ADIYAMAN ÜNİVERSİTESİ

MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ

MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ

MAK 421

MAKİNE LABORATUVARI II

SERİ/PARALEL SANTRİFÜJ POMPA EĞİTİM SETİ

DENEY FÖYÜ

2018

İÇİNDEKİLER

TEORİK BİLGİLER ............................................................................................................................... 3

Verim () ............................................................................................................................................. 3

Özgül hız ............................................................................................................................................. 3

Kavitasyon (kovuklaşma) .................................................................................................................... 4

Emmedeki net pozitif yük (ENPY) ..................................................................................................... 4

Pompaların tesisata bağlanma şekillerine göre durumlar: ................................................................... 5

a) Tek Pompa Durumunda Karakteristik Özellikler ........................................................................ 5

b) 2 Pompa Seri Bağlı Durumunda Karakteristik Özellikler ........................................................... 5

c) 2 Pompa Paralel Bağlı Durumunda Karakteristik Özellikler ...................................................... 5

TESİSATIN TANITIMI .......................................................................................................................... 8

DENEYLER ............................................................................................................................................ 9

1) Pompa basma yüksekliği-debi ilişkisi (karakteristik eğri) ........................................................... 10

2) Pompa veriminin bulunması ......................................................................................................... 11

3) Pompa özgül hızının bulunması .................................................................................................... 12

4) Pompa ENPKY değerinin bulunması............................................................................................ 12

5) Seri pompa karakteristik eğrisinin çizilmesi ................................................................................. 13

6) Paralel pompa karakteristik eğrisinin çizilmesi ............................................................................ 13

ŞEKİLLER

Şekil 1. Tek pompa durumunda karakteristik özellikler. ......................................................................... 5 Şekil 2. İki pompa seri bağlı durumunda karakteristik özellikler. ........................................................... 5 Şekil 3. İki pompa paralel bağlı durumunda karakteristik özellikler....................................................... 5 Şekil 4. Bir pompa sisteminin şeması...................................................................................................... 6 Şekil 5. Seri/Paralel santrifüj pompa eğitim seti şeması. ........................................................................ 8

TEORİK BİLGİLER

Verim ():

Pompa verimi, sıvıya net olarak aktarılan hidrolik gücün mil gücüne oranıdır. Pompa verimi;

pompanın özgül hızına, pompa tipine (salyangoz, kademeli, in-line, açık-çarklı, vb.) ve debiye bağlı

olup %35 ile %85 arasında bir değerdir. Bir pompanın tavsiye edilen çalışma aralığı; verimin, optimum

noktadaki verimin %80’inden büyük olduğu debi aralığıdır. Yani; optimum verim 0,75 olarak

hesaplanmışsa, minimum verim 0,8*0.75=0,6 olarak hesaplanır. 0,6 verim katsayısına karşılık gelen

debi, tavsiye edilen minimum çalışma debisidir.

akışkan gücü

giriş gücü

cosmm IV

Hgm ……………………………………………………(1)

m : Suyun kütlesel debisi [kg/s] (yoğunluk*hacimsel debi)

g : Yer çekim ivmesi 9,81 [m/s2]

H : Basma yüksekliği [mSS]

Vm: Motor voltajı [V]

mI : Motorun çektiği akım [A]

cos : Motorun güç katsayısı

---------------------------------------------------------------------

Özgül hız:

Pompa çarkının geometrik olarak biçimini belirlemeye yarayan bir sayı olup pompanın optimum

noktadaki değerleri ile hesaplanır. Santrifüj pompalarla yapılan bu deneyde özgül hız değeri 10-80

arasında yer alır.

75,0

.

H

VNNq ……………………………………………………………………………………..(2)

N = Çarkın dönme hızı (d/d) (2900 d/d alınacak)

.

V = Optimum hacimsel akış debisi (m3/s).

H = Optimum pompa manometrik yüksekliği (m)

Nq Pompa Tipi

10-80 Santrifüj

40-175 Karışık Akımlı

160-350 Eksenel

---------------------------------------------------------------------

Kavitasyon (kovuklaşma):

Pompa içinde herhangi bir bölgede statik basınç yerel olarak basılan sıvının buharlaşma

basıncının altına düşerse, o bölgeden geçen sıvı buharlaşır ve çok sayıda çok küçük boyutlarda doymuş

sıvı buharı habbecikleri oluşur. Bu sırada sıvı içinde erimiş hava ve gazlar da serbest kalarak gaz

kabarcıkları oluştururlar. Akan sıvının dinamik etkisi ile sürüklenen buhar zerreleri yerel statik basıncın,

sıvının o sıcaklıktaki buharlaşma basıncından daha yüksek olduğu bir bölgeye geldiklerinde aniden

yoğuşurlar. Sıvının yerel olarak buharlaşması ve yoğuşması çevrimi “kavitasyon” (kovuklaşma) olarak

adlandırılır.

Sıvı buhar zerrelerinin yoğuşması sırasında boşaltılan hacimler, bunları çevreleyen sıvı

tarafından aniden doldurulur. 20°C de doymuş su buharının hacminin aynı sıcaklık ve kütledeki suyun

hacminin 60 000 katı olduğu dikkate alınırsa yoğuşma sırasında basıncın yerel olarak 4 000 bar'a kadar

artışını da nedeni ortaya çıkar. Sıvının buharlaşması-yoğuşması çevrimi saniyede 300-400 kez

olmaktadır. Sıvı buharı zerrelerinin yoğuşması; pompada titreşim, gürültü ve yoğuşma bölgesine yakın

katı yüzeylerde "kavitasyon erozyonu"na neden olur. Kavitasyona çalışma süresine bağlı olarak,

pompada malzeme aşınması sonucu sünger gibi bir malzeme yapısı ortaya çıkar. Kavitasyonun bu

mekanik etkisinin dışında pompanın hidrolik performansında da bozulma gözlenir. Tam gelişmiş

kavitasyonda çarkın içindeki akış kesitleri buhar zerreleri tarafından bloke edildiğinden debide artış

sağlamak mümkün olmadığı gibi manometrik yükseklikte de ani bir düşme gözlenir.

Kavitasyon; neden olduğu istenmeyen mekanik ve hidrolik etkilerden dolayı pompaların teknik

olarak güvenilir çalışma aralığını, emme yükünü, dönme hızını, pompa boyutlarını ve ekonomikliğini

sınırlayan en önemli faktördür. Sistemimize için kavitasyonsuz çalışma bölgesinde çalışan bir pompa

seçmek için “emmedeki net pozitif yük ENPY) değeri hesaplanır.

Santrifüj pompalarda kavitasyona karşı en hassas, dolayısıyla kavitasyon erozyonunun en çok

olduğu bölgeler; kanat girişinde emme yüzeyi ve çarkın ön yanağıdır. Kademeli pompalarda genellikle

1. kademede kavitasyonun aşındırma etkisi hissedilir. Ancak gelişmiş, şiddetli kavitasyonda salyangoz

gövdesinde ve dilde kademeli pompalarda difüzörde de kavitasyon erozyonu olmaktadır.

Emmedeki net pozitif yük (ENPY):

Girişteki mutlak basınç ile pompalanan sıvının buharlaşma basıncı arasındaki farktır.

Sistemimize kavitasyonsuz çalışma bölgesinde çalışan bir pompa seçmek için “emmedeki net pozitif

yük, ENPY) değeri hesaplanır. Sıvının pompa emme flanşı kesitindeki hızı (vi) ihmal edildiğinde ENPY

formülü aşağıdaki halini alır.

1 mmHg : 133.322 Pa : 0,133 kPa

1 atmosfer basıncı : 760 mmHg

ENPKY = Emmedeki net pozitif kullanışlı yük (m)

pi = Pompa girişindeki mutlak basınç (Pa) …………….(3)

pv = Sıvının mutlak buharlaşma basıncı (Pa)

= Sıvının yoğunluğu (kg/m3)

Not: Pmutlak = Pgösterge + Patm

g

ppENPKY vi

g

p

g

v

g

pENPY vii

2

2

Pompaların tesisata bağlanma şekillerine göre durumlar:

a) Tek Pompa Durumunda Karakteristik Özellikler

Pompa karakteristik eğrileri, bir pompanın sabit devir

sayısında, su (15oC-20oC’de) basması halinde

Manometrik basma yüksekliği (H), Pompa mil gücü (P),

Pompa verimi (), Gerekli emmedeki net pozitif yük

(ENPYG) değerlerinin debiye (Q) bağlı olarak değişimini

gösteren eğrilerdir.

Q,H,P,ENPYG deneysel olarak ölçülür; ise bunlara

bağlı olarak hesaplanır.

Şekil 1. Tek pompa durumunda karakteristik özellikler.

b) 2 Pompa Seri Bağlı Durumunda Karakteristik Özellikler

Pompaların seri çalıştırılması, tesisattaki basıncın

yetersiz olduğu hallerde basıncını artırmak için

uygulanan bir yöntemdir. 2 veya daha çok pompanın aynı

boru hattında seri çalışması halinde pompaların ortak

H=f(Q) karakteristiğini elde etmek için, pompaların aynı

debideki manometrik yükseklikleri toplanır. Seri çalışan

pompaların “debileri eşittir”.

Şekil 2. İki pompa seri bağlı durumunda karakteristik özellikler.

c) 2 Pompa Paralel Bağlı Durumunda Karakteristik Özellikler

Aynı tesisatta 2 veya daha çok pompanın paralel

çalışması halinde pompaların ortak H=f(Q)

karakteristiğini elde etmek için, pompaların aynı

manometrik yükseklikteki debileri toplanır. Aynı boru

hattında parelel çalışan pompaların “manometrik

yükseklikleri eşittir”. Pompaların paralel çalıştırılması,

tesisata basılan debinin yetersiz olduğu ve kademeli ayar

istenen hallerde toplam debiyi artırmak için uygulanan

bir yöntemdir.

Şekil 3. İki pompa paralel bağlı durumunda karakteristik özellikler

Pompa sistemlerinde özgül akış enerjisi ve manometrik basma yüksekliği (H)

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. Bir pompa sisteminin şeması.

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 denkleminden özgül akış enerjisi ve basma yüksekliği Hm aşağıdaki

gibi ifade edilir.

).(2

22

gç

gçgç

p zzgVVPP

a

……………………………………………. [J/Kg]

)(2.

)(

22

gç

ggçp

m zzg

VV

g

PPmSS

g

aH

ç

........................................................[mSS]

Sistem kontrol hacmi için enerji denklemi,

kboruıııIIIIII

m Hzzg

VV

g

PPH

)(

.2.

22

Hkb: Emme ve basma borularındaki toplam kayıp

II

Hgeo

Ç

I

G

Z2

Z1

Pompa kontrol hacmi

Pompalarda, güç, debi ve basınç farkı arasındaki ilişki

Bir pompanın akış gücü, basma yüksekliği ve debisi arasında bir ilişki vardır. Bu ilişki,

Pompanın giriş ve çıkışları arasında enerjinin korunumu denklemi yazılarak bulunabilir.

Birim debiye sahip akışkan için 1 ve 2 noktaları arasında enerji denklemi,

kp hgzgVP

hgzgVP

..2

..2

2

2

221

2

11

…………………………………….[J/Kg]

olarak yazılabilir. Pompa giriş ve çıkışında debi eşit ve m olarak kabul edilirse yukarıdaki denklem,

kp hgmzgmV

mP

mhgmzgmV

mP

m ....2

......2

.. 2

2

221

2

11

………………[W]

olarak yazılabilir. Giriş ve çıkışta hızlar ve konumlar eşit ( 2121 , zzVV ) olduğundan yukarıdaki

denklem,

kp hgmhgmPP

m ....)( 21

halini alır.

Pompalardaki kayıp enerji miktarı, pompanın verimi ile ifade edileceğinden dolayı yukarıdaki

denklemde kayıp enerji ihmal edilebilir. Yani, 0.. khgm alınabilir. Bu durumda denklem,

0..)( 21

phgmPPm

)()./()./()/()./( 223 mhsmgskgmmNPsmQ p

Bu denklemden görüldüğü gibi hacimsel debi (Q ) ile pompa giriş ve çıkışı arasındaki basınç

farkının çarpımı pompanın gücünü ( phgm ..

) verir.

WPQ. ……………………………………………………………….……..[W](4)

Pompanın sabit bir güçte çalışması durumunda hacimsel debi ile basınç farkının çarpımı sabit

olacaktır. Bu nedenle debinin arttırılması ile basınç farkı azalacak ve bunun sonucu olarak da pompanın

basma yüksekliği azalacaktır.

1 2

TESİSATIN TANITIMI

Şekil 5. Seri/Paralel santrifüj pompa eğitim seti şeması.

Tesisat; su tankı, borular, vanalar, basınç göstergeleri, akım ve gerilim göstergeleri, debimetre

ve 2 adet santrifüj pompadan oluşmaktadır. Vanalar yardımı ile (V-1,V-2,V-3) sistemdeki pompaların

seri/paralel veya tekil çalışması ayarlanabilmektedir. Ayrıca debi ayarı da (V-4) vanadan

ayarlanmaktadır.

Pompa motor gücü : 0,75 kW

Pompa basma yüksekliği(maks.) : 21 mSS

Pompa debisi (maks.) : 20-160 L/d

Hazne hacmi : 300x300x400 mm, 22.7 litre

Boru bağlantı çapı : 32 mm – 40mm

Debimetre Ölçüm Aralığı : 1,6-16 m3/h

Pompa devir sayısı : 2900 devir/dakika

DENEYLER

Aşağıdaki maddelerde bulunan deney hesapları için gereken verileri elde etmek için tabloyu

talimatları izleyerek doldurun.

I. Çalıştırmadan önce tankın içinde su olduğundan emin olun.

II. 1 ve 2 nolu vanalar tam kapalı, 3 ve 4 no’lu vanaları tam açık konuma getirin.

III. 2. Ana şalteri açarak, 1 no’lu düğme yardımıyla 1. pompayı çalıştırın.

IV. Debiyi 10 m3/h ten itibaren her defasında 2 m3/h düşürerek ilgili değerleri her debi için

göstergelerden okuyun ve aşağıdaki tabloya kaydedin.

V. 1. ve 2. basınç göstergelerinden basma yüksekliği değerlerini okuyun ve kaydedin.

VI. Göstergelerden motor akımı ve voltajını okuyun ve kaydedin.

VII. Vakum göstergesinden vakum değerini mmHg olarak tabloya kaydedin.

VIII. Su akışı tamamen kesildiğinde pompanın basma yüksekliği maksimum olacaktır.

IX. Deney verileri ile tabloyu doldurun, deneyi 2. Pompa için tekrarlayın.

Debi (m3/h) 2 3 4 5 6 7 8 9 10

P1(mSS)

P2 (mSS) 0 0 0 0 0 0 0 0 0

Akım (I)

Gerilim (V)

Cos@

Vakum (mmHg)

Vakum (kPa)

Vakum Mutlak (kPa)

Vakum (mSS)

P2-Vakum (mSS)

Sıcaklık (oC)

Pbuh(Tablo)@T oC

Yoğunluk Kg/m3 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000

Yer Çekimi İvmesi 9,81 9,81 9,81 9,81 9,81 9,81 9,81 9,81 9,81

Wakış

Wmil

Verim ( )

ENPKY

Özgül Hız Nq

Tablo 1. Hesaplamalarda kullanılmak üzere elde edilen deney verileri Pompa 1.

Debi (m3/h) 2 3 4 5 6 7 8 9 10

P1(mSS) 0 0 0 0 0 0 0 0 0

P2 (mSS)

Akım (I)

Gerilim (V)

Cos@

Vakum (mmHg)

Vakum (kPa)

Vakum Mutlak (kPa)

Vakum (mSS)

P2-Vakum (mSS)

Sıcaklık (oC)

Pbuh(Tablo)@T oC

Yoğunluk Kg/m3 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000

Yer Çekimi İvmesi 9,81 9,81 9,81 9,81 9,81 9,81 9,81 9,81 9,81

Wakış

Wmil

Verim ( )

ENPKY

Özgül Hız Nq

Tablo 1. Hesaplamalarda kullanılmak üzere elde edilen deney verileri Pompa 2.

1) Pompa basma yüksekliği-debi ilişkisi (karakteristik eğri)

Bir pompanın H manometrik yüksekliği “basılan sıvının pompa giriş ve çıkış kesitleri (flanşlar)

arasında birim ağırlık başına kazandığı net (faydalı) enerji” olarak tanımlanır. Birimi uzunluk boyutunda

olup “metre” dir fakat özel olarak tanımlanan “Enerji” olduğu unutulmamalıdır.

*Tablo 1. deki verileri kullanarak Excel programında aşağıdaki formatta bir Debi-Basma

yüksekliği grafiği elde ediniz. (Debi aralığı 1-11 m3/s, Basma yüksekliği aralığı 0-24 mSS olsun)

2) Pompa veriminin bulunması

Pompa verimi, hidrolik gücün pompa mil gücüne oranı olarak açıklanır. Pompalar farklı çalışma

şartlarında farklı verimlerde çalışırlar. Bu verim bölgeleri karakteristik eğri üzerinde adacıklar halinde

gösterilir. Pompa seçiminde maksimum verim eğrilerinin sağ tarafından seçim yapılması önemlidir.

Çünkü sistem kirlendikçe basınç kayıpları artacağından çalışma noktası sola kayar ve daha yüksek

verimle çalışmış olur.

*Tablo 1. deki veriler yardımı ile tablodaki verim ( ) satırını teorik bilgiler kısmında verilen 1

numaralı formülü kullanarak her debi için hesaplayın, bu verim değerlerini Tablo 1’e aktarın, Excel

programı kullanarak Debi-Verim grafiği çizdirin. (Debi aralığı 1-11 m3/s, Verim aralığı 0-45% olsun)

3) Pompa özgül hızının bulunması

Pompa özgül hızı, farklı pompaları benzerlik bağıntılarına göre karşılaştırma imkânı verir; aynı

zamanda çark tipinin bir fonksiyonudur. Pompa çark tipleri maksimum verimdeki özgül hızlarına göre

sınıflandırılır. Pompa özgül hızının deneysel olarak bulunması bu bilgilerin pekiştirilmesini

sağlayacaktır.

*Tablo 1. deki veriler yardımı ile deneyde ölçülen her debi için 2. formülü kullanarak pompa

özgül hızını hesaplayın, verimin en üst seviyede olduğu noktadaki özgül hızın santrifüj pompa tipi

aralığında olup olmadığını kontrol edin.

4) Pompa ENPKY değerinin bulunması

Pompa girişindeki basınç negatif olduğunda veya pompalanan sıvı sıcaklığı yükseldiğinde

kovuklaşmadan (kavitasyondan) korunmak için emmedeki net pozitif kullanışlı yükün, ENPY’den daha

büyük olduğu kontrol edilmelidir.

*Tablo 1. deki veriler yardımı ile ENPKY hesabınızı yapınız, Tablo 1’e bu sonuçları kaydediniz.

1 mmHg=13,6/1000 mSS 1 mmHg=0,133 kPa Patm=101,3 kPa

Buh. sıcaklığı,

Tb [C]

Buh. basınç

Pb [kPa]

Buh.sıcaklığı,

Tb [C]

Buh. basınç

Pb [kPa]

Buh. sıcaklığı,

Tb [C]

Buh. basınç

Pb [kPa]

16 1,816 22 2,642 28 3,778

18 2,062 24 2,982 30 4,241

20 2,336 26 3,359 32 4,753

Tablo 2. Sıcaklığa bağlı suyun buharlaşma basınçlarını gösterir tablo (Geniş aralık için Tablo 3.)

5) Seri pompa karakteristik eğrisinin çizilmesi

Pompaların seri çalıştırılması, tesisattaki basıncın yetersiz olduğu hallerde basıncını artırmak

için uygulanan bir yöntemdir. 2 veya daha çok pompanın aynı boru hattında seri çalışması halinde

pompaların ortak H=f(Q) karakteristiğini elde etmek için, pompaların aynı debideki manometrik

yükseklikleri toplanır. Seri çalışan pompaların “debileri eşittir”.

1) Çalıştırmadan önce tankın içinde su olduğundan emin olun.

2) 1 ve 3 nolu vanalar tam kapalı, 2 ve 4 no’lu vanaları tam açık konuma getirin.

3) Ana şalteri açarak, her iki pompayı da çalıştırın.

4) 4 no’lu vanayı 10 mSS basma yüksekliğinden başlayarak 5’şer mSS arttırarak 40

mSS’na kadar kademeli olarak kısın ve her kademedeki basma ve debi değerlerini

aşağıdaki tabloya kaydedin.

Ölçülen özellik/ölçüm sayısı 1 2 3 4 5 6 7

Basma yüksekliği [mSS] 10 15 20 25 30 35 40

Debi [m3/h]

6) Paralel pompa karakteristik eğrisinin çizilmesi

Aynı tesisatta 2 veya daha çok pompanın paralel çalışması halinde pompaların ortak H=f(Q)

karakteristiğini elde etmek için, pompaların aynı manometrik yükseklikteki debileri toplanır. Aynı boru

hattında parelel çalışan pompaların “manometrik yükseklikleri eşittir”. Pompaların paralel çalıştırılması,

tesisata basılan debinin yetersiz olduğu ve kademeli ayar istenen hallerde toplam debiyi artırmak için

uygulanan bir yöntemdir.

1) Çalıştırmadan önce tankın içinde su olduğundan emin olun.

2) 2 no’lu vanayı kapatıp diğerlerini açın.

3) Ana şalteri açarak, her iki pompayı da çalıştırın.

4) 4 no’lu vanayı 10 mSS basma yüksekliğinden itibaren 2’şer mSS arttırarak 22 mSS’na

kadar kademeli olarak kısın ve her kademedeki basma ve debi değerlerini tabloya

kaydedin.

5) Tablo değerlerini aşağıdaki grafiğe benzer formatta Excel programında oluşturulmuş

bir grafiğe aktarıp üzerinde seri bağlı pompa karakteristik eğrisini, paralel bağlı pompa

karakteristik eğrisini, 1. Pompa karakteristik eğrisini ve 2. Pompa karakteristik eğrisini

çizdirin.

Ölçülen özellik/ölçüm sayısı 1 2 3 4 5 6 7

Basma yüksekliği [mSS] 10 12 14 16 18 20 22

Debi [m3/h]

EK

Buh. sıcaklığı,

Tb [C]

Buh. basınç

Pb [kPa]

Buh.sıcaklığı,

Tb [C]

Buh. basınç

Pb [kPa]

Buh. sıcaklığı,

Tb [C]

Buh. basınç

Pb [kPa]

0 0,611 24 2,982 48 11,164

2 0,706 26 3,359 50 12,338

4 0,813 28 3,778 52 13,616

6 0,935 30 4,241 54 15,005

8 1,072 32 4,753 55 15,745

10 1,227 34 5,318 60 19,925

12 1,401 36 5,940 65 25,016

14 1,597 38 6,624 70 31,170

16 1,816 40 7,375 75 38,558

18 2,062 42 8,199 80 47,369

20 2,336 44 9,101 85 57,812

22 2,642 46 10,087 90 70,116

Tablo 3. Suyun farklı basınçlarda buharlaşma sıcaklığı

Debi

[m3/h]

Bas

ma

yü

kse

kli

ği

[mS

S]

0 2.0 4.0 6.0 8.0 10.

0

12.

0

10

20

30

40

50

60

0

14.

0