür: santrifüj pompalarda güç talebi debiyle artar, aşırı debide motor anma akımını zorlar. İkincisi enerjidir; verim en yüksek verim noktasından uzaklaştıkça düşer ve yıllık tüketim binlerce kWh artabilir. Üçüncüsü yatak ve salmastra ömrüdür: radyal kuvvet dengesizliği en yüksek verim noktasının uzağında büyür. (Detay: Pompa Neden Çok Elektrik Yakar? Enerji Tüketimini Düşürmenin 8 Yolu)

Aşırı büyük seçimin karşıtı, eğrinin çok soluna kaçmaktır ve o da masum değildir. Debinin en yüksek verim noktasının yüzde 25-30'unun altına indiği bölgede emiş resirkülasyonu başlar: çark girişinde geri akış girdapları oluşur ve bu girdapların merkezinde de basınç buhar basıncının altına düşer. Sonuç yine kavitasyondur ama oyulma bu kez kanadın basınç yüzünde ve çark göbeğine yakın bölgede görülür.

Doğru bölge, debinin en yüksek verim noktasının yüzde 70-120'si arasında tutulmasıdır. Değişken debili tesislerde bunu sabit devirle sağlamak mümkün değildir; frekans konvertörü zorunlu hale gelir. Devir düşürüldüğünde NPSHr yaklaşık devrin karesiyle azaldığından, sürücü hem enerji hem kavitasyon açısından çift kazanç sağlar.

Çark aşınması kavitasyonda üç evrede ilerler: mat yüzey, iğne deliği ve süngerimsi doku. Süreç metalin yorulma dayanımıyla ilgilidir; tek bir kabarcık çöküşü akma sınırını aşmasa da milyonlarca tekrar yüzeyde mikro çatlak başlatır. Kritik nokta, hasarın görünür olduğu anda ilerlemenin hızlanmasıdır, çünkü oyuklar yeni kavitasyon çekirdeği üretir.

Birinci evre ilk haftalarda oluşur ve çıplak gözle fark edilmez; kanat ön kenarının emme yüzeyinde parlaklık kaybolur, yüzey matlaşır. İkinci evrede 0,1-0,5 mm çapında iğne delikleri belirir; bu evre ağır kavitasyonda 3-6 ay, hafif kavitasyonda 2-3 yıl sürer. Üçüncü evrede delikler birleşir, kanat kesitinin bir kısmı kaybolur ve malzeme süngerimsi bir görünüm alır.

Malzeme cinsi ömrü belirgin biçimde değiştirir. Aynı kavitasyon şiddetinde dayanım sıralaması pratikte şöyledir:

• Gri dökme demir — En düşük dayanım; grafit lamelleri çatlak başlangıcı oluşturur, hızlı ilerler
• Bronz (kalay bronzu) — Dökme demirin yaklaşık 2-3 katı dayanım; hidrofor ve temiz su pompalarında yaygın
• AISI 304 paslanmaz — Bronzun üstünde; sac çarklı çok kademeli pompalarda standart
• AISI 316 / 316L paslanmaz — 304'ün bir kademe üstü; korozyon ve kavitasyon birleşimine dirençli
• Duplex paslanmaz ve nikel-alüminyum bronz — Endüstriyel ve deniz suyu uygulamalarında en yüksek dayanım

Malzemeyi yükseltmek çözüm değil, süre kazandırmadır; kalıcı çözüm daima NPSHa'yı yükseltmek veya NPSHr'yi düşürmektir. Verim kaybı hasardan önce başlar. Kanat ön kenarında oluşan buhar bölgesi, kanadın giriş açısını etkin biçimde bozar ve hidrolik verim düşer. Erken evrede yüzde 2-4, ileri evrede yüzde 8-15 verim kaybı görülür. 15 kW'lık bir pompada yüzde 10 verim kaybı, yılda 3000 saat çalışmada yaklaşık 4500 kWh ek tüketim demektir. Kavitasyon sessizce faturaya yazılır.

Üç sorun benzer ses üretir ama üç farklı testle kesin olarak ayrılır: basma vanasını kısma testi, emiş vakum ölçümü ve pompa durdurma testi. Yanlış teşhis, çalışan bir pompanın gereksiz yere sökülmesine yol açar.

Birinci test basma vanasını yavaşça kısmaktır. Ses kısma ile belirgin biçimde azalıyor veya kayboluyorsa neden kavitasyondur; debi düştüğü için hem Hf hem NPSHr azalmıştır. Ses değişmiyorsa neden mekaniktir. Ses kısma ile artıyorsa emiş resirkülasyonu ihtimali öne çıkar.

İkinci test emiş flanşındaki basınç ölçümüdür. Vakummetre okuması hesapladığınız değerden 0,2 bar veya daha fazla vakumluysa emiş hattında beklenmeyen bir direnç vardır; süzgeç, kapalı vana veya çökmüş esnek bağlantı aranır. Okuma beklenen değerdeyse ama ses devam ediyorsa neden emiş kaybı değildir; sıcaklık veya seçim tarafına bakılır.

Üçüncü test durdurma ve gözlemdir. Pompa durdurulduğunda emiş hattı basıncı yavaşça yükseliyorsa hat sızdırmazdır; hızla atmosferik değere dönüyorsa hava giriyordur. Salmastra kutusuna sabun köpüğü sürülerek yapılan basit kaçak testi, negatif basınçlı emişlerde hava girişini birkaç saniyede gösterir.

Mekanik kaynaklı sesler bu üç testin hiçbirine cevap vermez ve kendi ayrı imzalarını taşır: rulman sesi devir sayısıyla orantılı ve süreklidir, kaplin hizasızlığı devir sayısının iki katı frekansta titreşim üretir, gevşek ayak titreşimi ise ele hissedilir ve gövde kelepçesi sıkılınca değişir. Sirkülasyon pompalarında ses tiplerinin ayrıntılı ayrımı ayrı bir rehberde ele alınıyor. (Detay: Sirkülasyon Pompası Ses Yapıyor: Nedenleri ve Çözüm Yöntemleri)

Kavitasyon nasıl önlenir sorusunun cevabı iki koldan ibarettir: ya NPSHa yükseltilir ya NPSHr düşürülür. Çözümler maliyeti düşükten yükseğe ve etkisi hızlıdan yavaşa doğru sıralanır; ilk üç madde çoğu tesisatta tek başına yeter ve hiçbiri pompa değişimi gerektirmez.

• Emiş vanasını tam aç, süzgeci temizle — Kazanç: 0,5-4,0 mSS. Süre: 1 saat. Kavitasyon vakalarının önemli bir kısmı burada biter.
• Basma vanasını kısarak debiyi düşür — Kazanç: NPSHa'da 0,5-1,5 mSS artış, NPSHr'de eş zamanlı düşüş. Geçici çözümdür, enerji israfı yaratır.
• Depo su seviyesini yükselt veya minimum seviye şalterini yukarı al — Kazanç: seviye farkı kadar, tipik 0,5-2,0 mSS. Malzeme maliyeti yok denecek kadar az.
• Akışkan sıcaklığını düşür — Kazanç: 80 °C'den 60 °C'ye inişte 2,9 mSS. Proses izin veriyorsa en yüksek getirili kalemdir.
• Emiş borusu çapını bir kademe büyüt — Kazanç: DN65'ten DN80'e geçişte hız yükü yaklaşık yarıya iner, tipik 0,5-2,5 mSS. Dirsek sayısını da azaltın.
• Emiş hattındaki dirsek, redüksiyon ve gereksiz vanayı azalt — Kazanç: her kaldırılan kısa radyüslü dirsek için yaklaşık 0,5 × hız yükü kadar.
• Frekans konvertörüyle devri düşür — Kazanç: NPSHr yaklaşık devrin karesiyle azalır; yüzde 20 devir düşüşü NPSHr'yi yaklaşık üçte bir azaltır.
• Pompayı aşağı al veya ıslak emişe geçir — Kazanç: kot farkı kadar birebir. İnşai müdahale gerektirir, en kesin çözümdür.
• Düşük NPSHr'li pompa tipine geç — Kazanç: model ve seriye göre 1,0-3,0 mSS. İlk kademesi düşük NPSHr için tasarlanmış çok kademeli tipler tercih edilir.
• İnducer (ön çark) veya booster pompa ekle — Kazanç: uygulamaya göre 1,5-4,0 mSS. Kritik proses ve kaynar suya yakın uygulamalarda kullanılır.

Bu listede en çok atlanan madde beşincisidir. Emiş borusunun basma borusundan bir kademe büyük olması bir kural değil, bir zorunluluktur; basma çapına eşit emiş borusu döşenen tesisatların büyük kısmı kritik payla çalışır. Emiş hattı tasarımında ayrıca dört kural vardır: eksantrik redüksiyon üst tarafı düz gelecek şekilde takılır, boru pompaya doğru sürekli yükselir, hava cebi oluşturacak yüksek nokta bırakılmaz ve dirsek ile emiş flanşı arasında en az beş çap uzunluğunda düz boru bırakılır.

Doğru ve yanlış emiş hattı düzeninin karşılaştırması şöyledir:

• Boru çapı — Yanlış: basma ile aynı DN. Doğru: en az bir kademe büyük, hız 0,8-1,5 m/s
• Redüksiyon — Yanlış: konsantrik, tepede hava cebi oluşur. Doğru: eksantrik, düz tarafı üstte
• Dirsek sayısı — Yanlış: flanşın hemen önünde iki dirsek. Doğru: en fazla iki dirsek, sonuncusu flanştan 5 × DN uzakta
• Boru eğimi — Yanlış: pompaya doğru inişli, ara noktada tepe var. Doğru: pompaya doğru sürekli yükselen, tepesiz güzergâh
• Süzgeç — Yanlış: erişilemez yerde, manometresiz. Doğru: erişilebilir, fark basınç göstergeli, periyodik temizlikli
• Vana tipi — Yanlış: emişte kısma amaçlı vana. Doğru: yalnızca izolasyon amaçlı tam açık vana
• Emiş ağzı derinliği — Yanlış: su yüzeyine yakın, girdap yapıyor. Doğru: minimum seviyeden en az 2-3 × DN altta, girdap kırıcı plakalı
• Ölçüm — Yanlış: emiş tarafında ölçüm noktası yok. Doğru: emiş flanşında vakummetre veya basınç transmitteri

Sekizinci maddedeki girdap konusu özellikle depolu sistemlerde ihmal edilir. Su seviyesi emiş ağzına yaklaştığında yüzeyde bir hava hunisi oluşur ve pompa doğrudan hava emmeye başlar. Bu hava emişi kavitasyonla aynı sesi verir; çözümü seviye şalterini yükseltmek ve emiş ağzının üstüne girdap kırıcı plaka koymaktır. Hidrofor sistemlerinde sürekli çalışma şikâyetinin arkasında da sıklıkla aynı seviye sorunu yatar. (Detay: Hidrofor Sürekli Çalışıyor ve Durmuyor: 10 Olası Neden ve Çözümü)

Farklı pompa tiplerinin NPSHr talebi belirgin biçimde farklıdır ve seçim bu farkı bilerek yapılmalıdır. Aşağıdaki değerler seriye, debiye ve devre göre değişen mertebe bilgisidir; kesin sayı daima ilgili modelin katalog eğrisinden okunur. Genel kural: devir yükseldikçe ve debi büyüdükçe NPSHr artar.

• Dikey çok kademeli inline pompa (Grundfos CR, Lowara e-SV, Wilo Helix VE, Ebara EVM) — Tipik NPSHr 1,0-4,0 mSS bandında, düşük debili kademelerde en düşük değerler
• Yatay tek kademeli norm pompa (Grundfos NB/NK, Standart Pompa yatay milli seriler) — Tipik NPSHr 2,0-6,0 mSS, büyük debilerde üst banda çıkar
• Kendinden emişli jet pompa — Tipik NPSHr 2,5-5,0 mSS, ancak hava emme kabiliyeti sayesinde emiş yüksekliği toleransı yüksektir
• Dalgıç pompa (Grundfos SP serisi) — Suyun içinde çalıştığı için NPSHa doğal olarak yüksektir; kritik olan dinamik su seviyesi ve emiş süzgeci temizliğidir
• Sirkülasyon pompası (kapalı devre) — NPSHr tipik 0,5-2,0 mSS; sistem basıncı 1,0-1,5 bar tutulduğunda pay bol kalır
• Yangın pompası (EN 12845 / NFPA 20 kapsamı) — Islak emiş zorunludur, emiş yüksekliğinden emme kural olarak kabul edilmez

Hükümler nettir. Sıcak akışkan, yüksek rakım veya sınırlı statik yük varsa dikey çok kademeli tipler seçilir, çünkü ilk kademe geometrisi düşük NPSHr için tasarlanmıştır. Büyük debili soğuk su transferinde yatay norm pompa yeterlidir ancak emiş hattı 1,5 m/s altına boyutlandırılmalıdır. Kuyu ve derin depo uygulamalarında emiş yüksekliğiyle uğraşmak yerine dalgıç tipe geçmek doğru hükümdür; suyu itmek çekmekten her zaman kolaydır. Yangın hatlarında ıslak emiş bir tercih değil, standardın şartıdır. (Detay: Yangın Hidroforu Nasıl Seçilir?)

Marka tarafında Pomeka Mekanik'in taşıdığı Grundfos, Lowara, Wilo, Standart Pompa ve Ebara serilerinin tamamında NPSHr eğrileri teknik dokümanlarda debi ekseniyle birlikte verilir. Seçim yaparken yalnızca çalışma noktasındaki değeri değil, tesisatın çıkabileceği en yüksek debideki değeri de okumak gerekir. Taşıdığımız markaların listesi ve ürün grupları için ilgili sayfalarımıza bakabilirsiniz. (Detay: markalar sayfamız) Pompa gamının tamamı ürün sayfasında yer alıyor. (Detay: Pompa Sistemleri)