Menü

SULAMA POMPAJ TESİSLERİNDE POMPA   SEÇİMİNE ETKİ EDEN FAKTÖRLER

Sedat ÇALIŞIR* Ali Yavuz ŞEFLEK** Abdulkadir ERKOL***

*Yrd.Doç.Dr., S.Ü. Ziraat Fakültesi Tarım Makineleri Bölümü, Kampus, Konya.

**Araş. Gör., S.Ü. Ziraat Fakültesi Tarım Makineleri Bölümü, Kampus, Konya.

***Jeomorfolog, Köy Hizmetleri 2. Bölge, Plan Proje Şube Müdürlüğü, Konya.

scalisir@selcuk.edu.tr

ÖZET

Bu çalışmada, pompa performans parametreleri ve bunların pompa seçimindeki rolü ve önemi tartışıldı. Pompa ve sistem karakteristiği ile belirlenebilen işletme noktasının, pompanın en iyi verim noktasının değişimine olan etkisi ayrıntılı olarak tartışıldı. Ayrıca, pompa tipleri ve bunların sulamadaki uygulamaları incelendi. Sonuç olarak, pompa seçimi ve işletme giderleri üzerinde verimin etkisi vurgulandı. 

1. GİRİŞ

Sulama pompaj tesislerinin, en önemli elemanı pompadır. Bir pompaj tesisine en uygun pompa seçiminde, sistemin mevcut durumunun iyi bir şekilde araştırılması ile tesisten tatmin edici bir performans sağlanabilir. Verilen bir sistem için, uygun ve yüksek verimli bir pompa seçiminden önce, sistemin tasarım sınırları, sulama yöntemi ve istenilen esneklik iyi bir şekilde araştırılmalıdır.

2.  POMPA PERFORMANS PARAMETRELERİ

Debi, toplam dinamik yükseklik, pompa mil gücü, verim, emmedeki net pozitif yük  ve pompanın özgül hızı,  bir santrifüj pompanın performansını tanımlayan parametrelerdir.           

2.1. Debi

Pompanın debisi, birim zamanda pompalanan kütlesel veya hacimsel su miktarıdır. Büyüklüğü, pompanın geometrisi ve devir sayısına bağlıdır. Metrik sistemde, m³/s, l /s, l /min, t/h birimleri kullanılır. Pratikte, sulama pompaları için en fazla l /s ve t/h , hidrolik pompaları için ise l /min birimleri tercih edilmektedir. Bunun nedeni, rakamsal büyüklüğünün daha basit ve kolay ifade edilebilmesidir.

2.2. Toplam Dinamik Yükseklik (TDY)

Toplam dinamik yükseklik (TDY), pompa çarkı vasıtasıyla, suyun birim ağırlığının yaptığı iştir (Nm/N). Pompanın giriş ve çıkışı arasındaki suyun taşıdığı enerjideki artış, toplam dinamik yükseklikle belirtilir. Toplam dinamik yükseklik, pompa çıkışı ve girişinde ölçülen, Bernouilli denkleminde yer alan enerji bileşenlerinin toplamları arasındaki fark olup, emme (p_e) ve basma (p_b) borularına yerleştirilen vakum metre ve manometre ile ölçülür. Pompa çarkı su düzeyi üzerinde ise emme borusundaki basınç değeri negatif işaretli, vakum basıncı (p_e) olacaktır. Emme ve basma borusu aynı çapta ise hız farkı sıfıra eşit olur. Bunlara ek olarak her iki göstergenin de pompa ekseninde bulunduğu kabul edilirse pompanın geliştirdiği toplam dinamik yükseklik (TDY),

TDY = (p_b+p_e)/g

olarak yazılabilir. Diğer deyişle manometre ve vakummetre okumalarının pompa eksenine göre düzeltilmiş ve basıncın su sütunu yüksekliğine çevrilerek toplanan değerleri pompanın toplam dinamik yüksekliğini vermektedir. Hidrolikte basınç ile yükseklik arasındaki ilişki ise şu şekilde ifade edilmektedir.

 p = h*g

 IS birim sisteminde basınç birimi ise kPa olarak kullanılmaktadır. Basıncın su sütunu yüksekliğine çevrilmesi ile TDY in birimi mSS yada pratikte  kısaca m olarak ifade edilmektedir.

2.3. Pompa Mil Gücü (N_M)

Pompalarda mil gücü, pompalanan suyun debisi, toplam dinamik yükseklik ve pompa veriminin bir fonksiyonudur. Pompanın verdiği güç, su gücü yada hidrolik gücün belirlenebilmesi için, pompalanan suyun debisi ve toplam dinamik yüksekliği bilinmelidir. Hidrolik güç (N_H),  şu eşitlik ile hesaplanmaktadır.

N_H (kW) = Q(l /s)*TDY(m)*g(kg/l) / 102

N_H (BG) = Q(l /s)*TDY(m)*g(kg/l) / 75

Herhangi bir mekanik sistemde  hesaba katılması gereken, önlenemeyen kayıplar her zaman vardır. Bunun sonucunda belirlenen hidrolik gücü sağlamak için, her zaman daha fazla miktarda güç, pompa miline aktarılması gerekmektedir. Pompa miline aktarılması gereken güç yani mekanik güç (N_M), hidrolik güç (N_H) ve pompa verimi (h_p) belirler. Şu eşitlik ile hesaplanır.

                        N_M (kW) = N_H (kW) /h_p  (%)

2.4. Pompa Verimi (h_p)

Pompa verimi(h_p), pompa miline verilen gücün, suya aktarılan kısmının yüzdesini ifade eder. Başka  deyişle,  hidrolik gücün mekanik güce oran ı ile belirlenir.

            h_p  (%) = N_H (kW) / N_M (kW)

Kayıplar,  pratikte tümüyle ortadan kaldırılamadığından dolayı pompa verimi her zaman %100 den küçüktür. Pompalarda kayıplar genelde, hidrolik, mekanik ve hacimsel kaynaklı olmaktadır. Teknoloji ve mühendislik çalışmaları bu kayıpları en aza indirmek gayreti içinde bulunmaktadır. Pompa verimi, esas olarak pompa büyüklüğü, tipi,  tasarımı ve yapımında kullanılan malzeme özelliklerine bağlı olarak değişebilmektedir. Büyük debili pompaların verimi genellikle daha yüksek olmaktadır. Pompa verimi, pompa deney standlarında, belirli bir çalışma hızındaki, debi, basınç ve yükseklikler ölçülerek hidrolik güç hesaplanır. Mekanik güç ise elektriksel veya mekanik güç ölçme yöntemleri ile belirlenir. En sağlıklı mekanik güç ölçme yöntemi ise, torkmetre yöntemidir.

2.5. Emmedeki Net Pozitif Yükü (ENPY)

Emmedeki net pozitif yük (ENPY) terimi, pompaların emme koşullarının incelenmesinde kullanılır. Kavitasyonu önlemek için, emme hattındaki herhangi bir noktada mutlak basınç değeri, suyun sıcaklığına bağlı buhar basıncı değerinin altına düşmemelidir. Pompanın emme hattında suyu pompa çarkına taşıyan toplam yararlanabilir enerji olarak tanımlanabilen ENPY, mutlak basınç olarak belirtilen genel emme yüksekliği ile buhar basıncının farkıdır.

ENPY, yabancı literatürde, NPSH harfleri ile simgelenmiş olup, açılımı “ Net Positive Suction Head” dir. Su yüksekliği cinsinden ifade edilmekte ve m birimi ile kullanılmaktadır. Ayrıca, tesis, mevcut, kullanılabilir yada faydalı olarak bilinen ENPY, bundan sonra ENPY_T – bunun yabancı literatürdeki karşılığı NPSH_A yada NPSH_a– , pompaya ait yada gerekli ENPY değeri de ENPY_P - bunun da yabancı literatürdeki karşılığı NPSH_R yada NPSH_r – olarak gösterilecektir.

            ENPY_T = H_a – ( h_se + H_ke + h_b )          

Burada, H_a  pompaj tesisinin kurulacağı yerdeki atmosfer basınç yüksekliği (m), h_se statik emme yüksekliği (m), H_ke emme hattının sürtünme kaybı toplama (düz boru ve armatür kayıpları toplamı) (m)  ve h_b pompalanan suyun sıcaklığına bağlı buhar basınç yüksekliği (m) dir. ENPY_P , değerinin belirlenmesi Kısım 4.4 de açıklanmıştır.

2.6.  Pompa Tipi ve  Özgül Hız (n_q)

Özgül hız (n_q veya n_s), pompanın bir kademesinin maksimum verim noktasındaki, debi (Q), toplam dinamik yükseklik (TDY) ve pompa devir sayısının (n) bir fonksiyonu olup pompanın tipini belirleyen index sayısıdır.

            n_q = n* Q ^1/2 * (TDY) ^{– 3 / 4}  

            n_s = 3.65 * n_q

Tanım olarak bir santrifüj pompanın özgül hızı, bu pompaya hidrolik ve geometrik olarak benzeyen ve optimum çalışma durumunda 1 m³/s debiyi 1 m su sütunu (mSS) toplam dinamik yüksekliğe ileten model pompanın dakikada devir sayısıdır. 

Özgül hız, 1687 yıllarında Newton tarafından ortaya konulan “ Dinamik Benzerlik” kuralına göre de açıklanabilir. Bu, kurala göre, birbirine geometrik olarak benzeyen pompaların, işletme performansları da benzerlik göstermektedir.

Genellikle yüksek TDY ye sahip pompalar küçük özgül hızlı, düşük TDY ye sahip pompalar ise büyük özgül hızlı pompalardır. Pratikte, düşük özgül hızlı pompaları kullanmak daha avantajlıdır. Çünkü, yüksek devirde çalışırlar, daha küçük yapıda ve daha ucuzdurlar. Bununla beraber, verimleri daha düşük ve yüksek devirden dolayı daha çabuk aşınır ve ömürleri daha kısadır. Santrifüj pompaların debi, özgül hız ve çark tasarımının fonksiyonu olarak  teorik pompa veriminin değişimi Şekil 1 de verilmiştir.

Santrifüj pompalarda en doğru sınıflandırma özgül hıza göre yapılabilmektedir. Buna göre santrifüj pompalar  radyal, eksenel ve karışık akışlı olmak üzere üç tipte değerlendirilmektedir. Bu pompa tipleri arasında özgül hız bakımından kesin bir sınır bulunmamaktadır. Bununla beraber yapılabilirlilik ve verim açısından pompa tiplerinin özgül hız aralıkları şu şekilde ifade edilmektedir.

Pompa çark tipi                                    n_q                     n_s                    

Radyal akışlı çarklar                             12 –35              43-128 

Karışık akışlı çarklar                             35-160              128-584

Eksenel akışlı çarklar                            160-400            584-1460                     

Pompa tiplerine göre performans özellikleri şu şekilde özetlenebilir. Radyal pompalarda işletme hızı ve debisi düşük, basıncı yüksektir. Eksenel pompalarda ise basınç düşük, debi daha yüksek değerdedir. Bu nedenle, yüksek basınç gerektiren yerlerde radyal, yüksek debi gerektiren yerlerde ise eksenel pompalar kullanılır. Karışık akışlı pompalar gerek debi, gerekse basınç için orta değerdedir.

Şekil 1. Pompa debisi, çark tasarımı ve özgül hızın fonksiyonu olarak pompa teorik verimi.

3. İŞLETME KOŞULLARININ BELİRLENMESİ

Tesise uygun pompa seçiminden önce, sulama sisteminin gereksinim duyduğu debi ve toplam dinamik yükseklik değerleri belirlenmelidir. Bunun için sisteme ait, debi ve toplam dinamik yükseklik ilişkisini gösteren tesis toplam yük kaybı eğrisinin (TYKE) çizilmesi gerekmektedir. TYKE nin çizilebilmesi için, sistemin geometrisi (geometrik yükseklik, kullanılacak borunun çapı, cinsi, toplam uzunluğu, kullanılması kaçınılmaz olan boru armatür ve donanımları) önceden belirlenmelidir. Sistemde kullanılacak optimum boru çapının belirlemesinde, pompalanan debi ve su hızı önemli rol oynamaktadır. İletilmesi istenen debi için  2±0.5 m/s su hızı esas alınır. Pompaj tesislerinde zorunlu kalınmadıkça borudan akacak suyun hızı hiçbir zaman 3 m/s yi aşmamasına özen gösterilmelidir. Sulamada kullanılan, standart boru çapları için, izin verilen ortalama debiler Tablo 1 verilmiştir.

Tablo 1. Standart Boru Çapları İçin İzin Verilen Debi Aralıkları

Bir pompaj tesisinin tasarımında önemli rol oynayan ana parametreleri içeren “pompaj tesisi temel denklemi” olarak bilinen aşağıdaki eşitlik iyi analiz edilmelidir.

            N_M (kW) = [Q (l/s) * TDY (m) * g (kg/l) ] / [ 102 * h_p (%)]

3.1. Sistem Debisi (Q)

Bir pompaj tesisinin debisi, sulanacak alan, bitki cinsi, tesisin kurulacağı yerdeki toprak ve iklim özellikleri, sulama yönteminin tipine, verimine ve sulama süresine bağlıdır.

Sistem debisi, kabaca aşağıdaki eşitlik yardımıyla belirlenebilir.

Q (l/s) =  A (ha) * q (l /s ha)

Burada, A sulanması istenen alanı, q ise bitki cinsi, toprak ve iklim etkenleri ile sulama yöntemine ait etkenleri içeren, teorik yada uygulamalı olarak belirlenebilen, sulama modülü olarak tanımlanan bir terim olup, değeri değişik Tarımsal Araştırma Enstitüleri tarafından yayınlanan “Bitki Su Tüketim Rehberi”nden alınabilmekte veya toprak-bitki-su ilişkilerini açıklayan temel literatürden hesaplanmaktadır. Orta Anadolu koşulları için kurulacak pompaj tesislerinde sulama modülü 0.5 – 0.75 l /s ha alınmaktadır. Bitki su tüketimi düşük, etkinliği yüksek sulama yöntemi, fazla doğal yağış alan yöreler ve su tutma kapasitesi yüksek olan toprak koşulları için sulama modülünün küçük değerleri, tersi durumda ise daha büyük değerleri alınabilir.

Gerek yer altı gerekse yer üstü su kaynağı, belirlenen bu sistem debisini karşılayıp karşılamadığı kontrol edilmelidir. Eğer su kaynağı bu debiyi karşılamıyorsa, su kaynağını artırmak- örneğin ikinci bir derin kuyu açmak-, alanı azaltmak veya bitki desenine müdahale etmek gibi seçenekler değerlendirilmelidir.

3.2. Sistemin Gereksinim Duyduğu Toplam Dinamik Yükseklik (TDY)

Pompa, verilen bir sulama sisteminde istenilen toplam dinamik yükseklikte istenilen debiyi sağlamalıdır. Belirli bir sistemden, geçen değişik debilerdeki, toplam dinamik yükseklik bileşenlerinin değişimi Şekil 2 de gösterilmiştir.

            Şekil 2. Toplam tesis yük kaybı eğrisi ve bileşenleri.

Geometrisi belirlenmiş bir sistemde, toplam dinamik yükseklik (TDY) aşağıda eşitlikte belirtilen bileşenlerden oluşmaktadır.

            TDY = Hg + Hd + Hp + Hf + Hv

Bunlar, Hg geometrik yükseklik,  Hd derin kuyu yada su kaynağında debiye bağlı meydana gelen düşüm, Hp sistemin çıkışında istenen basınç veya işletme basıncı,  Hf  sistemde kullanılan düz boru ve armatürlerde meydana gelen toplam sürtünme kayıpları ve Hv pompalanan suyun hız enerjisidir.

3.2.1. Sistemin geometrik yüksekliği (Hg)

Sistem geometrik yüksekliği, su kaynağı yüzeyi ile suyun iletileceği en üst nokta arasındaki düşey seviye (kot farkı) olup, statik emme yüksekliği ile statik basma yüksekliğin toplamından oluşur. Sistem debisinden bağımsızdır ve tüm debi değerleri için sabittir. Bununla beraber, yıldan yıla, mevsimsel kullanıma ve su kaynağının özelliklerine bağlı olarak değişmesi söz konusu olabilir. 

3.2.1.1. Statik emme yüksekliği (h_se)

Kaynaktan su çekilmez iken, su kaynağı ile pompa mili ekseni arasındaki kot farkı statik emme yüksekliği olarak tanımlanmaktadır. Eğer su kaynağı, pompa ekseninden aşağıda ise statik emme yüksekliği pozitif; pompa ekseni, su kaynağı düzleminden daha aşağıda ise o zaman statik emme yüksekliği negatif değer almaktadır.

3.2.1.2. Statik basma yüksekliği (h_sb)

Yine kaynaktan su çekilmez iken, pompa mili ekseni ile suyun iletildiği kullanım yerinin en üst noktası  arasındaki kot farkı, statik basma yüksekliği olarak tanımlanmaktadır. Eğer pompa emdiği suyu aynı düzleme boşaltırsa o zaman statik basma yüksekliği sıfır olur.

3.2.2. Düşüm

Kuyu gibi yer altı su kaynaklarında, statik seviye, kuyudan su pompajı yapılmazken kuyunun su yüzeyi ile yer yüzeyi arasındaki düşey uzaklıktır. Düşüm kuyudan su çekimi ile başlar. Artan debiye göre parabolik bir yükseliş göstermektedir. Düşümün değeri, pompaj debisine, akifer özelliklerine, kuyu boyutuna, kuyunun donanım metoduna ve pompaj süresine bağlı olarak değişir (Şekil 3).  Düşüm kuyu tecrübe denemeleri vasıtasıyla belirlenir. Kuyudan çekilen su miktarı artırıldıkça, düşüm de orantılı olarak artar. Fakat, belli bir debi değerinden sonra, bu düşüm daha da büyük artış gösterir. Debi- düşüm eğrisinde bu dönüm yada kırılma noktasına karşılık gelen debi değeri, kuyunun maksimum debisini (Şekil 3, B noktası) verir. Pratikte, bu noktaya karşılık gelen debi değerinin %90 karşılığında alınan debi, kuyu için ekonomik debi  olarak bilinir ve pompa seçimi en fazla bu değere göre (Şekil 3, A noktası) belirlenebilir. Kuyu sondajı, donatımı, geliştirme  ve tecrübesi ayrı bir çalışma notunda incelenecektir.

3.2.3. İşletme yüksekliği veya çıkış basıncı

Bazı sulama sistemleri, kullanım noktalarında ilave basınç isterler. Bu basıncın değeri sistemin özelliğine göre değişir. Yüksek basınçlı merkezi tek tabancalı yağmurlayıcılar 7 bar ,  taşınabilir yağmurlama sulama sistemleri  2.5-3.5  bar’a kadar işletme basıcına gereksinim duyarken, damla sulama sistemleri daha düşük, örneğin 0.5-2 bar şiddetinde işletme basıncına gereksinim duymaktadır. Bununla birlikte yüzey sulama sistemleri için işletme basıncı değeri sıfır olabilmektedir. Pratikte, taşınabilir yağmurlama sulama sistemleri için işletme yada çıkış basıncı değeri 3 bar veya eşdeğeri olan  30 mSS olarak alınmakta ve toplam dinamik yüksekliğe eklenmektedir.

            Şekil 3. Bir derin kuyuda seviyeler ile debi-düşüm ilişkisi.

3.2.4. Sürtünme kayıpları

Bir borudan su akarken sürtünmeden dolayı yükseklik yada basınç kaybı olur. Bu kayıpların değeri hidrolik formüller veya boru imalatçılarının hazırladığı nomogramlar, tablolar ve eğrilerden elde edilebilir. Pompa, suya sürtünme kayıplarını karşılamak için de enerji aktarmaktadır. Pratikte, bu sürtünme kayıplarını tamamen ortadan kaldırmak mümkün değildir. Mühendislik uygulamaları bu kayıpları en aza indirmek için yapılmaktadır. Belli çaptaki bir borudan geçen debiyi artırdıkça, su hızı da artar. Ancak, sürtünme kaybı, artan su hızının karesi ile artmaktadır. Böylece, çok yüksek işletme masrafları ortaya çıkmaktadır. Bundan dolayı, uygulamada belli çaplardan belirli debilerin iletilmesine izin verilir (Tablo 1).

Sürtünme kayıplarını, ayrıca, boru uzunluğu ve sistemde kullanılan armatürlerin fazlalığı ile boru cinsine bağlı sürtünme katsayısının büyüklüğü de artırmaktadır. Bu nedenle sistemin geometrisini planlarken, sürtünme kayıplarını en aza indirebilecek düzenlemeler üzerinde durmak son derece önem kazanmaktadır. Bu, özellikle emme donanımı olan pompaj tesislerinin, emme hatlarının düzenlenmesinde hassasiyet göstermeyi gerektirmektedir.  Çünkü, artan emme hattı sürtünme kayıpları, ENPY_T değerini azaltacağından, kavitasyon riskini yükseltmektedir. Bir pompaj tesisinde toplam kayıplar genel olarak aşağıda eşitlik ile belirlenmektedir.

Hf = (l *L* v² ) /(D*2g) + åk * v² /2g .................(Hızın fonksiyonu olarak)

Hf = (l *Leş* v² ) /(D*2g) ..................(Eşdeğer boru boyu cinsinden)

Hf = 0.0827*[(l* L ) /D⁵ + åk /D⁴]*Q²  .................(Debinin fonksiyonu olarak)

Hf = 0.0827*[(l* Leş ) /D⁵]*Q²  ..................(Eşdeğer boru boyu cinsinden)

Burada, l  boru cinsine bağlı sürtünme katsayısı  Moody diyagramından bulunur, pratikte kabaca 0.015 – 0.025 arasında alınabilir. L iletim hattında kullanılan düz boru uzunluğu m,  v su hızı m/s, D boru çapı m, g yer çekimi ivmesi 9.81 m/s², åk hatta kullanılan armatür yada boru parçalarının toplam şekil kayıp katsayısı, Leş  hattaki düz boru uzunluğu ile armatürlerin eşdeğer düz boru boyu karşılığı toplamı m  ve Q  iletilen debi m³/s dir.

3.2.5. Hız yüksekliği

Hız yüksekliği, suyun kinetik enerjisi olup, şu eşitlikle belirlenir.

Hv = v² /2g

Pompaj tesislerinde hız yüksekliği genellikle 0.3 m den daha küçüktür.  Çünkü, hız yüksekliği su hızının karesiyle artmaktadır, ancak sürtünme kayıpları da su hızının karesiyle arttığı için, pratikte bir fayda sağlamamaktadır. Su hızının artışı ayrıca, su darbelerinin oluşumuna da neden olabileceğinden, hız daha önce de ifade edildiği gibi genellikle 2±0.5 m/s aralığında olması arzu edilmektedir.

3.2.6. Sistem yüksekliği değişimleri

Toplam sistem yüksekliği zamanla değişime uğrayabilir. Buna, kuyu düşümü, sürtünme, işletme koşulları ve sulama sezonuna bağlı olarak statik su seviyesindeki olası değişiklikler neden olabilir. Boru ve armatürlerin korozyona uğraması veya eskimesinden dolayı sürtünme kayıpları artar. Statik su seviyeleri de yağışın yıldan yıla değişmesi veya sulama sezonunda su kaynağından aşırı su çekilmesi de toplam sistem yüksekliğini etkileyen önemli etkenlerdendir.

Bazı sistemlerde, sistem yüksekliği periyodik değişikliklere uğrayabilir. Toplam dinamik yüksekliklerin değişimini karşılayabilecek etkide bir pompa seçmek mümkün olmayabilir. Bazı durumlarda ek yükseklikleri karşılamak için esas pompaya seri bağlanabilecek ek bir pompa gerekli olabilir. Bu düzenleme yağmurlama sulama sistemlerinde tarla köşelerindeki yağmurlama başlıklarının çalıştırılması ve merkezi tek tabancalı yağmurlayıcılar için  gerekli olan ek basıncı sağlamakta sıklıkla kullanılır.

4. SANTRİFÜJ POMPALARDA KARAKTERİSTİK EĞRİLER

Santrifüj pompaların işletme özelliklerini tanımlamak için kullanılan, pompanın karakteristik eğrileri olarak dört çeşit eğri bilinir. Bunlar, belli bir çalışma hızı ve pompa modeli için, pompa debisinin fonksiyonu olarak, toplam dinamik yükseklik, verim, güç ve emmedeki net pozitif yük ilişkileridir (Şekil 4). Pompa imalatçıları, yaptıkları her bir pompa için normal olarak pompa karakteristiklerini katalog halinde yayınlarlar. Bir pompanın işletme performansı,  pompa çark ve gövdesinin geometrisi ile çalışma hızına bağlıdır.  

4.1. Santrifüj Pompalarda Debi- Yükseklik Değişimi

Şekil 5 de tek kademeli bir pompa için tipik bir yükseklik ile debi arasındaki değişim gösterilmiştir. Bu eğri, pompa tarafından birim zamanda pompalanan su miktarı ile geliştirebildiği yükseklik arasındaki ilişkiyi açıklamaktadır. Genellikle pompalanan debi arttıkça, üretilen yükseklik azalır. Eğrinin şekli, çark tasarımı ve özgül hız ile değişiklik gösterir. En büyük yükseklik, sıfır debi değerinde görülür. Bu noktaya tam kapalı vana (shut-off)  yüksekliği denir.

Şekil 4. Tek kademeli ve tek girişli bir pompanın karakteristik eğrileri.

Şekil 5. Bir santrifüj pompanın tipik bir yükseklik – debi karakteristik eğrisi.

4.2. Pompa Veriminin Debiye Bağlılığı

Pompalardaki verim ile debi arasındaki ilişki Şekil 6 da verilmiştir. Verim- debi ilişkisi aynı zamanda, yükseklik – debi eğrisi  üzerinde bir seri eşdeğer verim eğrileri olarak da gösterilebilir (Şekil 7). Bir pompanın verimi orijin noktasından başlar, artan debi ile maksimum bir noktaya kadar yükselir, daha sonra debinin artmasına karşılık ile azalma gösterir. Verim, pompa tipi, imalatçı ve modeller arasında önemli değişiklikler gösterir.

Verim, ortaya çıkan işin, girdi işe oranlanması ile belirlenir. Başka deyişle, pompanın çıktısı olan hidrolik enerji yada gücün, pompa miline verilen mekanik enerji yada güce oranıdır. Verim, birimsiz olup genellikle % olarak ifade edilir. Verim düzeyi, pompa seçiminde dikkate alınması gereken en önemli kriterlerden biridir.

Şekil 6. Bir pompanın tipik bir verim- debi karakteristik eğrisi.

Şekil 7. Bir pompanın yükseklik-debi eğrisi üzerinde eşdeğer verimleri gösterilmesi.

4.3. Pompanın Mil Gücünün Debiye Bağlılığı

Pompa mil gücü; debi, TDY, verim ve iletilen akışkanın özgül kütlesinin bir fonksiyonudur. Santrifüj pompalar için en yaygın Nm-Q eğrisinin biçimi Şekil 8 de gösterilmiştir.

Şekil 8. Santrifüj pompalarda görülen  tipik bir Nm-Q eğrisi.

Bu eğri, radyal ve karışık akışlı pompaları temsil edebilecek bir seyir göstermektedir. Buna göre, kapalı vana veya sıfır debi değerinde güç tüketimi en az, daha sonra artan debi ile güç tüketimi artmaktadır. Burada, önemli olan nokta, sıfır debide bile, güç tüketiminin var olmasıdır. Bu tip pompaların aksine, eksenel akışlı pompaların Nm-Q eğrisinde en yüksek güç tüketimi, sıfır debide görülürken, debi artışıyla güç tüketimi azalmaktadır.

4.4. Gerekli Emmedeki Net Pozitif Yük (ENPY_P) – Debi İlişkisi.

Pompa imalatçıları tarafından bildirilen en tipik ENPY_P –Q  eğrisi Şekil 9 da verilmiştir.

Şekil 9. Santrifüj pompalar için verilen tipik bir ENPY_P (NPSH_R) eğrisi

Santrifüj pompalar için tipik ENPY_P (NPSH_R) eğrisi, debi artışı ile parabolik bir yükseliş göstermektedir. Pompaj tesisi işletme noktası, bu eğriye yaklaştıkça kavitasyon tehlikesi büyümektedir.

Bu eğri, pompa imalatçıları tarafından testler sonucunda elde edilmektedir. Yapılan bilimsel çalışmalardan aşağıdaki denklemler ortaya konmuştur.

 ENPY_P  = 12.2 * 10 ^{- 4} * Q ^2/3 * n ^4/3 (Tek girişli pompalar)

ENPY_P  = 7.7 * 10 ^{- 4} * Q ^2/3 * n ^4/3   (Çift girişli pompalar)

Burada, Q pompa debisi (m³/s) ve n pompa çalışma hızı yada devir sayısı (1/min)dır.

Pratikte, herhangi bir pompaj tesisinde,  kavitasyonun oluşmaması için aşağıdaki eşitlik göz önünde bulundurulmaktadır.

ENPY_T ³ ENPY_P + 0.5    (m)

5. POMPA İŞLETME NOKTASI

Bir santrifüj pompa, sabit devir sayısındaki TDY-Q eğrisinin tüm noktalarında çalıştırılabilir. Bu eğri üzerindeki her noktaya karşılık gelen bir debi ve TDY değeri vardır. Aynı ölçekle çizilerek çakıştırılan, TYKE ile pompanın TDY-Q eğrilerinin kesişim noktası, pompanın işletme noktası olarak adlandırılır (Şekil 10). Bir başka ifade ile işletme noktasında, sistemin gereksinim duyduğu TDY ve Q ile pompanın ürettiği TDY ve Q değerleri dengededir ve aynı koordinatları gösterir. Pompa, bu işletme noktasında belirli bir, güç, verim ve ENPY_P değerlerine sahiptir. İşletme noktasındaki debi, sistem tarafından istenen debiyi sağlamalıdır.

Şekil 10. Verilen bir tesis ve pompa için işletme noktasının belirlenmesi

Tesis yük kaybı ve pompa TDY-Q eğrilerinden her hangi biri değişirse işletme noktası da değişebilir. TYKE, sulama yönteminin değişmesi - örneğin, yağmurlamadan salma sulamaya geçiş, yada tersi durum-, pompa çıkışındaki vana ile debinin değiştirilmesi, boru hattının çap, cins ve uzunluğunun değişmesi, armatür eklenmesi, boruların eskimesi (Şekil 11), su seviyesindeki değişimler gibi nedenlerden dolayı eğrinin şekli değişir. Pompanın TDY-Q eğrisi ise genelde pompa organlarının aşınması, devir sayısının farklılaşması, pompa boyutlarının değişime uğramasından dolayı değişebilmektedir. Pompaj sulama tesislerinde, işletme noktasına etki eden etmenler ayrı çalışmada daha ayrıntılı olarak açıklanacaktır.

Şekil 11. Boru hattının eskimesi ve statik su seviyesinin değişmesinin

                TYKE ne etkisi.

6. POMPA SEÇİMİ

Pompa seçimine gösterilecek özen, tesisin işletme ekonomisine büyük ölçüde tesir edecektir. Pompalar bir yılda, kendi maliyetinin on katı tutarında enerji harcayabilir. Uygun pompa seçimi ile bu enerji  optimum değere indirilebilir. Pompa seçimi, belli bir sulama sistemi için en uygun pompanın seçilmesi yöntemidir. Sulama sisteminin performans ihtiyaçlarına uygun tip ve özelliklere sahip bir pompa tipi  seçilmelidir. Sistem ihtiyaçlarını karşılayacak diğer pompalarda mutlaka incelenmelidir. Normal olarak, ekonomik faktörlere bağlı olarak bu pompalar içinden en uygunu seçilir. Bir tesise uygun pompa seçebilmek için bazı  unsurları mutlaka sağlıklı olarak elde edilmelidir. Bunlar:

·         Pompalanacak suyun sıcaklığı, özgül ağırlığı, viskozitesi ve temizliği olup,  pompanın yapısal yönüyle yakından ilgilidir.

·         Pompa büyüklüğünün belirlenebilmesi için gerekli pompaj debisi bilinmelidir.

·         Sistemin geometrisi ve topografya bilgileri, TDY değerinin hesaplanması ve TYKE çizilebilmesi için gereklidir.

·         Su kaynağı ve emme koşulları sorgulanmalı, kuyu karakteristikleri iyi ve doğru incelenmelidir.

·         Tesisten yararlanacak kullanım yeri sayısı, her birinin yıllık çalışma süreleri, ihtiyacı olan debi, seri yada paralel çalışma koşullarının belirlenmesi için gereklidir.

·         Tesisin kurulacağı yer ile ilgili bilgiler.

·         Enerji  durumu sorgulanmalıdır. Pompa tipi, transmisyon tipi ve tesise kuvvet kaynağı seçimi için gereklidir.

Yapılan çalışmalarda kaba bir yaklaşım olarak, pompaj tesisi sabit giderleri, pompa çark çapının karesi (D²), işletme giderleri ise pompa çark çapının 5. kuvveti (D⁵) ile değişmektedir. Buna göre, küçük tesisler için basit ve ucuz pompalar önerilebilir. Büyük kapasiteli ve sürekli çalışan tesislerde işetme noktasındaki pompa performansları daha da önem kazanmaktadır. Bu yüzden büyük debili pompalarda, işletme noktası en yüksek verim noktası veya en fazla %5 değişimi kabul edilebilir. Bu debi noktaları arasında kalan aralığa, pompanın optimum çalışma bölgesi adı verilir.

Pompa seçimi ile ilgili olarak, şimdiye kadar otaya konulmuş bir çok sonuç aşağıdaki gibi özetlenebilir.

·         Pompa seçimi olayında, pompayı imal eden ve kullanan olmak üzere iki taraf vardır. Sonuçtan bu iki taraf ta sorumludur.

·         Pompa ve sistem ana parametreleri abartılmamalı ve mümkün olan en doğru bilgiler kullanılmalıdır. Yapılan hesaplardaki muhtemel sapmaları karşılamak üzere, değerleri şişirmek yerine, pompanın kullanılan çark çapının artırılmasına uygun ve motorun bu gücü karşılayabilecek kadar büyük seçilmesi en uygun yoldur.

·         ENPY ve titreşim açısından, öncelikle düşük devirli pompa seçilmelidir. Aynı devirli iki pompa arasında seçim yapılacaksa; istenen çalışma noktası, pompanın en iyi verim noktasının solunda olan pompa seçilmelidir.

·         Pompaj sistemlerinde göz ardı edilen diğer bir hususta, zamanla debinin artırılması yönünde sisteme yapılan ilavelere karşın, boru çapı ve armatürlerin değiştirilmesi gereğinin düşünülmemesidir.

·         Bir depoya değil de, doğrudan bir boru şebekesine su pompalaması ve debinin vana ile ayarlanması durumunda, TDY-Q eğrisi yatık olan pompalar, hidroforlu sistemlerde ve çok sayıda pompanın paralel bağlandığı koşullarda ise dik TDY-Q eğrisine sahip pompalar seçilmelidir.

·         Derin kuyulardan su çekilmesinde, eğer debi küçük , basınç büyükse (TDY>60 m ) dalgıç tip, büyük debi ve küçük TDY (TDY<60 m ) koşullarında ise milli tip derin kuyu pompaları öncelikle değerlendirilmelidir.

·         Aşırı katı madde içeren sıvıların açık çarklı santrifüj yada enjektörlü pompalarla pompalanmalıdır.

·          Pompaların boru karakteristiğine uygun bir şekilde seri ve/veya paralel bağlanması ile TDY ve debi artırılabilir. Ayrıca, debi artırmak için basma borusuna paralel borularda bağlamak mümkündür. Seri bağlama genellikle TDY, paralel bağlamada ise debi önemli ölçüde artırılabilir. Enerji kayıplarından dolayı aynı karakterli iki pompa, paralel bağlandığında debinin, seri bağlandığında TDY nin, tek pompada elde edilen değerlerin iki katına çıkmayacağı unutulmamalıdır.

·         Sabit devirli pompalar en iyi verim noktasında çalıştırılmalıdır. Sürtünme kayıplarının az olduğu sistemlerde, debisi Q olan bir pompa yerine, Q/2 debili iki pompa, hem Q/2 hem de Q debisinde maksimum verimde çalıştırmak mümkündür.

·         Değişken devirli (frekans kontrollü) pompalar, debinin az olması istendiği sürece, TDY de azalma meydana geldiği için sistem veriminde iyileşme sağlar.

·         TDY içinde, basma yüksekliği payının çok olduğu durumlarda, verimli bir debi kontrolü paralel pompa kullanarak sağlanır.

·         Debi değişken değilse teknolojik mecburiyet olmadıkça, en iyi çözüm, en iyi verim bölgesinde çalışan, sabit devirli pompalardır.

·         Pompa seçiminde, son zamanlarda “ömür boyu maliyet” diye ifade edilen unsurlar da dikkate alınmalıdır. Bunlar, yatırım, montaj ve işletmeye alma, enerji, işletme, bakım ve onarım, arıza süresindeki ürün kaybı, çevresel, ömrü biten pompanın söküm ve atım maliyetleri olarak sayılabilir. 

6.1. Pompa Tipleri

Santrifüj pompaların çeşitli tipleri çoğunlukla sulamada ve drenaj sistemlerinde kullanılır. Santrifüj pompalar çarklarına göre  şu şekilde sınıflandırılabilir:

·         Radyal Akışlı Pompalar

·         Aksiyal Akışlı Pompalar

·         Karışık Akışlı Pompalar

Ayrıca, bir santrifüj pompa dizayn şekline ve uygulamalarına göre de dört gruptan

biri olarak sınıflandırılabilir:

·         Volüt (salyangoz) gövdeli pompalar

·         Difizör gövdeli pompalar

·         Türbin pompalar (milli ve dalgıç tip derin kuyu)

·         Pervaneli (eksenel) pompalar

Volüt gövdeli pompalar genellikle suyun 7 metreden daha az derinlikten alınacağı yerlerde kullanılır. Statik emme yüksekliği, pompa kurulum koşulları ve ENPY_P tarafından belirlenir. Kurulumun kolay ve maliyetinin düşük olması nedeniyle yatay milli salyangoz gö