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.

Özet

Santrifüj pompalar, debi-basma yüksekliği (H-Q) karakteristik eğrisi ile sistem eğrisinin kesiştiği noktada çalışır. Bu çalışma noktasının pompanın en yüksek verim noktası (BEP) etrafında ±%30 aralığında olması, ANSI/HI 9.6.3-2017 gereği zorunludur. NPSH (Net Positive Suction Head — Emmedeki Net Pozitif Yük) hesabı, kavitasyonu önlemenin temel aracıdır. Türkiye'deki yüksek irtifali kentlerde atmosfer basıncı düşmesi nedeniyle güvenlik payı standart değerlerin üzerinde tutulmalıdır. Pompa motoru seçiminde IE3 ve üstü verim sınıfı artık Türkiye mevzuatı (Çevre ve Şehircilik Bakanlığı) kapsamında zorunlu tutulmaktadır. DSİ Teknik Şartnamesi, sulama tesislerindeki pompa seçim kriterlerini ve kabul test toleranslarını belirlemektedir.

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.

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:

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

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).

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:

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.

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.

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):

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

Bu formüldeki sembollerBu formülde geçen işaretler7 sembol · göster/gizle

Ş

Olası sonucun şiddet puanı

Boyutsuz

ρ

Oran, yoğunluk veya donatı oranı ailesi

bağlama bağlı

Disipline göre farklı anlam taşıyabilir.

H

Yükseklik veya hidrolik yük

m

Yapı yüksekliği, su yükü veya kot farkı anlamında kullanılabilir.

Q

Debi

m³/s, L/s

Birim zamanda geçen su hacmidir.

g

Yerçekimi ivmesi

m/s²

Genellikle 9,81 m/s² alınır.

W

Ağırlık, su/çimento oranı veya bağlama göre W terimi

bağlama bağlı

Alt indis ve birim sistemiyle kontrol edilmelidir.

m

Kütle, katsayı veya eğim parametresi

kg, Boyutsuz

Alt indis ve bağlam anlamı belirler.

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).

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

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!

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.

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 × 8 × 365 = 36.646 kWh enerji tasarrufu sağlanır. Temsili bir birim fiyatla (örn. 4.5 TL/kWh) bu, yaklaşık 164.900 TL/yıl tasarrufa karşılık gelir (değer yalnızca illustratif olup güncel tarife ve işletme koşullarına göre değişir).

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 ≈ 36.600 kWh tasarruf potansiyeli (temsili tarifeyle illustratif TL karşılığı yukarıda verilmiştir)

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

Dalgıç Pompa Seçimi: Kuyu, Debi ve Basma Yüksekliği Birlikte Okunmalı

Dalgıç pompa seçimi, kuru tip santrifüj pompa seçiminden farklıdır; çünkü pompa emme hattı üzerinde değil, su içinde çalışır. Bu nedenle seçim yalnızca katalogdaki debi-basınç noktasına göre değil; kuyu çapı, dinamik su seviyesi, kuyu verimi, motor soğutması, kum riski ve kabul deney sınıfı birlikte değerlendirilerek yapılmalıdır.

Derin Kuyu İçin Seçim Verileri

Tablo: Derin Kuyu İçin Seçim Verileri özeti.

Dalgıç pompanın toplam dinamik basma yüksekliği şu şekilde yazılabilir:

$$H_{TDH}=H_{geo}+s+h_f+h_m+H_{servis}$$

Burada $H_{geo}$ geometrik kot farkı, $s$ pompaj sırasında oluşan düşüm, $h_f$ boru sürtünme kaybı, $h_m$ yerel kayıplar ve $H_{servis}$ çıkışta istenen artık basınç yüksekliğidir. Pompa eğrisi, bu $H_{TDH}$ değerinde istenen debiyi sağlayacak şekilde okunmalıdır; hidrolik performansın kabulü için rotodinamik pompalarda TS EN ISO 9906 deney sınıfları kullanılır.

Dalgıç Pompalarda NPSH Nasıl Yorumlanır?

Dalgıç pompada pompa gövdesi su altında olduğu için klasik “emme borusu kaybı” kuru montajlı pompaya göre farklılaşır. Yine de kavitasyon riski tamamen ortadan kalkmaz; pompa girişindeki mutlak basınç, su sıcaklığına bağlı buhar basıncı, giriş kayıpları ve pompa üreticisinin verdiği NPSH gereksinimi birlikte kontrol edilmelidir.

Pratik seçimde şu kontrol yapılır:

$$NPSH_a > NPSH_r + \Delta H_{güvenlik}$$

Bu eşitsizlik sağlanmıyorsa daha düşük devirli pompa, daha büyük giriş kesiti, daha düşük işletme debisi veya daha derin montaj kotu değerlendirilir. Ancak montaj kotu seçilirken pompanın kuyu tabanına çok yaklaştırılması da doğru değildir; tabandan kum çekme riski artabilir.

Kuyu Verimi Pompa Debisinden Önce Gelir

Pompa debisi, kuyunun sürdürülebilir veriminden büyük seçilirse sistem ilk çalıştırmada debiyi sağlayabilir; fakat su seviyesi hızla düşer, motor soğutması zayıflar ve pompa kuru çalışma korumasına düşebilir. Bu nedenle dalgıç pompa seçimi yapılırken katalog debisi değil, deneme pompajı ile doğrulanan güvenli kuyu debisi esas alınmalıdır.

Tablo: Kuyu Verimi Pompa Debisinden Önce Gelir özeti.

Bu kontrol, özellikle tarımsal sulama, içme suyu temini ve şantiye drenajı gibi uzun süreli işletmelerde kritik hale gelir. Kuyu verisi yoksa yalnızca boru çapına ve motor gücüne bakarak dalgıç pompa seçimi yapılmamalıdır.

Uygulama: Dalgıç Pompa Seçimi İçin Kısa Hesap

Bir kuyuda istenen işletme debisi $Q=18\ \text{m}^3/\text{h}$ olsun. Statik su seviyesi zemin kotundan 22 m aşağıda, deneme pompajında dinamik su seviyesi 38 m aşağıda ölçülmüştür. Depo giriş kotu zeminden 14 m yukarıdadır. Boru ve fittings kayıpları seçilen debide 9 m, depo girişinde istenen servis basıncı 6 mSS alınmıştır.

$$H_{geo}=38+14=52\ \text{m}$$ $$H_{TDH}=52+9+6=67\ \text{m}$$

Bu durumda katalogda $Q=18\ \text{m}^3/\text{h}$ debide yaklaşık $67\ \text{m}$ basma yüksekliği veren pompa aranır. Seçilen pompanın çalışma noktası eğrinin uç bölgesinde kalıyorsa bir üst veya alt kademe sayısı, farklı çark çapı ya da frekans kontrollü işletme değerlendirilmelidir; pompanın hidrolik kabulü TS EN ISO 9906 kapsamındaki deney sınıfı ile ilişkilendirilir.

Motor Gücü Kontrolü

Hidrolik güç yaklaşık olarak şu bağıntıyla hesaplanır:

$$P_h=\rho g Q H$$

$Q=18\ \text{m}^3/\text{h}=0{,}005\ \text{m}^3/\text{s}$, $H=67\ \text{m}$, $\rho=1000\ \text{kg/m}^3$ ve $g=9{,}81\ \text{m/s}^2$ için:

$$P_h=1000 \times 9{,}81 \times 0{,}005 \times 67=3{,}29\ \text{kW}$$

Pompa ve motor toplam verimi $\eta=0{,}62$ alınırsa mil gücü yaklaşık:

$$P_m=\frac{3{,}29}{0{,}62}=5{,}31\ \text{kW}$$

Bu değer yalnızca ilk boyutlandırma içindir. Nihai motor gücü; üretici eğrisi, servis faktörü, gerilim düşümü, kalkış yöntemi ve yürürlükteki motor verim gerekleri dikkate alınarak seçilmelidir.

Dalgıç Pompa Seçiminde Sahada Sık Kaçan Kontroller

Kablo ve Gerilim Düşümü

Dalgıç motor kuyu içinde çalıştığı için besleme kablosu uzunluğu kuru montajlı pompalara göre daha kritik olabilir. Uzun kabloda gerilim düşümü artar; düşük gerilim ise motor akımını yükselterek ısınma riskini artırır. Bu nedenle motor etiket akımı, kablo uzunluğu, yol verme tipi ve pano korumaları birlikte kontrol edilmelidir.

Kum, Askıda Katı Madde ve Malzeme Seçimi

Kuyudan kum geliyorsa yalnızca daha güçlü pompa seçmek çözüm değildir. Kum, çark ve difüzörlerde aşınma oluşturabilir; ayrıca pompa tabana yakın monte edilirse sürüklenen katı madde miktarı artabilir. Bu nedenle dalgıç pompa seçimi, kuyu geliştirme ve deneme pompajı sonuçlarıyla birlikte değerlendirilmelidir.

Seviye Koruması ve Kuru Çalışma

Dalgıç pompanın sürekli su içinde kalması motor soğutması açısından önemlidir. Dinamik su seviyesi pompa emiş bölgesine yaklaşabiliyorsa alt seviye elektrodu, kuru çalışma rölesi veya frekans kontrollü debi sınırlaması kullanılmalıdır. Bu korumalar, özellikle mevsimsel yeraltı suyu dalgalanması olan kuyularda tasarımın parçası sayılmalıdır.

Dalgıç Pompa Seçimi İçin Kontrol Listesi

Tablo: Dalgıç Pompa Seçimi İçin Kontrol Listesi özeti.

SSS

Dalgıç pompa seçimi sadece kuyu derinliğine göre yapılabilir mi?

Hayır. Kuyu derinliği tek başına yeterli değildir; dinamik su seviyesi, istenen debi, boru kayıpları ve çıkışta gereken servis basıncı birlikte hesaplanmalıdır.

Dalgıç pompada NPSH hesabı gerekli mi?

Pompa su içinde çalıştığı için kuru tip pompalardaki emme hattı problemi azalır; ancak pompa girişindeki mutlak basınç ve üretici NPSH gereksinimi yine de kontrol edilmelidir.

Kuyu debisi pompa debisinden küçükse ne olur?

Pompa kuyunun beslenebildiğinden fazla su çekerse dinamik su seviyesi düşer, kuru çalışma riski oluşur ve kum çekme ihtimali artar. Bu durumda pompa debisi düşürülmeli veya kontrollü işletme kullanılmalıdır.

Dalgıç pompa motor gücü nasıl seçilir?

Önce hidrolik güç $P_h=\rho g Q H$ ile yaklaşık hesaplanır; sonra pompa verimi, motor verimi, servis koşulu, kablo uzunluğu ve yol verme yöntemi dikkate alınarak katalogdan nihai motor seçilir.

Frekans konvertörü dalgıç pompada her zaman gerekli midir?

Her sistemde zorunlu değildir. Değişken debi ihtiyacı, kuyu veriminin sınıra yakın olması veya basınç dalgalanmasının kontrol edilmesi gerekiyorsa frekans kontrollü işletme yararlı olabilir; seçim motor ve sürücü gerekleriyle birlikte yapılmalıdır.

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.
12. Sondaj Kuyuları Teknik Şartnamesi — Devlet Su İşleri Genel Müdürlüğü. https://www.dsi.gov.tr

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.

bilgiportali (2026). Pompa Seçimi ve NPSH Hesabı. Yapıdan — İnşaat Mühendisliği Bilgi Portalı. https://yapidan.com/kategoriler/su/pompa-secimi-npsh-hesabi