Pompa Seçimi ve NPSH Hesabı

Pompa seçimi, boru sistemi tasarımının kritik bir adımını oluşturur. Çalışma noktası, sistem eğrisi ve NPSH kontrolü doğru yapılmadan seçilen pompa kavitasyon, verim kaybı veya sistem arızasına yol açar. TS EN ISO 9906:2012 (Türk karşılığı: TSE EN ISO 9906:2012) ve ANSI/HI standartları pompa karakterizasyonunun temel referanslarıdır.

Saha Notu: Türkiye'nin ortalama rakımı ~1.140 m'dir. Kütahya ~949 m, Erzurum ~1.890 m, Ankara ~938 m gibi yüksek irtifalı şehirlerde atmosfer basıncı deniz seviyesinden önemli ölçüde düşüktür. Bu durum NPSH hesaplarını doğrudan etkiler ve çoğu projede göz ardı edilen kritik bir parametredir.

1. Pompa Tipleri

1.1 Kinematik Pompalar (Santrifüj)

Santrifüj pompalar, dönen çark (impeller) aracılığıyla sıvıya kinetik enerji aktarır; bu enerji gövde (volüt veya difüzör) içinde basınç enerjisine dönüştürülür. Türkiye'deki sulama, içme suyu ve endüstriyel uygulamalarda yaygın olarak DSİ standartlarına uygun dalgıç tip ve yatay milli santrifüj pompalar kullanılmaktadır.

• Tek kademeli / çok kademeli santrifüj pompalar — Orta debi, geniş basma yüksekliği aralığı
• Çevresel santrifüj pompalar — Düşük debi, orta-yüksek basınç
• Dalgıç pompalar (submersible) — Derin kuyu uygulamaları; TESKİ, İSKİ ve DSİ şartnamelerinde en sık kullanılan tip
• En yaygın kullanılan tip; bu makalede esas alınmıştır.

Saha Notu: DSİ sulama projelerinde dalgıç tip derin kuyu pompaları, TS 11146 standardına uygun olmak zorundadır. Motor sargıları 500 MΩ ve üzeri yalıtım direncine sahip olmalı, maksimum çalışma sıcaklığı 30°C ile sınırlıdır.

1.2 Hacimsel Pompalar (Deplasmanlı)

Hacimsel (deplasmanlı) pompalar, sabit hacimli bir odadan sıvıyı zorla iterek akış sağlar; debi ve devir arasında doğrusal ilişki mevcuttur.

• Pistonlu, diyaframlı, dişlili pompalar — Yüksek basınç, düşük debi uygulamaları
• Viskoz veya agresif sıvıların pompajında tercih edilir

Dikkat: Hacimsel pompalar kapalı vana ile çalıştırıldığında aşırı basınç gelişir. Basınç tahliye vanası (relief valve) mutlaka monte edilmelidir. 6331 sayılı İş Sağlığı ve Güvenliği Kanunu Madde 5 kapsamında bu tedbir işveren sorumluluğundadır.

Tablo 1: Hacimsel Pompalar (Deplasmanlı)

2. Pompa Karakteristik Eğrileri

Santrifüj pompaların dört temel eğrisi, pompanın tüm çalışma aralığındaki davranışını tanımlar ve pompa kataloglarında TS EN ISO 9906:2012 sınıflandırmasına göre sunulur.

1. H-Q eğrisi (basma yüksekliği – debi): Debi arttıkça basma yüksekliği azalır. Eğrinin formu özgül hıza bağlıdır; düz eğrili pompalar sistem eğrisi değişimlerine karşı daha kararlıdır.
2. P-Q eğrisi (güç – debi): Çoğu pompa için debi artınca güç artar. "Non-overloading" karaktere sahip pompalar (aksenel pompalar gibi) max. güçte BEP yakınında çalışır.
3. η-Q eğrisi (verim – debi): BEP (Best Efficiency Point — En Yüksek Verim Noktası) etrafında tepe verir; BEP ±%30 aralığı dışında çalışma verimde ciddi düşüşe neden olur.
4. NPSH_r-Q eğrisi: Debi arttıkça NPSH_r artar (kavitasyon riski). Bu eğri pompanın 3% performans düşüşü yaşandığı noktada belirlenir (TS EN ISO 9906:2012 Madde 5.2).

Saha Notu: Türkiye'de DSİ sulama pompaları için TS EN ISO 9906:2012 Sınıf 1B veya 2B kabul testleri yapılmaktadır. Sınıf 1B: debi toleransı +6%/−0%, Sınıf 2B: +8%/−0% ile daha geniş tolerans tanımlar.

Dikkat: Pompa eğrileri, akışkan yoğunluğu 997 kg/m³ ve kinematik viskozite 1 mm²/s olan soğuk su için geçerlidir. Farklı sıcaklık veya yoğunluklarda düzeltme faktörü uygulanmalıdır.

3. Sistem Eğrisi

Bir boru sisteminin gerektirdiği toplam basma yüksekliği Bernoulli denkleminden türetilir:

$H_{sys} = H_{statik} + h_f + h_m + \frac{V_2^2 - V_1^2}{2g}$

Burada:

• $H_{statik}$ = statik basma yüksekliği (emme rezervuar yüzeyi – basma noktası farkı) (m)
• $h_f$ = sürtünme kayıpları (m) — Darcy-Weisbach veya Hazen-Williams
• $h_m$ = yerel yük kayıpları (vana, dirsek vb.) (m)
• $V^2/2g$ = hız yükleri farkı (küçük sistemlerde ihmal edilebilir)

Sürtünme kayıpları debinin karesiyle orantılı olduğundan sistem eğrisi parabol şeklinde:

$H_{sys} = H_{statik} + k \cdot Q^2$

Darcy-Weisbach formülü ile boru sürtünme kaybı:

$h_f = f \cdot \frac{L}{D} \cdot \frac{V^2}{2g}$

Burada $f$ Darcy sürtünme katsayısı, Colebrook-White denklemi ile belirlenir:

$\frac{1}{\sqrt{f}} = -2\log\left(\frac{\varepsilon/D}{3.7} + \frac{2.51}{Re\sqrt{f}}\right)$

Tablo 2: Sistem Eğrisi

Saha Notu: PVC ve HDPE borular Türkiye'de İller Bankası ve DSİ içme/sulama projelerinde tercih edilen malzemelerdir. TS EN 1452 (PVC-U basınçlı boru) ve TS EN 12201 (HDPE basınçlı boru) standartlarına uygunluk aranmaktadır.

3.1 Değişken Debili Sistemler ve Paralel Pompa Bağlantısı

Değişken debi gerektiren sistemlerde (sulama, içme suyu şebekeleri) iki pompa paralel bağlanarak debi artırılabilir:

$Q_{toplam} = Q_1 + Q_2 \text{ (aynı } H_m \text{ değerinde)}$

Dikkat: Paralel bağlı iki pompadan yalnızca biri çalışırken, çalışma noktası değişir ve kalan pompa beklenenden farklı bir debide çalışır. Bu durum önceden sistem eğrisi analizi ile tespit edilmeli ve her iki çalışma durumu için pompa seçimi yapılmalıdır.

Seri bağlantıda ise basma yüksekliği toplanır:

$H_{toplam} = H_1 + H_2 \text{ (aynı } Q \text{ değerinde)}$

4. Çalışma Noktası

Pompanın H-Q karakteristik eğrisi ile sistem eğrisinin kesişim noktasıdır. Pompa bu noktada verimli çalışır ve gerçek çalışma debisi sistemin talebiyle dengededir.

Optimum seçim kriteri: Çalışma noktası, pompanın BEP'inin %70–120 debi aralığında olmalıdır (ANSI/HI 9.6.3-2017).

Tablo 3: Çalışma Noktası

Saha Notu: Türkiye'deki sulama sistemlerinde sezon başı (max. debi) ve sezon sonu (min. debi) çalışma noktaları genellikle önemli ölçüde farklılaşır. DSİ Teknik Şartnamesine göre pompanın tüm çalışma aralığında sistem eğrisi çizilerek kontrol yapılması zorunludur.

5. NPSH Hesabı

5.1 Tanım

NPSH (Net Positive Suction Head — Emmedeki Net Pozitif Yük), emme tarafında kavitasyonu önlemek için gereken minimum enerji düzeyini tanımlar. TS EN ISO 9906:2012 ve ANSI/HI 9.6.1-2017'de temel alınan iki parametre:

NPSHr (Required — Gerekli): Pompa imalatçısı tarafından deneysel olarak belirlenir. Pompa performansının %3 düşmesine yol açan emme basıncı noktasıdır (TS EN ISO 9906:2012 Madde 5.2).

NPSHa (Available — Mevcut): Tesisat koşullarına göre mühendis tarafından hesaplanır. Tesisat NPSHa değeri her zaman pompanın NPSHr değerinden güvenlik payı kadar büyük olmalıdır.

5.2 NPSHa Hesap Formülü

$NPSH_a = \frac{P_{atm} - P_{v}}{\rho g} + H_z - h_f$

Daha kapsamlı formülle:

$NPSH_a = h_1 + h_{ss} - h_f - h_{vp}$

Burada:

• $h_1$ = sıvı yüzeyinin üzerindeki mutlak basınç yüksekliği (m) = $P_{atm}/(\rho g)$
• $h_{ss}$ = emme tarafı statik yükseklik; pompa sıvı seviyesinin üstündeyse negatif alınır (m)
• $h_f$ = emme hattı sürtünme kayıpları (m)
• $h_{vp}$ = sıvının buhar basıncı yüksekliği (m) = $P_v/(\rho g)$

Su için buhar basıncı sıcaklıkla değişir:

Tablo 4: NPSHa Hesap Formülü

5.3 Türkiye'ye Özgü: Deniz Seviyesinden Yükseklik Düzeltmesi

Türkiye'nin ortalama rakımı ~1.140 m olduğundan yükseklik düzeltmesi büyük önem taşır:

$h_1(yükseklik) = h_1(deniz) - \frac{yükseklik(m)}{900}$

Her 100 m yükseklik için $P_{atm} \approx 0.012$ MPa azalır; $h_1$ yaklaşık 1.1 m düşer.

Tablo 5: Türkiye'ye Özgü: Deniz Seviyesinden Yükseklik Düzeltmesi

Saha Notu: Kütahya (~949 m) gibi yüksek rakımlı illerde kurulacak pompa istasyonlarında NPSHa hesabı deniz seviyesinden 1.05 m daha düşük atmosfer başlangıç değeriyle yapılmalıdır. Bu değer göz ardı edildiğinde, santrifüj pompa uygulamalarında beklenmedik kavitasyon sorunları ortaya çıkabilir.

5.4 Kavitasyon Koşulu

Kavitasyon olmaması için temel kural:

$NPSH_a \geq NPSH_r + \delta$

$\delta$ = güvenlik payı; ANSI/HI 9.6.1-2017 gereği minimum 0.5 m, yüksek irtifali konumlarda 1.0 m ve üzeri önerilir.

Tablo 6: Kavitasyon Koşulu

6. Maksimum Emme Yüksekliği

$H_{emme,max} = \frac{P_{atm}}{\rho g} - \frac{P_v}{\rho g} - NPSH_r - h_{f,emme}$

Deniz seviyesinde, 20°C suda:

$H_{emme,max} = 10.33 - 0.24 - NPSH_r - h_f$

Kütahya (~950 m) için düzeltilmiş formül:

$H_{emme,max} = 9.28 - 0.24 - NPSH_r - h_f$

Örnek: $NPSH_r = 3\text{ m}$, $h_f = 0.5\text{ m}$ →

• Deniz seviyesinde: $H_{emme,max} = 6.59\text{ m}$
• Kütahya (950 m) için: $H_{emme,max} = 5.54\text{ m}$ → 1.05 m daha az emme kapasitesi!

Dikkat: Yüksek irtifada emme kapasitesindeki bu düşüş, mevcut projelerin yeniden değerlendirilmesini gerektirebilir. Özellikle yer altı su kaynaklarından emişte, pompa konumu sıvı seviyesine mümkün olduğunca yakın tutulmalıdır.

7. Pompa Gücü Hesabı

Hidrolik güç (faydalı):

$P_{hid} = \rho g Q H = 9810 \cdot Q \cdot H \quad (\text{W;} \: Q \text{ m}^3/\text{s,} \: H \text{ m})$

Mil gücü (şaft gücü):

$P_{şaft} = \frac{P_{hid}}{\eta_{pompa}}$

Motor gücü:

$P_{motor} = \frac{P_{şaft}}{\eta_{motor}} \geq 1.15 \cdot P_{şaft}$

(1.15 güvenlik katsayısı, ANSI/HI önerisi; büyük debili DSİ sulama pompalarında 1.20 kullanılması tavsiye edilir)

Özgül hız (tip numarası):

$n_s = \frac{n \sqrt{Q}}{H^{3/4}}$

Burada $n$ = devir (rpm), $Q$ = debi (m³/s), $H$ = basma yüksekliği (m).

Tablo 7: Pompa Gücü Hesabı

7.1 Motor Verimliliği — Türkiye Mevzuatı

Türkiye'de 2023 itibarıyla Avrupa Birliği direktiflerine paralel olarak IE3 verim sınıfı zorunlu minimum gereklilik haline gelmiştir. Bilim, Sanayi ve Teknoloji Bakanlığı Tebliği (AB EC/640/2009 direktifine paralel düzenleme) kapsamında:

• 0.75–375 kW aralığındaki motorlar: IE3 veya üstü
• IE4 (Ultra Premium) sınıfı: Üst düzey verimlilik, uzun vadeli enerji tasarrufu

Tablo 8: Motor Verimliliği — Türkiye Mevzuatı

7.2 Frekans Dönüştürücü (VFD) ile Enerji Tasarrufu

Değişken debi gerektiren pompa sistemlerinde frekans dönüştürücü (VFD — Variable Frequency Drive) kullanımı Affinite Yasaları sayesinde önemli enerji tasarrufu sağlar:

$\frac{Q_2}{Q_1} = \frac{n_2}{n_1}, \quad \frac{H_2}{H_1} = \left(\frac{n_2}{n_1}\right)^2, \quad \frac{P_2}{P_1} = \left(\frac{n_2}{n_1}\right)^3$

Örnek: Motor hızı %80'e düşürüldüğünde güç tüketimi $0.8^3 = 0.512$, yani %49 azalır!

Tablo 9: Frekans Dönüştürücü (VFD) ile Enerji Tasarrufu

8. Kavitasyon — Mekanizma, Tipleri ve Önleme

Kavitasyon, pompa emme hattında sıvının buhar basıncının altına düşen bölgelerde buhar kabarcıklarının oluşup yüksek basınçlı bölgelerde ani çökmesiyle meydana gelen fiziksel bir olgudur. Her çöküş sırasında binlerce bar mertebesinde anlık basınç dalgalanması oluşur ve çark yüzeyi erozyona uğrar.

8.1 Kavitasyon Tipleri

1. Buharlaşma kavitasyonu (NPSHa eksikliği): En yaygın tip. Düşük emme basıncı sonucu sıvı buharlaşır.
2. Türbülanslı kavitasyon: Dirsek, vana ve filtreden kaynaklanan girdaplar pompa girişinde basınç düşüşüne yol açar.
3. Dahili devridaim kavitasyonu: Pompa BEP'in çok uzağında (özellikle düşük debide) çalıştırıldığında oluşur.
4. Şerit (blade through) kavitasyonu: Çark ile pompa gövdesi arasındaki boşluk aşırı küçük olduğunda hız artışı kavitasyona neden olur.

8.2 Kavitasyon Önleyici Yapısal Tedbirler

• Emme borusu kısa ve düz tutulmalıdır: Dirsek sayısı minimuma indirilmeli, her dirsek eklendiğinde eşdeğer boru uzunluğu hesabına dahil edilmelidir
• Ekzantrik redüksiyon kullanılmalıdır: Basma tarafında konsantrik redüksiyon uygulanırken emme tarafında ekzantrik (üstten düz) redüksiyon kullanılır; hava kabarcığı birikmesi önlenir
• Emme hattında süzgeç (strainer) kullanımı: Kirli sularda emme kapağı ve dik tip filtre yerleştirilmesi; her filtre için ek kayıp hesaplamak gerekir
• Pompanın sıvı yüzeyine yakın konumlandırılması: Emme yüksekliği minimize edilir; mümkünse flooded suction (sıvı seviyesi pompanın üstünde) tercih edilir
• Sıvı sıcaklığını kontrol: Yaz dönemi yüzey suyu sıcaklığı 30–35°C'ye ulaşabilir; buhar basıncı artışı NPSHa'yı olumsuz etkiler

8.3 Su Darbesi (Water Hammer)

Pompanın ani durması veya vanaların hızlı açılıp kapanması durumunda basma hattında su darbesi (hidrolik darbe) oluşur. Joukowsky denklemi ile anlık basınç artışı:

$\Delta P = \rho \cdot a \cdot \Delta V$

Burada $a$ = dalga yayılma hızı (m/s), $\Delta V$ = akış hızı değişimi (m/s). Boru hatları için $a = 800–1400$ m/s aralığındadır.

Su darbesi önleyici elemanlar:

• Hava kazanı (air vessel) veya basınç kazanı (surge vessel)
• Yavaş kapanan (slow-closing) vana veya motorlu vana
• Tek yönlü denge bacası (one-way surge tank)

Saha Notu: DSİ pompa istasyonu projelerinde su darbesi hesabı raporu hazırlanması zorunludur. Hesap yöntemi: karakteristikler metodu (method of characteristics — MOC) kullanılarak bilgisayar destekli analiz yapılmalıdır.

9. Emme Hattı Tasarım Kılavuzu

Bu bölüm, Türkiye saha koşullarında pompa emiş hattı tasarımında uyulması gereken kuralları özetlemektedir.

Tablo 10: Emme Hattı Tasarım Kılavuzu

Pompa seçim süreci akış diyagramı konunun karar ağacı yapısını içerdiğinden Mermaid diyagramı olarak üretilmiştir:

10. Sayısal Örnek (Orijinal)

Verilen:

• $Q = 50\text{ m}^3/\text{h} = 0.0139\text{ m}^3/\text{s}$
• $H_{statik} = 15\text{ m}$
• $h_f = 5\text{ m}$ (toplam kayıp)
• Su sıcaklığı = 20°C
• Emme yüksekliği (pompa+) = +3 m (sıvı seviyesi pompa altında)
• Seçilen pompa: $NPSH_r = 2.5\text{ m}$ (Q = 50 m³/h için)

1. Toplam basma yüksekliği:

$H_{toplam} = 15 + 5 = 20\text{ m}$

2. NPSHa hesabı:

$NPSH_a = \frac{101.3}{9.81} - 0.24 - 3 - 0.5 = 10.33 - 0.24 - 3 - 0.5 = 6.59\text{ m}$

3. Kavitasyon kontrolü:

$NPSH_a = 6.59\text{ m} > NPSH_r + 0.5 = 3.0\text{ m} \checkmark$

4. Hidrolik güç:

$P = 9810 \times 0.0139 \times 20 = 2727\text{ W} = 2.73\text{ kW}$

5. Motor gücü ($\eta = 0.72$):

$P_{motor} = \frac{2.73}{0.72} = 3.79\text{ kW} \rightarrow 4\text{ kW motor seç}$

11. Örnek Problemler

Problem 1 — Kolay 🟢

Senaryo: Ankara'da (~938 m rakım) kurulu bir sulama sisteminde santrifüj pompa seçimi yapılacaktır.

Veriler:

• Debi: Q = 30 m³/h = 0.00833 m³/s
• Statik basma yüksekliği: H_statik = 12 m
• Toplam boru kayıpları: h_f = 3 m
• Su sıcaklığı: T = 20°C
• Emme yüksekliği: h_ss = +2 m (sıvı pompanın altında)
• Emme hattı kayıpları: h_f,emme = 0.3 m
• Katalogdan seçilen pompa: NPSH_r = 2.0 m (Q = 30 m³/h için)
• Pompa verimi: η_p = 0.70, Motor verimi: η_m = 0.92

İstenen: (1) Toplam basma yüksekliği, (2) NPSHa, (3) Kavitasyon kontrolü, (4) Motor gücü

Çözüm:

Adım 1 — Toplam basma yüksekliği: $H_{toplam} = H_{statik} + h_f = 12 + 3 = 15\text{ m}$

Adım 2 — Ankara için h₁ düzeltmesi: $h_1 = 10.33 - \frac{938}{900} = 10.33 - 1.04 = 9.29\text{ m}$

Adım 3 — NPSHa hesabı (T = 20°C → h_vp = 0.24 m): $NPSH_a = h_1 - h_{ss} - h_{f,emme} - h_{vp} = 9.29 - 2.0 - 0.3 - 0.24 = 6.75\text{ m}$

Adım 4 — Kavitasyon kontrolü: $NPSH_a = 6.75\text{ m} \geq NPSH_r + 0.75 = 2.75\text{ m} \checkmark$ (800–1200 m aralığında δ = 0.75 m alındı)

Adım 5 — Hidrolik güç: $P_{hid} = 9810 \times 0.00833 \times 15 = 1226\text{ W} = 1.23\text{ kW}$

Adım 6 — Motor gücü: $P_{motor} = \frac{P_{hid}}{\eta_p \times \eta_m} \times 1.15 = \frac{1.23}{0.70 \times 0.92} \times 1.15 = \frac{1.23}{0.644} \times 1.15 = 2.20\text{ kW}$

Sonuç: H = 15 m, NPSHa = 6.75 m > 2.75 m , P_motor = 2.20 kW → 2.2 kW veya 3 kW standart motor seç

Kontrol: BEP ±%30 aralığı kontrolü için katalog eğrisi incelenmeli, çalışma noktası Q=30 m³/h, H=15 m noktasına karşılık gelmelidir.

Problem 2 — Orta 🟡

Senaryo: DSİ sulama projesinde 610 m uzunluğunda boru hattı sonunda 40 m kot farkındaki havuza Q = 75 m³/h su basılacaktır.

Veriler:

• Q = 75 m³/h
• Statik yükseklik farkı: H_g = 40 m (pompa kotundan havuz taşma kotuna)
• Emiş tarafı statik yükseklik: h_se = 5 m (pompanın su yüzeyinin üstünde)
• Emiş tarafı toplam eşdeğer boru boyu = 22.5 m (6 m düz + alçak valf 10 m + dirsek 4.5 m + 2 m diğer)
• Emiş hattı 5" çap için sürtünme katsayısı: 2.458/100 m
• Basma hattı 4" çap, toplam eşdeğer uzunluk = 629.25 m
• Basma hattı 4" çap için sürtünme katsayısı: 7.01/100 m

İstenen: Toplam manometrik basma yüksekliği (Hm)

Çözüm:

Adım 1 — Toplam statik yükseklik: $H_g = h_{sb} + h_{se} = 40 + 5 = 45\text{ mSS}$

Adım 2 — Emiş hattı kaybı: $H_{ke} = 22.5 \times \frac{2.458}{100} = 0.553\text{ mSS}$

Adım 3 — Basma hattı kaybı: $H_{kb} = 629.25 \times \frac{7.01}{100} = 44.11\text{ mSS}$

Adım 4 — Toplam manometrik basma yüksekliği: $H_m = H_g + H_{ke} + H_{kb} = 45 + 0.553 + 44.11 = 89.66\text{ mSS}$

Sonuç: Seçilecek pompanın değerleri: Q = 75 m³/h, H_m ≈ 90 mSS olmalıdır.

Kontrol: Yalnızca H_g = 40 m esas alınsaydı, boru kayıpları toplamı (44.66 m) statik yükseklikten büyük olduğu için pompa sisteme yetersiz kalacaktı. Kayıp hesabının önemi vurgulanmaktadır.

Problem 3 — Zor

Senaryo: Kütahya (~950 m rakım) ilinde kurulu bir sanayi tesisi için NPSH kapsamlı çok adımlı pompa seçimi yapılacaktır. Tesisin sağ üst köşesinde konumlu su deposundan (üstten beslemeli — flooded suction) 80°C sıcaklıkta proses suyu pompalanacaktır.

Veriler:

• Debi: Q = 120 m³/h = 0.0333 m³/s
• Statik basma yüksekliği: H_statik = 25 m
• Emme yüksekliği: h_ss = −1.5 m (flooded: pompa su yüzeyinden 1.5 m aşağıda)
• Emme hattı sürtünme kaybı: h_f,emme = 0.6 m (kısa, düz hat)
• Toplam basma hattı kayıpları: h_f = 8 m
• Su sıcaklığı: T = 80°C → h_vp = 4.83 m (Tablo 4'ten)
• Katalog NPSH_r = 3.5 m (Q = 120 m³/h için)
• Pompa verimi: η_p = 0.78, Motor verimi: η_m = 0.93 (IE3 sınıfı)

İstenen: (1) Kütahya için düzeltilmiş h₁, (2) NPSHa, (3) Kavitasyon kontrolü, (4) Motor gücü, (5) Özgül hız ve çark tipi, (6) VFD ile kısmi yükte güç (Q = 80 m³/h senaryosu)

Çözüm:

Adım 1 — Kütahya yükseklik düzeltmesi: $h_1 = 10.33 - \frac{950}{900} = 10.33 - 1.056 = 9.274\text{ m}$

Adım 2 — NPSHa hesabı (T = 80°C, h_vp = 4.83 m, flooded: h_ss = −1.5 m → pozitif katkı): $NPSH_a = h_1 - (-h_{ss}) - h_{f,emme} - h_{vp}$ Flooded suction'da h_ss negatif alınır: pompanın su yüzeyinin altında olması NPSHa'yı artırır. $NPSH_a = 9.274 + 1.5 - 0.6 - 4.83 = 5.344\text{ m}$

Adım 3 — Kavitasyon kontrolü (950 m için δ = 1.0 m): $NPSH_a = 5.344\text{ m} \geq NPSH_r + \delta = 3.5 + 1.0 = 4.5\text{ m} \checkmark$ Fark = 0.844 m → Kabul edilebilir fakat 80°C sıcak su için dikkatli izleme önerilir

Adım 4 — Toplam basma yüksekliği ve güç: $H_{toplam} = 25 + 8 = 33\text{ m}$ $P_{hid} = 9810 \times 0.0333 \times 33 = 10.773\text{ kW}$ $P_{motor} = \frac{10.773}{0.78 \times 0.93} \times 1.20 = \frac{10.773}{0.7254} \times 1.20 = 17.83\text{ kW}$

Standart motor: 18.5 kW IE3 motor seçilir.

Adım 5 — Özgül hız ve çark tipi (n = 1450 rpm varsayılan): $n_s = \frac{1450 \times \sqrt{0.0333}}{33^{3/4}} = \frac{1450 \times 0.1825}{15.76} = \frac{264.6}{15.76} = 16.8$

$n_s = 16.8 < 30$ → Radyal akışlı çark (yüksek basınç, orta debi). Bu aralık için santrifüj tipte çok kademeli pompa veya yüksek devir uygulanabilir.

Adım 6 — VFD ile kısmi yük (Q_2 = 80 m³/h = Q_1 × 0.667): $\frac{n_2}{n_1} = \frac{Q_2}{Q_1} = \frac{80}{120} = 0.667$ $\frac{P_2}{P_1} = \left(\frac{n_2}{n_1}\right)^3 = 0.667^3 = 0.296$ $P_{motor,kısmi} = 17.83 \times 0.296 = 5.28\text{ kW}$

Enerji tasarrufu (tam yük – kısmi yük farkı): 17.83 − 5.28 = 12.55 kW → Günde 8 saat çalışmada yıllık $12.55 \times 8 \times 365 \times 4.5 = 164.580\text{ TL}$ enerji tasarrufu (4.5 TL/kWh referans birim fiyatı)

Sonuç:

• H = 33 m, Q = 120 m³/h
• NPSHa = 5.344 m > 4.5 m (Kütahya rakım + 80°C düzeltmesi dahil)
• P_motor = 18.5 kW IE3 motor
• n_s = 16.8 → Radyal çark, yüksek devir santrifüj pompa
• VFD yatırımı kısmi yük çalışmasında yıllık ~164.580 TL tasarruf potansiyeli

Hesap Aracı

[Hesap Aracı Linki] — Pompa Seçimi ve NPSH Hesaplayıcı

Yönetmelik Referansı: DSİ Teknik Şartnamesi, TS EN ISO 9906:2012, ANSI/HI 9.6.1-2017, ANSI/HI 9.6.3-2017, TS 11146, 6331 sayılı İSG Kanunu

Parametre Tablosu — Pompa Seçimi ve NPSH Parametreleri

Tablo 11: Parametre Tablosu — Pompa Seçimi ve NPSH Parametreleri

12. Sık Yapılan Hatalar

1. NPSHa güvenlik payını göz ardı etmek: $NPSH_a = NPSH_r$ kabul edilmesi yanlıştır. Mutlaka $NPSH_a \geq NPSH_r + 0.5\text{ m}$ (irtifaya göre 1.0–1.5 m) sağlanmalıdır. Sınır değerde pompa kavitasyona girebilir.

2. Çalışma noktasını BEP dışında bırakmak: Pompa debi ve basması BEP'in %70–120 aralığı dışında seçilirse mekanik titreşim, erken rulman arızası ve düşük verim ile karşılaşılır (ANSI/HI 9.6.3-2017).

3. Sistem eğrisini sabit yük olmadan hesaplamak: Statik yükseklik değişen sistemlerde (depo seviye değişimi) dinamik sistem eğrisi ve minimum/maksimum çalışma noktaları ayrı ayrı incelenmelidir.

4. Yükseklik düzeltmesini yapmamak: Türkiye'nin yüksek irtifali şehirlerinde (Ankara, Kütahya, Erzurum vb.) $P_{atm}$ azalır; NPSHa hesabında yükseklik düzeltmesi ihmal edildiğinde kavitasyon riski artar. Kütahya'da bu fark 1.05 m'ye ulaşır.

5. Motor gücünü tam yüke göre seçmemek: Motorun en az %15–20 güvenlik katsayısıyla seçilmesi (ANSI/HI önerisi 1.15× şaft gücü; DSİ sulama projelerinde 1.20×) gerekir. Düşük güç seçimi termal arızaya yol açar.

6. IE3 altı motor kullanmak: 2023 sonrası Türkiye mevzuatı (TS EN 60034-30-1 kapsamında) IE3 altı motor kullanımını kısıtlamıştır. Kamu ihalelerinde IE2 motor teklifi reddedilebilir.

7. Sıcak sıvı için buhar basıncını görmezden gelmek: 60°C ve üzerindeki sıvılarda h_vp değeri hızla artar (60°C için 2.03 m, 80°C için 4.83 m). NPSHa hesabına dahil edilmezse kavitasyon kaçınılmazdır.

8. Ekzantrik redüksiyon yerine konsantrik kullanmak: Emme hattında konsantrik redüksiyon kullanıldığında hava kabarcıkları emme borusunun tepesinde birikir ve kavitasyona zemin hazırlar.

Yönetmelik Referansı

Tablo 12: Yönetmelik Referansı

Kaynaklar

1. TS EN ISO 9906:2012, Rotodinamik Pompalar — Hidrolik Performans Kabul Deneyleri, TSE, Ankara.
2. ANSI/HI 9.6.1-2017, Rotodynamic Pumps — Guideline for NPSH Margin, Hydraulic Institute.
3. ANSI/HI 9.6.3-2017, Rotodynamic Pumps — Allowable Operating Region, Hydraulic Institute.
4. DSİ Pompa İstasyonu Proje Yapımı Teknik Şartnamesi, Devlet Su İşleri Genel Müdürlüğü, Ankara.
5. Orhan, N., Kaya, E., Çalışır, S. (2012). "Pompa Denemelerinde Kullanılan Farklı Güç Ölçme Yöntemleri", Selçuk Üniversitesi Ziraat Fakültesi Dergisi, 8(2), 137–145. doi:10.15832/tbd
6. Raifoğlu, Y. (1999). Bilgisayar Destekli Su Darbesi Analizi, YTÜ Fen Bilimleri Enstitüsü Yüksek Lisans Tezi, İstanbul.
7. Bursa Teknik Üniversitesi Makine Mühendisliği Bölümü (2023). Pompa Deney Föyü, BTU Makine Bölümü, Bursa.
8. Ankara Üniversitesi Ziraat Fakültesi (2022). Pompaj Tesislerinde Seçim ve İşletme, Bölüm 6. Açık Ders Kaynağı.
9. Standart Pompa San. Tic. A.Ş. (2013). Santrifüj Pompalarda Kavitasyon Problemi ve MEY Hesabı, POMSAD 8. Kongre Bildirisi.
10. Bilim, Sanayi ve Teknoloji Bakanlığı Tebliği: IE Serisi Verimli Motorlar, Resmî Gazete (AB EC/640/2009 direktifine paralel).
11. TESKİ Genel Müdürlüğü (2022). Temiz Su Dalgıç Tip Pompa ve Motorlara Ait Teknik Şartname, Tekirdağ Su ve Kanalizasyon İdaresi.

İlgili Hesaplama Araçları

Bu konuyla ilgili ücretsiz mühendislik hesaplama araçlarımızla ön tasarım ve kontrol yapabilirsiniz:

• Boru Çapı Hesaplama
• Pompa Gücü Hesaplama

Önemli Mühendislik Uyarısı: Bu içerik yalnızca bilgilendirme amaçlıdır; nihai tasarım, hesap ve uygulama kararları, güncel yönetmelikler ile proje koşulları çerçevesinde yetkili bir inşaat mühendisinin denetiminde alınmalıdır. Sayısal örnekler ve formüller genel mühendislik pratiğini yansıtır; her projenin kendine özgü zemin, yük ve çevre koşulları proje müellifince ayrıca değerlendirilmelidir.