POMPALARDA KAVİTASYON

Pompanın kanseri olarak ta nitelendirebileceğimiz kavitasyon, pompa içinde herhangi bir bölgedeki statik basınç lokal olarak basılan sıvının buharlaşma basıncının altına düşerse, o bölgeden geçen sıvı buharlaşır ve çok sayıda çok küçük boyutlarda doymuş sıvı buharı habbecikleri oluşur. Bu sırada sıvı içinde erimiş hava ve gazlar da serbest kalarak gaz kabarcıkları oluştururlar. Akan sıvının dinamik etkisi ile sürüklenen buhar zerreleri lokal statik basıncın, sıvının o sıcaklıktaki buharlaşma basıncından daha yüksek olduğu bir bölgeye geldiklerinde aniden yoğuşurlar. Sıvının lokal olarak buharlaşması ve yoğuşması çevrimi "kavitasyon" olarak adlandırılır.

Sıvı buhar zerrelerinin yoğuşması sırasında boşaltılan hacimler, bunları çevreleyen sıvı tarafından aniden doldurulur. 20°C de doymuş su buharının hacminin aynı sıcaklık ve kütledeki suyun hacminin 60 000 katı olduğu dikkate alınırsa yoğuşma sırasında basıncın lokal olarak 4 000 bar'a kadar artışını da nedeni ortaya çıkar. Sıvının buharlaşması-yoğuşması çevrimi saniyede 300 -400 kez olmaktadır. Sıvı buharı zerrelerinin yoğuşması; pompada titreşim, gürültü ve yoğuşma bölgesine yakın katı yüzeylerde "kavitasyon erozyonu" na neden olur. Kavitasyona çalışma süresine bağlı olarak, pompada malzeme aşınması sonucu sünger gibi bir malzeme yapısı ortaya çıkar. Kavitasyonun bu mekanik etkisinin dışında pompanın hidrolik performansında da bozulma gözlenir. Tam gelişmiş kavitasyonda çarkın içindeki akış kesitleri buhar zerreleri tarafından bloke edildiğinden debide artış sağlamak mümkün olmadığı gibi manometrik yükseklikte de ani bir düşme gözlenir. (Şekil A ).

Kavitasyon; neden olduğu istenmeyen mekanik ve hidrolik etkilerden dolayı pompaların teknik olarak güvenilir çalışma aralığını, emme yükünü, dönme hızını, pompa boyutlarını ve ekonomikliğini sınırlayan en önemli faktördür.

Santrifüj pompalarda kavitasyona karşı en hassas, dolayısıyla kavitasyon erozyonunun en çok olduğu bölgeler; kanat girişinde emme
yüzeyi ve çarkın ön yanağıdır. Kademeli pompalarda genellikle 1. kademede kavitasyonun aşındırma etkisi hissedilir. Ancak gelişmiş, şiddetli kavitasyonda salyangoz gövdesinde ve dilde kademeli pompalarda difüzörde de kavitasyon erozyonu olmaktadır.

Şekil A Q

Emmedeki Net Pozitif Yük : ENPY ( NPSH – Net Pozitive Suction Head )

Pompa emme flaşlı kesitinde, pompa referans düzlemdeki toplam yükün (mutlak basınç) pompalanan sıvının çalışma sıcaklığındaki mutlak buharlaşma basıncından farkı " Emmedeki Net Pozitif Yük=ENPY ( NPSH ) olarak tanımlanır.

ENPY = NSPH = [ ( p₁/ρ.g) + (V₁²/2g ) ] – ( P_b / 2g)

P₁ : Pompalanan sıvının, pompa emme flanşın da pompa referans düzleminde

ölçülen mutlak statik basıncı (Pa)

V₁ : Sıvının pompa emme flanşı kesitindeki hızı (m/s)

p_b Pompanın bastığı sıvının çalışma sıcaklığındaki mutlak buharlaşma basıncı(Pa)

ρ : Basılan sıvının yoğunluğu (kg/m³)

g : Yerçekimi ivmesi (g= 9,81 m/s^²)

ENPY : Emmedeki net pozitif yük (mss)

ENPY daima pozitif bir büyüklük olup birimi "metre sıvı sütunu=mss’ dur.

ENPY hesabında "pompa referans düzlemi" olarak; yatay eksenli pompalarda pompa ekseninden geçen yatay düzlem, düşey eksenli pompalarda ise çark kanadı giriş kenarından geçen yatay düzlem dikkate alınır.