Deneyin Amacı

Pompa karakteristik değerlerini deneysel olarak tespit edip, deneysel ve teorik bilgileri karşılaştırmaktır.

2.3. Deneyin öğrenme çıktıları

Bu deney kapsamında seri/paralel santrifüj pompa deney seti kullanılarak yapılan deney de

arasındaki ilişkinin belirlenmesi, pompa özgül hızının bulunması, pompa veriminin bulunması, emmedeki net pozitif yük (ENPY) değerinin hesaplanması gibi pompa ile ilgili temel hesaplamalar yapılacaktır. Bu sayede pompa seçimi konusunda da bilgi elde edilecektir.

3. Teori

Santrifüj pompa, dönen bir çarkın kanatları arasına alınan sıvı taneciklerinin ivmelendirilerek çevreye savrulması prensibine göre çalışır. Bir santrifüj pompa; mil, çark, difüzör, salyangoz, mil yatağı, salmastra kutusu, emme dirseği, emme borusu, dip klapesi, süzgeç, basma borusu ve çıkış vanası gibi elemanlardan oluşur.

Şekil 3: Santrifüj pompanın ana elemanları

Milin dönmesiyle çark ve çark üzerindeki kanatlar döner. Kanatlar üzerindeki akışkan tanecikleri santrifüj kuvvetin etkisiyle ivmelenir ve çevreye fırlatılır. Dağıtıcı, çarktan gelen sıvıyı çevreye yönlendirir. Salyangoz, pompanın dış muhafazasıdır. Salmastra kutusu, çarkın içine hava sızıntısını engellemek için kullanılır. Emme dirseği, enerji kaybını minimum tutacak şekilde tasarlanır. Dip klapesi; pompa çalışırken açılan, pompa çalışmadığında ise kendi ağırlığından dolayı kapanarak suyun geri dönüşünü engelleyen bir elemandır. Süzgeç,

1 Pompa mili 2 Çark

3 Difüzör (Dağıtıcı) 4 Salyangoz

5 Mil yatağı

6 Salmastra kutusu 7 Emme dirseği 8 Emme borusu 9 Dip klapesi

10 Filtre

11 Çıkış vanası 12 Basma kanalı

Vana açıklığı ayarlanarak basılan sıvının debisi ayarlanmış olur. Çark üzerinde hareket eden akışkana uygulanan statik basınç, devir sayısına ve çarkın yarıçapına bağlı olarak değişir.

Radyal doğrultuda oluşan statik basınç hem devir sayısının hem de yarıçapın karesiyle doğru orantılı değişir.

Santrifüj pompaların genel özellikleri

1. Emme Kabiliyeti: Emme ve basma olayları santrifüj kuvvet etkisinde gerçekleştirilir.

Gazların öz-ağırlıkları sıvılara nazaran çok küçük olduğundan, çark bünyesinden gazların pompa aracılığı ile dışarı basılması büyük güçlükler gösterir. Emme kanalına dip klapesi konularak, emme kanalının sürekli sıvı ile dolu olmasına çalışılır. Kısaca kendinden emişli pompa özellikleri zayıftır. Emme sızıntılarını önlemek üzere kaliteli salmastra kullanmak zorunludur.

2. Basma Kabiliyeti: Yüksek seviyelere sıvı basmak için devir sayısı büyük seçilir. Çoğu zaman çok seri kademeli imalat yöntemi uygulanır.

3. Debi Değişimi: Hm=f(Q) olup, her yüksekliğe farklı debi basılabilir. Basma yüksekliği arttıkça Q debisi azalır. Debinin özel olarak azaltılması istendiğinde, basma kanalına bağlanan bir vanayı kısarak akım zayıflatılır. Pompa küçük debi için daha çok enerji harcar.

4. Santrifüj pompalar, sabit şartlar altında, sabit debi altında çalışır. Birçok hacımsal pompaya göre bu en önemli özellikleridir.

5. Santrifüj pompalar tanecikli sıvıların, hatta katı maddeli sıvıların emilip-basılmasına başka alternatifi olmayan pompalardır. Bunlara çamur pompaları denilmektedir.

6. Emme ve basma olayları santrifüj kuvvete bağlı olduğundan, çalıştıkları her şartta farklı verimle enerji kullanırlar. Bu yüzden sabit bir verim oranı söylenemez. Genel olarak çok enerji kullanan, imalatları için çok malzeme harcanan aletlerdir. Hassas imalata zorunlu değildir.

7. Uzun ömürlü aletlerdir.

Pompa sistemlerinde özgül akış enerjisi ve manometrik basma yüksekliği

Bir akışkanı bulunduğu noktadan daha yükseğe çıkarabilmek veya boru sistemi içinde akışkanı hareket ettirebilmek için kayıpları karşılayacak bir enerjiye ihtiyaç vardır. Pompalar dışarıdan aldıkları enerjiyi akış enerjisine dönüştürerek akışkanın hareketini sağlar. Bir pompa sisteminin şeması aşağıdaki gibidir.

Şekil 4: Pompa sistemi

Bir pompa sisteminde, akışkanın sıkıştırılamaz olduğu, akışın sürekli ve sıcaklığın sabit olduğu kabul edilir. Pompa için özgül akış enerjisi, pompa ve sistem kontrol hacimlerine enerjinin korunumu denklemi uygulanarak bulunabilir. Pompa kontrol hacmi için enerji denklemi;

(1) özgül akış enerjisi,

(2) pompa basma yüksekliği veya manometrik yükseklik, Hm

(3) sistem kontrol hacmi için enerji denklemi,

(4)

Hkb: Emme ve basma borularındaki toplam kayıp

Pompalarda akış gücü, basma yüksekliği ve debi arasında bir ilişki vardır. Bu ilişki pompanın giriş ve çıkışları arasındaki enerjinin korunumu denkleminden yola çıkılarak hesaplanır.

1-2 noktaları arasında enerji denklemi yazılırsa,

(5)

şeklindedir. Pompa giriş ve çıkışında debi eşit ve m olarak kabul edilirse,

(6)

olarak yazılabilir. Giriş ve çıkışta hızlar ve konumlar eşit olduğundan,

(7)

Pompalardaki kayıp enerji miktarı, pompanın verimi ile ifade edileceğinden dolayı yukarıdaki denklemde kayıp enerji ihmaledilebilir. Yani,

(8) alınırsa,

(9) (10)

elde edilir. Pompanın sabit bir güçte çalışması durumunda hacimsel debi ile basınç farkının çarpımı sabit olacaktır. Bundan dolayı debinin arttırılması ile basınç farkı azalacak ve bunun sonucu olarak da pompanın basma yüksekliği azalacaktır.

Pompalarda güç, kayıp ve verim

Pompalarda dışarıdan çekilen enerji mil aracılığıyla akışkana aktarılır. Ancak kaynak enerjisi (elektrik devresinden çekilen güç) akış enerjisine aktarılıncaya kadar bir takım kayıplara maruz kalır. Elektrik motoru kullanılıyorsa bu motorun kendi iç kayıpları vardır. Bu kayıplar motorun iç verimi ile ifade edilirler. Elektrik motorlarının verimi, motorların tanıtım levhaları üzerinde cos olarak yazılır. Mil üzerindeki efektif güç,

(11)

olarak hesaplanır. Çark ve kanatlar ile akışkan arasında ve kanatların sürtünmeden dolayı enerji kaybı olmaktadır. Bu kayıplar mekanik verim ile ifade edilmektedir. Çark girişindeki akışkan debisinin bir kısmı geri dönerek debide de bir kayıp olmaktadır. Bu kayıp ise volumetrik verim ile ifade edilmektedir. Bu nedenle kaynak enerji ile akış enerjisi arasındaki tüm kayıplar için genel verim ifadesi tanımlanırsa,

(12)

şeklinde yazılabilir. Böylece akışkana aktarılan güç (akış gücü),

(13)

N_kt: Toplam kayıp güç

Pompanın akış gücü, belirli debideki sıvıyı belirli bir manometrik yüksekliğe çıkaran güç olduğuna göre, debi ve manometrik yükseklik deneysel olarak tespit edildiğinde akış gücü belirlenmiş olur.

(14)

Q : Deneysel olarak ölçülen hacimsel debi (m³/s)

P: Pompa giriş ve çıkışı arasında deneysel olarak ölçülen basınç farkı (N/m²)

Genel olarak pompalarda debi, manometrik basma yüksekliği, verim ve güç karakteristik büyüklüklerdir. Çoğu zaman pompa devir sayısı parametrik bir büyüklük olarak ele alınır; bu büyüklüklerden birisi diğerine bağlanır. Bunların değişim eğrilerine, pompanın karakteristik eğrisi denir. Pompa karakteristik eğrileri bir pompanın sabit devir sayısında su basması halinde manometrik basma yüksekliği H, pompa gücü P, pompa verimi η değerlerinin debiye bağlı olarak değişimlerini gösteren eğrilerdir. Hacimsel debi pompanın boru devresinde oluşturduğu basınca bağlıdır. Eğer gerekli pompa basıncı yüksekse hacimsel debi düşük olur.

Düşük pompa basıncında hacimsel debi yüksektir (Referanslar-Şekil 1.3).

Pompaların seri çalıştırılması tesisattaki basıncın yetersiz olduğu hallerde basıncı arttırmak için uygulanan bir yöntemdir. İki ya da daha çok pompanın aynı boru hattında seri çalıştırılması halinde pompaların ortak karakteristiğini elde etmek için, pompaların aynı debideki manometrik yükseklikleri toplanır. Seri çalışan pompaların debileri eşittir. Pompa karakteristik eğrileri daha dik hale gelir (Referanslar-Şekil 1.4).

Aynı tesisatta iki ya da daha çok pompanın paralel çalışması halinde ortak karakteristiği elde etmek için pompaların aynı manometrik yükseklikteki debileri toplanır. Aynı boru hattında paralel çalışan pompaların manometrik yükseklikleri eşittir (Referanslar-Şekil 1.5).

4. Deneyin yapılışı

Yapılacak Deneyler:

1: Pompa basma yüksekliği (Hm) ile debi (Q) arasındaki ilişkinin belirlenmesi 2: Pompa özgül hızının bulunması