Pompa Motor Gücü Nasıl Hesaplanır? kW ve HP Hesabı, Emniyet Payı ve Motor Seçimi

Pompa motor gücü hesabı, önce suyu hareket ettirmek için gereken şaft gücünün P_şaft = ρ×g×Q×H / (1000×η) formülüyle bulunması, sonra bu değere kademeli emniyet payı eklenerek bir üst standart motor gücüne yuvarlanmasıdır. Debi, basma yüksekliği ve verim bilinirse sonuç kilovat cinsinden çıkar; beygir gücüne 0,7457'ye bölerek geçilir.

Bu yazıda sırasıyla şunları bulacaksınız:

• Şaft gücü formülünün terim terim türetilmesi ve her birimin sayısal karşılığı
• Su gücü, şaft gücü ve elektrik gücü arasındaki farkın verimle bağlanması
• Motor anma gücü seçiminde kademeli emniyet payı tablosu ve neden sabit yüzde olmadığı
• Kilovat, beygir gücü ve İngiliz beygir gücü arasındaki tam dönüşüm katsayıları
• Standart motor güç kademeleri ve hesaplanan değerin hangisine yuvarlanacağı
• Servis faktörünün ne olduğu ve emniyet payından farkı
• Yoğunluk ve viskozite düzeltmesinin şaft gücünü nasıl değiştirdiği
• Motorun çektiği akımın I = P / (√3 × U × cosφ × η) ile hesabı
• Debiden motor seçimine kadar giden iki tam sayısal örnek

01Pompa motor gücü nasıl hesaplanır?

Pompa motor gücü, önce hidrolik iş için gereken şaft gücünün hesaplanması, ardından bu değere emniyet payı eklenip bir üst standart motor kademesine yuvarlanmasıyla belirlenir. Sıra şudur: su gücü hesaplanır, pompa verimine bölünerek şaft gücü bulunur, kademeli emniyet payı eklenir, sonuç standart anma gücüne yükseltilir. Bu dört adım atlanmadan uygulandığında hem az güçlü kalıp sürekli aşırı yüklenen hem de gereksiz büyük seçilip düşük verimde çalışan motordan kaçınılır.

Hesabın girdileri üç sayıdır: debi Q, basma yüksekliği H ve pompa verimi η. Debi metreküp bölü saat, basma yüksekliği metre sıvı sütunu, verim ise yüzde olarak alınır. Bu üç değer pompa eğrisinin çalışma noktasından okunur; çalışma noktasının nasıl bulunduğu ayrı bir konudur ve /blog/pompa-calisma-noktasi-nedir ile /blog/pompa-egrisi-nasil-okunur yazılarında ele alınmıştır. Bu yazı, çalışma noktası belli olduktan sonra motorun kaç kilovat seçileceğine odaklanır.

Motor gücü seçimi bir yuvarlama işidir, bir hesaplama değil. Şaft gücü 3,3 kilovat çıkabilir ama piyasada 3,3 kilovatlık motor yoktur; en yakın üst standart olan 4 kilovat seçilir. Dolayısıyla hesabın hedefi tek bir ondalık sayı değil, doğru standart kademedir. Yanlış kademeye yuvarlamak ya motoru yakar ya da parasını boşa harcatır.

02Şaft gücü formülü nasıl türetilir?

Şaft gücü, pompa milinin sudan istediği mekanik güçtür ve P_şaft = ρ×g×Q×H / (1000×η) formülüyle hesaplanır. Formül aslında iki parçadan oluşur: pay kısmı ρ×g×Q×H suya verilen faydalı hidrolik gücü, yani su gücünü verir; paydadaki η bu gücü mile taşırken kaybedilen verimi hesaba katar. Su gücü ile şaft gücü arasındaki tek fark pompa verimidir.

Türetme akışkanın taşıdığı potansiyel enerjiden başlar. Bir sıvının birim zamanda kazandığı potansiyel enerji, kütle debisi çarpı yerçekimi çarpı yüksekliktir. Kütle debisi ρ×Q'dur; yani yoğunluk çarpı hacim debisi. Buradan su gücü P_su = ρ×g×Q×H çıkar. Bu güç doğrudan wattır, ama pratikte Q metreküp bölü saat ve sonuç kilovat istendiği için formüle birim dönüşüm sabitleri girer.

Birimleri yerine koyalım. Su yoğunluğu ρ = 1000 kilogram bölü metreküp, yerçekimi g = 9,81 metre bölü saniyekare. Debi metreküp bölü saat olarak verilirse saniyeye çevirmek için 3600'e bölünür. Sonucu kilovata çevirmek için 1000'e bölünür. Bu iki bölme ve iki çarpım birleştiğinde pratik mühendislik formülü ortaya çıkar: pompa şaft gücü kilovat = Q × H / (367 × η). Buradaki 367 sayısı, 1000 × 3600 / (1000 × 9,81) sadeleşmesinden gelen sabittir; Q metreküp bölü saat, H metre, η ondalık kesir olarak girer.

03Su gücü, şaft gücü ve elektrik gücü nasıl ayrışır?

Bir pompa tesisinde üç ayrı güç vardır ve karıştırılmaları en sık yapılan hatadır. Su gücü suya fiilen verilen faydalı güçtür; şaft gücü motorun mile aktardığı mekanik güçtür; elektrik gücü ise şebekeden çekilen güçtür. Bu üçü her zaman su gücü < şaft gücü < elektrik gücü sırasındadır, çünkü her aşamada kayıp eklenir.

Aralarındaki bağ verimdir. Su gücünü şaft gücüne bağlayan pompa verimi η_pompa'dır: P_şaft = P_su / η_pompa. Şaft gücünü elektrik gücüne bağlayan motor verimi η_motor'dur: P_elektrik = P_şaft / η_motor. İkisi birleştiğinde toplam verim η_toplam = η_pompa × η_motor olur ve şebekeden çekilen güç P_elektrik = P_su / η_toplam'a iner. Bir kilovat suya verirken şebekeden 1,6 kilovat çekmek, ikisinin de yüzde 80 dolayında olduğu tipik bir tesiste olağandır.

Bu ayrım seçim için kritiktir. Motor etiketinde yazan anma gücü, motorun mile verebileceği azami şaft gücüdür; şebekeden çektiği güç değildir. Yani 4 kilovatlık bir motor mile 4 kilovat verirken, motor verimi yüzde 85 ise şebekeden yaklaşık 4,7 kilovat çeker. Motor seçilirken şaft gücü ile karşılaştırılan değer etiket anma gücüdür; elektrik faturası hesaplanırken kullanılan değer ise çekilen elektrik gücüdür. Sirkülasyon pompalarında bu ayrımın enerji tüketimine yansıması /blog/sirkulasyon-pompasi-ne-kadar-elektrik-harcar yazısında ayrıntılı işlenmiştir.

04Pompa verimi şaft gücünü nasıl etkiler?

Pompa verimi, suya verilen su gücünün mile verilen şaft gücüne oranıdır ve şaft gücü hesabının paydasında yer aldığı için sonucu doğrudan belirler. Verim düştükçe aynı su gücü için gereken şaft gücü büyür; yüzde 50 verimli bir pompa, yüzde 75 verimliyle aynı işi yapmak için bir buçuk katı şaft gücü ister. Verim türetiminin kendisi bu yazının konusu değildir; burada verim, çalışma noktasından okunan hazır bir sayı olarak kullanılır.

Verimin nereden okunduğu önemlidir. Pompa eğrisi kataloglarında debiye karşı verim eğrisi ayrı bir çizgi olarak verilir; çalışma noktasındaki debinin karşısına gelen verim okunur. En yüksek verim noktası eğrinin tepesindedir ve pompa mümkün olduğunca bu noktaya yakın seçilir. Çalışma noktası verim tepesinden uzaklaştıkça hem enerji israf edilir hem de şaft gücü hesaplanandan büyük çıkar.

Pratikte tipik verim bantları şöyledir: küçük ıslak rotorlu sirkülasyon pompalarında toplam verim yüzde 30 ila 55, orta boy santrifüj pompalarda yüzde 60 ila 80, büyük çift emişli pompalarda yüzde 80 ila 88. Verim değeri elde yoksa, güvenli tarafta kalmak için bant alt sınırı kullanılır; böylece motor eksik güçte seçilmez. Santrifüj pompanın temel çalışma ilkesi ve verim davranışı /blog/santrifuj-pompa-nedir yazısında, çok kademeli pompalarda verimin kademe sayısıyla ilişkisi ise /blog/cok-kademeli-pompa-nedir yazısında açıklanmıştır.

05Motor emniyet payı neden kademelidir?

Motor emniyet payı, hesaplanan şaft gücünün üzerine motorun asla aşırı yüklenmemesi için eklenen yüzdedir ve sabit değil, güce göre kademelidir. Küçük güçlerde yüzde 25'e kadar çıkar, büyük güçlerde yüzde 10'a iner. Nedeni fiziksel gerçekliktir: küçük motorlarda mutlak güç tamponu az olduğu için oransal pay büyük tutulur; büyük motorlarda mutlak tampon zaten geniş olduğu için oransal pay küçülür.

Payın amacı üç riski karşılamaktır. Birincisi çalışma noktası kaymasıdır; sistem direnci beklenenden düşük çıkarsa pompa eğri üzerinde sağa kayar, debi artar ve şaft gücü yükselir çünkü santrifüj pompada güç debiyle artar. İkincisi yoğunluk ve sıcaklık sapmalarıdır. Üçüncüsü verimdeki zamanla düşüştür; aşınan çark ve artan boru direnci motoru zorlar. Emniyet payı bu üç belirsizliği tek bir tamponla karşılar.

Aşağıdaki kademeli tablo mekanik tesisatta yaygın kullanılan değerlerdir. Hesaplanan şaft gücü bu tablodaki çarpanla çarpılır, çıkan değer motorun sağlaması gereken en düşük anma gücü olur; sonra en yakın üst standart kademeye yuvarlanır.

06Standart motor güç kademeleri nelerdir?

Standart motor güç kademeleri, elektrik motoru üreticilerinin uluslararası olarak sabitlediği anma güçleridir ve ara değer üretilmez. Yaygın kademeler kilovat cinsinden şöyledir: 0,37 · 0,55 · 0,75 · 1,1 · 1,5 · 2,2 · 3 · 4 · 5,5 · 7,5 · 11 · 15 · 18,5 · 22 · 30 · 37 · 45. Hesaplanan ve emniyet payı eklenmiş güç bu listedeki değerlerin arasına düşerse, daima bir üst kademe seçilir; asla alt kademeye yuvarlanmaz.

Yuvarlamanın yönü tek taraflıdır. Örneğin emniyet payı eklenmiş sonuç 2,4 kilovat çıktıysa, 2,2 kilovat kademesi bu değerin altında kaldığı için elenir ve 3 kilovat seçilir. Sonuç tam bir kademeye eşit çıkarsa, örneğin tam 4,0 kilovat, o kademe seçilir. Bir kademe seçildikten sonra gerçek pay yeniden kontrol edilir; 2,4 kilovat için 3 kilovat seçmek, ilk hedeflenen yüzde 15 payı yaklaşık yüzde 25'e çıkarır ki bu küçük motorlarda kabul edilebilir.

Kademeler arasındaki boşluk büyüdükçe yuvarlama israfı artar. 30 ile 37 kilovat arasında yüzde 23'lük bir sıçrama vardır; 31 kilovat gereken bir uygulamada 37 kilovat seçmek altı kilovat fazla motor demektir. Bu durumda ya frekans dönüştürücü ile motor kısılır ya da pompa daha verimli bir modelle çalışma noktası düşürülür. Dik milli çok kademeli pompalarda bu ince ayar sık gerekir; ilgili ürün ailesi /urunler/pompa-sistemleri/dik-milli-pompalar sayfasında listelenir.

07Kilovat, beygir gücü ve İngiliz beygir gücü nasıl dönüştürülür?

Güç birimleri arasındaki dönüşüm sabit katsayılarla yapılır ve bu katsayıların karıştırılması saha hesaplarında yaygın hatadır. Üç birim vardır: kilovat, İngiliz beygir gücü ve metrik beygir gücü. İngiliz beygir gücü 0,7457 kilovata, metrik beygir gücü ise 0,7355 kilovata eşittir. İki beygir birbirine yakın ama eşit değildir; katalog hangisini kullandığını belirtmiyorsa metrik beygir varsayılır çünkü Avrupa menşeli pompalarda standart odur.

Dönüşüm yönü şöyledir. Kilovattan İngiliz beygirine geçmek için 0,7457'ye bölünür; beygirden kilovata geçmek için 0,7457 ile çarpılır. Metrik beygir için aynı işlem 0,7355 ile yapılır. Örneğin 4 kilovatlık bir motor 4 / 0,7457 = 5,36 İngiliz beygiri veya 4 / 0,7355 = 5,44 metrik beygirdir. Ters yönde, 5,5 İngiliz beygirlik bir motor 5,5 × 0,7457 = 4,10 kilovattır ve en yakın standart 4 kilovat kademesine oturur.

Aşağıdaki tablo standart kilovat kademelerinin her iki beygir karşılığını verir. Amerikan menşeli bir katalogla Avrupa menşeli bir katalog karşılaştırılırken bu tablo doğrudan kullanılır; iki farklı beygir tanımı yüzünden yanlış kademe seçmeyi önler.

08Servis faktörü nedir ve emniyet payından farkı nedir?

Servis faktörü, bir motorun anma gücünün üzerinde sürekli olmayan koşullarda çalışabileceği güç oranını gösteren, motor etiketinde yazılı bir çarpandır. Tipik değeri 1,0 ila 1,25 arasıdır. Servis faktörü 1,15 olan 4 kilovatlık bir motor, kısa süreli olarak 4 × 1,15 = 4,6 kilovata kadar zorlanabilir. Bu, motorun kendi üreticisinin tanıdığı bir yedektir; tasarımcının eklediği emniyet payından tamamen farklıdır.

Fark şudur: emniyet payını tesisat mühendisi hesaba ekler ve motor kademesini büyütür; servis faktörünü ise motor üreticisi motorun içine koyar ve etikete yazar. Emniyet payı motorun sürekli çalışacağı normal yükü belirler; servis faktörü ise anlık aşırı yük anlarında motorun yanmadan dayanabileceği tavanı belirler. Doğru tasarımda motor, servis faktörü değil anma gücü ile boyutlandırılır; servis faktörü yalnızca geçici tepe yükler için bir güvence olarak bırakılır.

Servis faktörünü sürekli yük için kullanmak yanlıştır. Servis faktörü bölgesinde çalışan bir motorun sargı sıcaklığı yükselir, verimi düşer ve yalıtım ömrü kısalır. Bu nedenle şaft gücü, motor anma gücünü servis faktörüyle çarparak değil, doğrudan anma gücüyle karşılaştırılır. Servis faktörü, ancak nadir ve kısa süreli debi sıçramalarının motoru anlık zorladığı durumlarda rahatlatıcı bir tampon olarak devreye girer.

09Yoğunluk düzeltmesi şaft gücünü nasıl değiştirir?

Yoğunluk düzeltmesi, sudan farklı yoğunlukta bir sıvı pompalanıyorsa şaft gücünün sıvının bağıl yoğunluğuyla çarpılmasıdır. Şaft gücü formülünde yoğunluk ρ doğrudan payda yer aldığı için, sıvı sudan ağırsa şaft gücü orantılı büyür, hafifse küçülür. Basma yüksekliği metre olarak sabit kalsa bile, aynı metre yüksekliği daha ağır sıvıda daha çok güç ister çünkü kaldırılan kütle artmıştır.

Düzeltme çarpanı bağıl yoğunluktur, yani sıvının yoğunluğunun suya oranı. Su için bu çarpan 1,0'dır. Etilen glikol karışımlı ısıtma suyunun yoğunluğu tipik olarak 1,05 ila 1,07 arasıdır; yüzde 40 glikolde çarpan yaklaşık 1,06'dır. Yani su için 3,0 kilovat çıkan bir şaft gücü, yüzde 40 glikol karışımında 3,0 × 1,06 = 3,18 kilovata çıkar. Deniz suyu için çarpan yaklaşık 1,025, sülfürik asit gibi ağır sıvılarda 1,8'e kadar çıkabilir.

Basma yüksekliği ile basınç ilişkisi burada kritiktir. Pompa eğrisi metre sıvı sütunu cinsindendir ve bu değer sıvıdan bağımsızdır; ama aynı metre yükseklik ağır sıvıda daha yüksek bar basınca karşılık gelir. Motor gücü hesabında metre yükseklik kullanılırsa yoğunluk çarpanı ayrıca eklenir; bar basınç kullanılırsa yoğunluk zaten basınç değerinin içindedir ve iki kez sayılmamalıdır. Bu ikili sayım hatası, glikollü tesislerde motorun eksik seçilmesinin başlıca nedenidir.

10Viskozite düzeltmesi ne zaman gerekir?

Viskozite düzeltmesi, sudan belirgin daha yapışkan sıvılar pompalanırken pompa verimi düştüğü için şaft gücünün artırılmasıdır. Su viskozitesi düşüktür ve pompa eğrileri suya göre çizilir; viskozitesi 20 santistoks üzerine çıkan bir sıvıda debi ve basma yüksekliği düşer, güç ise artar. Bu değişim yoğunluk düzeltmesinden farklıdır ve tek bir çarpanla değil, viskozite düzeltme faktörleriyle yapılır.

Etki mekanizması iç sürtünmedir. Yapışkan sıvı, çark kanalları ve gövde içinde daha çok akış kaybı üretir; aynı debiyi taşımak için pompanın daha çok mekanik iş yapması gerekir. Sonuçta üç düzeltme faktörü tanımlanır: debi için C_Q, basma yüksekliği için C_H ve verim için C_η. Viskoz sıvıda gerçek verim su verimini C_η ile çarparak bulunur; verim düştüğü için şaft gücü büyür. Kabaca, 100 santistoks dolayındaki bir sıvıda verim faktörü 0,80 ila 0,90'a inebilir.

Sınır değerler pratiktir. Viskozite 20 santistoks altındaysa düzeltme ihmal edilir ve su hesabı kullanılır; ısıtma suyu, kullanım suyu ve glikol karışımları bu banttadır. 20 ila 300 santistoks arasında düzeltme faktörü tablolarından hesaplanır. 300 santistoks üzerinde santrifüj pompa verimi çok düşer ve genellikle pozitif deplasmanlı pompaya geçilir. Mekanik tesisatta pompalanan suların neredeyse tamamı düşük viskoziteli olduğu için bu düzeltme çoğu binada gerekmez; ağır yağ, melas veya konsantre kimyasal proseslerinde devreye girer.

11Motor anma gücü seçimi adım adım nasıl yapılır?

Motor anma gücü seçimi, hesaplanan şaft gücünden tek bir standart kademeye ulaşan beş adımlık bir zincirdir ve her adım bir öncekinin çıktısını girdi alır. Zincir doğru izlendiğinde sonuç tartışmasız tek bir motor gücüdür. Adımlar şunlardır: şaft gücünü hesapla, gerekiyorsa yoğunluk ve viskozite düzeltmesini uygula, kademeli emniyet payını ekle, en yakın üst standart kademeye yuvarla, seçilen kademede gerçek pay ve akımı doğrula.

Birinci ve ikinci adım hidroliktir. Şaft gücü Q × H / (367 × η) ile bulunur; su dışı sıvı varsa sonuç bağıl yoğunlukla ve gerekiyorsa viskozite verim faktörüyle düzeltilir. Üçüncü adım emniyet payıdır; kademeli tablodan çarpan seçilir ve şaft gücüyle çarpılır. Dördüncü adım yuvarlamadır; sonuç standart kademe listesinde bir üst değere yükseltilir. Beşinci adım kontroldür; seçilen kademenin şaft gücüne oranı makul bir pay veriyor mu ve motorun etiket akımı beslemeye uygun mu bakılır.

Kontrol adımı atlanmamalıdır. Yuvarlama bazen payı aşırı büyütür; 3,3 kilovat şaft için önce yüzde 12 pay ile 3,7 kilovat, sonra yuvarlama ile 4 kilovat seçilir ki gerçek pay yüzde 21'e çıkar, bu kabul edilebilir. Ama 7,6 kilovat şaft için yüzde 10 pay ile 8,4 kilovat, yuvarlama ile 11 kilovat çıkar ve pay yüzde 45'e fırlar; bu israftır ve ya frekans dönüştürücü ya farklı pompa değerlendirilir. Kullanım suyu hidroforlarında bu ince ayar sık gerektiği için pompa modeli seçimi /urunler/pompa-sistemleri/kullanim-suyu-hidroforlari sayfasındaki debi-basma tablolarından yapılır.

12Motorun çektiği akım nasıl hesaplanır?

Motorun çektiği akım, üç fazlı bir motorda I = P / (√3 × U × cosφ × η) formülüyle hesaplanır. Buradaki P motorun anma gücü watt cinsinden, U faz arası gerilim volt, cosφ güç faktörü, η motor verimi, √3 ise 1,732'dir. Formül motorun kablo kesitini, sigortasını ve termik koruma ayarını belirlemek için kullanılır; motor seçildikten sonra elektrik projesinin girdisidir.

Terimlerin yerine oturması önemlidir. P burada şaft gücü değil, motorun etiketteki anma gücüdür; çünkü akım motorun tam yükte çektiği gücü karşılar. U Türkiye'de faz arası 400 volttur. cosφ değeri motor büyüklüğüne göre yüzde 75 ila 90 arasındadır ve etiketten okunur; küçük motorlarda düşük, büyük motorlarda yüksektir. η motor verimidir, etiketteki IE sınıfına göre yüzde 80 ila 95 arasında değişir. Bu iki çarpan payda birlikte durduğu için, düşük güç faktörlü ve düşük verimli bir motor aynı güçte daha çok akım çeker.

Tek fazlı motorlarda formül değişir. √3 kalkar ve U faz-nötr gerilimi olan 230 volt olur: I = P / (U × cosφ × η). Küçük sirkülasyon pompaları ve ev tipi hidroforlar tek fazlıdır; büyük tesis pompaları üç fazlıdır. Hesaplanan akım her zaman etiket akımıyla karşılaştırılıp doğrulanır; sahada ölçülen akımın etikete göre yorumlanması ayrı bir konudur ve pompa arıza teşhisinde kullanılır.

13Sayısal örnek: bir apartman hidroforu için motor seçimi

İlk örnekte on iki daireli bir apartmanın kullanım suyu hidroforu için motor seçelim. Verilenler şunlar: gerekli debi Q = 12 metreküp bölü saat, basma yüksekliği H = 45 metre, pompa çalışma noktasındaki verim η = 0,68, sıvı temiz su. Motor üç fazlı, besleme 400 volt. Amaç, hidroforun tek pompasının motor gücünü ve etiket akımını bulmaktır.

Birinci adım şaft gücüdür. P_şaft = Q × H / (367 × η) = 12 × 45 / (367 × 0,68) = 540 / 249,6 = 2,16 kilovat. Sıvı temiz su olduğu için yoğunluk çarpanı 1,0'dır ve viskozite düzeltmesi gerekmez; şaft gücü 2,16 kilovat olarak kalır. İkinci adım emniyet payıdır. Şaft gücü 1,5 ila 4 kilovat bandında olduğu için kademeli tablodan yüzde 20 pay, yani 1,20 çarpanı seçilir: 2,16 × 1,20 = 2,59 kilovat.

Üçüncü adım yuvarlamadır. Standart kademe listesinde 2,59 kilovatın üstündeki ilk değer 3 kilovattır; 2,2 kilovat elenir çünkü hesaplanan değerin altındadır. Seçim 3 kilovat motordur. Dördüncü adım kontroldür: 3 / 2,16 = 1,39, yani gerçek pay yüzde 39'a çıkmıştır. Bu, küçük bir motorda kabul edilebilir bir tampondur ve hidroforlarda ani su çekişlerine karşı arzu edilir. Beygir karşılığı 3 / 0,7457 = 4,02 İngiliz beygiri, yani yaklaşık 4 beygirdir.

Beşinci adım akımdır. 3 kilovatlık motorun etiket değerleri cosφ = 0,82, verim yüzde 86 kabul edilirse: I = 3000 / (1,732 × 400 × 0,82 × 0,86) = 3000 / 488,6 = 6,14 amper. Bu debi-basma değerini karşılayan hazır bir hidrofor ailesi Grundfos CMBE ürünüdür; entegre motorlu bu grupta hesaplanan güç kademesi katalogtan seçilir. Bu akım, kablo kesiti ve termik röle ayarı için kullanılır; termik röle tipik olarak etiket akımının yüzde 105 ila 115'ine, yani yaklaşık 6,4 ila 7,1 ampere ayarlanır. Çift pompalı hidroforda ikinci pompa yedek çalıştığı için ikisi aynı anda tam yükte değildir; besleme yine de iki motorun toplam akımına göre boyutlandırılır. Tek mi çift pompalı seçileceği /blog/npsh-nedir yazısındaki emiş koşullarıyla birlikte değerlendirilir.

14Sayısal örnek: bir soğutma devresi pompası için motor seçimi

İkinci örnekte bir ticari binanın soğutma devresi ana pompasını seçelim. Verilenler: debi Q = 60 metreküp bölü saat, basma yüksekliği H = 28 metre, çalışma noktası verimi η = 0,78, pompalanan sıvı yüzde 30 etilen glikol karışımı yani bağıl yoğunluk 1,04. Besleme üç fazlı 400 volt. Bu örnek, yoğunluk düzeltmesinin motor kademesini nasıl değiştirdiğini gösterir.

Birinci adım su için şaft gücüdür. P_şaft(su) = 60 × 28 / (367 × 0,78) = 1680 / 286,3 = 5,87 kilovat. İkinci adım yoğunluk düzeltmesidir; sıvı sudan ağır olduğu için sonuç bağıl yoğunlukla çarpılır: 5,87 × 1,04 = 6,10 kilovat. Viskozite yüzde 30 glikolde 20 santistoks altında kaldığı için ayrıca düzeltme yapılmaz. Düzeltilmiş şaft gücü 6,10 kilovattır; yoğunluk atlanmış olsaydı 5,87 kilovat üzerinden gidilir ve motor eksik seçilebilirdi.

Üçüncü adım emniyet payıdır. Şaft gücü 4 ila 7,5 kilovat bandında olduğu için yüzde 13 pay, yani 1,13 çarpanı seçilir: 6,10 × 1,13 = 6,89 kilovat. Dördüncü adım yuvarlamadır. Standart listede 6,89 kilovatın üstündeki ilk kademe 7,5 kilovattır; 5,5 kilovat elenir. Seçim 7,5 kilovat motordur ve gerçek pay 7,5 / 6,10 = 1,23, yani yüzde 23'tür. Bu bant için makul bir tampondur.

Beşinci adım akımdır. 7,5 kilovatlık motorun etiketinde cosφ = 0,85 ve verim yüzde 89 kabul edilirse: I = 7500 / (1,732 × 400 × 0,85 × 0,89) = 7500 / 524,1 = 14,31 amper. Beygir karşılığı 7,5 / 0,7457 = 10,06 İngiliz beygiri. Bu güç sınıfında dik milli çok kademeli bir Grundfos CR modeli veya devri gömülü sürücüyle ayarlanan bir varyantı, hesaplanan 7,5 kilovat kademesini doğrudan karşılar. Sonuç özeti şudur: 60 metreküp bölü saat ve 28 metre için, glikol düzeltmesiyle 7,5 kilovat motor, 14,3 amper etiket akımı. Bu güç sınıfındaki dik milli çok kademeli pompalar /urunler/pompa-sistemleri/dik-milli-pompalar sayfasında; portföydeki markaların tümü /markalar sayfasında listelenir.

15Frekans dönüştürücü motor gücü seçimini değiştirir mi?

Frekans dönüştürücü, motorun devrini değiştirerek pompayı kısmi yükte çalıştıran bir sürücüdür ve motor anma gücü seçimini kaldırmaz, yalnızca çalışma esnekliği ekler. Motor yine tam yükte gerekecek en yüksek şaft gücüne göre seçilir; frekans dönüştürücü bu gücün altındaki noktalarda motoru yavaşlatarak enerji tasarrufu sağlar. Yani sürücü, motoru küçültmez; büyük seçilmiş bir motoru zamanın çoğunda daha az yükte çalıştırır.

Devir ile güç ilişkisi bu tasarrufun kaynağıdır. Santrifüj pompada güç, devrin küpüyle orantılıdır; devir yarıya inerse güç sekizde bire düşer. Bu nedenle debinin sık değiştiği kapalı devrelerde frekans dönüştürücü büyük enerji kazancı verir. Ancak sürücünün kendisi de motor gücü seçiminde bir kalem ekler: sürücü, motor akımının biraz üzerinde bir akım kapasitesiyle seçilir ve motoru düşük devirde sürekli çalıştırmanın soğutma etkisi hesaba katılır.

Sürücü, emniyet payı mantığını değiştirmez ama gerçek pay israfını kurtarabilir. Yuvarlama yüzünden çok büyük çıkan bir motor, frekans dönüştürücüyle nominal noktasının altında sabitlenerek verimli bölgede tutulabilir. Elektronik sürücülü ve klasik sabit devirli pompaların karşılaştırması /blog/sirkulasyon-pompasi-ne-kadar-elektrik-harcar yazısında sayısal olarak ele alınmıştır. Frekans dönüştürücülü pompaların motor gücü yine bu yazının beş adımıyla seçilir; sürücü sonradan eklenen bir kazanç katmanıdır.

Sürücüsü motora gömülü hazır çözümler seçimi kolaylaştırır. Grundfos TPE ve Grundfos CRE ailelerinde frekans dönüştürücü motorun içindedir; motor gücü yine şaft gücüne göre seçilir ama sürücü akım kapasitesi fabrikada eşlenmiş gelir. Küçük tesislerde Grundfos Scala2 gibi entegre motorlu kompakt hidroforlar, hesaplanan güç kademesini hazır bir üründe karşılar. Bu modellerin motor gücü ve verim değerleri katalogtan okunur; hesap bu değerleri doğrulamak için kullanılır.

16Motor gücü hesabında hangi standartlar ve kabuller geçerlidir?

Motor gücü hesabı ISO 9906 kapsamında tanımlanan pompa performans toleranslarına ve motor tarafında IE verim sınıflarına dayanır. ISO 9906 pompa debisi, basma yüksekliği ve verim ölçümlerinin hangi toleransla kabul edileceğini belirler; bu tolerans emniyet payının bir gerekçesidir çünkü katalog değeri kendisi bir bant içinde geçerlidir. Motor tarafında ErP 2009/125/EC ve bağlı düzenlemeler asgari verim sınıflarını zorunlu kılar ve akım hesabındaki verim değerini belirler.

Kabuller açıkça yazılmalıdır. Yerçekimi g = 9,81 metre bölü saniyekare, su yoğunluğu 20 santigrat derecede 1000 kilogram bölü metreküp alınır; bu iki değer 367 katsayısının içindedir. Entegre sürücülü Grundfos MGE motor serisinde verim ve güç faktörü etikette IE sınıfıyla birlikte verilir; bu değerler akım hesabına doğrudan girer. Faz arası gerilim 400 volt, frekans 50 hertz kabul edilir. Motor verimi ve güç faktörü etiketten okunur; etiket yoksa IE3 sınıfı için tablo değerleri kullanılır. Verim değeri çalışma noktasından okunur, en yüksek verim noktasından değil; ikisi karıştırılırsa şaft gücü olduğundan küçük hesaplanır.

Bu kabullerin hepsi tek bir hesap formuna yazılır ve sonuçla birlikte saklanır. Hangi verimin, hangi yoğunluğun ve hangi emniyet payının kullanıldığı belgelenmezse, sonraki bir revizyonda motor yeniden hesaplanamaz. Devreye alma sırasında ölçülen gerçek akım, hesaplanan akımla karşılaştırılarak seçim doğrulanır; sistemle ilgili genel sorular /sss sayfasında, projeye özel değerlendirme ise /iletisim üzerinden yürütülür.

17Sık yapılan 5 hata

Bu bölümdeki beş hata, motor gücü hesabında sahada en sık karşılaşılan yanlışlardır ve her biri ya yanmış motora ya da boşa harcanan paraya yol açar. Her maddede hatanın sonucu ve doğru uygulama birlikte verilmiştir.

• Hata 1: Şaft gücünü verime bölmeyi unutmak. Su gücünü doğrudan motor gücü sanmak, motoru sistematik olarak eksik seçtirir. Doğrusu, su gücünü mutlaka çalışma noktası verimine bölerek şaft gücüne çevirmektir; verim yüzde 65 ise fark yüzde 50'yi bulur.
• Hata 2: Yoğunluk düzeltmesini glikollü devrelerde atlamak. Yüzde 40 glikol suya göre yüzde 6 daha ağırdır ve bu pay tam da emniyet payını yer. Doğrusu, su dışı her sıvıda şaft gücünü bağıl yoğunlukla çarpmaktır.
• Hata 3: Emniyet payını sabit yüzde almak. Her güce yüzde 25 eklemek büyük motorlarda ciddi israf, yüzde 10 eklemek küçük motorlarda yetersiz tampon üretir. Doğrusu, kademeli tabloyu kullanmaktır: küçükte yüksek, büyükte düşük pay.
• Hata 4: Beygir birimlerini karıştırmak. İngiliz beygiri 0,7457, metrik beygir 0,7355 kilovattır; ikisini eşit almak yüzde 1,4 hata ve bazen bir kademe kayması demektir. Doğrusu, kataloğun hangi beygiri kullandığını doğrulamaktır.
• Hata 5: Servis faktörünü sürekli yük tamponu sanmak. Motoru servis faktörüyle boyutlandırmak, sürekli servis faktörü bölgesinde çalışan ve erken yanan bir motor üretir. Doğrusu, motoru anma gücüyle seçmek ve servis faktörünü yalnız anlık tepe yükler için bırakmaktır.

18Devreye alma kontrol listesi

Aşağıdaki liste, motor gücü hesaplandıktan sonra pompa devreye alınırken sırasıyla doğrulanacak maddeleri içerir. Her madde tamamlanmadan bir sonrakine geçilmez; listedeki sıra, yanlış seçilmiş veya yanlış bağlanmış motoru daha çalıştırmadan yakalayacak biçimde kurulmuştur.

• Çalışma noktası verimi eğriden doğru okundu ve hesap formuna yazıldı mı?
• Şaft gücü Q × H / (367 × η) ile hesaplandı, su gücüyle karıştırılmadı mı?
• Sıvı su değilse bağıl yoğunluk çarpanı uygulandı mı?
• Viskozite 20 santistoks üzerindeyse verim düzeltmesi yapıldı mı?
• Kademeli tablodan doğru emniyet payı seçildi mi?
• Sonuç bir üst standart kademeye yuvarlandı, alt kademeye inilmedi mi?
• Seçilen kademede gerçek pay makul bir bantta mı, aşırı büyük değil mi?
• Etiket akımı I = P / (√3 × U × cosφ × η) ile doğrulandı mı?
• Kablo kesiti ve sigorta hesaplanan akıma göre seçildi mi?
• Termik röle etiket akımının yüzde 105 ila 115'ine ayarlandı mı?
• Motorun dönme yönü ok yönüyle uyumlu, üç faz sırası doğru mu?
• Frekans dönüştürücü varsa akım kapasitesi motor akımının üzerinde mi?
• Beygir karşılığı doğru beygir tanımıyla hesaplandı mı?
• Devreye almada ölçülen gerçek akım, hesaplanan değere yakın çıktı mı?
• Tüm kabuller ve seçilen değerler hesap formunda saklandı mı?

19Sık Sorulan Sorular

Su gücü ile şaft gücü arasındaki fark nedir?

Su gücü, pompanın suya fiilen verdiği faydalı güçtür ve ρ×g×Q×H ile hesaplanır. Şaft gücü ise motorun mile aktarması gereken mekanik güçtür ve su gücünün pompa verimine bölünmesiyle bulunur. Aradaki fark tamamen pompa verimidir; verim yüzde 70 ise şaft gücü su gücünün yaklaşık 1,43 katıdır. Motor daima şaft gücüne göre seçilir.

Motor gücü hesabındaki 367 katsayısı nereden gelir?

367 katsayısı, su yoğunluğu 1000 kilogram bölü metreküp, yerçekimi 9,81 metre bölü saniyekare, saatten saniyeye 3600 ve watttan kilovata 1000 dönüşümlerinin sadeleşmesinden gelir. Q metreküp bölü saat, H metre, verim ondalık kesir girildiğinde sonuç doğrudan kilovat çıkar. Katsayı yalnız su içindir; farklı yoğunlukta sıvıda sonuç ayrıca bağıl yoğunlukla çarpılır.

Emniyet payı neden büyük motorlarda küçülür?

Küçük motorlarda mutlak güç tamponu az olduğu için oransal pay yüksek tutulur; bir yarım kilovatlık motorda yüzde 25 pay yalnız çeyrek kilovat mutlak yedek demektir. Büyük motorlarda ise yüzde 10 pay bile birkaç kilovatlık mutlak tampon sağlar. Bu yüzden pay kademelidir: küçükte yüzde 25'e kadar, büyükte yüzde 8'e kadar iner.

Bir beygir gücü kaç kilovattır?

İngiliz beygir gücü 0,7457 kilovata, metrik beygir gücü ise 0,7355 kilovata eşittir. İkisi birbirine yakındır ama eşit değildir; Avrupa menşeli pompa kataloglarında genellikle metrik beygir kullanılır. Kilovattan beygire geçmek için ilgili katsayıya bölünür, beygirden kilovata geçmek için çarpılır. Katalog hangi beygiri kullandığını belirtmiyorsa metrik beygir varsayılır.

Motor verimi ile pompa verimi aynı hesapta mı kullanılır?

Hayır, ayrı yerlerde kullanılır. Pompa verimi su gücünü şaft gücüne çeviren paydadır ve motor kademesi seçiminde iş görür. Motor verimi ise şaft gücünü çekilen elektrik gücüne çeviren orandır ve akım ile enerji hesabında kullanılır. İkisinin çarpımı toplam verimdir; toplam verim, şebekeden çekilen gücün su gücüne oranını verir.

Motorun çektiği akımı hangi güçle hesaplarım?

Akım hesabında motorun etiketteki anma gücü kullanılır, şaft gücü değil. Üç fazlı motorda I = P / (√3 × U × cosφ × η) formülü uygulanır; P watt, U 400 volt, cosφ ve verim etiketten okunur. Tek fazlı motorda √3 kalkar ve U 230 volt olur. Hesaplanan akım kablo, sigorta ve termik röle ayarının girdisidir.

Standart bir motor gücü listesi neden gerekir?

Elektrik motorları yalnız belirli anma güçlerinde üretilir: 0,37, 0,55, 0,75, 1,1, 1,5, 2,2, 3, 4, 5,5, 7,5, 11 kilovat ve devamı. Hesaplanan güç bu değerlerin arasına düşerse daima bir üst kademe seçilir. Bu yüzden hesabın amacı ondalıklı bir sayı değil, doğru standart kademedir; ara güçte motor bulunmaz.

Glikol karışımı motor gücünü ne kadar artırır?

Yüzde 30 etilen glikol karışımının bağıl yoğunluğu yaklaşık 1,04, yüzde 40 karışımın 1,06'dır. Şaft gücü bu çarpanla büyür, yani yüzde 4 ila 6 artar. Bu pay küçük görünse de emniyet payının bir kısmını yediği için atlanmamalıdır. Basma yüksekliği metre olarak alındığında çarpan ayrıca uygulanır; bar basınç kullanılırsa yoğunluk zaten içindedir ve iki kez sayılmaz.

Servis faktörü ile motoru küçültebilir miyim?

Hayır. Servis faktörü yalnız anlık ve kısa süreli aşırı yükler için bir güvencedir; sürekli yük tamponu değildir. Servis faktörü bölgesinde sürekli çalışan motorun sargısı ısınır, verimi düşer ve yalıtım ömrü kısalır. Motor daima anma gücüyle boyutlandırılır; servis faktörü seçim hesabına dahil edilmez, yalnızca nadir tepe yüklerde devreye girer.

Hesaplanan güç iki kademe arasında tam ortada çıkarsa ne yaparım?

Daima üst kademe seçilir; motor gücü seçiminde aşağı yuvarlama yoktur. Üst kademeye yuvarlamak gerçek payı büyütür ama motoru güvende tutar. Eğer üst kademe payı aşırı büyütüyorsa, yani israf oluyorsa, iki yol vardır: frekans dönüştürücüyle büyük motoru verimli noktada sabitlemek veya çalışma noktasını düşüren daha uygun bir pompa modeli seçmek.

Pompa motor gücü hesabı, doğru verim okuması ve doğru emniyet payıyla tek bir standart kademeye indirgenir; yanlış yuvarlama ise ya yanmış motor ya boşa para demektir. Debi ve basma değerinizden motor gücü ve akım hesabı, uygun pompa ve motor eşlemesi için /urunler/pompa-sistemleri/dik-milli-pompalar ve /urunler/pompa-sistemleri/kullanim-suyu-hidroforlari sayfalarındaki tablolar; portföydeki markaların tamamı /markalar sayfasında listelenir. Projenize özel motor seçimi ve akım doğrulaması için Vekron Mekanik mühendislik ekibine /iletisim üzerinden ulaşabilir, benzer teknik yazılara /blog/konu/teknik-rehber sayfasından erişebilirsiniz.