Pompa Seçimi Nasıl Yapılır? Debi ve Basma Yüksekliği Hesaplama Rehberi

Pompa seçimi, bir tesisatın istediği debiyi istenen basınçla, en yüksek verimle ve kavitasyonsuz biçimde karşılayan hidrolik makinenin belirlenmesi işlemidir. Yöntem her uygulamada aynıdır ve sırası değişmez. Debi bilinmeden basma yüksekliği hesaplanamaz, basma yüksekliği bilinmeden sistem eğrisi çizilemez, sistem eğrisi olmadan çalışma noktası bulunamaz. Zincirin bir halkası atlandığında sonraki tüm adımlar geçersiz olur.

Bu yöntemin markadan bağımsız olması önemlidir. Grundfos, Lowara, Wilo, Standart Pompa veya Ebara gamlarından hangisine bakarsanız bakın, seçim girdileri aynıdır: Q debi m³/h, H basma yüksekliği mSS, akışkan sıcaklığı °C, NPSHr mSS ve verim yüzdesi. Katalog yazılımları bu girdileri sizin yerinize hesaplamaz; yalnızca girdiğiniz iki sayıya en yakın gövdeyi listeler. Girdi yanlışsa çıktı da yanlıştır. Pompa gamı ve uygulama grupları için ürün sayfamıza bakabilirsiniz. (Detay: Pompa Sistemleri)

Debi, birim zamanda taşınması gereken su hacmidir ve m³/h ya da l/s cinsinden verilir. Bina içme suyu tesisatında debi, tüm musluklar aynı anda açılacakmış gibi hesaplanmaz; çünkü kırk daireli bir binada tüm armatürlerin aynı saniyede açılma olasılığı pratikte sıfırdır. Bu nedenle toplam anma debisi, eşzamanlılık bağıntısıyla küçültülür. Pompa debisi nasıl hesaplanır sorusunun bina tarafındaki cevabı bu bağıntıdır.

DIN 1988-300 standardı, konut binaları için hesap debisini şu bağıntıyla verir: Q eşittir 0,682 çarpı sigma LU üzeri 0,45 eksi 0,14. Burada sigma LU, binadaki tüm armatürlerin anma debilerinin l/s cinsinden toplamıdır ve Q da l/s çıkar. Bağıntı konut kullanımı içindir; otel, hastane, okul ve spor tesisi için standart farklı katsayı çiftleri verir. TS EN 806-3 ise yükleme birimi tabloları üzerinden benzer bir basitleştirme sunar.

Armatür anma debileri l/s cinsinden şöyle alınır: lavabo 0,07, duş 0,15, küvet 0,15, klozet haznesi 0,13, mutfak eviyesi 0,07, çamaşır makinesi 0,15, bulaşık makinesi 0,07, bahçe musluğu 0,50. Bir dairede lavabo, duş, klozet, eviye, çamaşır ve bulaşık makinesi varsa daire başına toplam 0,07 artı 0,15 artı 0,13 artı 0,07 artı 0,15 artı 0,07 eşittir 0,64 l/s olur. İki banyolu dairelerde bu değer 0,84-0,90 l/s bandına çıkar.

Kırk daireli bir binada hesap şöyle işler. Sigma LU eşittir 40 çarpı 0,64 eşittir 25,6 l/s. Bağıntıya konduğunda 25,6 üzeri 0,45 eşittir 4,30 bulunur. Q eşittir 0,682 çarpı 4,30 eksi 0,14 eşittir 2,79 l/s çıkar. Saatlik değere çevirmek için 3,6 ile çarpılır: 2,79 çarpı 3,6 eşittir 10,04 m³/h. Yani anma debileri toplamı 92 m³/h olan bir bina, 10 m³/h ile rahatlıkla beslenir.

Bu sonuç, eşzamanlılığın neden hayati olduğunu gösterir. Toplam anma debisiyle seçim yapılsaydı dokuz kat büyük bir hidrofor grubu alınır, pompalar sürekli çok kısa sürelerle kalkıp dururdu. Hidrofor debisi nasıl hesaplanır sorusunun cevabı da budur: armatür toplamı değil, eşzamanlı debi. Konut hidroforu boyutlandırma örnekleri ve marka karşılaştırması için rehberimize bakabilirsiniz. (Detay: En İyi Hidrofor Markaları Hangileri? Grundfos, Wilo, DAB, Lowara, Etna ve Sumak Karşılaştırması)

Yangın tesisatında eşzamanlılık uygulanmaz. EN 12845 ve NFPA 20 kapsamındaki sprinkler sistemlerinde debi, tasarım alanındaki sprinkler sayısı ile su uygulama yoğunluğundan doğrudan hesaplanır ve hidrolik hesapla doğrulanır. Bu yüzden yangın pompası seçimi, içme suyu pompası seçiminden bağımsız yürütülür ve iki sistem hidrolik olarak ayrılır. Yangın grubu seçim kriterleri için ayrı rehberimiz vardır. (Detay: Yangın Hidroforu Nasıl Seçilir?)

Isıtma ve soğutma devrelerinde debi, taşınacak ısı yükünden türetilir. Bağıntı şudur: Q eşittir P bölü 1,163 çarpı delta T. Burada P kW cinsinden ısı yükü, delta T gidiş ile dönüş arasındaki sıcaklık farkı °C, Q ise m³/h cinsinden debidir. 1,163 katsayısı suyun özgül ısısından gelir ve kWh/m³K biriminde bir dönüşüm sabitidir. Bu tek bağıntı, kazan dairesinden fan coil devresine kadar her yerde geçerlidir.

Örnek: 320 kW ısı yükü, 80/60 °C rejimi, yani delta T eşittir 20 °C. Q eşittir 320 bölü 1,163 çarpı 20 eşittir 320 bölü 23,26 eşittir 13,76 m³/h. Aynı yük 90/70 °C rejiminde de 20 °C fark verdiği için debi değişmez. Ancak düşük sıcaklık rejimine, örneğin 45/35 °C yerden ısıtmaya geçildiğinde delta T 10 °C olur ve debi 27,52 m³/h ile iki katına çıkar. Debi iki katına çıkınca sürtünme kaybı yaklaşık dört katına çıkar.

Bu ilişki, sıcaklık farkının tasarımda neden bir maliyet kalemi olduğunu açıklar. Delta T daraltıldığında boru çapı büyütülmek zorunda kalır, pompa büyür ve yıllık elektrik tüketimi artar. Soğutma tarafında da aynı bağıntı kullanılır; 7/12 °C soğutma suyu rejiminde delta T 5 °C olduğu için, aynı kW yükü için ısıtmaya göre dört kat debi gerekir. Sirkülasyon pompası seçim kriterlerinin ayrıntısı ayrı rehberimizdedir. (Detay: Sirkülasyon Pompası Nasıl Seçilir? 25/4, 25/6, 25/8 Ne Anlama Geliyor?)

Sulamada debi, alan ve bitki su tüketimi üzerinden bulunur. Bağıntı şudur: Q eşittir A çarpı ETc bölü 1000 çarpı t çarpı Ea. Burada A sulanan alan m², ETc tepe dönem günlük su tüketimi mm/gün, t günlük sulama süresi saat, Ea ise sistem su uygulama randımanıdır. Damla sulamada Ea tipik olarak 0,90-0,95, yağmurlamada 0,70-0,80 bandındadır. Sulama pompası nasıl seçilir sorusunun ilk adımı bu hesaptır.

Transfer ve depo doldurma uygulamalarında debi daha basit belirlenir: doldurulacak hacim bölü hedef doldurma süresi. 30 m³ hacimli bir depo 4 saatte dolacaksa gereken debi 7,5 m³/h olur. Arıtma beslemesi, dozaj ve filtre geri yıkama gibi işlemlerde ise debi, ekipmanın kendi hidrolik yükleme değerinden okunur; örneğin bir kum filtresinde geri yıkama debisi filtre kesit alanı ile geri yıkama hızının çarpımıdır. Arıtma ekipman grubumuza bakabilirsiniz. (Detay: Arıtma)

Basma yüksekliği, pompanın akışkana kazandırması gereken toplam enerjinin metre su sütunu cinsinden ifadesidir ve üç bileşenin toplamıdır: statik yükseklik, sürtünme kaybı ve gerekli uç basınç. Bağıntı şudur: H eşittir Hstat artı Hf artı Hp. Basma yüksekliği nasıl bulunur sorusunun tam cevabı bu üç terimin ayrı ayrı hesaplanıp toplanmasıdır; hiçbiri tahminle geçilmez.

Statik yükseklik, pompa ekseni ile suyun ulaşması gereken en yüksek nokta arasındaki düşey kot farkıdır ve debiden bağımsızdır. Emiş su seviyesi pompanın altındaysa bu fark toplama eklenir, üstündeyse çıkarılır. Kapalı ısıtma ve soğutma devrelerinde statik yükseklik sıfırdır, çünkü suyun yükseldiği kolon kadar indiği kolon da vardır ve iki kol birbirini dengeler. Kapalı devrede yükseklik yalnızca sistem basıncı için önemlidir, pompa seçimi için değil.

Gerekli uç basınç, en kritik tüketicinin girişinde bulunması gereken artık basınçtır. Konut tesisatında en üst kattaki duş bataryası veya kombi girişi için 1,5-2,0 bar, yani 15,3-20,4 mSS istenir. Bazı yoğuşmalı kombiler 1,0 bar ile çalışır, elektrikli şofben ve termostatik duş setleri 2,0 bar bekler. Damla sulamada damlatıcı işletme basıncı tipik olarak 1,0 bar, yani 10,2 mSS alınır. Yağmurlama başlıklarında bu değer 2,5-3,5 bar bandına çıkar.

Basınç birimlerinin dönüşümü hesabın her yerinde gereklidir. 1 bar suda yaklaşık 10,2 mSS karşılığıdır; tersten bakılırsa 1 mSS yaklaşık 0,098 bar eder. Katalog eğrileri çoğunlukla metre cinsinden, saha manometreleri ise bar cinsinden okur. Bu iki birimi karıştırmak, on kat büyüklüğünde bir hataya yol açar ve pratikte en sık rastladığımız hesap yanlışıdır. Pomeka Mekanik olarak taşıdığımız pompa markalarının gam ve eğri arşivine markalar sayfamızdan ulaşabilirsiniz. (Detay: markalar sayfamız)

Sürtünme kaybı, suyun boru cidarına ve armatür iç yüzeylerine sürtünerek kaybettiği enerjidir ve debinin karesine yakın bir hızla büyür. İki yerleşik hesap yolu vardır: Darcy-Weisbach bağıntısı ve Hazen-Williams bağıntısı. Darcy-Weisbach her akışkan ve her rejim için geçerlidir; Hazen-Williams yalnızca su için ve türbülanslı rejimde geçerlidir ama elle hesaplaması çok daha kolaydır.

Hazen-Williams bağıntısı şöyledir: hf eşittir 10,67 çarpı L çarpı Q üzeri 1,852 bölü C üzeri 1,852 çarpı D üzeri 4,871. Burada hf mSS, L boru boyu m, Q debi m³/s, D iç çap m ve C boru pürüzlülük katsayısıdır. C değeri yeni çelik boruda 120-130, PE ve PPRC boruda 140-150, eskimiş galvaniz boruda 90-100 alınır. Katsayının küçülmesi kaybı doğrudan büyütür; on yıllık galvaniz bir kolon, yeni haline göre yaklaşık yüzde 60 daha fazla kayıp üretir.

Sayısal örnek yapalım. 10 m³/h debi, yani 0,002778 m³/s, 100 m boru, C eşittir 140. DN 65 borunun iç çapı yaklaşık 0,0703 m alındığında hf eşittir 0,86 mSS çıkar ve akış hızı 0,72 m/s olur. Aynı debi DN 50 boruda taşınırsa iç çap 0,0539 m, akış hızı 1,22 m/s ve hf eşittir 3,15 mSS olur. Tek çap küçültmek, aynı hatta sürtünme kaybını 3,7 katına çıkarır.

Aynı örnek Darcy-Weisbach ile doğrulanabilir: hf eşittir f çarpı L bölü D çarpı v kare bölü 2g. DN 50 hattında f eşittir 0,021, L bölü D eşittir 1855, v kare bölü 2g eşittir 1,22 karesi bölü 19,62 eşittir 0,0755 m alındığında hf eşittir 0,021 çarpı 1855 çarpı 0,0755 eşittir 2,94 mSS bulunur. Hazen-Williams ile bulunan 3,15 mSS değerine yüzde 7 yakındır. İki yöntemin bu kadar yakın çıkması, temiz su hatlarında Hazen-Williams kullanımını meşru kılar.

Armatür ve fitting kayıpları eşdeğer boy yöntemiyle boru boyuna dönüştürülür. Yöntem şudur: her armatürün kaybı, aynı kaybı üreten düz boru uzunluğu olarak yazılır ve gerçek boru boyuna eklenir. Böylece tek bir sürtünme hesabı tüm hattı kapsar. Aşağıdaki liste DN 50 için yaygın eşdeğer boy değerlerini verir; çap büyüdükçe bu değerler yaklaşık olarak çapla orantılı büyür.

• 90 derece dirsek — DN 50 için yaklaşık 1,6 m eşdeğer boru boyu
• 45 derece dirsek — DN 50 için yaklaşık 0,8 m eşdeğer boru boyu
• T parçası düz geçiş — DN 50 için yaklaşık 1,0 m eşdeğer boru boyu
• T parçası kol çıkışı — DN 50 için yaklaşık 3,0 m eşdeğer boru boyu
• Küresel vana tam açık — DN 50 için yaklaşık 0,4 m eşdeğer boru boyu
• Kelebek vana tam açık — DN 50 için yaklaşık 1,2 m eşdeğer boru boyu
• Klape tipi çek valf — DN 50 için yaklaşık 4,3 m eşdeğer boru boyu
• Pislik tutucu temiz elek — DN 50 için yaklaşık 6,0 m eşdeğer boru boyu

Sistem eğrisi nedir sorusunun cevabı şudur: sistem eğrisi, bir tesisatın belirli bir debiyi taşıyabilmesi için gereken basma yüksekliğini gösteren eğridir. Denklemi H eşittir Hstat artı k çarpı Q kare biçimindedir. Hstat sabit statik terim, k ise hattın direnç katsayısıdır. Eğri, statik yükseklik değerinden başlar ve debiyle birlikte parabolik olarak yükselir; kapalı devrelerde başlangıç noktası sıfırdır ve eğri orijinden çıkar.

Direnç katsayısı k, tek bir hesaplanmış noktadan bulunur. Sürtünme kaybı 10 m³/h debide 4,0 mSS hesaplanmışsa k eşittir 4,0 bölü 10 kare eşittir 0,04 olur. Aynı hatta 15 m³/h debide sürtünme kaybı 0,04 çarpı 15 kare eşittir 9,0 mSS çıkar. Debinin yüzde 50 artması kaybı yüzde 125 artırmıştır. Bu kare ilişki, seçimde debiye emniyet payı eklemenin neden pahalı olduğunu tek başına açıklar.

Çalışma noktası, sistem eğrisi ile pompa eğrisinin kesiştiği tek noktadır. Pompa bu noktanın dışında çalışamaz; çünkü kesişim, pompanın verebildiği basma yüksekliği ile sistemin o debide istediği basma yüksekliğinin eşitlendiği yerdir. Bu yüzden bir pompaya istediğiniz debiyi siz veremezsiniz; debiyi sistem belirler. Vanayı kısarak yaptığınız şey, sistem eğrisini dikleştirip kesişimi sola kaydırmaktır.

Sayısal gösterelim. Sistem eğrisi H eşittir 26 artı 0,30 çarpı Q kare olsun. Pompa eğrisinden okunan değerler 8 m³/h için 62 mSS, 10 m³/h için 56 mSS, 12 m³/h için 48 mSS olsun. Sistemin istediği değerler ise 8 m³/h için 26 artı 0,30 çarpı 64 eşittir 45,2 mSS, 10 m³/h için 26 artı 30 eşittir 56,0 mSS, 12 m³/h için 26 artı 43,2 eşittir 69,2 mSS olur. İki eğri 10 m³/h ve 56 mSS noktasında kesişir; çalışma noktası budur.

Benzerlik yasaları bu noktada seçim aracına dönüşür. Debi devirle doğru orantılı, basma yüksekliği devrin karesiyle, mil gücü ise devrin küpüyle değişir. 2900 dev/dak yerine 2610 dev/dak ile çalışan bir pompa, 10 m³/h yerine 9 m³/h verir; basma yüksekliği 56 mSS yerine 45,4 mSS olur. Bu ilişki, frekans konvertörlü grupların kısmi yükte neden bu kadar tasarruflu çalıştığını da gösterir. (Detay: Mekanik Sistemlerde Enerji Verimliliği)

Verim adası, bir pompa eğrisi üzerinde eşit verim değerlerini birleştiren kapalı eğrilerin oluşturduğu bölgedir. Adanın merkezindeki nokta en iyi verim noktası, kısaca BEP olarak adlandırılır ve pompanın hidrolik olarak en sessiz, en az radyal yüklü ve en düşük özgül enerji tüketimli çalıştığı debidir. Pompa verimi bu noktada tepe yapar ve iki yana doğru hızla düşer.

Kural nettir: çalışma noktası, BEP debisinin yüzde 70 ile yüzde 120 bandında kalmalıdır. Bu bant, hidrolik enstitü uygulamalarında tercih edilen çalışma bölgesi olarak tanımlanır. Bandın dışına çıkıldığında verim düşmekle kalmaz, çark üzerindeki radyal kuvvet dengesi bozulur; mil sehimi artar, salmastra ve yatak ömrü kısalır. Yüzde 50 altında sürekli çalışan bir pompada iç resirkülasyon başlar ve emiş göbeğinde kavitasyon benzeri bir aşınma görülür.

Sayısal örnek: BEP debisi 12 m³/h olan bir gövdede tercih edilen bant 8,4-14,4 m³/h olur. Bu gövdeyi 6 m³/h çalışma noktasına koyarsanız yüzde 50 yükte kalırsınız; verim yaklaşık yüzde 68 yerine yüzde 52 mertebesine iner. 10 m³/h ve 56 mSS için gereken şaft gücü, verim 0,68 iken 2,26 kW, verim 0,52 iken 2,95 kW olur. Aradaki 0,69 kW fark, yılda 4.000 saat çalışan bir grupta yaklaşık 2.760 kWh/yıl demektir.

NPSH, net pozitif emme yükü demektir ve pompanın emiş ağzında akışkanın buharlaşmadan kalabilmesi için gereken enerji payını ifade eder. İki değeri vardır: NPSHa, tesisatın o noktada gerçekten sunduğu paydır ve tesisat tarafından hesaplanır. NPSHr ise pompanın o debide ihtiyaç duyduğu paydır ve katalog eğrisinden okunur. Seçimin geçerli olması için NPSHa büyüktür NPSHr artı 0,5 mSS koşulu sağlanmalıdır.

NPSH hesabı dört terimden oluşur: NPSHa eşittir Patm bölü rho g artı hs eksi hf eksi Pv bölü rho g. Birinci terim emiş yüzeyine etkiyen mutlak basıncın mSS karşılığıdır; deniz seviyesinde açık depoda 10,33 mSS, 1.000 m rakımda yaklaşık 9,20 mSS, 2.000 m rakımda yaklaşık 8,10 mSS alınır. hs, su yüzeyi ile pompa ekseni arasındaki kot farkıdır ve pompa suyun üstündeyse eksi işaretlidir. hf emiş hattı sürtünme kaybı, son terim ise akışkanın buhar basıncı yüksekliğidir.

Buhar basıncı yüksekliği sıcaklıkla hızla büyür ve mSS cinsinden şöyle alınır: 10 °C için 0,13, 20 °C için 0,24, 40 °C için 0,75, 60 °C için 2,03, 70 °C için 3,20, 80 °C için 4,83, 90 °C için 7,15 ve 100 °C için 10,33. Yüz derecede buhar basıncı atmosfer basıncına eşitlenir; bu yüzden kaynama noktasındaki bir akışkan ancak basınçlı bir emişle pompalanabilir.

Örnek hesap: açık bir depodan emiş yapan pompa, su seviyesi pompa ekseninin 2,5 m altında, emiş hattı kaybı 0,9 mSS, su sıcaklığı 20 °C, rakım deniz seviyesi. NPSHa eşittir 10,33 eksi 2,5 eksi 0,9 eksi 0,24 eşittir 6,69 mSS bulunur. Pompanın 10 m³/h debideki NPSHr değeri 3,2 mSS ise emniyet payı 3,49 mSS olur ve koşul rahatlıkla sağlanır.

Aynı tesisatta yalnızca su sıcaklığı 70 °C yapılırsa buhar basıncı 3,20 mSS olur ve NPSHa eşittir 10,33 eksi 2,5 eksi 0,9 eksi 3,20 eşittir 3,73 mSS düşer. NPSHr hâlâ 3,2 mSS olduğuna göre pay yalnızca 0,53 mSS kalır; sınırın hemen üstündedir ve tesisatta küçük bir filtre tıkanması sistemi kavitasyona sokar. Sıcaklık 80 °C olsaydı NPSHa 2,10 mSS iner ve koşul ihlal edilirdi.

Payı büyütmenin dört yolu vardır ve maliyet sırasıyla şöyledir: emiş hattının çapını bir kademe büyütmek, emiş hattındaki dirsek ve armatür sayısını azaltmak, pompayı su seviyesine yaklaştırmak veya altına almak, son olarak daha düşük NPSHr değerine sahip bir gövde ya da çift emişli bir çark seçmek. Emiş tarafında dirsek kullanmak zorunluysa dirsek ile pompa ağzı arasında en az beş çap düz boru bırakılır. Kavitasyonun mekanizması ve saha belirtileri için ayrı rehberimize bakabilirsiniz. (Detay: Pompa Kavitasyonu Nedir, Nasıl Önlenir?)

Pompa motor gücü hesabı iki basamaklıdır: önce hidrolik güç, sonra mil gücü bulunur ve motor bunun üzerine servis faktörüyle seçilir. Hidrolik güç bağıntısı Ph eşittir rho çarpı g çarpı Q çarpı H bölü 1000 biçimindedir; burada Q m³/s, H m, rho kg/m³ ve Ph kW cinsindendir. Mil gücü ise P2 eşittir Ph bölü eta pompa ile bulunur.

Örnek: Q eşittir 10 m³/h eşittir 0,002778 m³/s, H eşittir 56 mSS, su yoğunluğu 1000 kg/m³. Ph eşittir 1000 çarpı 9,81 çarpı 0,002778 çarpı 56 bölü 1000 eşittir 1,53 kW bulunur. Pompa verimi yüzde 62 kabul edilirse P2 eşittir 1,53 bölü 0,62 eşittir 2,47 kW olur. Motor verimi yüzde 87 alındığında şebekeden çekilen güç P1 eşittir 2,47 bölü 0,87 eşittir 2,84 kW çıkar.

Motor anma gücü, mil gücünün üzerine yüzde 10-20 pay eklenerek seçilir. Yukarıdaki örnekte 2,47 kW mil gücü için 3,0 kW anma güçlü bir motor uygundur. Ancak bu pay tek başına yeterli değildir; eğri boyunca çekilen maksimum mil gücü de kontrol edilmelidir. Radyal çarklı pompalarda güç eğrisi debiyle sürekli yükselir, bu yüzden sistem eğrisi beklenenden yatık çıkarsa pompa sağa kayar ve motor aşırı yüklenir.

Servis faktörü, motorun anma gücünün üzerinde sürekli olarak taşıyabileceği yükü ifade eden çarpandır. Avrupa gamındaki standart motorlarda servis faktörü genellikle 1,0 kabul edilir ve emniyet, motor seçiminde eklenen güç payıyla sağlanır. Bazı üreticiler 1,10 ile 1,15 arasında servis faktörü beyan eder; bu durumda 3,0 kW bir motor kısa süreli olarak 3,3-3,45 kW taşıyabilir. Servis faktörünün sürekli yük için kullanılması, sargı sıcaklığını artırır ve izolasyon ömrünü kısaltır. Frekans konvertörlü çözümlerde kalkış akımı sınırlıdır. Periyodik bakım kalemleri için rehberimizi inceleyebilirsiniz. (Detay: Pompa Bakımı)

MEI, minimum verimlilik indeksi anlamına gelir ve su pompalarının hidrolik verimini piyasadaki emsalleriyle karşılaştıran boyutsuz bir göstergedir. 547/2012/EU sayılı Avrupa Birliği düzenlemesi, kapsamındaki temiz su pompaları için 1 Ocak 2013 tarihinden itibaren MEI büyüktür eşittir 0,10, 1 Ocak 2015 tarihinden itibaren ise MEI büyüktür eşittir 0,40 sınırını zorunlu kılmıştır. Referans değer olarak MEI büyüktür eşittir 0,70 gösterilir.

Sirkülasyon pompalarının ölçütü farklıdır. Kapalı devre sirkülasyon pompaları 641/2009/EC kapsamında EEI, yani enerji verimlilik indeksi ile değerlendirilir ve bağımsız pompalarda EEI küçüktür eşittir 0,23 sınırı uygulanır. EN 16297 ise bu indeksin ölçüm yöntemini tanımlar. Bu yüzden bir sirkülasyon pompası seçerken MEI değil EEI, bir hidrofor pompası seçerken EEI değil MEI okunur.

Pratik sonuç şudur: MEI değeri katalogda beyan edilen bir gövdeyi seçmek, aynı çalışma noktasında daha az mil gücü demektir. 2,47 kW mil gücü gereken bir noktada MEI 0,40 sınırındaki bir gövde ile MEI 0,70 mertebesindeki bir gövde arasındaki verim farkı 3-5 puan olabilir; bu da yılda 4.000 saat çalışan bir grupta yaklaşık 500-800 kWh/yıl fark üretir. Sekiz yıllık işletme ömrü boyunca fark birikerek ilk yatırım kalemini geçer.

Veriler şöyledir: 8 katlı, kat başına 5 daire, toplam 40 daire. Daire başına armatür anma debisi toplamı 0,64 l/s. Hidrofor bodrum katta, en üst kattaki en kritik armatür pompa ekseninin 26 m üzerinde. Ana kolon DN 65 çelik, toplam eşdeğer boy 140 m, C eşittir 130. Kritik armatürde istenen artık basınç 2,0 bar. Şehir şebekesi basıncı hesaba katılmaz, emiş deposundan çalışılır.

Birinci adım debidir. Sigma LU eşittir 40 çarpı 0,64 eşittir 25,6 l/s. DIN 1988-300 bağıntısıyla Q eşittir 0,682 çarpı 25,6 üzeri 0,45 eksi 0,14 eşittir 0,682 çarpı 4,30 eksi 0,14 eşittir 2,79 l/s bulunur. Saatlik karşılığı 2,79 çarpı 3,6 eşittir 10,04 m³/h olur ve tasarım debisi 10 m³/h alınır. DN 65 kolonda bu debinin akış hızı 0,72 m/s çıkar ve 1,0-1,5 m/s bandının altındadır, yani kolon rahattır.

İkinci adım basma yüksekliğidir. Statik yükseklik 26,0 mSS. Sürtünme kaybı, Hazen-Williams ile 100 m için C eşittir 130 alındığında yaklaşık 0,99 mSS/100 m çıkar; 140 m eşdeğer boy için 1,39 mSS olur. Buna pislik tutucu, sayaç ve kollektör kayıpları için 2,6 mSS eklenir ve toplam sürtünme 4,0 mSS bulunur. Gerekli uç basınç 2,0 bar eşittir 20,4 mSS. Toplam H eşittir 26,0 artı 4,0 artı 20,4 eşittir 50,4 mSS.

Üçüncü adım grup mimarisidir. Debi üç pompaya paylaştırılır: iki pompa çalışır, biri yedek bekler ya da tepe yükte devreye girer. Her pompa tam basma yüksekliğini, yani 56 mSS vermek zorundadır; paralel bağlantıda debiler toplanır, basma yükseklikleri toplanmaz. İki pompalı işletmede her gövde 5,0 m³/h taşır. Bu değer, seçilecek gövdenin BEP debisinin yüzde 70-120 bandına oturmalıdır; yani BEP debisi 4,2-7,1 m³/h aralığında olan bir gövde aranır.

Dördüncü adım gövde seçimidir. 5 m³/h ve 56 mSS noktası, Grundfos CR ailesinin 5 m³/h nominal gövdesinde kademe sayısı 8-10 aralığında karşılanır; frekans konvertörlü karşılığı Grundfos Hydro Multi-E grubudur. Aynı nokta Lowara e-HM yatay çok kademeli gamında ve Wilo çok kademeli dik gövdelerinde de bulunur. Standart Pompa da bu debi ve basma yüksekliği bandında dik çok kademeli gövde sunar. Seçim, verim adasının merkezine en yakın gövdeden yana yapılır.

Beşinci adım NPSH doğrulamasıdır. Emiş deposu su seviyesi pompa ekseninin 1,2 m üzerinde, emiş kaybı 0,6 mSS, su sıcaklığı 20 °C. NPSHa eşittir 10,33 artı 1,2 eksi 0,6 eksi 0,24 eşittir 10,69 mSS. Gövdenin 5 m³/h debideki NPSHr değeri yaklaşık 1,2 mSS ise pay 9,49 mSS olur ve koşul çok rahat sağlanır. Depo boşalıp seviye 1,5 m düşse bile pay 7,99 mSS kalır.

Altıncı adım güçtür. Toplam hidrolik güç Ph eşittir 1000 çarpı 9,81 çarpı 0,002778 çarpı 56 bölü 1000 eşittir 1,53 kW. Pompa verimi yüzde 58 kabul edilirse toplam mil gücü 2,64 kW, pompa başına 1,32 kW olur. Her gövde için 1,5 kW anma güçlü motor uygundur ve grup toplam kurulu gücü 3 çarpı 1,5 eşittir 4,5 kW olur. Frekans konvertörlü işletmede gece ve gündüz kısmi yüklerinde çekilen güç bunun çok altında kalır.

Veriler şöyledir: 320 kW toplam ısı yükü, 80/60 °C rejim, kapalı devre, en uzak devrenin gidiş-dönüş toplam boru boyu 180 m, ana hat DN 80 çelik. Devrede kazan, kollektör, balans vanaları, bir plakalı eşanjör ve motorlu kontrol vanası bulunuyor. Devre yüzde 25 etilen glikol içermiyor, saf su ile çalışıyor.

Birinci adım debidir. Q eşittir P bölü 1,163 çarpı delta T eşittir 320 bölü 1,163 çarpı 20 eşittir 320 bölü 23,26 eşittir 13,76 m³/h. Tasarım debisi 13,8 m³/h alınır. DN 80 borunun iç çapı 0,0825 m, kesit alanı 0,005346 m² olduğuna göre akış hızı v eşittir 13,8 bölü 3600 bölü 0,005346 eşittir 0,72 m/s çıkar. Bu değer kapalı devre için hedeflenen 0,5-1,0 m/s bandının tam ortasındadır.

İkinci adım basma yüksekliğidir. Kapalı devre olduğu için statik yükseklik sıfırdır ve uç basınç terimi de yoktur; toplam basma yüksekliği tamamen sürtünme kaybından oluşur. Boru sürtünmesi Hazen-Williams ile 180 m için yaklaşık 0,60 mSS/100 m üzerinden 1,1 mSS çıkar. Buna eleman kayıpları eklenir: kazan 1,8 mSS, plakalı eşanjör 2,5 mSS, kollektör ve balans vanaları 1,4 mSS, motorlu kontrol vanası 2,0 mSS, pislik tutucu 0,7 mSS, fitting ve armatürler 0,5 mSS.

Toplam H eşittir 1,1 artı 1,8 artı 2,5 artı 1,4 artı 2,0 artı 0,7 artı 0,5 eşittir 10,0 mSS bulunur. Kapalı devrede emniyet payı yüzde 5 ile sınırlanır; çünkü fazla basma yüksekliği termostatik ve motorlu vanalarda cızırtı ve aşınma üretir. Tasarım noktası 13,8 m³/h ve 10,5 mSS alınır. Sistem eğrisi H eşittir 0,0551 çarpı Q kare biçimindedir ve orijinden çıkar.

Üçüncü adım pompa tipidir. Bu nokta, ıslak rotorlu değişken devirli flanşlı bir sirkülasyon pompası ile karşılanır. Grundfos MAGNA3 40-120 F ve Wilo Stratos MAXO 40/0,5-12 gövdeleri bu debi ve basma yüksekliği bandını kapsar. İki modelin de EEI değeri 0,20 eşiğinin altındadır ve EN 16297 kapsamında beyan edilmiştir. Devrede termostatik veya motorlu vanalarla değişen debi olduğu için kontrol modu orantılı basınç farkı, yani delta p-v seçilir.

Dördüncü adım güçtür. Ph eşittir 1000 çarpı 9,81 çarpı 13,8 bölü 3600 çarpı 10,5 bölü 1000 eşittir 0,395 kW. Pompa verimi yüzde 62 alındığında mil gücü 0,637 kW, motor verimi yüzde 85 alındığında şebekeden çekilen güç yaklaşık 0,75 kW olur. Yılda 5.500 saat çalışan bir devrede tam yükte tüketim 4.125 kWh/yıl olur; orantılı basınç farkı modunda gerçek yıllık tüketim tipik olarak bunun yüzde 45-55 kadarına iner.

Sistem basıncının çalışma boyunca bu bantta kalması genleşme tankının işidir. Yanlış hacimli ya da yanlış ön basınçlı bir tank, ısınma sırasında emniyet ventilinden su boşaltır, soğuma sırasında basıncı düşürür ve pompa emişinde NPSHa payını yok eder. Tank hacmi ve ön basınç hesabı için ayrı rehberimize bakabilirsiniz. (Detay: Genleşme Tankı Hesabı)

Veriler şöyledir: 12.000 m² damla sulanan meyve bahçesi, tepe dönem bitki su tüketimi 5,5 mm/gün, günlük sulama süresi 8 saat, su uygulama randımanı 0,92. Su kaynağı sondaj kuyusu; dinamik su seviyesi 28 m. Kuyu başı ile en uzak parselin kotu arasında 8 m fark var. Sistemde kum-çakıl filtresi ve disk filtre bulunuyor. Damlatıcı işletme basıncı 1,0 bar.

Birinci adım debidir. Günlük su ihtiyacı 12.000 çarpı 5,5 bölü 1000 eşittir 66,0 m³/gün, randımanla düzeltildiğinde 66,0 bölü 0,92 eşittir 71,7 m³/gün olur. Sekiz saatlik sulama süresine bölündüğünde Q eşittir 71,7 bölü 8 eşittir 8,96 m³/h çıkar ve tasarım debisi 9,0 m³/h alınır. Bahçe üç sektöre bölünüp sırayla sulanacaksa toplam debi değişmez, yalnızca her sektörün ana hattı bu debiyi taşıyacak biçimde boyutlandırılır.

İkinci adım basma yüksekliğidir ve beş kalemden oluşur. Dinamik su seviyesi 28,0 mSS, arazi kot farkı 8,0 mSS, kum-çakıl ve disk filtre toplam kaybı temiz hâlde 8,0 mSS, ana hat ve manifold sürtünme kaybı 6,0 mSS, damlatıcı işletme basıncı 1,0 bar eşittir 10,2 mSS. Toplam H eşittir 28,0 artı 8,0 artı 8,0 artı 6,0 artı 10,2 eşittir 60,2 mSS bulunur ve tasarım noktası 9,0 m³/h ve 60 mSS alınır.

Üçüncü adım pompa tipidir. Su kaynağı kuyu olduğu için 4 inç ya da 6 inç gövdeli çok kademeli dalgıç pompa seçilir; emiş tarafında NPSH sorunu bu tipte yapısal olarak çözülmüştür, çünkü pompa suyun içindedir. Grundfos SP ailesinin 9 m³/h nominal gövdesi, kademe sayısı 8-9 aralığında bu noktayı karşılar. Aynı bandı Lowara ve Ebara dalgıç gamları da kapsar; seçim, kuyu çapı, gövde malzemesi ve motor soğutma hızına göre kesinleşir.

Dördüncü adım güçtür. Ph eşittir 1000 çarpı 9,81 çarpı 9,0 bölü 3600 çarpı 60 bölü 1000 eşittir 1,47 kW. Dalgıç pompa verimi yüzde 60 alındığında mil gücü 2,45 kW, dalgıç motor verimi yüzde 78 alındığında çekilen güç yaklaşık 3,14 kW olur. Anma gücü 3,0 kW olan bir dalgıç motor sınırda kalacağı için 4,0 kW seçilir. Kuyu içinde motor soğutması için gövde çevresindeki akış hızının 0,15 m/s üzerinde olması da doğrulanır.

Beşinci adım kuyu debisidir ve atlanması sistemi bitirir. Kuyunun sürdürülebilir verimi ölçülen debiden düşükse su seviyesi çalışırken düşmeye devam eder, dinamik seviye derinleşir ve pompa emiş yapamaz hâle gelir. Bu yüzden kuyu pompa testi sonucu, seçilen debiden en az yüzde 20 yüksek olmalıdır. Kuru çalışma korumasının seviye elektrodu veya akım rölesi ile kurulması, dalgıç motorun sigortasıdır. Kuyu, drenaj ve transfer uygulamalarında pompa seçim ölçütlerini ayrı rehberimizde bulabilirsiniz. (Detay: Drenaj Pompası Seçimi)

Frekans konvertörü, motorun besleme frekansını değiştirerek devri ve dolayısıyla çalışma noktasını sürekli ayarlayan bir sürücüdür. Sabit devirli bir pompa yalnızca tek bir eğri üzerinde çalışır; konvertörlü pompa ise eğri ailesi içinde hareket eder. Karar, sistem debisinin ne kadar değiştiğine bakılarak verilir. Debi büyük ölçüde sabitse konvertör gereksiz bir karmaşıklıktır; debi gün içinde çok değişiyorsa konvertör hem enerji hem konfor kazandırır.

• Debi profili — Sabit devirli: sabit debili transfer, depo doldurma, tek sektör sulama; Frekans konvertörlü: bina hidroforu, değişken debili ısıtma ve soğutma devreleri
• Kısmi yükte enerji — Sabit devirli: debi düşse de çekilen güç az azalır; Frekans konvertörlü: güç devrin küpüyle azalır, yüzde 30-50 bandında tasarruf tipiktir
• Basınç kararlılığı — Sabit devirli: musluk sayısı değiştikçe uç basınç 1,5-2,5 bar arasında dalgalanır; Frekans konvertörlü: uç basınç 0,1-0,2 bar bandında sabit tutulur
• Kalkış ve duruş sayısı — Sabit devirli: küçük debilerde saatte 20-40 kalkış görülebilir; Frekans konvertörlü: pompa düşük devirde çalışmayı sürdürür, kalkış sayısı belirgin azalır
• Ses seviyesi — Sabit devirli: her zaman tam devir sesi; Frekans konvertörlü: kısmi yükte ses 5-10 dB(A) düşer
• Kime uygun — Sabit devirli: tek noktalı, sürekli tam debi çeken endüstriyel transfer hatları; Frekans konvertörlü: 20 daire üzeri konut, otel, hastane, AVM ve değişken debili tüm devreler

Hüküm nettir: konut ve ticari bina uygulamalarında, 20 daire ya da 8 m³/h üzerindeki her grupta frekans konvertörlü çözüm tercih edilir. Yatırım kalemi büyür, ancak yüzde 30-50 bandındaki tüketim farkı ve kalkış sayısındaki düşüş, ekipman ömrünü de uzatır. Buna karşılık günde iki kez çalışıp deposunu dolduran sabit debili bir transfer hattında konvertör, tasarruf üretmeyen bir arıza kalemidir.

Paralel bağlantı, aynı emiş ve basma kollektörüne bağlanan iki ya da daha fazla pompanın debilerini toplayarak, basma yüksekliğini ise tek pompanınkiyle aynı bırakarak çalışmasıdır. Tek pompalı çözümde tüm debi tek gövdeden geçer. Karar, yedeklilik ihtiyacı, debi profilinin genişliği ve arıza durumunda kabul edilebilir hizmet kaybına göre verilir.

• Debi esnekliği — Tek pompa: yalnızca kendi eğrisi kadar; Paralel grup: kademeli devreye alma ile geniş debi bandı
• Yedeklilik — Tek pompa: arızada sistem tamamen durur; Paralel grup: bir pompa arızalansa da kalanlar debinin önemli bölümünü taşır
• Kısmi yük verimi — Tek pompa: düşük debide BEP bandının soluna düşer; Paralel grup: yalnızca gereken sayıda gövde çalışır, her biri kendi bandında kalır
• Bakım kesintisi — Tek pompa: bakım süresince sistem durur; Paralel grup: pompa tek tek izole edilip bakıma alınabilir
• Eğri gereksinimi — Tek pompa: yatık eğri de kullanılabilir; Paralel grup: sürekli yükselen eğri şart, düz bölgeli eğri yük paylaşımını kararsızlaştırır
• Kime uygun — Tek pompa: kesintinin tolere edilebildiği bahçe sulaması, tekil villa, atölye; Paralel grup: apartman, otel, hastane, veri merkezi soğutma ve yangın grupları

Paralel çalışmada iki nokta unutulmamalıdır. Birincisi, iki pompa birlikte çalıştığında toplam debi tek pompanın iki katı olmaz; sistem eğrisi dikleştiği için tipik olarak yüzde 160-180 mertebesinde kalır. İkincisi, her pompanın çıkışına çek valf konulmalıdır; aksi hâlde çalışan pompa duran pompanın içinden geri akış yapar ve duran çark ters yönde döner. Yangın gruplarında yedeklilik ayrıca EN 12845 ve NFPA 20 kapsamında zorunludur. (Detay: Yangın)