Santrifüj Pompa Nedir? Çalışma Prensibi ve Kullanım Alanları

Santrifüj pompa nedir sorusunun en kısa cevabı şudur: santrifüj pompa, bir elektrik motorunun döndürdüğü çark aracılığıyla akışkana merkezkaç ivmesi kazandıran ve bu ivmenin ürettiği hızı gövde içinde basınca dönüştüren bir makinedir. Emiş ağzından çarkın göbeğine giren su, kanatlar arasında dışa doğru savrulur ve çark çıkışında saniyede 10-30 metre mertebesinde bir hıza ulaşır.

Santrifüj pompa nasıl çalışır sorusunu üç adımda izlemek gerekir. Birinci adımda çark göbeğinde suyun dışa savrulmasıyla bir alçak basınç bölgesi oluşur; emiş borusundaki su atmosfer basıncı veya emiş tarafındaki statik yük tarafından bu bölgeye itilir. İkinci adımda su kanatlar arasında hızlanır. Üçüncü adımda salyangoz gövdenin genişleyen kesiti akışı yavaşlatır ve hız enerjisi basınç enerjisine döner.

Bu üç adımın tamamı kesintisiz ve darbesiz gerçekleşir. Santrifüj pompanın en belirgin işletme özelliği budur: çıkış basıncı sabit ve titreşimsizdir, deplasmanlı pompalardaki gibi pulsasyon içermez. Bu yüzden basınç dalgalanmasına duyarlı ölçüm hatlarında, kapalı devre ısıtma sistemlerinde ve sprinkler şebekelerinde santrifüj tip tercih edilir.

Çalışmanın ön koşulu, çarkın su dolu olmasıdır. Klasik bir santrifüj pompa havayı basamaz, çünkü havanın yoğunluğu suyunkinin yaklaşık 830'da biridir ve aynı çark hızıyla üretilen basınç farkı emiş borusundaki su sütununu kaldırmaya yetmez. Bu nedenle pompa devreye alınmadan önce mutlaka su ile doldurulur. Pompa gamının tamamı için ürün grubumuza bakabilirsiniz. (Detay: Pompa Sistemleri)

Salyangoz gövde ne işe yarar sorusunun cevabı tek cümleyle verilebilir: hızı basınca çevirmek. Çark yalnızca enerji verir, o enerjinin biçimini seçmez. Çark çıkışındaki suyun enerjisinin kabaca yarısı hız enerjisi, yarısı basınç enerjisidir. Gövdenin görevi, kalan hız enerjisini de kullanılabilir basınca dönüştürmektir.

Salyangoz gövde, çarkın çevresini saran ve dilden (kesme dili) itibaren kesiti kademeli olarak büyüyen spiral bir kanaldır. Kesit büyüdükçe süreklilik denklemi gereği hız düşer: Q = A · v olduğundan, debi sabitken alan iki katına çıkarsa hız yarıya iner. Bernoulli bağıntısı bu hız düşüşünü basınç artışına çevirir. Bir sayısal örnek: çark çıkış hızı 18 m/s olan bir pompada bu hızın 6 m/s'ye düşürülmesi, (18² − 6²) / (2 · 9,81) = (324 − 36) / 19,62 = 14,7 mSS'lik bir basınç kazancı demektir.

Difüzörlü gövde aynı işi farklı geometriyle yapar. Çarkın çevresine sabit kanatlı bir difüzör halkası yerleştirilir; her kanat arası kanal genişleyerek akışı yavaşlatır. Difüzör çözümü çok kademeli dikey pompaların standardıdır, çünkü kademeleri üst üste dizmeye salyangozdan daha uygundur ve radyal yatak yükünü dengeler. Grundfos CR serisi, Lowara e-SV serisi ve Wilo Helix serisi bu difüzörlü dikey kademeli mimarinin yaygın örnekleridir.

Salyangoz gövdenin bir yan etkisi vardır: en iyi verim noktasının dışında çalışıldığında çark çevresindeki basınç dağılımı simetrisini kaybeder ve mile radyal bir yan kuvvet biner. Bu kuvvet, debinin en iyi verim noktasının yüzde 40'ının altına düştüğü işletmelerde yatak ömrünü belirgin biçimde kısaltır. Çift salyangozlu gövdeler ve difüzörlü gövdeler bu yan kuvveti büyük ölçüde dengeler.

Euler pompa denklemi, bir santrifüj çarkın teorik olarak üretebileceği basma yüksekliğini yalnızca hız üçgenlerinden hesaplar ve santrifüj pompa çalışma prensibinin matematiksel özetidir. Denklemin sonsuz kanat sayısı için yazılan biçimi şudur: H teorik = (u2 · cu2 − u1 · cu1) / g. Burada u çevresel hız, cu mutlak hızın çevresel bileşeni, g yerçekimi ivmesidir.

Radyal girişli çarklarda giriş dönüsü sıfır kabul edilir, yani cu1 = 0 alınır. Denklem böylece sadeleşir: H teorik = u2 · cu2 / g. Bu sadeleşme, basma yüksekliğinin yalnızca çark çıkışındaki iki büyüklüğe bağlı olduğunu söyler: çarkın çevresel hızı ve suyun çıkıştaki teğetsel hız bileşeni.

Sayısal örnek: çark dış çapı D2 = 180 mm, devir n = 2900 dev/dak olsun. Çevresel hız u2 = π · D2 · n / 60 = 3,1416 · 0,180 · 2900 / 60 = 27,3 m/s bulunur. Çıkış teğetsel bileşeni cu2, kanat çıkış açısına bağlı olarak tipik geriye eğik kanatlarda u2'nin yaklaşık 0,65 katıdır; cu2 = 0,65 · 27,3 = 17,7 m/s alınır. Buradan H teorik = 27,3 · 17,7 / 9,81 = 49,3 mSS çıkar.

Gerçek basma yüksekliği bu değerin altındadır. Sonlu kanat sayısı nedeniyle uygulanan kayma katsayısı tipik olarak 0,75-0,90 arasındadır; hidrolik verim de 0,80-0,90 bandındadır. 0,85 kayma ve 0,88 hidrolik verimle: 49,3 · 0,85 · 0,88 = 36,9 mSS. Katalogda okuyacağınız kapalı vana basma yüksekliği işte bu mertebededir. Denklemin pratik sonucu şudur: basma yüksekliği çark çapının karesiyle ve devrin karesiyle değişir, debi ise çapla ve devirle doğrusal değişir. Basma yüksekliği birimini ve mSS kavramını ayrıntılı ele aldığımız yazımıza bakabilirsiniz. (Detay: Pompalarda mSS Nedir? 10 mSS Kaç Bar Eder?)

Özgül hız, bir pompa çarkının biçimini tek bir sayıya indirgeyen boyutsuzlaştırılmış bir benzeşim parametresidir. Metrik biçimiyle nq = n · Q^0,5 / H^0,75 olarak yazılır; n dev/dak, Q m³/s, H tek kademe için mSS'dir. Özgül hız ne kadar düşükse çark o kadar radyal ve dar, ne kadar yüksekse o kadar eksenel ve geniştir.

Sayısal örnek: n = 2900 dev/dak, Q = 30 m³/h = 0,00833 m³/s, tek kademede H = 40 mSS olan bir pompada nq = 2900 · 0,0913 / 15,9 = 16,6 bulunur. Bu değer düşük özgül hız bölgesindedir ve dar kanallı, çıkış genişliği küçük radyal bir çarkı işaret eder. Yüksek basma yüksekliği üreten hidrofor ve kazan besleme pompaları bu bölgede çalışır.

• nq 10-30 — Dar radyal çark, yüksek basma yüksekliği, düşük debi. Çok kademeli dikey pompalar, hidroforlar, kazan besleme. En iyi verim yüzde 60-75 mertebesinde
• nq 30-60 — Standart radyal çark. Uçtan emişli norm pompalar, sirkülasyon, soğutma grubu devreleri. En iyi verim yüzde 75-85
• nq 60-130 — Yarı eksenel (karışık akışlı) çark. Drenaj, atık su, sulama. Debi ağırlıklı işletme, en iyi verim yüzde 78-86
• nq 130-300 — Eksenel (propeller) çark. Çok yüksek debi, 1-8 mSS basma yüksekliği. Terfi merkezleri, soğutma suyu sirkülasyonu
• Pratik hüküm — nq 20'nin altına düşen bir noktayı tek kademede zorlamak yerine kademe sayısını artırın; verim 10-15 puan iyileşir

Özgül hızın seçimdeki en somut faydası şudur: elinizdeki debi-basma çiftini tek kademede karşılamaya çalışmanın verimli olup olmadığını daha katalog açmadan söyler. nq 15'in altında kalan bir istek, tek kademeli bir pompayla karşılandığında disk sürtünmesi kayıpları büyür ve verim yüzde 50'nin altına iner. Aynı nokta beş kademeli bir dikey pompada kademe başına 8 mSS ile karşılanırsa nq 37'ye çıkar ve verim yüzde 78 bandına ulaşır.

Çok kademeli santrifüj pompa nedir sorusunun cevabı basittir: aynı mil üzerinde art arda dizilmiş, her biri bir öncekinin çıkışını emen çarklardan oluşan pompadır. Toplam basma yüksekliği kademelerin toplamıdır, debi ise tek kademenin debisine eşit kalır. Sekiz kademeli ve kademe başına 7 mSS üreten bir pompa 56 mSS basar, ama debisi tek kademelininkiyle aynıdır.

• Tek kademeli — Basma yüksekliği tipik 8-60 mSS. Yapı basit, salmastra tek, bakım süresi kısa. Verim nq 30-60 bandında yüzde 75-85
• Çok kademeli — Basma yüksekliği tipik 30-300 mSS. 2-25 kademe. Aynı noktada tek kademeliye göre 10-20 puan daha yüksek verim, daha küçük çark çapı, daha düşük gürültü
• Boyut — Tek kademeli yatay pompa geniş ve alçak, çok kademeli dikey pompa dar ve yüksek. Dikey kademeli bir ünite tipik olarak 0,25 m² taban alanına sığar
• Eksenel itki — Tek kademelide düşük, çok kademelide kademe sayısıyla artar. 10 kademeden sonra dengeleme diski veya karşı çark gerekir
• İlk devreye alma — Çok kademelide hava tahliyesi kritiktir; kademeler arası hava kalırsa pompa hiç basmaz
• Hangisi kime uygun — 40 mSS altındaki her nokta tek kademeli; 40 mSS üstü ve debi 60 m³/h altındaki her nokta çok kademeli dikey

Uygulamada ayrım noktası çoğu zaman 40-50 mSS civarında oluşur. Bir apartman hidroforunda 12 katlı bir bina için gereken 55-60 mSS, tek kademeli bir pompayla ancak 2900 dev/dak ve büyük çarkla karşılanabilir; aynı nokta üç veya dört kademeli bir dikey pompayla hem daha sessiz hem 8-12 puan daha verimli karşılanır. Hidrofor seçiminin marka bazlı karşılaştırmasını ayrı yazıda ele aldık. (Detay: En İyi Hidrofor Markaları Hangileri? Grundfos, Wilo, DAB, Lowara, Etna ve Sumak Karşılaştırması)

Gövde mimarisi, pompanın hidroliğini değil montaj ve bakım ekonomisini belirler. Aynı debi-basma noktası dört farklı gövdeyle karşılanabilir; seçim, mevcut yer, boru güzergâhı ve bakım erişimine göre yapılır. Dört ana biçim vardır: uçtan emişli yatay, çift emişli yatay, dikey kademeli ve inline.

• Uçtan emişli yatay (norm pompa) — Emiş eksenel, basma radyal ve yukarı. EN 733 boyutlarına uyar, markadan bağımsız değiştirilebilir. Standart Pompa NM serisi ve Grundfos NB serisi bu sınıftadır. Debi 5-500 m³/h, basma 5-90 mSS
• Çift emişli yatay (split case) — Su çarka iki taraftan girer, eksenel itki kendiliğinden dengelenir. Debi 100-3000 m³/h. Gövde yatay düzlemde ikiye ayrılır, çark boru sökülmeden çıkar
• Dikey çok kademeli — Emiş ve basma aynı eksende ve aynı yükseklikte, taban alanı en küçük. Grundfos CR, Lowara e-SV ve Wilo Helix serileri. Debi 1-120 m³/h, basma 20-300 mSS
• Inline — Emiş ve basma ağzı aynı hat üzerinde ve karşılıklı. Boruya ara parça gibi girer, ayrı kaide gerektirmez. Kapasite 10-800 m³/h
• Bakım erişimi — Uçtan emişlide ve inline'da back-pull-out özelliği varsa motor ve çark, gövde borudan sökülmeden çıkarılır. Bu tek özellik bakım süresini yaklaşık yarıya indirir

Inline gövdeler kalorifer ve soğutma tesisatlarında yaygındır, çünkü kolon üzerine doğrudan monte edilirler ve kaide betonu gerektirmezler. Bu tipi ayrı bir yazıda ayrıntılı ele aldık. (Detay: Inline Pompa Nedir? Grundfos TPE ve Wilo CronoLine Serileri) Isıtma tesisatı bileşenleri için ürün grubumuza bakabilirsiniz. (Detay: Isıtma)

Dikey ile yatay arasındaki seçimde belirleyici olan çoğu zaman yer değil, emiş koşuludur. Dikey kademeli pompanın emiş ağzı zeminden 20-30 cm yukarıdadır; depo pompadan alçaktaysa emiş yüksekliği doğar ve NPSH marjı daralır. Yatay uçtan emişli pompayı deponun altına, ıslak montajla yerleştirmek çoğu zaman daha güvenli bir çözümdür.

Kendinden emişli pompa nedir sorusunun cevabı: gövdesinde tuttuğu su rezervi sayesinde emiş borusundaki havayı su ile karıştırıp dışarı atabilen, böylece kendini besleyebilen santrifüj pompadır. Normal bir santrifüj pompa havayı basamaz; kendinden emişli tip, çarkın çevresindeki bir yeniden dolaşım kanalı ile hava-su karışımı üretir ve emiş borusunu 2-4 dakikada boşaltır.

Pratik sınır yaklaşık 7-8 metredir. Teorik olarak deniz seviyesinde atmosfer basıncı 10,33 mSS'lik bir su sütununu taşır, ancak sürtünme kaybı, sıcaklık ve NPSH marjı bu değeri düşürür. 20 °C su için güvenli emiş yüksekliği 6-7 metre kabul edilir; 60 °C suda buhar basıncı 2,03 mSS'ye çıktığı için bu sınır 3-4 metreye iner. Emiş yüksekliği 8 metreyi aşan her uygulamada kendinden emişli pompa yerine dalgıç veya ıslak montaj tercih edilmelidir.

Dalgıç santrifüj pompalar bu problemi kökten çözer: pompa suyun içindedir, emiş yüksekliği yoktur, NPSHa daima bol miktarda vardır. Kuyu tipi dalgıç pompalar 4 inç, 6 inç ve 8 inç kuyu çaplarına göre üretilir ve çok kademelidir; 60 kademeye kadar dizilerek 400 mSS üzerinde basma yüksekliği üretebilirler. Drenaj ve atık su dalgıçları ise tek kademeli, düşük basmalı ve büyük geçiş açıklıklıdır. Dalgıç seçimini ayrı bir rehberde adım adım anlattık. (Detay: Dalgıç Pompa Nasıl Seçilir? Kuyu Derinliğine Göre Pompa Seçim Rehberi)

Kendinden emişli tipin işletme dezavantajı verimdir. Yeniden dolaşım kanalı normal çalışmada da kayıp üretir; aynı noktada standart bir santrifüj pompa yüzde 78 verimle çalışırken kendinden emişli tip yüzde 55-65 bandında kalır. Bu yüzden kendinden emişli pompa, mecburiyet olmadıkça seçilmemesi gereken bir çözümdür.

Çark tipleri, pompanın basacağı suyun temizliğine ve içindeki katı boyutuna göre seçilir. Dört ana tip vardır: kapalı, yarı açık, açık ve vortex. Verim sırası bu sırayla düşer, tıkanma direnci ise tam tersine artar. Seçim, verim ile tıkanmama arasında bilinçli bir takas yapmaktır.

• Kapalı çark — Kanatlar iki disk arasında kapalıdır. En yüksek verim, tipik yüzde 80-88. Temiz su, ısıtma, soğutma, hidrofor, kazan besleme. Katı geçişi 0-3 mm. Aşınma halkası boşluğu 0,3-0,5 mm, bu boşluk 1 mm'yi aşınca verim 5-8 puan düşer
• Yarı açık çark — Tek arka disk, kanat uçları serbest. Verim yüzde 70-80. Az kirli su, hafif lifli akışkan, gıda ve proses. Katı geçişi 5-20 mm. Kanat ucu ile gövde arası boşluk ayarlanabilir
• Açık çark — Disk yok, kanatlar göbeğe bağlı. Verim yüzde 60-72. Yoğun katı ve lifli akışkan, çamur, arıtma geri devri. Katı geçişi 20-60 mm. Aşınmaya karşı en kolay onarılan tip
• Vortex (serbest akışlı) çark — Çark akışın dışında, gövde içinde girdap üretir. Verim yüzde 35-55. Katı akışkanın kendisi çarka temas etmez. Katı geçişi gövde çapına kadar, tipik 50-100 mm. Foseptik, çamur, lifli atık su
• Tek kanatlı çark — Tek geniş kanal, tıkanmaz. Verim yüzde 60-70. Evsel atık su terfi. Katı geçişi 50-100 mm. Dengesiz kütle nedeniyle titreşim eğilimi yüksektir

Açık çark ne zaman kullanılır sorusunun net cevabı şudur: basılacak akışkanda 20 mm'yi aşan katı parça bulunma ihtimali varsa ve akışkan lifli değilse açık çark kullanılır. Lif varsa açık çark yetmez, vortex veya tek kanatlı çarka geçilir. Temiz suda açık çark kullanmak ise gereksiz bir verim kaybıdır: aynı noktada kapalı çarka göre yaklaşık 15 puan daha düşük verim, 4 kW'lık bir pompada yılda 2500 saat çalışmada yaklaşık 1700 kWh/yıl fazla tüketim demektir.

Aşınma halkası, kapalı çarkın verimini ayakta tutan parçadır. Çark girişi ile gövde arasındaki dar boşluk, basma tarafından emiş tarafına geri kaçağı sınırlar. Bu boşluk tasarım değerinin iki katına çıktığında kaçak debisi yaklaşık iki katına çıkar ve toplam verim 5-8 puan düşer. Periyodik bakımda ölçülmesi gereken ilk boyut budur. Bakım kalemlerini ayrı yazıda topladık. (Detay: Pompa Bakımı)

Salmastra, dönen mil ile sabit gövde arasındaki boşluktan su kaçmasını engelleyen sızdırmazlık elemanıdır. Santrifüj pompadaki arızaların yaklaşık yarısı bu bileşende başlar, çünkü tek dinamik sızdırmazlık noktası burasıdır. Üç ana çözüm vardır: mekanik salmastra, kaynaklı körüklü mekanik salmastra ve klasik salmastra kutusu.

Mekanik salmastra, biri milde dönen biri gövdede sabit duran iki düz yüzeyin yay basıncıyla birbirine bastırılmasına dayanır. Yüzeyler arasında mikron mertebesinde bir su filmi kalır; bu film hem yağlar hem soğutur. Normal çalışmada kaçak buharlaşarak yok olur, gözle görülmez. Yüzey malzemesi temiz suda karbon-seramik, aşındırıcı akışkanda silisyum karbür-silisyum karbürdür. Sıcaklık sınırı elastomer cinsine bağlıdır: EPDM ile 120 °C, FKM ile 150 °C, PTFE ile 200 °C mertebesinde.

Kaynaklı körük salmastra, yay yerine ince metal bir körük kullanır. Yayın ve O-ringin bulunmaması iki avantaj sağlar: mil üzerinde kayan hiçbir parça yoktur, dolayısıyla kireç ve tortu birikip salmastrayı kilitleyemez; ayrıca sıcaklık dayanımı yükselir. 180-400 °C arası kızgın su ve termal yağ uygulamalarının standardı budur. Dezavantajı, körüğün darbeye ve kuru çalışmaya karşı daha kırılgan olmasıdır.

Salmastra kutusu, mil çevresine sarılan grafitli veya PTFE'li örgü halkaların bir baskı flanşıyla sıkıştırılmasıdır. Sızdırmazlığı tam değildir ve tam olması da istenmez: yağlama ve soğutma için dakikada 20-60 damla kontrollü kaçak bırakılır. Kaçak durursa örgü yanar ve mil burcu aşınır. Bugün temiz su tesisatında neredeyse tamamen mekanik salmastraya bırakılmıştır; buhar, kimyasal ve aşındırıcı çamur uygulamalarında ise onarılabilirliği nedeniyle hâlâ kullanılır.

• Mekanik salmastra — Kaçak görünmez seviyede. Sıcaklık sınırı 120-200 °C. Ömür temiz suda 15000-25000 saat. Kuru çalışmaya toleransı saniyeler mertebesinde
• Kaynaklı körük salmastra — Kaçak görünmez seviyede. Sıcaklık sınırı 400 °C'ye kadar. Kireçli ve sıcak suda tıkanmaz. Darbeye hassas
• Salmastra kutusu — Kontrollü kaçak 20-60 damla/dakika. Sıcaklık sınırı örgü cinsine göre 100-250 °C. Sahada sıkılabilir ve halka eklenebilir
• Çift mekanik salmastra — İki salmastra arası bariyer sıvısıyla beslenir. Zehirli, uçucu veya sızdırması yasak akışkanlarda zorunlu
• Seçim hükmü — Temiz su ve 110 °C altı için tek mekanik salmastra; 150 °C üstü kızgın su için kaynaklı körük; aşındırıcı çamur için salmastra kutusu veya SiC-SiC çift salmastra

Pompa karakteristik eğrisi, bir pompanın belirli bir devirde ürettiği basma yüksekliğinin debiye göre nasıl değiştiğini gösteren grafiktir. Yatay eksen debi (m³/h), düşey eksen basma yüksekliği (mSS) olur. Aynı grafik üzerinde genellikle üç eğri daha bulunur: verim, NPSHr ve mil gücü. Doğru seçim, bu dört eğrinin birlikte okunmasıyla yapılır.

H-Q eğrisi soldan sağa alçalır. Sol uçtaki değer kapalı vana basma yüksekliğidir, sağ uç ise pompanın basabileceği en yüksek debidir. Eğrinin eğimi tasarıma bağlıdır: dik eğrili pompalarda debideki büyük değişim basıncı az değiştirir, bu yüzden sabit basınç istenen hidroforlarda dik eğri tercih edilir. Yatık eğrili pompalar ise küçük basınç değişimiyle geniş debi aralığı sunar.

Çalışma noktası, pompa eğrisi ile tesisat eğrisinin kesiştiği noktadır. Tesisat eğrisi H = Hstatik + k · Q² biçimindedir. Sayısal örnek: statik yükü 30 mSS, 40 m³/h'te sürtünme kaybı 10 mSS olan bir tesisatta k = 10 / 40² = 0,00625'tir. 50 m³/h'te tesisat ihtiyacı 30 + 0,00625 · 2500 = 45,6 mSS olur. Pompa eğrisi bu debide 45,6 mSS veriyorsa çalışma noktası tam oradadır. Debi hesabını ayrı bir yazıda adım adım gösterdik. (Detay: Pompa Debisi Nasıl Hesaplanır? m³/h, L/dk ve Basınç Hesaplama)

Verim eğrisi ters çanak biçimindedir ve tepe noktası en iyi verim noktasıdır. İşletme penceresinin bu noktanın yüzde 70-120'si arasında kalması hedeflenir. Yüzde 40'ın altındaki debilerde radyal yatak yükü ve iç geri dolaşım artar; yüzde 120'nin üstünde NPSHr hızla yükselir ve kavitasyon riski doğar. Güç eğrisi ise radyal çarklarda debiyle birlikte artar; bu, kapalı vanada çekilen gücün en düşük olduğu anlamına gelir.

Mil gücü şu bağıntıyla hesaplanır: P (kW) = ρ · g · Q · H / (3600 · 1000 · η). 50 m³/h ve 45,6 mSS noktasında yüzde 78 verimle: P = 1000 · 9,81 · 50 · 45,6 / (3600 · 1000 · 0,78) = 7,96 kW. Motor bu değerin üzerine yüzde 10-15 emniyet payıyla, yani 9,2 kW'ı karşılayan bir gövdeyle seçilir; standart olarak 11 kW motor kullanılır.

NPSHr nedir sorusunun cevabı: pompanın kavitasyonsuz çalışabilmesi için emiş ağzında bulunması gereken en düşük net pozitif emiş yükseklikidir ve pompanın kendi özelliğidir, üretici tarafından ölçülüp eğri olarak verilir. NPSHa ise tesisatın pompaya sunduğu net pozitif emiş yüksekliğidir ve tesisatın özelliğidir. Kavitasyonsuz çalışmanın koşulu NPSHa değerinin NPSHr değerinden en az 0,5-1,0 mSS büyük olmasıdır.

NPSHa şu adımlarla hesaplanır: NPSHa = (Patm − Pbuhar) / (ρ · g) + Hstatik − Hsürtünme. Sayısal örnek: deniz seviyesinde Patm = 10,33 mSS, 40 °C su için buhar basıncı 0,75 mSS, depo su seviyesi pompa ekseninin 1,5 m altında (yani Hstatik = −1,5 mSS), emiş hattı sürtünme kaybı 0,6 mSS olsun. NPSHa = 10,33 − 0,75 − 1,5 − 0,6 = 7,48 mSS bulunur.

Pompanın seçilen çalışma noktasındaki NPSHr değeri katalogdan 3,2 mSS okunuyorsa marj 7,48 − 3,2 = 4,28 mSS'dir ve rahatlıkla yeterlidir. Aynı tesisatta su sıcaklığı 70 °C'ye çıkarsa buhar basıncı 3,20 mSS'ye yükselir ve NPSHa 5,03 mSS'ye iner; marj 1,83 mSS'ye düşer ama hâlâ güvenlidir. Su 90 °C'ye çıkarsa buhar basıncı 7,15 mSS olur ve NPSHa 1,08 mSS'ye iner: bu noktada kavitasyon kaçınılmazdır.

Kavitasyonun sesi çakıl taşı öğütme sesine benzer, çarkın giriş kenarında krater biçimli oyuklar bırakır ve debide yüzde 5-15 düşüşe yol açar. Çözüm sırası şudur: önce emiş hattı kaybını düşürün (bir çap büyütmek kaybı yaklaşık yüzde 60 azaltır), sonra pompayı su seviyesine göre alçaltın, sonra devir düşürerek NPSHr'yi azaltın. Kavitasyonu bütün yönleriyle ayrı bir yazıda ele aldık. (Detay: Pompa Kavitasyonu Nedir? Pompayı Sessizce Öldüren Sorun)

Santrifüj pompa ile deplasmanlı pompa farkı, enerji aktarım biçiminden doğar. Santrifüj pompa akışkana hız verir ve bu hızı basınca çevirir; ürettiği basınç, çark hızının ve akışkan yoğunluğunun izin verdiği bir üst sınıra sahiptir. Deplasmanlı pompa ise sabit bir hacmi mekanik olarak iter; ürettiği basıncın teorik bir üst sınırı yoktur, sınırı sadece malzemenin dayanımıdır.

• Debi-basınç ilişkisi — Santrifüjde basınç arttıkça debi düşer. Deplasmanlıda debi basınçtan neredeyse bağımsızdır, sabit kalır
• Kapalı vana davranışı — Santrifüjde basınç kapalı vana değerinde sınırlanır, tipik olarak çalışma basıncının 1,15-1,30 katı. Deplasmanlıda basınç patlamaya kadar yükselir, emniyet vanası zorunludur
• Viskozite — Santrifüj 100-200 cSt üzerinde verimini hızla kaybeder. Deplasmanlı 100000 cSt'ye kadar çalışır, viskozite arttıkça iç kaçak azaldığı için verimi artar
• Akış biçimi — Santrifüj sürekli ve pulsasyonsuz. Deplasmanlı darbeli, pulsasyon sönümleyici gerektirir
• Kendinden emiş — Santrifüj emmez, doldurulmalıdır. Deplasmanlı çoğu tipte kendinden emişlidir
• Verim aralığı — Santrifüj yüzde 60-88, ancak yalnızca dar bir debi penceresinde. Deplasmanlı yüzde 70-90, geniş bir basınç aralığında sabit
• Tipik kullanım — Santrifüj: su, ısıtma, yangın, sirkülasyon, arıtma. Deplasmanlı: kimyasal dozaj, yağ, gres, polimer, çamur

Bu farkın sahadaki en somut sonucu devreye alma yordamıdır. Santrifüj pompa, basma vanası kapalıyken çalıştırılır ve vana yavaşça açılır; böylece motor en düşük akımda kalkar. Deplasmanlı pompa basma vanası kapalıyken asla çalıştırılmaz. İki pompayı aynı refleksle işletmek, deplasmanlı tarafta gövde çatlağı veya conta patlaması ile sonuçlanır. Dozaj pompaları bu ailenin en yaygın örneğidir ve arıtma tesislerinde santrifüj pompalarla yan yana çalışır. (Detay: Arıtma)

Santrifüj pompa kapalı vanada çalışır mı sorusunun cevabı: kısa süreliğine çalışır, uzun süreli çalışmaz. Kapalı vanada debi sıfırdır, basınç kapalı vana değerinde sabitlenir ve motorun çektiği güç en düşük seviyededir. Mekanik bir tehlike yoktur; tehlike ısıldır. Pompaya giren bütün elektrik enerjisi, dışarı iş çıkmadığı için gövde içindeki suyu ısıtır.

Isınma hızı şu bağıntıyla hesaplanır: dT/dt = P / (m · c). Sayısal örnek: gövde içindeki su kütlesi 8 kg, kapalı vanada çekilen mil gücü 3 kW, suyun özgül ısısı 4,18 kJ/(kg·K) olsun. dT/dt = 3 / (8 · 4,18) = 0,0897 K/s, yani dakikada yaklaşık 5,4 °C. 20 °C'den başlayan su, gövdeden dışarıya ısı kaybı olmadığı varsayımıyla yaklaşık 15 dakikada kaynama noktasına ulaşır. Gerçekte gövde ve boru ısı kaybettiği için bu süre uzar, ama mertebe budur.

Kaynayan su mekanik salmastranın yüzeyleri arasındaki filmi buharlaştırır, salmastra kuru çalışır ve saniyeler içinde hasar görür. Bu nedenle sürekli kapalı vana ihtimali olan sistemlerde iki önlemden biri alınır: basma hattından depoya küçük çaplı bir devridaim (bypass) hattı çekilir ya da pompaya asgari debi koruması tanımlanır. Asgari debi tipik olarak en iyi verim noktasının yüzde 10-15'i seçilir.

Frekans konvertörlü sistemlerde bu koruma elektronik olarak yapılır: sürücü sıfır debiyi basınç sabitken frekansın düşmesinden anlar ve pompayı durdurur. Grundfos CR serisinin sürücülü versiyonları ve Wilo Helix VE serisi bu fonksiyonu standart taşır. Frekans kontrolünün çalışma mantığını ayrı bir yazıda anlattık. (Detay: Frekans Konvertörlü Pompa Nedir? Gerçekten Elektrik Tasarrufu Sağlar mı?)

Santrifüj pompa, temiz veya az kirli suyun taşındığı hemen her uygulamanın standart çözümüdür. Bina tesisatında beş ana kullanım alanı vardır: kullanma suyu basınçlandırma, ısıtma ve soğutma sirkülasyonu, yangın söndürme, atık su ve drenaj, su arıtma. Bunların dışında endüstriyel proses, sulama ve soğutma kulesi devreleri gelir.

• Hidrofor — Çok kademeli dikey veya yatay pompa, frekans kontrollü. Konutta 2-15 m³/h ve 30-70 mSS. Grundfos CR ve Lowara e-SV serileri yaygın
• Isıtma ve soğutma sirkülasyonu — Islak rotorlu inline pompa veya kuru rotorlu inline. Kapalı devre, statik yük yok, basma 2-14 mSS. EN 16297 kapsamında EEI 0,20'nin altı zorunlu
• Yangın — EN 12845 ve NFPA 20 kapsamında uçtan emişli veya split case pompa. Eğrinin kapalı vanada anma basıncının yüzde 140'ını aşmaması ve yüzde 150 debide yüzde 65 basıncı vermesi şartı aranır
• Atık su ve drenaj — Vortex, tek kanatlı veya açık çarklı dalgıç. Katı geçişi 50-100 mm. Terfi çukurunda çift pompa ve dönüşümlü çalışma standart
• Su arıtma — Kimyasal dayanımlı paslanmaz gövde, ters ozmoz besleme için yüksek basınçlı çok kademeli tip. Filtre geri yıkamada debi normal işletmenin 2-3 katı
• Endüstri — Uçtan emişli norm pompa, EN 733 boyutlu. Ebara 3M serisi ve Standart Pompa NM serisi bu grubun tipik örnekleridir

Yangın uygulaması, santrifüj pompanın eğrisinin doğrudan bir mevzuat şartına dönüştüğü tek alandır. Sprinkler sistemlerinde pompa eğrisinin biçimi, en uzak başlıktaki basıncı garanti altına almak için standartla sınırlanır. Yangın hidroforu seçimini ayrı bir rehberde ele aldık. (Detay: Yangın Hidroforu Nasıl Seçilir?) Yangın ürün grubumuz için ilgili sayfaya bakabilirsiniz. (Detay: Yangın)

Santrifüj pompanın gövde ve çark malzemesi, basılacak akışkanın kimyasına ve içindeki katıya göre belirlenir. Yanlış malzeme seçimi ilk yatırımda kazanç gibi görünür, iki-üç yıl içinde gövde değişimiyle geri döner. Dört ana malzeme sınıfı kullanılır.

• Dökme demir (EN-GJL-250) — Temiz su, ısıtma, soğutma. 110 °C'ye kadar. En düşük ilk yatırım, klor içeren suda korozyona açık
• Bronz ve pirinç — Deniz suyu, sıcak kullanma suyu, kireçli su. 140 °C'ye kadar. Erozyon-korozyona dayanıklı
• Paslanmaz 304 (1.4301) — İçme suyu, hidrofor, gıda. Klorür sınırı yaklaşık 200 mg/L
• Paslanmaz 316 (1.4401) — Klorlu su, havuz, kimyasal, arıtma. Klorür sınırı yaklaşık 1000 mg/L. Molibden içeriği çukurcuk korozyonuna direnç verir
• Dupleks ve süperdupleks — Deniz suyu ters ozmoz, agresif proses. Klorür sınırı 20000 mg/L üstü

Maliyet kalemleri üç başlıkta toplanır. Birincisi yatırım kalemi: pompa gövdesi, motor, sürücü, kaide, titreşim takozları, esnek bağlantı, vana ve manometre grubu. İkincisi enerji kalemi: bir pompanın on yıllık toplam sahip olma maliyetinin yaklaşık yüzde 75-85'i elektrik tüketimidir. Üçüncüsü bakım kalemi: salmastra, rulman, aşınma halkası ve conta setleri ile işçilik.

Enerji kaleminin ağırlığını bir örnekle görmek gerekir. 7,5 kW'lık bir pompa yılda 4000 saat çalışıyorsa ve ortalama yüzde 70 yükte ise tüketim 7,5 · 0,70 · 4000 = 21000 kWh/yıl olur. Aynı nokta 8 puan daha verimli bir hidrolikle karşılansaydı tüketim yaklaşık 18800 kWh/yıl'a inerdi; on yılda 22000 kWh fark eder. Pompaların elektrik tüketimini ayrı bir yazıda inceledik. (Detay: Pompa Neden Çok Elektrik Yakar? Enerji Tüketimini Düşürmenin 8 Yolu)

Santrifüj pompa seçimi, debi ve basma yüksekliği belirlendikten sonra beş sorunun cevabıyla tamamlanır: akışkan ne kadar temiz, basma yüksekliği kaç mSS, yer ne kadar, emiş koşulu nasıl, debi değişken mi sabit mi. Aşağıdaki hükümler bu beş soruya doğrudan cevap verir.

• Temiz su, 40 mSS altı, sabit debi — Uçtan emişli tek kademeli yatay pompa, EN 733 boyutlu, kapalı çark. Standart Pompa NM ve Grundfos NB serileri
• Temiz su, 40 mSS üstü, değişken debi — Dikey çok kademeli pompa, frekans konvertörlü. Grundfos CR, Lowara e-SV, Wilo Helix serileri
• Kapalı devre ısıtma ve soğutma, 14 mSS altı — Islak rotorlu veya kuru rotorlu inline pompa, EEI 0,20 altı
• Debi 150 m³/h üstü, basma 60 mSS altı — Çift emişli split case pompa. Eksenel itki dengesi ve bakım kolaylığı belirleyici
• Kirli su, katı 20 mm üstü — Açık veya vortex çarklı dalgıç pompa. Katı boyutu lifli ise tek kanatlı veya vortex
• Emiş yüksekliği 4 metre üstü — Kendinden emişli tipe zorlamak yerine pompayı su seviyesinin altına alın veya dalgıç tercih edin
• Sıcak su 150 °C üstü — Kaynaklı körük salmastra ve bronz veya paslanmaz gövde

Bu hükümlerin ortak mantığı şudur: pompa seçimi, çalışma noktasını en iyi verim noktasına yaklaştırma egzersizidir. Katalogdan seçilen pompanın çalışma noktası en iyi verim noktasının yüzde 70-110 bandında kalıyorsa seçim doğrudur. Kapsamlı seçim yöntemini adım adım anlattığımız rehbere bakabilirsiniz. (Detay: Pompa Seçimi Nasıl Yapılır? Debi ve Basma Yüksekliği Hesaplama Rehberi) Taşıdığımız markaların tam listesi için ilgili sayfaya göz atabilirsiniz. (Detay: markalar sayfamız)