Negatif Emiş Yapan Pompalarda Uygulama Örnekleri, Sahada Karşılaşılan Problemler ve Çözümleri

Lowara Türkiye Distribütörü İlpa A.Ş.’nin deneyimli mühendislerinden Tufan Çalışkan, “Negatif Emiş Yapan Pompalarda Uygulama Örneklerini, Sahada Karşılaşılan Problemleri ve Çözüm Önerileri”ni kaleme aldığı makalesini HVAC 360 okurlarıyla paylaştı.

Giriş

Su haznesinin pompa seviyesinin altında bulunduğu durumlarda, santrifüj pompa seçimi ve tesisat projelendirilmesi sistemin sağlıklı çalışabilmesi adına hayati önem taşımaktadır. Doğru pompa seçilmiş olsa bile tesisat hatalarından kaynaklanan problemler neticesinde pompa istenen verimde çalışmayacağı gibi arızalar da gözlemlenebilir. Dolayısıyla negatif emiş yapılması zorunlu olan durumlarda pompa seçimi ve montajı çok büyük önem kazanmaktadır.

1. Tespitler

Doğru pompa seçimi için talep edilen debi ve basınç değerlerini bilmek çoğu zaman yeterli değildir. Negatif emiş yapılacak bir sistemde emiş deposu derinliği, akışkan seviyesi ve sıcaklığı, varsa katı partikül içeriği ve uygulama yapılacak bölgenin rakımı mutlaka bilinmelidir. Bunlara ilave olarak  pompa sistemlerinin sağlıklı çalışabilmesi için aşağıdaki noktalar da büyük öneme sahiptir.

a-Boru içi akış hızı

Pompanın verimli ve sorunsuz çalışması için sağlayacağı debi ve basıncı uygun bir tesisattan geçirmek şarttır. Bu sebeple tesisattaki akış hızı aşağıdaki sınırlar içinde olmalıdır. Sıvı akışı, bu sınırların dışında olur ise pompa basamaz ya da deformasyona uğrayabilir. Bu değerler, emiş borusunda 0,5-1,5 m/s, basma borusunda ise 1-3,5 m/s aralığındadır.

Yukarıdaki değerler 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 Emiş Yüksekliği)

NPSH(pompa) değeri, buharlaşmayı engellemek için pompa emiş tarafında gerekli olan minimum basınçtır. NPSH değeri [m] olarak ölçülür ve artan debiye bağlı olarak yükselir. NPSH(pompa) değeri, her bir pompa için ISO 9906’ya göre yapılan testlerle belirlenir. Buharlaşmayı önlemek için sistemin mevcut NPSH(mevcut) değeri, NPSH(pompa) değerinden büyük olmalıdır. Aksi takdirde pompa içerisinde kavitasyon oluşur ve pompaya zarar verir.

NPSH(mevcut) değeri, emiş haznesindeki sıvı seviyesinin pompadan daha aşağıda olduğu negatif emişli sistemlerde aşağıdaki formülle hesaplanır.

NPSH(mevcut)= H_a – H_v – H_s – H_fs

H_a : Atmosfer basıncı (Rakıma bağlı olarak hazır tablolardan seçilmelidir.)

H_v : Buharlaşma basıncı (Sıcaklığa bağlı olarak hazır tablolardan seçilmelidir.)

H_s : Statik emme yüksekliği (Pompa gövdesi ile sıvı üst seviyesi arası mesafedir.)

H_fs : Emiş hattındaki sürtünme kayıpları hesaplanmalıdır.

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

2.Pompa Seçimi

Negatif emiş yapılması gereken durumlarda neden dalgıç pompa kullanılmıyor gibi bir soru akıllara gelebilir. Dalgıç pompaların yatırım, işletme 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 yüksekliğine göre pompa seçimi yapılırken, debi arttıkça NPSH(pompa) değerinin de artacağı unutulmamalıdır. Sistemin NPSH(mevcut) değeri hesaplanmadan pompa seçmek, hatalara yol açabilir.

Aşağıda (Şekil 2.a ve Şekil 2.b) emme-basma flanş ölçüleri ve motor güçleri aynı, çark çapları farklı tasarlanmış 2 pompa için aynı debi ve basınçta oluşan farklı NPSH değerleri yer almaktadır.  Eğer sistemin NPSH(mevcut) değeri 6 m ise her iki pompanın da kullanılması uygunken, bu değerin 3 m olması durumunda ise yalnızca 2. pompanın doğru bir seçim olacağı görülmektedir.

Uygulama

a-Doğrudan negatif emiş

Pompa debisine göre emme ve basma boru çapları belirlenerek tesisat detayları oluşturulmalıdır. Emme borusu için pompa emiş flanşı ölçüsünden en az 1 boy daha büyük boru kullanılmalıdır. Pompa emiş flanşı ile ilk dirsek arasında mutlaka yatay düz boru bulunmalıdır. Yatay boru uzunluğunun en az çapının 5 katı uzunluğunda olması tavsiye edilir. Eğer dirsek pompa emişinin hemen sonrasında olur ise pompa girişindeki akış, türbülans yaratabilir. Bu da vibrasyona, akabinde de deformasyona sebep olabilir. Emiş borusu ile pompa arasındaki bağlantıda hava boşluğu kalmaması için mutlaka eksantrik redüksiyon kullanılmalıdır. Hava boşluğu yaratmamak için alınabilecek bir önlem de emişteki düz borunun pompaya doğru yükselecek şekilde (%6) eğimli montajlanmasıdır. Pompa beton kaide üzerinde çelik şaseye montajlanmalı, kaplin var ise kaçıklık ayarı mutlaka müsaade edilen tolerans değerleri içinde kalacak şekilde ayarlanmalıdır. Pompa emme ve basma flanş bağlantılarına kompanzatör konulmalıdır.

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

Emiş borusu, havuz yan duvarlarından boru çapının en az 3 katı kadar mesafede olacak şekilde montajlanmalıdır. Emiş 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 ulaşan bir girdap oluşturarak emiş borusu içine hava almaya başlayabilir. Bu da vibrasyona, gürültüye, kavitasyona ve performans düşüklüğüne, akabinde de deformasyona yol açabilir. Bu durumun önüne geçmek için su yüzeyi ile emiş borusu ucu arasında olması gereken minimum seviye aşağıdaki formülden hesaplanabilir;

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

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

D: Emiş borusu çapı (m)

Q: Debi (l/s)

Örneğin yukarıda seçimini yapmış olduğumuz 180 m³/h-25 mSS değerlerinde çalışacak pompa için minimum su seviye yüksekliği ve boru çaplarını tespit edelim;

Pompa modeli: NSCS 100-135/185

Pompa emiş flanşı: DN125

Pompa basma flanşı: DN100

180 m³/h akışın emiş 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 değerleri boru sürtünme kayıp tablolarından alınabilir.

S= 0,2 + 50 / 0,2^1,5 /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 şartları sağlandığında pompayı çalıştırmadan önce pompa gövdesinin ve emiş borusunun tamamı su ile doldurulmalıdır. Bunun için pompa gövdesi üzerindeki doldurma tapasından yararlanılabileceği gibi, basma hattına dolum için harici bir su girişi yapılabilir.

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 emiş hatlarının müstakil olması gerektiğidir. Pompa emişlerinde kolektör kullanılmamalıdır. Emiş boruları arasında en az 3 çap ölçüsünde mesafe olmadır. Bir önceki sayısal örnek için bu mesafe en az 0,6 m’dir.

c- Kendinden Emiş Tankı Uygulaması

Doğrudan negatif emiş yapan sistemlerde karşılaşılan olumsuz durumlar sebebiyle emiş tesisatı üzerine konulacak bir emiş tankı ile hem dip klapesi kullanımı zorunluluğu ortadan kalkacak hem de pompa gövdesinde sürekli su bulunması sağlanacaktır. Emiş borusu çapı doğrudan emiş uygulamasında olduğu gibi hesaplanır ancak emiş tankına en kısa mesafeden giriş yapılması zorunludur. Yatay düz boru kullanılmasına gerek yoktur.

Kapasitelerin düşük olduğu sistemlerde (1-3 m³/h) pompa imalatçılarının “kendinden emişli pompa” ya da “jet pompa” isimleri ile seri imalatını gerçekleştirdikleri pompaların kullanımı uygundur. Fakat kapasitelerin çok daha büyük olduğu, akışkanın kimyasal ya da katı partikül ihtiva ettiği için dip klapesi kullanımı uygun olmayabilir. Bu şekildeki proseslerde emiş tankı kullanmak hem pompanın susuz kalmasını engelleyerek duruş ve arızaları ortadan kaldıracak, hem de prosesin bakım periyodunu çok daha uzun hale getirecektir.

Emiş tankı hacmi hesaplanırken dikkat edilmesi gereken husus tank hacminin, emiş borusu hacminden daha fazla olması gerektiğidir. Basma hattında ise pompa çıkışının düz boru ile emiş tankından daha yüksek seviyeye ulaştırılması gerekmektedir. Emiş borusu üzerinde hiçbir ekipman bulunmamalıdır. Emiş tankı ile pompa emiş flanşı birbirine bitişik tasarlanmalıdır. Arada boru, vana çekvalf vb. eleman bulunmamalıdır.

Birden fazla pompanın paralel bağlı çalışması durumunda ise her bir pompa için ayrı emiş hattı ve ayrı emiş tankı olmalıdır.

Sahada Karşılaşılan Problemler ve Çözümleri

a-Pompa emiş yapmıyor;

Doğrudan negatif emiş yapacak sistemde pompa gövdesini su ile doldurmadan pompa çalıştırılır ise emiş 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 duruş-kalkış yaptığında emiş borusu içinde akış kopuyor olabilir. Pompa yavaş kaldırılmalıdır ya da dip klapesinde sızıntı veya arıza olabilir. Klape temizlenmeli, gerektiğinde değiştirilmelidir.

c-Pompa emiş yapıyor fakat gürültü/vibrasyon çok fazla ya da teorik hesaplanan performans değerleri pratikte gerçekleşmiyor;

• Emiş borusu ucuna girdap ile hava giriyor olabilir, emiş ucu ile su seviyesi arası mesafe artırılmalıdır.
• Pompa kaplin ayarı bozulmuş olabilir, kaplin ayarı kontrol edilmelidir.
• Dip klapesi süzgeci tıkanmış olabilir, temizlenmeli veya değiştirilmelidir.
• Su sıcaklığının hesaplanan değerden daha yüksek bir sıcaklığa ulaşmış olması sebebi ile pompa gövdesinde su, buhar fazına geçerek kavitasyona neden olabilir. Daha düşük NPSH değerine sahip bir pompa kullanılmalı ya da emiş hattındaki basınç kayıpları düşürülmelidir.
• Pompa basma hattından emiş hattına enjektör yapılabilir. (Bu yöntem daha detaylı bir hesaplama gerektirir.)

Kavitasyon

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

Sonuç

Sorunsuz bir uygulama için pompanın depo seviyesinin altında olması istenmektedir. Depo şekli ya da tesisatın elverişsizliğinden dolayı bu her zaman mümkün olmayabilir. Su transferi yapılması için zoraki durumlarda negatif emiş yapılması gerekebilir. Negatif emiş 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 görüşü alınmalıdır. Pompaların çalıştığı sistemler göz önünde bulundurulduğunda 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?IS__NEXTPAGE=startup&IS__NEXTPAGE=BDYHOME&IS__AREA=ME50&IS__COUNTRY=TURKEY&IS__BROWSER=%23%231.5%231517%23694
• 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

Tufan Çalışkan
Lowara Türkiye Distribütörü İlpa A.Ş.
Makina Mühendisi