2 Haziran 2020 | TEKNÄ°K MAKALE

9.952 kez okundu

Tufan Çalışkan
Lowara Türkiye Distribütörü Ä°lpa A.Åž.
Makina Mühendisi

GiriÅŸ
Su haznesinin pompa seviyesinin altında bulunduÄŸu durumlarda, santrifüj pompa seçimi ve tesisat projelendirilmesi sistemin saÄŸlıklı çalışabilmesi adına hayati önem taşımaktadır. DoÄŸru pompa seçilmiÅŸ olsa bile tesisat hatalarından kaynaklanan problemler neticesinde pompa istenen verimde çalışmayacağı gibi arızalar da gözlemlenebilir. Dolayısıyla negatif emiÅŸ yapılması zorunlu olan durumlarda pompa seçimi ve montajı çok büyük önem kazanmaktadır.

Şekil 1. Negatif emiş yapan pompa uygulaması

1- Tespitler
DoÄŸru pompa seçimi için talep edilen debi ve basınç deÄŸerlerini bilmek çoÄŸu zaman yeterli deÄŸildir. Negatif emiÅŸ yapılacak bir sistemde emiÅŸ deposu derinliÄŸi, akışkan seviyesi ve sıcaklığı, varsa katı partikül içeriÄŸi ve uygulama yapılacak bölgenin rakımı mutlaka bilinmelidir. Bunlara ilave olarak pompa sistemlerinin saÄŸlıklı çalışabilmesi için aÅŸağıdaki noktalar da büyük öneme sahiptir.

a. Boru içi akış hızı
Pompanın verimli ve sorunsuz çalışması için saÄŸlayacağı debi ve basıncı uygun bir tesisattan geçirmek ÅŸarttır. Bu sebeple tesisattaki akış hızı aÅŸağıdaki sınırlar içinde olmalıdır. Sıvı akışı, bu sınırların dışında olur ise pompa basamaz ya da deformasyona uÄŸrayabilir. Bu deÄŸerler, emiÅŸ borusunda 0,5-1,5 m/s, basma borusunda ise 1-3,5 m/s aralığındadır.

Yukarıdaki deÄŸerler temiz akışkanlar için geçerlidir. Katı partikül içeren akışkanlarda çökelmeyi önlemek için basma hattında minimum hızın 2 m/s olması tavsiye edilir.

b. NPSH ("Net Positive Suction Head"/ Net Pozitif EmiÅŸ YüksekliÄŸi)
NPSH(pompa) deÄŸeri, buharlaÅŸmayı engellemek için pompa emiÅŸ tarafında gerekli olan minimum basınçtır. NPSH deÄŸeri [m] olarak ölçülür ve artan debiye baÄŸlı olarak yükselir. NPSH(pompa) deÄŸeri, her bir pompa için ISO 9906’ya göre yapılan testlerle belirlenir. BuharlaÅŸmayı önlemek için sistemin mevcut NPSH(mevcut) deÄŸeri, NPSH(pompa) deÄŸerinden büyük olmalıdır. Aksi takdirde pompa içerisinde kavitasyon oluÅŸur ve pompaya zarar verir.

NPSH(mevcut) deÄŸeri, emiÅŸ haznesindeki sıvı seviyesinin pompadan daha aÅŸağıda olduÄŸu negatif emiÅŸli sistemlerde aÅŸağıdaki formülle hesaplanır.

NPSH(mevcut)= Ha - Hv - Hs - Hfs

Ha : Atmosfer basıncı (Rakıma baÄŸlı olarak hazır tablolardan seçilmelidir.)

Hv : BuharlaÅŸma basıncı (Sıcaklığa baÄŸlı olarak hazır tablolardan seçilmelidir.)

Hs : Statik emme yüksekliÄŸi (Pompa gövdesi ile sıvı üst seviyesi arası mesafedir.)

Hfs : EmiÅŸ hattındaki sürtünme kayıpları hesaplanmalıdır.

Uygulamanın yapılacağı rakım kontrol edilmelidir. Örnek olarak bir pompa aynı tesisat ile Ä°stanbul’da sorunsuz çalışırken, atmosfer basıncının farklılık göstermesinden dolayı Kayseri’de veya Erzurum’da kavitasyon sorunu çıkarabilir.

2- Pompa Seçimi
Negatif emiÅŸ yapılması gereken durumlarda neden dalgıç pompa kullanılmıyor gibi bir soru akıllara gelebilir. Dalgıç pompaların yatırım, iÅŸletme ve servis maliyetleri, günümüzde kuru zeminde çalışan pompalara göre oldukça yüksektir. Ayrıca dalgıç pompaların elektrik motorları da sıvı içinde oldukları için sıcak suların transferinde motor izolasyon sınıflarına göre üst sıcaklık limitleri bulunmaktadır. Kuru zeminde çalışan pompalarda ise üst sıcaklık limitleri dalgıç pompalara göre oldukça yüksektir.

Talep edilen debi ve basma yüksekliÄŸine göre pompa seçimi yapılırken, debi arttıkça NPSH(pompa) deÄŸerinin de artacağı unutulmamalıdır. Sistemin NPSH(mevcut) deÄŸeri hesaplanmadan pompa seçmek, hatalara yol açabilir.

AÅŸağıda (Åžekil 2.a ve Åžekil 2.b) emme-basma flanÅŸ ölçüleri ve motor güçleri aynı, çark çapları farklı tasarlanmış 2 pompa için aynı debi ve basınçta oluÅŸan farklı NPSH deÄŸerleri yer almaktadır. EÄŸer sistemin NPSH(mevcut) deÄŸeri 6 m ise her iki pompanın da kullanılması uygunken, bu deÄŸerin 3 m olması durumunda ise yalnızca 2. pompanın doÄŸru bir seçim olacağı görülmektedir. 

Åžekil 2.a.

 

Åžekil 2.b.

 

Uygulama

a. DoÄŸrudan negatif emiÅŸ

Pompa debisine göre emme ve basma boru çapları belirlenerek tesisat detayları oluÅŸturulmalıdır. Emme borusu için pompa emiÅŸ flanşı ölçüsünden en az 1 boy daha büyük boru kullanılmalıdır. Pompa emiÅŸ flanşı ile ilk dirsek arasında mutlaka yatay düz boru bulunmalıdır. Yatay boru uzunluÄŸunun en az çapının 5 katı uzunluÄŸunda olması tavsiye edilir. EÄŸer dirsek pompa emiÅŸinin hemen sonrasında olur ise pompa giriÅŸindeki akış, türbülans yaratabilir. Bu da vibrasyona, akabinde de deformasyona sebep olabilir. EmiÅŸ borusu ile pompa arasındaki baÄŸlantıda hava boÅŸluÄŸu kalmaması için mutlaka eksantrik redüksiyon kullanılmalıdır. Hava boÅŸluÄŸu yaratmamak için alınabilecek bir önlem de emiÅŸteki düz borunun pompaya doÄŸru yükselecek ÅŸekilde (%6) eÄŸimli montajlanmasıdır. Pompa beton kaide üzerinde çelik ÅŸaseye montajlanmalı, kaplin var ise kaçıklık ayarı mutlaka müsaade edilen tolerans deÄŸerleri içinde kalacak ÅŸekilde ayarlanmalıdır. Pompa emme ve basma flanÅŸ baÄŸlantılarına kompanzatör konulmalıdır.

EmiÅŸ hattı üzerinde vana ve pislik tutucu kullanılmamalıdır. EmiÅŸ borusunun su içinde kalan ucuna süzgeçli tip dip klapesi kullanılmalıdır. Bu sayede pompa dursa bile emiÅŸ borusu ve pompa gövdesi içinde su kalacak ve tekrar çalıştırma öncesi yeniden dolum yapma ihtiyacı gerekmeyecektir.

EmiÅŸ borusu, havuz yan duvarlarından boru çapının en az 3 katı kadar mesafede olacak ÅŸekilde montajlanmalıdır. EmiÅŸ borusunun su içinde kalan ucunun havuz zemininden en az 1 boru çapı kadar yukarıda kalması gerekmektedir. Havuz dibinde çamur vb. katı partikül çökelmesi olması durumunda klapenin tıkanmasını önlemek için bu yükseklik artırılabilir. Klape su yüzeyine çok yaklaşır ise su akışı yüzeye ulaÅŸan bir girdap oluÅŸturarak emiÅŸ borusu içine hava almaya baÅŸlayabilir. Bu da vibrasyona, gürültüye, kavitasyona ve performans düÅŸüklüÄŸüne, akabinde de deformasyona yol açabilir. Bu durumun önüne geçmek için su yüzeyi ile emiÅŸ borusu ucu arasında olması gereken minimum seviye aÅŸağıdaki formülden hesaplanabilir;

S= D+Q / D^1,5 / 1069

S: Emiş borusu ucu ile su seviyesi arası mesafe (m)

D: EmiÅŸ borusu çapı (m)

Q: Debi (l/s)

ÖrneÄŸin yukarıda seçimini yapmış olduÄŸumuz 180 m3/h-25 mSS deÄŸerlerinde çalışacak pompa için minimum su seviye yüksekliÄŸi ve boru çaplarını tespit edelim;

Pompa modeli: NSCS 100-135/185

Pompa emiş flanşı: DN125

Pompa basma flanşı: DN100

180 m³/h akışın emiÅŸ borusundaki hızının 1,59 m/s olması için boru çapı DN200 (8”) olmalıdır.

180 m³/h akışın basma borusundaki hızının 2,83 m/s olması için boru çapı DN150 (6”) olmalıdır.

Hız deÄŸerleri boru sürtünme kayıp tablolarından alınabilir.

S= 0,2 + 50 / 0,21,5 /1069

S= 0,7 m

Yani emiş borusu ucu su seviyesinden 0,7 m aşağıda, havuz zemininden en az 0,2 m yukarıda, duvarlardan 0,6 m uzakta olmalıdır.

Tüm montaj ÅŸartları saÄŸlandığında pompayı çalıştırmadan önce pompa gövdesinin ve emiÅŸ borusunun tamamı su ile doldurulmalıdır. Bunun için pompa gövdesi üzerindeki doldurma tapasından yararlanılabileceÄŸi gibi, basma hattına dolum için harici bir su giriÅŸi yapılabilir.

Şekil 3. Negatif emiş yapan pompaların montaj detayı.

b. Paralel bağlı birden fazla pompa ile negatif emiş uygulaması

Bu durum için tüm hesaplamalar bir önceki bölüm ile aynıdır. Dikkat edilmesi gereken konu pompaların emiÅŸ hatlarının müstakil olması gerektiÄŸidir. Pompa emiÅŸlerinde kolektör kullanılmamalıdır. EmiÅŸ boruları arasında en az 3 çap ölçüsünde mesafe olmadır. Bir önceki sayısal örnek için bu mesafe en az 0,6 m’dir.

Şekil 4. Birden fazla negatif emiş yapan pompaların montaj detayı

c. Kendinden Emiş Tankı uygulaması
DoÄŸrudan negatif emiÅŸ yapan sistemlerde karşılaşılan olumsuz durumlar sebebiyle emiÅŸ tesisatı üzerine konulacak bir emiÅŸ tankı ile hem dip klapesi kullanımı zorunluluÄŸu ortadan kalkacak hem de pompa gövdesinde sürekli su bulunması saÄŸlanacaktır. EmiÅŸ borusu çapı doÄŸrudan emiÅŸ uygulamasında olduÄŸu gibi hesaplanır ancak emiÅŸ tankına en kısa mesafeden giriÅŸ yapılması zorunludur. Yatay düz boru kullanılmasına gerek yoktur.

Kapasitelerin düÅŸük olduÄŸu sistemlerde (1-3 m³/h) pompa imalatçılarının “kendinden emiÅŸli pompa” ya da “jet pompa” isimleri ile seri imalatını gerçekleÅŸtirdikleri pompaların kullanımı uygundur. Fakat kapasitelerin çok daha büyük olduÄŸu, akışkanın kimyasal ya da katı partikül ihtiva ettiÄŸi için dip klapesi kullanımı uygun olmayabilir. Bu ÅŸekildeki proseslerde emiÅŸ tankı kullanmak hem pompanın susuz kalmasını engelleyerek duruÅŸ ve arızaları ortadan kaldıracak, hem de prosesin bakım periyodunu çok daha uzun hale getirecektir.

EmiÅŸ tankı hacmi hesaplanırken dikkat edilmesi gereken husus tank hacminin, emiÅŸ borusu hacminden daha fazla olması gerektiÄŸidir. Basma hattında ise pompa çıkışının düz boru ile emiÅŸ tankından daha yüksek seviyeye ulaÅŸtırılması gerekmektedir. EmiÅŸ borusu üzerinde hiçbir ekipman bulunmamalıdır. EmiÅŸ tankı ile pompa emiÅŸ flanşı birbirine bitiÅŸik tasarlanmalıdır. Arada boru, vana çekvalf vb. eleman bulunmamalıdır.
Birden fazla pompanın paralel baÄŸlı çalışması durumunda ise her bir pompa için ayrı emiÅŸ hattı ve ayrı emiÅŸ tankı olmalıdır.

Şekil 5. Kendinden Emiş Tankı uygulama Şeması

1-Su deposu, 2-Emiş Borusu, 3-Emiş tankı , 4-Basma hattı, 5-Pompa

3- Sahada Karşılaşılan Problemler ve Çözümleri

a. Pompa emiş yapmıyor;

DoÄŸrudan negatif emiÅŸ yapacak sistemde pompa gövdesini su ile doldurmadan pompa çalıştırılır ise emiÅŸ borusunda hava kalacağı için pompa suyu çekemeyecektir. Pompa gövdesindeki tapadan su doldurulmalı sonrasında pompa çalıştırılmalıdır.

b. Pompa emiş yapıyor fakat durup tekrar kalktığında emiş yapmıyor;

Pompa hızlı duruÅŸ-kalkış yaptığında emiÅŸ borusu içinde akış kopuyor olabilir. Pompa yavaÅŸ kaldırılmalıdır ya da dip klapesinde sızıntı veya arıza olabilir. Klape temizlenmeli, gerektiÄŸinde deÄŸiÅŸtirilmelidir.

c. Pompa emiÅŸ yapıyor fakat gürültü/vibrasyon çok fazla ya da teorik hesaplanan performans deÄŸerleri pratikte gerçekleÅŸmiyor;

• EmiÅŸ borusu ucuna girdap ile hava giriyor olabilir, emiÅŸ ucu ile su seviyesi arası mesafe artırılmalıdır.
• Pompa kaplin ayarı bozulmuÅŸ olabilir, kaplin ayarı kontrol edilmelidir.
• Dip klapesi süzgeci tıkanmış olabilir, temizlenmeli veya deÄŸiÅŸtirilmelidir.
• Su sıcaklığının hesaplanan deÄŸerden daha yüksek bir sıcaklığa ulaÅŸmış olması sebebi ile pompa gövdesinde su, buhar fazına geçerek kavitasyona neden olabilir. Daha düÅŸük NPSH deÄŸerine sahip bir pompa kullanılmalı ya da emiÅŸ hattındaki basınç kayıpları düÅŸürülmelidir.
• Pompa basma hattından emiÅŸ hattına enjektör yapılabilir. (Bu yöntem daha detaylı bir hesaplama gerektirir.)

Kavitasyon

BaÅŸlı başına bir konu olmakla birlikte pompa emiÅŸindeki basınç düÅŸüÅŸünün vakum etkisi yaratması sonucunda pompa içinde oluÅŸan kabarcıkların patlaması, pompa çark ve gövdesine çarparak deforme etmesi ÅŸeklinde ifade edilebilir. Pompa çalışırken çakıl taşı çarpmasına benzer bir ses ve vibrasyon ile kendini belli eder. Deforme olmuÅŸ pompa çarkı kanatlarında sünger benzeri delikli görüntü oluÅŸur. Zamanla çarkın parçalanmasına, gövdenin hasarlanmasına, yatakların bozulmasına, kaplinin ve rulmanların dağılmasına kadar deformasyonlara yol açabilir.

Åžekil 6. Aynı kapasite ve basınçta çalışan aynı pompa çarkının NPSH(mevcut) deÄŸiÅŸimi ile çark önünde oluÅŸan su kabarcıkları görseli. Sırası ile NPSH(mevcut) deÄŸerleri: 8m, 4m, 2m, 1m

Sonuç

Sorunsuz bir uygulama için pompanın depo seviyesinin altında olması istenmektedir. Depo ÅŸekli ya da tesisatın elveriÅŸsizliÄŸinden dolayı bu her zaman mümkün olmayabilir. Su transferi yapılması için zoraki durumlarda negatif emiÅŸ yapılması gerekebilir. Negatif emiÅŸ yapıldığında hassas hesaplama ve ekipman seçimi gerekmektedir. Aksi takdirde arıza ya da verimsiz çalışan bir sistem elde edilir. Bu da gereksiz enerji sarfiyatına, kaynakların verimsiz tüketilmesine sebep olur. Sistemlerin kalbi konumundaki pompaların seçilmesinde ve tesisat tasarlanmasında mutlaka bir uzman görüÅŸü alınmalıdır. Pompaların çalıştığı sistemler göz önünde bulundurulduÄŸunda pompanın durması tesisin tamamının durmasına yol açacağından çok dikkatli olunması gerekmektedir.

Yararlanılan Kaynaklar
• https://www.ilpa.com.tr/admin/PICS/download/YataySantrifuj_MontajKilavuz03_73516.pdf
• https://www.ilpa.com.tr/admin/PICS/download/Yangin_MontajKilavuz06_73647.pdf
• https://xylect.com/bin/Xylect.dll?...
• https://www.tesisat.org/emme-borusu-capinin-tayini-ve-vorteks-olusumun-engellenmesi.html
• BETINI, Marcos O.; ZANINI, José R.; FORATTO, Leticia C. and PEREIRA, Gener T.. Evaluation of priming tanks using them instead of foot valve in pumping installations. Eng. Agríc. 2008, vol.28, n.3, pp.460-470. ISSN 0100-6916
• ÇENGEL, Yunus A.; CIMBALA John M.. Fluid Mechanics Fundamentals and Applications
• Dr.-Ing. Gerhard Ludwig. Institut für Fluidsystemtechnik. Kavitation in hydraulischen Maschinen und Komponenten

 

---

R E K L A M