Pompa Seri Bağlanırsa Ne Olur? Basınç Toplanır, Debi Sabit Kalır

Pompa seri bağlanınca basınç toplanır, debi sabit kalır. İki pompanın emişi ve basması arka arkaya bağlandığında aynı su kütlesi ikisinden de geçer; bu yüzden debi tek pompanınki kadar kalırken toplam basma yüksekliği iki pompanın aynı debideki değerlerinin toplamı olur. Kural tek satırdır: toplam basma yüksekliği eşittir birinci artı ikinci, debi sabit.

Bu yazıda sırasıyla şunları bulacaksınız:

• Seri bağlantının fiziği: neden basınç toplanır, debi neden sabit kalır
• Q-H eğrisinde seri bağlantının nasıl çizildiği ve çalışma noktasının nasıl bulunduğu
• Çok kademeli pompanın aslında tek gövde içinde seri bağlı kademelerden ibaret olması
• Gerçek uygulamalar: kademe ekleme, booster hattı, mevcut sistemi büyütme
• İkinci pompanın gövde basınç sınıfı riski: birinci pompanın basıncının ikincinin girişine binmesi
• Dengesiz eğrilerde ortaya çıkan sorunlar ve NPSH zincirinin nasıl kurulduğu
• Seri ile paralel bağlantının tek tabloyla farkı: ne zaman hangisi
• İki pompanın seri çalışma noktasını bulan tam bir sayısal örnek
• Sık yapılan beş hata, devreye alma kontrol listesi ve sık sorulan sorular

01Pompa seri bağlantı nedir, tek cümleyle nasıl tanımlanır?

Pompa seri bağlantı, birinci pompanın basma ağzının ikinci pompanın emiş ağzına bağlanarak iki pompanın aynı debideki basma yüksekliklerinin toplanmasını sağlayan bağlantı biçimidir. Su önce birinci pompadan geçer, kazandığı basıncın üzerine ikinci pompa kendi katkısını ekler ve çıkışa yüksek basınçlı su verir. Debi ise değişmez, çünkü aynı su miktarı seri dizinin tamamından geçmek zorundadır.

Bir seri bağlı pompa düzeninin mantığı bir asansör kademesine benzer. Birinci pompa suyu belli bir yüksekliğe çıkarır, ikinci pompa o yükseklikten devralıp daha yükseğe taşır. İki katın toplamı, tek bir pompanın çıkabileceğinden fazladır. Aynı debide, tek pompa 50 mSS üretirken iki özdeş pompa seri bağlandığında 100 mSS üretir; taşınan su miktarı iki durumda da aynıdır.

Seri bağlantının karşıtı paralel bağlantıdır ve ikisi tam ters çalışır. Seri bağlantıda basınç toplanır ve seri bağlantıda debi sabit kalır; paralel bağlantıda debi toplanır, basınç sabit kalır. Bu iki kural karıştırıldığında sistem ya beklenen basıncı üretmez ya beklenen debiyi veremez. Hangisinin gerektiği, işin yüksek basınç mı yoksa yüksek debi mi istediğine bakılarak belirlenir.

02Seri bağlantıda basınç neden toplanır, debi neden sabit kalır?

Seri bağlantıda basınç toplanır çünkü her pompa akışkana ayrı ayrı enerji katar ve bu enerjiler aynı su kütlesi üzerinde birikir. Birinci pompa suyun basıncını emiş değerinden belli bir seviyeye yükseltir; ikinci pompa bu yükselmiş basıncı sıfır kabul edip kendi basma yüksekliğini onun üzerine ekler. Enerji korunumu gereği çıkıştaki toplam basınç, iki pompanın kattığı basınçların aritmetik toplamıdır.

Debinin sabit kalmasının nedeni kütle korunumudur. Seri dizide tek bir akış yolu vardır; birinci pompadan geçen debi neyse, ikinci pompadan geçen debi de aynı olmak zorundadır, çünkü arada suyun kaçacağı ya da eklenceği bir yol yoktur. İki pompa farklı debilerde çalışamaz; ikisi de sistemin o an geçirdiği tek debiyi geçirir. Bu yüzden seri bağlantı debiyi değil yalnız basıncı büyütür.

Bu iki gerçeğin pratik sonucu keskin bir seçim kuralıdır. Sisteminiz yeterli debiyi alıyor ama basınç yetmiyorsa seri bağlantı doğru araçtır. Basınç yeterli ama debi yetmiyorsa seri bağlantı hiçbir işe yaramaz; orada paralel bağlantı gerekir. Pompa çeşitleri ve bağlantı biçimleri konusunda genel bir çerçeve için /blog/pompa-cesitleri-nelerdir yazısı bütünü tamamlar.

Toplama tam olarak kusursuz değildir. İki pompa arasındaki bağlantı borusunda, dirseklerde ve ikinci pompanın emiş ağzında küçük sürtünme kayıpları oluşur; ayrıca ikinci pompa, birincinin difüzöründen çıkan hafif dönmeli akışla beslenir. Kaliteli bir montajda bu kayıp toplam basıncın yüzde 2 ila 4'ü kadardır ve hesaba katılması gerekir. Kademeli tek gövdede bu kayıp kademe başına yüzde birler seviyesine iner, çünkü arada boru yoktur.

03Q-H eğrisinde seri bağlantı nasıl çizilir?

Q-H eğrisinde seri bağlantı, iki pompanın eğrilerinin aynı debi noktasında dikey olarak toplanmasıyla çizilir. Yani belli bir debi değerinde birinci pompanın basma yüksekliği ile ikinci pompanın basma yüksekliği alt alta toplanır ve bu toplam, birleşik eğrinin o debideki değeri olur. İşlem her debi için tekrarlandığında ortaya iki katı yükseklikte, aynı debi genişliğinde yeni bir eğri çıkar.

Pompa eğrisinin nasıl okunacağını hatırlamak isteyen için /blog/pompa-egrisi-nasil-okunur yazısı temeli verir. Kısaca, yatay eksen debiyi (Q), dikey eksen basma yüksekliğini (H) gösterir; her pompanın eğrisi soldan sağa, yüksek basınçtan düşük basınca doğru iner. Seri toplamada bu inişli eğriler dikey yönde üst üste bindirilir. İki özdeş pompada toplam eğri, tek eğrinin her noktasının tam iki katı yükseklikte olur.

Çalışma noktası, bu birleşik eğri ile sistem eğrisinin kesiştiği yerdir. Sistem eğrisi, borunun ve armatürlerin debiye karşı gösterdiği direnci çizen, statik yükseklikten başlayıp debinin karesiyle yükselen paraboldür. Seri bağlantı birleşik eğriyi yukarı ittiği için kesişim noktası, tek pompanınkine göre daha yüksek basınçta ve genellikle biraz daha yüksek debide oluşur. Çalışma noktası kavramı için /blog/pompa-calisma-noktasi-nedir yazısı ayrıntıyı taşır.

Buradaki ince nokta, seri bağlantının debiyi hiç artırmadığı halde çalışma noktasında debinin neden biraz büyüdüğüdür. Sebep şudur: seri bağlantı aynı debide daha çok basınç ürettiği için, sistem eğrisi üzerinde bir sonraki dengeye kadar debi bir miktar ilerler. Yani basınç fazlası, dik olmayan bir sistem eğrisinde kısmen ek debiye dönüşür. Sistem eğrisi ne kadar dikse bu ek debi o kadar küçüktür; tamamen statik bir yükte ek debi neredeyse sıfırdır.

Tablodaki her satırda ikinci pompa basıncı birincinin tam iki katıdır çünkü pompalar özdeştir. Debi kolonu ise değişmeden kalır: seri bağlantı yeni debi sütunu açmaz, yalnız mevcut sütunun basınç değerini büyütür. Eğri sonunda (36 m³/h) debinin daha ileri gitmemesi, seri bağlantının debi sınırını değiştirmediğini gösterir.

04Çok kademeli pompa aslında seri bağlı kademeler midir?

Çok kademeli pompa, tek gövde içinde seri bağlanmış kademelerden oluşan pompadır; her çark, bir öncekinin ürettiği basıncın üzerine kendi katkısını ekler ve basınçlar tıpkı iki ayrı pompanın seri bağlantısındaki gibi toplanır. Fark yalnızca ambalajdadır: kademeler arasında boru, dirsek, vana ve ikinci bir salmastra yoktur; hepsi aynı mil üzerinde, aynı kabuk içinde dizilidir.

Bu yüzden bir çok kademeli pompanın davranışını anlamak, seri bağlantıyı anlamakla aynı şeydir. Kademe başına 22 mSS üreten altı kademeli bir pompa, 22 mSS üreten altı küçük pompanın seri bağlanmış hali gibi düşünülebilir; toplam 132 mSS verir, debi tek kademenin debisi kadar kalır. Çok kademeli pompanın ne olduğu ve iç yapısı /blog/cok-kademeli-pompa-nedir yazısında ayrıntılı işlenmiştir; bu yazı o konunun bağlantı fiziğini genelleştirir.

Tek gövdenin iki ayrı pompaya üstünlüğü verimdedir. İki pompayı boruyla seri bağladığınızda ara borudaki yerel kayıplar ve ikinci motorun kendi verim kaybı, toplam verimi tipik olarak yüzde 4 ila 8 düşürür. Kademeli gövdede geçiş kayıpları kademe başına yüzde birler seviyesindedir ve tek motor, tek salmastra vardır. Bu yüzden yeni bir tesiste yüksek basınç isteniyorsa çözüm iki pompayı seri bağlamak değil, tek bir çok kademeli gövde seçmektir.

İki ayrı pompanın seri bağlantısı ise ambalajın açılamadığı, yani mevcut bir sistemin sonradan büyütüldüğü durumlarda anlam kazanır. Elinizde çalışan bir pompa varsa ve tesise sonradan basınç eklemeniz gerekiyorsa, gövdeyi değiştirmek yerine ikinci bir pompayı seri bağlamak çoğu zaman daha hızlı ve daha ucuzdur. Karar, "yeni tesiste kademe, mevcut tesiste seri pompa" kuralıyla özetlenir.

05Seri bağlantı gerçek hayatta nerede kullanılır?

Seri bağlantı gerçek hayatta üç ana yerde kullanılır: mevcut bir pompaya kademe eklemek yerine ikinci pompa koyup basıncı büyütmek, uzun bir hatta booster (basınç yükseltici) istasyonu kurmak ve yüksek katlı binalarda zonları arka arkaya beslemek. Üçünün ortak noktası, debinin zaten yeterli olması ama basıncın yetmemesidir.

Birinci uygulama, mevcut sistemi büyütmedir. Diyelim ki bir tesiste 20 m³/h debiyi 50 mSS'e basan bir pompa var, sonradan bir kat ilavesi ya da yeni bir yüksek nokta yüzünden 90 mSS gerekiyor. Debi hâlâ 20 m³/h; sadece 40 mSS daha basınç lazım. Bu durumda 40 mSS basan ikinci bir pompayı seri bağlamak, tüm pompa grubunu söküp daha büyük gövde kurmaktan hızlıdır. Dik milli seri pompalar bu işe uygundur; /urunler/pompa-sistemleri/dik-milli-pompalar sayfasında bu sınıf incelenebilir.

İkinci uygulama, uzun iletim hatlarındaki booster istasyonlarıdır. Kaynaktan uzaktaki bir depoya su basarken tek pompa yeterli basıncı üretemiyorsa, hat üzerine belli aralıklarla ikinci pompa yerleştirilir. Her booster, bir önceki bölümün bıraktığı basıncı devralıp bir sonraki bölüme taşır; fiziksel olarak bu tam bir seri bağlantıdır. Ara istasyon, borunun basınç sınıfını aşmadan uzun mesafeye su taşımayı mümkün kılar.

Üçüncü uygulama, yüksek katlı binalarda zon pompalarının arka arkaya beslenmesidir. Bazı çok yüksek binalarda alt zon pompası orta kata basar, orada bir ara depo ya da doğrudan seri bir pompa suyu üst zona taşır. Bu düzen, tek bir pompaya çok yüksek basınç yaptırmak yerine yükü iki makineye böler ve her makinenin gövde basınç sınıfını makul tutar. Dik milli pompaların bu roldeki davranışı /blog/dik-milli-pompa-nedir yazısında ele alınmıştır.

06İkinci pompanın gövde basınç sınıfı neden kritiktir?

İkinci pompanın gövde basınç sınıfı kritiktir çünkü birinci pompanın ürettiği basınç, doğrudan ikinci pompanın emiş ağzına biner ve ikinci pompa bu basıncın üzerine kendi basıncını ekler. Yani ikinci pompanın gövdesi, iki pompanın toplam basıncını taşımak zorundadır; yalnızca kendi ürettiği basıncı değil. Bu, seri bağlantının en çok ihmal edilen ve en pahalı sonuç doğuran şartıdır.

Sayıyla açalım. Birinci pompa 50 mSS (yaklaşık 5 bar) basıyor, ikinci pompa da 50 mSS ekliyorsa, ikinci pompanın gövdesi çıkışta 100 mSS (yaklaşık 10 bar) basınç görür. İkinci pompa tek başına yalnız 5 bar üretecek diye seçilmiş bir PN 10 gövdeyse, seri bağlantıda çıkış basıncı tam sınırında çalışır; birinci pompanın basıncı beklenenden yüksek çıkarsa ya da su darbesi olursa gövde çatlar. Doğru seçim, ikinci pompanın gövde anma basıncını toplam basınca göre yapmaktır.

Anma basıncı, gövdenin dayanabileceği azami çalışma basıncını gösteren PN değeridir; PN 10 on bar, PN 16 on altı bar, PN 25 yirmi beş bar demektir. Seri bağlantıda ikinci pompanın PN değeri, iki pompanın toplam kapalı vana basıncından büyük seçilmelidir. Kapalı vana basıncı, pompanın sıfır debideki en yüksek basıncıdır ve seri dizide bu değerler de toplanır; hesap daima bu en kötü durum üzerinden yapılır.

Aynı dikkat, iki pompa arasındaki ve ikinci pompadan sonraki boru, vana ve flanşlar için de geçerlidir. Birinci pompa ile ikinci pompa arasındaki bağlantı borusu yalnız birinci pompanın basıncını görür; ama ikinci pompadan sonraki her şey toplam basıncı görür. Bu yüzden seri hattın basınç sınıfı, bağlantı noktasından itibaren yükselir ve armatür seçimi buna göre yapılır. Basınç sınırlaması gereken noktalarda /urunler/tesisat-ekipmanlari/basinc-dusurucu çözümleri devreye girer.

07Dengesiz eğrilerde seri bağlantı ne zaman sorun çıkarır?

Dengesiz eğrilerde, yani iki pompanın Q-H eğrileri birbirinden farklı olduğunda seri bağlantı sorun çıkarır çünkü küçük eğrili pompa, büyük eğrili pompanın geçirmek istediği debiyi geçiremez ve dizide bir tıkaç gibi davranır. İki pompanın debi kapasitesi birbirinden çok farklıysa, düşük debili pompa hattı boğar; sistem, iki pompanın toplamı yerine küçük pompanın izin verdiği debiyle çalışır.

Sorun özellikle debi aralıkları uyuşmayan pompalarda görülür. Diyelim ki birinci pompa 30 m³/h'e kadar rahat akış geçiriyor ama ikinci pompanın çark geçiş kesiti yalnız 18 m³/h'e uygun. Seri dizide toplam debi 18 m³/h ile sınırlanır; birinci pompa bu düşük debide eğrisinin sol ucunda, verim tepesinden uzakta çalışmak zorunda kalır. Sonuç, düşük verim, gereksiz ısınma ve birinci pompada eksenel yük dengesizliğidir.

Bir başka dengesiz durum, eğrisi düz olmayan (kararsız) pompalarda ortaya çıkar. Bazı pompaların Q-H eğrisi, düşük debide yükselip sonra tekrar düşen bir tümsek yapar; bu tür eğrilere sahip iki pompa seri bağlandığında, düşük debide çalışma noktası eğrinin iki farklı yerinde oturabilir ve sistem debi ile basınç arasında gidip gelerek salınır. Kararlı seri çalışma için sürekli inen (monoton) eğriye sahip pompalar seçilir.

Bu yüzden seri bağlantıda temel kural, iki pompanın debi kapasitesinin birbirine yakın olmasıdır. En güvenli seçim iki özdeş pompadır; eğrileri aynı olduğu için her debide basınçları düzgün toplanır ve boğulma olmaz. Farklı pompalar seri bağlanacaksa, ikisinin de aynı debi bandında çalıştığı ve eğrilerinin monoton indiği kataloglardan doğrulanmalıdır.

08NPSH zinciri seri bağlantıda nasıl kurulur?

NPSH zinciri, seri dizideki her pompanın emiş güvenliğinin bir öncekine bağlı olduğu ilişkidir; ilk pompanın emiş şartı zayıfsa, arkasındaki bütün dizi kavitasyona sürüklenir. Seri bağlantıda kavitasyon riski daima birinci pompadadır, çünkü ikinci ve sonraki pompalar zaten basınçlı suyla beslenir; onların emiş tarafındaki mutlak basınç yüksektir ve buharlaşma basıncının çok üzerindedir.

Bu yüzden emiş hesabı yalnız birinci pompa için yapılır. NPSH, yani net pozitif emme yükü, pompa girişindeki mutlak basıncın suyun buharlaşma basıncına göre ne kadar üstte olduğunu gösteren değerdir; NPSH kavramının tam açıklaması /blog/npsh-nedir yazısındadır. Kontrol kuralı, tesisin sunduğu NPSHa değerinin pompanın istediği NPSHr değerinden en az 0,5 ila 1,0 mSS fazla olmasıdır. Seri dizide bu kontrol birinci pompanın en yüksek debisinde yapılır.

İkinci pompa için NPSH neredeyse hiç sorun değildir ama tümüyle görmezden gelinemez. İkinci pompanın emişindeki basınç, birinci pompanın basma basıncı eksi aradaki boru kaybıdır; bu değer her zaman yüksek olduğu için kavitasyon riski yoktur. Yine de birinci pompa çok az basınçla çalışırsa ya da ikisi arasındaki hatta büyük bir kayıp varsa, ikinci pompanın emişi beklenenden düşük olabilir; bu durum yalnız aşırı dengesiz sistemlerde görülür.

Sıcak suda zincir daha da hassaslaşır. Kazan besleme gibi sıcak su uygulamalarında birinci pompanın emişindeki buharlaşma basıncı yüksektir; 90 santigrat derecede buharlaşma basıncı 0,70 bar civarındadır. Bu şartlarda birinci pompanın emiş deposunun pompa ekseninin yeterince üzerinde olması gerekir. Kavitasyonun kendisi ve belirtileri /blog/pompa-kavitasyonu-nedir yazısında ayrıntılı anlatılmıştır; seri dizide bu belirtiler önce birinci pompada duyulur.

09Seri bağlantı mı paralel bağlantı mı gerekir?

Seri bağlantı yüksek basınç ve düşük-orta debi isteyen işlerde, paralel bağlantı ise yüksek debi ve makul basınç isteyen işlerde gerekir. Karar tek soruyla verilir: sistem yeterli debiyi alıp basınç mı istiyor, yoksa basınç yeterli ama debi mi eksik? İlkinde seri, ikincisinde paralel doğrudur. İkisini karıştırmak, doğru pompayı yanlış işe koymak demektir.

Seri bağlantı basma yüksekliğini toplar. İki pompa arka arkaya bağlandığında aynı debide çıkış basıncı iki kat olur; debi tek pompanınki kadar kalır. Bu, yüksek katlı bina üst zonları, kazan besleme, ters ozmoz besleme ve uzun booster hatları gibi az su ama yüksek basınç isteyen işlerin çözümüdür. Bu tür işlerde çoğu zaman zaten tek bir çok kademeli pompa seçilir, çünkü kademeli gövde seri bağlantının en verimli halidir.

Paralel bağlantı ise debiyi toplar. İki pompa yan yana, ortak emiş ve ortak basma manifolduna bağlandığında aynı basınçta debi iki kat olur; basınç tek pompanınki kadar kalır. Bu, çok daireli binaların su ihtiyacı, soğutma kulesi devreleri ve yangın hatları gibi çok su ama makul basınç isteyen işlerin çözümüdür. Hidroforlarda tek pompalı mı çift pompalı mı kararı da bu mantığa dayanır; ayrıntı için /blog/tek-pompali-mi-cift-pompali-hidrofor-mu yazısına bakılabilir.

Aşağıdaki tablo iki bağlantıyı yan yana koyar. Paralel bağlantının kendi ayrıntıları, boğulma davranışı ve manifold hesabı ayrı bir konu olduğu için burada yalnız fark düzeyinde ele alınmıştır; paralel bağlantının derin analizi ayrı bir yazının konusudur.

10Seri ile kademe ekleme arasında nasıl seçim yapılır?

Seri bağlı iki ayrı pompa ile tek gövdede kademe ekleme arasındaki seçim, tesisin yeni mi yoksa mevcut mu olduğuna bakılarak yapılır. Yeni bir seçimde tek çok kademeli gövde daha doğrudur; mevcut bir sistemi büyütürken ikinci pompayı seri bağlamak daha hızlı ve çoğu zaman daha ekonomiktir. İkisi de basıncı toplar, fark verim ve bakım yükündedir.

Tek gövdeli çok kademeli çözüm, aynı işi tek motor, tek salmastra ve tek servis noktasıyla yapar. Kademeler arasında boru olmadığı için geçiş kayıpları çok küçüktür ve toplam verim yüksektir. Yeni bir tesiste 130 mSS gerekiyorsa, kademe başına 22 mSS üreten altı kademeli tek bir gövde bu işi iki ayrı pompadan daha verimli ve daha az sızıntı noktasıyla yapar.

İki ayrı pompayı seri bağlamak ise iki motor, iki salmastra ve iki bakım programı demektir. Ara borudaki kayıplar ve ikinci motorun verim kaybı toplam verimi yüzde 4 ila 8 düşürür. Buna karşılık, elinizde çalışan bir pompa varken onu atmadan üzerine ikinci pompa eklemek, tüm grubu yenilemekten hem daha ucuz hem daha hızlıdır. Karar bu maliyet dengesine göre verilir.

Bir üçüncü seçenek, mevcut çok kademeli pompaya fiziksel olarak kademe eklemektir. Bazı dik milli pompalarda gövde açılıp aynı mile ek çark ve difüzör takılabilir; bu, ikinci bir pompa eklemekten daha kompakt bir büyütmedir ama motor gücünün de büyümesini gerektirir, çünkü kademe sayısı arttıkça mil gücü aynı oranda artar. Motorun mevcut kademe sayısına göre seçildiği unutulmamalıdır.

11Seri bağlantıda motor gücü nasıl hesaplanır?

Seri bağlantıda motor gücü her pompa için kendi ürettiği basma yüksekliğine göre ayrı ayrı hesaplanır; toplam basınç üzerinden tek bir güç hesabı yapılmaz. Çünkü her pompa, aynı debiyi yalnız kendi kattığı basma yüksekliği kadar yükseltir; harcadığı güç kendi H değeriyle orantılıdır. İki pompanın güçleri toplandığında, tek gövdede aynı toplam basıncı üreten bir pompanın gücüne yakın bir değer çıkar.

Mil gücü formülü tektir: mil gücü kilovat cinsinden eşittir debi çarpı basma yüksekliği bölü 367 bölü verim. Buradaki 367 katsayısı, debiyi m³/h ve basma yüksekliğini metre almak için yapılan birim sadeleştirmesidir. Seri dizide bu formül her pompa için kendi H değeriyle ayrı çalıştırılır; birinci pompa için kendi basma yüksekliği, ikinci pompa için kendi basma yüksekliği kullanılır.

Bir hesap yapalım. Birinci pompa 20 m³/h debiyi 50 mSS'e basıyor, verimi yüzde 70. Mil gücü eşittir 20 çarpı 50 bölü 367 bölü 0,70. Pay 1000, 367'ye bölününce 2,72 kilovat çıkar; bunu 0,70'e böldüğümüzde 3,89 kilovat mil gücü bulunur. Emniyet payıyla 4,0 kilovat motor seçilir. İkinci pompa da özdeşse ve 50 mSS basıyorsa, onun için de aynı 3,89 kilovat çıkar; dizinin toplam mil gücü 7,78 kilovattır.

Bu toplamı, aynı 20 m³/h'i tek gövdede 100 mSS'e basan bir pompanın gücüyle kıyaslamak öğreticidir. Tek gövde verimi yüzde 74 olsaydı, mil gücü 20 çarpı 100 bölü 367 bölü 0,74 eşittir 7,36 kilovat çıkardı. İki ayrı pompanın 7,78 kilovatı, tek gövdenin 7,36 kilovatından yaklaşık yüzde 6 fazladır; bu fark, iki ayrı motorun ve ara boru kaybının bedelidir. Aynı işi tek gövdede yapmanın enerji üstünlüğü tam olarak burada görünür.

12Sayısal örnek: iki pompanın seri çalışma noktası

Bir tesiste 20 m³/h debiye ihtiyaç var ve sistemin gerektirdiği toplam basma yüksekliği 100 mSS. Elde, her biri aynı debide 50 mSS basan iki özdeş pompa var. Sistem eğrisi şöyle verilmiş: statik yükseklik 40 mSS, sürtünme kaybı debinin karesiyle artıyor ve 20 m³/h'te 60 mSS ediyor; yani 20 m³/h'te toplam sistem direnci 40 artı 60 eşittir 100 mSS.

Önce tek pompanın bu sistemde nerede çalıştığına bakalım. Tek pompa 20 m³/h'te 50 mSS basıyor, ama sistem 20 m³/h'te 100 mSS istiyor. Pompa bu debiyi bu basınçta veremez; çalışma noktası daha düşük debiye kayar. Tek pompanın eğrisi ile sistem eğrisi yaklaşık 13 m³/h ve 66 mSS civarında kesişir. Yani tek pompa, istenen 20 m³/h'i değil ancak 13 m³/h'i verebiliyor; basınç yetersizliği debiyi de düşürüyor.

Şimdi iki pompayı seri bağlayalım. Birleşik eğri, her debide tek pompanın basıncının iki katıdır: 20 m³/h'te 100 mSS, 13 m³/h'te 132 mSS, 24 m³/h'te yaklaşık 84 mSS. Bu birleşik eğriyi sistem eğrisiyle kesiştirelim. Sistem eğrisi 20 m³/h'te 100 mSS istiyor; birleşik eğri de 20 m³/h'te tam 100 mSS veriyor. İki eğri 20 m³/h ve 100 mSS noktasında kesişir. Seri çalışma noktası budur.

Sonucun yorumu nettir. Tek pompa yalnız 13 m³/h verebilirken, iki pompa seri bağlandığında sistem tam istenen 20 m³/h ve 100 mSS noktasına oturdu. Dikkat edilirse debi 13'ten 20 m³/h'e çıktı; bu, seri bağlantının debi ürettiği anlamına gelmez. Debi arttı çünkü artan basınç, dik olmayan sistem eğrisi üzerinde çalışma noktasını sağa kaydırdı. Seri bağlantının kattığı asıl büyüklük basınçtır; debi artışı bunun sistem eğrisindeki yansımasıdır.

Son olarak güç ve emniyet kontrolü. Her pompa 20 m³/h'te 50 mSS basıyor, verim yüzde 70; mil gücü pompa başına 20 çarpı 50 bölü 367 bölü 0,70 eşittir 3,89 kilovat, 4,0 kilovat motorla karşılanır. İkinci pompanın gövde çıkışı 100 mSS, yani yaklaşık 10 bar görür; gövde PN 16 seçilmelidir, çünkü kapalı vanada iki pompanın toplam basıncı daha da yükselir (68 çarpı 2 eşittir 136 mSS, yaklaşık 13,3 bar). NPSH kontrolü yalnız birinci pompanın 20 m³/h debisinde yapılır.

13Seri bağlantıda hangi ürün ve markalar kullanılır?

Seri bağlantıda genellikle dik milli çok kademeli pompalar kullanılır, çünkü bu gövdeler zaten yüksek basınç için tasarlanmıştır ve gövde anma basınçları yüksek PN sınıflarında sunulur. İki ayrı gövdenin seri bağlandığı sahalarda da, mevcut sisteme takviye edilen ikinci pompa çoğunlukla bu aileden seçilir; hem basınç sınıfı hem debi bandı seri çalışmaya uygundur.

Grundfos CR ailesi bu işin tipik örneğidir. Dökme demir gövdeli standart tip Grundfos CR, paslanmaz iç aksamlı tip Grundfos CRI, tümüyle paslanmaz gövdeli tip Grundfos CRN olarak anılır; hepsi farklı PN sınıflarında sunulur ve seri bağlantıda toplam basıncı taşıyacak gövde bu sınıflardan seçilir. Sürücü tümleşik tipler Grundfos CRE olarak sınıflanır ve seri dizide devir ayarıyla ince basınç kontrolü sağlar. Portföydeki markalar /markalar sayfasında listelenmektedir.

Kullanım suyu ve hidrofor tarafında seri bağlantı, tek pompanın yetmediği yüksek katlı binalarda öne çıkar. Bu uygulamalarda çoğu zaman zaten yüksek kademeli tek gövde tercih edilir, ama zon bölme gerektiren çok yüksek binalarda seri düzen kurulur. Kullanım suyu hidroforları /urunler/pompa-sistemleri/kullanim-suyu-hidroforlari sayfasında, yüksek basınçlı dik milli seçenekler /urunler/pompa-sistemleri/dik-milli-pompalar sayfasında incelenebilir.

Marka seçiminde belirleyici olan, gövde PN sınıfının seri toplam basıncı taşıyıp taşımadığı ve eğrinin monoton inip inmediğidir. Portföyde olmayan bir marka teknik olarak seri bağlanabilir, ama öneri daima gövde basınç sınıfı doğrulanmış ve eğri verisi kataloglu bir ürüne yapılır. Teknik rehber niteliğindeki diğer yazılara /blog/konu/teknik-rehber sayfasından ulaşılabilir.

14Seri bağlantıda verim ve enerji ne olur?

Seri bağlantıda toplam verim, iki pompanın kendi verimlerinin ara boru kaybıyla birlikte biraz altına düşer; tek gövdede aynı basıncı üreten çok kademeli bir pompadan tipik olarak yüzde 4 ila 8 daha düşük verimli çalışır. Bunun nedeni ikinci motorun kendi verim kaybı, ara borudaki yerel kayıplar ve ikinci pompanın hafif dönmeli akışla beslenmesidir.

Enerji hesabı bu farkın büyüklüğünü gösterir. Yukarıdaki örnekte iki pompanın toplam mil gücü 7,78 kilovat, tek gövde eşdeğeri 7,36 kilovattı. Aradaki 0,42 kilovat, yılda 4000 saat çalışan bir sistemde 1680 kilovatsaat fazla tüketim demektir. Kilovatsaat başına 3,20 lira birim fiyatla bu, yılda yaklaşık 5.400 lira ek gider eder; ömür boyu toplandığında yeni tesiste tek gövde seçmenin neden daha ekonomik olduğu görülür.

Buna karşılık mevcut bir tesiste, çalışan pompayı atıp tek büyük gövde almak yerine ikinci pompayı seri eklemek, ilk yatırımda bu ek enerji giderinden çok daha fazlasını kurtarır. Karar, sistemin kalan ömrüne ve çalışma saatine bakılarak verilir: az saat çalışan bir sistemde seri takviye, çok saat çalışan bir sistemde tek gövdeye geçiş kendini amorti eder.

Frekans sürücüsü seri dizide de enerji kazandırır. Tümleşik sürücülü pompalar (örneğin Grundfos CRE), kısmi yükte devri düşürerek gereksiz basıncı üretmekten kaçınır. Seri dizide sürücü genellikle ikinci pompaya konur; birinci pompa sabit devirde temel basıncı sağlarken, ikinci pompa sürücüyle ince ayar yapar. Bu düzen, seri toplam basıncı ihtiyaca göre değişken tutar ve enerjiyi optimize eder.

15Sık yapılan 5 hata

Seri bağlantıda tekrar eden hatalar bellidir ve büyük çoğunluğu tek bir yanlış varsayımdan kaynaklanır: seri bağlantının debiyi de artırdığı sanısı. Aşağıdaki beş hata, sahadaki arıza ve memnuniyetsizlik kayıtlarının çoğunu açıklar.

• Debi eksikliğini seri bağlantıyla çözmeye çalışmak. Seri bağlantı basınç toplar, debiyi değil. Debi yetmiyorsa paralel bağlantı gerekir. Bu tek karışıklık, sahada yanlış kurulan seri sistemlerin başlıca nedenidir.
• İkinci pompanın gövde PN sınıfını toplam basınca göre seçmemek. İkinci pompa, birinci pompanın basıncını da taşır; PN sınıfı iki pompanın toplam kapalı vana basıncına göre seçilmezse gövde çatlar. Hesap daima en yüksek basınç üzerinden yapılır.
• Farklı debili iki pompayı seri bağlamak. Küçük debili pompa hattı boğar ve büyük pompa verim tepesinden uzakta çalışır. Seri bağlanacak pompaların debi kapasitesi birbirine yakın, tercihen özdeş olmalıdır.
• İki pompayı ayrı ayrı kumanda etmek. İkinci pompa yalnız çalışırsa birinci pompanın gövdesini ters basınca sokar ve çarkı ters döndürür. Seri pompalar donanımsal kilitle birlikte çalışacak biçimde bağlanır.
• NPSH kontrolünü ikinci pompaya göre yapmak. Kavitasyon her zaman birinci pompada başlar; emiş hesabı yalnız birinci pompanın en yüksek debisinde yapılır. Kuru çalışma koruması da birinci pompanın emişine kurulur.

16Devreye alma kontrol listesi

Seri bağlı bir pompa dizisinin ilk çalıştırması, hem her pompanın hem dizinin bütününün doğru davrandığını görmeyi gerektirir. Aşağıdaki liste sırayla uygulanır.

• İkinci pompanın gövde PN sınıfı, iki pompanın toplam kapalı vana basıncından büyük mü; hesap yazılı olarak dosyada mı.
• İki pompa arasındaki bağlantı borusu ve ikinci pompadan sonraki armatürler toplam basınç sınıfına uygun mu; flanş ve conta seçimi bu basınca göre mi yapıldı.
• İki pompa donanımsal kilitle birlikte çalışacak biçimde mi bağlandı; birinci pompa durunca ikinci pompa da duruyor mu, test edildi mi.
• Birinci pompanın emiş hattı tamamen su ile dolduruldu, havası alındı ve pislik tutucu takıldı mı; seçenekler /urunler/tesisat-ekipmanlari/pislik-tutucu sayfasındadır.
• Her iki pompanın dönüş yönü ayrı ayrı doğrulandı mı; ters dönen pompa basınç üretmez ama akım çeker.
• Emiş, ara ve çıkış manometreleri takılı mı; birinci pompanın kattığı basınç ile ikincinin kattığı basınç ayrı ayrı okunabiliyor mu.
• Toplam çıkış basıncı hesaplanan seri toplam değere yakın mı; iki pompanın basınç katkısı düzgün toplanıyor mu.
• Her iki motorun akımı üç fazda ölçüldü mü; her biri kendi anma akımı içinde mi çalışıyor.
• Kuru çalışma koruması ve seviye şalteri birinci pompanın emişine kuruldu mu; koruma dizinin tamamını durduruyor mu, test edildi mi.
• Sistem tam debide ve kapalı vanada ayrı ayrı denendi mi; kapalı vanada toplam basınç, iki pompanın kapalı vana değerlerinin toplamına yakın çıkıyor mu.

17Sık Sorulan Sorular

Pompa seri bağlanınca ne olur, tek cümleyle nasıl özetlenir?

Basınç toplanır, debi sabit kalır. İki pompanın aynı debideki basma yükseklikleri üst üste eklenir ve sistem tek pompanın debisiyle çalışmaya devam eder. Seri bağlantı, yeterli debinin alındığı ama basıncın yetmediği durumların çözümüdür. Debi eksikse seri bağlantı işe yaramaz; orada paralel bağlantı gerekir.

Seri bağlantıda debi neden artmaz?

Debi artmaz çünkü seri dizide tek bir akış yolu vardır ve aynı su kütlesi her iki pompadan da geçmek zorundadır. Kütle korunumu gereği birinci pompadan geçen debi ne ise ikincisinden geçen de aynıdır. Pompalar basınç katar, ama suyun geçtiği kesiti ve dolayısıyla debi kapasitesini değiştirmez. Debiyi büyütmek için pompaların paralel bağlanması gerekir.

Çalışma noktasında debi biraz arttı, bu seri bağlantının debi ürettiği anlamına mı gelir?

Hayır. Debi artışı, seri bağlantının ürettiği fazla basıncın sistem eğrisi üzerinde çalışma noktasını sağa kaydırmasından doğar. Seri bağlantının kattığı asıl büyüklük basınçtır; debi artışı bunun dik olmayan sistem eğrisindeki yansımasıdır. Sistem eğrisi ne kadar dikse ek debi o kadar küçüktür, tamamen statik yükte neredeyse sıfırdır.

Çok kademeli pompa seri bağlantının aynısı mıdır?

Evet, çok kademeli pompa tek gövde içinde seri bağlanmış kademelerden oluşur. Her çark, bir öncekinin ürettiği basıncın üzerine kendi katkısını ekler; basınçlar tıpkı iki ayrı pompanın seri bağlantısındaki gibi toplanır. Fark yalnız ambalajdadır: kademeler arasında boru, vana ve ikinci salmastra olmadığı için tek gövde daha verimlidir ve tek motorla çalışır.

İkinci pompanın gövde basınç sınıfı neden önemli?

Çünkü birinci pompanın basıncı ikinci pompanın girişine biner ve ikinci pompa bu basıncın üzerine kendi basıncını ekler. İkinci pompanın gövdesi iki pompanın toplam basıncını taşımak zorundadır. PN sınıfı yalnız kendi basıncına göre seçilirse, seri bağlantıda toplam basınç gövdeyi çatlatır. Hesap iki pompanın toplam kapalı vana basıncı üzerinden yapılır.

Seri bağlanacak iki pompa özdeş mi olmalı?

Tercihen özdeş olmalıdır. Özdeş pompaların eğrileri aynı olduğu için basınçları her debide düzgün toplanır ve boğulma olmaz. Farklı pompalar seri bağlanacaksa debi kapasitelerinin birbirine yakın ve eğrilerinin monoton indiği doğrulanmalıdır. Debi kapasitesi çok farklı iki pompada küçük olan hattı boğar ve büyük pompa verim tepesinden uzakta çalışır.

Seri bağlantıda kavitasyon riski hangi pompadadır?

Kavitasyon riski daima birinci pompadadır. İkinci ve sonraki pompalar zaten basınçlı suyla beslendiği için emiş taraflarındaki mutlak basınç yüksektir ve buharlaşma basıncının çok üzerindedir. Bu yüzden NPSH hesabı yalnız birinci pompanın en yüksek debisinde yapılır. Kuru çalışma koruması ve seviye şalteri de birinci pompanın emişine kurulur.

Seri bağlantı mı yoksa tek çok kademeli gövde mi daha iyi?

Yeni bir tesiste tek çok kademeli gövde daha iyidir, çünkü tek motor, tek salmastra ve daha yüksek verimle aynı basıncı üretir. Mevcut bir sistemi büyütürken ise ikinci pompayı seri bağlamak daha hızlı ve çoğu zaman daha ucuzdur. İki ayrı pompa, ara boru kaybı ve ikinci motorun verim kaybı yüzünden tek gövdeden yüzde 4 ila 8 daha düşük verimlidir.

Seri bağlı iki pompanın motor gücü nasıl hesaplanır?

Her pompanın gücü kendi basma yüksekliğine göre ayrı hesaplanır, toplam basınç üzerinden tek hesap yapılmaz. Mil gücü, debi çarpı kendi basma yüksekliği bölü 367 bölü verim formülüyle bulunur. İki pompanın güçleri toplanınca, aynı toplam basıncı tek gövdede üreten pompanın gücünün biraz üzerinde bir değer çıkar; aradaki fark iki motorun ve ara boru kaybının bedelidir.

Seri bağlantıda iki pompa ayrı ayrı çalışabilir mi?

Çalışmamalıdır. Yalnız ikinci pompa çalışırsa, birinci pompanın durmuş gövdesini ters basınca sokar ve çarkını ters döndürür; birinci pompa yalnız çalışırsa ikinci pompadan geri akış olabilir. Bu yüzden seri pompalar donanımsal kilitle birlikte çalışacak biçimde bağlanır. Birinin termiği atarsa diğeri de durmalıdır; tek röle arızası dizinin güvenliğini bozmamalıdır.

Projeniz için seri mi paralel mi bağlantı gerektiğini, hangi gövde basınç sınıfının doğru olduğunu ve iki pompanın seri çalışma noktasını belirlemek, görev noktasını ve sistem eğrisini birlikte değerlendirmeyi gerektirir. Vekron Mekanik mühendislik ekibi, mevcut sisteminizin verilerine göre seri ya da paralel çözümü hesaplayıp uygun pompayı ve motor gücünü önerir. Hesap dosyanızı /iletisim sayfasından iletebilir, yüksek basınçlı dik milli seçenekleri /urunler/pompa-sistemleri/dik-milli-pompalar sayfasında inceleyebilirsiniz.